SI-målesystem - historie, formål, rolle i fysikk

Menneskets historie er flere tusen år gammel, og på ulike stadier av utviklingen har nesten hver nasjon brukt noen av sine konvensjonelle referansesystemer. Nå er International System of Units (SI) blitt obligatorisk for alle land.

Systemet inneholder syv grunnleggende måleenheter: andre — tid, meter — lengde, kilogram — masse, ampere — styrke på elektrisk strøm, kelvin — termodynamisk temperatur, candela — lysintensitet og mol — mengde stoff. Det er to ekstra enheter: radian for en flat vinkel og steradian for en hel vinkel.

SI kommer fra det franske Systeme Internationale og står for International System of Units.

Hvordan telleren bestemmes

På 1600-tallet, med utviklingen av vitenskapen i Europa, begynte oppfordringer om innføring av et universelt mål eller katolsk måler å bli hørt oftere og oftere. Det vil være et desimalmål basert på naturhendelsen og uavhengig av beslutningen til myndighetspersonen. Et slikt tiltak vil erstatte de mange ulike tiltakssystemene som da eksisterte.

Den britiske filosofen John Wilkins foreslo å ta lengden på pendelen som en lengdeenhet, hvis halvperiode ville være lik ett sekund. Men, avhengig av målestedet, var ikke verdien den samme. Den franske astronomen Jean Richet fastslo dette faktum under en reise til Sør-Amerika (1671 — 1673).

I 1790 foreslo minister Talleyrand å måle referanselengdegraden ved å plassere pendelen på en strengt fastsatt breddegrad mellom Bordeaux og Grenoble - 45° nordlig bredde. Som et resultat, den 8. mai 1790, bestemte den franske nasjonalforsamlingen at måleren er lengden på en pendel med en halvperiode på 45 ° breddegrad lik 1 s. I følge dagens SI vil denne måleren være lik 0,994 m. Denne definisjonen passer imidlertid dårlig med det vitenskapelige miljøet.

Den 30. mars 1791 godtok det franske vitenskapsakademi forslaget om å definere en målestandard som en del av Paris-meridianen. Den nye enheten skulle være en ti-milliondel av avstanden fra ekvator til Nordpolen, det vil si en ti-milliondel av jordens omkrets, målt langs Parismeridianen. Dette ble kjent som "Meter True and Definitive".

Den 7. april 1795 vedtok nasjonalkonvensjonen en lov som introduserte det metriske systemet i Frankrike og instruerte kommisjonærene, inkludert Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace og andre forskere bestemte eksperimentelt enhetene for lengde og masse.

I perioden fra 1792 til 1797 målte de franske forskerne Delambre (1749-1822) og Mechen (1744-1804) den samme buen av Paris-meridianen med en lengde på 9 ° 40 'fra Dunkerque til den revolusjonære konvensjonen. Barcelona på 6 år, legger en kjede av 115 trekanter over Frankrike og deler av Spania.

Det viste seg imidlertid senere at på grunn av en feilberegning av jordens polare kompresjon, viste det seg at standarden var 0,2 mm kortere. Dermed er meridianlengden på 40 000 km bare omtrentlig. Imidlertid ble den første prototypen av standard messingmåleren laget i 1795. Det skal bemerkes at masseenheten (kilogrammet, hvis definisjon er basert på massen av en kubikkdesimeter vann) også er knyttet til definisjonen av måler.

Historien om dannelsen av SI-systemet

Den 22. juni 1799 ble to platinastandarder – standardmåleren og standardkilogrammet – laget i Frankrike. Denne datoen kan med rette betraktes som dagen for begynnelsen av utviklingen av det nåværende SI-systemet.

I 1832 skapte Gauss den såkalte Absolutt system av enheter, som tar som de grunnleggende tre enhetene: tidsenheten er den andre, lengdeenheten er millimeteren, og masseenheten er gram, fordi ved å bruke disse bestemte enhetene, var forskeren i stand til å måle absolutt verdi av jordens magnetfelt (dette systemet fikk navnet SGS Gauss).

På 1860-tallet, under påvirkning av Maxwell og Thomson, ble kravet om at basisenheter og avledede enheter må være kompatible med hverandre formulert. Som et resultat ble CGS-systemet introdusert i 1874, med prefikser også distribuert for å betegne delmengder og multipler av enheter fra mikro til mega.

