În 1875, Biroul Internațional de Greutăți și Măsuri a fost înființat de Conferința Metrica; scopul său a fost de a crea un sistem de măsurare unificat care să fie utilizat în întreaga lume. S-a decis să se ia ca bază sistemul metric, apărut în timpul Revoluției Franceze și care se baza pe metru și kilogram. Ulterior au fost aprobate standardele metrului și kilogramului. De-a lungul timpului, sistemul de unități de măsură a evoluat, acum are șapte unități de măsură de bază. În 1960, acest sistem de unități a primit denumirea modernă de Sistem Internațional de Unități (sistem SI) (System Internatinal d „Unites (SI)). Sistemul SI nu este static, se dezvoltă în conformitate cu cerințele care sunt puse în prezent asupra măsurătorilor. în știință și tehnologie.
Unități de măsură de bază ale Sistemului Internațional de Unități
Definiția tuturor unităților auxiliare din sistemul SI se bazează pe șapte unități de măsură de bază. Principalele marimi fizice din Sistemul International de unitati (SI) sunt: lungimea ($l$); masa ($m$); timp($t$); puterea curentului electric ($I$); Temperatura Kelvin (temperatura termodinamică) ($T$); cantitatea de substanță ($\nu $); intensitatea luminii ($I_v$).
Unitățile de bază din sistemul SI sunt unitățile mărimilor de mai sus:
\[\left=m;;\ \left=kg;;\ \left=c;\ \left=A;;\ \left=K;;\ \ \left[\nu \right]=mol;;\ \left=cd\ (candela).\]
Standarde ale principalelor unități de măsură în SI
Iată definițiile standardelor principalelor unități de măsură așa cum se face în sistemul SI.
La metru (m) se numește lungimea drumului pe care lumina o parcurge în vid într-un timp egal cu $\frac(1)(299792458)$ s.
Standard de masă pentru SI este o greutate sub forma unui cilindru drept, al cărui diametru și înălțime este de 39 mm, constând dintr-un aliaj de platină și iridiu cu o greutate de 1 kg.
O secundă (e) numit interval de timp, care este egal cu 9192631779 perioade de radiație, care corespunde tranziției între două niveluri hiperfine ale stării fundamentale a atomului de cesiu (133).
Un amper (A)- aceasta este puterea curentului care trece in doi conductori drepti, infinit de subtiri si lungi situati la o distanta de 1 metru, situati in vid generand forta Ampère (forta de interactiune a conductorilor) egala cu $2\cdot (10)^ (-7)H$ pentru fiecare metru al conductorului .
Un kelvin (K) este temperatura termodinamică egală cu $\frac(1)(273,16)$ din temperatura punctului triplu a apei.
un mol (mol)- aceasta este cantitatea unei substante in care sunt atatia atomi cati sunt in 0,012 kg de carbon (12).
O candela (cd) este egală cu intensitatea luminii emise de o sursă monocromatică cu o frecvență de $540\cdot (10)^(12)$Hz cu o forță energetică în direcția radiației $\frac(1)(683)\frac(W )(sr).$
Știința se dezvoltă, echipamentele de măsurare sunt îmbunătățite, definițiile unităților de măsură sunt revizuite. Cu cât este mai mare acuratețea măsurătorilor, cu atât sunt mai mari cerințele pentru definirea unităților de măsură.
Mărimi derivate SI
Toate celelalte mărimi sunt considerate în sistemul SI drept derivate ale celor principale. Unitățile de măsură ale mărimilor derivate sunt definite ca rezultat al produsului (ținând cont de gradul) celor principale. Să dăm exemple de mărimi derivate și unitățile lor în sistemul SI.
Există, de asemenea, mărimi adimensionale în sistemul SI, de exemplu, coeficientul de reflexie sau permisivitatea relativă. Aceste cantități au dimensiunea unitară.
Sistemul SI include unități derivate cu nume speciale. Aceste nume sunt forme compacte pentru reprezentarea combinațiilor de mărimi de bază. Să dăm exemple de unități ale sistemului SI care au propriile nume (Tabelul 2).
Fiecare mărime din sistemul SI are o singură unitate de măsură, dar aceeași unitate de măsură poate fi folosită pentru diferite mărimi. Joule este o unitate de măsură pentru cantitatea de căldură și de lucru.
Sistem SI, unități de măsură multipli și submultipli
Sistemul internațional de unități are un set de prefixe la unitățile de măsură care sunt utilizate dacă valorile numerice ale cantităților în cauză sunt semnificativ mai mari sau mai mici decât unitatea sistemului, care este utilizată fără prefix. Aceste prefixe sunt folosite cu orice unitate de măsură, în sistemul SI sunt zecimale.
Să dăm exemple de astfel de prefixe (Tabelul 3).
La scriere, prefixul și numele unității sunt scrise împreună, astfel încât prefixul și unitatea de măsură să formeze un singur simbol.
Rețineți că unitatea SI de masă (kilogramul) are deja un prefix istoric. Multiplii și submultiplii zecimali ai kilogramului se obțin prin adăugarea prefixului la gram.
Unități în afara sistemului
Sistemul SI este universal și este convenabil în comunicarea internațională. Aproape toate unitățile non-SI pot fi definite folosind termeni SI. Utilizarea sistemului SI este preferată în învățământul științific. Cu toate acestea, există unele cantități care nu sunt incluse în SI, dar sunt utilizate pe scară largă. Astfel, unitățile de timp precum minutele, orele, zilele fac parte din cultură. Unele unități sunt folosite din motive istorice. Când se utilizează unități care nu aparțin sistemului SI, este necesar să se indice modul în care acestea sunt convertite în unități SI. Un exemplu de unități este prezentat în tabelul 4.
Varietatea unităților individuale (forța, de exemplu, ar putea fi exprimată în kg, lire sterline etc.) și sistemele de unități au creat mari dificultăți în schimbul mondial de realizări științifice și economice. Prin urmare, în secolul al XIX-lea, era nevoie de crearea unui sistem internațional unificat care să includă unitățile de măsură ale cantităților utilizate în toate ramurile fizicii. Cu toate acestea, acordul privind introducerea unui astfel de sistem a fost adoptat abia în 1960.
