Системи фізичних одиниць. Міжнародна система СІ

СІ є розвитком метричної системи мір, яка була створена французькими вченими й уперше широко впроваджена після Великої французької революції. До введення метричної системи одиниці вимірювання вибиралися випадково й незалежно одна від одної, тому перерахування з однієї одиниці в іншу було складним. Крім того, у різних місцях застосовувалися різні одиниці, іноді з однаковими назвами. Метрична система повинна була стати зручною і єдиною системою мір і ваг.

У 1799 р. були затверджені два еталони – для одиниці довжини (метр) і для одиниці маси (кілограм).

У 1874 р. була введена система СГС, що базувалася на трьох одиницях – сантиметр, грам і секунда. Були також введені десяткові префікси від мікро до мега.

У 1889 р. 1-а Генеральна конференція з мір і ваг прийняла систему мір, подібну до СГС, яка базувалася на метрі, кілограмі й секунді, тому що ці одиниці були визнані більш зручними для практичного використання.

Надалі були введені базові одиниці для фізичних величин у галузі електрики й оптики.

У 1960 р. XI Генеральна конференція з мір і ваг прийняла стандарт, що вперше одержав назву „Міжнародна система одиниць СІ”.

У 1971 р. на XIV Генеральній конференції з мір і ваг було внесено зміни в СІ, зокрема, додано одиницю кількості речовини (моль).

Рис. 2.1. Міжнародний еталон метра, що використовувався з 1889 до 1960 року.

Основними одиницями СІ є метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, кандела, моль, а додатковими – радіан та стерадіан.

Розмірність основних величин системи – це їх позначення, наприклад L, M, Т, а розмірність похідної величини X має, наприклад, вигляд:

dim X=L^αM^βT^γ, (2.1)

де α, β, γ – показники розмірності.

Метр (позначення: м, m; від давньогрецьк. мέτρον – міра, вимірювач) – одиниця вимірювання довжини та відстані в СІ. Метр дорівнює відстані, яку проходить світло у вакуумі за проміжок часу, що дорівнює ¹/_{299 792 45} секунди.

Кілограм (позначення: кг, kg) – одиниця вимірювання маси, одна з основних одиниць СІ.

Кілограм визначається як маса еталона кілограма, що зберігається в Міжнародному бюро мір і ваг (розташовано в м. Севр біля Парижа). Це циліндр діаметром і висотою 39 мм із платино-іридієвого сплаву (90 % платини, 10 % іридію) (рис. 2.2). Спочатку кілограм визначався як маса одного кубічного дециметра (літра) чистої води при температурі 4°C і стандартному атмосферному тиску.

Секунда (позначення: s, с) – одиниця вимірювання часу, одна з основних одиниць СІ та СГС.

Одна секунда – це інтервал часу, що дорівнює 9 192 631 770 періодам випромінювання й відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133 за відсутності збурення зовнішніми полями.

Таблиця 2.2

Основні та додаткові одиниці СІ

Величина	Одиниця
назва	розмірність	назва	позначення
міжнародне	українське
Довжина	L	Метр	m	м
Маса	M	Кілограм	kg	кг
Час	T	Секунда	s	с
Сила електричного струму	I	Ампер	A	А
Термодинамічна температура	Q	Кельвін	K	К
Кількість речовини	N	Моль	mol	моль
Сила світла	J	Кандела	cd	кд
Плоский кут	-	Радіан	rad	рад
Тілесний кут	-	Стерадіан	sr	ср

Рис. 2.2. Еталон кілограма

Ампер (позначення: А) – одиниця вимірювання сили електричного струму в системі СІ.

Ампер дорівнює силі такого постійного струму, який, проходячи по двох прямих паралельних провідниках нескінченної довжини з незначним поперечним перерізом, розташованих на відстані в 1 метр один від одного у вакуумі, створював би між цими провідниками силу, що дорівнювала б 2·10⁻⁷ ньютонам на метр довжини.

Ампер названий на честь французького фізика Андре Ампера.

Ке́львін (позначення: K) – одиниця вимірювання температури в СІ, запропонована в 1848 році.

Один кельвін дорівнює 1/273,16 термодинамічної температури потрійної точки води. Початок шкали (0 К) збігається з абсолютним нулем. Кельвін за розміром збігається із градусом Цельсія.

Одиниця названа на честь англійського фізика Вільяма Томсона, який за королівським указом одержав титул барона Кельвіна Ларгського з Айршира. У свою чергу, це звання пішло від річки Кельвін, що протікає через територію університету в Глазго.

Кандела (позначення: кд, cd) – одиниця вимірювання сили світла. Це одна з семи основних одиниць вимірювання системи СІ. Вона дорівнює силі світла монохроматичного випромінювання частотою 540·10¹² Гц, що випускається в заданому напрямку джерелом, енергетична сила світла якого в цьому напрямку становить 1/683 Вт/ср.

Вибрана частота відповідає зеленому кольору. Людське око має найбільшу чутливість у цій зоні спектра. Якщо випромінювання має іншу частоту, то для досягнення тієї ж сили світла потрібна більша енергетична інтенсивність.

Раніше кандела визначалася як сила світла, випромінюваного чорним тілом перпендикулярно поверхні площею 1/60 см² при температурі плавлення платини (2042,5 К). У сучасному визначенні коефіцієнт 1/683 обраний таким чином, щоб нове визначення відповідало старому.

Моль (позначення: моль, mol) – одиниця вимірювання кількості речовини в СІ. Відповідає кількості речовини, що містить стільки специфікованих структурних одиниць (атомів, молекул, іонів, електронів або будь-яких інших часток), скільки міститься атомів у 0,012 кг ізотопу вуглецю ¹²C.

Кількість часток в одному молі будь-якої речовини постійна й зветься числом Авогадро (N_A).

N_A = 6,02214179(30)∙10²³ моль⁻¹. (2.2)

Радіан (позначення: рад, rad) дорівнює куту між двома радіусами кола, дуга між якими дорівнює радіусу.

Стерадіан (позначення: ср,cr) дорівнює тілесному куту з вершиною в центрі сфери, який вирізає на поверхні сфери площу, що дорівнює площі квадрата зі стороною, яка дорівнює радіусу сфери.

Дата добавления: 2014-11-29