SI-målesystem - historie, formål, rolle i fysik

Menneskets historie er flere tusinde år gammel, og på forskellige stadier af dens udvikling har næsten hver nation brugt nogle af dens konventionelle referencesystemer. Nu er det internationale system af enheder (SI) blevet obligatorisk for alle lande.

Systemet indeholder syv grundlæggende måleenheder: sekund - tid, meter - længde, kilogram - masse, ampere - elektrisk strømstyrke, kelvin - termodynamisk temperatur, candela - lysintensitet og mol - mængde af stof. Der er to yderligere enheder: radianen for en flad vinkel og steradianen for en rumvinkel.

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

Hvordan tælleren bestemmes

I det 17. århundrede, med udviklingen af ​​videnskaben i Europa, begyndte opfordringer til indførelse af en universel målestok eller katolsk måler at blive hørt oftere og oftere. Det ville være et decimaltal baseret på den naturlige begivenhed og uafhængig af myndighedspersonens beslutning. En sådan foranstaltning ville erstatte de mange forskellige foranstaltninger, der dengang eksisterede.

Den britiske filosof John Wilkins foreslog at tage længden af ​​pendulet som en længdeenhed, hvis halve periode ville være lig med et sekund. Men afhængigt af målestedet var værdien ikke den samme. Den franske astronom Jean Richet konstaterede dette under en rejse til Sydamerika (1671 — 1673).

I 1790 foreslog minister Talleyrand at måle referencelængden ved at placere pendulet på en strengt fastsat breddegrad mellem Bordeaux og Grenoble - 45° nordlig bredde. Som et resultat besluttede den franske nationalforsamling den 8. maj 1790, at måleren er længden af ​​et pendul med en halvperiode på 45° breddegrad svarende til 1 s. Ifølge dagens SI ville denne meter være lig med 0,994 m. Denne definition falder dog ikke i god jord hos det videnskabelige samfund.

Den 30. marts 1791 accepterede det franske videnskabsakademi forslaget om at definere en målestandard som en del af Paris-meridianen. Den nye enhed skulle være en ti-milliontedel af afstanden fra ækvator til Nordpolen, det vil sige en ti-milliontedel af en fjerdedel af jordens omkreds, målt langs Parismeridianen. Dette blev kendt som "Meter True and Definitive".

Den 7. april 1795 vedtog nationalkonventionen en lov, der indførte det metriske system i Frankrig og instruerede kommissærerne, herunder Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace og andre videnskabsmænd bestemte eksperimentelt længde- og masseenhederne.

I perioden fra 1792 til 1797 målte de franske videnskabsmænd Delambre (1749-1822) og Mechen (1744-1804) den samme bue af Paris-meridianen med en længde på 9°40' fra Dunkerque til Barcelona om 6 år, år, lægger en kæde af 115 trekanter på tværs af Frankrig og en del af Spanien.

Det viste sig dog senere, at standarden på grund af en forkert beregning af Jordens polære kompression viste sig at være 0,2 mm kortere. Meridianlængden på 40.000 km er således kun omtrentlig. Den første prototype af standard messingmåleren blev imidlertid lavet i 1795. Det skal bemærkes, at masseenheden (kilogrammet, hvis definition er baseret på massen af ​​en kubikdecimeter vand) også er bundet til definitionen af måler.

Historien om dannelsen af ​​SI-systemet

Den 22. juni 1799 blev to platinstandarder - standardmåleren og standardkilogrammet - fremstillet i Frankrig. Denne dato kan med rette betragtes som dagen for begyndelsen af ​​udviklingen af ​​det nuværende SI-system.

I 1832 skabte Gauss den såkaldte Det absolutte system af enheder, der tager som de grundlæggende tre enheder: tidsenheden er den anden, længdeenheden er millimeteren, og masseenheden er gram, fordi ved hjælp af disse særlige enheder var videnskabsmanden i stand til at måle absolutte værdi af Jordens magnetfelt (dette system fik navnet SGS Gauss).

I 1860'erne, under indflydelse af Maxwell og Thomson, blev kravet om, at basis- og afledte enheder skal være kompatible med hinanden, formuleret. Som et resultat blev CGS-systemet introduceret i 1874, med præfikser også distribueret for at betegne delmængder og multipla af enheder fra mikro til mega.

