Международная система единиц (система СИ)

Единая международная система единиц (система СИ) была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г.
На территории нашей страны система единиц СИ действует с 1 января 1982 г. в соответствии с ГОСТ 8.417—81. Система СИ является логическим развитием предшествовавших ей систем единиц СГС и МКГСС и др.

В настоящее время широко применяются две системы единиц СИ и СГС (симметричная, или гауссова). Система СГС существует более 100 лет и до сих пор используется в точных науках — физике, астрономии. Однако ее все более теснит система СИ — единственная система единиц ФВ, которая принята и используется в большинстве стран мира. Это обусловлено ее достоинствами и преимуществами перед другими системами единиц, к которым относятся:

·универсальность, т. е. охват всех областей науки и техники;

·унификация всех областей и видов измерений;

·возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с их определением;

·упрощение записи формул в физике, химии, а также в технических науках в связи с отсутствием переводных коэффициентов;

·уменьшение числа допускаемых единиц;

·единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих собственные наименования;

Первоначально (до 1983 г.) в качестве основных величин были выбраны единицы измерения длины и времени, а в качестве производной — скорость

Метр — расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

Секунда — 9192631770 периодов излучения, соответствую щих переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Килограмм — масса международного прототипа килограмма, представляющего собой цилиндр из сплава платины и иридия. Эталон килограмма является единственным уничтожимым эталоном из всех эталонов основных единиц системы СИ. Он подвержен старению и требует применения громоздких поверочных схем. Современное развитие науки пока не позволяет с достаточной степенью точности связать килограмм с естественными атомными константами.

Одна из главных ФВ, используемых при описании тепловых процессов, — температура Т. Ее единица может быть получена как производная с использованием уже введенных ФВ геометрии и механики на основании одного из следующих уравнений.

Первое из них, называемое законом Менделеева — Клайперона,

где p — давление газа; V, m — соответственно его объем и масса; М — молярная масса; R — универсальная газовая постоянная, определяет абсолютную температуру как величину, пропорциональ ную произведению давления на объем одного моля газа. Развитие кинетической теории идеальных газов позволило определить температуру как величину, пропорциональную средней кинетичес кой энергии W поступательного движения молекулы идеального газа:

где k _Б — постоянная Больцмана. Закон Стефана — Больцмана связывает температуру с объемной плотностью W_R электромагнитно го излучения:

где s — постоянная Стефана — Больцмана. Закон смещения Вина связывает длину волны l _m такого излучения, на которую приходится максимум излучения, с температурой:

где l — постоянная Вина.

В термодинамике показано, что приведенные четыре формулы определяют одну и ту же температуру, которая получила название термодинамической. Любой из коэффициентов R, k _Б, s или b, используемых в формулах, можно было бы приравнять к единице. Это обеспечило бы разные размерности температуры как производной единицы. Однако историческое развитие науки и то исключительно важное место, которое занимает температура в современной физике и технике, сделали целесообразным выделение ее в ряд основных величин. В связи с введением "лишней" основной единицы возникает новая фундаментальная константа — постоянная Больцмана. Универсальная газовая постоянная, постоянная Стефана — Больцмана и Вина выражаются через постоянную Больцмана и другие константы [31].

Температура измеряется в кельвинах. Один кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Остальные тепловые единицы образуются на основании известных уравнений связи между ними и введенными ранее физическими величинами.

Для описания акустических величин не требуется вводить новые основные величины, следовательно, все используемые в акустике ФВ являются производными.

ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывает на каждом участке проводника длиной 1м силу взаимодействия, равную 2·10^-7Н.

Поскольку скорость света в вакууме в системе СИ принята равной 299792458 м/с, то электрическая проницаемость вакуума e₀ называется электрической постоянной, также будет точной постоянной:

e0 = 1/(m0с^20) = 8,854187187·10^-12 Ф/м.

Канделла — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540•10¹² Гц, энергетическая сила излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт•ср¹.

Последняя основная единица системы СИ — моль была дополнительно введена в систему спустя 11 лет после введения первых шести единиц на XIV Генеральной конференции по мерам и весам в 1971 г. Моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится в углероде, — 12 массой 0,0012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или группами частиц.

В систему СИ введены две дополнительные единицы — радиан и стерадиан.

Радиан — это единица измерения плоского угла — угла между двумя радиусами окружности, длина дуги которой равна радиусу. На практике часто используется градус (1° = 2p/360 рад = 0,017453 рад), минута (1^¢ = 1°/60 = 2,9088·10^-4 рад) и секунда (1^¢¢ = 1^¢/60 = 4,90%1·10^-6 рад).
Соответственно 1рад=57°17^¢45^¢¢=57,2961°=(3,4378·10³)^¢ = (2,0627·10⁵)^¢¢.

Стерадиан — это единица измерения угла — угла с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Во всех системах единиц плоский j и телесный W углы вводятся посредством уравнений

j = I/R; W = S/R ^2,

где I — длина дуги, вырезаемой центральным плоским углом j на окружности радиуса R; S — площадь, вырезаемая центральным телесным углом на шаре с радиусом R. В соответствии с этими определениями у обоих углов нет размерности в любой системе единиц: [j] = L/L, [W] = L ²/ L ².

Дата добавления: 2015-04-30