Международная система единиц

«СИ» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. Si (значения) .

Международная система единиц , известная во всем мире под аббревиатурой СИ (от французского Système International d'Unités ), является современной формой метрической системы и наиболее широко используемой в мире системой измерения . Координируемая Международным бюро мер и весов (сокращенно BIPM от французского : Bureau International des Poids et Mesures ), это единственная система измерений, имеющая официальный статус почти во всех странах мира, используемая в науке, технике, промышленности и повседневной жизни. коммерция.

СИ Базовые единицы (внешнее кольцо) и константы (внутреннее кольцо)

Семь основных единиц СИ

Символ	Имя	Количество
с	второй	время
м	метр	длина
кг	килограмм	масса
А	ампер	электрический ток
К	Кельвин	термодинамическая температура
моль	крот	количество вещества
компакт-диск	кандела	сила света

СИ представляет собой последовательную систему единиц измерения , начинающуюся с семи основных единиц : секунды (символ с, единица времени ), метра (м, длины ), килограмма (кг, массы ), ампера (А, электрического тока) . ), кельвин (К, термодинамическая температура ), моль (моль, количество вещества ) и кандела (кд, сила света ). В системе можно разместить связные единицы для неограниченного количества дополнительных количеств. Их называют когерентными производными единицами , которые всегда можно представить как произведения степеней основных единиц. Двадцати двум связанным производным единицам были присвоены специальные названия и символы.

Семь основных единиц и 22 связанные производные единицы со специальными названиями и символами могут использоваться в комбинации для выражения других связанных производных единиц. Поскольку размеры когерентных единиц будут удобны только для некоторых приложений, а не для других, СИ предоставляет двадцать четыре префикса , которые при добавлении к названию и символу когерентной единицы дают двадцать четыре дополнительных (несвязных) единицы СИ. за то же количество; эти некогерентные единицы всегда являются десятичными (т. е. десятичной степенью) кратными и долями когерентной единицы.

Нынешний способ определения СИ является результатом продолжавшегося десятилетиями движения к все более абстрактной и идеализированной формулировке, в которой реализации единиц концептуально отделены от определений. Следствием этого является то, что по мере развития науки и технологий могут быть внедрены новые и более совершенные реализации без необходимости переопределения единицы. Одна из проблем с артефактами заключается в том, что они могут быть потеряны, повреждены или изменены; во-вторых, они привносят неопределенности, которые невозможно уменьшить с помощью достижений науки и техники.

Первоначальной мотивацией для разработки СИ было разнообразие единиц, возникших в системах сантиметр-грамм-секунда (СГС) (в частности, несоответствие между системами электростатических единиц и электромагнитных единиц ) и отсутствие координации между различные дисциплины , которые их использовали. Генеральная конференция по мерам и весам (французский: Conférence générale des poids et mesures – CGPM), основанная Метрической конвенцией 1875 года, объединила многие международные организации для установления определений и стандартов новой системы и стандартизации правил. для записи и представления измерений. Система была опубликована в 1960 году в результате инициативы, начатой ​​в 1948 году, и основана на системе единиц метр-килограмм-секунда (МКС) в сочетании с идеями разработки системы СГС.

Определение

Международная система единиц состоит из набора определяющих констант с соответствующими базовыми единицами, производными единицами и набором десятичных множителей, которые используются в качестве префиксов.

SI, определяющие константы

SI, определяющие константы

Символ	Определение константы	Точное значение
Д н Cs	частота сверхтонкого перехода Cs	9  192  631  770 Гц
с	скорость света	299 792 458 м/с
час	Постоянная Планка	6.626 070 15 × 10 −34  J⋅s
и	элементарный заряд	1.602 176 634 × 10 −19 С
к	постоянная Больцмана	1.380 649 × 10 −23 Дж/К
Н. А.	постоянная Авогадро	6.022 140 76 × 10 23 моль −1
К компакт-диск	светоотдача излучения 540 ТГц	683 лм/Вт

Семь определяющих констант являются наиболее фундаментальной особенностью определения системы единиц. Величины всех единиц СИ определяются путем объявления того, что семь констант имеют определенные точные числовые значения, если выражать их в единицах СИ. Этими определяющими константами являются скорость света в вакууме c , частота сверхтонкого перехода цезия Δ ν _Cs , Планка h , элементарный заряд e , постоянная Больцмана k , постоянная Авогадро NA _{постоянная} и светоотдача K _cd . Природа определяющих констант варьируется от фундаментальных констант природы, таких как c, до чисто технической константы K _cd . Значения, присвоенные этим константам, были фиксированными, чтобы обеспечить преемственность с предыдущими определениями базовых единиц.

