1875 wurde das International Bureau of Weights and Measures von der Metric Conference mit dem Ziel gegründet, ein weltweit einheitliches Maßsystem zu schaffen. Es wurde beschlossen, das metrische System zugrunde zu legen, das während der Französischen Revolution auftauchte und auf Meter und Kilogramm basierte. Später wurden die Standards des Meters und des Kilogramms genehmigt. Im Laufe der Zeit hat sich das System der Maßeinheiten weiterentwickelt, jetzt hat es sieben grundlegende Maßeinheiten. 1960 erhielt dieses Einheitensystem den modernen Namen Internationales Einheitensystem (SI-System) (Systeme Internatinal d "Unites (SI)). Das SI-System ist nicht statisch, es entwickelt sich gemäß den Anforderungen, die derzeit an Messungen gestellt werden in Wissenschaft und Technik.
Grundeinheiten des Internationalen Einheitensystems
Die Definition aller Hilfseinheiten im SI-System basiert auf sieben grundlegenden Maßeinheiten. Die wichtigsten physikalischen Größen im Internationalen Einheitensystem (SI) sind: Länge ($l$); Masse ($m$); Zeit($t$); elektrische Stromstärke ($I$); Kelvin-Temperatur (thermodynamische Temperatur) ($T$); Stoffmenge ($\nu $); Lichtintensität ($I_v$).
Die Grundeinheiten im SI-System sind die Einheiten der oben genannten Größen:
\[\left=m;;\ \left=kg;;\ \left=c;\ \left=A;;\ \left=K;;\ \ \left[\nu \right]=mol;;\ \left=cd\ (Candela).\]
Standards der wichtigsten Maßeinheiten in SI
Hier sind die Definitionen der Standards der Hauptmaßeinheiten, wie es im SI-System gemacht wird.
Meter (m) heißt die Weglänge, die Licht im Vakuum in einer Zeit gleich $\frac(1)(299792458)$ s zurücklegt.
Massenormal für SI ist ein Gewicht in Form eines geraden Zylinders mit einer Höhe und einem Durchmesser von 39 mm, bestehend aus einer Legierung aus Platin und Iridium mit einem Gewicht von 1 kg.
Eine Sekunde (s) das sogenannte Zeitintervall, das 9192631779 Strahlungsperioden entspricht, was dem Übergang zwischen zwei Hyperfeinniveaus des Grundzustands des Cäsiumatoms (133) entspricht.
Ein Ampere (A)- Dies ist die Stärke des Stroms, der durch zwei gerade, unendlich dünne und lange Leiter fließt, die sich in einem Abstand von 1 Meter befinden und sich in einem Vakuum befinden, das eine Ampère-Kraft (die Wechselwirkungskraft der Leiter) von $ 2 \ cdot (10) ^ erzeugt (-7)H$ für jeden Meter des Dirigenten .
Ein Kelvin (K) ist die thermodynamische Temperatur gleich $\frac(1)(273,16)$ der Tripelpunkttemperatur von Wasser.
Ein Mol (Mol)- das ist die Menge eines Stoffes, in der so viele Atome sind wie in 0,012 kg Kohlenstoff (12).
Eine Candela (CD) ist gleich der Intensität des Lichts, das von einer monochromatischen Quelle mit einer Frequenz von $540\cdot (10)^(12)$Hz mit einer Energiekraft in Strahlungsrichtung $\frac(1)(683)\frac(W) emittiert wird )(sr).$
Die Wissenschaft entwickelt sich, Messgeräte werden verbessert, die Definitionen von Maßeinheiten werden überarbeitet. Je höher die Messgenauigkeit, desto größer die Anforderungen an die Definition von Maßeinheiten.
SI-Ableitungsgrößen
Alle anderen Größen werden im SI-System als Ableitungen der Hauptgrößen betrachtet. Die Maßeinheiten abgeleiteter Größen werden als Ergebnis des Produkts (unter Berücksichtigung des Grades) der Hauptgrößen definiert. Lassen Sie uns Beispiele für abgeleitete Größen und ihre Einheiten im SI-System geben.
Auch im SI-System gibt es dimensionslose Größen, zum Beispiel den Reflexionsfaktor oder die Dielektrizitätszahl. Diese Größen haben die Einheitsdimension.
Das SI-System enthält abgeleitete Einheiten mit speziellen Namen. Diese Namen sind kompakte Formen zur Darstellung von Kombinationen von Basisgrößen. Lassen Sie uns Beispiele für Einheiten des SI-Systems geben, die ihre eigenen Namen haben (Tabelle 2).
Jede Größe im SI-System hat nur eine Maßeinheit, aber dieselbe Maßeinheit kann für verschiedene Größen verwendet werden. Joule ist eine Maßeinheit für die Menge an Wärme und Arbeit.
SI-System, Maßeinheiten Vielfache und Teiler
Das Internationale Einheitensystem hat eine Reihe von Präfixen für Maßeinheiten, die verwendet werden, wenn die Zahlenwerte der betreffenden Größen deutlich größer oder kleiner sind als die Einheit des Systems, die ohne Präfix verwendet wird. Diese Präfixe werden mit jeder Maßeinheit verwendet, im SI-System sind sie dezimal.
Wir geben Beispiele für solche Präfixe (Tabelle 3).
Beim Schreiben werden das Präfix und der Name der Einheit zusammen geschrieben, sodass das Präfix und die Maßeinheit ein einziges Symbol bilden.
Beachten Sie, dass die SI-Masseneinheit (Kilogramm) historisch bereits ein Präfix hat. Dezimale Vielfache und Teiler des Kilogramms erhält man durch Hinzufügen des Präfixes zum Gramm.
Einheiten außerhalb des Systems
Das SI-System ist universell und in der internationalen Kommunikation praktisch. Fast alle Nicht-SI-Einheiten können mit SI-Begriffen definiert werden. Die Verwendung des SI-Systems wird im naturwissenschaftlichen Unterricht bevorzugt. Es gibt jedoch einige Größen, die nicht im SI enthalten sind, aber weit verbreitet sind. So sind Zeiteinheiten wie Minuten, Stunden, Tage Teil der Kultur. Einige Einheiten werden aus historischen Gründen verwendet. Bei der Verwendung von Einheiten, die nicht zum SI-System gehören, muss angegeben werden, wie sie in SI-Einheiten umgerechnet werden. Ein Beispiel für Einheiten ist in Tabelle 4 dargestellt.
Die Vielfalt der einzelnen Einheiten (Kraft konnte beispielsweise in kg, Pfund etc. ausgedrückt werden) und Einheitensystemen bereitete dem weltweiten Austausch wissenschaftlicher und wirtschaftlicher Errungenschaften große Schwierigkeiten. Daher bestand bereits im 19. Jahrhundert die Notwendigkeit, ein einheitliches internationales System zu schaffen, das die Maßeinheiten für Größen umfasst, die in allen Bereichen der Physik verwendet werden. Eine Vereinbarung über die Einführung eines solchen Systems wurde jedoch erst 1960 getroffen.
Internationales Einheitensystem ist eine korrekt konstruierte und miteinander verbundene Menge physikalischer Größen. Es wurde im Oktober 1960 auf der 11. Generalkonferenz für Maß und Gewicht angenommen. Der abgekürzte Name des Systems ist -SI. In russischer Transkription - SI. (internationales System).
