Mezinárodní soustava jednotek [ 1] SI ( francouzsky Système international d'unités, SI ) je soustava jednotek fyzikálních veličin , moderní verze metrické soustavy . SI je nejrozšířenější systém jednotek na světě, a to jak v každodenním životě, tak ve vědě a technice . V současné době je SI přijat jako hlavní systém jednotek ve většině zemí světa a téměř vždy se používá v oblasti techniky, a to i v těch zemích, kde se tradiční jednotky používají v každodenním životě. V těchto několika zemích (například USA) definice tradičních jednotek byly změněny tak, aby je pomocí pevných koeficientů vztáhly k odpovídajícím jednotkám SI.
Kompletní oficiální popis SI spolu s jeho výkladem je obsažen v aktuální verzi brožury SI ( fr. Brochure SI , angl. The SI Brochure ), vydané Mezinárodním úřadem pro váhy a míry (BIPM) a prezentované na webu BIPM [2] . Brožura SI vychází od roku 1970, od roku 1985 vychází ve francouzštině a angličtině a byla přeložena i do řady dalších jazyků [3] , za oficiální je však považován pouze text ve francouzštině .
Přísná definice SI je formulována takto:
Mezinárodní soustava jednotek (SI) je soustava jednotek založená na Mezinárodní soustavě jednotek spolu s názvy a symboly, jakož i sadou předpon a jejich názvů a symbolů, spolu s pravidly pro jejich použití, přijatými Generální konference pro váhy a míry (CGPM).
— Mezinárodní metrologický slovník [4]SI byl přijat XI Generální konferencí pro váhy a míry (CGPM) v roce 1960; některé následující konference provedly řadu změn v SI.
SI definuje sedm základních jednotek fyzikálních veličin a odvozené jednotky (zkráceně jednotky SI nebo jednotky ) a také soubor předpon . SI také stanoví standardní zkratky jednotek a pravidla pro zápis odvozených jednotek.
Základní jednotky jsou kilogram , metr , sekunda , ampér , kelvin , krtek a kandela . V rámci SI jsou tyto jednotky považovány za jednotky s nezávislou dimenzionalitou , což znamená, že žádná ze základních jednotek nemůže být odvozena od ostatních.
Odvozené jednotky se získávají ze základních jednotek algebraickými operacemi, jako je násobení a dělení . Některé z odvozených jednotek v soustavě SI mají svá vlastní jména, například jednotka radián .
Před názvy jednotek lze použít předpony. Znamenají, že jednotku je třeba vynásobit nebo vydělit určitým celým číslem, mocninou 10. Například předpona „kilo“ znamená násobení 1000 (kilometr = 1000 metrů). Předpony SI se také nazývají desítkové předpony.
Podle mezinárodních dokumentů (SI Brochure, ISO 80000, International Metrological Dictionary [4] ) mají jednotky SI názvy a označení. Názvy jednotek lze v různých jazycích psát a vyslovovat odlišně, například: fr. kilogram , angl. kilogram , port. quilograma , stěna. cilogram , bulharština kilogram , řečtina χιλιόγραμμο , čínsky 千克, japonsky キログラム. V tabulce jsou uvedeny francouzské a anglické názvy uvedené v mezinárodních dokumentech. Označení jednotek podle brožury SI nejsou zkratky, ale matematické entity ( francouzsky entités mathématiques , anglicky mathematical entity ). Jsou zahrnuty v mezinárodních vědeckých symbolech ISO 80000 a nezávisí na jazyce, například kg. Mezinárodní zápis jednotek používá písmena latinské abecedy , v některých případech řecká písmena nebo speciální znaky.
Nicméně v postsovětském prostoru ( SNS , CIS-2 , Gruzie ) a v Mongolsku , kde je přijata azbuka , spolu s mezinárodními označeními (a ve skutečnosti - místo nich), se používají označení založená na národních jménech: "kilogram" - kg, paže . կիլոգրամ -կգ, náklad. კილოგრამი – კგ, Ázerbájdžán. kilogram -kq. Od roku 1978 ruská označení jednotek podléhají stejným pravopisným pravidlům jako mezinárodní (viz níže). V Rusku platí GOST 8.417-2002 , který předepisuje povinné používání jednotek SI. Uvádí jednotky fyzikálních veličin povolené k použití, uvádí jejich mezinárodní a ruské označení a stanovuje pravidla pro jejich použití.
