Міжнародна система одиниць (СІ)

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Обкладинка брошури Міжнародна система одиниць СІ (8-а редакція).

Міжнародна система одиниць (СІ) (міжнародна абревіатура SI з фр. Système International d'Unités) — це сучасна форма метричної системи, збудована на базі семи основних одиниць[1]. СІ є найчастіше використовуваною системою одиниць при проведенні розрахунків в різних галузях науки, техніки, торгівлі тощо.

У 1960 11-ю Генеральною конференцією з мір та ваг Міжнародна система одиниць СІ була рекомендована як практична система одиниць для вимірювань фізичних величин. Головна мета впровадження такої системи — об'єднання великої кількості систем одиниць (СГС, МКГСС, МКС тощо) з різних галузей науки й техніки та усунення труднощів, пов'язаних з використанням значної кількості коефіцієнтів при перерахунках між ними і створенням великої кількості еталонів для забезпечення необхідної точності. Переваги СІ забезпечують підвищення продуктивності праці проектантів, виробників, науковців; спрощують та полегшують навчальний процес, а також практику міжнародних контактів між державами.

Міжнародна система одиниць СІ складається з набору одиниць вимірювання та набору кратних і часткових префіксів до них. Система також визначає стандартні скорочені позначення для одиниць та правила запису похідних одиниць.

Система СІ не є незмінною, вона є набором стандартів, в якому створюються одиниці виміру та коригуються їхні визначення згідно з міжнародними угодами залежно від рівня сучасного розвитку вимірювальних технологій.

Одиниці виміру[ред.ред. код]

В основі СІ лежать незалежні одна від одної основні одиниці, а інші, похідні одиниці, встановлюються з допомогою основних та визначальних рівнянь, що виражають у найчіткішому вигляді функціональні зв'язки між фізичними величинами. При побудові СІ були вибрані основні одиниці, які забезпечують всеосяжне охоплення галузей науки та техніки, причому в якості більшості похідних одиниць використано одиниці, що застосовувалися раніше та мають зручні розміри.

У наш час в СІ визначено сім основних фізичних величин — довжина, маса, час, електричний струм, термодинамічна температура, кількість речовини та сила світла — які, за домовленістю, вважаються незалежними. Відповідними до них основними одиницями виміру є метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, моль та кандела. У системі СІ розмірності основних одиниць вимірювання, на базі яких будуються похідні одиниці, також вважаються незалежними. Але треба зазначити, що визначення основних одиниць пов'язані між собою. Так визначення метра містить в собі секунду; визначення ампера — містить метр, кілограм та секунду; визначення молю — кілограм; кандели — метр, кілограм та секунду.

Основні одиниці[ред.ред. код]

Назва Позначення Фізична величина Визначення[2]
українське міжнародне українське міжнародне
метр metre (meter) м m довжина Метр дорівнює довжині шляху, який світло проходить у вакуумi за 1/299 792 458 секунди.
кілограм kilogram кг kg маса Кілограм точно дорівнює масі міжнародного прототипу кілограму (платино-іридієвого циліндру), що зберігається в Міжнародному бюро мір та ваг, Севр, Франція.
секунда second с s час Секунда дорівнює часу, за який відбуваються точно 9 192 631 770 періодів випромінювання, що відповідають переходу між двома надтонкими рівнями незбудженого атома Цезію-133 при температурі нуль кельвін.
ампер ampere А А сила електричного струму Ампер - це сила постійного електричного струму, що, протікаючи по двох прямих паралельних провідниках нескінченної довжини з незначним поперечним перетином, розташованих на відстані 1 метр один від одного у вакуумі, створює між цими провідниками силу, яка дорівнює 2×10−7 ньютон на метр довжини.
кельвін kelvin К K термодинамічна температура Кельвін точно дорівнює 1/273,16 термодинамічної температури потрійної точки води.
моль mole моль mol кількість речовини Моль є кількість речовини, що містить стільки ж елементарних часток (атомів, молекул, електронів тощо), скільки атомів міститься в 0,012 кілограмах вуглецю-12.
кандела candela кд cd сила світла Кандела це сила світла у визначеному напрямку від джерела, що випромінює монохроматичне випромінювання з частотою 540×1012 герц та має інтенсивність випромінювання в цьому напрямку 1/683 ват на стерадіан.

