SI-mittausjärjestelmä — historia, tarkoitus, rooli fysiikassa

Ihmiskunnan historia on useita tuhansia vuosia vanha, ja sen eri kehitysvaiheissa lähes jokainen kansakunta on käyttänyt joitain tavanomaisia ​​viitejärjestelmiään. Nyt kansainvälisestä yksikköjärjestelmästä (SI) on tullut pakollinen kaikissa maissa.

Järjestelmä sisältää seitsemän perusmittayksikköä: sekunti — aika, metri — pituus, kilogramma — massa, ampeeri — sähkövirran voimakkuus, kelvin — termodynaaminen lämpötila, kandela — valon intensiteetti ja mooli — aineen määrä. On olemassa kaksi lisäyksikköä: radiaani tasakulmalle ja steradiaani avaruuskulmalle.

SI tulee ranskalaisesta Systeme Internationalesta ja tarkoittaa kansainvälistä yksikköjärjestelmää.

Kuinka laskuri määritetään

Tieteen kehittyessä Euroopassa 1600-luvulla alkoi kuulua yhä useammin vaatimuksia yleismitan tai katolisen mittarin käyttöönotosta. Se olisi luonnolliseen tapahtumaan perustuva ja viranomaisen päätöksestä riippumaton desimaaliluku. Tällainen toimenpide korvaisi tuolloin olemassa olleet monet erilaiset toimenpidejärjestelmät.

Brittifilosofi John Wilkins ehdotti heilurin pituuden ottamista pituusyksiköksi, jonka puolijakso olisi yhtä sekunti. Mittauspaikasta riippuen arvo ei kuitenkaan ollut sama. Ranskalainen tähtitieteilijä Jean Richet totesi tämän tosiasian Etelä-Amerikan matkalla (1671-1673).

Vuonna 1790 ministeri Talleyrand ehdotti mittaamaan vertailupituusaste asettamalla heilurin tiukasti kiinteälle leveysasteelle Bordeaux'n ja Grenoblen välillä - 45 ° pohjoista leveyttä. Tämän seurauksena Ranskan kansalliskokous päätti 8. toukokuuta 1790, että mittari on heilurin pituus, jonka puolijakso 45° leveysasteella on 1 s. Tämän päivän SI:n mukaan tämä mittari olisi 0,994 m. Tämä määritelmä ei kuitenkaan sovi tiedeyhteisölle.

30. maaliskuuta 1791 Ranskan tiedeakatemia hyväksyi ehdotuksen määrittää mittastandardi osaksi Pariisin pituuspiiriä. Uuden yksikön oli määrä olla kymmenen miljoonasosa etäisyydestä päiväntasaajalta pohjoisnavalle, eli yksi kymmenes miljoonasosa maan kehän neljänneksestä mitattuna Pariisin pituuspiiriä pitkin. Tämä tuli tunnetuksi "Meter True and Definitive".

Kansallinen konventti hyväksyi 7. huhtikuuta 1795 lain metrijärjestelmän käyttöönotosta Ranskassa ja ohjeisti komissaareita, mukaan lukien Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace ja muut tutkijat määrittelivät kokeellisesti pituuden ja massan yksiköt.

Vuosina 1792-1797 ranskalaiset tiedemiehet Delambre (1749-1822) ja Mechen (1744-1804) mittasivat vallankumouksellisen yleissopimuksen päätöksellä Pariisin pituuspiirin saman kaaren, jonka pituus oli 9 ° 40 ' Dunkerquesta Barcelona 6 vuodessa, vuosi, jossa 115 kolmion ketju rakennettiin Ranskan ja osan Espanjan halki.

Myöhemmin kuitenkin kävi ilmi, että Maan napapuristuksen virheellisen laskennan vuoksi standardi osoittautui 0,2 mm lyhyemmäksi. Siten pituuspiirin pituus 40 000 km on vain likimääräinen. Ensimmäinen prototyyppi tavallisesta messinkimittarista valmistettiin kuitenkin vuonna 1795. On huomattava, että massayksikkö (kilogramma, jonka määritelmä perustuu yhden kuutiodesimetrin veden massaan) on myös sidottu massayksikköön. mittari.

