Міжнародна система СІ
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Міжнародна система одиниць СІ (міжнародна абревіатура SI з франц. Système International d'Unités) це сучасна форма метричної системи, яка широко використовується при проведенні розрахунків в різних галузях науки, техніки, торгівлі тощо.
В 1960 11-ю Генеральною конференцією з мір та ваг Міжнародна система одиниць СІ була рекомендована як практична система одиниць для вимірювань фізичних величин. Головна мета впровадження такої системи — це об'єднання великої кількості систем одиниць (СГС, МКГСС, МКС тощо) з різних галузей науки та техніки та усунення труднощів, пов’язаних з використанням значної кількості коефіцієнтів при перерахунках між ними та створенням великої кількості еталонів для забезпечення необхідної точності. Переваги СІ забезпечують підвищення продуктивності праці проектантів, виробників, науковців, спрощують та полегшують навчальний процес, а також практику міжнародних контактів державами.
Міжнародна система одиниць СІ складається з набору одиниць виміру та набору кратних і частинних префіксів до них. Система також визначає стандартні скорочені позначення для одиниць та правила запису похідних одиниць.
Система СІ не є незмінною, вона є набором стандартів, в якому створюються одиниці виміру та корегуються їхні визначення згідно з міжнародними угодами в залежності від рівня сучасного розвитку вимірювальних технологій.
Зміст |
[ред.] Одиниці виміру
В основі СІ лежать незалежні одна від одної основні одиниці, а інші, похідні одиниці, встановлюються з допомогою основних та визначальних рівнянь, що виражають у найчіткішому вигляді функціональні зв’язки між фізичними величинами. При побудові СІ були вибрані основні одиниці, які забезпечують всеосяжне охоплення галузей науки та техніки, причому в якості більшості похідних одиниць використано одиниці, що застосовувалися раніше та мають зручні розміри.
На даний момент в СІ визначено сім основних фізичних величин — довжина, маса, час, електричний струм, термодинамічна температура, кількість речовини та сила світла — котрі, згідно з угодою, вважаються незалежними. Відповідними до них основними одиницями виміру є метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, моль та кандела. В системі СІ розмірності основних одиниць виміру, на базі яких будуються похідні одиниці, також вважаються незалежними. Але треба зазначити, що визначення основних одиниць пов’язані між собою. Так визначення метру містить в собі секунду; визначення амперу — містить метр, кілограм та секунду; визначення молю — кілограм; кандели — метр, кілограм та секунду.
[ред.] Основні одиниці
| Ім'я | Позначення | Фізична величина | Визначення | ||
|---|---|---|---|---|---|
| українське | міжнародне | українське | міжнародне | ||
| метр | metre (meter) | м | m | довжина | Метр дорівнює довжині шляху, який світло проходить у вакуумi за 1/299 792 458 секунди. |
| кілограм | kilogram | кг | kg | маса | Кілограм точно дорівнює масі міжнародного прототипу кілограму (платино-іридієвого циліндру), що зберігається в Міжнародному бюро мір та ваг, Севр, Франція. |
| секунда | second | с | s | час | Секунда дорівнює часу за який відбуваються точно 9 192 631 770 періодів випромінювання, що відповідають переходу між двома надтонкими рівнями не збудженого атому Цезію-133 при температурі нуль кельвін. |
| ампер | ampere | А | А | сила електричного струму | Ампер це сила постійного електричного струму, котрий, протікаючи по двом прямим паралельним провідникам нескінченної довжини з незначним поперечним перетином, що поміщені на відстані 1 метр один від одного у вакуумі, створює між цими провідниками силу, що дорівнює 2×10−7 ньютон на метр довжини. |
| кельвін | kelvin | К | K | термодинамічна температура | Кельвін точно дорівнює 1/273,16 термодинамічної температури потрійної точки води. |
| моль | mole | моль | mol | кількість речовини | Моль є кількість речовини, що містить стільки ж елементарних часток (атомів, молекул, електронів тощо), скільки атомів міститься в 0,012 кілограмах вуглецю-12. |
| кандела | candela | кд | cd | сила світла | Кандела це сила світла в визначеному напрямку, джерела, що випромінює монохроматичне випромінювання частоти 540×1012 герц та має інтенсивність випромінювання в цьому напрямку 1/683 ватт на стерадіан. |
[ред.] Похідні одиниці, що мають власні назви
Похідні одиниці СІ є добутками цілих ступенів основних одиниць. Математичний вираз для розмірності похідної одиниці виходить з фізичного закону або визначення відповідної фізичної величини. Деякі з похідних одиниць виміру мають власні назви, котрі теж можна використовувати при визначенні інших похідних одиниць. На даний час існує 22 такі одиниці виміру.