Похідні одиниці, що мають власні назви[ред.ред. код]

Похідні одиниці СІ є добутками цілих степенів основних одиниць. Математичний вираз для розмірності похідної одиниці виходить з фізичного закону або визначення відповідної фізичної величини. Деякі з похідних одиниць виміру мають власні назви, котрі теж можна використовувати при визначенні інших похідних одиниць. У наш час[Коли?] існує 22 такі одиниці виміру[3].

Ім'я Позначення Фізична величина Вираження
українське міжнародне українське міжнародне через інші одиниці СІ через основні одиниці СІ
радіан radian рад rad плоский кут 1 м/м
стерадіан steradian ср sr просторовий кут 1 м²/м²
герц hertz Гц Hz частота   с−1
ньютон newton Н N сила   м·кг·с−2
паскаль pascal Па Pa тиск Н/м² м−1·кг·с−2
джоуль joule Дж J енергія, робота Н·м м²·кг·с−2
ват watt Вт W потужність, потік енергії Дж/с м²·кг·с−3
кулон coulomb Кл C електричний заряд А·с с·А
вольт volt В V напруга, електричний потенціал Вт/А м²·кг·с−3·А−1
фарад farad Ф F електрична ємність Кл/В м−2·кг−1·с4·А2
ом ohm Ом Ω електричний опір В/А м²·кг·с−3·А−2
сіменс siemens См S електрична провідність А/В м−2·кг−1·с3·А2
вебер weber Вб Wb потік магнітної індукції В·с м²·кг·с−2·А−1
тесла tesla Тл T магнітна індукція Вб/м² кг·с−2·А−1
генрі henry Гн H індуктивність Вб/А м²·кг·с−2·А−2
градус Цельсія degree Celsius °С °C термодинамічна температура   K
люмен lumen лм lm світловий потік кд·ср кд
люкс lux лк lx освітленість лм/м² кд·м−2
бекерель becquerel Бк Bq радіоактивність   s−1
грей gray Гр Gy поглинута доза іонізуючого випромінювання Дж/кг м²·с−2
зіверт sievert Зв Sv ефективна доза іонізуючого випромінювання Дж/кг м²·с−2
катал katal кат kat активність каталізатора   c−1·моль

За допомогою вищезазначених семи основних та двадцяти двох похідних одиниць можна побудувати одиницю виміру будь-якої відомої в наш час[Коли?] фізичної величини. Але через те, що загальна кількість фізичних величин в науці необмежена, навести повний перелік похідних одиниць вимірювання неможливо.

Якщо при визначенні похідної одиниці виявляється, що вона може бути виражена за допомогою основних та похідних одиниць різними способами, на практиці використовують вирази, що найкраще відображають фізичний сенс цієї величини. Так, наприклад, одиниця виміру моменту сили є Н·м, а не м·Н або Дж.

Множники та префікси для утворення кратних та частинних одиниць[ред.ред. код]

Для докладнішої інформації дивись статті Префікси СІ та Двійкові префікси

В СІ існують десяткові множники, за допомогою яких можна утворювати кратні та частинні одиниці. Всі числові префікси є степенями десяти й не повинні використовуватись для позначення степенів двійки. Так, наприклад, один кілобіт позначає 1000 біт, а не 1024.

В системі СІ забороняється використовувати префікси, що складаються з двох або більше основних. Так величина 10−9 м завжди позначається нм (нанометр), а не, наприклад, ммкм (мілімікрометр). Згідно з цим правилом для утворення кратних та часткових одиниць кілограма, єдиної одиниці, що з історичних причин вже має в своєму імені префікс, використовується частинна одиниця грам. Тобто величина 10−6 кг позначається як 1 мг (міліграм), а не 1 мккг (мікрокілограм).

