Международная система единиц

Единица измерения должна быть установлена для каждой из известных физических величин, при этом необходимо учитывать, что многие физические величины связаны между собой определенными зависимостями. Поэтому только часть физических величин и соответственно их единиц могут определяться независимо от других. Такие величины называют основными. Остальные физические величины (к ним относятся дополнительные и производные) определяются с использованием физических законов и зависимостей через основные физические величины.

Совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой единиц физических величин. Единица основной физической величины является основной единицей данной системы. Международная система единиц была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. На территории нашей страны система единиц СИ установлена соответствующим ГОСТом «ГСИ. Единицы физических величин».

К основным характеристикам системы СИ следует отнести:

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

• унификацию всех областей и видов измерений;

• возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с их определением с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники;

• когерентность величин;

• упрощение записи формул;

• уменьшение числа допускаемых единиц;

• единую систему образования кратных и дольных единиц, имеющих собственные наименования;

• облегчение педагогического процесса;

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

В основу Международной системы СИ положены семь основных и две дополнительные единицы, приведенные в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Единицы Международной системы СИ

В качестве основных приняты: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела.

Метр равен расстоянию, которое проходит в вакууме плоская электромагнитная волна за 1/299792458долю секунды.

Килограмм - единица массы, определяемая как масса международного прототипа килограмма, представляющего собой цилиндр из сплава платины и иридия. Современное развитие науки пока не позволяет с достаточной степенью точности связать килограмм с естественными атомными константами. До сих пор килограмм является чисто договорной единицей.

Секунда равна 9192631770 периодам излучения, соответствующего энергетическому переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133.

Ампер - сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум прямолинейным параллельным 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 метр.

Кельвин - 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 - количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или группами частиц.

Кандела - сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540* 10^-12 Гц, чья энергетическая сила излучения в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср (ср - стерадиан).

Дополнительные единицы международной системы СИ предназначены и используются для образования единиц угловой скорости, углового ускорения и некоторых других физических величин. К дополнительным физическим величинам системы СИ относятся плоский и телесный углы.

Угловые единицы не могут быть введены в число основных, так как это вызвало бы затруднение в трактовке размерностей физических величин, связанных с вращением (дуги окружности, площади круга и т.д.).

Радиан - угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна этому радиусу. В практических случаях часто используются такие единицы измерения угловых величин:

градус 1° = 2 π/360 рад = 0,017453 рад;

минута1' =1° /60 = 2,9088 *10^-4 рад;

секунда1'' = 1'/60 =1° /3600 = 4,8481*10^-6 рад.

Соответственно:

1рад = 57°17'45" = 57,2961° = (3,4378 *10³)' = 2,0627 * 10⁵)".

Стерадиан представляет собой телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Измеряют телесные углы путем определения плоских углов и проведения дополнительных расчетов по формуле:

(1.1)

где α - телесный угол, φ - плоский угол при вершине конуса, образованного внутри сферы данным телесным углом.

Производные единицы системы СИ образуются из основных и дополнительных единиц.