Internationellt enhetssystem , [1] SI ( franska Système international d'unités, SI ) är ett system av enheter av fysiska kvantiteter , en modern version av det metriska systemet . SI är det mest använda systemet av enheter i världen, både i vardagen och inom vetenskap och teknik . För närvarande antas SI som huvudsystemet av enheter av de flesta länder i världen och används nästan alltid inom teknikområdet, även i de länder där traditionella enheter används i vardagen. I dessa få länder (till exempel USA) Definitionerna av traditionella enheter har ändrats på ett sådant sätt att de relateras med fasta koefficienter till motsvarande SI-enheter.
En fullständig officiell beskrivning av SI, tillsammans med dess tolkning, finns i den aktuella versionen av SI-broschyren ( fr. Brochure SI , eng. The SI Brochure ), publicerad av International Bureau of Weights and Measures (BIPM) och presenterad på BIPM:s webbplats [2] . SI-broschyren har publicerats sedan 1970, sedan 1985 har den publicerats på franska och engelska , och har även översatts till ett antal andra språk [3] , men endast texten på franska anses vara officiell .
Den strikta definitionen av SI är formulerad enligt följande:
Det internationella enhetssystemet (SI) är ett system av enheter baserat på det internationella enhetssystemet , tillsammans med namn och symboler, samt en uppsättning prefix och deras namn och symboler, tillsammans med reglerna för deras användning, antagna av generalkonferensen om vikter och mått (CGPM).
— International Dictionary of Metrology [4]SI antogs av XI General Conference on Weights and Measures (CGPM) 1960; några efterföljande konferenser gjorde ett antal ändringar i SI.
SI definierar sju grundläggande enheter av fysiska kvantiteter och härledda enheter (förkortade som SI-enheter eller enheter ), såväl som en uppsättning prefix . SI fastställer också standardenhetsförkortningar och regler för att skriva härledda enheter.
Basenheterna är kilogram , meter , sekund , ampere , kelvin , mol och candela . Inom SI anses dessa enheter ha oberoende dimensionalitet , vilket betyder att ingen av basenheterna kan härledas från de andra.
Härledda enheter erhålls från grundläggande enheter genom algebraiska operationer som multiplikation och division . Några av de härledda enheterna i SI har sina egna namn, till exempel enheten radian .
Prefix kan användas före enhetsnamn. De betyder att enheten måste multipliceras eller divideras med ett visst heltal, en potens av 10. Till exempel betyder prefixet "kilo" multiplicering med 1000 (kilometer = 1000 meter). SI-prefix kallas också decimalprefix.
Enligt internationella dokument (SI Brochure, ISO 80000, International Metrological Dictionary [4] ) har SI-enheter namn och beteckningar. Enhetsnamn kan skrivas och uttalas olika på olika språk, till exempel: fr. kilogram , engl. kilogram , port. quilograma , vägg. cillogram , bulgariska kilogram , grekiska χιλιόγραμμο , kinesiska 千克, japanska キログラム. Tabellen visar de franska och engelska namnen i internationella dokument. Enhetsbeteckningar, enligt SI-broschyren, är inte förkortningar, utan matematiska enheter ( franska entités mathématiques , engelska matematiska enheter ). De ingår i de internationella vetenskapliga symbolerna ISO 80000 och är inte beroende av språket, till exempel kg. Den internationella notationen för enheter använder bokstäver i det latinska alfabetet , i vissa fall grekiska bokstäver eller specialtecken.
Men i det postsovjetiska rymden ( CIS , CIS-2 , Georgien ) och i Mongoliet , där det kyrilliska alfabetet antas , tillsammans med internationella beteckningar (och faktiskt - istället för dem), används beteckningar baserade på nationella namn: "kilogram" - kg, arm . կիլոգրամ -կգ, last. კილოგრამი - კგ, Azerbajdzjan. kilogram -kq. Sedan 1978 har ryska beteckningar för enheter varit föremål för samma stavningsregler som internationella (se nedan). I Ryssland är GOST 8.417-2002 i kraft , som föreskriver obligatorisk användning av SI-enheter. Den listar enheterna för fysiska kvantiteter som är tillåtna för användning, ger deras internationella och ryska beteckningar och fastställer reglerna för deras användning.