Podle těchto pravidel je ve smluvních a právních vztazích v oblasti spolupráce se zahraničím, jakož i v technických a jiných dokumentech dodávaných do zahraničí spolu s exportními výrobky povoleno používat pouze mezinárodní označení jednotek. Používání mezinárodních označení je povinné i na stupnicích a štítcích měřicích přístrojů. V jiných případech, například v interních dokumentech a běžných publikacích, lze použít buď mezinárodní nebo ruské označení. Není dovoleno používat současně mezinárodní a ruská označení, s výjimkou publikací o jednotkách množství.
Názvy jednotek podléhají gramatickým normám jazyka, ve kterém se používají: jeden krtek , dva krtci , pět krtků ; rum. cinci kilograme, treizeci de kilograme . Označení jednotek se nemění: 1 mol, 2 mol, 5 mol; 1 mol, 2 mol, 5 mol; 5 kg, 30 kg. Gramatickým rysem řady názvů jednotek v ruštině je tvar počítání : padesát voltů , sto wattů [5] .
SI je vývoj metrického systému měr , který byl vytvořen francouzskými vědci a poprvé široce představen po francouzské revoluci . Před zavedením metrického systému byly jednotky vybírány nezávisle na sobě, takže převod z jedné jednotky na druhou byl obtížný. Kromě toho byly na různých místech použity různé jednotky, někdy se stejnými názvy. Metrický systém se měl stát pohodlným a jednotným systémem měr a vah.
Na počátku 90. let 18. století byly ve Francii vytvořeny provizorní normy pro metr a kilogram. Kopie standardů byly zaslány mimo jiné do USA , ale loď s kopiemi byla zajata britskými lupiči , takže se do Ameriky nedostaly; možná to hrálo roli v tom, že SI se tehdy v USA dobře nezakořenilo a stále je [6] .
V roce 1799 byly ve Francii vyrobeny dvě normy - pro jednotku délky ( metr ) a pro jednotku hmotnosti ( kilogram ) [7] .
V roce 1832 německý matematik Karl Gauss vyvinul vědecké základy pro konstrukci soustav jednotek a vytvořil nový systém. Za základní fyzikální veličiny bral délku, hmotnost a čas a za základní jednotky milimetr , miligram a sekundu. Následně tento systém posloužil jako základ pro vývoj systému GHS [8] .
V roce 1874 britští fyzici James Maxwell a William Thompson představili systém CGS, založený na třech jednotkách – centimetr , gram a sekunda – a desetinných předponách od mikro po mega [7] .
V roce 1875 podepsali zástupci sedmnácti států (Rusko, Německo, USA, Francie, Itálie atd.) Metrickou úmluvu , v souladu s níž Mezinárodní výbor pro váhy a míry ( fr. Comité International des Poids et Mesures, CIPM ) a Mezinárodního úřadu pro váhy a míry ( FR. Bureau International des Poids et Measures, BIPM ), jakož i pravidelné svolávání Generálních konferencí pro váhy a míry (CGPM) ( FR. Conférence Générale des Poids et Merures, CGPM ). Začaly práce na vývoji mezinárodních norem pro metr a kilogram [9] .
V roce 1889 CGPM přijala systém jednotek ISS , podobný GHS, ale založený na metru, kilogramu a sekundě, protože tyto jednotky byly uznány jako vhodnější pro praktické použití [7] .
Následně byly představeny základní jednotky pro fyzikální veličiny v oblasti elektřiny a optiky.
