Международная система физических величин си. Международная система единиц физических величин

Система единиц физических величин, современный вариант метрической системы. СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике. В настоящее время СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы. В этих немногих странах (например, в США) определения традиционных единиц были изменены таким образом, чтобы связать их фиксированными коэффициентами с соответствующими единицами СИ.

СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году, некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.

В 1971 году XIV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу количества вещества (моль).

В 1979 году XVI Генеральная конференция по мерам и весам приняла новое, действующее поныне, определение канделы.

В 1983 году XVII Генеральная конференция по мерам и весам приняла новое, действующее поныне, определение метра.

СИ определяет семь основных и производные единицы физических величин (далее - единицы), а также набор приставок. Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц и правила записи производных единиц.

Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, то есть ни одна из основных единиц не может быть получена из других.

Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ присвоены собственные названия, например, радиану.

Приставки можно использовать перед названиями единиц; они означают, что единицу нужно умножить или разделить на определённое целое число, степень числа 10. Например, приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.

Многие внесистемные единицы, такие как, например, тонна, час, литр и электронвольт не входят в СИ, но они «допускаются к применению наравне с единицами СИ».

Семь основных единиц и зависимость их определений

Основные единицы СИ

Единица	Обозначение	Величина	Определение	Исторические происхождения / Обоснование
			Метр есть длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 секунды. XVII Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) (1983 г, Резолюция 1)	1⁄10000000 расстояния от экватора Земли до северного полюса на меридиане Парижа.
Килограмм			Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма. I ГКМВ (1899 г.) и III ГКМВ (1901 г.)	Масса одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре 4 C и стандартном атмосферном давлении на уровне моря.
			Секунда есть время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. XIII ГКМВ (1967 г., Резолюция 1) «В покое при 0 К при отсутствии возмущения внешними полями» (Добавлено в 1997 году)	День делится на 24 часа, каждый час делится на 60 минут, каждая минута делится на 60 секунд. Секунда это - 1⁄(24 × 60 × 60) часть дня
		Сила электрического тока	Ампер есть сила не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2·10 −7 ньютонов. Международный комитет мер и весов (1946 г., Резолюция 2, одобренная IX ГКМВ в 1948 г.)
		Термодинамическая Температура	Кельвин есть единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. XIII ГКМВ (1967 г., Резолюция 4) В 2005 г. Международный комитет мер и весов установил требования к изотопному составу воды при реализации температуры тройной точки воды: 0,00015576 моля 2H на один моль 1Н, 0,0003799 моля 17 О на один моль 16 О и 0,0020052 моля 18 О на один моль 16 О.	Шкала Кельвина использует тот же шаг, что и шкала Цельсия, но 0 кельвинов это температура абсолютного нуля, а не температура плавления льда. Согласно современному определению ноль шкалы Цельсия установлен таким образом, что температура тройной точки воды равна 0,01 C. В итоге, шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15°C =K - 273,15.
		Количество вещества	Моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц. XIV ГКМВ (1971 г., Резолюция 3)
		Сила света	Кандела есть сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·10 12 герц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет (1/683) Вт/ср. XVI ГКМВ (1979 г., Резолюция 3)

Величина		Единица
Наименование	Размерность	Наименование		Обозначение
		русское	французское/английское	русское	международное
		килограмм	kilogramme/kilogram
Сила электрического тока
Термодинамическая температура
Количество вещества				моль
Сила света

Производные единицы с собственными названиями

Величина	Единица		Обозначение		Выражение
	русское название	французское/английское название	русское	международное
Плоский угол
Телесный угол	стерадиан				м 2 ·м −2 = 1
Температура по шкале Цельсия	градус Цельсия	degré Celsius/degree Celsius
					кг·м·c −2
					Н·м = кг·м 2 ·c −2
Мощность					Дж/с = кг·м 2 ·c −3
Давление					Н/м 2 = кг·м −1 ·с −2
Световой поток
Освещённость					лм/м² = кд·ср/м²
Электрический заряд
Разность потенциалов					Дж/Кл = кг·м 2 ·с −3 ·А −1
Сопротивление					В/А = кг·м 2 ·с −3 ·А −2
Электроёмкость					Кл/В = с 4 ·А 2 ·кг −1 ·м −2
Магнитный поток					кг·м 2 ·с −2 ·А −1
Магнитная индукция					Вб/м 2 = кг·с −2 ·А −1
Индуктивность					кг·м 2 ·с −2 ·А −2
Электрическая проводимость					Ом −1 = с 3 ·А 2 ·кг −1 ·м −2
Активность радиоактивного источника	беккерель
Поглощённая доза ионизирующего излучения					Дж/кг = м²/c²
Эффективная доза ионизирующего излучения					Дж/кг = м²/c²
Активность катализатора