Enligt dessa regler är det tillåtet att endast använda internationella beteckningar på enheter i avtalsmässiga och rättsliga förhållanden inom området för samarbete med främmande länder, såväl som i tekniska och andra dokument som tillhandahålls utomlands tillsammans med exportprodukter. Användning av internationella beteckningar är också obligatorisk på mätinstruments vågar och skyltar. I andra fall, till exempel i interna dokument och vanliga publikationer, kan antingen internationella eller ryska beteckningar användas. Det är inte tillåtet att använda internationella och ryska beteckningar samtidigt, med undantag för publikationer om kvantitetsenheter.
Namnen på enheterna är föremål för de grammatiska normerna för språket där de används: en mol , två mol , fem mol ; rom. cinci kilograme, treizeci de kilograme . Enhetsbeteckningar ändras inte: 1 mol, 2 mol, 5 mol; 1 mol, 2 mol, 5 mol; 5 kg, 30 kg. Ett grammatiskt inslag i ett antal enhetsnamn på ryska är en räkneform : femtio volt , hundra watt [5] .
SI är en utveckling av det metriska måttsystemet , som skapades av franska vetenskapsmän och först introducerades allmänt efter den franska revolutionen . Före införandet av det metriska systemet valdes enheter oberoende av varandra, så det var svårt att konvertera från en enhet till en annan. Dessutom användes olika enheter på olika platser, ibland med samma namn. Det metriska systemet var tänkt att bli ett bekvämt och enhetligt system av mått och vikter.
I början av 1790-talet gjordes provisoriska normer för meter och kilogram i Frankrike. Kopior av standarderna skickades bland annat till USA , men fartyget med kopiorna fångades av brittiska kapare , så att de inte nådde Amerika; kanske spelade detta en roll i att SI inte slog rot i USA då och fortfarande [6] .
1799 gjordes två standarder i Frankrike - för en längdenhet ( meter ) och för en massaenhet ( kilogram ) [7] .
År 1832 utvecklade den tyske matematikern Karl Gauss de vetenskapliga grunderna för att konstruera system av enheter och skapade ett nytt system. Han tog längd, massa och tid som grundläggande fysiska storheter, och millimeter , milligram och sekund som grundläggande enheter. Därefter fungerade detta system som grunden för utvecklingen av GHS- systemet [8] .
1874 introducerade de brittiska fysikerna James Maxwell och William Thompson CGS-systemet, baserat på tre enheter - centimeter , gram och andra - och decimalprefix från mikro till mega [7] .
År 1875 undertecknade representanter för sjutton stater (Ryssland, Tyskland, USA, Frankrike, Italien, etc.) meterkonventionen , i enlighet med vilken Internationella kommittén för vikter och mått ( fr. Comité International des Poids et Mesures, CIPM ) och den internationella byrån för vikter och mått ( FR. Bureau International des Poids et Mesures, BIPM ), samt regelbundna sammankallande av allmänna konferenser om vikter och mått (CGPM) ( FR. Conférence Générale des Poids et Mesures, CGPM ). Arbetet började med att utveckla internationella standarder för mätare och kilogram [9] .
År 1889 antog CGPM ISS-enhetssystemet , liknande GHS, men baserat på mätare, kilogram och sekund, eftersom dessa enheter ansågs mer bekväma för praktiskt bruk [7] .
Därefter infördes grundenheterna för fysiska storheter inom el- och optikområdet.