V roce 1948 se Mezinárodní unie teoretické a aplikované fyziky a francouzská vláda obrátily na IX CGPM se svými návrhy na mezinárodní sjednocení jednotek. S přihlédnutím k těmto výzvám CGPM uložila Mezinárodnímu výboru pro váhy a míry vypracovat doporučení pro vytvoření jednotného praktického systému měrných jednotek vhodného pro přijetí všemi členskými státy Metrické úmluvy [10] . Při vývoji tohoto rozhodnutí X CGPM v roce 1954 přijalo následujících šest jednotek jako základní jednotky nově vyvinutého systému: metr, kilogram, sekunda, ampér, stupeň Kelvin, kandela [11] .
V roce 1956 Mezinárodní výbor pro váhy a míry doporučil, aby systém jednotek založený na základních jednotkách přijatých X CGPM dostal název „Système International d'Unités“ [12] .
V roce 1960 přijala XI CGPM standard, který se poprvé nazýval „International System of Units“, a vytvořila mezinárodní zkratku pro tento systém „SI“. Hlavními jednotkami v něm byly metr, kilogram, sekunda, ampér, stupeň Kelvin a kandela [13] .
1. ledna 1963 byl v SSSR zaveden GOST 9867-61 „Mezinárodní systém jednotek“ SI jako preferovaný ve všech oblastech vědy, techniky a národního hospodářství i ve výuce [9] .
XIII CGPM (1967-1968) přijal novou definici jednotky termodynamické teploty, dal jí název „kelvin“ a označení „K“ (dříve se jednotka nazývala „stupeň Kelvin“ a její označení bylo „°K“ ) [14] .
XIII CGPM (1967-1968) přijal novou definici druhého [K 1] [15] .
V roce 1971 XIV CGPM provedl změny v SI a k počtu základních jednotek přidal zejména jednotku látkového množství ( mol ) [16] .
V roce 1979 přijala XVI. CGPM novou definici kandely [K 1] [17] .
V roce 1983 XVII CGPM dala novou definici metru [К 1] [18] .
V květnu 2019 vstoupily v platnost nové definice základních jednotek SI , které z definic konečně odstranily hmotné objekty.
Názvy jednotek SI se píší s malým písmenem, za označením jednotek SI se na rozdíl od běžných zkratek nedává tečka.
Hodnota | Jednotka | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
název | Symbol dimenze | název | Označení | |||
ruština | francouzsky/anglicky | ruština | mezinárodní | |||
Délka | L | Metr | metr/metr | m | m | |
Hmotnost | M | kilogram [K 2] | kilogram/kilogram | kg | kg | |
Čas | T | druhý | sekunda/sekunda | S | s | |
Síla elektrického proudu | já | ampér | ampér/ampér | ALE | A | |
Termodynamická teplota | Θ | kelvin | kelvin | Na | K | |
Množství látky | N | krtek | krtek | krtek | mol | |
Síla světla | J | kandela | kandela | CD | CD |
Odvozené jednotky lze vyjádřit pomocí základních jednotek pomocí matematických operací násobení a dělení. Některé z odvozených jednotek mají pro usnadnění své vlastní názvy, takové jednotky lze také použít v matematických výrazech k vytvoření jiných odvozených jednotek.
Matematické vyjádření pro odvozenou měrnou jednotku vyplývá z fyzikálního zákona, kterým je tato měrná jednotka definována, případně z definice fyzikální veličiny, pro kterou je zavedena. Například rychlost je vzdálenost, kterou tělo urazí za jednotku času; podle toho je jednotka rychlosti m/s (metr za sekundu).
Často lze stejnou jednotku zapsat různými způsoby s použitím jiné sady základních a odvozených jednotek (viz poslední sloupec tabulky). V praxi se však používají ustálené (nebo jednoduše obecně uznávané) výrazy, které nejlépe odrážejí fyzikální význam veličiny. Například pro zápis hodnoty momentu síly by se mělo použít N m a m N nebo J by nemělo být použito.
Název některých odvozených jednotek, které mají stejný výraz prostřednictvím základních jednotek, se může lišit. Například jednotka sekundy až mínus jedna (1/s) se nazývá hertz (Hz), když se používá k měření frekvence, a nazývá se becquerel (Bq), když se používá k měření aktivity radionuklidů.