Единицы, не входящие в СИ, но по решению Генеральной конференции по мерам и весам «допускаются для использования совместно с СИ».

Единица	Французское/английское название	Обозначение		Величина в единицах СИ
		русское	международное
				60 мин = 3600 с
				24 ч = 86 400 с
угловая минута				(1/60)° = (π/10 800)
угловая секунда				(1/60)′ = (π/648 000)
				безразмерна
				безразмерна
электронвольт				≈1,602 177 33·10 −19 Дж
атомная единица массы, дальтон	unité de masse atomique unifiée, dalton/unified atomic mass unit, dalton			≈1,660 540 2·10 −27 кг
астрономическая единица	unité astronomique/astronomical unit			149 597 870 700 м (точно)
морская миля	mille marin/nautical mile			1852 м (точно)
				1 морская миля в час = (1852/3600) м/с
ангстрем

Правила написания обозначений единиц

Обозначения единиц печатают прямым шрифтом, точку как знак сокращения после обозначения не ставят.

Обозначения помещают за числовыми значениями величин через пробел, перенос на другую строку не допускается. Исключения составляют обозначения в виде знака над строкой, перед ними пробел не ставится. Примеры: 10 м/с, 15°.

Если числовое значение представляет собой дробь с косой чертой, его заключают в скобки, например: (1/60) с −1 .

При указании значений величин с предельными отклонениями их заключают в скобки или проставляют обозначение единицы за числовым значением величины и за её предельным отклонением: (100,0 ± 0,1) кг, 50 г ± 1 г.

Обозначения единиц, входящие в произведение, отделяют точками на средней линии (Н·м, Па·с), не допускается использовать для этой цели символ «×». В машинописных текстах допускается точку не поднимать или разделять обозначения пробелами, если это не может вызвать недоразумения.

В качестве знака деления в обозначениях можно использовать горизонтальную черту или косую черту (только одну). При применении косой черты, если в знаменателе стоит произведение единиц, его заключают в скобки. Правильно: Вт/(м·К), неправильно: Вт/м/К, Вт/м·К.

Допускается применять обозначения единиц в виде произведения обозначений единиц, возведённых в степени (положительные и отрицательные): Вт·м −2 ·К −1 , А·м². При использовании отрицательных степеней не разрешается использовать горизонтальную или косую черту (знак деления).

Допускается применять сочетания специальных знаков с буквенными обозначениями, например: °/с (градус в секунду).

Не допускается комбинировать обозначения и полные наименования единиц. Неправильно: км/час, правильно: км/ч.

Обозначения единиц, произошедшие от фамилий, пишутся с заглавной буквы, в том числе с приставками СИ, например: ампер - А, мегапаскаль - МПа, килоньютон - кН, гигагерц - ГГц.

Под физической величиной понимают характеристику физических объектов или явлений материального мира, общую в качественном отношении для множества объектов или явлений, но индивидуальную для каждого из них в количественном отношении. Например, масса – физическая величина. Она является общей характеристикой физических объектов в качественном отношении, но в количественном отношении для различных объектов имеет свое индивидуальное значение.

Под значением физической величины понимают ее оценку, выражаемую произведением отвлеченного числа на принятую для данной физической величины единицу. Например, в выражении для давления атмосферного воздуха р = 95,2 кПа, 95,2 – отвлеченное число, представляющее числовое значение давления воздуха, кПа – принятая в данном случае единица давления.

Под единицей физической величины понимают физическую величину, фиксированную по размеру и принятую в качестве основы для количественной оценки конкретных физических величин. Например, в качестве единиц длины применяют метр, сантиметр и др.

