В основе системы СИ выбраны семь основных (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела), две дополнительные (радиан, стерадиан) и около ста производных единиц ФВ

ТЕМА 2. Международная система единиц физических величин (система СИ). Основные, дополнительные и производные единицы системы СИ. Системные и внесистемные единицы ФВ (физических величин). Кратные и дольные единицы ФВ (физических величин).

Международная система единиц физических величин (система СИ), ее значение.

Совокупность основных и производных единиц физических ве­личин, образованная в соответствии с некоторыми принятыми прин­ципами, называют системой единиц физических величин.

К первой системе единиц физических величин относят метриче­скую систему, в которой за единицу длины был принят метр, за еди­ницу массы — грамм, т. е. масса 1 см³ химически чистой воды при температуре + 4 °С.

В 1799 г. были изготовлены первые прототипы (эталоны) метра и килограмма. Кроме этих единиц метрическая систе­ма в своем первоначальном варианте включала еще единицу емкости — литр (куб с ребром 10 м), единицу площади — ар (площадь квадрата со стороной 10 м) и единицу объема — стер (куб с ребром 10 м).

В 1881 г. была принята система единиц физических величин СГС, названная по начальным буквам основных величин: санти­метр, грамм, секунда.

В начале XX в. была предложена еще одна система единиц, по­лучившая название МКСА (в русской транскрипции). Основные еди­ницы системы: метр, килограмм, секунда, ампер; производные: еди­ница силы — ньютон, единица энергии — джоуль, единица мощности — ватт.

Необходимость в единстве измерений появилась давно, но даже сейчас некоторые государства не отказались от исторически сложив­шихся у них единиц измерения. Так, в Великобритании, США, Канаде основной единицей массы считают фунт, причем его величина в Сис­теме британских имперских мер и старой Системе винчестерских мер различна.

В 1948 г. на IX Генеральной конференции по мерам и весам было рассмотрено предложение о принятии единой практиче­ской системы единиц. Международным комитетом мер и весов был произведен официальный опрос мнений научных кругов всех стран и на этой основе составлены рекомендации по установле­нию единой практической системы единиц.

В 1960 году Генеральной конференцией по мерам и весам была принята Международная система еди­ниц (Sycteme International, сокращенно SI, в русской транс­крипции — СИ).

Система единиц СИ была введена в нашей стране для предпочти­тельного применения с 1 января 1963 года. С 1 января 1982 года государственным стандартом СССР ГОСТ 8.417-81 «Государ­ственная система обеспечения единства измерений. Единицы фи­зических величин» система СИ была введена для обязательного применения с отменой ранее действующих стандартов на еди­ницы измерений.

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

Достоинствами и преимуществами Международной системы единиц СИ перед другими системами единиц, являются:

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

• унификация (сведение к единообразию) всех областей и видов измерений;

• упрощение записи формул и уменьшение числа допускаемых единиц;

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

• десятичность, т.е. применение кратных и дольных единиц.

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

Единица измерения должна быть установлена для каждой из фи­зических величин, при этом необходимо учитывать, что многие фи­зические величины связаны между собой определенными зависимо­стями. Поэтому лишь часть физических величин и их единиц могут определяться независимо от других. Такие величины называют ос­новными. Остальные физические величины — производные и их оп­ределяют с использованием физических законов и зависимостей че­рез основные. В качестве основных выбирают величины, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира.

Основные, дополнительные и производные единицы системы СИ

В основе системы СИ выбраны семь основных (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела), две дополнительные (радиан, стерадиан) и около ста производных единиц ФВ.

Основные единицы системы СИ.

• Метр (м) равен расстоянию, проходимому светом в вакууме за 1 /299792458 долю секунды.

• Килограмм (кг)— единица массы, определяемая как масса между­народного прототипа килограмма, представляющего цилиндр из сплава платины и иридия.

• Секунда (с) равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующе­го энергетическому переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133.

• Ампер (А)— сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположен­ным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывал бы силу взаимодействия, равную 2∙10 ^-7 Н (ньютон) на каждом участке про­водника длиной 1 м.

• Кельвин (К) — единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды, т. е. температуры, при которой три фазы воды — парообразная, жид­кая и твердая — находятся в динамическом равновесии.

• Моль (моль) — количество вещества, содержащего столько структурных элементов, сколько содержится в углероде-12 массой 0,012 кг.

• Кандела (кд) — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540∙10¹² Гц (длина волны около 0,555 мкм), чья энергетическая сила излучения в этом направлении составляет 1/683 Вт∙ср^-1 (ср — стерадиан).

Дополнительные единицы системы СИ.

Предназначены и используются для образования единиц угловой скорости, углового ускорения. К дополнительным физическим величинам системы СИ относят единицы плоского (радиан) и телесного (стерадиан) угла. ,

• Радиан (рад) — угол между двумя радиусами окружности, длина дуги которой равна этому радиусу.

• Стерадиан (ср) — телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Производные единицы системы СИ

Образуются из основных и до­полнительных единиц (например, скорость равномерного прямоли­нейного движения v = l / t, м/с).

В таблице 1 приведен ряд производных электрических единиц физи­ческих величин.

Таблица 1. Производные электрические единицы СИ (выборка)