Hodnota | Jednotka | Označení | Vyjadřování v základních jednotkách | ||
---|---|---|---|---|---|
ruské jméno | Francouzské/anglické jméno | ruština | mezinárodní | ||
plochý roh | radián [K 3] | radián | rád | rad | m m -1 = 1 |
Pevný úhel | steradián [K 3] | steradián | St | sr | m 2 m −2 = 1 |
Teplota Celsia [K 4] | stupeň Celsia | stupeň Celsia/stupeň Celsia | °C | °C | Na |
Frekvence | hertz | hertz | Hz | Hz | s −1 |
Síla | newton | newton | H | N | kg m s −2 |
Energie , mechanická práce , množství tepla | joule | joule | J | J | N m \u003d kg m 2 s −2 |
Výkon , radiační tok | watt | watt | út | W | J / s \u003d kg m 2 s −3 |
Tlak , mechanické namáhání | pascal | pascal | Pa | Pa | N/m 2 = kg m −1 s −2 |
Světelný tok | lumen | lumen | lm | lm | cd sr |
osvětlení | luxus | lux | OK | lx | lm/m² = cd sr/m² |
Elektrický náboj | přívěšek | coulomb | tř | C | Tak jako |
Potenciální rozdíl | volt | Napětí | V | PROTI | J / C \u003d kg m 2 s −3 A −1 |
Odpor | ohm | ohm | Ohm | Ω | V / A \u003d kg m 2 s −3 A −2 |
Elektrická kapacita | farad | farad | F | F | Cl / V \u003d s 4 A 2 kg −1 m −2 |
magnetický tok | weber | weber | wb | wb | kg m 2 s −2 A −1 |
Magnetická indukce | tesla | tesla | Tl | T | Wb/m 2 \u003d kg s −2 A −1 |
Indukčnost | Jindřich | Jindřich | gn | H | kg m 2 s −2 A −2 |
elektrická vodivost | Siemens | siemens | Cm | S | Ohm −1 \u003d s 3 A 2 kg −1 m −2 |
Aktivita radioaktivního zdroje | becquerel | becquerel | Bq | bq | s −1 |
Absorbovaná dávka ionizujícího záření , kerma | šedá | šedá | GR | Gy | J/kg = m²/s² |
Dávkový ekvivalent ionizujícího záření | sievert | sievert | Sv | Sv | J/kg = m²/s² |
Aktivita katalyzátoru | válcované | katal | kočka | kat | mol/s |
Na XXIV. CGPM ve dnech 17.–21. října 2011 bylo jednomyslně přijato usnesení [20] , ve kterém bylo zejména navrženo v budoucí revizi Mezinárodní soustavy jednotek nově definovat čtyři základní jednotky SI: kilogram, ampér , kelvin a krtek. Předpokládá se, že nové definice budou založeny na pevných číselných hodnotách Planckovy konstanty , elementárního elektrického náboje , Boltzmannovy konstanty , respektive Avogadrovy konstanty [21] . Všem těmto hodnotám budou přiřazeny přesné hodnoty na základě nejspolehlivějších měření doporučených Výborem pro data pro vědu a techniku (CODATA) . Fixací (nebo fixací) se rozumí „převzetí nějaké přesné číselné hodnoty veličiny z definice“ [22] . Usnesení formulovalo následující ustanovení týkající se těchto jednotek [20] :
Přesné hodnoty těchto konstant, přijaté později ve finální verzi nového systému, jsou uvedeny níže.
V nové verzi soustavy SI tedy neexistují žádné konkrétní materiálové normy jednotek.
Usnesení nemá v úmyslu měnit podstatu definic metru, sekundy a kandely, nicméně v zájmu zachování jednoty stylu se plánuje přijetí nových, zcela ekvivalentních definicím stávajícím v následující podobě:
XXV CGPM, které se konalo v roce 2014, se rozhodlo pokračovat v práci na přípravě nové revize SI a naplánovalo dokončení této práce do roku 2018 s cílem nahradit stávající SI aktualizovanou verzí na XXVI CGPM v témže roce [23] .
