Международная система единиц СИ

1. Международная система единиц СИ.

 

СИ (SI, фр. Le Système International d'Unités), (Система Интернациональная) — международная система единиц, современный вариант метрической системы. СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике. Тем не менее, в большинстве научных работ по электродинамике используется Гауссова система единиц, из-за ряда недостатков СИ. В частности, в СИ напряжённость (В/м) и смещение (Кл/м² (L−2TI)) имеют разную размерность; возникает т. н. диэлектрическая проницаемость вакуума, лишённая физического смысла. В настоящее время СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы. В этих немногих странах (например, в США) определения традиционных единиц были изменены — они стали определяться через единицы СИ.

 

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как длина, объем, вес, время и др.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Все отрасли техники не могли бы существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукций.

Наличие ряда систем единиц физических величин, а также значительного числа внесистемных единиц, неудобства, связанные с пересчетом при переходе от одной системы единиц к другой, требовало унификации единиц измерений. Рост научно- технических и экономических связей между разными странами обусловливал необходимость такой унификации в международном масштабе.

Требовалась единая система  единиц физических величин, практически  удобная и охватывающая различные  области измерений. При этом она  должна была сохранить принцип когерентности (равенство единице коэффициента пропорциональности в уравнениях связи между физическими величинами). Так как метрическая система мер широко использовалась в Европе с начала 19 века, то она была взята за основу при переходе к единой международной системе единиц.

В 1960 г. ХI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила Международную систему единиц физических величин (русское обозначение СИ, международное SI) на основе шести основных единиц. Были приняты решения:

• присвоить системе, основанной на шести основных единицах, наименование «Международная система единиц»;
• установить международное сокращение для наименования системы - SI;
• ввести таблицу приставок для образования кратных и дольных единиц;
• образовать 27 производных единиц, указав, что могут быть добавлены и другие производные единицы.

В 1971 к СИ была добавлена  седьмая основная единица - количества вещества (моль).

При построении СИ исходили из следующих основных принципов:

• система базируется на основных единицах, которые являются независимыми друг от друга;
• производные единицы образуются по простейшим уравнениям связи и для величины каждого вида устанавливается только одна единица СИ;
• система является когерентной;
• допускаются наряду с единицами СИ широко используемые на практике внесистемные единицы;
• в систему входят десятичные кратные и дольные единицы.

Преимущества СИ:

• универсальность, т.к. она охватывает все области измерений;
• унификация единиц для всех видов измерений – применение одной единицы для данной физической величины, например, для давления, работы, энергии;
• единицы СИ по своему размеру удобны для практического применения;
• переход на нее повышает уровень точности измерений, т.к. основные единицы этой системы могут быть воспроизведены более точно, чем единицы других систем;
• это единая международная система и ее единицы распространены.

В СССР Международная  система (СИ) была введена в действие ГОСТ 8.417-81. По мере дальнейшего развития СИ из нее был исключен класс дополнительных единиц, введено новое определение  метра и введен ряд других изменений. В настоящее время в РФ действует межгосударственный стандарт ГОСТ 8.417-2002, который устанавливает единицы физических величин, применяемых в стране. В стандарте указано, что подлежат обязательному применению единицы СИ, а также десятичные кратные и дольные этих единиц.

Кроме того, допускается  применять некоторые единицы, не входящие в СИ, и их дольные и  кратные единицы. В стандарте  указаны также внесистемные единицы  и единицы относительных величин.

Основные единицы СИ представлены в таблице.

Величина		Единица
Наименование	Размерность	Наименование	Обозначение
			русское	международн.
Длина	L	метр	м	m
Масса	M	килограмм	кг	kg
Время	T	секунда	с	s
Электрический ток	I	ампер	А	A
Термодинамическая температура	Θ	кельвин	К	K
Количество вещества	N	моль	моль	mol
Сила света	J	кандела	кд	cd

Производные единицы СИ образуются по правилам образования когерентных производных единиц (пример см. выше). Приведены примеры таких единиц и производных единиц, имеющих специальные наименования и обозначения. 21 производной единице дали наименования и обозначения по именам ученых, например, герц, ньютон, паскаль, беккерель.

В отдельном разделе  стандарта приведены единицы, не входящие в СИ. К ним относятся:

1. Внесистемные единицы, допускаемые к применению наравне с СИ из-за их практической важности. Они разделены на области применения. Например, во всех областях применяются единицы тонна, час, минута, сутки, литр; в оптике - диоптрия, в физике - электрон-вольт и т.п.
2. Некоторые относительные и логарифмические величины и их единицы. Например, процент, промилле, бел.
3. Внесистемные единицы, временно допускаемые к применению. Например, морская миля, карат (0,2 г), узел, бар.

В отдельном разделе  приведены правила написания  обозначений единиц, использования  обозначений единиц в заголовках граф таблиц и т.п.

