Základními jednotkami Mezinárodní soustavy jednotek (SI) je sedm základních jednotek měření základních fyzikálních veličin SI. Těmito veličinami jsou délka , hmotnost , čas , elektrický proud , termodynamická teplota , množství hmoty a svítivost . Měrnými jednotkami pro ně jsou základní jednotky SI - metr , kilogram , sekunda , ampér , kelvin , mol a kandela [1] [2] .
Základní jednotky SI jsou definovány Mezinárodním úřadem pro váhy a míry (BIPM) . Kompletní oficiální popis základních jednotek SI, ale i SI jako celku, spolu s jeho výkladem je obsažen v aktuální verzi Brožury SI vydané BIPM a prezentované na jeho webových stránkách [3] .
V tabulce jsou uvedeny všechny základní jednotky SI spolu s jejich definicemi, ruskými a mezinárodními označeními, fyzikálními veličinami, ke kterým se vztahují, a také stručným zdůvodněním jejich původu.
| Jednotka | Označení | Hodnota | Definice [4] | Historické počátky, dřívější definice |
|---|---|---|---|---|
| Druhý | se s |
Čas | Hodnota sekundy se nastaví zafixováním číselné hodnoty frekvence hyperjemného štěpení základního stavu atomu cesia-133 při teplotě 0 K na přesně 9192631770 , když je vyjádřena v jednotkách SI s −1 , což je ekvivalentní Hz [k 1] . | Sluneční den je rozdělen na 24 hodin, každá hodina je rozdělena na 60 minut, každá minuta je rozdělena na 60 sekund. Sekunda je 1 ⁄ (24 × 60 × 60) nebo 1/86 400 slunečního dne . Moderní definice byla přijata na XIII Všeobecné konferenci o vahách a mírách (CGPM) v roce 1967. |
| Metr | m m |
Délka | Hodnota metru se stanoví stanovením číselné hodnoty rychlosti světla ve vakuu přesně na 299 792 458 , když je vyjádřena v jednotce SI m s −1 [k 2] . | 1 ⁄ 10 000 000 je vzdálenost odzemskéhorovníku ksevernímu pólunapařížskémpoledníku. Moderní definice byla stanovena XVIICGPMv roce 1983.
|
| Kilogram | kg kg |
Hmotnost | Hodnota kilogramu se stanoví stanovením číselné hodnoty Planckovy konstanty h přesně na 6,62607015 × 10 −34 , když je vyjádřena v J⋅s. | Hmotnost jednoho krychlového decimetru ( litru ) čisté vody při 4 ° C a standardním atmosférickém tlaku na úrovni moře . Více než dvě stě let sloužily vzorky materiálu jako etalon kilogramu - Archivní kilogram, poté Mezinárodní prototyp kilogramu. |
| Ampér | A A |
Síla elektrického proudu | Hodnota ampéru se stanoví stanovením číselné hodnoty elementárního náboje e na 1,602176634 × 10 −19 , když je vyjádřena v coulombech . | Předchozí definice, která se vrací k původní: ampér je síla neměnného proudu, která se při průchodu dvěma paralelními přímými vodiči nekonečné délky a zanedbatelně malé oblasti kruhového průřezu nachází ve vakuu ve vzdálenosti 1 m od sebe by způsobila na každém úseku vodiče délky 1 m interakční sílu rovnou 2⋅10 −7 newtonů . |
| Kelvin | K K |
Termodynamická teplota | Hodnota kelvinů se stanoví stanovením číselné hodnoty Boltzmannovy konstanty k přesně na 1,380649 × 10 −23 , když je vyjádřena v J/K. | V letech 1967-2019 byla definována jako 1/273,16 termodynamické teploty trojného bodu vody [k 3] . Kelvinova stupnice používá stejnou výšku jako Celsiova stupnice (historicky 1 ⁄ 100 rozdílu mezi body varu a tuhnutí vody při atmosférickém tlaku), ale 0 Kelvinů je teplota absolutní nuly, nikoli bod tání ledu. Podle moderní definice je nula Celsiovy stupnice nastavena tak, aby teplota trojného bodu vody byla 0,01 °C. V důsledku toho jsou stupnice Celsia a Kelvina posunuty o 273,15 [6] : T [°C] = T [ K ] − 273,15. |
| krtek | mol mol |