In der UdSSR wurde 1961 GOST 9867-61 in Kraft gesetzt, das die bevorzugte Verwendung dieses Systems in allen Bereichen der Wissenschaft, Technologie und Lehre festlegt. Derzeit GOST 8.417-81 „GSI. Einheiten physikalischer Größen. Diese Norm legt die in der UdSSR verwendeten Einheiten physikalischer Größen, ihre Namen, Bezeichnungen und Anwendungsregeln fest. Es wurde in voller Übereinstimmung mit dem SI-System und mit ST SEV 1052-78 entwickelt.
Das C-System besteht aus sieben Grundeinheiten, zwei Zusatzeinheiten und einer Reihe von Ableitungen. Zusätzlich zu SI-Einheiten dürfen Submultiple- und Multiple-Einheiten verwendet werden, die durch Multiplikation der Anfangswerte mit 10 n erhalten werden, wobei n = 18, 15, 12, ... -12, -15, -18. Der Name von Vielfach- und Teilmehrfacheinheiten wird durch Hinzufügen der entsprechenden Dezimalpräfixe gebildet:
exa (E) \u003d 10 18; Peta (P) \u003d 10 15; Tera (T) = 10 12 ; Giga (G) = 10 9 ; mega (M) = 10 6 ;
Meilen (m) = 10 -3; Mikro (mk) \u003d 10 -6; Nano (n) = 10 –9; Pico (p) \u003d 10 -12;
femto (f) = 10 -15; atto (a) \u003d 10 -18;
GOST 8.417-81 erlaubt zusätzlich zu den angegebenen Einheiten die Verwendung einer Reihe von Off-System-Einheiten sowie von Einheiten, deren Verwendung vorübergehend bis zur Annahme relevanter internationaler Entscheidungen zugelassen ist.
Die erste Gruppe umfasst: Tonne, Tag, Stunde, Minute, Jahr, Liter, Lichtjahr, Voltampere.
Die zweite Gruppe umfasst: Seemeile, Karat, Knoten, Drehzahl.
1.4.4 Grundlegende si-Einheiten.
Längeneinheit - Meter (m)
Das Meter entspricht 1650763,73 Wellenlängen im Strahlungsvakuum, was dem Übergang zwischen den 2p 10 - und 5d 5 -Niveaus des Krypton-86-Atoms entspricht.
Im Internationalen Büro für Maß und Gewicht und in großen nationalen metrologischen Laboratorien wurden Einrichtungen geschaffen, um das Meter in Lichtwellenlängen zu reproduzieren.
Die Einheit der Masse ist das Kilogramm (kg).
Masse ist ein Maß für die Trägheit von Körpern und ihre Gravitationseigenschaften. Das Kilogramm entspricht der Masse des internationalen Kilogrammprototyps.
Das staatliche Primärnormal des SI-Kilogramms dient der Wiedergabe, Speicherung und Übertragung einer Masseeinheit in Gebrauchsnormale.
Die Norm umfasst:
Eine Kopie des internationalen Kilogrammprototyps ist der Platin-Iridium-Prototyp Nr. 12, ein Gewicht in Form eines Zylinders mit einem Durchmesser und einer Höhe von 39 mm.
Gleicharmige Prismenwaage Nr. 1 für 1 kg mit Fernbedienung von Ruphert (1895) und Nr. 2, hergestellt bei VNIIM im Jahr 1966.
Einmal alle 10 Jahre wird der staatliche Standard mit einem Kopierstandard verglichen. Seit 90 Jahren hat sich die Masse des Landesnormals durch Staub, Adsorption und Korrosion um 0,02 mg erhöht.
Nun ist die Masse die einzige Mengeneinheit, die durch ein echtes Normal bestimmt wird. Eine solche Definition hat eine Reihe von Nachteilen - die Änderung der Masse des Standards im Laufe der Zeit, die Nichtreproduzierbarkeit des Standards. Es wird daran gearbeitet, die Einheit der Masse in Form von Naturkonstanten auszudrücken, beispielsweise in Form der Masse des Protons. Es ist auch geplant, einen Standard durch eine bestimmte Anzahl von Si-28-Siliziumatomen zu entwickeln. Um dieses Problem zu lösen, muss zunächst die Genauigkeit der Messung der Avogadro-Zahl verbessert werden.
Die Zeiteinheit ist die Sekunde (s).
Zeit ist einer der zentralen Begriffe unseres Weltbildes, einer der wichtigsten Faktoren im Leben und Handeln der Menschen. Es wird anhand stabiler periodischer Prozesse gemessen - der jährlichen Rotation der Erde um die Sonne, der täglichen Rotation der Erde um ihre Achse, verschiedenen Schwingungsprozessen. Die Definition der Zeiteinheit Sekunden hat sich entsprechend der Entwicklung der Wissenschaft und den Anforderungen an die Messgenauigkeit mehrfach geändert. Nun gibt es folgende Definition:
Eine Sekunde entspricht 9192631770 Strahlungsperioden, die dem Übergang zwischen zwei Hyperfeinniveaus des Grundzustands des Cäsium-133-Atoms entsprechen.
Derzeit wurde ein Strahlstandard für Zeit, Frequenz und Länge erstellt, der vom Zeit- und Frequenzdienst verwendet wird. Funksignale ermöglichen die Übertragung einer Zeiteinheit und sind daher weit verbreitet. Der Fehler des zweiten Standards beträgt 1·10 -19 s.
Die Einheit der Stromstärke ist Ampere (A)
Ein Ampere entspricht der Stärke eines unveränderlichen Stroms, der beim Durchgang durch zwei parallele und geradlinige Leiter unendlicher Länge und vernachlässigbarer Querschnittsfläche, die sich im Vakuum in einem Abstand von 1 Meter voneinander befinden, eine Wechselwirkungskraft verursachen würde gleich 2 10 -7 N.
Der Fehler des Ampere-Standards beträgt 4·10 -6 A. Diese Einheit wird durch die sogenannten Stromskalen wiedergegeben, die als Ampere-Standard genommen werden. Es ist geplant, 1 Volt als Basiseinheit zu verwenden, da der Fehler seiner Reproduktion 5 · 10 -8 V beträgt.
Einheit der thermodynamischen Temperatur - Kelvin (K)
Die Temperatur ist eine Größe, die den Erwärmungsgrad eines Körpers charakterisiert.
Seit der Erfindung des Thermometers durch Galileo basiert die Temperaturmessung auf der Verwendung der einen oder anderen thermometrischen Substanz, die bei einer Temperaturänderung ihr Volumen oder ihren Druck ändert.
Alle bekannten Temperaturskalen (Fahrenheit, Celsius, Kelvin) basieren auf einigen Fixpunkten, denen unterschiedliche Zahlenwerte zugeordnet sind.
