Международная система единиц (система СИ)

Множители и приставки дня образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименований

Множитель	Приставка	Обозначение приставки
международное	русское
10^18	экса	E	Э
10^15	пета	P	П
10^12	тера	T	Т
10^9	гига	G	Г
10^6	мега	M	М
10^3	кило	k	к
10^2	гекто	h	г
10^1	дека	da	да
10^-1	деци	d	д
10^-2	санти	c	с
10^-3	милли	m	м
10^-6	микро	μ	мк
10^-9	нано	n	н
10^-12	пико	p	п
10^-15	фемто	f	ф
10^-18	атто	a	а

В системе СИ впервые введено понятие дополнитель­ных единиц, к которым отнесены единицы плоского и те­лесного углов — радиан и стерадиан соответственно. Од­нако определения, что следует считать дополнительными единицами, не дано.

Правила, по которым тот или иной комплекс единиц выбирают в качестве основного, не могут быть обоснованы теоретически. Единственными аргументами в поль­зу выбора могут служить лишь эффективность и целесо­образность использования данной системы. Для практических целей измерения в качестве основных величин и единиц следует выбирать такие, которые могут быть вос­произведены с наибольшей точностью. Образование сис­темы единиц базируется на [21, 22] объективных законо­мерных связях между физическими величинами и произ­вольной, но разумной воле людей и их соглашениях, заключительным из которых является Генеральная кон­ференция по мерам и весам.

При построении системы единиц или при введении новой ученые руководствуются только одним-единственным принципом — практической целесообразностью, т.е. удобством применения единиц в практической дея­тельности человека. В основу этого принципа положены следующие базовые критерии:

1. Простота образования производных ФВ и их еди­ниц, т.е. приравнивание единице коэффициентов про­порциональности в уравнениях связи;

2. Высокая точность материализации основных еди­ниц и передачи их размера нижестоящим эталонам;

3. неуничтожаемость эталонов основных единиц т.е. возможность их воссоздания в случае утраты;

4. преемственность единиц, сохранение их размере и наименований при введении новой системы единиц, что связано с исключением материальных и психологи­ческих затрат;

5. высокая точность воспроизведения производных единиц;

6. близость размеров основных и производных еди­ниц к размерам ФВ, наиболее часто встречающихся в практике;

7. долговременностъ хранения основных и произ­водных единиц их эталонами;

8. минимальное число основных ФВ;

9. выбор в качестве основных ФВ, отражающих наи­более общие свойства материи.

Приведенные критерии вступают в противоречие, поэтому путем соглашения выбирается наиболее выгод­ный для практики вариант.

Единая международная система единиц (система СИ) была принята XI Генеральной конференцией по ме­рам и весам в 1960г. На территории нашей страны сис­тема единиц СИ действует с 1 января 1982 г. в соответст­вии с ГОСТ 8.417—81. Она возникла не на пустом месте и является логическим развитием предшествовавших ей систем единиц СГС, МК.ГСС и др.

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;

• когерентность величин, т.е. все производные еди­ницы СИ получаются из уравнений связи между величи­нами, в которых коэффициенты равны единице;

• возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с их определением.;

• упрощение записи 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 собственные наименования;

• облегчение педагогического процесса в средней и высшей школах, так как отпадает необходимость в изу­чении множества систем единиц и внесистемных единиц;

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

Ниже приведены определения основных единиц (см.табл. 3.1) системы СИ [1].

Первоначально (до 1983 г.) в качестве основных бы­ли выбраны единицы измерения длины и времени, а в качестве производной — скорость. В 1983 г. основными единицами были названы единицы измерения времени и скорости, при этом скорости света в вакууме было при­дано точное, но в принципе произвольное численное значение, равное с₀ = 299 792 458 м/с. Длина и ее единица метр стали, по существу, производными единицами.
Однако формально длина в СИ остается основной физи­ческой величиной.

Метр — расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды.

Секунда — 9 192631 770 периодов излучения, соот­ветствующих переходу между двумя сверхтонкими уров­нями основного состояния атома цезия-133.

Килограмм — масса международного прототипа ки­лограмма, представляющего собой цилиндр из сплава платины и иридия. Следует отметить, что при таком оп­ределении килограмма не выполняется третий базовый критерий выбора основных единиц системы ФВ. 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 даст возможности связать килограмм с естественными атомными константами с достаточной степенью точности. До сих пор килограмм является чисто договорной единицей.

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

В системе СИ за основную выбрана единица маг­нитной проницаемости

μ₀ = 4π·10^-7Гн/м, называемая магнитной постоянной. Однако формально основной единицей считается ампер. Это связано с тем, что при выборе основной единицы путем постулирования ее численного значения оказывается невозможным мате­риализовать эту единицу в виде эталона. Поэтому реали­зация такой единицы осуществляется через какую-либо производную. Так, единица скорости материализуется эталоном метра, а единица магнитной проницаемости — эталоном ампера. По определению, 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 1м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника дли­ной 1 м силу взаимодействия, равную 2-10^-7Н.

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

Моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,0012кг. При примене­нии моля структурные элементы должны быть специ­фицированы и могут быть атомами, молекулами, иона­ми, электронами и другими частицами или группами частиц.

Радиан — угол между двумя радиусами окружности, длина дуги которой равна радиусу. На практике часто используется градус 1° = 2π/360рад = =0,017453 рад; минута 1' = 1°/60 - 2,9088-10-⁴рад и секунда 1" = 1'/60 = 1°/3600 = 4,8481·^-6рад. Соответственно 1 рад =57° 17' 45" = 57,2961° = (3,4378-10³)'= (2,0627- 10⁵)".

Стерадиан представляет собой телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Дата добавления: 2014-01-07