V lednu 2018 byly zveřejněny hodnoty h , e , k a NA , doporučené CODATA pro použití jako přesné hodnoty v budoucí aktualizované verzi SI [24] . Vzhledem k tomu, že hodnoty jsou získány jako výsledek nejpřesnějších měření konstant, vyjádřených ve starých jednotkách, pak by se při změně definic jednotek neměly měnit číselné hodnoty všech měření provedených dříve a vyjádřených ve starých jednotkách. Později Mezinárodní výbor pro váhy a míry zahrnul tyto hodnoty do návrhu usnesení XXVI CGPM, který se konal ve dnech 13. – 16. listopadu 2018 [25] . V důsledku realizace záměrů formulovaných v usnesení se SI ve své nové podobě stal systémem jednotek, ve kterém:
Usnesení s návrhem reformy bylo přijato, nový SI nabyl účinnosti 20. května 2019 [26] .
Některé jednotky, které nejsou zahrnuty v SI, jsou na základě rozhodnutí CGPM „povoleny k použití ve spojení s SI“.
Jednotka | Francouzské/anglické jméno | Označení | hodnota SI | |
---|---|---|---|---|
ruština | mezinárodní | |||
minuta | minut | min | min | 60 s |
hodina | hodina/hodina | h | h | 60 min = 3600 s |
den | hodinu/den | den | d | 24 h = 86 400 s |
úhlový stupeň | stupeň/stupeň | ° | ° | (π/180) rad |
oblouková minuta | minut | ' | ' | (1/60)° = (π/10 800) rad |
druhý oblouk | sekunda/sekunda | ″ | ″ | (1/60)′ = (π/648 000) rad |
litr | litrů | l | l, L | 0,001 m³ |
tón | tun | t | t | 1000 kg |
neper | neper/neper | Np | Np | bezrozměrný |
bílý | Bel | B | B | bezrozměrný |
elektronvolt | elektrovolt/elektronvolt | eV | eV | 1,602 176634⋅10 −19 J (přesně) |
atomová hmotnostní jednotka , dalton | unité de masse atomique unifiée, dalton/sjednocená atomová hmotnostní jednotka, dalton | A. jíst. | ty, ta | ≈1,660 539 0⋅10 −27 kg |
astronomická jednotka | unité astronomique/astronomická jednotka | A. E. | au | 149 597 870 700 m (přesně) [2] [27] |
hektar | hektar | ha | ha | 10 000 m² |
Gal není mezi jednotkami povolenými pro použití s SI, ale je zdůrazněn samostatně na okraji brožury SI 2019. Jeho definice je uvedena jako aktivní jednotka v geodézii a geofyzice.
Kromě toho nařízení o jednotkách hodnot povolených k použití v Ruské federaci umožňuje použití následujících nesystémových jednotek: ar , uzel , námořní míle , bar , angstrom , karát , stupeň (gon) , světelný rok , parsek , stopa , palec , gramsíla , kilogramová síla , tunová síla , kilogramová síla na centimetr čtvereční , milimetr vodního sloupce , metr vodního sloupce , technická atmosféra , milimetr rtuti , dioptrie , tex , gal , otáčky za sekunda, otáčky za minutu , kilowatthodina , volt-ampér , var , ampérhodina , bit , byte , bps , byte za sekundu , roentgen , rem , rad , rentgen za sekundu, curie , stokes , kalorie (mezinárodní) , kalorie termochemické , kalorie 15 stupňů , kalorie za sekundu, kilokalorie za hodinu a gigakalorie za hodinu [28] .
Regulace umožňuje použití jednotek relativních a logaritmických hodnot, jako jsou procenta , ppm , ppm , decibel , pozadí , oktáva , dekáda . Je také povoleno používat jednotky času, které jsou široce používané, například: týden , měsíc , rok , století , tisíciletí .
Je možné použít i jiné mimosystémové jednotky veličin. V tomto případě je třeba používat názvy nesystémových jednotek veličin spolu s uvedením jejich vztahu k základním a odvozeným jednotkám SI.