1948 vände sig International Union of Theoretical and Applied Physics och den franska regeringen till IX CGPM med sina förslag för en internationell sammanslutning av enheter. Med hänsyn till dessa överklaganden instruerade CGPM den internationella kommittén för vikter och mått att utveckla rekommendationer för skapandet av ett enhetligt praktiskt system av måttenheter som är lämpliga för antagande av alla medlemsstater i den metriska konventionen [10] . I utvecklingen av detta beslut antog X CGPM 1954 följande sex enheter som grundenheter i det nyutvecklade systemet: meter, kilogram, sekund, ampere, grad Kelvin, candela [11] .
År 1956 rekommenderade Internationella kommittén för vikter och mått att systemet med enheter baserat på de basenheter som antagits av X CGPM skulle ges namnet "Système International d'Unités" [12] .
1960 antog XI CGPM standarden, som för första gången kallades "International System of Units", och etablerade den internationella förkortningen för detta system "SI". Huvudenheterna i den var meter, kilogram, sekund, ampere, grad Kelvin och candela [13] .
Den 1 januari 1963 introducerades GOST 9867-61 "International System of Units" SI i Sovjetunionen som den föredragna inom alla områden av vetenskap, teknik och den nationella ekonomin, såväl som i undervisningen [9] .
XIII CGPM (1967-1968) antog en ny definition av enheten för termodynamisk temperatur, gav den namnet "kelvin" och beteckningen "K" (tidigare kallades enheten "grad Kelvin", och dess beteckning var "°K" ) [14] .
XIII CGPM (1967-1968) antog en ny definition av den andra [K 1] [15] .
1971 gjorde XIV CGPM ändringar i SI och lade till i synnerhet enheten för mängden ämne ( mol ) till antalet grundläggande enheter [16] .
1979 antog XVI CGPM en ny definition av candela [K 1] [17] .
1983 gav XVII CGPM en ny definition av mätaren [К 1] [18] .
I maj 2019 trädde nya definitioner av bas-SI-enheter i kraft , vilket slutligen tog bort materiella objekt från definitionerna.
Namnen på SI-enheter skrivs med liten bokstav, efter beteckningarna på SI-enheter sätts inte en punkt, till skillnad från de vanliga förkortningarna.
Värde | Enhet | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
namn | Dimensionssymbol | namn | Beteckning | |||
ryska | franska/engelska | ryska | internationell | |||
Längd | L | meter | meter/meter | m | m | |
Vikt | M | kilogram [K 2] | kilogram/kilogram | kg | kg | |
Tid | T | andra | sekund/sekund | Med | s | |
Styrkan hos den elektriska strömmen | jag | ampere | ampere/ampere | MEN | A | |
Termodynamisk temperatur | Θ | kelvin | kelvin | Till | K | |
Mängd ämne | N | mol | mol | mol | mol | |
Ljusets kraft | J | candela | candela | CD | CD |
Härledda enheter kan uttryckas i termer av grundläggande enheter med hjälp av de matematiska operationerna multiplikation och division. Vissa av de härledda enheterna får för bekvämlighets skull egna namn, sådana enheter kan även användas i matematiska uttryck för att bilda andra härledda enheter.
Det matematiska uttrycket för en härledd måttenhet följer av den fysiska lag genom vilken denna måttenhet definieras, eller från definitionen av den fysiska kvantitet för vilken den är införd. Till exempel är hastigheten den sträcka en kropp färdas per tidsenhet; följaktligen är hastighetsenheten m/s (meter per sekund).
Ofta kan samma enhet skrivas på olika sätt, med en annan uppsättning grundläggande och härledda enheter (se den sista kolumnen i tabellen). Men i praktiken används etablerade (eller helt enkelt allmänt accepterade) uttryck som bäst återspeglar den fysiska innebörden av kvantiteten. För att till exempel skriva värdet på kraftmomentet ska N m användas och m N eller J ska inte användas.
Namnet på några härledda enheter som har samma uttryck genom basenheter kan vara olika. Till exempel kallas enheten sekund till minus ett (1/s) hertz (Hz) när den används för att mäta frekvens, och kallas becquerel (Bq) när den används för att mäta radionuklidaktivitet.