| Ім'я | Позначення | Фізична величина | Вираження | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| українське | міжнародне | українське | міжнародне | через інші одиниці СІ | через основні одиниці СІ | |
| радіан | radian | рад | rad | плоский кут | 1 | м/м |
| стерадіан | steradian | ср | sr | просторовий кут | 1 | м2/м2 |
| герц | hertz | Гц | Hz | частота | с-1 | |
| ньютон | newton | Н | N | сила | м·кг·с-2 | |
| паскаль | pascal | Па | Pa | тиск | Н/м2 | м-1·кг·с-2 |
| джоуль | joule | Дж | J | енергія, робота | Н·м | м2·кг·с-2 |
| ват | watt | Вт | W | потужність, потік енергії | Дж/с | м2·кг·с-3 |
| кулон | coulomb | Кл | C | електричний заряд | А·с | с·А |
| вольт | volt | В | V | напруга, електричний потенціал | Вт/А | м2·кг·с-3·А-1 |
| фарад | farad | Ф | F | електрична ємність | Кл/В | м2·кг-1·с4·А2 |
| ом | ohm | Ом | Ω | електричний опір | В/А | м2·кг·с-3·А-2 |
| сіменс | siemens | См | S | електрична провідність | А/В | м-2·кг-1·с3·А2 |
| вебер | weber | Вб | Wb | потік магнітної індукції | В·с | м2·кг·с-2·А-1 |
| тесла | tesla | Тл | T | магнітна індукція | Вб/м2 | кг·с-2·А-1 |
| генрі | henry | Гн | H | індуктивність | Вб/А | м2·кг·с-2·А-2 |
| градус Цельсія | degree Celsius | °С | °C | термодинамічна температрура | K | |
| люмен | lumen | лм | lm | світловий потік | кд·ср | кд |
| люкс | lux | лк | lx | освітленість | лм/м2 | кд·м-2 |
| бекерель | becquerel | Бк | Bq | радіоактивність | s-1 | |
| грей | gray | Гр | Gy | поглинута доза іонізуючого випромінювання | Дж/кг | м2·с-2 |
| зіверт | sievert | Зв | Sv | ефективна доза іонізуючого випромінювання | Дж/кг | м2·с-2 |
| катал | katal | кат | kat | активність каталізатору | c-1·моль | |
За допомогою вищезазначених семи основних та двадцяти двох похідних одиниць можна побудувати одиницю виміру будь-якої відомої на даний час фізичної величини. Але через те, що загальна кількість фізичних величин в науці необмежена, тому навести повний перелік похідних одиниць вимірювання неможливо.
Якщо при визначенні похідної одиниці виявляється, що вона може бути виражена за допомогою основних та похідних одиниць різними способами, на практиці використовують вирази, що найкраще відображають фізичний сенс цієї величини. Так, наприклад, одиниця виміру моменту сили є Н·м, а не м·Н або Дж.