Nesystémové jednotky veličin je povoleno používat pouze v případech, kdy kvantitativní hodnoty veličin nelze nebo je nepraktické vyjádřit v jednotkách SI.
V souladu s předpisy o jednotkách množství povolených pro použití v Ruské federaci jsou názvy a označení mimosystémových jednotek hmotnosti , času , rovinného úhlu , délky , plochy , tlaku , optického výkonu , lineární hustoty , rychlosti , zrychlení . nepoužívá se s vícenásobnými a podélnými předponami SI a rychlostí .
Některé země nepřejaly systém SI nebo jej přijaly pouze částečně a nadále používají anglický systém měr nebo podobné jednotky.
Desetinné násobky a dílčí násobky se tvoří pomocí standardních násobičů a předpon připojených k názvu nebo označení jednotky.
Navzdory rozšířenému používání SI mnoho vědeckých prací o elektrodynamice používá Gaussovu soustavu jednotek , což je způsobeno řadou nedostatků SI, na které upozorňují M. A. Leontovič [29] , S. P. Kapitsa [30] , D. V. Sivukhin [ 31] , L. B. Okun [32] a řada dalších fyziků. Soustava jednotek CGS a soustava jednotek SI jsou ekvivalentní v mnoha oblastech fyziky, ale pokud přejdeme k elektrodynamice, pak v SI existují veličiny, které nemají přímý fyzikální význam, zděděné z konceptu éteru jako hmotné prostředí [30] [33] , - elektrická konstanta a magnetická konstanta (ve staré terminologii - elektrická a magnetická permeabilita vakua). Výsledkem je, že v soustavě jednotek SI mají elektrické pole a elektrická indukce , magnetické pole a magnetická indukce (v podstatě různé složky tenzoru elektromagnetického pole) různé rozměry. D.V. Sivukhin charakterizuje takovou situaci takto:
V tomto ohledu není soustava SI o nic logičtější než například soustava, ve které se délka, šířka a výška předmětu měří nejen v různých jednotkách, ale mají také různé rozměry.
V reakci na kritiku systému SI, pokud jde o jeho aplikaci na elektromagnetické jevy, S. G. Karshenboim vysvětluje [33] , že v kritických prohlášeních dochází k záměně dvou různých pojmů: systému jednotek a systému fyzikálních veličin , a také poznamenává, že ve skutečnosti se většina kritiky týká konkrétně systému veličin. Navíc ukazuje, že problém redundance v popisu elektromagnetických jevů ve vakuu nevznikl v souvislosti se soustavou SI, ale v důsledku historického procesu – jako problém éteru a nekovariance přístupu. k popisu. Na závěr S. G. Karshenboim zdůvodňuje a vyjadřuje své přesvědčení, že systémy SI a CGS lze považovat za konkurenční pouze při pevné hodnotě elektrické konstanty a s naměřenou hodnotou se volba ve prospěch SI stane nespornou. Vysvětleme zde, že vzhledem k definici ampérové jednotky, která byla platná v době zveřejnění těchto argumentů, měla elektrická konstanta pevnou přesnou hodnotu, avšak nyní, po vstupu v platnost nové definice ampér, stal se měřitelnou veličinou a získal chybu, jako magnetická konstanta [25] .
Sám S. G. Karshenboim zároveň kritizuje zavedení jednotky svítivosti, kandely , do SI , protože se domnívá, že je pro systém fyzikálních veličin nadbytečná, protože definice kandely zahrnuje i nefyzické faktory přinesené z biologie a medicíny [33] .
Slovníky a encyklopedie | ||||
---|---|---|---|---|
|
Systémy opatření | ||
---|---|---|
Metrický | ||
Přírodní soustavy jednotek |
| |
Společné systémy |
| |
Tradiční měřicí systémy |
| |
starověké systémy |
| |
jiný |
|
jednotky SI | |
---|---|
Základní jednotky | |
Odvozené jednotky se zvláštními názvy | |
Přijato pro použití s SI | |
viz také |
předpony SI | |
---|---|
Násobky | |
Dolnye |