Kelvin und unabhängig von ihm Mendeleev äußerten Überlegungen zur Zweckmäßigkeit der Konstruktion einer Temperaturskala auf der Grundlage eines Bezugspunkts, der als „Tripelpunkt des Wassers“ angenommen wurde, der der Gleichgewichtspunkt des Wassers im festen, flüssigen und flüssigen Zustand ist gasförmige Phasen. Es kann derzeit in Spezialgefäßen mit einem Fehler von nicht mehr als 0,0001 Grad Celsius reproduziert werden. Als untere Grenze des Temperaturintervalls dient der absolute Nullpunkt. Wenn dieses Intervall in 273,16 Teile geteilt wird, erhalten wir eine Maßeinheit namens Kelvin.
Kelvin ist 1/273,16 der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes von Wasser.
Um die Temperatur, ausgedrückt in Kelvin, zu bezeichnen, wird das Symbol T verwendet und in Grad Celsius t. Der Übergang erfolgt nach der Formel: T=t+ 273,16. Ein Grad Celsius entspricht einem Kelvin (beide Einheiten sind verwendbar).
Die Einheit der Lichtstärke ist die Candela (cd)
Die Lichtintensität ist eine Größe, die das Leuchten einer Quelle in einer bestimmten Richtung charakterisiert, gleich dem Verhältnis des Lichtstroms zum kleinen Raumwinkel, in dem es sich ausbreitet.
Eine Candela ist gleich der Lichtstärke in einer bestimmten Richtung einer Quelle, die monochromatische Strahlung mit einer Frequenz von 540 10 12 Hz aussendet, deren Lichtstärke in dieser Richtung 1/683 (W/sr) (Watt pro Steradiant) beträgt.
Der Reproduktionsfehler der Einheit nach Norm beträgt 1·10 -3 cd.
Die Mengeneinheit eines Stoffes ist das Mol.
Ein Mol entspricht der Stoffmenge eines Systems, das so viele Strukturelemente enthält, wie Atome in Kohlenstoff C12 mit einer Masse von 0,012 kg vorhanden sind.
Bei der Verwendung des Maulwurfs müssen die Strukturelemente angegeben werden und können Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen oder bestimmte Teilchengruppen sein.
Zusätzliche SI-Einheiten
Das internationale System umfasst zwei zusätzliche Einheiten - zum Messen von flachen und festen Winkeln. Sie können nicht einfach sein, da es sich um dimensionslose Größen handelt. Dem Winkel eine unabhängige Dimension zuzuweisen, würde dazu führen, dass die Gleichungen der Mechanik in Bezug auf Rotations- und krummlinige Bewegung geändert werden müssten. Sie sind jedoch keine Ableitungen, da sie nicht von der Wahl der Grundeinheiten abhängen. Daher sind diese Einheiten im SI als zusätzliche Einheiten enthalten, die für die Bildung einiger abgeleiteter Einheiten erforderlich sind - Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung usw.
Ebene Winkeleinheit - Bogenmaß (rad)
Ein Bogenmaß ist gleich dem Winkel zwischen zwei Radien eines Kreises, dessen Bogenlänge gleich dem Radius ist.
Der staatliche Primärstandard des Bogenmaßes besteht aus einem 36-seitigen Prisma und einer Referenz-Goniometer-Autokollimationseinheit mit einem Teilungswert von Lesegeräten von 0,01 ''. Die Reproduktion der Einheit eines flachen Winkels erfolgt durch das Kalibrierverfahren, basierend auf der Tatsache, dass die Summe aller Mittelpunktswinkel eines polyedrischen Prismas 2π rad beträgt.
Die Einheit des Raumwinkels ist Steradiant (sr)
Der Steradiant ist gleich dem Raumwinkel mit dem Scheitelpunkt in der Mitte der Kugel, der auf der Oberfläche der Kugel eine Fläche ausschneidet, die der Fläche eines Quadrats mit einer Seite entspricht, die dem Radius der Kugel entspricht.
Der Raumwinkel wird gemessen, indem die ebenen Winkel an der Spitze des Kegels bestimmt werden. Der Raumwinkel 1sr entspricht einem flachen Winkel 65 0 32 '. Verwenden Sie zur Neuberechnung die Formel:
wobei Ω der Raumwinkel in sr ist; α ist der flache Winkel am Scheitelpunkt in Grad.
Der Raumwinkel π entspricht dem flachen Winkel 120 0 und der Raumwinkel 2π entspricht dem flachen Winkel 180 0 .
Normalerweise werden Winkel immer noch in Grad gemessen - das ist bequemer.
Vorteile von SI
Es ist universell, dh es deckt alle Messbereiche ab. Mit seiner Implementierung ist es möglich, auf alle anderen Einheitensysteme zu verzichten.
Es ist kohärent, dh ein System, in dem die abgeleiteten Einheiten aller Größen unter Verwendung von Gleichungen mit numerischen Koeffizienten gleich der dimensionslosen Einheit erhalten werden (das System ist verbunden und konsistent).
Die Einheiten im System sind vereinheitlicht (statt einer Reihe von Energie- und Arbeitseinheiten: Kilogramm-Kraft-Meter, Erg, Kalorie, Kilowattstunde, Elektron-Volt usw. - eine Einheit zur Messung von Arbeit und allen Energiearten - Joule).
Es wird klar zwischen den Einheiten Masse und Kraft (kg und N) unterschieden.
Nachteile von SI
Nicht alle Einheiten haben eine praktische Größe: Die Druckeinheit Pa ist ein sehr kleiner Wert; Einheit der elektrischen Kapazität F ist ein sehr großer Wert.
Die Unbequemlichkeit der Winkelmessung im Bogenmaß (Grad wird leichter wahrgenommen)
Viele abgeleitete Größen haben noch keine eigenen Namen.
Somit ist die Einführung des SI der nächste und sehr wichtige Schritt in der Entwicklung der Metrologie, ein Schritt nach vorn in der Verbesserung von Einheitensystemen für physikalische Größen.
Wie der Meter bestimmt wurdeIm 17. Jahrhundert, mit der Entwicklung der Wissenschaften in Europa, wurden immer häufiger Rufe nach der Einführung eines Universalmaßes oder katholischen Meters laut. Es wäre ein dezimales Maß, basierend auf natürlichen Phänomenen und unabhängig von den Entscheidungen der Person an der Macht. Eine solche Maßnahme würde die vielen unterschiedlichen Maßnahmensysteme ersetzen, die damals existierten.
Der britische Philosoph John Wilkins schlug vor, als Längeneinheit die Länge eines Pendels zu nehmen, dessen Halbperiode gleich einer Sekunde wäre. Je nach Messort war der Wert jedoch nicht gleich. Der französische Astronom Jean Richet stellte diese Tatsache während einer Reise nach Südamerika (1671 - 1673) fest.
1790 schlug Minister Talleyrand vor, die Referenzlänge zu messen, indem er das Pendel auf einen streng festgelegten Breitengrad zwischen Bordeaux und Grenoble aufstellte - 45 ° nördlicher Breite. Infolgedessen entschied die französische Nationalversammlung am 8. Mai 1790, dass das Meter die Länge eines Pendels mit einer halben Schwingungsperiode auf einem Breitengrad von 45 ° ist, was 1 s entspricht. Nach heutigem SI entspräche dieser Meter 0,994 m. Diese Definition entsprach jedoch nicht der wissenschaftlichen Gemeinschaft.