Sistemul internațional de unități este un set corect construit și interconectat de mărimi fizice. A fost adoptată în octombrie 1960 la a 11-a Conferință Generală pentru Greutăți și Măsuri. Numele prescurtat al sistemului este -SI. În transcriere rusă - SI. (sistem internațional).
În URSS, în 1961, a fost pus în aplicare GOST 9867-61, care stabilește utilizarea preferată a acestui sistem în toate domeniile științei, tehnologiei și predării. În prezent, GOST 8.417-81 „GSI. Unități de mărime fizică. Acest standard stabilește unitățile de mărime fizice utilizate în URSS, denumirile, denumirile și regulile de aplicare ale acestora. A fost dezvoltat în deplină conformitate cu sistemul SI și cu ST SEV 1052-78.
Sistemul C este format din șapte unități de bază, două unități suplimentare și un număr de derivate. Pe lângă unitățile SI, este permisă utilizarea submultiplelor și multiplelor unități obținute prin înmulțirea valorilor inițiale cu 10 n, unde n = 18, 15, 12, ... -12, -15, -18. Numele unităților multiple și submultiple se formează prin adăugarea prefixelor zecimale adecvate:
exa (E) \u003d 10 18; peta (P) \u003d 10 15; tera (T) = 1012; giga (G) = 109; mega (M) = 106;
mile (m) = 10 -3; micro (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 permite utilizarea, pe lângă unitățile indicate, a unui număr de unități în afara sistemului, precum și a unităților permise temporar pentru utilizare până la adoptarea deciziilor internaționale relevante.
Prima grupă include: tonă, zi, oră, minut, an, litru, an lumină, volt-amper.
Al doilea grup include: mile marine, carate, nod, rpm.
1.4.4 Unități de bază și.
Unitate de lungime - metru (m)
Contorul este egal cu 1650763,73 lungimi de undă în vidul de radiație corespunzătoare tranziției dintre nivelurile 2p 10 și 5d 5 ale atomului de krypton-86.
În Biroul Internațional de Greutăți și Măsuri și în marile laboratoare naționale de metrologie au fost create instalații pentru reproducerea contorului în lungimi de undă luminii.
Unitatea de masă este kilogramul (kg).
Masa este o măsură a inerției corpurilor și a proprietăților lor gravitaționale. Kilogramul este egal cu masa prototipului internațional al kilogramului.
Standardul primar de stat al kilogramului SI este conceput pentru a reproduce, stoca și transfera o unitate de masă la standardele de lucru.
Standardul include:
O copie a prototipului internațional al kilogramului este prototipul platină-iridiu nr. 12, care este o greutate sub forma unui cilindru cu diametrul și înălțimea de 39 mm.
Cântare cu prismă cu brațe egale nr. 1 pentru 1 kg cu telecomandă de Ruphert (1895) și nr. 2 fabricate la VNIIM în 1966.
O dată, în 10 ani, standardul de stat este comparat cu un standard de copiere. Timp de 90 de ani, masa standardului de stat a crescut cu 0,02 mg din cauza prafului, adsorbției și coroziunii.
Acum masa este singura unitate de măsură, care este determinată printr-un standard real. O astfel de definiție are o serie de dezavantaje - modificarea masei standardului în timp, nereproductibilitatea standardului. Lucrările de căutare sunt în desfășurare pentru a exprima unitatea de masă în termeni de constante naturale, de exemplu, în termeni de masă a protonului. De asemenea, este planificată dezvoltarea unui standard printr-un anumit număr de atomi de siliciu Si-28. Pentru a rezolva această problemă, în primul rând, trebuie îmbunătățită acuratețea măsurării numărului Avogadro.
Unitatea de timp este secunda (s).
Timpul este unul dintre conceptele centrale ale viziunii noastre asupra lumii, unul dintre cei mai importanți factori în viața și activitățile oamenilor. Se măsoară folosind procese periodice stabile - rotația anuală a Pământului în jurul Soarelui, rotația zilnică a Pământului în jurul axei sale, diferite procese oscilatorii. Definiția unității de timp - secunde s-a schimbat de mai multe ori în conformitate cu dezvoltarea științei și cerințele pentru precizia măsurării. Există acum următoarea definiție:
O secundă este egală cu 9192631770 de perioade de radiație corespunzătoare tranziției între două niveluri hiperfine ale stării fundamentale a atomului de cesiu 133.
În prezent, a fost creat un standard al fasciculului de timp, frecvență și lungime, utilizat de serviciul de timp și frecvență. Semnalele radio permit transmiterea unei unități de timp, deci este disponibilă pe scară largă. Eroarea celui de-al doilea standard este 1·10 -19 s.
Unitatea de măsură a intensității curentului electric este amperul (A)
Un amper este egal cu puterea unui curent neschimbabil, care, la trecerea prin doi conductori paraleli și rectilinii de lungime infinită și secțiune transversală neglijabilă, situate în vid la o distanță de 1 metru unul de celălalt, ar provoca o forță de interacțiune. egal cu 2 10 -7 N.
Eroarea standardului de amperi este de 4·10 -6 A. Această unitate este reprodusă folosind așa-numitele scale de curent, care sunt luate ca standard de amperi. Este planificat să se utilizeze 1 volt ca unitate de bază, deoarece eroarea de reproducere a acestuia este de 5 10 -8 V.
Unitatea de măsură a temperaturii termodinamice - Kelvin (K)
Temperatura este o valoare care caracterizează gradul de încălzire al unui corp.
De la inventarea termometrului de către Galileo, măsurarea temperaturii s-a bazat pe utilizarea uneia sau alteia substanțe termometrice care își modifică volumul sau presiunea odată cu schimbarea temperaturii.
Toate scalele de temperatură cunoscute (Fahrenheit, Celsius, Kelvin) se bazează pe niște puncte fixe, cărora li se atribuie valori numerice diferite.
Kelvin și, independent de el, Mendeleev și-au exprimat considerații cu privire la oportunitatea construirii unei scări de temperatură pe baza unui punct de referință, care a fost luat drept „punctul triplu al apei”, care este punctul de echilibru al apei în solid, lichid și fazele gazoase. În prezent poate fi reprodus în vase speciale cu o eroare de cel mult 0,0001 grade Celsius. Punctul zero absolut servește ca limită inferioară a intervalului de temperatură. Dacă acest interval este împărțit în 273,16 părți, atunci obținem o unitate de măsură numită Kelvin.