Базовые единицы СИ

Основная статья: базовая единица СИ

СИ выбирает семь единиц в качестве базовых , соответствующих семи основным физическим величинам. Они вторые , с символом s , который является единицей СИ физической величины времени ; метр в , символ м , единица длины системе СИ ; килограмм ( кг , единица массы ); ампер ( А , электрический ток ); кельвин ( К , термодинамическая температура ); моль ( моль , количество вещества ); и кандела ( кд , сила света ). Базовые единицы определяются с помощью определяющих констант. Например, килограмм определяется путем принятия постоянной Планка h равной 6,626 070 15 × 10. ⁻³⁴ J⋅s , давая выражение через определяющие константы

1 кг = ⁠ ( 299 792 458 ) ² / ( 6.626 070 15 × 10 ⁻³⁴ )( 9 192 631 770 ) ⁠ ⁠ ч   Δ ν _Cs / c ² ⁠ .

Все единицы в системе СИ могут быть выражены через базовые единицы, а базовые единицы служат предпочтительным набором для выражения или анализа отношений между единицами. Выбор того, какие и даже сколько величин использовать в качестве базовых величин, не является фундаментальным или даже уникальным – это вопрос соглашения.

Базовые единицы СИ

Название подразделения	Символ единицы	Символ размера	Название количества	Типичные символы	Определение
второй	с	${\mathsf {T}}$	время	$t$	Продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 .
метр	м	${\mathsf {L}}$	длина	$l$, $x$, $r$, и т. д.	Расстояние, которое проходит свет в вакууме в ⁠ 1/299 ​ 792 458 ⁠ секунда .
килограмм	кг	${\mathsf {M}}$	масса	$m$	Килограмм определяется путем установки постоянной Планка h равной 6,626 070 15 × 10. −34 Дж⋅с ( Дж = кг⋅м 2 ⋅s −2 ), учитывая определения метра и секунды.
ампер	А	${\mathsf {I}}$	электрический ток	$I,\;i$	Поток ⁠ 1 / 1.602 176 634 × 10 −19 ⁠ умноженный на элементарный заряд e в секунду, что составляет примерно 6,241 509 0744 × 10. 18 элементарные заряды в секунду.
Кельвин	К	${\mathsf {\Theta }}$	термодинамический температура	$T$	Кельвин определяется путем установки фиксированного числового значения постоянной Больцмана k, равного 1,380 649 × 10. −23  J⋅K −1 , ( J = кг⋅м 2 ⋅s −2 ), учитывая определения килограмма, метра и секунды.
крот	моль	${\mathsf {N}}$	количество вещества	$n$	Количество вещества 6,022 140 76 × 10 23 элементарные сущности. Это число представляет собой фиксированное числовое значение константы NA Авогадро , выраженное в единицах моль. −1 .
кандела	компакт-диск	${\mathsf {J}}$	сила света	$I_{\rm {v}}$	Сила света в заданном направлении источника, излучающего монохроматическое излучение частоты 5,4 × 10 14 герц и имеет интенсивность излучения в этом направлении. 1/683 ​ ​ Вт на стерадиан .
Примечания

Производные единицы

Основная статья: производная единица СИ

Система допускает неограниченное количество дополнительных единиц, называемых производными единицами , которые всегда можно представить как произведения степеней основных единиц, возможно, с нетривиальным числовым множителем. Когда этот множитель равен единице, единица называется когерентной производной единицей. Например, когерентной производной единицей скорости в системе СИ является метр в секунду с символом м/с . Базовые и связные производные единицы СИ вместе образуют целостную систему единиц ( совокупность связных единиц СИ ). Полезным свойством связной системы является то, что когда числовые значения физических величин выражаются через единицы системы, то уравнения между числовыми значениями имеют точно такой же вид, включая числовые коэффициенты, что и соответствующие уравнения между физические величины.

Двадцати двум связанным производным единицам были присвоены специальные названия и символы, как показано в таблице ниже. Радиан и стерадиан не имеют основных единиц, но по историческим причинам считаются производными единицами.

22 производные единицы СИ со специальными названиями и символами.

