Системы единиц ФВ
В процессе измерения происходит сравнение двух величин: измеряемой с известной. Одна из величин является «предметом измерения», а другая служит «мерой». Нет ничего проще, как установить единичное значение меры. Например, значение меры для массы (килограмм) является также единицей массы. Чтобы облегчить международный обмен и иметь возможность сравнивать результаты измерений, желательно, чтобы во всех странах были приняты и использовались бы такие универсальные единицы для каждой ФВ. Совокупность универсальных единиц разных ФВ образует систему единиц.
Системы единиц ФВ совершенствовались на протяжении веков. Весь исторический путь метрологии связан с обновлением и усовершенствованием системы единиц. В прошлом параллельно применялись несколько систем единиц, каждая из которых специфична для определенных областей физики. Широко распространенной была система СГС (сантиметр, грамм, секунда). Существовали две системы единиц в электротехнике: СГСЭ (электростатическая) и СГСМ (электромагнитная). В системе СГСЭ абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума ε0 не имела размерности и равнялась 1. в этой системе абсолютная магнитная проницаемость μ0 находится по формуле: ε 0∙μ 0∙c2 = 1, где с – скорость света в вакууме. Поэтому емкость имеет размерность длины. В системе СГСМ величина μ 0 безразмерна и равна 1. К тому же времени относятся гаусс и эрстед, которые все еще используются в качестве единиц измерения индукции и напряженности магнитного поля соответственно. В системе СИ абсолютная магнитная проницаемость принята равной 4π∙10 -7 Гн/м, и как следствие этого, величина ε 0 находится из соотношения ε 0 = 1/ μ 0∙c2, поэтому ε 0 ≈ 8,854∙10 -12 Ф/м.
В настоящее время доминирует Международная система метрических единиц SI (Systeme International d’Unites), принятая в результате проведения ряда конференций (Conference Generale des Poids et Mesures). Данная система состоит из семи основных величин, двух дополнительных величин и многочисленных производных величин (см. п. 1.1.1). Основные ее единицы определены следующим образом.
Мерой длины в системе единиц SI является метр. Один метр равен пути, который проходит свет в вакууме за время, равное 1/299792458 с.
Мерой массы в системе единиц SI является килограмм. Это единственная единица, которая все еще определяется как физический артефакт (предмет, сделанный человеком) а именно – прототип из платиноиридиевого сплава, объявленный третьей генеральной конференцией по мерам и весам (в 1901 г.) эталоном массы. Он содержится в международном бюро по мерам и весам во Франции, вблизи Парижа.
Мерой времени в системе единиц SI является секунда. Она определена как длительность 9192631770 периодов электромагнитного колебания, соответствующего переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133.
Мерой электрического тока в системе единиц SI является ампер. По определению, это такой ток, который приводит к тому, что между двумя параллельными длинными проводниками, помещенными на расстоянии одного метра в вакууме, действует сила, равная 2∙10 -7 ньютонов на метр длины.
Мерой термодинамической температуры в системе единиц SI является кельвин, определенный как 1/273,16 от термодинамической температуры тройной точки воды.
Мерой силы света в системе единиц SI является кандела. Она определена как сила света в заданном направлении от источника, испускающего в этом направлении монохроматическое колебание с частотой 540∙1012 герц с интенсивностью излучения 1/683 ватт на стерадиан.
Мерой количества вещества в системе единиц SI является моль. Один моль содержит столько элементарных компонентов, сколько атомов содержится в 0,012 килограмма углерода-12.