Kelvin este 1/273,16 din temperatura termodinamică a punctului triplu al apei.
Pentru a desemna temperatura, exprimată în Kelvin, se adoptă simbolul T, iar în grade Celsius t. Tranziția se face după formula: T=t+ 273,16. Un grad Celsius este egal cu un Kelvin (ambele unități sunt eligibile pentru utilizare).
Unitatea de măsură a intensității luminoase este candela (cd)
Intensitatea luminii este o mărime care caracterizează strălucirea unei surse într-o anumită direcție, egală cu raportul dintre fluxul luminos și unghiul solid mic în care se propagă.
O candela este egală cu intensitatea luminoasă într-o direcție dată a unei surse care emite radiații monocromatice cu o frecvență de 540 10 12 Hz, a cărei intensitate luminoasă în acea direcție este de 1/683 (W/sr) (Watt per steradian).
Eroarea de reproducere a unității după standard este de 1·10 -3 cd.
Unitatea de măsură a unei substanțe este molul.
Un mol este egal cu cantitatea de substanță dintr-un sistem care conține tot atâtea elemente structurale câte atomi există în carbonul C12 cu o masă de 0,012 kg.
Când se utilizează mol, elementele structurale trebuie specificate și pot fi atomi, molecule, ioni, electroni sau grupuri specificate de particule.
Unități SI suplimentare
Sistemul internațional include două unități suplimentare - pentru măsurarea unghiurilor plate și solide. Ele nu pot fi de bază, deoarece sunt cantități adimensionale. Atribuirea unei dimensiuni independente unghiului ar duce la necesitatea modificării ecuațiilor mecanicii legate de mișcarea de rotație și curbilinie. Cu toate acestea, nu sunt derivate, deoarece nu depind de alegerea unităților de bază. Prin urmare, aceste unități sunt incluse în SI ca unități suplimentare necesare pentru formarea unor unități derivate - viteza unghiulară, accelerația unghiulară etc.
Unitatea de unghi plan - radian (rad)
Un radian este egal cu unghiul dintre două raze ale unui cerc, lungimea arcului dintre care este egală cu raza.
Standardul primar de stat al radianului constă dintr-o prismă cu 36 de fețe și o unitate de autocolimare goniometru standard cu o valoare de diviziune a dispozitivelor de citire de 0,01 ''. Reproducerea unității unui unghi plat se realizează prin metoda de calibrare, bazată pe faptul că suma tuturor unghiurilor centrale ale unei prisme poliedrice este 2π rad.
Unitatea de măsură a unghiului solid este steradianul (sr)
Steradianul este egal cu unghiul solid cu vârful din centrul sferei, care decupează pe suprafața sferei o zonă egală cu aria unui pătrat cu o latură egală cu raza sferei.
Unghiul solid se măsoară prin determinarea unghiurilor plane din partea superioară a conului. Unghiul solid 1sr corespunde unui unghi plat 65 0 32'. Pentru a recalcula, utilizați formula:
unde Ω este unghiul solid în sr; α este unghiul plat la vârf în grade.
Unghiul solid π corespunde unghiului plat 120 0 , iar unghiul solid 2π corespunde unghiului plat 180 0 .
De obicei, unghiurile sunt încă măsurate în grade - acest lucru este mai convenabil.
Beneficiile SI
Este universal, adică acoperă toate zonele de măsurare. Odată cu implementarea sa, este posibil să abandonați toate celelalte sisteme de unități.
Este coerent, adică un sistem în care unitățile derivate ale tuturor mărimilor se obțin folosind ecuații cu coeficienți numerici egali cu unitatea adimensională (sistemul este conex și consistent).
Unitățile din sistem sunt unificate (în loc de un număr de unități de energie și muncă: kilogram-forță-metru, erg, calorie, kilowatt-oră, electron-volt etc. - o unitate pentru măsurarea muncii și a tuturor tipurilor de energie - joule).
Se face o distincție clară între unitățile de masă și forță (kg și N).
Dezavantajele SI
Nu toate unitățile au o dimensiune convenabilă pentru utilizare practică: unitatea de presiune Pa este o valoare foarte mică; unitatea de capacitate electrică F este o valoare foarte mare.
Inconvenientul măsurării unghiurilor în radiani (gradele sunt percepute mai ușor)
Multe cantități derivate nu au încă nume proprii.
Astfel, adoptarea SI este următorul și foarte important pas în dezvoltarea metrologiei, un pas înainte în îmbunătățirea sistemelor de unități de mărimi fizice.
Cum a fost determinat contorulÎn secolul al XVII-lea, odată cu dezvoltarea științei în Europa, au început să se audă apeluri din ce în ce mai des pentru a introduce o măsură universală sau metru catolic. Ar fi o măsură zecimală, bazată pe fenomene naturale, și independentă de hotărârile celui de la putere. O astfel de măsură ar înlocui numeroasele sisteme diferite de măsuri care existau atunci.
Filosoful britanic John Wilkins a propus să ia ca unitate de lungime lungimea unui pendul, a cărui jumătate de perioadă ar fi egală cu o secundă. Totuși, în funcție de locul măsurătorilor, valoarea nu a fost aceeași. Astronomul francez Jean Richet a stabilit acest fapt în timpul unei călătorii în America de Sud (1671 - 1673).
În 1790, ministrul Talleyrand a propus măsurarea lungimii de referință prin plasarea pendulului la o latitudine strict stabilită între Bordeaux și Grenoble - 45 ° latitudine nordică. Drept urmare, la 8 mai 1790, Adunarea Națională Franceză a decis că metrul este lungimea unui pendul cu o jumătate de perioadă de oscilație la o latitudine de 45 °, egală cu 1 s. În conformitate cu SI de astăzi, acel metru ar fi egal cu 0,994 m. Această definiție, însă, nu se potrivea comunității științifice.
La 30 martie 1791, Academia Franceză de Științe a acceptat o propunere de a seta contorul standard ca parte a meridianului Paris. Noua unitate trebuia să fie o zece milioane din distanța de la ecuator la Polul Nord, adică o zece milione dintr-un sfert din circumferința Pământului, măsurată de-a lungul meridianului Paris. Acesta a devenit cunoscut sub numele de „Meter autentic și final”.
