Міжнародна система одиниць (СІ)

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 та техніки та усунення труднощів, пов’язаних з використанням значної кількості коефіцієнтів при перерахунках між ними та 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 в залежності від рівня сучасного розвитку вимірювальних технологій.

Зміст

1 Одиниці виміру
2 Співвідношення одиниць СІ з одиницями інших систем та позасистемними одиницями
3 Правопис
4 Історична довідка
5 Сучасне становище
6 Пропонуються зміни
- 6.1 Суть змін
7 Джерела
8 Примітки
9 Див. також
10 Посилання

Одиниці виміру [ред.]

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. В 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.]

Назва		Позначення		Фізична величина	Визначення^[2]
українське	міжнародне	українське	міжнародне	Фізична величина	Визначення^[2]
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, що 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.]

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	Фізична величина	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	м²·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, тому 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.]

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
Множник	Назва	українське	міжнародне	Множник	Назва	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.]

Одиниці довжини [ред.]

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.]

1 л = 10^–3 м³	1 м³ = 10³ л
1 мл = 10^–6 м³	1 м³ = 10⁶ мл

Одиниці маси [ред.]

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.]

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.]

1 км/год = 0,278 м/с

1 м/с = 3,58 км/год

Одиниці кутової швидкості [ред.]

1 об/хв = 0,105 рад/с

1 рад/с = 9,55 об/хв

Одиниці потужності [ред.]

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.]

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.]

1 П = 0,1 Па·с

1 Па·с = 10 П

Одиниці кінематичної в’язкості [ред.]

1 Ст = 10^–4 м²/с

1 м²/с = 10⁴ Ст

Правопис [ред.]

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

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 та 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 та використовувала діапазон префіксів від мікро до мега для створення кратних та 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.]

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.]

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

Суть змін [ред.]

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

Стала Планка h дорівнюватиме точно 6.62606X×10⁻³⁴джоулів секунд (Дж·с).
Елементарний електричний заряд e дорівнюватиме точно 1.60217X× 10⁻¹⁹ кулонів (Кл).
Стала Больцмана k дорівнюватиме точно 1.38065X×10⁻²³ джоулів на кельвін (Дж·K⁻¹).
Число Авогадро N_A дорівнюватиме точно 6.02214X×10²³ обернених молів (моль⁻¹).

Тут літера X в числі означає, що значення даного останнього десяткового знаку ще не завтверджене 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 і 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.]

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.]

↑ Офіційні визначення Міжнародного бюро з мір та ваг
↑ http://www.physics.nist.gov/cuu/Units/current.html Сучасні визначення, історія (англ.)
↑ діаграма похідних одиниць (англ.)

Див. також [ред.]

Посилання [ред.]

ВікіСховище має мультимедійні дані за темою: Міжнародна система одиниць (СІ)

[1] Офіційні визначення Міжнародного бюро з мір та ваг

[2] ttp://www.physics.nist.gov/cuu/Units/current.html Сучасні визначення, історія (англ.)

[3] діаграма похідних одиниць (англ.)

[1]

[2]

[3]