Množství látky | Jeden mol obsahuje přesně 6,022 140 76 × 10 23 prvků [k 4] . Toto číslo je pevnou hodnotou Avogadrovy konstanty N A , vyjádřené v jednotkách mol −1 , a nazývá se Avogadrovo číslo . | Atomová hmotnost nebo molekulová hmotnost dělená konstantou molární hmotnosti, 1 g/mol. V letech 1971-2019 byl definován jako množství látky v systému obsahujícím tolik strukturních prvků, kolik je atomů v uhlíku-12 o hmotnosti 12 g. |
| Candela | cd cd |
Síla světla | Hodnota kandela se stanoví stanovením číselné hodnoty světelné účinnosti monochromatického záření o frekvenci 540 10 12 Hz přesně na 683, když je vyjádřena v jednotce SI m −2 kg −1 s 3 cd sr popř . cd sr W −1 , což odpovídá lm W −1 . | Síla světla (angl. Candlepower, zastaralá britská jednotka světelného výkonu) vyzařovaná hořící svíčkou. Moderní definice byla stanovena XVI CGPM v roce 1979. |
Názvy a symboly základních jednotek, stejně jako všech ostatních jednotek SI, se píší malými písmeny (například metr a jeho symbol m). Toto pravidlo má výjimku: označení jednotek pojmenovaných podle jmen vědců jsou velká (např. ampér je označen symbolem A).
Zbývající jednotky SI jsou deriváty a jsou tvořeny ze základních pomocí rovnic, které se navzájem vztahují k fyzikálním veličinám používaným v SI Mezinárodní soustavy jednotek.
Základní jednotku lze také použít pro odvozenou veličinu stejného rozměru . Například srážky jsou definovány jako podíl objemu dělený plochou a v SI jsou vyjádřeny v metrech. V tomto případě je metr použit jako koherentní odvozená jednotka [2] [až 5] .
Definice SI pomocí fixace konstant, obecně řečeno, nevyžaduje rozlišování mezi základními a odvozenými jednotkami. Toto rozdělení je však zachováno z historických důvodů a pro pohodlí [7] .
Od přijetí Metrické konvence v roce 1875 se definice základních jednotek měření několikrát změnily. Od redefinice metru (1960) zůstal kilogram poslední jednotkou, která není definována jako vlastnost přírody, ale jako fyzický artefakt. Protože však krtek, ampér a kandela byly vázány na kilogram, byly také vázány na lidskou normu kilogramu. Metrologie již dlouhou dobu hledá způsoby, jak definovat kilogram na základě základních fyzikálních konstant , stejně jako je metr definován z hlediska rychlosti světla .
Na počátku 21. století Mezinárodní úřad pro váhy a míry připravoval nové definice základních jednotek SI, které nejsou vázány na hmotné artefakty ( normy ). Tato práce byla nakonec dokončena v roce 2018, kdy byly na XXVI. Generální konferenci o vahách a mírách přijaty nové definice SI a jejích základních jednotek. Změny vstoupily v platnost v roce 2019.
Podstatně se změnily definice čtyř základních jednotek SI: kilogram, ampér, kelvin a mol. Nové definice těchto jednotek jsou založeny na pevných číselných hodnotách pro následující základní fyzikální konstanty: Planckova konstanta , elementární elektrický náboj , Boltzmannova konstanta a Avogadrovo číslo . Všem těmto veličinám jsou přiřazeny přesné hodnoty na základě výsledků nejpřesnějších měření doporučených Výborem pro data pro vědu a techniku (CODATA) .
Formálně nové definice zrušily všechny předchozí [8] , ale nové definice metr, sekunda a kandela jsou ekvivalentní těm starým a byly změněny pouze kvůli zachování jednoty stylu. Definice metru a sekundy již byly spojeny s přesnými hodnotami takových konstant, jako je rychlost světla a velikost rozdělení základního stavu atomu cesia. Definice kandely, i když není svázána s žádnou fundamentální konstantou, může být nicméně také viděna jako svázaná s přesnou hodnotou invariantu přírody.
Podle definice, která vstoupila v platnost v roce 2019, je SI systém jednotek, ve kterém [9] :