[ред.] Множники та префікси для утворення кратних та частинних одиниць
- Для більш докладної інформації дивись статті Префікси СІ та Двійкові префікси
В СІ існують десяткові множники за допомогою яких можна утворювати кратні та частинні одиниці. Всі числові префікси є ступенями десяти та не повинні використовуватись для позначення ступіней двійки. Так, наприклад, один кілобіт позначає 1000 біт, а не 1024.
В системі СІ забороняється використовувати префікси, що складаються з двох або більше основних. Так величина 10-9 м завжди позначається нм (нанометр), а не, наприклад, ммкм (мілімікрометр). Згідно з цим правилом для утворення кратних та часткових одиниць кілограму, єдиної одиниці що з історичних причин вже має в своєму імені префікс, використовується частинна одиниця грам. Тобто величина 10-6 кг позначається як 1 мг (міліграм), а не 1 мккг (мікрокілограм).
| Префікси СІ | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| кратні | частинні | |||||||
| Множник | Назва | Позначення | Множник | Назва | Позначення | |||
| українське | міжнародне | українське | міжнародне | |||||
| 101 | (дека) | дк | da | 10-1 | (деци) | д | d | |
| 102 | (гекто) | г | h | 10-2 | (санти) | с | c | |
| 103 | кіло | к | k | 10-3 | мілі | м | m | |
| 106 | мега | М | M | 10-6 | мікро | мк | μ | |
| 109 | гіга | Г | G | 10-9 | нано | н | n | |
| 1012 | тера | Т | T | 10-12 | піко | п | p | |
| 1015 | пета | П | P | 10-15 | фемто | ф | f | |
| 1018 | екса | Е | E | 10-18 | ато | а | a | |
| 1021 | зета | З | Z | 10-21 | зепто | з | z | |
| 1024 | йота | Й | Y | 10-24 | йокто | й | y | |
В дужках позначені префікси, які припускається використовувати тільки в назвах одиниць, що вже мають широке розповсюдження, наприклад, гектар, декалітр, дециметр, сантиметр.
[ред.] Правопис
Основні правила правопису одиниць були введені 6-ю Генеральною конференцією з мір та ваг в 1948. Як результат, зараз існує загальна міжнародна згода, щодо написання та використання позначень і назв одиниць та їх префіксів. Дотримування правил сприяє підвищенню читабельності текстів.
- Позначення одиниць пишуться звичайним прямим шрифтом, на відміну від позначень фізичних величин, що пишуться курсивом. Наприклад, м (метр) та m(маса).
- Позначення одиниць завжди пишуться з рядкової букви, якщо вони не утворені від особових імен. Якщо одиниця названа на честь людини, то перша буква позначення завжди є великою, але, при написанні назви повністю, ця назва пишеться з рядкової букви. Наприклад, 15 кг; 60 с; 2 Н, але 2 ньютона; 200 мкФ, але 200 мікрофарад.
- Якщо використовуються префікси, вони передують базовій одиниці та пишуться з нею разом. Префікс ніколи не використовується сам, також забороняється використовувати складені префікси.
- Позначення одиниць є математичними виразами, а не скороченнями. Тому після них не ставиться крапка, за виключенням розташування позначення в кінці речення.
- При формуванні добутків та часток одиниць використовуються звичайні алгебраїчні правила множення та ділення. Множення повинно позначатись пропуском або точкою на середині висоти рядка (·). Ділення повинно позначатись горизонтальною або скісною рискою, або від'ємним показником ступеня. Наприклад, для множення: Н м, або Н·м; для ділення: м/с, м·с-1, або
. Коли поєднуються декілька позначень одиниць, необхідно використовувати дужки або від'ємні показники ступенів для запобігання невизначеності запису. Крім того, скісна риска не повинна використовуватись в виразі двічі та більше разів. Наприклад, вірним записом буде кг/(м·с2), або кг·м-1·с-2 ( = Па), а не кг/м/с/c. - Забороняється використовувати скорочені назви одиниць СІ, наприклад сек. замість с, або кв. м, замість м2. Використовування правильних позначень одиниць СІ є обов'язковим, тільки в такому випадку можна уникнути невизначеностей та непорозумінь.