Värde | Enhet | Beteckning | Uttryck i termer av grundenheter | ||
---|---|---|---|---|---|
ryskt namn | Franskt/engelskt namn | ryska | internationell | ||
platt hörn | radian [K 3] | radian | glad | rad | m m −1 = 1 |
Gedigen vinkel | steradian [K 3] | steradian | ons | sr | m 2 m −2 = 1 |
Temperatur Celsius [K 4] | grader Celsius | grader Celsius/grad Celsius | °C | °C | Till |
Frekvens | hertz | hertz | Hz | Hz | s −1 |
Styrka | newton | newton | H | N | kg m s −2 |
Energi , mekaniskt arbete , mängd värme | joule | joule | J | J | N m \u003d kg m 2 s −2 |
Effekt , strålningsflöde | watt | watt | tis | W | J / s \u003d kg m 2 s −3 |
Tryck , mekanisk stress | pascal | pascal | Pa | Pa | N/m 2 = kg m −1 s −2 |
Ljusflöde | lumen | lumen | lm | lm | cd sr |
belysning | lyx | lux | OK | lx | lm/m² = cd sr/m² |
Elektrisk laddning | hängsmycke | coulomb | Cl | C | Som |
Möjlig skillnad | volt | Spänning | PÅ | V | J / C \u003d kg m 2 s −3 A −1 |
Motstånd | ohm | ohm | Ohm | Ω | V / A \u003d kg m 2 s −3 A −2 |
Elektrisk kapacitet | farad | farad | F | F | Cl / V \u003d s 4 A 2 kg −1 m −2 |
magnetiskt flöde | weber | weber | wb | wb | kg m 2 s −2 A −1 |
Magnetisk induktion | tesla | tesla | Tl | T | Wb / m 2 \u003d kg s −2 A −1 |
Induktans | Henry | Henry | gn | H | kg m 2 s −2 A −2 |
elektrisk konduktivitet | Siemens | siemens | Centimeter | S | Ohm −1 \u003d s 3 A 2 kg −1 m −2 |
Radioaktiv källaktivitet | becquerel | becquerel | Bq | bq | s −1 |
Absorberad dos av joniserande strålning , kerma | grå | grå | Gr | Gy | J/kg = m²/s² |
Dos ekvivalent med joniserande strålning | sievert | sievert | Sv | Sv | J/kg = m²/s² |
Katalysatoraktivitet | rullad | catal | katt | kat | mol/s |
Vid XXIV CGPM den 17–21 oktober 2011 antogs enhälligt en resolution [20] där det i synnerhet föreslogs att omdefiniera de fyra grundläggande SI-enheterna i en framtida revidering av det internationella enhetssystemet: kilogram, ampere , kelvin och mullvad. Det antas att de nya definitionerna kommer att baseras på fasta numeriska värden av Plancks konstant , elementär elektrisk laddning , Boltzmanns konstant respektive Avogadros konstant [21] . Alla dessa värden kommer att tilldelas exakta värden baserat på de mest tillförlitliga mätningarna som rekommenderas av kommittén för data för vetenskap och teknik (CODATA) . Med fixering (eller fixering) menas "antagandet av något exakt numeriskt värde för en kvantitet per definition" [22] . Resolutionen formulerade följande bestämmelser om dessa enheter [20] :
De exakta värdena för dessa konstanter, antagna senare i den slutliga versionen av det nya systemet, ges nedan.
I den nya versionen av SI-systemet finns det alltså inga specifika materialstandarder för enheter.
Resolutionen har inte för avsikt att ändra kärnan i definitionerna av mätaren, andra och candela, men för att bibehålla enhetligheten i stilen är det planerat att anta nya, helt likvärdiga med de befintliga definitionerna i följande form:
XXV CGPM, som hölls 2014, beslutade att fortsätta arbetet med att förbereda en ny revidering av SI och planerade att slutföra detta arbete senast 2018 för att ersätta den befintliga SI med en uppdaterad version vid XXVI CGPM samma år [23] .