Am 30. März 1791 akzeptierte die Französische Akademie der Wissenschaften einen Vorschlag, das Standardmeter als Teil des Pariser Meridians festzulegen. Die neue Einheit sollte ein Zehnmillionstel der Entfernung vom Äquator zum Nordpol sein, also ein Zehnmillionstel eines Viertels des Erdumfangs, gemessen am Pariser Meridian. Dies wurde als "Meter authentisch und endgültig" bekannt.
Am 7. April 1795 verabschiedete der Nationalkonvent ein Gesetz zur Einführung des metrischen Systems in Frankreich und wies die Kommissare, darunter C. O. Coulomb, J. L. Lagrange, P.-S. Laplace und andere Wissenschaftler bestimmen experimentell die Einheiten von Länge und Masse.
In der Zeit von 1792 bis 1797 maßen die französischen Wissenschaftler Delambre (1749-1822) und Mechain (1744-1804) auf Beschluss des revolutionären Konvents den Bogen des Pariser Meridians, 9 ° 40 "lang, von Dünkirchen nach Barcelona in 6 Jahre lang eine Kette von 115 Dreiecken durch ganz Frankreich und einen Teil Spaniens legen.
Im Nachhinein stellte sich jedoch heraus, dass durch falsche Berücksichtigung der Polkompression der Erde das Normal um 0,2 mm kürzer ausfiel. Somit ist die Meridianlänge von 40.000 km nur ungefähr. Der erste Prototyp des Standardmeters aus Messing wurde jedoch 1795 hergestellt. Anzumerken ist, dass die Einheit der Masse (das Kilogramm, dessen Definition auf der Masse eines Kubikdezimeters Wasser basierte) auch an die Definition des Meters gebunden war.
Die Entstehungsgeschichte des SI-Systems
Am 22. Juni 1799 wurden in Frankreich zwei Platinstandards hergestellt - das Standardmeter und das Standardkilogramm. Dieses Datum kann zu Recht als der Tag angesehen werden, an dem die Entwicklung des heutigen SI-Systems begann.
Im Jahr 1832 schuf Gauß das sogenannte absolute Einheitensystem, das für die drei Haupteinheiten eine Zeiteinheit - eine Sekunde, eine Längeneinheit - einen Millimeter und eine Masseneinheit - ein Gramm, verwendet, weil diese Einheiten verwendet werden Dem Wissenschaftler gelang es, den absoluten Wert des Erdmagnetfelds zu messen (dieses System heißt CGS Gauß).
In den 1860er Jahren wurde unter dem Einfluss von Maxwell und Thomson die Forderung formuliert, dass Basis- und abgeleitete Einheiten zueinander konsistent sein müssen. Infolgedessen wurde 1874 das CGS-System eingeführt, und es wurden auch Präfixe zugewiesen, um Submultiples und Multiples von Micro bis Mega zu bezeichnen.
1875 unterzeichneten Vertreter von 17 Staaten, darunter Russland, die USA, Frankreich, Deutschland, Italien, die Meterkonvention, nach der das Internationale Maßbüro, das Internationale Maßkomitee und die regelmäßige Einberufung der Generalkonferenz gegründet wurden on Weights and Measures (CGPM) in Betrieb genommen. Gleichzeitig begannen die Arbeiten an der Entwicklung des internationalen Kilogrammstandards und des Meterstandards.
1889, auf der ersten Konferenz der CGPM, wurde das ISS-System angenommen, basierend auf Meter, Kilogramm und Sekunde, ähnlich dem GHS, aber die ISS-Einheiten wurden aufgrund der Bequemlichkeit aus der praktischen Verwendung als akzeptabler angesehen. Einheiten für Optik und Elektrizität werden später eingeführt.
Im Jahr 1948 beauftragte die neunte Generalkonferenz für Maß und Gewicht im Auftrag der französischen Regierung und der Internationalen Union für Theoretische und Angewandte Physik das Internationale Komitee für Maß und Gewicht, zur Vereinheitlichung des Systems der Maßeinheiten vorzuschlagen Ideen zur Schaffung eines einheitlichen Systems von Maßeinheiten, das von allen Vertragsstaaten der Meterkonvention akzeptiert werden könnte.
Infolgedessen schlug die zehnte CGPM 1954 die folgenden sechs Einheiten vor und übernahm sie: Meter, Kilogramm, Sekunde, Ampere, Grad Kelvin und Candela. 1956 hieß das System "Système International d'Unités" - das internationale Einheitensystem. 1960 wurde ein Standard verabschiedet, der zunächst als „International System of Units“ bezeichnet wurde und dem die Abkürzung „SI“ zugeordnet wurde. Die Grundeinheiten blieben gleich sechs Einheiten: Meter, Kilogramm, Sekunde, Ampere, Grad Kelvin und Candela. (Die russischsprachige Abkürzung „SI“ kann als „Internationales System“ entschlüsselt werden).
1963 wurde in der UdSSR gemäß GOST 9867-61 "International System of Units" SI als bevorzugtes System für die Bereiche der Volkswirtschaft, in Wissenschaft und Technologie sowie für den Unterricht in Bildungseinrichtungen übernommen.
1968, beim dreizehnten CGPM, wurde die Einheit „Grad Kelvin“ durch „Kelvin“ ersetzt und auch die Bezeichnung „K“ übernommen. Außerdem wurde eine neue Definition der Sekunde übernommen: Eine Sekunde ist ein Zeitintervall, das 9.192.631.770 Strahlungsperioden entspricht, die dem Übergang zwischen zwei Hyperfeinniveaus des Grundquantenzustands des Cäsium-133-Atoms entsprechen. 1997 wird eine Verfeinerung angenommen, wonach sich dieses Zeitintervall auf ein bei 0 K ruhendes Cäsium-133-Atom bezieht.
1971 wurde bei 14 CGPM eine weitere Grundeinheit „mol“ hinzugefügt – eine Einheit der Stoffmenge. Ein Mol ist die Stoffmenge in einem System, das so viele Strukturelemente enthält, wie Kohlenstoff-12-Atome mit einer Masse von 0,012 kg vorhanden sind. Bei der Verwendung eines Maulwurfs müssen die Strukturelemente angegeben werden und können Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen und andere Teilchen oder bestimmte Teilchengruppen sein.
1979 nahm die 16. CGPM eine neue Definition für die Candela an. Candela - Lichtstärke in einer bestimmten Richtung einer Quelle, die monochromatische Strahlung mit einer Frequenz von 540 1012 Hz aussendet, deren Lichtenergiestärke in dieser Richtung 1/683 W/sr (Watt pro Steradiant) beträgt.
1983 wurde auf der 17. CGPM eine neue Definition des Meters gegeben. Ein Meter ist die Weglänge, die Licht im Vakuum in (1/299.792.458) Sekunden zurücklegt.
Im Jahr 2009 genehmigte die Regierung der Russischen Föderation die „Vorschriften über zur Verwendung in der Russischen Föderation zugelassene Werteinheiten“ und im Jahr 2015 wurde sie geändert, um die „Gültigkeitsdauer“ einiger nicht systemrelevanter Einheiten auszuschließen.
Zweck des SI-Systems und seine Rolle in der Physik
Bis heute wurde das internationale System physikalischer Größen SI weltweit übernommen und wird sowohl in Wissenschaft und Technik als auch im Alltag der Menschen mehr als andere Systeme verwendet - es ist eine moderne Version des metrischen Systems.