SI-järjestelmän muodostumisen historia

22. kesäkuuta 1799 Ranskassa valmistettiin kaksi platinastandardia – standardimetri ja standardikilo. Tätä päivämäärää voidaan perustellusti pitää nykyisen SI-järjestelmän kehittämisen alkamispäivänä.

Vuonna 1832 Gauss loi ns Absoluuttinen yksikköjärjestelmä, jonka kolme perusyksikköä ovat: ajan yksikkö on sekunti, pituusyksikkö on millimetri ja massayksikkö on gramma, koska näitä yksiköitä käyttämällä tiedemies pystyi mittaamaan Maan magneettikentän itseisarvo (tämä järjestelmä sai nimen SGS Gauss).

Maxwellin ja Thomsonin vaikutuksesta 1860-luvulla muotoiltiin vaatimus, että perus- ja johdetun yksikön on oltava yhteensopivia keskenään. Tämän seurauksena CGS-järjestelmä otettiin käyttöön vuonna 1874, ja etuliitteet jaettiin myös osoittamaan osajoukkoja ja yksiköiden kerrannaisia ​​mikroista megaan.

Vuonna 1875 17 maan edustajat, mukaan lukien Venäjä, Yhdysvallat, Ranska, Saksa ja Italia, allekirjoittivat metrisopimuksen, jonka mukaan perustettiin kansainvälinen mittaustoimisto, kansainvälinen mittauskomitea ja säännöllinen konventti alkoi toimia. Yleiskokous painoista ja mitoista (GCMW)… Samaan aikaan aloitettiin kansainvälisen kilostandardin ja mittauslaitteen standardin kehittäminen.

Vuonna 1889 GKMV:n ensimmäisessä konferenssissa, ISS-järjestelmämetriin, kilogrammaan ja sekuntiin perustuen, kuten CGS, ISS-yksiköt vaikuttivat kuitenkin hyväksyttävämmiltä käytännön käyttömukavuuden vuoksi. Optiikka ja sähköyksiköt esitellään myöhemmin.

Vuonna 1948 Ranskan hallituksen ja Kansainvälisen teoreettisen ja soveltavan fysiikan liiton määräyksestä yhdeksäs painojen ja mittojen yleiskonferenssi antoi kansainväliselle paino- ja mittakomitealle ohjeen ehdottaa yksikköjärjestelmän yhtenäistämistä. mittaus, hänen ajatuksensa luoda yksi mittayksikköjärjestelmä, jonka kaikki maat – metrisopimuksen sopimuspuolet – voivat hyväksyä.

Tämän seurauksena seuraavat kuusi yksikköä ehdotettiin ja otettiin käyttöön kymmenennessä GCMW:ssä vuonna 1954: metri, kilogramma, sekunti, ampeeri, kelvin ja kandela. Vuonna 1956 järjestelmä sai nimen "Systeme International d'Unities" - kansainvälinen yksikköjärjestelmä.

Vuonna 1960 hyväksyttiin standardi, jota kutsuttiin ensimmäistä kertaa "kansainväliseksi yksikköjärjestelmäksi" ja sille annettiin lyhenne «SI» (SI).

Perusyksiköt säilyivät ennallaan kuusi yksikköä: metri, kilogramma, sekunti, ampeeri, kelvin ja kandela, kaksi lisäyksikköä (radiaani ja steradiaani) ja kaksikymmentäseitsemän tärkeintä derivaatta, määrittelemättä etukäteen muita derivaattayksiköitä, jotka voitaisiin lisätä - myöhään. (Venäjänkielinen lyhenne "SI" voidaan tulkita nimellä "International System").

Kaikki nämä kuusi perusyksikköä, sekä lisäyksikköä että kaksikymmentäseitsemän tärkeintä johdettua yksikköä, osuivat täysin yhteen vastaavien perus-, lisä- ja johdettujen yksiköiden kanssa, jotka tuolloin hyväksyttiin Neuvostoliiton valtion mittayksiköissä ISS:lle, MKSA:lle, МКСГ ja МКСГ. MSS-järjestelmät.