I januari 2018 publicerades värdena h , e , k och N A , rekommenderade av CODATA för användning som exakta värden i en framtida uppdaterad version av SI [24] . Eftersom värdena erhålls som ett resultat av de mest exakta mätningarna av konstanter, uttryckta i gamla enheter, bör de numeriska värdena för alla mätningar som gjorts tidigare och uttryckta i gamla enheter inte ändras när du ändrar definitionerna av enheter. Senare inkluderade Internationella kommittén för vikter och mått dessa värden i utkastet till resolution XXVI av CGPM, som hölls den 13-16 november 2018 [25] . Som ett resultat av genomförandet av de avsikter som formulerades i resolutionen har SI i sin nya form blivit ett system av enheter där:
Resolutionen med reformförslaget antogs, den nya SI trädde i kraft den 20 maj 2019 [26] .
Vissa enheter som inte ingår i SI är, genom beslut av CGPM, "tillåtna för användning i samband med SI".
Enhet | Franskt/engelskt namn | Beteckning | SI-värde | |
---|---|---|---|---|
ryska | internationell | |||
minut | minuter | min | min | 60 s |
timme | heure/timme | h | h | 60 min = 3600 s |
dag | jour/dag | dag | d | 24 h = 86 400 s |
vinkelgrad | grad/grad | ° | ° | (π/180) rad |
bågminut | minuter | " | " | (1/60)° = (π/10 800) rad |
båge andra | sekund/sekund | ″ | ″ | (1/60)′ = (π/648 000) rad |
liter | liter | l | l, L | 0,001 m³ |
ton | ton | t | t | 1000 kg |
neper | neper/neper | Np | Np | dimensionslös |
vit | Bel | B | B | dimensionslös |
elektron-volt | elektronikvolt/elektronvolt | eV | eV | 1,602 176634⋅10 −19 J (exakt) |
atommassaenhet , dalton | unité de masse atomique unifiée, dalton/unified atomic mass unit, dalton | a. äta. | du, da | ≈1.660 539 0⋅10 −27 kg |
astronomisk enhet | unité astronomique/astronomisk enhet | a. e. | au | 149 597 870 700 m (exakt) [2] [27] |
hektar | hektar | ha | ha | 10 000 m² |
Gal är inte bland de enheter som är tillåtna för användning med SI, men den markeras separat i marginalen på 2019 SI-broschyren. Dess definition ges som en aktiv enhet inom geodesi och geofysik.
Dessutom tillåter förordningen om värdeenheter som är tillåtna för användning i Ryska federationen användning av följande icke-systemiska enheter: ar , knut , nautisk mil , bar , ångström , karat , grader (gon) , ljusår , parsec , fot , tum , gram- kraft , kilogram-kraft , ton-kraft , kilogram-kraft per kvadratcentimeter , millimeter vattenpelare , meter vattenpelare , teknisk atmosfär , millimeter kvicksilver , dioptri , tex , gal , varv per sekund, varv per minut , kilowattimme , volt-ampere , var , ampere-timme , bit , byte , bps , byte per sekund , röntgen , rem , rad , röntgen per sekund, curie , stokes , kalori (internationell) , kalori termokemisk , kalori 15-grader , kalori per sekund, kilokalori per timme och gigakalori per timme [28] .
Regleringen tillåter användning av enheter av relativa och logaritmiska värden, såsom procent , ppm , ppm , decibel , bakgrund , oktav , decennium . Det är också tillåtet att använda tidsenheter som är flitigt använda, till exempel: vecka , månad , år , sekel , årtusende .
Det är också möjligt att använda andra kvantitetsenheter utanför systemet. I detta fall bör namnen på icke-systemiska kvantitetsenheter användas tillsammans med en indikation på deras samband med de grundläggande och härledda SI-enheterna.
Icke-systemiska kvantitetsenheter tillåts endast användas i fall där de kvantitativa värdena för kvantiteter är omöjliga eller opraktiska att uttrycka i SI-enheter.