I 1875 undertegnet representanter for 17 land, inkludert Russland, USA, Frankrike, Tyskland, Italia den metriske konvensjonen, ifølge hvilken International Bureau of Measures, International Committee of Measures ble opprettet og en vanlig konvensjon begynte å fungere. Generalkonferanse om vekter og mål (GCMW)… Samtidig startet arbeidet med utviklingen av en internasjonal standard for kilogram og en standard for måleinstrumentet.

I 1889 på den første konferansen til GKMV, ISS-systemetbasert på meter, kilogram og sekund, i likhet med CGS, virket imidlertid ISS-enhetene mer akseptable på grunn av praktisk bruk. Optikk og elektriske enheter vil bli introdusert senere.

I 1948, etter ordre fra den franske regjeringen og International Union of Theoretical and Applied Physics, utstedte den niende generalkonferansen om vekter og mål en instruks til den internasjonale komiteen for vekt og mål om å foreslå, for å forene systemet med enheter av måling, hans ideer om å lage et enkelt system av måleenheter som kan aksepteres av alle land - parter i den metriske konvensjonen.

Som et resultat ble følgende seks enheter foreslått og vedtatt ved den tiende GCMW i 1954: meter, kilogram, sekund, ampere, kelvin og candela. I 1956 fikk systemet navnet «Systeme International d'Unities» – det internasjonale enhetssystemet.

I 1960 ble det vedtatt en standard, som for første gang ble kalt «International System of Units» og ble tildelt forkortelsen «SI» (SI).

Grunnenhetene forble de samme seks enhetene: meter, kilogram, sekund, ampere, kelvin og candela, to tilleggsenheter (radian og steradian) og tjuesju viktigste derivater, uten å spesifisere på forhånd andre derivatenheter som kan legges til av - sent. (Forkortelsen på russisk "SI" kan dechiffreres som "International System").

Alle disse seks grunnenhetene, både tilleggsenheter og tjuesju viktigste avledede enheter, falt fullstendig sammen med de tilsvarende grunnleggende, tilleggs- og avledede enhetene som ble vedtatt på den tiden i USSR-statsstandardene for måleenheter for ISS, MKSA, МКСГ og MSS-systemer.

I 1963 i USSR, ifølge GOST 9867-61 «Internasjonalt system av enheter», SI er akseptert som foretrukket for feltene nasjonal økonomi, innen vitenskap og teknologi, og for undervisning i utdanningsinstitusjoner.

I 1968, ved den trettende GKMV, ble enheten "grad Kelvin" erstattet med "kelvin", og betegnelsen "K" ble også tatt i bruk. I tillegg ble en ny definisjon av et sekund tatt i bruk: et sekund er et tidsintervall lik 9.192.631.770 strålingsperioder som tilsvarer overgangen mellom to hyperfine nivåer av grunnkvantetilstanden til cesium-133-atomet. I 1997 ville det bli vedtatt en avklaring om at dette tidsintervallet refererer til cesium-133-atomet i hvile ved 0 K.

I 1971 ble en annen grunnenhet «mol» lagt til 14 GKMV - en enhet for stoffmengde. En føflekk er mengden materie i et system som inneholder like mange strukturelle elementer som det er atomer i karbon-12 som veier 0,012 kg. Når en føflekk brukes, må de strukturelle elementene spesifiseres og kan være atomer, molekyler, ioner, elektroner og andre partikler eller spesifiserte grupper av partikler.

I 1979 vedtok den 16. CGPM en ny definisjon av candelaen. Candelaen er lysstyrken i en gitt retning til en kilde som sender ut monokromatisk stråling med en frekvens på 540 × 1012 Hz, hvis lysstyrke i den retningen er 1/683 W / sr (watt per steradian).

I 1983 ble en ny definisjon gitt til telleren på 17 GKMV.En meter er lengden på banen som lyset reiser i et vakuum på (1/299 792 458) sekunder.

I 2009 godkjente regjeringen i den russiske føderasjonen "Forordningen om måleenheter som er tillatt for bruk i den russiske føderasjonen", og i 2015 ble det gjort endringer i den for å utelukke "gyldighetsperioden" for noen ikke-systemenheter.

De viktigste fordelene med SI-systemet er følgende:

1. Ensretting av enheter av fysiske størrelser for ulike typer målinger.

SI-systemet lar enhver fysisk mengde som finnes i forskjellige teknologifelt ha én felles enhet for dem, for eksempel joule for alle typer arbeid og varmemengden i stedet for de for tiden brukte forskjellige enhetene for denne mengden (kilogram - kraft - meter, erg, kalori, watt-time, etc.).