Vuonna 1963 Neuvostoliitossa, mukaan GOST 9867-61 "Kansainvälinen yksikköjärjestelmä", SI hyväksytään suosituimmuuskohteeksi kansantalouden aloilla, tieteessä ja tekniikassa sekä opetuksessa oppilaitoksissa.

Vuonna 1968, 13. GKMV:ssä, yksikkö "aste Kelvin" korvattiin "kelvinillä", ja myös nimitys "K" otettiin käyttöön. Lisäksi sekunnille otettiin käyttöön uusi määritelmä: sekunti on aikaväli, joka vastaa 9 192 631 770 säteilyjaksoa, joka vastaa siirtymää cesium-133-atomin peruskvanttitilan kahden hyperhienon tason välillä. Vuonna 1997 otettiin käyttöön selvennys, että tämä aikaväli viittaa cesium-133-atomiin levossa 0 K:ssa.

Vuonna 1971 14 GKMV:ään lisättiin toinen perusyksikkö "mol" - ainemäärän yksikkö. Mooli on aineen määrä systeemissä, joka sisältää niin monta rakenne-elementtiä kuin on atomeja hiili-12:ssa ja painaa 0,012 kg. Kun käytetään moolia, rakenneosat on määriteltävä ja ne voivat olla atomeja, molekyylejä, ioneja, elektroneja ja muita hiukkasia tai määrättyjä hiukkasryhmiä.

Vuonna 1979 16. CGPM hyväksyi kandelan uuden määritelmän. Kandela on taajuudella 540 × 1012 Hz monokromaattista säteilyä lähettävän lähteen valonvoimakkuus tietyssä suunnassa, jonka valonvoimakkuus kyseisessä suunnassa on 1/683 W / sr (wattia steradiaania kohti).

Vuonna 1983 17 GKMV:n laskurille annettiin uusi määritelmä.Metri on valon tyhjiössä kulkeman polun pituus (1/299 792 458) sekunneissa.

Venäjän federaation hallitus hyväksyi vuonna 2009 "Venäjän federaatiossa käytettäväksi sallittuja mittayksiköitä koskevan asetuksen", ja vuonna 2015 siihen tehtiin muutoksia joidenkin ei-järjestelmän yksiköiden "voimassaoloajan" sulkemiseksi pois.

SI-järjestelmän tärkeimmät edut ovat seuraavat:

1. Fysikaalisten suureiden yksiköiden yhdistäminen eri mittaustyypeille.

SI-järjestelmä mahdollistaa sen, että millä tahansa tekniikan eri aloilla löydetyllä fysikaalisella suurella niille on yksi yhteinen yksikkö, esimerkiksi joule kaikenlaisille töille ja lämmön määrä nykyisten eri yksiköiden sijaan (kilo - voima). - mittari, erg, kalori, wattitunti jne.).

2. Järjestelmän universaalisuus.

SI-yksiköt kattavat kaikki tieteen, tekniikan ja kansantalouden alat, lukuun ottamatta tarvetta käyttää muita yksiköitä, ja edustavat yleensä yhtä kaikille mittausalueille yhteistä järjestelmää.

3. Järjestelmän liitettävyys (koherenssi).

Kaikissa fysikaalisissa yhtälöissä, jotka määrittävät tuloksena olevat mittayksiköt, suhteellisuuskerroin on aina dimensioton suure, joka on yhtä suuri kuin yksikkö.

SI-järjestelmä mahdollistaa yhtälöiden ratkaisemisen, laskelmien suorittamisen sekä graafien ja nomogrammien laatimisen toimintojen yksinkertaistamisen merkittävästi, koska ei tarvitse käyttää merkittävää määrää muuntokertoimia.

4. SI-järjestelmän harmonia ja koherenssi helpottaa suuresti fysikaalisten lakien ja pedagogisen prosessin tutkimista yleisten tieteellisten ja erikoisalojen tutkimisessa sekä erilaisten kaavojen johtamista.