Die meisten Länder verwenden die Einheiten des SI-Systems in der Technologie, auch wenn sie im Alltag traditionelle Einheiten für diese Gebiete verwenden. In den USA werden beispielsweise übliche Einheiten in Form von SI-Einheiten mit festen Koeffizienten definiert.
| Wert | Bezeichnung | ||
| Russischer Name | Russisch | International | |
| flache Ecke | Bogenmaß | froh | Rad |
| Fester Winkel | Steradiant | Heiraten | sr |
| Temperatur Celsius | Grad Celsius | über C | über C |
| Frequenz | Hertz | Hertz | Hertz |
| Stärke | Newton | H | N |
| Energie | Joule | J | J |
| Leistung | Watt | Di | W |
| Druck | paskal | Pa | Pa |
| Lichtfluss | Lumen | lm | lm |
| Erleuchtung | Luxus | OK | Lux |
| Elektrische Ladung | Anhänger | Kl | C |
| Potenzieller unterschied | Volt | BEI | v |
| Widerstand | Ohm | Ohm | Ω |
| Elektrische Kapazität | Farad | F | F |
| magnetischer Fluss | Weber | wb | wb |
| Magnetische Induktion | Tesla | Tl | T |
| Induktivität | Henry | gn | H |
| elektrische Leitfähigkeit | Siemens | Cm | S |
| Aktivität der radioaktiven Quelle | Becquerel | Bq | bq |
| Absorbierte Dosis ionisierender Strahlung | grau | GR | Gy |
| Effektive Dosis ionisierender Strahlung | Sievert | Sv | Sv |
| Katalysatoraktivität | gerollt | Katze | Kat |
Eine erschöpfende und detaillierte Beschreibung des SI-Systems in amtlicher Form findet sich in der seit 1970 herausgegebenen SI-Broschüre und einem Nachtrag dazu; diese Dokumente werden auf der offiziellen Website des Internationalen Büros für Maß und Gewicht veröffentlicht. Seit 1985 werden diese Dokumente in Englisch und Französisch ausgestellt und immer in eine Reihe von Weltsprachen übersetzt, obwohl die offizielle Sprache des Dokuments Französisch ist.
Die genaue offizielle Definition des SI-Systems ist wie folgt formuliert: „Das Internationale Einheitensystem (SI) ist ein Einheitensystem, das auf dem Internationalen Einheitensystem basiert, zusammen mit Namen und Symbolen sowie einer Reihe von Präfixen und deren Namen und Symbole, zusammen mit den Regeln für ihre Verwendung, die von der Generalkonferenz für Gewichte und Maße (CGPM) angenommen wurden.
Das SI-System definiert sieben Grundeinheiten physikalischer Größen und ihre Ableitungen sowie Präfixe zu ihnen. Geregelt sind einheitliche Abkürzungen für Einheitenbezeichnungen und Regeln für das Schreiben von Derivaten. Es gibt nach wie vor sieben Grundeinheiten: Kilogramm, Meter, Sekunde, Ampere, Kelvin, Mol, Candela. Grundeinheiten unterscheiden sich in unabhängigen Dimensionen und können nicht von anderen Einheiten abgeleitet werden.
Was abgeleitete Einheiten betrifft, so können sie auf der Basis von Grundeinheiten erhalten werden, indem mathematische Operationen wie Division oder Multiplikation durchgeführt werden. Einige der abgeleiteten Einheiten, wie "Bogenmaß", "Lumen", "Anhänger", haben ihre eigenen Namen.
Vor dem Namen der Einheit können Sie ein Präfix verwenden, z. B. einen Millimeter - ein Tausendstel eines Meters und einen Kilometer - tausend Meter. Das Präfix bedeutet, dass die Einheit mit einer ganzen Zahl dividiert oder multipliziert werden muss, die eine bestimmte Zehnerpotenz ist.
Das metrische System ist die gebräuchliche Bezeichnung für das internationale dezimale Einheitensystem, dessen Grundeinheiten Meter und Kilogramm sind. Abgesehen von einigen Unterschieden im Detail sind die Elemente des Systems weltweit gleich.
Längen- und Massennormale, internationale Prototypen. Internationale Prototypen von Längen- und Massennormalen – Meter und Kilogramm – wurden beim Internationalen Büro für Maß und Gewicht in Sevres, einem Vorort von Paris, hinterlegt. Das Standardmeter war ein Lineal aus einer Platinlegierung mit 10 % Iridium, dessen Querschnitt zur Erhöhung der Biegesteifigkeit bei minimalem Metallvolumen eine spezielle X-Form erhielt. In der Rille eines solchen Lineals befand sich eine ebene Längsfläche, und der Meter war definiert als der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier Striche, die an den Enden des Lineals bei einer Standardtemperatur von 0 ° C aufgebracht wurden. Die Masse eines Zylinders aus dem gleichen Platin hergestellt wie der internationale Prototyp des Kilogramms Iridiumlegierung, die der Standard des Meters ist, mit einer Höhe und einem Durchmesser von etwa 3,9 cm Das Gewicht dieser Standardmasse entspricht 1 kg auf Meereshöhe auf einer geografischen Breite von 45 ° wird manchmal als Kilogram-force bezeichnet. Somit kann es entweder als Massenormal für das absolute Einheitensystem oder als Kraftnormal für das technische Einheitensystem verwendet werden, in dem eine der Grundeinheiten die Einheit der Kraft ist.
Internationales SI-System. Das Internationale Einheitensystem (SI) ist ein harmonisiertes System, in dem es für jede physikalische Größe wie Länge, Zeit oder Kraft nur eine Maßeinheit gibt. Einige der Einheiten haben spezielle Namen, wie etwa Pascal für Druck, andere sind nach den Einheiten benannt, von denen sie abgeleitet sind, wie etwa die Einheit der Geschwindigkeit, Meter pro Sekunde. Die Haupteinheiten sind zusammen mit zwei zusätzlichen geometrischen Einheiten in der Tabelle dargestellt. 1. Abgeleitete Einheiten, für die spezielle Namen verwendet werden, sind in der Tabelle angegeben. 2. Von allen abgeleiteten mechanischen Einheiten sind die Newton-Einheit der Kraft, die Joule-Einheit der Energie und die Watt-Einheit der Leistung die wichtigsten. Newton ist definiert als die Kraft, die einer Masse von einem Kilogramm eine Beschleunigung gleich einem Meter pro Quadratsekunde verleiht. Ein Joule entspricht der geleisteten Arbeit, wenn sich der Angriffspunkt einer Kraft von einem Newton um einen Meter in Richtung der Kraft bewegt. Ein Watt ist die Leistung, bei der in einer Sekunde die Arbeit von einem Joule verrichtet wird. Elektrische und andere abgeleitete Einheiten werden unten besprochen. Die offiziellen Definitionen von primären und sekundären Einheiten lauten wie folgt.
Meter ist die Länge der Strecke, die Licht im Vakuum in 1/299.792.458 Sekunden zurücklegt.
Kilogramm gleich der Masse des internationalen Kilogrammprototyps.