I 1875 underskrev repræsentanter for 17 lande, herunder Rusland, USA, Frankrig, Tyskland, Italien, den metriske konvention, ifølge hvilken International Bureau of Measures, International Committee of Measures blev oprettet, og en regulær konvention begyndte at fungere. Generalkonference om vægte og mål (GCMW)… Samtidig begyndte arbejdet med at udvikle en international standard for kilogrammet og en standard for måleinstrumentet.

I 1889 ved den første konference i GKMV, ISS systembaseret på meter, kilogram og sekund, ligesom CGS, virkede ISS-enhederne dog mere acceptable på grund af bekvemmeligheden ved praktisk brug. Optik og elektriske enheder vil blive introduceret senere.

I 1948 udstedte den niende generalkonference om vægte og mål efter ordre fra den franske regering og International Union of Theoretical and Applied Physics en instruks til den internationale komité for vægte og mål om at foreslå, for at forene systemet med enheder i måling, hans ideer om at skabe et enkelt system af måleenheder, der kan accepteres af alle lande - parter i den metriske konvention.

Som et resultat blev følgende seks enheder foreslået og vedtaget ved den tiende GCMW i 1954: meter, kilogram, sekund, ampere, kelvin og candela. I 1956 fik systemet navnet «Systeme International d'Unities» - det internationale enhedssystem.

I 1960 blev der vedtaget en standard, som for første gang blev kaldt «International System of Units» og fik tildelt forkortelsen «SI» (SI).

Grundenhederne forblev de samme seks enheder: meter, kilogram, sekund, ampere, kelvin og candela, to yderligere enheder (radian og steradian) og 27 vigtigste afledte, uden på forhånd at specificere andre afledte enheder, der kunne tilføjes af - sent. (Forkortelsen på russisk "SI" kan dechifreres som "Internationalt System").

Alle disse seks basisenheder, både yderligere enheder og syvogtyve vigtigste afledte enheder, faldt fuldstændig sammen med de tilsvarende grundlæggende, yderligere og afledte enheder, der blev vedtaget på det tidspunkt i USSRs statsstandarder for måleenheder for ISS, MKSA, МКСГ og MSS systemer.

I 1963 i USSR, iflg GOST 9867-61 "Internationalt system af enheder", SI accepteres som foretrukket for områderne national økonomi, i naturvidenskab og teknologi og til undervisning i uddannelsesinstitutioner.

I 1968, ved den trettende GKMV, blev enheden "grad Kelvin" erstattet af "kelvin", og betegnelsen "K" blev også vedtaget. Derudover blev en ny definition af et sekund vedtaget: en anden er et tidsinterval svarende til 9.192.631.770 strålingsperioder svarende til overgangen mellem to hyperfine niveauer af grundkvantetilstanden for cæsium-133-atomet. I 1997 ville der blive vedtaget en præcisering, at dette tidsinterval refererer til cæsium-133-atomet i hvile ved 0 K.

I 1971 blev en anden basisenhed «mol» tilføjet til 14 GKMV - en enhed for stofmængden. En muldvarp er mængden af ​​stof i et system, der indeholder lige så mange strukturelle elementer, som der er atomer i kulstof-12, der vejer 0,012 kg. Når en muldvarp anvendes, skal de strukturelle elementer specificeres og kan være atomer, molekyler, ioner, elektroner og andre partikler eller specificerede grupper af partikler.

I 1979 vedtog den 16. CGPM en ny definition af candelaen. Candelaen er lysstyrken i en given retning af en kilde, der udsender monokromatisk stråling med en frekvens på 540 × 1012 Hz, hvis lysstyrke i den retning er 1/683 W/sr (watt pr. steradian).

I 1983 blev en ny definition givet til tælleren på 17 GKMV.En meter er længden af ​​den sti, som lyset tilbagelægger i et vakuum på (1/299.792.458) sekunder.

I 2009 godkendte Den Russiske Føderations regering "forordningen om måleenheder tilladt til brug i Den Russiske Føderation", og i 2015 blev der foretaget ændringer til den for at udelukke "gyldighedsperioden" for nogle ikke-systemenheder.