Имя	Символ	Количество	В базовых единицах СИ	В других единицах СИ
радиан	рад	плоский угол	м/м	1
стерадиан	сэр	телесный угол	м 2 /м 2	1
герц	Гц	частота	с −1
Ньютон	Н	сила , вес	kg⋅m⋅s −2
паскаль	Хорошо	давление , стресс	kg⋅m −1 ⋅s −2	Н/м 2 = Дж/м 3
джоуль	Дж	энергия , работа , тепло	kg⋅m 2 ⋅s −2	N⋅m = Pa⋅m 3
ватт	В	мощность , лучистый поток	kg⋅m 2 ⋅s −3	Дж/с
кулон	С	электрический заряд	s⋅A
вольт	V	электрический потенциал , напряжение , ЭДС	kg⋅m 2 ⋅s −3 ⋅A −1	В/А = Дж/К
лошадь	Ф	емкость	кг −1 ⋅m −2 ⋅s 4 ⋅A 2	С/В = С 2 /Дж
ом	Ой	сопротивление , импеданс , реактивное сопротивление	kg⋅m 2 ⋅s −3 ⋅A −2	В/А = Дж⋅с/Кл 2
Сименс	С	электрическая проводимость	кг −1 ⋅m −2 ⋅s 3 ⋅A 2	Ой −1
Вебер	ВБ	магнитный поток	kg⋅m 2 ⋅s −2 ⋅A −1	V⋅s
Тесла	Т	плотность магнитного потока	kg⋅s −2 ⋅A −1	Вб/м 2
Генри	ЧАС	индуктивность	kg⋅m 2 ⋅s −2 ⋅A −2	Вб/А
градус Цельсия	°С	температура относительно 273,15 К	К
просвет	лм	световой поток	cd⋅m 2 /м 2	cd⋅sr
люкс	лк	освещенность	cd⋅m 2 /м 4	лм/м 2 = cd⋅sr⋅m −2
беккерель	Бк	активность, относящаяся к радионуклиду (распад в единицу времени)	с −1
серый	Гай	поглощенная доза ( ионизирующего излучения )	м 2 ⋅s −2	Дж/кг
зиверт	Св	эквивалентная доза ( ионизирующего излучения )	м 2 ⋅s −2	Дж/кг
katal	Кэт	каталитическая активность	mol⋅s −1
Примечания

Производные единицы в системе СИ образуются степенями, произведениями или частными базовых единиц и потенциально неограничены по количеству.

Организация основных измерений в физике, основанная на математических манипуляциях с длиной, временем и массой.

Производные единицы применяются к некоторым производным величинам , которые по определению могут быть выражены через базовые величины и, таким образом, не являются независимыми; например, электропроводность является обратной величиной электрического сопротивления , в результате чего сименс является обратной величиной ома, и аналогичным образом ом и сименс можно заменить соотношением ампера и вольта, поскольку эти величины несут определенные отношения друг к другу. Другие полезные производные величины могут быть указаны в терминах основы СИ и производных единиц, которые не имеют именованных единиц в СИ, например ускорение, которое имеет единицу СИ м/с. ² .

Для выражения производной единицы может использоваться комбинация основных и производных единиц. Например, единицей силы в системе СИ является ньютон (Н), единицей давления в системе СИ является паскаль (Па), а паскаль можно определить как один ньютон на квадратный метр (Н/м). ² ).

Префиксы

Основная статья: Метрический префикс

Как и все метрические системы, СИ использует метрические префиксы для систематического построения для одной и той же физической величины набора единиц, которые являются десятичными кратными друг другу в широком диапазоне. Например, расстояние проезда обычно указывается в километрах (обозначение км ), а не в метрах. Здесь метрическая приставка « кило- » (символ «к») означает коэффициент 1000; таким образом, 1 км = 1000 м .

Текущая версия SI предоставляет двадцать четыре метрических префикса, которые обозначают десятичные степени от 10. ⁻³⁰ до 10 ³⁰ , последний из которых был принят в 2022 году. Большинство префиксов соответствуют целым числам 1000; единственные, которые этого не делают, - это 10, 1/10, 100 и 1/100.Преобразование между различными единицами СИ для одной и той же физической величины всегда осуществляется через степень десяти. Вот почему СИ (и метрические системы в целом) называются десятичными системами единиц измерения .

Группа, образованная префиксным символом, прикрепленным к символу единицы измерения (например, « км », « см »), представляет собой новый неотделимый символ единицы измерения. Этот новый символ можно возвести в положительную или отрицательную степень. Его также можно комбинировать с другими символами единиц для формирования составных символов единиц. Например, г/см ³ — единица плотности в системе СИ , где см ³ следует интерпретировать как ( см ) ³ .

К именам единиц добавляются префиксы для создания кратных и долей исходной единицы. Все это целые степени десяти, а выше ста или ниже сотой все являются целыми степенями тысячи. Например, кило- обозначает кратное тысяче, а милли- обозначает кратное тысячной, поэтому в метре содержится одна тысяча миллиметров, а в километре — одна тысяча метров. Префиксы никогда не объединяются, поэтому, например, миллионная часть метра — это микрометр , а не миллимиллиметр . Килограммы, кратные килограмму, называются так, как если бы грамм был базовой единицей, поэтому миллионная доля килограмма — это миллиграмм , а не микрокилограмм .