Zweite- die Dauer von 9 192 631 770 Perioden von Strahlungsoszillationen, die den Übergängen zwischen zwei Ebenen der Hyperfeinstruktur des Grundzustands des Cäsium-133-Atoms entsprechen.
Kelvin entspricht 1/273,16 der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes von Wasser.
Maulwurf entspricht der Menge eines Stoffes, der so viele Strukturelemente enthält, wie Atome im Kohlenstoff-12-Isotop mit einer Masse von 0,012 kg vorhanden sind.
Bogenmaß- ein flacher Winkel zwischen zwei Kreisradien, deren Bogenlänge gleich dem Radius ist.
Steradiant ist gleich dem Raumwinkel mit dem Scheitelpunkt in der Mitte der Kugel, der auf seiner Oberfläche eine Fläche ausschneidet, die der Fläche eines Quadrats mit einer Seite entspricht, die dem Radius der Kugel entspricht.
| Tabelle 1. Grundlegende SI-Einheiten | |||
|---|---|---|---|
| Wert | Einheit | Bezeichnung | |
| Name | Russisch | International | |
| Länge | Meter | m | m |
| Gewicht | Kilogramm | kg | kg |
| Zeit | zweite | Mit | s |
| Die Stärke des elektrischen Stroms | Ampere | ABER | EIN |
| Thermodynamische Temperatur | Kelvin | Zu | K |
| Die Kraft des Lichts | Candela | CD | CD |
| Menge der Substanz | Maulwurf | Maulwurf | mol |
| Zusätzliche SI-Einheiten | |||
| Wert | Einheit | Bezeichnung | |
| Name | Russisch | International | |
| flache Ecke | Bogenmaß | froh | Rad |
| Fester Winkel | Steradiant | Heiraten | sr |
| Tabelle 2. Abgeleitete SI-Einheiten mit eigenen Namen | ||||
|---|---|---|---|---|
| Wert | Einheit |
Abgeleiteter Einheitsausdruck |
||
| Name | Bezeichnung | durch andere SI-Einheiten | durch Basis- und zusätzliche SI-Einheiten | |
| Frequenz | Hertz | Hertz | - | ab -1 |
| Stärke | Newton | H | - | m kg s -2 |
| Druck | paskal | Pa | Nm 2 | m -1 kg s -2 |
| Energie, Arbeit, Wärmemenge | Joule | J | Nm | m 2 kg s -2 |
| Kraft, Energiefluss | Watt | Di | j/s | m 2 kg s -3 |
| Strommenge, elektrische Ladung | Anhänger | Kl | A mit | mit einer |
| Elektrische Spannung, elektrisches Potential | Volt | BEI | W/A | m 2 kgf -3 A -1 |
| Elektrische Kapazität | Farad | F | CL/V | m -2 kg -1 s 4 A 2 |
| Elektrischer Wiederstand | Ohm | Ohm | B/A | m 2 kg s -3 A -2 |
| elektrische Leitfähigkeit | Siemens | Cm | A/B | m -2 kg -1 s 3 A 2 |
| Fluss der magnetischen Induktion | Weber | wb | Rein mit | m 2 kg s -2 A -1 |
| Magnetische Induktion | Tesla | T, T | Wb/m 2 | kg s -2 A -1 |
| Induktivität | Henry | G, Gn | Wb/A | m 2 kg s -2 A -2 |
| Lichtfluss | Lumen | lm | CD-Durchschn | |
| Erleuchtung | Luxus | OK | m2 cd sr | |
| Aktivität der radioaktiven Quelle | Becquerel | Bq | ab -1 | ab -1 |
| Absorbierte Strahlendosis | Grau | GR | j/kg | m 2 s -2 |
Für die Bildung von dezimalen Vielfachen und Teilern sind eine Reihe von Präfixen und Multiplikatoren vorgeschrieben, die in der Tabelle angegeben sind. 3.
| Tabelle 3. Präfixe und Multiplikatoren von dezimalen Vielfachen und Teilern des internationalen SI-Systems | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Ex | E | 10 18 | Dez | d | 10 -1 |
| Peta | P | 10 15 | Centi | Mit | 10 -2 |
| Tera | T | 10 12 | Milli | m | 10 -3 |
| giga | G | 10 9 | Mikro | mk | 10 -6 |
| mega | M | 10 6 | nano | n | 10 -9 |
| Kilo | zu | 10 3 | Bild | P | 10 -12 |
| Hekto | G | 10 2 | femto | f | 10 -15 |
| Resonanzboden | Ja | 10 1 | atto | a | 10 -18 |
Ein Kilometer (km) entspricht also 1000 m und ein Millimeter 0,001 m. (Diese Präfixe gelten für alle Einheiten wie Kilowatt, Milliampere usw.)
Masse, Länge und Zeit . Alle Grundeinheiten des SI-Systems, mit Ausnahme des Kilogramms, werden derzeit in Form von physikalischen Konstanten oder Phänomenen definiert, die als unveränderlich und mit hoher Genauigkeit reproduzierbar gelten. Was das Kilogramm anbelangt, so wurde noch kein Verfahren zu dessen Umsetzung mit dem Grad an Reproduzierbarkeit gefunden, der bei den Verfahren zum Vergleich verschiedener Massennormale mit dem internationalen Kilogrammprototyp erreicht wird. Ein solcher Vergleich kann durch Wiegen auf einer Federwaage durchgeführt werden, deren Fehler 1 10 -8 nicht überschreitet. Die Standards von Vielfachen und Teilern für ein Kilogramm werden durch kombiniertes Wiegen auf einer Waage ermittelt.
Da das Messgerät über die Lichtgeschwindigkeit definiert ist, kann es in jedem gut ausgestatteten Labor unabhängig reproduziert werden. So lassen sich Strich- und Endmaße, die in Werkstätten und Labors verwendet werden, mit der Interferenzmethode durch direkten Vergleich mit der Wellenlänge des Lichts überprüfen. Der Fehler bei solchen Verfahren überschreitet unter optimalen Bedingungen ein Milliardstel (1 10 -9 ) nicht. Mit der Entwicklung der Lasertechnologie wurden solche Messungen stark vereinfacht und ihre Reichweite wesentlich erweitert.
Ebenso kann die zweite nach ihrer modernen Definition in einem kompetenten Labor in einer Atomstrahlanlage eigenständig realisiert werden. Die Strahlatome werden von einem auf die Atomfrequenz abgestimmten Hochfrequenzgenerator angeregt, und die elektronische Schaltung misst die Zeit, indem sie die Schwingungsperioden in der Generatorschaltung zählt. Solche Messungen können mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 1 10 -12 durchgeführt werden - viel besser als es mit bisherigen Definitionen der Sekunde möglich war, basierend auf der Rotation der Erde und ihrem Umlauf um die Sonne. Die Zeit und ihr Kehrwert, die Frequenz, sind insofern einzigartig, als ihre Referenzen per Funk übertragen werden können. Dadurch kann jeder, der über die entsprechende Funkempfangsausrüstung verfügt, genaue Zeit- und Referenzfrequenzsignale empfangen, die in ihrer Genauigkeit fast identisch mit denen sind, die über Luft übertragen werden.
