Международная система единиц физических величин
Принятие Международной системы единиц (СИ) в 1960 г. явилось важным прогрессивным актом, подытожившим большую многолетнюю работу в направлении унификации единиц величин, и обобщившим опыт работы научно-технических кругов разных стран и международных организаций по метрологии, стандартизации, физике и электротехнике. На сегодня эта система узаконена более чем в 124 странах мира.
В результате некоторых видоизменений, принятыми Генеральными конференциями по мерам и весам, в настоящее время система включает семь основных и ряд производных единиц величин.
В настоящее время применение единиц СИ в России узаконено Конституцией (статья 71) и Законом «Об обеспечении единства измерений» (статья 6).На практике следуетруководствоваться единицами физических величин, регламентированными ГОСТ 8.417. В этом стандартенаряду с единицами Международнойсистемы единиц,представлены и другие допущенныек применениюединицы, а также приведены правила написанияи обозначения единиц, которые следует использовать припредставлении данных измерительнойинформации.
Основными достоинствами СИ являются
универсальность – охват ею всех областей науки и техники;
унификация единиц для всех областей и видов измерений (механических, тепловых, световых, электрических и т.д.), например, применяется единая единица давления – паскаль вместо ряда единиц давления (атмосфера, миллиметр ртутного столба, миллиметр водного столба, бар, пьеза, дина на квадратный сантиметр и другие);
когерентность (связность, согласованность) системы – все производные единицы получаются из уравнений связи между величинами, в которых коэффициенты равны единице;
возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с их определениями;
упрощение записи уравнений и формул в физике, химии, а также в технических расчетах в связи с отсутствием переводных коэффициентов;
уменьшение числа допускаемых единиц;
единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих собственное наименование;
облегчение процесса обучения;
лучшее взаимопонимание при дальнейшем развитии научно-технических и экономических связей между странами.
Основные единицы СИ
Основной единицей величины называется единица основной физической величины, т.е. величины, которая условно принята в качестве независимой от других величин системы. При выборе основных единиц СИ исходили из того, чтобы: 1) охватить системой все области науки и техники; 2) создать основу образования производных единиц для различных физических величин; 3) принять удобные для практики размеры основных единиц, уже получивших широкое распространение; 4) выбрать единицы таких величин, воспроизведение которых с помощью эталонов возможно с наибольшей точностью.
Основные единицы СИ с указанием сокращенных обозначений русскими и латинскими буквами приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1.
Основные единицы СИ
| Величина | Единица измерения | Сокращенное обозначение единицы | Размерность | |
| русское | международное | |||
| Длина | метр | м | m | L |
| Масса | килограмм | кг | kg | M |
| Время | секунда | с | s | T |
| Сила электрического тока | ампер | А | А | I |
| Термодинамическая температура | кельвин | К | К | Ө |
| Сила света | кандела | кд | cd | J |
| Количество вещества | моль | моль | mol | N |
Определения основных единиц, соответствующие решениям Генеральной конференции по мерам и весам, следующие.
Метр равен длине пути, проходимого светом в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды.
Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.
Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Ампер равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывает на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2×10–7 Н.
Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.
Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0.012 кг.
Кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540×1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.
Три первые единицы СИ (метр, килограмм и секунда) позволяют образовать производные единицы для измерения механических и акустических величин. При добавлении к ним единицы температуры (кельвина) можно образовать производные единицы для измерений тепловых величин.
Метр, килограмм, секунда и ампер служат основой для образования производных единиц в области электрических, магнитных измерений и измерений ионизирующих излучений, а моль используют для образования единиц в области физико-химических измерений.
Производные единицы СИ
Производные единицы Международной системы единиц образуются из основных при помощи уравнений связи между величинами, в которых числовые коэффициенты равны единице. Например, для установления единицы линейной скорости v следует воспользоваться уравнением равномерного прямолинейного движения
v = l / t.
где l - длина пройденного пути (в метрах); t - время (в секундах).
Следовательно, единица скорости СИ – метр в секунду – это скорость прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой она за время 1 с перемещается на расстояние 1 м.
Производным единицам могут присваиваться наименования в честь известных ученых. Так, единице давления 1 Н/м2 присвоено специальное наименование – паскаль (Па) по имени французского математика и физика Блеза Паскаля. Производные единицы, имеющие специальные названия, приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2.
Производные единицы СИ, имеющие специальные названия
| Величина | Единица | |||
| Наименование | Размерность | Наименование | Обозначение | Выражение через единицы СИ |
| Частота | Т-1 | герц | Гц | с-1 |
| Сила, вес | LMT-2 | ньютон | Н | м·кг·c-2 |
| Давление, механическое напряжение | L-1MT-2 | паскаль | Па | м-1 ·кг·с-2 |
| Энергия, работа, количество теплоты | L2MT-2 | джоуль | Дж | м2·кг·c-2 |
| Мощность | L2MT-3 | ватт | Вт | м2·кг·c-3 |
| Количество электричества | TI | кулон | Кл | с·A |
| Электрическое напряжение, потенциал | L2MT-3I-1 | вольт | В | м2·кг·c-3А-1 |
| Электрическая ёмкость | L-2M-1T4I2 | фарад | Ф | м-2·кг-1·c4·A2 |
| Электрическое сопротивление | L2MT-3I-2 | ом | Ом | м2·кг·c-3·A-2 |
| Электрическая проводимость | L-2M-1T3I2 | сименс | См | м-2·кг-1·c3·А2  |
| Поток магнитной индукции | L2MT-2I-1 | вебер | Вб | м2·кг·c-2·А-1 |
| Магнитная индукция | MT-2I-1 | тесла | Тл | кг·c-2·А-1 |
| Индуктивность | L2MT-2I-2 | генри | Гн | м2·кг·c-2·А-2 |
| Активность радионуклида | Т-1 | беккерель | Бк | с-1 |
| Поглощенная доза излучения | L2T-2 | грей | Гр | м2с-2 |
| Эквивалентная доза излучения | L2T-2 | зиверт | Зв | м2·c-2 |
Для измерения плоского и телесного углов в СИ предназначены радиан и стерадиан соответственно.
Радиан (рад) – единица плоского угла – это угол между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу. В градусном исчислении радиан равен 57°17'48".
Стерадиан (ср) – единица телесного угла – это телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, по длине равной радиусу сферы.
Сами по себе радиан и стерадиан применяются в основном для теоретических расчетов, на практике измерения углов производят в угловых градусах (минутах, секундах). Именно в этих единицах проградуировано большинство угломерных средств измерений.