[ред.] Історична довідка
Першим кроком на шляху створення метричної системи було введення двох платинових стандартів метру та кілограму в середині 1799 року. Пізніше, в 1832 році, Гаус рекомендував використання такої метричної системи, як узгодженої системи одиниць для фізичних обчислень. Гаус першим здійснив вимірювання магнітного поля Землі використовуючи метричну систему засновану на трьох механічних одиницях — міліметрі, грамі та секунді, що відповідали фізичним величинам довжини, маси та часу.
Розширення метричної системи відбулося завдяки Максвелу та Томсону, котрі в 60-х роках XIX ст. сформулювали вимоги для узгодженої системи одиниць засновану на основних та похідних одиницях. Як наслідок, в 1874 році була введена система СГС, що базувалась на трьох механічних одиницях — сантиметрі, грамі та секунді та використовувала діапазон префіксів від мікро до мега для створення кратних та частинних одиниць. Наступний розвиток фізики, як експериментальної науки, значною мірою пов'язаний з цією системою: на її основі були побудовані електромагнітна (СГСМ) та електростатична (СГСЕ) системи, світова система одиниць СГСЛ (сантиметр, грам, секунда, люмен), система теплових одиниць СГС°С (сантиметр, грам, секунда, градус Цельсія) та інші.
Після створення в 1875 році Міжнародного бюро з мір та ваг почалась робота по створенню нових міжнародних еталонів метра та кілограма. В 1889 перша Генеральна конференція з мір та ваг запропонувала нову, схожу с СГС систему, але засновану на метрі, кілограмі та секунді — систему МКС.
Незручний розмір в системах СГС електромагнітних одиниць, які не мали власних назв, а виражались через основні одиниці, ініціював роботи по об'єднанню механічних та електромагнітних одиниць в одну узгоджену систему. Так в 1939 році було зроблено наступний крок — створення системи МКСА, заснованої на метрі, кілограмі, секунді та ампері.
Виходячи з досліджень Міжнародного бюро з мір та ваг, котрі почались в 1948, на 10-й Генеральній конференції з мір та ваг в 1954 році було прийнято введення ампера, кельвіна та кандели, як базових одиниць, котрі відповідають електричному струму, термодинамічній температурі та силі світла. В 1960 році на 11-й Генеральній конференції з мір та ваг ця система була офіційно названа Міжнародною системою одиниць з абревіатурою SI.
В 1971, після довгих дискусій між фізиками та хіміками, сучасна система СІ була сформована додаванням моля, як базової одиниці для кількості речовини.
[ред.] Джерела
- Брошура СІ Міжнародного бюро з мір та ваг. 8-а редакція.
- ДСТУ 3651.0-97. Метрологiя. Одиницi фiзичних величин. Основнi одиницi фiзичних величин Мiжнародної системи одиниць. Основнi положення, назви та позначення
- ДСТУ 3651.1-97. Метрологiя. Одиницi фiзичних величин. Похiднi одиницi фiзичних величин Мiжнародної системи одиниць та позасистемнi одиницi. Основнi поняття, назви та позначення
- ДСТУ 3651.2-97. Метрологiя. Одиницi фiзичних величин. Фiзичнi сталi та характеристичнi числа. Основнi положення, позначення, назви та значення
[ред.] Зовнішні посилання
| Одиниці Міжнародної системи одиниць СІ | |
|---|---|
| Основні: | метр • кілограм • секунда • ампер • кельвін • кандела • моль |
| Похідні: | радіан • стерадіан • герц • ньютон • джоуль • ват • паскаль • кулон • вольт • ом • сіменс • фарад • вебер • тесла • генрі • градус Цельсія • люмен • люкс • бекерель • грей • зіверт • катал |