Префікси СІ
кратні частинні
Множник Назва Позначення Множник Назва Позначення
українське міжнародне українське міжнародне
101 (дека) дк da 10−1 (деци) д d
102 (гекто) г h 10−2 (санти) с c
103 кіло к k 10−3 мілі м m
106 мега М M 10−6 мікро мк μ
109 гіга Г G 10−9 нано н n
1012 тера Т T 10−12 піко п p
1015 пета П P 10−15 фемто ф f
1018 екса Е E 10−18 ато а a
1021 зета З Z 10−21 зепто з z
1024 йота Й Y 10−24 йокто й y

В дужках позначені префікси, які припускається використовувати тільки в назвах одиниць, що вже мають широке розповсюдження, наприклад, гектар, декалітр, дециметр, сантиметр.

Співвідношення одиниць СІ з одиницями інших систем та позасистемними одиницями[ред.ред. код]

Одиниці довжини[ред.ред. код]

1 мкм = 10−6 м 1 м = 106 мкм
1 дюйм = 2,54·10−2 м 1 м = 39,4 дюйма
1 фут = 0,305 м 1 м = 3, 28 фута
1 миля = 1,61·103 м 1 м = 6,21·10−4 миль
1 миля морська = 1,85·103 м 1 м = 5,41·10−4 миль морських

Одиниці об'єму, місткості[ред.ред. код]

1 л = 10−3 м³ 1 м³ = 103 л
1 мл = 10−6 м³ 1 м³ = 106 мл

Одиниці маси[ред.ред. код]

1 г = 10−3 кг 1 кг = 1000 г
1 ц = 100 кг 1 кг = 10−2 ц
1 т = 103 кг 1 кг = 10−3 т

1 Мт = 109 кг

1 кг = 10−9 Мт

Одиниці сили[ред.ред. код]

1 Н = 105 дин
1 кгс = 9,81 Н 1 Н = 0,102 кгс
1 кілопонд= 9,81 Н 1 Н = 0,102 кілопонда (кілограма-сили в Німеччині та інших європейських державах)
1 тс = 9,81.103 Н 1 Н = 1,02.10−4 тс
1 паундаль= 0,138 Н 1 Н = 7,25 паундаля (англійська система одиниць)

Одиниці швидкості[ред.ред. код]

1 км/год = 0,278 м/с 1 м/с = 3,58 км/год

Одиниці кутової швидкості[ред.ред. код]

1 об/хв = 0,105 рад 1 рад/с = 9,55 об/хв

Одиниці потужності[ред.ред. код]

1 кгс·м/с = 9,81 Вт 1 Вт = 0,102 кгс·м/с
1 к.с. = 736 Вт 1 Вт = 1,36.10−3 к.с.

Одиниці тиску[ред.ред. код]

1 кгс/м² = 9,81 Па 1 Па = 0,102 кгс/м²
1 кгс/см² = 9,81.104 Па 1 Па = 1,02.10-5 кгс/см²
1 ат = 9,81.104 Па 1 Па = 1,02.10−5 ат
1 мм рт.ст. = 133 Па 1 Па = 7,50.10−3 мм рт.ст.
1 мм вод.ст. = 9,81 Па 1 Па = 0,102 мм вод.ст.

Одиниці динамічної в'язкості[ред.ред. код]

1 П = 0,1 Па·с 1 Па·с = 10 П

Одиниці кінематичної в'язкості[ред.ред. код]

1 Ст = 10−4 м²/с 1 м²/с = 104 Ст

Правопис[ред.ред. код]

Основні правила правопису одиниць були введені 6-ю Генеральною конференцією з мір та ваг в 1948 році. Як результат, тепер існує загальна міжнародна згода щодо написання та використання позначень і назв одиниць та їхніх префіксів. Дотримування правил сприяє підвищенню прочитності текстів.

