SI-mätsystem — historia, syfte, roll i fysiken

Människans historia är flera tusen år gammal, och i olika skeden av dess utveckling har nästan varje nation använt några av dess konventionella referenssystem. Nu har International System of Units (SI) blivit obligatoriskt för alla länder.

Systemet innehåller sju grundläggande måttenheter: andra — tid, meter — längd, kilogram — massa, ampere — styrka av elektrisk ström, kelvin — termodynamisk temperatur, candela — ljusintensitet och mol — mängd ämne. Det finns två ytterligare enheter: radianen för en platt vinkel och steradianen för en rymdvinkel.

SI kommer från franska Systeme Internationale och står för International System of Units.

Hur räknaren bestäms

Under 1600-talet, med utvecklingen av vetenskapen i Europa, började uppmaningar om införandet av ett universellt mått eller katolsk mätare att höras allt oftare. Det skulle vara ett decimalmått baserat på den naturliga händelsen och oberoende av myndighetspersonens beslut. En sådan åtgärd skulle ersätta de många olika åtgärdssystem som fanns då.

Den brittiske filosofen John Wilkins föreslog att ta pendelns längd som en längdenhet, vars halvperiod skulle vara lika med en sekund. Men beroende på mätplatsen var värdet inte detsamma. Den franske astronomen Jean Richet konstaterade detta faktum under en resa till Sydamerika (1671 — 1673).

1790 föreslog minister Talleyrand att mäta referenslängden genom att placera pendeln på en strikt fast latitud mellan Bordeaux och Grenoble - 45° nordlig latitud. Som ett resultat, den 8 maj 1790, beslutade den franska nationalförsamlingen att mätaren är längden på en pendel med en halvperiod på 45 ° latitud lika med 1 s. Enligt dagens SI skulle denna mätare vara lika med 0,994 m. Denna definition stämmer dock inte väl överens med vetenskapssamfundet.

Den 30 mars 1791 accepterade den franska vetenskapsakademin förslaget att definiera en mätstandard som en del av Parismeridianen. Den nya enheten skulle vara en tiomiljondel av avståndet från ekvatorn till nordpolen, det vill säga en tiomiljondels fjärdedel av jordens omkrets, mätt längs Parismeridianen. Detta blev känt som "Meter True and Definitive".

Den 7 april 1795 antog den nationella konventet en lag som införde det metriska systemet i Frankrike och instruerade kommissarierna, inklusive Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace och andra forskare bestämde experimentellt enheterna för längd och massa.

Under perioden 1792 till 1797, genom beslut av den revolutionära konventionen, mätte de franska forskarna Delambre (1749-1822) och Mechen (1744-1804) samma båge av Parismeridianen med en längd av 9 ° 40 'från Dunkerque till Barcelona på 6 år, som lägger en kedja av 115 trianglar över Frankrike och en del av Spanien.

Det visade sig dock senare att standarden på grund av en felaktig beräkning av jordens polarkompression visade sig vara 0,2 mm kortare. Meridianlängden på 40 000 km är alltså endast ungefärlig. Den första prototypen av standardmässingsmätaren gjordes emellertid 1795. Det bör noteras att massaenheten (kilogram, vars definition är baserad på massan av en kubikdecimeter vatten) också är knuten till definitionen av meter.

Historien om bildandet av SI-systemet

Den 22 juni 1799 tillverkades två platinastandarder – standardmätaren och standardkilogrammet – i Frankrike. Detta datum kan med rätta anses vara dagen för början av utvecklingen av det nuvarande SI-systemet.

1832 skapade Gauss den så kallade Absoluta system av enheter, med de tre grundläggande enheterna: tidsenheten är den andra, längdenheten är millimetern, och massenheten är gram, för med hjälp av dessa specifika enheter kunde forskaren mäta absoluta värdet av jordens magnetfält (det här systemet fick namnet SGS Gauss).

På 1860-talet, under inflytande av Maxwell och Thomson, formulerades kravet på att bas- och härledda enheter måste vara kompatibla med varandra. Som ett resultat introducerades CGS-systemet 1874, med prefix distribuerade även för att beteckna delmängder och multiplar av enheter från mikro till mega.