5.SI-järjestelmän rakentamisen periaatteet antavat mahdollisuuden muodostaa uusia johdettuja yksiköitä tarpeen mukaan, ja siksi tämän järjestelmän yksikköluettelo on avoinna edelleen laajentamiselle.

SI-järjestelmän tarkoitus ja rooli fysiikassa

Tähän mennessä kansainvälinen fyysisten suureiden järjestelmä SI on hyväksytty kaikkialla maailmassa ja sitä käytetään muita järjestelmiä enemmän sekä tieteessä ja tekniikassa että ihmisten jokapäiväisessä elämässä - se on moderni versio metrijärjestelmästä.

Useimmat maat käyttävät SI-yksiköitä tekniikassa, vaikka ne käyttävät perinteisiä yksiköitä näille alueille jokapäiväisessä elämässä. Esimerkiksi Yhdysvalloissa tavanomaiset yksiköt määritellään SI-yksiköiksi kiinteitä kertoimia käyttäen.

Määrä Nimitys Venäläinen nimi Venäjän kansainvälinen Tasainen kulma radiaani iloinen rad Kiinteä kulma steradiaani Ke Ke Lämpötila Celsius-asteina Celsius-asteina OS OS Taajuus hertsi Hz Hz Voima Newton Z n Energiajoule J J Teho watti W W Paine pascal Pa Pa Valovirta lumen lm lm Valaistusluksi OK lx Sähkövarausriippu CL ° C Potentiaaliero voltti V V Resistanssi ohm Ohm R Sähkökapasiteetti farad F F Magneettivuo Weber Wb Wb Magneettinen induktio Tesla T T Induktanssi Henry Mr. H Sähkönjohtavuus Siemens Cm C Radioaktiivisen lähteen aktiivisuus becquerel Bq Bq Ionisoivan säteilyn absorboitunut annos harmaa Gr Gy Ionisoivan säteilyn efektiivinen annos sievert Sv Sv Katalyytin aktiivisuus rolled cat cat

Tyhjentävästi yksityiskohtainen kuvaus SI-järjestelmästä virallisessa muodossa on SI-kirjasessa, joka on julkaistu vuodesta 1970, ja sen lisäyksessä; nämä asiakirjat julkaistaan ​​kansainvälisen paino- ja mittatoimiston virallisella verkkosivustolla. Vuodesta 1985nämä asiakirjat myönnetään englanniksi ja ranskaksi, ja ne käännetään aina useille kielille ympäri maailmaa, vaikka asiakirjan virallinen kieli on ranska.

SI-järjestelmän tarkka virallinen määritelmä on seuraava: "Kansainvälinen yksikköjärjestelmä (SI) on kansainväliseen yksikköjärjestelmään perustuva yksikköjärjestelmä, jossa on nimet ja symbolit sekä joukko etuliitteitä ja niiden nimiä ja symboleja. sekä yleisen paino- ja mittakonferenssin (CGPM) hyväksymät säännöt.

SI-järjestelmä määritellään seitsemällä fysikaalisten suureiden perusyksiköllä ja niiden derivaatoilla sekä niiden etuliitteillä.Yksikkönimitysten vakiolyhenteitä ja derivaatan kirjoittamista koskevia sääntöjä on säännelty. Perusyksikköjä on seitsemän kuten ennenkin: kilogramma, metri, sekunti, ampeeri, kelvin, mooli, kandela. Perusyksiköt ovat koostariippumattomia, eikä niitä voida johtaa muista yksiköistä.

Mitä tulee johdetuihin yksiköihin, ne voidaan saada perusyksiköiden perusteella suorittamalla matemaattisia operaatioita, kuten jako- tai kertolasku. Joillakin tuloksena olevilla yksiköillä, kuten "radiaani", "luumen", "riipus", on omat nimensä.

Voit käyttää etuliitettä ennen yksikön nimeä, kuten millimetri — metrin tuhannesosa ja kilometri — tuhat metriä. Etuliite tarkoittaa, että yksi on jaettava tai kerrottava kokonaisluvulla, joka on kymmenen erityinen potenssi.