  • Позначення одиниць пишуться звичайним прямим шрифтом, на відміну від позначень фізичних величин, що пишуться курсивом. Наприклад, м (метр) та m (маса).
  • Позначення одиниць завжди пишуться з малої букви, якщо вони не утворені від особових імен. Якщо одиниця названа на честь людини, то перша буква позначення завжди є великою, але при написанні назви повністю ця назва пишеться з малої букви. Наприклад, 15 кг; 60 с; 2 Н, але 2 ньютона; 200 мкФ, але 200 мікрофарад.
  • Якщо використовуються префікси, вони передують базовій одиниці й пишуться з нею разом. Префікс ніколи не використовується сам, також забороняється використовувати складені префікси.
  • Позначення одиниць є математичними виразами, а не скороченнями. Тому після них не ставиться крапка, за виключенням розташування позначення в кінці речення.
  • При формуванні добутків та часток одиниць використовуються звичайні алгебраїчні правила множення та ділення. Множення повинне позначатись пропуском або крапкою на середині висоти рядка (·). Ділення повинне позначатись горизонтальною або скісною рискою, або від'ємним показником степеня. Наприклад, для множення: Н м, або Н·м; для ділення: м/с, м·с−1, або \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{c}}. Коли поєднуються декілька позначень одиниць, необхідно використовувати дужки або від'ємні показники степенів для запобігання невизначеності запису. Крім того, скісна риска не повинна використовуватись у виразі двічі та більше разів. Наприклад, правильним записом буде кг/(м·с2), або кг·м−1·с−2 (= Па), а не кг/м/с/c.
  • Забороняється використовувати скорочені назви одиниць СІ, наприклад сек. замість с, або кв. м, замість м². Використовування правильних позначень одиниць СІ є обов'язковим, тільки в такому випадку можна уникнути невизначеностей та непорозумінь.

Історична довідка[ред.ред. код]

Держави, в яких Міжнародна система одиниць СІ ще не прийнята офіційно як єдина практична система одиниць проведення вимірювань: Ліберія, М'янма та США.

Першим кроком на шляху створення метричної системи було введення двох платинових стандартів метра та кілограма в середині 1799 року. Пізніше, в 1832 році, Гаус рекомендував використання такої метричної системи, як узгодженої системи одиниць для фізичних обчислень. Гаус першим здійснив вимірювання магнітного поля Землі, використовуючи метричну систему, засновану на трьох механічних одиницях — міліметрі, грамі та секунді, що відповідали фізичним величинам довжини, маси й часу.

Розширення метричної системи відбулося завдяки Максвелу та Томсону, котрі в 60-х роках XIX ст. сформулювали вимоги для узгодженої системи одиниць, засновану на основних та похідних одиницях. Як наслідок, в 1874 році була введена система СГС, що базувалась на трьох механічних одиницях — сантиметрі, грамі та секунді й використовувала діапазон префіксів від мікро до мега для створення кратних і частинних одиниць. Наступний розвиток фізики як експериментальної науки значною мірою пов'язаний з цією системою: на її основі були побудовані магнітна (СГСМ) та електрична (СГСЕ) системи, світлова система одиниць СГСЛ (сантиметр, грам, секунда, люмен), система теплових одиниць СГС°С (сантиметр, грам, секунда, градус Цельсія) та інші. 0 Після створення в 1875 році Міжнародного бюро з мір та ваг почалась робота по створенню нових міжнародних еталонів метра та кілограма. В 1889 перша Генеральна конференція з мір та ваг запропонувала нову, схожу с СГС систему, але засновану на метрі, кілограмі та секунді — систему МКС.

Незручний розмір в системах СГС електромагнітних одиниць, які не мали власних назв, а виражались через основні одиниці, ініціював роботи з об'єднання механічних та електромагнітних одиниць в одну узгоджену систему. Так в 1939 році було зроблено наступний крок — створення системи МКСА, заснованої на метрі, кілограмі, секунді та ампері.

Виходячи з досліджень Міжнародного бюро з мір та ваг, котрі почались в 1948, на 10-й Генеральній конференції з мір та ваг в 1954 році було прийнято введення ампера, кельвіна та кандели як базових одиниць, котрі відповідають електричному струму, термодинамічній температурі та силі світла. В 1960 році на 11-й Генеральній конференції з мір та ваг ця система була офіційно названа Міжнародною системою одиниць з абревіатурою SI.