År 1875 undertecknade representanter för 17 länder, inklusive Ryssland, USA, Frankrike, Tyskland, Italien, den metriska konventionen, enligt vilken International Bureau of Measures, International Committee of Measures inrättades och en regelbunden konvention började fungera. Allmän konferens om vikter och mått (GCMW)… Samtidigt påbörjades arbetet med att ta fram en internationell standard för kilogram och en standard för mätinstrument.

1889 vid GKMV:s första konferens, ISS systembaserat på meter, kilogram och sekund, liksom CGS, verkade dock ISS-enheterna mer acceptabla på grund av bekvämligheten med praktisk användning. Optik och elektriska enheter kommer att introduceras senare.

År 1948, på order av den franska regeringen och International Union of Theoretical and Applied Physics, utfärdade den nionde allmänna konferensen om vikter och mått en instruktion till den internationella kommittén för vikter och mått att föreslå, för att förena systemet med enheter av mätning, hans idéer att skapa ett enda system av måttenheter som kan accepteras av alla länder — parter i den metriska konventionen.

Som ett resultat föreslogs och antogs följande sex enheter vid den tionde GCMW 1954: meter, kilogram, sekund, ampere, kelvin och candela. 1956 fick systemet namnet «Systeme International d'Unities» - det internationella enhetssystemet.

1960 antogs en standard, som för första gången kallades "International System of Units" och tilldelades förkortningen «SI» (SI).

Grundenheterna förblev desamma sex enheter: meter, kilogram, sekund, ampere, kelvin och candela, två ytterligare enheter (radian och steradian) och tjugosju viktigaste derivator, utan att i förväg specificera andra derivatenheter som kunde läggas till av - sent. (Förkortningen på ryska "SI" kan dechiffreras som "International System").

Alla dessa sex grundenheter, både ytterligare enheter och tjugosju viktigaste härledda enheter, sammanföll fullständigt med motsvarande grundläggande, tilläggs- och härledda enheter som antogs vid den tiden i USSR:s statliga standarder för måttenheter för ISS, MKSA, МКСГ och MSS-system.

År 1963 i Sovjetunionen, enligt GOST 9867-61 «Internationellt enhetssystem», SI accepteras som föredragen för områdena nationalekonomi, inom naturvetenskap och teknik och för undervisning i utbildningsinstitutioner.

1968, vid den trettonde GKMV, ersattes enheten "grad Kelvin" med "kelvin", och beteckningen "K" antogs också. Dessutom antogs en ny definition av en andra: en andra är ett tidsintervall lika med 9 192 631 770 strålningsperioder motsvarande övergången mellan två hyperfina nivåer av grundkvanttillståndet för cesium-133-atomen. 1997 skulle ett förtydligande antas att detta tidsintervall avser cesium-133-atomen i vila vid 0 K.

1971 lades ytterligare en grundenhet «mol» till 14 GKMV - en enhet för mängden ämne. En mol är mängden materia i ett system som innehåller lika många strukturella element som det finns atomer i kol-12 som väger 0,012 kg. När en mullvad används måste de strukturella elementen specificeras och kan vara atomer, molekyler, joner, elektroner och andra partiklar eller specificerade grupper av partiklar.

1979 antog den 16:e CGPM en ny definition av candela. Candela är ljusstyrkan i en given riktning för en källa som avger monokromatisk strålning med en frekvens på 540 × 1012 Hz, vars ljusstyrka i den riktningen är 1/683 W / sr (watt per steradian).

1983 gavs en ny definition till disken på 17 GKMV.En meter är längden på den väg som ljuset färdas i vakuum på (1/299 792 458) sekunder.

2009 godkände Ryska federationens regering "förordningen om tillåtna måttenheter för användning i Ryska federationen", och 2015 gjordes ändringar i den för att utesluta "giltighetsperioden" för vissa icke-systemenheter.

De främsta fördelarna med SI-systemet är följande:

1. Enhet av enheter av fysiska storheter för olika typer av mätningar.

SI-systemet tillåter alla fysiska storheter som finns inom olika teknikområden att ha en gemensam enhet för dem, till exempel joule för alla typer av arbete och mängden värme istället för de för närvarande använda olika enheterna för denna kvantitet (kilogram - kraft - meter, erg, kalori, wattimme, etc.).