Mechanik. Aus den Einheiten von Länge, Masse und Zeit lassen sich, wie oben gezeigt, alle in der Mechanik verwendeten Einheiten ableiten. Wenn die Grundeinheiten Meter, Kilogramm und Sekunde sind, wird das System als ISS-Einheitensystem bezeichnet; wenn - Zentimeter, Gramm und Sekunde, dann - mit dem CGS-Einheitensystem. Die Einheit der Kraft im CGS-System heißt Dyn, und die Einheit der Arbeit heißt Erg. Einige Einheiten erhalten spezielle Namen, wenn sie in bestimmten Wissenschaftszweigen verwendet werden. Wenn Sie beispielsweise die Stärke eines Gravitationsfelds messen, wird die Einheit der Beschleunigung im CGS-System Halo genannt. Es gibt eine Reihe von Einheiten mit speziellen Namen, die in keinem dieser Einheitensysteme enthalten sind. Bar, eine früher in der Meteorologie verwendete Druckeinheit, entspricht 1.000.000 dyn/cm2. Pferdestärken, eine veraltete Leistungseinheit, die immer noch im britischen technischen Einheitensystem sowie in Russland verwendet wird, beträgt ungefähr 746 Watt.
Temperatur und Wärme. Mechanische Einheiten erlauben es nicht, alle wissenschaftlichen und technischen Probleme zu lösen, ohne andere Verhältnisse zu berücksichtigen. Obwohl die Arbeit, die beim Bewegen einer Masse gegen die Wirkung einer Kraft geleistet wird, und die kinetische Energie einer bestimmten Masse der thermischen Energie eines Stoffes entsprechen, ist es bequemer, Temperatur und Wärme als getrennte Größen zu betrachten, die nicht voneinander abhängen auf mechanische.
Thermodynamische Temperaturskala. Die thermodynamische Temperatureinheit Kelvin (K), Kelvin genannt, wird durch den Tripelpunkt des Wassers bestimmt, d.h. die Temperatur, bei der Wasser mit Eis und Dampf im Gleichgewicht ist. Diese Temperatur wird gleich 273,16 K genommen, was die thermodynamische Temperaturskala bestimmt. Diese von Kelvin vorgeschlagene Skala basiert auf dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Wenn es zwei Wärmespeicher mit konstanter Temperatur und eine umkehrbare Wärmekraftmaschine gibt, die gemäß dem Carnot-Zyklus Wärme von einem auf den anderen überträgt, ist das Verhältnis der thermodynamischen Temperaturen der beiden Speicher durch die Gleichung T 2 gegeben /T 1 \u003d -Q 2 Q 1, wobei Q 2 und Q 1 - die Wärmemenge, die an jeden der Tanks übertragen wird (Zeichen<минус>zeigt an, dass einem der Reservoirs Wärme entnommen wird). Wenn also die Temperatur des wärmeren Reservoirs 273,16 K beträgt und die ihm entnommene Wärme doppelt so groß ist wie die an ein anderes Reservoir übertragene Wärme, dann beträgt die Temperatur des zweiten Reservoirs 136,58 K. Wenn die Temperatur des zweiten Reservoirs 0 K beträgt, dann wird überhaupt keine Wärme übertragen, da die gesamte Energie des Gases im adiabatischen Expansionsabschnitt des Kreislaufs in mechanische Energie umgewandelt wurde. Diese Temperatur wird absoluter Nullpunkt genannt. Die in der wissenschaftlichen Forschung üblicherweise verwendete thermodynamische Temperatur stimmt mit der Temperatur überein, die in der idealen Gasgleichung des Zustands PV = RT enthalten ist, wobei P der Druck, V das Volumen und R die Gaskonstante ist. Die Gleichung zeigt, dass für ein ideales Gas das Produkt aus Volumen und Druck proportional zur Temperatur ist. Für keines der realen Gase ist dieses Gesetz genau erfüllt. Aber wenn wir Korrekturen für Virialkräfte vornehmen, dann erlaubt uns die Expansion von Gasen, die thermodynamische Temperaturskala zu reproduzieren.
Internationale Temperaturskala. Gemäß obiger Definition kann die Temperatur gasthermometrisch mit sehr hoher Genauigkeit (bis etwa 0,003 K in der Nähe des Tripelpunktes) gemessen werden. In einer wärmeisolierten Kammer sind ein Platin-Widerstandsthermometer und ein Gasreservoir untergebracht. Beim Erhitzen der Kammer steigt der elektrische Widerstand des Thermometers und der Gasdruck im Tank steigt (entsprechend der Zustandsgleichung), beim Abkühlen ist das Gegenteil zu beobachten. Durch die gleichzeitige Messung von Widerstand und Druck ist es möglich, ein Thermometer anhand des Gasdrucks zu kalibrieren, der proportional zur Temperatur ist. Das Thermometer wird dann in einen Thermostaten gestellt, in dem flüssiges Wasser im Gleichgewicht mit seinen festen und dampfförmigen Phasen gehalten werden kann. Durch Messen seines elektrischen Widerstands bei dieser Temperatur erhält man eine thermodynamische Skala, da der Temperatur des Tripelpunkts ein Wert von 273,16 K zugewiesen wird.
Es gibt zwei internationale Temperaturskalen – Kelvin (K) und Celsius (C). Die Celsius-Temperatur erhält man aus der Kelvin-Temperatur, indem man von letzterer 273,15 K abzieht.
Genaue Temperaturmessungen mittels Gasthermometrie erfordern viel Arbeit und Zeit. Daher wurde 1968 die Internationale Praktische Temperaturskala (IPTS) eingeführt. Mit dieser Skala können Thermometer verschiedener Typen im Labor kalibriert werden. Diese Skala wurde unter Verwendung eines Platin-Widerstandsthermometers, eines Thermoelements und eines Strahlungspyrometers erstellt, die in den Temperaturintervallen zwischen einigen Paaren von konstanten Referenzpunkten (Temperaturreferenzpunkten) verwendet wurden. Die MTS sollte mit größtmöglicher Genauigkeit der thermodynamischen Skala entsprechen, aber wie sich später herausstellte, sind ihre Abweichungen sehr erheblich.
Fahrenheit-Temperaturskala. Die Temperaturskala Fahrenheit, die in Kombination mit dem britischen technischen Einheitensystem sowie in nichtwissenschaftlichen Messungen in vielen Ländern weit verbreitet ist, wird normalerweise durch zwei konstante Referenzpunkte bestimmt - die Temperatur des Eisschmelzens (32 ° F) und der Siedepunkt von Wasser (212 ° F) bei normalem (atmosphärischem) Druck. Um also die Celsius-Temperatur von der Fahrenheit-Temperatur zu erhalten, subtrahieren Sie 32 von letzterer und multiplizieren Sie das Ergebnis mit 5/9.
Wärmeeinheiten. Da Wärme eine Energieform ist, kann sie in Joule gemessen werden, und diese metrische Einheit wurde international vereinbart. Da die Wärmemenge jedoch früher durch die Änderung der Temperatur einer bestimmten Wassermenge bestimmt wurde, verbreitete sich eine Einheit namens Kalorie, die der Wärmemenge entspricht, die erforderlich ist, um die Temperatur von einem Gramm Wasser um 1 ° C zu erhöhen Da die Wärmekapazität von Wasser temperaturabhängig ist, musste ich den Wert der Kalorie angeben. Mindestens zwei verschiedene Kalorien erschienen -<термохимическая>(4,1840 J) und<паровая>(4,1868 J).<Калория>, das in der Diätetik verwendet wird, hat eigentlich eine Kilokalorie (1000 Kalorien). Die Kalorie ist keine SI-Einheit und wird in den meisten Bereichen von Wissenschaft und Technik nicht mehr verwendet.
