Grundenheterna i International System of Units (SI) är de sju grundläggande måttenheterna för de grundläggande fysiska storheterna SI. Dessa storheter är längd , massa , tid , elektrisk ström , termodynamisk temperatur , mängd materia och ljusstyrka . Måttenheterna för dem är de grundläggande SI-enheterna - meter , kilogram , sekund , ampere , kelvin , mol och candela , respektive [1] [2] .
De grundläggande SI-enheterna definieras av International Bureau of Weights and Measures (BIPM) . En fullständig officiell beskrivning av de grundläggande enheterna i SI, såväl som SI som helhet, tillsammans med dess tolkning, finns i den aktuella versionen av SI-broschyren som publiceras av BIPM och presenteras på dess webbplats [3] .
Tabellen presenterar alla grundläggande SI-enheter tillsammans med deras definitioner, ryska och internationella beteckningar, fysiska kvantiteter som de refererar till, samt en kort motivering för deras ursprung.
| Enhet | Beteckning | Värde | Definition [4] | Historiskt ursprung, tidigare definitioner |
|---|---|---|---|---|
| Andra | med s |
Tid | Värdet på den andra ställs in genom att fixera det numeriska värdet av frekvensen för den hyperfina splittringen av grundtillståndet för cesium-133- atomen vid en temperatur av 0 K till exakt 9192631770 när den uttrycks i SI-enheten s −1 , vilket är ekvivalent med Hz [k 1] . | En soldygn delas in i 24 timmar, varje timme är uppdelad i 60 minuter, varje minut är uppdelad i 60 sekunder. En sekund är 1 ⁄ (24 × 60 × 60) eller 1/86400 av en soldag . Den moderna definitionen antogs vid XIII General Conference on Weights and Measures (CGPM) 1967. |
| Meter | m m |
Längd | Mätarens värde fastställs genom att fixera det numeriska värdet för ljusets hastighet i vakuum till exakt 299 792 458 när det uttrycks i SI-enheten m s −1 [k 2] . | 1 ⁄ 10 000 000 är avståndet frånjordensekvator tillnordpolenpåParismeridian. Den moderna definitionen fastställdes av XVIICGPM1983.
|
| Kilogram | kg kg |
Vikt | Kilogrammets värde fastställs genom att fixera det numeriska värdet av Plancks konstant h till exakt 6,62607015 × 10 −34 när det uttrycks i J⋅s. | Massan av en kubikdecimeter ( liter ) rent vatten vid 4 ° C och standardatmosfärstryck vid havsnivå . I mer än tvåhundra år fungerade materialprover som standarden för kilogram - arkivkilogrammet, sedan den internationella prototypen för kilogram. |
| Ampere | A A |
Styrkan hos den elektriska strömmen | Värdet på amperen fastställs genom att det numeriska värdet för den elementära laddningen e fixeras till 1,602176634 × 10−19 när det uttrycks i coulombs . | Den tidigare definitionen, som går tillbaka till den ursprungliga: amperen är kraften hos en oföränderlig ström, som, när den passerar genom två parallella raka ledare med oändlig längd och en försumbar liten area med cirkulärt tvärsnitt, belägen i vakuum på ett avstånd av 1 m från varandra, skulle orsaka på varje sektion av ledaren med längden 1 m interaktionskraft lika med 2⋅10 −7 newton . |
| Kelvin | K K |
Termodynamisk temperatur | Värdet på kelvin fastställs genom att fixera det numeriska värdet av Boltzmann-konstanten k till exakt 1,380649 × 10 −23 när det uttrycks i J/K. | 1967-2019 definierades den som 1/273,16 av den termodynamiska temperaturen för vattnets trippelpunkt [k 3] . Kelvinskalan använder samma stigning som Celsiusskalan (historiskt sett 1 ⁄ 100 av skillnaden mellan vattens kok- och fryspunkt vid atmosfärstryck), men 0 Kelvin är temperaturen på absoluta nollpunkten, inte isens smältpunkt. Enligt den moderna definitionen är nollpunkten på Celsiusskalan inställd så att temperaturen på vattnets trippelpunkt är 0,01 °C. Som ett resultat förskjuts Celsius- och Kelvin-skalorna med 273,15 [6] : T [°C] = T [ K ] − 273,15. |
| mol | mol mol |