BIPM определяет 24 префикса Международной системы единиц (СИ):

Префиксы СИ

Префикс		База 10	десятичный	Принятие
Имя	Символ
кветта	вопрос	10 30	1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000	2022
Ронна	Р	10 27	1 000 000 000 000 000 000 000 000 000
йота	И	10 24	1 000 000 000 000 000 000 000 000	1991
Зетта	С	10 21	1 000 000 000 000 000 000 000
экза	И	10 18	1 000 000 000 000 000 000	1975
карта	П	10 15	1 000 000 000 000 000
что	Т	10 12	1 000 000 000 000	1960
высокий	Г	10 9	1 000 000 000
мега	М	10 6	1 000 000	1873
килограмм	к	10 3	1 000	1795
гекто	час	10 2	100
дека	и	10 1	10
—	—	10 0	1	—
так	д	10 −1	0.1	1795
см	с	10 −2	0.01
национальный	м	10 −3	0.001
микро	м	10 −6	0.000 001	1873
нано	н	10 −9	0.000 000 001	1960
пико	п	10 −12	0.000 000 000 001
фемто	ж	10 −15	0.000 000 000 000 001	1964
действовать	а	10 −18	0.000 000 000 000 000 001
Зепто	С	10 −21	0.000 000 000 000 000 000 001	1991
йокто	и	10 −24	0.000 000 000 000 000 000 000 001
ронто	р	10 −27	0.000 000 000 000 000 000 000 000 001	2022
после этого	д	10 −30	0.000 000 000 000 000 000 000 000 000 001
Примечания

Когерентные и некогерентные единицы СИ

Дополнительная информация: Когерентный блок.

Основные единицы и производные единицы, образованные как произведение степеней основных единиц с числовым коэффициентом единица, образуют целостную систему единиц . Каждая физическая величина имеет ровно одну когерентную единицу СИ. Например, 1 м/с = 1 м/(1 с) является производной единицей измерения скорости. За исключением килограмма (для которого для когерентной единицы требуется префикс «кило-»), когда с когерентными единицами СИ используются префиксы, полученные единицы больше не являются когерентными, поскольку префикс вводит числовой коэффициент, отличный от единицы. Например, метр, километр, сантиметр, нанометр и т. д. — все единицы длины СИ, хотя только метр является последовательной единицей СИ. Полный набор единиц СИ состоит как из связного набора, так и из кратных и дольных когерентных единиц, образованных с помощью префиксов СИ.

Килограмм — единственная связная единица СИ, название и символ которой включают приставку. По историческим причинам названия и символы кратных и дольных единиц массы формируются так, как если бы грамм был основной единицей. Имена префиксов и символы присоединяются к названию единицы грамм и символу единицы g соответственно. Например, 10 ⁻⁶ В кг пишется миллиграмм и мг , а не микрокилограмм и мкг .

Несколько разных величин могут использовать одну и ту же когерентную единицу СИ. Например, джоуль на кельвин (символ Дж/К ) — это когерентная единица СИ для двух различных величин: теплоемкости и энтропии ; Другим примером является ампер, который является когерентной единицей СИ как для электрического тока , так и для магнитодвижущей силы . Это показывает, почему важно не использовать только единицы измерения для указания количества. Как говорится в брошюре SI , «это относится не только к техническим текстам, но и, например, к измерительным приборам (т.е. показания прибора должны указывать как единицу измерения, так и измеряемую величину)».

Более того, одна и та же когерентная единица СИ может быть базовой единицей в одном контексте, но когерентной производной единицей в другом. Например, ампер является базовой единицей, если он является единицей электрического тока, и когерентной производной единицей, если он является единицей магнитодвижущей силы.

Примеры последовательных производных единиц с точки зрения основных единиц

Имя	Символ	Производное количество	Типичный символ
квадратный метр	м 2	область	А
кубический метр	м 3	объем	V
метр в секунду	РС	скорость , скорость	v
метр на секунду в квадрате	РС 2	ускорение	а
обратный метр	м −1	волновое число	п , ṽ
		вергентность (оптика)	В , 1/ ф
килограмм на кубический метр	кг/м 3	плотность	р
килограмм на квадратный метр	кг/м 2	поверхностная плотность	р А
кубический метр на килограмм	м 3 /кг	удельный объем	v
ампер на квадратный метр	Являюсь 2	плотность тока	дж
ампер на метр	Являюсь	напряженность магнитного поля	ЧАС
моль на кубический метр	моль/м 3	концентрация	с
килограмм на кубический метр	кг/м 3	массовая концентрация	р , с
кандела на квадратный метр	кд/м 2	яркость	Л в