В 1971, після довгих дискусій між фізиками та хіміками, сучасна система СІ була сформована додаванням моля як базової одиниці для кількості речовини.

Сучасне становище[ред.ред. код]

На сьогодні СІ офіційно затверджена основною або єдиною системою одиниць у всіх країнах світу за винятком США, Ліберії та М'янми. Сполучене Королівство прийняло систему СІ, але без наміру витіснення традиційних одиниць.

Одиниці, відмінні від СІ, застосовуються в окремих видах діяльності, наприклад, моряки досі використовують для вимірювання відстаней морські милі, а швидкостей — вузли.

Пропонуються зміни[ред.ред. код]

На 23-й Генеральній конференції мір і ваг, що відбулася у 2007 році, конференція дала мандат Міжнародному комітету мір і ваг дослідити можливість використання природних сталих як основи усіх одиниць замість еталонів-артефактів, що використовуються тепер. Наступного року це рішення підтримав Міжнародний союз чистої та прикладної фізики. На засіданні Міжнародного комітету мір і ваг, що проходив у жовтні 2010 року, проект змін був схвалений в принципі. Засідання, однак, вирішило, що усі вимоги, які поставила 23-я Генеральна конференція, ще не виконано в повному обсязі. У зв'язку з цим Міжнародний комітет не може прийняти зміни до одиниць СІ негайно, однак Комітет представив її на 24-й Генеральній конференції мір і ваг, що відбулася 17-21 жовтня 2011 року, і ухвалила погодитися зі змінами в принципі, але не впроваджувати їх, доки не будуть розроблені всі деталі. Крім того, дата 25-ї Генеральної конференції була перенесена з 2015 на 2014 рік.

Суть змін[ред.ред. код]

Пропонується визначити чотири природні фундаментальні сталі так, щоб вони мали точне значення:

Тут літера X в числі означає, що значення даного останнього десяткового знаку ще не затверджене остаточно.

Відповідно, базові одиниці СІ отримають нові означення.

Кілограм
Кілограм, кг, одиниця маси; величина його встановлюється так, щоб значення сталої Планка дорівнювало точно 6.62606X×10−34, якщо його виразити в одиницях с−1 м² кг, до дорівнює Дж·с.
Ампер
Ампер, А, одинця електричного струму; його значення встановлюється так, щоб значення елементарного заряду дорівнювало точно 1.60217X 10−19, якщо його виразити в одиницях А·с, до дорівнює Кл.
Кельвін
Кельвін, К, одиниця термодинамічної температури; його значення встановлюється так, щоб значення сталої Больцмана дорівнювало точно 1.38065X 10−23 , якщо воно виражене в с−1·м²·кг· K−1, що дорівнює Дж·K−1.
Моль
Моль, моль, одиниця кількості речовини, що складається з хімічних одиниць певного виду, які можуть бути атомами, молекулами, іонами, електронами й будь-якими іншими частинками чи визначеними групами таких частинок; його значення встановлюється так, щоб число Авогадро дорівнювало точно 6.02214X×1023, якщо воно виражене в одиницях моль−1.

Якщо зміни будуть прийняті, то еталон кілограма втратить своє значення, зате стануть важливими методи вимірювання фізичних сталих, таких як стала Джозефсона і стала фон Клітцинга.

Джерела[ред.ред. код]

  • Брошура СІ Міжнародного бюро з мір та ваг. 8-а редакція.
  • ДСТУ 3651.0-97. Метрологія. Одиниці фізичних величин. Основні одиниці фізичних величин Міжнародної системи одиниць. Основні положення, назви та позначення
  • ДСТУ 3651.1-97. Метрологія. Одиниці фізичних величин. Похідні одиниці фізичних величин Міжнародної системи одиниць та позасистемні одиниці. Основні поняття, назви та позначення
  • ДСТУ 3651.2-97. Метрологія. Одиниці фізичних величин. Фізичні сталі та характеристичні числа. Основні положення, позначення, назви та значення

Примітки[ред.ред. код]

Див. також[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]