Mängd ämne | En mol innehåller exakt 6,022 140 76 × 10 23 element [k 4] . Detta tal är ett fast värde på Avogadros konstant N A , uttryckt i enheter av mol −1 , och kallas Avogadros tal . | Atomvikt eller molekylvikt dividerat med molmasskonstanten, 1 g/mol. 1971-2019 definierades det som mängden ämne i ett system som innehåller lika många strukturella element som det finns atomer i kol-12 med en massa på 12 g. |
| Candela | cd cd |
Ljusets kraft | Värdet på candela fastställs genom att fixera det numeriska värdet för ljuseffektiviteten för monokromatisk strålning med en frekvens på 540 10 12 Hz till exakt 683, när den uttrycks i SI-enheten m −2 kg −1 s 3 cd sr eller cd sr W −1 , vilket motsvarar lm W −1 . | Ljusets kraft (eng. Candlepower, föråldrad brittisk enhet för ljuskraft) som avges av ett brinnande ljus. Den moderna definitionen fastställdes av XVI CGPM 1979. |
Namnen och symbolerna för grundenheterna, liksom alla andra SI-enheter, skrivs med små bokstäver (till exempel mätaren och dess symbol m). Denna regel har ett undantag: beteckningarna på enheter som är uppkallade efter namnen på forskare är versaler (till exempel betecknas amperen med symbolen A).
De återstående SI-enheterna är derivator och bildas av de grundläggande med hjälp av ekvationer som hänför sig till varandra de fysiska storheter som används i SI i det internationella enhetssystemet.
Basenheten kan också användas för en härledd kvantitet av samma dimension . Till exempel definieras nederbörd som kvoten av volym dividerat med area, och i SI uttrycks i meter. I detta fall används mätaren som den koherenta härledda enheten [2] [till 5] .
Definitionen av SI genom fixering av konstanter kräver generellt sett ingen distinktion mellan grundläggande och härledda enheter. Denna uppdelning behålls dock av historiska skäl och av bekvämlighetsskäl [7] .
Sedan den metriska konventionen antogs 1875 har definitionerna av de grundläggande måttenheterna ändrats flera gånger. Sedan omdefinieringen av mätaren (1960) har kilogram förblivit den sista enheten som definieras inte som en egenskap hos naturen, utan som en fysisk artefakt. Men eftersom mullvad, ampere och candela var kopplade till kilogram, var de också kopplade till den mänskliga standarden för kilogram. Under lång tid har metrologi letat efter sätt att definiera kilogram baserat på grundläggande fysiska konstanter , precis som mätaren definieras i termer av ljusets hastighet .
I början av 2000-talet förberedde International Bureau of Weights and Measures nya definitioner av de grundläggande SI-enheterna, inte knutna till materiella artefakter ( standarder ). Detta arbete slutfördes äntligen 2018, när nya definitioner av SI och dess basenheter antogs vid XXVI:s allmänna konferens om vikter och mått. Ändringarna trädde i kraft 2019.
Definitionerna av de fyra grundläggande SI-enheterna har ändrats avsevärt: kilogram, ampere, kelvin och mol. De nya definitionerna av dessa enheter är baserade på fasta numeriska värden för följande grundläggande fysikaliska konstanter: Plancks konstant , elementär elektrisk laddning , Boltzmanns konstant och Avogadros tal , respektive. Alla dessa kvantiteter tilldelas exakta värden baserat på resultaten av de mest exakta mätningarna som rekommenderas av kommittén för data för vetenskap och teknik (CODATA) .
Formellt upphävde de nya definitionerna alla tidigare [8] , men de nya definitionerna av mätaren, sekunden och candela är likvärdiga med de gamla och har ändrats endast för att behålla stilens enhet. Definitionerna av mätaren och sekunden var redan förknippade med de exakta värdena för sådana konstanter som ljusets hastighet och storleken på splittringen av cesiumatomens grundtillstånd. Definitionen av candela, även om den inte är bunden till någon fundamental konstant, kan inte desto mindre också ses som bunden till det exakta värdet av en invariant av naturen.
Enligt definitionen som trädde i kraft 2019 är SI ett system av enheter där [9] :