La 7 aprilie 1795, Convenția Națională a adoptat o lege privind introducerea sistemului metric în Franța și a instruit comisarii, printre care C. O. Coulomb, J. L. Lagrange, P.-S. Laplace și alți oameni de știință, determină experimental unitățile de lungime și masă.
În perioada 1792-1797, prin decizia Convenției revoluționare, oamenii de știință francezi Delambre (1749-1822) și Mechain (1744-1804) au măsurat arcul meridianului parizian lung de 9°40" în 6 ani de la Dunkerque la Barcelona. , așezând un lanț de 115 triunghiuri prin toată Franța și o parte a Spaniei.
Ulterior, însă, s-a dovedit că, din cauza luării incorecte a compresiei polului Pământului, standardul s-a dovedit a fi mai scurt cu 0,2 mm. Astfel, lungimea meridianului de 40.000 km este doar aproximativă. Cu toate acestea, primul prototip al contorului standard din alamă a fost realizat în 1795. Trebuie remarcat faptul că unitatea de masă (kilogramul, a cărui definiție s-a bazat pe masa unui decimetru cub de apă) a fost legată și de definiția metrului.
Istoria formării sistemului SI
La 22 iunie 1799, în Franța au fost fabricate două etaloane de platină - metrul standard și kilogramul standard. Această dată poate fi considerată pe bună dreptate ziua în care a început dezvoltarea actualului sistem SI.
În 1832, Gauss a creat așa-numitul sistem absolut de unități, luând pentru principalele trei unități: o unitate de timp - o secundă, o unitate de lungime - un milimetru și o unitate de masă - un gram, deoarece folosind aceste unități. omul de știință a reușit să măsoare valoarea absolută a câmpului magnetic al Pământului (acest sistem numit CGS Gauss).
În anii 1860, sub influența lui Maxwell și Thomson, a fost formulată cerința ca unitățile de bază și derivate să fie consecvente între ele. Ca urmare, sistemul CGS a fost introdus în 1874 și au fost, de asemenea, alocate prefixe pentru a desemna submultipli și multipli de la micro la mega.
În 1875, reprezentanții a 17 state, printre care Rusia, SUA, Franța, Germania, Italia, au semnat Convenția metrului, conform căreia au fost înființate Biroul Internațional de Măsuri, Comitetul Internațional de Măsuri și convocarea regulată a Conferinței Generale. pe Greutăți și Măsuri (CGPM) a început să funcționeze. În același timp, au început lucrările la dezvoltarea standardului internațional al kilogramului și al contorului.
În 1889, la prima conferință a CGPM, a fost adoptat sistemul ISS, bazat pe metru, kilogram și al doilea, similar cu GHS, dar unitățile ISS au fost văzute ca fiind mai acceptabile datorită comodității utilizării practice. Unitățile pentru optică și electricitate vor fi introduse ulterior.
În 1948, prin ordin al guvernului francez și al Uniunii Internaționale de Fizică Teoretică și Aplicată, a noua Conferință Generală pentru Greutăți și Măsuri a încredințat Comitetului Internațional pentru Greutăți și Măsuri să propună, în vederea unificării sistemului de unități de măsură, idei pentru crearea unui sistem unificat de unități de măsură, care ar putea fi acceptat de toate statele părți la Convenția metrului.
Drept urmare, în 1954, al zecelea CGPM a propus și adoptat următoarele șase unități: metru, kilogram, secundă, amper, grad Kelvin și candela. În 1956, sistemul a fost numit „Système International d'Unités” - sistemul internațional de unități. În 1960, a fost adoptat un standard, care a fost numit mai întâi „Sistemul internațional de unități”, și a fost atribuită abrevierea „SI”. Unitățile de bază au rămas aceleași șase unități: metru, kilogram, secundă, amper, grad Kelvin și candela. (Abrevierea în limba rusă „SI” poate fi descifrată ca „Sistem internațional”).
În 1963, în URSS, conform GOST 9867-61 „Sistemul internațional de unități”, SI a fost adoptat ca fiind cel preferat pentru domeniile economiei naționale, în știință și tehnologie, precum și pentru predarea în instituțiile de învățământ.
În 1968, la a treisprezecea CGPM, unitatea „grad Kelvin” a fost înlocuită cu „kelvin”, iar denumirea „K” a fost adoptată și ea. În plus, a fost adoptată o nouă definiție a celui de-al doilea: o secundă este un interval de timp egal cu 9.192.631.770 de perioade de radiație corespunzătoare tranziției între două niveluri hiperfine ale stării cuantice fundamentale a atomului de cesiu-133. În 1997 va fi adoptată o rafinare conform căreia acest interval de timp se referă la un atom de cesiu-133 în repaus la 0 K.
În 1971, la 14 CGPM, a fost adăugată o altă unitate de bază „mol” - o unitate a cantității de substanță. Un mol este cantitatea de substanță dintr-un sistem care conține tot atâtea elemente structurale câte atomi există în carbonul-12 cu o masă de 0,012 kg. Când se utilizează molul, elementele structurale trebuie specificate și pot fi atomi, molecule, ioni, electroni și alte particule sau grupuri specificate de particule.
În 1979, a 16-a CGPM a adoptat o nouă definiție pentru candela. Candela - intensitatea luminoasă într-o direcție dată a unei surse care emite radiații monocromatice cu o frecvență de 540 1012 Hz, a cărei intensitate a energiei luminoase în această direcție este de 1/683 W/sr (watt pe steradian).
În 1983, la a 17-a CGPM, a fost dată o nouă definiție a contorului. Un metru este lungimea drumului parcurs de lumină în vid în (1/299.792.458) secunde.
În 2009, Guvernul Federației Ruse a aprobat „Regulamentul privind unitățile de valori permise pentru utilizare în Federația Rusă”, iar în 2015 a fost modificat pentru a exclude „perioada de valabilitate” a unor unități nesistemice.
Scopul sistemului SI și rolul său în fizică
Până în prezent, sistemul internațional de mărimi fizice SI a fost adoptat în întreaga lume și este utilizat mai mult decât alte sisteme atât în știință și tehnologie, cât și în viața de zi cu zi a oamenilor - este o versiune modernă a sistemului metric.