De vigtigste fordele ved SI-systemet er følgende:

1. Ensretning af enheder af fysiske størrelser for forskellige typer af måling.

SI-systemet tillader enhver fysisk størrelse, der findes inden for forskellige teknologiområder, at have én fælles enhed for dem, for eksempel joule for alle typer arbejde og mængden af ​​varme i stedet for de aktuelt anvendte forskellige enheder for denne mængde (kilogram - kraft - meter, erg, kalorie, watt-time osv.).

2. Systemets universalitet.

SI-enheder dækker alle grene af videnskab, teknologi og den nationale økonomi, eksklusive behovet for brug af andre enheder og repræsenterer generelt et enkelt system, der er fælles for alle måleområder.

3. Tilslutning (sammenhæng) af systemet.

I alle fysiske ligninger, der definerer de resulterende måleenheder, er proportionalitetsfaktoren altid en dimensionsløs størrelse svarende til enhed.

SI-systemet gør det muligt væsentligt at forenkle operationerne med at løse ligninger, udføre beregninger og tegne grafer og nomogrammer, da der ikke er behov for at bruge et betydeligt antal omregningsfaktorer.

4. SI-systemets harmoni og sammenhæng letter i høj grad studiet af fysiske love og den pædagogiske proces i studiet af almene videnskabelige og specielle discipliner, samt udledningen af ​​forskellige formler.

5.Principperne for konstruktionen af ​​SI-systemet giver mulighed for at danne nye afledte enheder efter behov, og derfor er listen over enheder i dette system åben for yderligere udvidelse.

Formålet med SI-systemet og dets rolle i fysik

Til dato er det internationale system af fysiske størrelser SI blevet accepteret over hele verden og bruges mere end andre systemer både inden for videnskab og teknologi og i menneskers daglige liv - det er en moderne version af det metriske system.

De fleste lande bruger SI-enheder i teknologi, selvom de bruger traditionelle enheder til disse områder i hverdagen. I USA, for eksempel, er sædvanlige enheder defineret som SI-enheder ved hjælp af faste koefficienter.

Mængden Betegnelse Russisk navn Russisk international Flad 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 Tryk pascal Pa Pa Lysstrøm lumen lm lm Belysning lux OK lx Elektrisk ladningsvedhæng CL ° C Potentialforskel volt V V Modstand ohm Ohm R Elektrisk kapacitet farad F F Magnetisk flux Weber Wb Wb Magnetisk induktion Tesla T T Induktans Henry Mr. H Elektrisk ledningsevne Siemens Cm C Aktivitet af en radioaktiv kilde becquerel Bq Bq Absorberet dosis ioniserende stråling grå Gr Gy Effektiv dosis ioniserende stråling sievert Sv Sv Aktivitet af katalysatoren rullet kat kat

En udtømmende detaljeret beskrivelse af SI-systemet i officiel form findes i SI-hæftet, udgivet siden 1970, og dets tillæg; disse dokumenter er offentliggjort på den officielle hjemmeside for International Bureau of Weights and Measures. Siden 1985disse dokumenter er udstedt på engelsk og fransk og er altid oversat til flere sprog rundt om i verden, selvom det officielle sprog i dokumentet er fransk.

Den præcise officielle definition af SI-systemet er som følger: "Det internationale system af enheder (SI) er et system af enheder baseret på det internationale system af enheder, sammen med navne og symboler og et sæt præfikser og deres navne og symboler sammen med regler for deres anvendelse vedtaget af General Conference on Weights and Measures (CGPM) «.

SI-systemet er defineret af syv grundlæggende enheder af fysiske størrelser og deres afledte samt præfikser til dem.Standardforkortelserne af enhedsbetegnelser og reglerne for skrivning af afledte er reguleret. Der er syv grundlæggende enheder som før: kilogram, meter, sekund, ampere, kelvin, muldvarp, candela. Basisenheder er størrelsesuafhængige og kan ikke afledes fra andre enheder.

Hvad angår afledte enheder, kan de opnås baseret på de grundlæggende ved at udføre matematiske operationer såsom division eller multiplikation. Nogle af de resulterende enheder, såsom "radian", "lumen", "vedhæng", har deres egne navne.

Du kan bruge et præfiks før navnet på enheden, såsom millimeter — en tusindedel af en meter og kilometer — tusind meter. Præfikset betyder, at en skal divideres eller ganges med et heltal, der er en specifik potens af ti.