2. Systemets universalitet.

SI-enheter dekker alle grener av vitenskap, teknologi og nasjonal økonomi, unntatt behovet for bruk av andre enheter og representerer generelt et enkelt system som er felles for alle måleområder.

3. Tilkobling (koherens) av systemet.

I alle fysiske ligninger som definerer de resulterende måleenhetene, er proporsjonalitetsfaktoren alltid en dimensjonsløs størrelse lik enhet.

SI-systemet gjør det mulig å betydelig forenkle operasjonene ved å løse ligninger, utføre beregninger og tegne grafer og nomogrammer, siden det ikke er behov for å bruke et betydelig antall konverteringsfaktorer.

4. Harmonien og sammenhengen i SI-systemet letter i stor grad studiet av fysiske lover og den pedagogiske prosessen i studiet av generelle vitenskapelige og spesielle disipliner, samt utledning av ulike formler.

5.Prinsippene for konstruksjon av SI-systemet gir en mulighet til å danne nye avledede enheter etter behov, og derfor er listen over enheter av dette systemet åpen for ytterligere utvidelse.

Formålet med SI-systemet og dets rolle i fysikk

Til dags dato har det internasjonale systemet med fysiske mengder SI blitt akseptert over hele verden og brukes mer enn andre systemer både innen vitenskap og teknologi og i folks daglige liv - det er en moderne versjon av det metriske systemet.

De fleste land bruker SI-enheter i teknologi, selv om de bruker tradisjonelle enheter for disse territoriene i hverdagen. I USA, for eksempel, er vanlige enheter definert som SI-enheter som bruker faste koeffisienter.

Mengden Betegnelse Russisk navn Russisk internasjonal Flat vinkel radian glad rad Solid vinkel steradian Ons Ons Temperatur i Celsius grad i Celsius OS OS Frekvens hertz Hz Hz Kraft Newton Z n Energi joule J J Effekt watt W W Trykk pascal Pa Pa Lysstrøm lumen lm lm Belysning lux OK lx Elektrisk ladependel CL ° C Potensialforskjell volt V V Motstand ohm Ohm R Elektrisk kapasitet farad F F Magnetisk fluks Weber Wb Wb Magnetisk induksjon Tesla T T Induktans Henry Mr. H Elektrisk ledningsevne Siemens Cm C Aktiviteten til en radioaktiv kilde becquerel Bq Bq Absorbert dose ioniserende stråling grå Gr Gy Effektiv dose ioniserende stråling sievert Sv Sv Aktiviteten til katalysatoren rullet katt katt

En uttømmende detaljert beskrivelse av SI-systemet i offisiell form er gitt i SI-heftet, utgitt siden 1970, og dets tillegg; disse dokumentene er publisert på den offisielle nettsiden til International Bureau of Weights and Measures. Siden 1985disse dokumentene er utstedt på engelsk og fransk og er alltid oversatt til flere språk rundt om i verden, selv om det offisielle språket i dokumentet er fransk.

Den nøyaktige offisielle definisjonen av SI-systemet er som følger: "The International System of Units (SI) er et system av enheter basert på International System of Units, sammen med navn og symboler, og et sett med prefikser og deres navn og symboler sammen med regler for bruk vedtatt av General Conference on Weights and Measures (CGPM) «.

SI-systemet er definert av syv grunnleggende enheter av fysiske størrelser og deres derivater, samt prefikser til disse Standardforkortelsene av enhetsbetegnelser og reglene for skriving av derivater er regulert. Det er syv grunnleggende enheter som før: kilogram, meter, sekund, ampere, kelvin, muldvarp, candela. Basisenheter er størrelsesuavhengige og kan ikke utledes fra andre enheter.

Når det gjelder avledede enheter, kan de oppnås basert på de grunnleggende, ved å utføre matematiske operasjoner som divisjon eller multiplikasjon. Noen av de resulterende enhetene, for eksempel "radian", "lumen", "anheng", har sine egne navn.

Du kan bruke et prefiks foran navnet på enheten, for eksempel millimeter — en tusendels meter og kilometer — tusen meter. Prefikset betyr at en skal deles eller multipliseres med et heltall som er en spesifikk potens på ti.