Majoritatea țărilor folosesc unitățile sistemului SI în tehnologie, chiar dacă în viața de zi cu zi folosesc unități tradiționale pentru aceste teritorii. În SUA, de exemplu, unitățile obișnuite sunt definite în termeni de unități SI folosind coeficienți fiși.
| Valoare | Desemnare | ||
| nume rusesc | Rusă | internaţional | |
| colț plat | radian | bucuros | rad |
| Unghi solid | steradian | mier | sr |
| Temperatura Celsius | grad Celsius | despre C | despre C |
| Frecvență | hertz | Hz | Hz |
| Putere | newton | H | N |
| Energie | joule | J | J |
| Putere | watt | mar | W |
| Presiune | pascal | Pa | Pa |
| Flux de lumină | lumen | lm | lm |
| iluminare | luxos | O.K | lx |
| Incarcare electrica | pandantiv | cl | C |
| Diferenta potentiala | volt | LA | V |
| Rezistenţă | ohm | Ohm | Ω |
| Capacitate electrică | farad | F | F |
| flux magnetic | weber | wb | wb |
| Inductie magnetica | tesla | Tl | T |
| Inductanţă | Henry | gn | H |
| conductivitate electrică | Siemens | Cm | S |
| Activitatea surselor radioactive | becquerel | Bq | bq |
| Doza absorbită de radiații ionizante | gri | Gr | Gy |
| Doza eficientă de radiații ionizante | sievert | Sv | Sv |
| Activitatea catalizatorului | rulat | pisică | kat |
O descriere exhaustivă detaliată a sistemului SI în formă oficială este prezentată în Broșura SI publicată din 1970 și în suplimentul acesteia; aceste documente sunt publicate pe site-ul oficial al Biroului Internațional de Greutăți și Măsuri. Din 1985, aceste documente au fost emise în engleză și franceză și sunt întotdeauna traduse într-o serie de limbi ale lumii, deși limba oficială a documentului este franceza.
Definiția oficială exactă a sistemului SI este formulată după cum urmează: „Sistemul internațional de unități (SI) este un sistem de unități bazat pe Sistemul internațional de unități, împreună cu nume și simboluri, precum și un set de prefixe și denumiri și simboluri, împreună cu regulile de utilizare a acestora, adoptate de Conferința Generală Greutăți și Măsuri (CGPM).
Sistemul SI definește șapte unități de bază ale mărimilor fizice și derivatele acestora, precum și prefixele acestora. Sunt reglementate abrevierile standard pentru denumirile unităților și regulile de scriere a derivatelor. Există șapte unități de bază, ca și înainte: kilogram, metru, secundă, amper, kelvin, mol, candela. Unitățile de bază diferă în dimensiuni independente și nu pot fi derivate din alte unități.
În ceea ce privește unitățile derivate, acestea pot fi obținute pe baza celor de bază prin efectuarea de operații matematice precum împărțirea sau înmulțirea. Unele dintre unitățile derivate, cum ar fi „radian”, „lumen”, „pendant”, au propriile nume.
Înainte de numele unității, puteți utiliza un prefix, cum ar fi un milimetru - o miime de metru și un kilometru - o mie de metri. Prefixul înseamnă că unitatea trebuie împărțită sau înmulțită cu un număr întreg care este o putere specifică de zece.
Sistemul metric este denumirea comună pentru sistemul zecimal internațional de unități, ale cărui unități de bază sunt metrul și kilogramul. Cu unele diferențe în detalii, elementele sistemului sunt aceleași în toată lumea.
Standarde de lungime și masă, prototipuri internaționale. Prototipuri internaționale de standarde de lungime și masă - metri și kilograme - au fost depuse la Biroul Internațional de Greutăți și Măsuri, situat în Sevres, o suburbie a Parisului. Contorul standard era o riglă realizată dintr-un aliaj de platină cu 10% iridiu, a cărui secțiune transversală a primit o formă specială de X pentru a crește rigiditatea la încovoiere cu un volum minim de metal. Exista o suprafață plană longitudinală în canelura unei astfel de rigle, iar metrul a fost definit ca distanța dintre centrele a două curse aplicate peste rigle la capete, la o temperatură standard de 0 ° C. Masa unui cilindru fabricat din aceeași platină a fost luat ca prototip internațional al kilogramului.aliaj de iridiu, care este standardul metrului, cu o înălțime și un diametru de aproximativ 3,9 cm.Greutatea acestei mase standard, egală cu 1 kg la nivelul mării. la o latitudine geografică de 45 °, este uneori numită kilogram-forță. Astfel, poate fi folosit fie ca etalon de masă pentru sistemul absolut de unități, fie ca etalon de forță pentru sistemul tehnic de unități, în care una dintre unitățile de bază este unitatea de forță.
Sistemul SI internațional. Sistemul Internațional de Unități (SI) este un sistem armonizat în care pentru orice mărime fizică, cum ar fi lungimea, timpul sau forța, există una și o singură unitate de măsură. Unele dintre unități primesc nume specifice, cum ar fi pascalul pentru presiune, în timp ce altele sunt denumite după unitățile din care sunt derivate, cum ar fi unitatea de viteză, metrul pe secundă. Unitățile principale, împreună cu două geometrice suplimentare, sunt prezentate în Tabel. 1. Unitățile derivate pentru care se adoptă denumiri speciale sunt date în tabel. 2. Dintre toate unitățile mecanice derivate, newtonul, unitatea de energie, joule și unitatea de putere, watul, sunt cele mai importante. Newton este definit ca forța care dă unei mase de un kilogram o accelerație egală cu un metru pe secundă pătrat. Un joule este egal cu munca efectuată atunci când punctul de aplicare a unei forțe egal cu un Newton se mișcă cu un metru în direcția forței. Un wat este puterea la care se realizează lucrul unui joule într-o secundă. Unitățile electrice și alte unități derivate vor fi discutate mai jos. Definițiile oficiale ale unităților primare și secundare sunt următoarele.
Metru este lungimea drumului parcurs în vid de lumină în 1/299.792.458 dintr-o secundă.
Kilogram egală cu masa prototipului internațional al kilogramului.
Al doilea- durata a 9 192 631 770 de perioade de oscilații de radiație corespunzătoare tranzițiilor între două niveluri ale structurii hiperfină a stării fundamentale a atomului de cesiu-133.