Примеры производных единиц, включающих единицы со специальными названиями

Имя	Символ	Количество	В базовых единицах СИ
паскаль-секунда	Pa⋅s	динамическая вязкость	м −1 ⋅kg⋅s −1
Ньютон-метр	N⋅m	момент силы	м 2 ⋅kg⋅s −2
Ньютон на метр	Н/м	поверхностное натяжение	kg⋅s −2
радиан в секунду	рад/с	угловая скорость , угловая частота	с −1
радиан на секунду в квадрате	рад/с 2	угловое ускорение	с −2
ватт на квадратный метр	Вт/м 2	плотность теплового потока, излучение	kg⋅s −3
джоули на Кельвин	Дж/К	энтропия , теплоемкость	м 2 ⋅kg⋅s −2 ⋅K −1
джоуль на килограмм-кельвин	Дж/(кг⋅К)	удельная теплоемкость , удельная энтропия	м 2 ⋅s −2 ⋅K −1
Джоуль на килограмм	Дж/кг	удельная энергия	м 2 ⋅s −2
ватт на метр-кельвин	Вт/(м⋅К)	теплопроводность	m⋅kg⋅s −3 ⋅K −1
Джоуль на кубический метр	Дж/м 3	плотность энергии	м −1 ⋅kg⋅s −2
было на метр	V/m	напряженность электрического поля	m⋅kg⋅s −3 ⋅A −1
кулон на кубический метр	См 3	плотность электрического заряда	м −3 ⋅s⋅A
кулон на квадратный метр	См 2	поверхностная плотность заряда , плотность электрического потока , электрическое смещение	м −2 ⋅s⋅A
фарад на метр	ж/м	диэлектрическая проницаемость	м −3 ⋅kg −1 ⋅s 4 ⋅A 2
Генри на метр	Ч/м	проницаемость	m⋅kg⋅s −2 ⋅A −2
джоуль на моль	Дж/моль	молярная энергия	м 2 ⋅kg⋅s −2 ⋅mol −1
джоуль на моль-кельвин	Дж/(моль⋅К)	молярная энтропия , молярная теплоемкость	м 2 ⋅kg⋅s −2 ⋅K −1 ⋅mol −1
кулон на килограмм	С/кг	воздействие (рентгеновские и γ-лучи)	кг −1 ⋅s⋅A
серого в секунду	Гр/с	мощность поглощенной дозы	м 2 ⋅s −3
ватты на стерадиан	Вт/ср	интенсивность излучения	м 2 ⋅kg⋅s −3
ватт на квадратный метр-стерадиан	Вт/(м 2 ⋅sr)	сияние	kg⋅s −3
katal per cubic metre	кот/м 3	концентрация каталитической активности	м −3 ⋅s −1 ⋅mol

Лексикографические соглашения

См. также: ISO 31-0 § Типографские соглашения и Пробел (пунктуация) § Символы и цифры единиц измерения.

Пример лексических соглашений. В выражении ускорения силы тяжести значение и единицы разделяются пробелом, буквы «м» и «s» написаны строчными буквами, поскольку ни метр, ни секунда не названы в честь людей, а возведение в степень обозначается надстрочным индексом « 2'.

Имена юнитов

Согласно брошюре SI, имена единиц следует рассматривать как нарицательные существительные контекстного языка. Это означает, что они должны быть набраны тем же набором символов, что и другие нарицательные существительные (например, латиница в английском языке, кириллица в русском языке и т. д.), с соблюдением обычных грамматических и орфографических правил контекстного языка. Например, в английском и французском языках, даже если единица названа в честь человека и ее символ начинается с заглавной буквы, имя единицы в бегущем тексте должно начинаться со строчной буквы (например, Ньютон, Герц, Паскаль) и писаться с заглавной буквы. только в начале предложения, а также в заголовках и названиях публикаций . В качестве нетривиального применения этого правила в брошюре SI отмечается: что название единицы измерения с символом °C правильно пишется как «градус Цельсия »: первая буква названия единицы измерения «d» написана строчной буквой, а модификатор «Цельсий» пишется с заглавной буквы, поскольку это имя собственное.

Английское написание и даже названия некоторых единиц СИ и метрических префиксов зависят от разновидности используемого английского языка. В американском английском используется написание дека- , метр и литр , а в международном английском — дека- , метр и литр . Название единицы, символ которой — t и которая определяется по формуле 1 t = 10. ³ кг — это «метрическая тонна» в английском языке США и «тонна» в международном английском языке.

Символы единиц измерения и значения величин

Символы единиц СИ должны быть уникальными и универсальными, независимыми от контекстного языка. В брошюре SI есть конкретные правила их написания.

Кроме того, в брошюре SI представлены соглашения о стиле, среди других аспектов отображения единиц величин: символы величин, форматирование чисел и десятичный маркер, выражение неопределенности измерения, умножение и деление символов величин, а также использование чистых чисел и различных углов. .

В США руководство разработано Национальным институтом стандартов и технологий (NIST). уточняет детали американского английского языка, которые остались неясными в брошюре SI, но в остальном идентичны брошюре SI. Например, с 1979 года литр в исключительных случаях может быть написан с использованием прописной буквы «L» или строчной буквы «l», решение вызвано сходством строчной буквы «l» с цифрой «1», особенно с некоторыми гарнитурами. или почерк в английском стиле. Американский NIST рекомендует на территории США использовать букву «L», а не «l».

Реализация юнитов

Основная статья: Реализация (метрология)

Кремниевая сфера для проекта Авогадро, используемая для измерения постоянной Авогадро с относительной стандартной неопределенностью 2 × 10 . ⁻⁸ или меньше, принадлежит Ахиму Ляйстнеру

Метрологи тщательно разграничивают определение единицы и ее реализацию. Единицы СИ определяются путем объявления семи определяющих констант. имеют определенные точные числовые значения, выраженные в единицах СИ. Реализация определения единицы — это процедура, с помощью которой это определение может быть использовано для установления значения и связанной с ним неопределенности величины того же вида, что и единица.