I enlighet med bestämmelserna om kvantitetsenheter som är tillåtna för användning i Ryska federationen , är namnen och beteckningarna på enheter utanför systemet med massa , tid , planvinkel , längd , area , tryck , optisk effekt , linjär densitet , hastighet , acceleration används inte med multipla och longitudinella SI-prefix och hastighet .
Vissa länder har inte antagit SI-systemet, eller har antagit det endast delvis och fortsätter att använda det engelska måttsystemet eller liknande enheter.
Decimalmultiplar och submultiplar bildas med hjälp av standardmultiplikatorer och prefix kopplade till enhetens namn eller beteckning.
Trots den utbredda användningen av SI använder många vetenskapliga arbeten om elektrodynamik det gaussiska enhetssystemet , vilket orsakas av ett antal brister i SI, som påpekas av M. A. Leontovich [29] , S. P. Kapitsa [30] , D. V. Sivukhin [31] , L. B. Okun [32] och ett antal andra fysiker. CGS - systemet av enheter och SI-systemet av enheter är likvärdiga inom många områden av fysiken, men om vi vänder oss till elektrodynamik, så finns det i SI kvantiteter som inte har en direkt fysisk betydelse, ärvt från begreppet eter som ett materialmedium [30] [33] , - den elektriska konstanten och den magnetiska konstanten (i den gamla terminologin - elektrisk och magnetisk permeabilitet av vakuum). Som ett resultat, i SI-systemet av enheter, har det elektriska fältet och elektrisk induktion , magnetfält och magnetisk induktion (i huvudsak olika komponenter i den elektromagnetiska fälttensorn) olika dimensioner. D.V. Sivukhin karakteriserar en sådan situation enligt följande:
I detta avseende är SI-systemet inte mer logiskt än till exempel ett system där längden, bredden och höjden på ett föremål mäts inte bara i olika enheter utan också har olika dimensioner.
Som svar på kritiken av SI-systemet när det gäller dess tillämpning på elektromagnetiska fenomen, förklarar S. G. Karshenboim [33] att det i kritiska uttalanden finns en sammanblandning av två olika begrepp: ett system av enheter och ett system av fysiska storheter , och noterar också att i verkligheten hänvisar det mesta av kritiken specifikt till kvantitetssystemet. Dessutom visar han att problemet med redundans i beskrivningen av elektromagnetiska fenomen i vakuum inte uppstod i samband med SI-systemet, utan som ett resultat av en historisk process - som ett problem med etern och tillvägagångssättets icke-kovarians. till beskrivning. Sammanfattningsvis underbygger och uttrycker S. G. Karshenboim sin övertygelse att SI- och CGS-systemen kan anses konkurrera endast på ett fast värde på den elektriska konstanten och med ett uppmätt värde kommer valet till förmån för SI att bli obestridligt. Låt oss förklara här att på grund av definitionen av ampere- enheten som var i kraft vid tidpunkten för publiceringen av dessa argument, hade den elektriska konstanten ett fast exakt värde, men nu, efter ikraftträdandet av den nya definitionen av ampere, det har blivit en mätbar storhet och har fått ett fel, som magnetkonstanten [25] .
Samtidigt kritiserar S. G. Karshenboim själv införandet av enheten för ljusintensitet, candela , i SI , och anser att den är överflödig för systemet av fysiska storheter på grund av det faktum att definitionen av candela inkluderar icke-fysiska faktorer från biologi och medicin [33] .
Ordböcker och uppslagsverk | ||||
---|---|---|---|---|
|
Åtgärdssystem | ||
---|---|---|
Metrisk | ||
Naturliga system av enheter |
| |
Vanliga system |
| |
Traditionella mätsystem |
| |
gamla system |
| |
Övrig |
|
SI-enheter | |
---|---|
Grundenheter | |
Härledda enheter med speciella namn | |
Godkänd för användning med SI | |
se även |
SI-prefix | |
---|---|
Multipel | |
Dolnye |