В приложениях к стандарту даны правила образования когерентных производных единиц СИ, таблица соотношений некоторых внесистемных единиц с единицами СИ и рекомендации по выбору десятичных кратных и дольных единиц.

Примеры некоторых производных единиц СИ:

Единицы, в наименования которых входят наименования основных единиц. Примеры: единица площади - квадратный метр, размерность L², обозначение единицы м²; единица потока ионизирующих частиц - секунда в минус первой степени, размерность T^-1, обозначение единицы с^-1.

Единицы, имеющие специальные названия. Примеры: сила, вес – ньютон, размерность LMT^-2, обозначение единицы Н (международное N); энергия, работа, количество теплоты – джоуль, размерность L²MT^-2, обозначение Дж (J).

Единицы, наименования которых образованы с использованием специальных наименований. Примеры: момент силы – наименование ньютон-метр, размерность L²MT^-2, обозначение Н·м (N·m); удельная энергия – наименование джоуль на килограмм, размерность L²T^-2, обозначение Дж/кг (J/kg).

Десятичные кратные  и дольные единицы образуются с помощью множителей и приставок, от 10²⁴ (йотта) до 10^-24 (йокто).

Присоединение к наименованию двух и более приставок подряд не допускается, например, не килокилограмм, а тонна, являющаяся внесистемной единицей, допускаемой наряду с СИ. В связи с тем, что наименование основной единицы массы содержит приставку кило, для образования дольных и кратных единиц массы используют дольную грамм и приставки присоединяются к слову «грамм» — миллиграмм,-единицу  микрограмм.

Выбор кратной или  дольной единицы от единицы СИ диктуется прежде всего удобством  ее применения, причем, числовые значения полученных величин должны быть приемлемы на практике. Считается, что числовые значения величин легче всего воспринимаются в диапазоне от 0,1 до 1000.

В некоторых областях деятельности всегда используют одну и ту же дольную или кратную  единицу, например, в чертежах в машиностроении размеры всегда выражаются в миллиметрах.

Для снижения вероятности  ошибок при расчетах десятичные и кратные дольные единицы рекомендуется подставлять только в конечный результат, а в процессе вычислений все величины выражать в единицах СИ, заменяя приставки степенями числа 10.

В ГОСТ 8.417-2002 приведены правила написания обозначения единиц, основные из которых следующие.

Следует применять обозначения  единиц буквами или знаками, причем устанавливается два вида буквенных обозначений: международные и русские. Международные обозначения пишутся при отношениях с зарубежными странами (договора, поставки продукции и документации). При использовании на территории РФ используются русские обозначения. При этом на табличках, шкалах и щитках средств измерений применяются только международные обозначения.

Названия единиц пишутся  с маленькой буквы, если они не стоят в начале предложения. Исключение составляет градус Цельсия.

В обозначениях единиц точку как знак сокращения не ставят, печатаются они прямым шрифтом. Исключения составляют сокращения слов, которые входят в наименование единицы, но сами не являются наименованиями единиц. Например, мм рт. ст.

Обозначения единиц применяют после числовых значений и помещают в строку с ними (без переноса на следующую строку). Между последней цифрой и обозначением следует оставлять пробел, кроме знака, поднятого над строкой.

При указании значений величин  с предельными отклонениями следует заключать числовые значения в скобки и обозначения единиц помещать после скобок или проставлять их и после числового значения величины и после ее предельного отклонения.

Буквенные обозначения единиц, входящих в произведение, следует отделять точками на средней линии, как знаками умножения. Допускается отделять буквенные обозначения пробелами, если это не приводит к недоразумению. Геометрические размеры обозначаются знаком «х».

В буквенных обозначениях отношения единиц в качестве знака деления должна применяться только одна черта: косая или горизонтальная. Допускается применять обозначения единиц в виде произведения обозначений единиц, возведенных в степени.

При применении косой  черты обозначения единиц в числителе и знаменателе следует помещать в одну строку, произведение обозначений в знаменателе следует заключать в скобки.

При указании производной  единицы, состоящей из двух и более  единиц, не допускается комбинировать буквенные обозначения и наименования единиц, т.е. для одних обозначения, для других – наименования.

Обозначения единиц, наименования которых образованы по фамилиям ученых, пишутся с прописной (заглавной) буквы.

Допускается применять  обозначения единиц в пояснениях обозначений величин к формулам. Помещение обозначений единиц в одной строке с формулами, выражающими зависимости между величинами и их числовыми значениями, представленными в буквенной форме, не допускается.

В стандарте выделены единицы по областям знаний в физике и указаны рекомендованные кратные и дольные единицы. Выделено 9 областей использования единиц:

1. пространство и время;
2. периодические и связанные с ними явления;
3. механика;
4. теплота;
5. электричество и магнетизм;
6. свет и связанные с ним электромагнитные излучения;
7. акустика;
8. физическая химия и молекулярная физика;
9. ионизирующие излучения.