Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименований

3.2 МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ (система СИ)

Правила, по которым тот или иной комплекс единиц выбирают в качестве основного, не могут быть обосно­ваны теоретически. Единственными аргументами в поль­зу выбора могут служить лишь эффективность и целесо­образность использования данной системы. Для практи­ческих целей измерения в качестве основных величин и единиц следует выбирать такие, которые могут быть вос­произведены с наибольшей точностью. Образование сис­темы единиц базируется на [38] объективных законо­мерных связях между физическими величинами и произ­вольной, но разумной воле людей и их соглашениях, заключительным из которых является Генеральная кон­ференция по мерам и весам.

При построении системы единиц или при введении новой ученые руководствуются только одним-единственным принципом — практической целесообразностью, т.е. удобством применения единиц в практической дея­тельности человека. В основу этого принципа положены следующие базовые критерии:

• простота образования производных ФВ и их еди­ниц, т.е. приравнивание единице коэффициентов про­порциональности в уравнениях связи;

• высокая точность материализации основных еди­ниц и передачи их размера нижестоящим эталонам;

• неуничтожаемость эталонов основных единиц, т.е. возможность их воссоздания в случае утраты;

• преемственность единиц, сохранение их размеров и наименований при введении новой системы единиц, что связано с исключением материальных и психологи­ческих затрат;

• высокая точность воспроизведения производных единиц;

• близость размеров основных и производных еди­ниц к размерам ФВ, наиболее часто встречающихся в практике;

• долговременность хранения основных и произ­водных единиц их эталонами;

• минимальное число основных ФВ;

• выбор в качестве основных ФВ, отражающих наи­более общие свойства материи.

Приведенные критерии вступают в противоречие, поэтому путем соглашения выбирается наиболее выгод­ный для практики вариант.

Единая международная система единиц (система СИ) была принята XI Генеральной конференцией по ме­рам и весам в 1960г. На территории нашей страны сис­тема единиц СИ действует с 1 января 1982 г. в соответст­вии с ГОСТ 8.417-81. Она возникла не на пустом месте и является логическим развитием предшествовавших ей систем единиц СГС, МКГСС и др.

Система СИ — единственная система единиц ФВ, которая принята и используется в большинстве стран мира. Это обусловлено ее достоинствами и преимущест­вами перед другими системами единиц, к которым отно­сятся:

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

• унификация всех областей и видов измерений;

• когерентность величин, т.е. все производные еди­ницы СИ получаются из уравнений связи между величи­нами, в которых коэффициенты равны единице;

• возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с их определением;

• упрощение записи 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 собственные наименования;

• облегчение педагогического процесса в средней и высшей школах, так как отпадает необходимость в изу­чении множества систем единиц и внесистемных еди­ниц,

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

Ниже приведены определения основных единиц (см. табл. 3.1) системы СИ [39].

Первоначально (до 1983 г.) в качестве основных бы­ли выбраны единицы измерения длины и времени, а в качестве производной — скорость. В 1983 г основными единицами были названы единицы измерения времени и скорости, при этом скорости света в вакууме было при­дано точное, но в принципе произвольное численное значение, равное С_о = 299 792 458 м/с. Длина и ее едини­ца метр стали, по существу, производными единицами. Однако формально длина в СИ остается основной физи­ческой величиной.

Метр — расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды.

Секунда — 9 192 631 770 периодов излучения, соот­ветствующих переходу между двумя сверхтонкими уров­нями основного состояния атома цезия—133

Килограмм — масса международного прототипа ки­лограмма, представляющего собой цилиндр из сплава платины и иридия. Следует отметить, что при таком оп­ределении килограмма не выполняется третий базовый критерий выбора основных единиц системы ФВ. Эталон килограмма является единственным уничтожимым эта­лоном из всех эталонов основных единиц системы СИ. Он подвержен старению и требует применения громозд­ких поверочных схем. Современное развитие науки пока не дает возможности связать килограмм с естественными атомными константами с достаточной степенью точности. До сих пор килограмм является чисто договорной единицей.

Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

В системе СИ за основную выбрана единица маг­нитной проницаемости μ_о = 4π·10^-7 Гн/м, называемая магнитной постоянной. Однако формально основной единицей считается ампер. Это связано с тем, что при выборе основной единицы путем постулирования ее численного значения оказывается невозможным мате­риализовать эту единицу в виде эталона. Поэтому реали­зация такой единицы осуществляется через какую-либо производную. Так, единица скорости материализуется эталоном метра, а единица магнитной проницаемости — эталоном ампера. По определению, ампер — сила неиз­меняющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ни­чтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника дли­ной 1 м силу взаимодействия, равную 2·10^-7 Н

Канделла — сила света в заданном направлении ис­точника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·10¹² Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углеролс-12 массой 0,0012кг. При примене­нии моля структурные элементы должны быть специ­фицированы и могут быть атомами, молекулами, иона­ми, электронами и другими частицами или группами частиц.

Радиан — угол между двумя радиусами окружности, длина дуги которой равна радиусу. На практике часто используется градус 1° = 2π/360рад = 0,017453 рад; минута 1^' = 1°/60 = 2,9088·10^-4 рад и секунда 1" = 1^' /60 = 1°/3600 = 4,8481·10^-6 рад. Соответственно 1 рад = 57° 17' 45" = 57,2961° = (3,4378 ·10³)' = (2.0627·10⁵)".