Для каждой базовой единицы МБМВ публикует mises en pratique ( по-французски «применение на практике; внедрение»). ), описывающее текущие лучшие практические реализации устройства. Отделение определяющих констант от определений единиц означает, что могут быть разработаны более совершенные измерения, ведущие к изменениям в практической деятельности по мере развития науки и техники, без необходимости пересмотра определений.

Опубликованное практическое руководство - не единственный способ определения базовой единицы: в брошюре СИ говорится, что «любой метод, соответствующий законам физики, может быть использован для определения любой единицы СИ». несколько практических рекомендаций . В 2016 году различные консультативные комитеты CIPM решили, что для определения стоимости каждой единицы будет разработано Эти методы включают в себя следующее:

• Должно быть проведено не менее трех отдельных экспериментов, дающих значения, имеющие относительную стандартную неопределенность при определении килограмма не более 5 × 10. ⁻⁸ и хотя бы одно из этих значений должно быть лучше 2 × 10 ⁻⁸ . И баланс Киббла , и проект Авогадро должны быть включены в эксперименты, и любые различия между ними должны быть согласованы.
• Определение кельвина, измеренное с относительной неопределенностью постоянной Больцмана, полученной с помощью двух принципиально разных методов, таких как акустическая газовая термометрия и газовая термометрия с диэлектрической проницаемостью, должно быть лучше, чем одна часть из 10. ⁻⁶ и чтобы эти значения были подтверждены другими измерениями.

Организационный статус

Страны, использующие метрическую (СИ), имперскую и обычную системы США по состоянию на 2019 год.

Международная система единиц, или СИ, — десятичная и метрическая система единиц, созданная в 1960 году и с тех пор периодически обновляемая. СИ имеет официальный статус в большинстве стран, включая США , Канаду и Великобританию , хотя эти три страны входят в число немногих стран, которые в той или иной степени также продолжают использовать свои традиционные системы. Тем не менее, при таком почти универсальном уровне признания, СИ «использовалась во всем мире как предпочтительная система единиц, основной язык науки, техники, промышленности и торговли».

Единственными другими типами систем измерения, которые до сих пор широко используются во всем мире, являются имперские и американские системы измерения . Международный ярд и фунт определяются в системе СИ.

Международная система величин

Основная статья: Международная система величин

Количества и уравнения, которые обеспечивают контекст, в котором определяются единицы СИ, теперь называются Международной системой величин (ISQ).ISQ основан на количествах, лежащих в основе каждой из семи базовых единиц СИ . Другие величины, такие как площадь , давление и электрическое сопротивление , выводятся из этих основных величин с помощью четких, непротиворечивых уравнений. ISQ определяет величины, которые измеряются в единицах СИ. ISQ частично формализован в международном стандарте ISO/IEC 80000 , который был завершен в 2009 году публикацией ISO 80000-1 . и в значительной степени был пересмотрен в 2019–2020 годах.

Контролирующий орган

Основные статьи: Генеральная конференция мер и весов и Международное бюро мер и весов

СИ регулируется и постоянно развивается тремя международными организациями, которые были созданы в 1875 году в соответствии с положениями Метрической конвенции . Это Генеральная конференция мер и весов (CGPM). ), Международный комитет мер и весов (CIPM) ) и Международное бюро мер и весов (BIPM). ). Все решения и рекомендации, касающиеся единиц, собраны в брошюре под названием «Международная система единиц (СИ)» . который публикуется МБМВ на французском и английском языках и периодически обновляется. Написание и ведение брошюры осуществляется одним из комитетов CIPM. Определения терминов «количество», «единица измерения», «размерность» и т. д., используемые в брошюре СИ , приведены в международном словаре метрологии . Брошюра оставляет некоторую возможность для местных изменений, особенно в отношении названий единиц и терминов на разных языках. США Например, Национальный институт стандартов и технологий (NIST) подготовил версию документа CGPM (NIST SP 330), в которой разъясняется использование англоязычных публикаций, в которых используется американский английский .

История

Камень, обозначающий австро -венгерско -итальянскую границу в Понтеббе, с изображением мириаметров , единицы длины 10 км, использовавшейся в Центральной Европе в 19 веке (но с тех пор устаревшей )

Для более широкого освещения этой темы см. Историю метрической системы .

Системы CGS и MKS

См. Также: Система единиц СГС.

Крупный план национального прототипа счетчика, серийный номер 27, переданного Соединенным Штатам.

