Международная система единиц физических величин

Принятие Международной системы единиц (СИ) в 1960 г. явилось важным прогрессивным актом, подытожившим большую многолетнюю работу в направлении унификации единиц величин, и обобщившим опыт работы научно-технических кругов разных стран и международных организаций по метрологии, стандартизации, физике и электротехнике. На сегодня эта система узаконена более чем в 124 странах мира.

В результате некоторых видоизменений, принятыми Генеральными конференциями по мерам и весам, в настоящее время система включает семь основных и ряд производных единиц величин.

В настоящее время применение единиц СИ в России узаконено Конституцией (статья 71) и Законом «Об обеспечении единства измерений» (статья 6).На практике следуетруководствоваться единицами физических величин, регламентированными ГОСТ 8.417. В этом стандартенаряду с единицами Международнойсистемы единиц, представлены и другие допущенныек применениюединицы, а также приведены правила написанияи обозначения единиц, которые следует использовать припредставлении данных измерительнойинформации.

Основными достоинствами СИ являются

универсальность – охват ею всех областей науки и техники;

унификация единиц для всех областей и видов измерений (механических, тепловых, световых, электрических и т.д.), например, применяется единая единица давления – паскаль вместо ряда единиц давления (атмосфера, миллиметр ртутного столба, миллиметр водного столба, бар, пьеза, дина на квадратный сантиметр и другие);

когерентность (связность, согласованность) системы – все производные единицы получаются из уравнений связи между величинами, в которых коэффициенты равны единице;

возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с их определениями;

упрощение записи уравнений и формул в физике, химии, а также в технических расчетах в связи с отсутствием переводных коэффициентов;

уменьшение числа допускаемых единиц;

единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих собственное наименование;

облегчение процесса обучения;

лучшее взаимопонимание при дальнейшем развитии научно-технических и экономических связей между странами.

 

Основные единицы СИ

Основной единицей величины называется единица основной физической величины, т.е. величины, которая условно принята в качестве независимой от других величин системы. При выборе основных единиц СИ исходили из того, чтобы: 1) охватить системой все области науки и техники; 2) создать основу образования производных единиц для различных физических величин; 3) принять удобные для практики размеры основных единиц, уже получивших широкое распространение; 4) выбрать единицы таких величин, воспроизведение которых с помощью эталонов возможно с наибольшей точностью.

Основные единицы СИ с указанием сокращенных обозначений русскими и латинскими буквами приведены в табл. 1.1.

 

Таблица 1.1.

Основные единицы СИ

 

Величина	Единица измерения	Сокращенное обозначение единицы	Размерность
русское	международное
Длина	метр	м	m	L
Масса	килограмм	кг	kg	M
Время	секунда	с	s	T
Сила электрического тока	ампер	А	А	I
Термодинамическая температура	кельвин	К	К	Ө
Сила света	кандела	кд	cd	J
Количество вещества	моль	моль	mol	N

 

Определения основных единиц, соответствующие решениям Генеральной конференции по мерам и весам, следующие.

Метр равен длине пути, проходимого светом в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды.

Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Ампер равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывает на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2×10^–7 Н.

Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0.012 кг.

Кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540×10¹² Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Три первые единицы СИ (метр, килограмм и секунда) позволяют образовать производные единицы для измерения механических и акустических величин. При добавлении к ним единицы температуры (кельвина) можно образовать производные единицы для измерений тепловых величин.

Метр, килограмм, секунда и ампер служат основой для образования производных единиц в области электрических, магнитных измерений и измерений ионизирующих излучений, а моль используют для образования единиц в области физико-химических измерений.

 

Производные единицы СИ

Производные единицы Международной системы единиц образуются из основных при помощи уравнений связи между величинами, в которых числовые коэффициенты равны единице. Например, для установления единицы линейной скорости v следует воспользоваться уравнением равномерного прямолинейного движения

v = l / t.

где l - длина пройденного пути (в метрах); t - время (в секундах).

 

Следовательно, единица скорости СИ – метр в секунду – это скорость прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой она за время 1 с перемещается на расстояние 1 м.

Производным единицам могут присваиваться наименования в честь известных ученых. Так, единице давления 1 Н/м² присвоено специальное наименование – паскаль (Па) по имени французского математика и физика Блеза Паскаля. Производные единицы, имеющие специальные названия, приведены в табл. 1.2.

 

Таблица 1.2.

Производные единицы СИ, имеющие специальные названия

 

Величина	Единица
Наименование	Размерность	Наименование	Обозначение	Выражение через единицы СИ
Частота	Т-1	герц	Гц	с-1
Сила, вес	LMT-2	ньютон	Н	м·кг·c-2
Давление, механическое напряжение	L-1MT-2	паскаль	Па	м-1 ·кг·с-2
Энергия, работа, количество теплоты	L2MT-2	джоуль	Дж	м2·кг·c-2
Мощность	L2MT-3	ватт	Вт	м2·кг·c-3
Количество электричества	TI	кулон	Кл	с·A
Электрическое напряжение, потенциал	L2MT-3I-1	вольт	В	м2·кг·c-3А-1
Электрическая ёмкость	L-2M-1T4I2	фарад	Ф	м-2·кг-1·c4·A2
Электрическое сопротивление	L2MT-3I-2	ом	Ом	м2·кг·c-3·A-2
Электрическая проводимость	L-2M-1T3I2	сименс	См	м-2·кг-1·c3·А2
Поток магнитной индукции	L2MT-2I-1	вебер	Вб	м2·кг·c-2·А-1
Магнитная индукция	MT-2I-1	тесла	Тл	кг·c-2·А-1
Индуктивность	L2MT-2I-2	генри	Гн	м2·кг·c-2·А-2
Активность радионуклида	Т-1	беккерель	Бк	с-1
Поглощенная доза излучения	L2T-2	грей	Гр	м2с-2
Эквивалентная доза излучения	L2T-2	зиверт	Зв	м2·c-2

 

Для измерения плоского и телесного углов в СИ предназначены радиан и стерадиан соответственно.

Радиан (рад) – единица плоского угла – это угол между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу. В градусном исчислении радиан равен 57°17'48".

Стерадиан (ср) – единица телесного угла – это телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, по длине равной радиусу сферы.

Сами по себе радиан и стерадиан применяются в основном для теоретических расчетов, на практике измерения углов производят в угловых градусах (минутах, секундах). Именно в этих единицах проградуировано большинство угломерных средств измерений.