Kelvin este egal cu 1/273,16 din temperatura termodinamică a punctului triplu al apei.
cârtiță este egală cu cantitatea unei substanțe care conține tot atâtea elemente structurale câte atomi există în izotopul de carbon-12 cu o masă de 0,012 kg.
Radian- un unghi plat între două raze ale unui cerc, lungimea arcului între care este egală cu raza.
Steradian egal cu unghiul solid cu vârful din centrul sferei, care decupează pe suprafața sa o zonă egală cu aria unui pătrat cu o latură egală cu raza sferei.
| Tabelul 1. Unități SI de bază | |||
|---|---|---|---|
| Valoare | Unitate | Desemnare | |
| Nume | Rusă | internaţional | |
| Lungime | metru | m | m |
| Greutate | kilogram | kg | kg |
| Timp | al doilea | Cu | s |
| Puterea curentului electric | amper | DAR | A |
| Temperatura termodinamica | kelvin | La | K |
| Puterea luminii | candela | CD | CD |
| Cantitate de substanță | cârtiță | cârtiță | mol |
| Unități SI suplimentare | |||
| Valoare | Unitate | Desemnare | |
| Nume | Rusă | internaţional | |
| colț plat | radian | bucuros | rad |
| Unghi solid | steradian | mier | sr |
| Tabelul 2. Unități derivate SI cu nume proprii | ||||
|---|---|---|---|---|
| Valoare | Unitate |
Expresia unitară derivată |
||
| Nume | Desemnare | prin alte unități SI | prin unități SI de bază și suplimentare | |
| Frecvență | hertz | Hz | - | de la -1 |
| Putere | newton | H | - | m kg s -2 |
| Presiune | pascal | Pa | N/m2 | m -1 kg s -2 |
| Energie, muncă, cantitate de căldură | joule | J | N m | m 2 kg s -2 |
| Putere, flux de energie | watt | mar | j/s | m 2 kg s -3 |
| Cantitatea de energie electrică, sarcină electrică | pandantiv | cl | A cu | cu |
| Tensiune electrică, potențial electric | volt | LA | W/A | m 2 kgf -3 A -1 |
| Capacitate electrică | farad | F | CL/V | m -2 kg -1 s 4 A 2 |
| Rezistență electrică | ohm | Ohm | B/A | m 2 kg s -3 A -2 |
| conductivitate electrică | Siemens | Cm | A/B | m -2 kg -1 s 3 A 2 |
| Flux de inducție magnetică | weber | wb | Înăuntru cu | m 2 kg s -2 A -1 |
| Inductie magnetica | tesla | T, T | Wb/m2 | kg s -2 A -1 |
| Inductanţă | Henry | G, Gn | Wb/A | m 2 kg s -2 A -2 |
| Flux de lumină | lumen | lm | cd avg | |
| iluminare | luxos | O.K | m 2 cd sr | |
| Activitatea surselor radioactive | becquerel | Bq | de la -1 | de la -1 |
| Doza de radiație absorbită | gri | Gr | j/kg | m 2 s -2 |
Pentru formarea multiplilor și submultiplilor zecimali se prescriu un număr de prefixe și multiplicatori, indicat în tabel. 3.
| Tabelul 3. Prefixe și multiplicatori ai multiplilor și submultiplilor zecimali ai sistemului internațional SI | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| exa | E | 10 18 | deci | d | 10 -1 |
| peta | P | 10 15 | centi | Cu | 10 -2 |
| tera | T | 10 12 | Milli | m | 10 -3 |
| giga | G | 10 9 | micro | mk | 10 -6 |
| mega | M | 10 6 | nano | n | 10 -9 |
| kilogram | la | 10 3 | pico | P | 10 -12 |
| hecto | G | 10 2 | femto | f | 10 -15 |
| placa de sunet | da | 10 1 | la | A | 10 -18 |
Astfel, un kilometru (km) este 1000 m, iar un milimetru este 0,001 m. (Aceste prefixe se aplică tuturor unităților, cum ar fi kilowați, miliamperi etc.)
Masă, lungime și timp . Toate unitățile de bază ale sistemului SI, cu excepția kilogramului, sunt definite în prezent în termeni de constante sau fenomene fizice, care sunt considerate a fi invariabile și reproductibile cu mare precizie. În ceea ce privește kilogramul, încă nu a fost găsită o metodă de implementare a acestuia cu gradul de reproductibilitate care se realizează în procedurile de comparare a diferitelor standarde de masă cu prototipul internațional al kilogramului. O astfel de comparație poate fi efectuată prin cântărirea pe o balanță cu arc, a cărei eroare nu depășește 1 10 -8 . Standardele multiplilor și submultiplilor pentru un kilogram se stabilesc prin cântărire combinată pe o balanță.
Deoarece contorul este definit în termeni de viteza luminii, acesta poate fi reprodus independent în orice laborator bine echipat. Deci, prin metoda interferenței, calibrele punctate și de capăt, care sunt utilizate în ateliere și laboratoare, pot fi verificate prin compararea directă cu lungimea de undă a luminii. Eroarea cu astfel de metode în condiții optime nu depășește o miliardime (1 10 -9). Odată cu dezvoltarea tehnologiei laser, astfel de măsurători au fost mult simplificate și gama lor a fost extinsă substanțial.
În mod similar, al doilea, în conformitate cu definiția sa modernă, poate fi realizat independent într-un laborator competent într-o instalație cu fascicul atomic. Atomii fasciculului sunt excitați de un generator de înaltă frecvență reglat la frecvența atomică, iar circuitul electronic măsoară timpul prin numărarea perioadelor de oscilație din circuitul generatorului. Astfel de măsurători pot fi efectuate cu o precizie de ordinul 1 10 -12 - mult mai bună decât a fost posibil cu definițiile anterioare ale celei de-a doua, bazate pe rotația Pământului și revoluția acestuia în jurul Soarelui. Timpul și reciproca sa, frecvența, sunt unice prin faptul că referințele lor pot fi transmise prin radio. Datorită acestui fapt, oricine are echipamentul de recepție radio adecvat poate primi semnale precise de timp și frecvență de referință, care sunt aproape identice ca precizie cu cele transmise în aer.