Концепция системы единиц возникла за сто лет до СИ.В 1860-х годах Джеймс Клерк Максвелл , Уильям Томсон (позже лорд Кельвин) и другие, работавшие под эгидой Британской ассоциации содействия развитию науки , основываясь на предыдущих работах Карла Гаусса , разработали систему единиц сантиметр-грамм-секунда. или система CGS в 1874 году. Эти системы формализовали концепцию набора связанных единиц, называемую последовательной системой единиц. В целостной системе базовые единицы объединяются для определения производных единиц без дополнительных коэффициентов. Например, использование метров в секунду является последовательным в системе, которая использует метры для длины и секунды для времени, но километры в час не являются последовательными. Принцип когерентности был успешно использован для определения ряда единиц измерения на основе СГС, включая эрг для энергии , дина для силы , бари для давления , пуаз для динамической вязкости и стоксы для кинематической вязкости .

Метрическая конвенция

Основные статьи: Метрическая конвенция и система единиц MKS

Инициатива международного сотрудничества в области метрологии, вдохновленная Францией , привела к подписанию в 1875 году Метрической конвенции , также называемой Договором о метре, 17 странами. Генеральная конференция по мерам и весам (французский: Conférence générale des poids et mesures – CGPM), основанная Метрической конвенцией, объединил множество международных организаций для установления определений и стандартов новой системы, а также для стандартизации правил записи и представления измерений. Первоначально конвенция охватывала только стандарты метра и килограмма. Это стало основой системы подразделений МКС.

Джованни Джорджи и проблема электрических агрегатов

В конце XIX века для электрических измерений существовало три различные системы единиц измерения: система на основе CGS для электростатических единиц , также известная как система Гаусса или ESU, система на основе CGS для электромеханических единиц (EMU) и Международная система, основанная на единицах, определенных Метрической конвенцией. для систем распределения электроэнергии.Попытки определить электрические единицы с точки зрения длины, массы и времени с помощью анализа размеров столкнулись с трудностями - размеры зависели от того, использовалась ли система ESU или EMU. Эта аномалия была решена в 1901 году, когда Джованни Джорджи опубликовал статью, в которой он выступал за использование четвертой базовой единицы наряду с существующими тремя базовыми единицами. Четвертой единицей может быть выбран электрический ток , напряжение или электрическое сопротивление .

В качестве базовой единицы был выбран электрический ток с единицей измерения «ампер», а остальные электрические величины были производными от него в соответствии с законами физики.В сочетании с МКС новая система, известная как МКСА, была одобрена в 1946 году.

9-я CGPM, предшественник SI

В 1948 году 9-я ГКМВ заказала исследование для оценки потребностей научного, технического и образовательного сообщества в измерениях и «выработки рекомендаций по единой практической системе единиц измерения, подходящей для принятия всеми странами, присоединившимися к Метрической конвенции». . Этим рабочим документом стала Практическая система единиц измерения . На основе этого исследования 10-я ГКМВ в 1954 году определила международную систему, производную шесть основных единиц: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина и кандела.

9-я ГКМВ также одобрила первую официальную рекомендацию по написанию символов в метрической системе, когда была заложена основа правил в том виде, в котором они известны сейчас. Эти правила впоследствии были расширены и теперь охватывают символы и названия единиц, префиксные символы и названия, то, как следует писать и использовать символы величин, а также как следует выражать значения величин.

Рождение СИ

10-я ГКМВ в 1954 году постановила создать международную систему единиц. иВ 1960 году 11-я ГКМВ приняла Международную систему единиц , сокращенно СИ от французского названия Le Système International d'Unités , которая включала спецификацию единиц измерения.

Международное бюро мер и весов (BIPM) описало СИ как «современную форму метрической системы». В 1971 году родинка стала седьмой базовой единицей СИ.

переопределение 2019 года

Обратные зависимости базовых единиц СИ от семи физических констант присвоены точные числовые значения , которым в переопределении 2019 года . В отличие от предыдущих определений, все основные единицы получены исключительно из констант природы. Здесь, $a\rightarrow b$ означает, что $a$ используется для определения $b$.

Основная статья: Переопределение базовых единиц СИ в 2019 году

После того, как в 1960 году было пересмотрено определение метра , Международный прототип килограмма (IPK) стал единственным физическим артефактом, от которого зависели основные единицы измерения (непосредственно килограмм и косвенно ампер, моль и кандела), что делало эти единицы предметом периодических проверок. сравнения национальных эталонных килограммов с ИПК. В ходе 2-й и 3-й Периодической проверки национальных прототипов «Килограмма» произошло значительное расхождение между массой ИПК и всех его официальных экземпляров, хранящихся по всему миру: все экземпляры заметно увеличились в массе по отношению к ИПК. В ходе внеочередных проверок, проведенных в 2014 году в рамках подготовки к переопределению метрических стандартов, продолжающееся расхождение не подтвердилось. Тем не менее, остаточная и неуменьшаемая нестабильность физического ИПК подорвала надежность всей метрической системы для точных измерений от малых (атомных) до больших (астрофизических) масштабов. Избегая использования артефакта для определения юнитов, можно избежать всех проблем, связанных с потерей, повреждением и изменением артефакта.