Elektrizität und Magnetismus. Alle gängigen elektrischen und magnetischen Maßeinheiten basieren auf dem metrischen System. Gemäß modernen Definitionen elektrischer und magnetischer Einheiten sind sie alle abgeleitete Einheiten, die sich aus bestimmten physikalischen Formeln von metrischen Längen-, Masse- und Zeiteinheiten ableiten. Da die meisten elektrischen und magnetischen Größen mit den genannten Normalen nicht so einfach zu messen sind, hielt man es für zweckmäßiger, durch geeignete Experimente abgeleitete Normale für einige der angegebenen Größen festzulegen und andere mit solchen Normalen zu messen.
SI-Einheiten. Nachfolgend finden Sie eine Liste der elektrischen und magnetischen Einheiten des SI-Systems.
Das Ampere, die Einheit der elektrischen Stromstärke, ist eine der sechs Grundeinheiten des SI-Systems. Ampere - die Stärke eines unveränderlichen Stroms, der beim Durchgang durch zwei parallele geradlinige Leiter unendlicher Länge mit vernachlässigbarer kreisförmiger Querschnittsfläche, die sich im Vakuum in einem Abstand von 1 m voneinander befinden, eine Wechselwirkungskraft von gleich verursachen würde 2 10 auf jedem Abschnitt des Leiters 1 m lang - 7 N.
Volt, Einheit der Potentialdifferenz und der elektromotorischen Kraft. Volt - elektrische Spannung in einem Abschnitt eines Stromkreises mit einem Gleichstrom von 1 A bei einer Leistungsaufnahme von 1 W.
Coulomb, eine Einheit der Elektrizitätsmenge (elektrische Ladung). Coulomb - die Strommenge, die bei einem konstanten Strom von 1 A in einer Zeit von 1 s durch den Querschnitt des Leiters fließt.
Farad, Einheit der elektrischen Kapazität. Farad ist die Kapazität eines Kondensators, an dessen Platten bei einer Ladung von 1 C eine elektrische Spannung von 1 V entsteht.
Henry, Einheit der Induktivität. Henry ist gleich der Induktivität des Stromkreises, in dem bei einer gleichmäßigen Änderung der Stromstärke in diesem Stromkreis um 1 A pro 1 s eine EMK der Selbstinduktion von 1 V auftritt.
Weber, Einheit des magnetischen Flusses. Weber - ein magnetischer Fluss, wenn er in einem daran gekoppelten Stromkreis mit einem Widerstand von 1 Ohm auf Null abfällt, fließt eine elektrische Ladung von 1 C.
Tesla, Einheit der magnetischen Induktion. Tesla - magnetische Induktion eines gleichmäßigen Magnetfelds, bei dem der magnetische Fluss durch eine flache Fläche von 1 m 2 senkrecht zu den Induktionslinien 1 Wb beträgt.
Praktische Maßstäbe. In der Praxis wird der Amperewert reproduziert, indem tatsächlich die Wechselwirkungskraft zwischen den stromführenden Drahtwindungen gemessen wird. Da der elektrische Strom ein in der Zeit ablaufender Vorgang ist, kann die Stromstärke nicht gespeichert werden. Ebenso lässt sich der Wert eines Volts nicht direkt gemäß seiner Definition festlegen, da es schwierig ist, das Watt (Einheit der Leistung) mit der erforderlichen Genauigkeit mit mechanischen Mitteln zu reproduzieren. Daher wird das Volt in der Praxis durch eine Gruppe normaler Elemente wiedergegeben. In den Vereinigten Staaten hat das Gesetz am 1. Juli 1972 die Definition des Volt angenommen, basierend auf dem Josephson-Effekt auf Wechselstrom (die Frequenz des Wechselstroms zwischen zwei supraleitenden Platten ist proportional zur externen Spannung).
Licht und Beleuchtung. Die Einheiten der Lichtstärke und der Beleuchtungsstärke lassen sich nicht allein anhand mechanischer Einheiten bestimmen. Es ist möglich, den Energiefluss in einer Lichtwelle in W/m 2 und die Intensität einer Lichtwelle in V/m auszudrücken, wie im Fall von Radiowellen. Aber die Wahrnehmung von Beleuchtung ist ein psychophysisches Phänomen, bei dem nicht nur die Intensität der Lichtquelle wesentlich ist, sondern auch die Empfindlichkeit des menschlichen Auges für die spektrale Verteilung dieser Intensität.
Gemäß internationaler Vereinbarung ist die Einheit der Lichtstärke die Candela (früher Kerze genannt), die der Lichtstärke in einer bestimmten Richtung einer Quelle entspricht, die monochromatische Strahlung mit einer Frequenz von 540 10 12 Hz (l \u003d 555 nm) emittiert. die Energieintensität der Lichtstrahlung in dieser Richtung beträgt 1/683 W /cf. Dies entspricht in etwa der Lichtstärke der einst als Standard dienenden Walratkerze.
Wenn die Lichtintensität der Quelle in alle Richtungen eine Candela beträgt, beträgt der Gesamtlichtstrom 4p Lumen. Befindet sich diese Quelle also im Zentrum einer Kugel mit einem Radius von 1 m, dann ist die Beleuchtung der Innenfläche der Kugel gleich einem Lumen pro Quadratmeter, d.h. eine Suite.
Röntgen- und Gammastrahlung, Radioaktivität. Röntgen (R) ist eine veraltete Einheit der Belichtungsdosis von Röntgen-, Gamma- und Photonenstrahlung, die der Strahlungsmenge entspricht, die unter Berücksichtigung der Sekundärelektronenstrahlung in 0,001 293 g Luft Ionen bildet, die eine gleiche Ladung tragen zu einer CGS-Einheit jedes Zeichens. Im SI-System ist die Einheit der absorbierten Strahlendosis Gray, was 1 J/kg entspricht. Der Standard der absorbierten Strahlungsdosis ist die Installation mit Ionisationskammern, die die durch Strahlung erzeugte Ionisation messen.
Curie (Ci) ist eine veraltete Einheit der Nuklidaktivität in einer radioaktiven Quelle. Curie ist gleich der Aktivität eines radioaktiven Stoffes (Präparates), bei dem in 1 s 3.700 10 10 Zerfallsvorgänge stattfinden. Im SI-System ist die Aktivitätseinheit eines Isotops das Becquerel, das der Aktivität eines Nuklids in einer radioaktiven Quelle entspricht, bei der ein Zerfallsereignis in einer Zeit von 1 s auftritt. Radioaktivitätsstandards werden durch Messen der Halbwertszeiten kleiner Mengen radioaktiver Stoffe erhalten. Dann werden nach solchen Standards Ionisationskammern, Geigerzähler, Szintillationszähler und andere Geräte zur Erfassung durchdringender Strahlung kalibriert und verifiziert.