Mecanica. Pe baza unităților de lungime, masă și timp, este posibil să se obțină toate unitățile utilizate în mecanică, așa cum se arată mai sus. Dacă unitățile de bază sunt metrul, kilogramul și secunda, atunci sistemul se numește sistemul de unități ISS; dacă - centimetru, gram și secundă, atunci - cu sistemul de unități CGS. Unitatea de forță din sistemul CGS se numește dină, iar unitatea de lucru se numește erg. Unele unități primesc denumiri speciale atunci când sunt folosite în ramuri specifice ale științei. De exemplu, atunci când se măsoară puterea unui câmp gravitațional, unitatea de accelerație din sistemul CGS se numește halou. Există un număr de unități cu nume speciale care nu sunt incluse în niciunul dintre aceste sisteme de unități. Barul, unitatea de presiune folosită anterior în meteorologie, este de 1.000.000 de dine/cm2. Cai putere, o unitate de putere învechită încă folosită în sistemul tehnic de unități britanic, precum și în Rusia, este de aproximativ 746 de wați.
temperatura si caldura. Unitățile mecanice nu permit rezolvarea tuturor problemelor științifice și tehnice fără a implica alte rapoarte. Deși munca efectuată la deplasarea unei mase împotriva acțiunii unei forțe și energia cinetică a unei anumite mase sunt echivalente în natură cu energia termică a unei substanțe, este mai convenabil să se considere temperatura și căldura ca cantități separate care nu depind pe cele mecanice.
Scala de temperatură termodinamică. Unitatea de temperatură termodinamică Kelvin (K), numită kelvin, este definită de punctul triplu al apei, adică. temperatura la care apa este în echilibru cu gheața și aburul. Această temperatură este considerată egală cu 273,16 K, ceea ce determină scala de temperatură termodinamică. Această scară, propusă de Kelvin, se bazează pe a doua lege a termodinamicii. Dacă există două rezervoare termice cu o temperatură constantă și un motor termic reversibil care transferă căldură de la unul dintre ele la celălalt în conformitate cu ciclul Carnot, atunci raportul temperaturilor termodinamice ale celor două rezervoare este dat de egalitatea T 2 /T 1 \u003d -Q 2 Q 1, unde Q 2 și Q 1 - cantitatea de căldură transferată în fiecare dintre rezervoare (semn<минус>indică faptul că căldura este preluată dintr-unul dintre rezervoare). Astfel, dacă temperatura rezervorului mai cald este de 273,16 K, iar căldura preluată din acesta este de două ori căldura transferată către un alt rezervor, atunci temperatura celui de-al doilea rezervor este de 136,58 K. Dacă temperatura celui de-al doilea rezervor este 0 K, atunci nu va fi transferată deloc căldură, deoarece toată energia gazului a fost convertită în energie mecanică în secțiunea de expansiune adiabatică a ciclului. Această temperatură se numește zero absolut. Temperatura termodinamică folosită în mod obișnuit în cercetarea științifică coincide cu temperatura inclusă în ecuația gazului ideal de stare PV = RT, unde P este presiunea, V este volumul și R este constanta gazului. Ecuația arată că pentru un gaz ideal, produsul dintre volum și presiune este proporțional cu temperatura. Pentru oricare dintre gazele reale, această lege nu este îndeplinită cu precizie. Dar dacă facem corecții pentru forțele viriale, atunci expansiunea gazelor ne permite să reproducem scala de temperatură termodinamică.
Scala internațională de temperatură. În conformitate cu definiția de mai sus, temperatura poate fi măsurată cu o precizie foarte mare (până la aproximativ 0,003 K în apropierea punctului triplu) prin termometrie cu gaz. Un termometru cu rezistență din platină și un rezervor de gaz sunt plasate într-o cameră izolată termic. Când camera este încălzită, rezistența electrică a termometrului crește și presiunea gazului din rezervor crește (în conformitate cu ecuația de stare), iar când este răcită, se observă imaginea inversă. Măsurând simultan rezistența și presiunea, este posibilă calibrarea unui termometru în funcție de presiunea gazului, care este proporțională cu temperatura. Termometrul este apoi plasat într-un termostat în care apa lichidă poate fi menținută în echilibru cu fazele sale solide și vapori. Măsurându-și rezistența electrică la această temperatură, se obține o scară termodinamică, deoarece temperaturii punctului triplu i se atribuie o valoare egală cu 273,16 K.
Există două scări internaționale de temperatură - Kelvin (K) și Celsius (C). Temperatura Celsius se obține din temperatura Kelvin prin scăderea a 273,15 K din aceasta din urmă.
Măsurătorile precise ale temperaturii folosind termometria cu gaz necesită multă muncă și timp. Prin urmare, în 1968 a fost introdusă Scala Internațională de Temperatură Practică (IPTS). Folosind această scală, termometrele de diferite tipuri pot fi calibrate în laborator. Această scară a fost stabilită folosind un termometru cu rezistență din platină, un termocuplu și un pirometru cu radiații utilizate în intervalele de temperatură dintre unele perechi de puncte de referință constante (puncte de referință de temperatură). MTS trebuia să corespundă cu cea mai mare precizie posibilă cu scara termodinamică, dar, după cum sa dovedit mai târziu, abaterile sale sunt foarte semnificative.
Scala de temperatură Fahrenheit. Scala de temperatură Fahrenheit, care este utilizată pe scară largă în combinație cu sistemul tehnic britanic de unități, precum și în măsurători neștiințifice în multe țări, este de obicei determinată de două puncte de referință constante - temperatura de topire a gheții (32 ° F). și punctul de fierbere al apei (212 ° F) la presiune normală (atmosferică). Deci, pentru a obține temperatura Celsius din temperatura Fahrenheit, scădeți 32 din aceasta din urmă și înmulțiți rezultatul cu 5/9.
