Международная система единиц физических величин

 

Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) в 1954 г. определила шесть основных единиц физических величин для их использования в международных отношениях: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина и свеча.

 

ХI Генеральная конференция по мерам и весам в 1960 г. утвердила Международную систему единиц, обозначаемую SI (от начальных букв французского названия SystemeInternationald`Unites), на русском языке – система СИ. В последующие годы Генеральная конференция приняла ряд дополнений и изменений, в результате чего в системе стало семь основных единиц (количество вещества) дополнительные и производные единицы физических величин (см. таблицу 1.1), а также разработала следующие определения основных единиц:

 

- Единица длины – метр – длина пути, которую проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды;

 

- Единица массы – килограмм – масса, равная массе международного прототипа килограмма;

 

- Единица времени – секунда – продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей;

 

- Единица силы электрического тока – ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими

 

проводниками силу, равную 2∙10^-7 Н на каждый метр длины;- Единица термодинамической температуры – Кельвин – 1/273,16 (до

 

1967 г единица именовалась градус Кельвина) часть термодинамическойтемпературы тройной точки воды. Допускается также применение шкалы Цельсия;

- Единица количества вещества – моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится в углероде

– 12 массой 0,0012 кг;

 

- Единица силы света – кандела – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540∙10¹² Гц, энергетическая сила, излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт·ср^-1(ватт на стерадиан – единица (производная) энергетической силы света.Стерадиан (ср) – единица измерения телесного (пространственного) угла).

 

Приведенные определения довольно сложны и требуют достаточного уровня знаний, прежде всего в физике. Но они дают представление о природном, естественном происхождении принятых единиц, а толкование их усложнялось по мере развития науки и благодаря новым высоким достижениям теоретической и практической физики, механики, математики и других фундаментальных областей знаний. Это дало возможность, с одной стороны, представить основные единицы как достоверные и точные, а с другой стороны – как объяснимые и как бы понятные для всех стран мира, что является главным условием, для того чтобы система единиц стала международной.

 

Международная система СИ считается наиболее совершенной и универсальной по сравнению с предшествовавшими ей. Кроме основных единиц в системе СИ есть дополнительные единицы для измерения плоского и телесного углов – радиан и стерадиан соответственно, а также большое количество производных единиц пространства и времени, механических величин, электрических и магнитных величин, тепловых, световых и акустических величин, а также ионизирующих излучений.

 

Стерадиан – это единица измерения угла – угла с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

 

Во всех системах единиц плоский φ и телесный C углы вводятся посредством уравнений:

φ= l/R, C = S/R²

 

где l – длина дуги, вырезаемой центральным плоским углом j на окружности радиуса R;

 

S – площадь, вырезаемая центральным телесным углом на шаре с радиусом

 

R.

 

В соответствии с этими определениями у обоих углов нет размерности в любой системе единиц:

[φ] = L/L; [C] = L²/L²

 

После принятия Международной системы единиц ГКМВ (Генеральная конференция) практически все крупнейшие международные организации включили ее в свои рекомендации по метрологии и призвали все страны-члены этих организаций принять их. В нашей стране система СИ действует с 1 января 1982 г. в соответствии с п. 3.10 ГОСТ 8.417-81. Она возникла не на пустомместе и является логическим развитием предшествовавшими ей систем единиц: СГС, МКГСА и др.

Достоинства международной системы единиц являются:

- Универсальность, т.е. охват всех областей науки и техники;

 

- Упрощение записи формул в физике, химии, а также в технических науках в связи с отсутствием переводных коэффициентов;

 

- Единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих собственные наименования;

 

- Лучшее взаимопонимание при развитии научно-технических и экономических связей между различными странами.

 

На сегодняшний день система СИ действительно стала международной, но вместе с тем применяются и внесистемные единицы.

 

Единицы ФВ делятся на системные и внесистемные. Системная единица – единица ФВ, входящая в одну из принятых систем. Все основные, производные, кратные и дольные единицы являются системными. Внесистемная единица – это единица ФВ, не входящая ни в одну из принятых систем единиц (таблица 1.2). Внесистемные единицы по отношению к единицам СИ разделяют начетыре вида.

 

1. Допускаемые наравне с единицами СИ, например, единица массы – тонна; единицы плоского угла – градус, минута, секунда; единица объема – литр

 

è др. (площадь – гектар, энергия – электрон-вольт, полная мощность –вольтампер);

 

2. Допускаемые к применению в специальных областях, к которым относятся: в астрономии – единица длины – астрономическая единица (а.е. =

1∙1,45∙10¹¹м), световой год (9,4605∙10¹⁵м), парсек (3,0857∙10¹⁶м); в оптикеединица энергии – электрон-вольт (1,6∙10^-19Дж); в оптике – единица оптической силы – диоптрия (1м^-1); в физике – единица энергии – электрон-вольт (1,6·10^-

¹⁹Дж);

 

3. Временно допускаемые к применению наравне с единицами СИ, например, в морской навигации – морская миля, единица массы в ювелирном деле – карат и др. Эти единицы должны изыматься из употребления в соответствии с международными соглашениями;

 

4. Изъятые из употребления, к ним относятся: единица давления – миллиметр ртутного столба, единица мощности – лошадиная сила и др.

 

Различают кратные и дольные единицы ФВ. Кратная единица – это единица ФВ, в целое число раз больше системной или внесистемной единицы.Например, единица длины – километр равна 10³м, т.е. кратный метру.

 

Дольная единица – единица ФВ, в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы.

 

Приставки для образования кратных и дольных единиц СИ приведены в следующей таблице 1.3.

Множители и приставки для образования десятичных, кратных и дольных единиц и их наименований

 

Таблица 1.3.

 

		Обозначение				Обозначение
Множите	Пристав	приставки		Множите	Пристав	приставки