Было сделано предложение:

• Помимо скорости света, четыре константы природы – постоянная Планка , элементарный заряд , постоянная Больцмана и постоянная Авогадро – имеют точные значения.
• Международный прототип килограмма будет отправлен в отставку
• Существующие определения килограмма, ампера, кельвина и моля будут пересмотрены.
• В формулировках определений базовых единиц следует сменить акцент с явных единиц на явные определения констант.

Новые определения были приняты на 26-й сессии ГКМВ 16 ноября 2018 года и вступили в силу 20 мая 2019 года. Это изменение было принято Европейским Союзом Директивой (ЕС) 2019/1258.

До своего переопределения в 2019 году СИ определялась через семь базовых единиц, из которых производные единицы были построены как произведения степеней базовых единиц. После переопределения СИ определяется путем фиксации числовых значений семи определяющих констант. Это приводит к тому, что различие между базовыми и производными единицами в принципе не требуется, поскольку все единицы, как базовые, так и производные, могут быть построены непосредственно из определяющих констант. Тем не менее, это различие сохраняется, поскольку «оно полезно и исторически устоялось», а также потому, что ISO/IEC 80000 серия стандартов , которые определяют Международную систему величин (ISQ), определяют базовые и производные величины, которые обязательно имеют соответствующие значения. Единицы СИ.

Связанные подразделения

Единицы, не входящие в систему СИ, принятые для использования с СИ.

Основная статья: Единицы, не входящие в систему СИ, упомянутые в СИ

Хотя литр не является единицей СИ, его можно использовать с единицами СИ. Это эквивалентно ( 10 см ) ³ = ( 1 дм ) ³ = 10 ⁻³ м ³ .

Многие единицы, не входящие в систему СИ, продолжают использоваться в научной, технической и коммерческой литературе. Некоторые единицы глубоко укоренились в истории и культуре, и их использование не было полностью заменено их альтернативами СИ. CIPM признал и признал такие традиции, составив список единиц, не входящих в систему СИ, принятых для использования с СИ . включая час, минуту, градус угла, литр и децибел.

Метрические единицы, не распознаваемые СИ

Основная статья: Список метрических единиц

Хотя термин «метрическая система» часто используется как неофициальное альтернативное название Международной системы единиц, существуют и другие метрические системы, некоторые из которых широко использовались в прошлом или даже до сих пор используются в определенных областях. Существуют также отдельные метрические единицы, такие как свердруп и дарси , которые существуют вне какой-либо системы единиц. Большинство единиц других метрических систем не признаются СИ.

Недопустимое использование

Иногда вводятся варианты названий единиц СИ, смешивающие информацию о соответствующей физической величине или условиях ее измерения; однако такая практика неприемлема для SI. «Неприемлемость смешивания информации с единицами измерения: когда дают значение величины, любая информация, касающаяся величины или условий ее измерения, должна быть представлена ​​таким образом, чтобы не ассоциироваться с единицей». Примеры включают: « Ватт-пик » и « Ватт-СКЗ »; « измеритель геопотенциала » и « измеритель вертикали »; « стандартный кубический метр »; « атомная секунда », « эфемеридная секунда » и « звездная секунда ».

См. также

• Преобразование единиц – Сравнение различных шкал.
• Список международных общих стандартов
• Метрика
• Краткое описание метрической системы - Обзор и тематическое руководство по метрической системе.

Организации

• Международное бюро мер и весов - Межправительственная организация по измерению и стандартизации измерений.
• Институт эталонных материалов и измерений - исследовательская организация общей европейской системы измерений. Страницы, отображающие описания викиданных в качестве запасного варианта (ЕС).
• Национальный институт стандартов и технологий – лаборатория эталонов в США (США)

Стандарты и соглашения

• Обычная электрическая единица – исторические высокоточные единицы измерения.
• Всемирное координированное время ( UTC ) – основной стандарт времени.
• Единый код единиц измерения - Система кодов для однозначного представления единиц измерения.

Примечания

Атрибуция

В эту статью включен текст из этого источника, доступного по лицензии CC BY 3.0 .

Дальнейшее чтение

• Международный союз теоретической и прикладной химии (1993). Количества, единицы и символы в физической химии , 2-е издание, Оксфорд: Blackwell Science. ISBN   0-632-03583-8 . Электронная версия.
• Системы единиц в электромагнетизме
• МВ Келлер и др. (PDF) Метрологический треугольник с использованием баланса Ватта, вычисляемого конденсатора и устройства одноэлектронного туннелирования
• «Текущий SI с точки зрения предлагаемого нового SI» (PDF) . Барри Н. Тейлор. Журнал исследований Национального института стандартов и технологий, Vol. 116, № 6, стр. 797–807, ноябрь – декабрь 2011 г.
• Б. Н. Тейлор, Эмблер Томпсон, Международная система единиц (СИ) , Национальный институт стандартов и технологий , издание 2008 г., ISBN   1437915582 .

Внешние ссылки

• Официальный веб-сайт МБМВ (Международное бюро мер и весов)