Unități de căldură. Deoarece căldura este o formă de energie, ea poate fi măsurată în jouli, iar această unitate metrică a fost adoptată prin acord internațional. Dar, deoarece cantitatea de căldură a fost determinată cândva prin modificarea temperaturii unei anumite cantități de apă, o unitate numită calorie și egală cu cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura unui gram de apă cu 1 ° C a devenit larg răspândită. Datorită faptului că capacitatea termică a apei depinde de temperatură, a trebuit să precizez valoarea caloriilor. Au apărut cel puțin două calorii diferite -<термохимическая>(4,1840 J) și<паровая>(4,1868 J).<Калория>, care este folosit în dietetică, are de fapt o kilocalorie (1000 de calorii). Caloria nu este o unitate SI și a căzut în nefolosire în majoritatea domeniilor științei și tehnologiei.
electricitate și magnetism. Toate unitățile de măsură electrice și magnetice comune se bazează pe sistemul metric. În conformitate cu definițiile moderne ale unităților electrice și magnetice, toate sunt unități derivate derivate din anumite formule fizice din unități metrice de lungime, masă și timp. Deoarece majoritatea mărimilor electrice și magnetice nu sunt atât de ușor de măsurat folosind standardele menționate, s-a considerat că este mai convenabil să se stabilească, prin experimente adecvate, standarde derivate pentru unele dintre mărimile indicate și să se măsoare altele folosind astfel de standarde.
unități SI. Mai jos este o listă a unităților electrice și magnetice ale sistemului SI.
Amperul, unitatea curentului electric, este una dintre cele șase unități de bază ale sistemului SI. Amperi - puterea unui curent neschimbător, care, la trecerea prin doi conductori rectilinii paraleli de lungime infinită, cu o secțiune transversală circulară neglijabil, situate în vid la o distanță de 1 m unul de celălalt, ar determina o forță de interacțiune egală. la 2 10 pe fiecare secțiune a conductorului de 1 m lungime - 7 N.
Volt, unitatea de măsură a diferenței de potențial și a forței electromotoare. Volt - tensiune electrică într-o secțiune a unui circuit electric cu un curent continuu de 1 A cu un consum de energie de 1 W.
Coulomb, o unitate de măsură a cantității de electricitate (sarcină electrică). Coulomb - cantitatea de electricitate care trece prin secțiunea transversală a conductorului la un curent constant de 1 A într-un timp de 1 s.
Farad, unitate de capacitate electrică. Farad este capacitatea unui condensator, pe plăcile căruia, cu o sarcină de 1 C, apare o tensiune electrică de 1 V.
Henry, unitatea de inductanță. Henry este egal cu inductanța circuitului în care apare un EMF de auto-inducție de 1 V cu o schimbare uniformă a intensității curentului în acest circuit cu 1 A pe 1 s.
Weber, unitate a fluxului magnetic. Weber - un flux magnetic, când scade la zero într-un circuit cuplat cu acesta, care are o rezistență de 1 Ohm, curge o sarcină electrică egală cu 1 C.
Tesla, unitate de inducție magnetică. Tesla - inducția magnetică a unui câmp magnetic uniform, în care fluxul magnetic printr-o zonă plană de 1 m 2, perpendicular pe liniile de inducție, este de 1 Wb.
Standarde practice. În practică, valoarea amperului este reprodusă prin măsurarea efectivă a forței de interacțiune dintre spirele firului care transportă curentul. Deoarece curentul electric este un proces care are loc în timp, standardul curent nu poate fi stocat. În același mod, valoarea unui volt nu poate fi fixată direct în conformitate cu definiția sa, deoarece este dificil să se reproducă watul (unitatea de putere) cu precizia necesară prin mijloace mecanice. Prin urmare, voltul este reprodus în practică folosind un grup de elemente normale. În Statele Unite, la 1 iulie 1972, legea a adoptat definiția voltului, bazată pe efectul Josephson asupra curentului alternativ (frecvența curentului alternativ între două plăci supraconductoare este proporțională cu tensiunea externă).
Lumină și iluminare. Unitățile de intensitate luminoasă și de iluminare nu pot fi determinate numai pe baza unităților mecanice. Este posibil să se exprime fluxul de energie într-o undă luminoasă în W/m 2 și intensitatea unei unde luminoase în V/m, ca în cazul undelor radio. Dar percepția iluminării este un fenomen psihofizic în care nu doar intensitatea sursei de lumină este esențială, ci și sensibilitatea ochiului uman la distribuția spectrală a acestei intensități.
Prin acord internațional, unitatea de intensitate luminoasă este candela (numită anterior lumânare), egală cu intensitatea luminoasă într-o direcție dată a unei surse care emite radiații monocromatice cu o frecvență de 540 10 12 Hz (l \u003d 555 nm), intensitatea energetică a radiaţiei luminoase a cărei direcţie este de 1/683 W /cf. Aceasta corespunde aproximativ cu intensitatea luminii lumânării cu spermaceti, care a servit cândva ca standard.
Dacă intensitatea luminii sursei este de o candela în toate direcțiile, atunci fluxul luminos total este de 4p lumeni. Astfel, dacă această sursă este situată în centrul unei sfere cu o rază de 1 m, atunci iluminarea suprafeței interioare a sferei este egală cu un lumen pe metru pătrat, adică. o suită.
Raze X și radiații gamma, radioactivitate. Roentgen (R) este o unitate învechită de doză de expunere la radiații X, gamma și fotoni, egală cu cantitatea de radiație, care, ținând cont de radiația electronică secundară, formează ioni în 0,001 293 g de aer, purtând o sarcină egală. la o unitate de încărcare CGS a fiecărui semn. În sistemul SI, unitatea de măsură a dozei de radiație absorbită este gri, care este egal cu 1 J/kg. Standardul dozei absorbite de radiatii este instalatia cu camere de ionizare, care masoara ionizarea produsa de radiatii.
Curie (Ci) este o unitate învechită a activității nuclizilor într-o sursă radioactivă. Curie este egal cu activitatea unei substanțe radioactive (preparat), în care au loc 3.700 10 10 acte de descompunere în 1 s. În sistemul SI, unitatea de activitate a unui izotop este becquerel, care este egală cu activitatea unui nuclid într-o sursă radioactivă în care are loc un eveniment de dezintegrare într-un timp de 1 s. Standardele de radioactivitate sunt obținute prin măsurarea timpilor de înjumătățire ale unor cantități mici de materiale radioactive. Apoi, conform unor astfel de standarde, sunt calibrate și verificate camere de ionizare, contoare Geiger, contoare de scintilație și alte dispozitive pentru înregistrarea radiațiilor penetrante.