2. Systemets universalitet.

SI-enheter täcker alla grenar av vetenskap, teknik och samhällsekonomi, exklusive behovet av användning av andra enheter och representerar i allmänhet ett enda system som är gemensamt för alla mätområden.

3. Anslutning (koherens) av systemet.

I alla fysiska ekvationer som definierar de resulterande måttenheterna är proportionalitetsfaktorn alltid en dimensionslös storhet lika med enhet.

SI-systemet gör det möjligt att avsevärt förenkla operationerna för att lösa ekvationer, utföra beräkningar och rita grafer och nomogram, eftersom det inte finns något behov av att använda ett betydande antal omvandlingsfaktorer.

4. SI-systemets harmoni och koherens underlättar i hög grad studiet av fysiska lagar och den pedagogiska processen i studiet av allmänna vetenskapliga och speciella discipliner, samt härledning av olika formler.

5.Principerna för konstruktionen av SI-systemet ger en möjlighet att bilda nya härledda enheter efter behov, och därför är listan över enheter i detta system öppen för ytterligare expansion.

Syftet med SI-systemet och dess roll i fysiken

Hittills har det internationella systemet med fysiska kvantiteter SI accepterats över hela världen och används mer än andra system både inom vetenskap och teknik och i människors dagliga liv - det är en modern version av det metriska systemet.

De flesta länder använder SI-enheter inom teknik, även om de använder traditionella enheter för dessa territorier i vardagen. I USA, till exempel, definieras vanliga enheter som SI-enheter med hjälp av fasta koefficienter.

Kvantiteten Beteckning ryskt namn Ryskt internationellt Platt vinkel radian glad rad Solid vinkel steradian ons Ons Temperatur i Celsius grad i Celsius OS OS Frekvens hertz Hz Hz Kraft Newton Z n Energi joule J J Effekt watt W W Tryck pascal Pa Pa Ljusflöde lumen lm lm Belysning lux OK lx Elladdningshängare CL ° C Potentialskillnad volt V V Resistans ohm Ohm R Elektrisk kapacitet farad F F Magnetflöde Weber Wb Wb Magnetisk induktion Tesla T T Induktans Henry Mr. H Elektrisk konduktivitet Siemens Cm C Aktivitet av en radioaktiv källa becquerel Bq Bq Absorberad dos joniserande strålning grå Gr Gy Effektiv dos joniserande strålning sievert Sv Sv Aktivitet av katalysatorn rolled cat cat

En uttömmande beskrivning av SI-systemet i officiell form ges i SI-häftet, utgivet sedan 1970, och dess tillägg; dessa dokument publiceras på den officiella webbplatsen för International Bureau of Weights and Measures. Sedan 1985dessa dokument utfärdas på engelska och franska och översätts alltid till flera språk runt om i världen, även om det officiella språket för dokumentet är franska.

Den exakta officiella definitionen av SI-systemet är som följer: "Det internationella enhetssystemet (SI) är ett system av enheter baserat på det internationella enhetssystemet, tillsammans med namn och symboler, och en uppsättning prefix och deras namn och symboler tillsammans med regler för deras användning antagna av General Conference on Weights and Measures (CGPM) «.

SI-systemet definieras av sju grundläggande enheter av fysiska storheter och deras derivator samt prefix till dem.Standardförkortningarna av enhetsbeteckningar och reglerna för att skriva derivat är reglerade. Det finns sju grundenheter som tidigare: kilogram, meter, sekund, ampere, kelvin, mol, candela. Basenheter är storleksoberoende och kan inte härledas från andra enheter.

När det gäller härledda enheter kan de erhållas baserat på de grundläggande, genom att utföra matematiska operationer som division eller multiplikation. Några av de resulterande enheterna, som "radian", "lumen", "hänge", har sina egna namn.

Du kan använda ett prefix före namnet på enheten, till exempel millimeter — en tusendels meter och kilometer — tusen meter. Prefixet betyder att en ska divideras eller multipliceras med ett heltal som är en specifik potens av tio.