Одной из важнейших характеристик физической величины является ее размерность. Размерность физической величины отражает связь данной величины с величинами, принятыми за основные в рассматриваемой системе величин.

Система величин, которая определяется Международной системой единиц СИ и которая принята в России, содержит семь основных системных величин, представленных в Табл.1.1.

Существуют две дополнительные единицы СИ – радиан и стерадиан, характеристики которых представлены в Табл.1.2.

Из основных и дополнительных единиц СИ образованы 18 производных единиц СИ, которым присвоены специальные, обязательные к применению наименования. Шестнадцать единиц названы в честь ученых, остальные две – люкс и люмен (см. Табл.1.3).

Специальные наименования единиц могут быть использованы при образовании других производных единиц. Производными единицами, не имеющими специального обязательного наименования являются: площадь, объем, скорость, ускорение, плотность, импульс, момент силы и др.

Наравне с единицами СИ допускается применять десятичные кратные и дольные от них единицы. В Табл.1.4 представлены наименования и обозначения приставок таких единиц и их множители. Такие приставки называются приставками СИ.

Выбор той или иной десятичной кратной или дольной единицы прежде всего определяется удобством ее применения на практике. В принципе выбирают такие кратные и дольные единицы, при которых числовые значения величин находятся в диапазоне от 0,1 до 1000. Например, вместо 4000000 Па лучше применять 4 МПа.

Таблица 1.1. Основные единицы СИ

Величина			Единица
Наименование	Размерность	Рекомендуемое обозначение	Наименование	Обозначение		Определение
				международное	русское
Длина	L	l	метр	m	м	Метр равен расстоянию, проходимому в вакууме плоской электромагнитной волной за 1/299792458 долей секунды	км, см, мм, мкм, нм
Масса	М	m	килограмм	kg	кг	Килограмм равен массе международного прототипа килограмма	Мг, г, мг, мкг
Время	Т	t	секунда	s	с	Секунда равна 9192631770 периодам излучения при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133	кс, мс, мкс, нс
Сила электрического тока	I	I	ампер	А	А	Ампер равен силе изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия 2·10 -7 Н	кА, мА, мкА, нА, пА
Термодинамическая температура		T	кельвин*	К	К	Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды	МК, кК, мК, мкК
Количество вещества	N	n; n	моль	mol	моль	Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг	кмоль, ммоль, мкмоль
Сила света	J	J	кандела	cd	кд	Кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частостей 540·10 12 Гц, сила излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср

* Кроме температуры Кельвина (обозначение Т ) допускается применять также температуру Цельсия (обозначение t ), определяемую выражением t = Т – 273,15 К. Температура Кельвина выражается в кельвинах, а температура Цельсия – в градусах Цельсия (°С). Интервал или разность температур Кельвина выражают только в кельвинах. Интервал или разность температур Цельсия допускается выражать как в кельвинах, так и в градусах Цельсия.

Таблица 1.2

Дополнительные единицы СИ

Величина			Единица					Обозначения рекомендуемых кратных и дольных единиц
Наименование	Размерность	Рекомендуемое обозначение	Определяющее уравнение	Наименование	Обозначение		Определение
					международное	русское
Плоский угол	1	a, b, g, q, n, j	a = s /r	радиан	rad	рад	Радиан равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу	мрад, мкрад
Телесный угол	1	w, W	W = S /r 2	стерадиан	sr	ср	Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы

Таблица 1.3

Производные единицы СИ, имеющие специальные наименования

Величина		Единица
Наименование	Размерность	Наименование	Обозначение
			международное	русское
Частота	Т -1	герц	Hz	Гц
Сила, вес	LMT -2	ньютон	N	Н
Давление, механическое напряжение, модуль упругости	L -1 MT -2	паскаль	Pa	Па
Энергия, работа, количество теплоты	L 2 MT -2	джоуль	J	Дж
Мощность, поток энергии	L 2 MT -3	ватт	W	Вт
Электрический заряд (количество электричества)	ТI	кулон	С	Кл
Электрическое напряжение, электрический потенциал, разность электрических потенциалов, электродвижущая сила	L 2 MT -3 I -1	вольт	V	В
Электрическая емкость	L -2 M -1 T 4 I 2	фарад	F	Ф
Электрическое сопротивление	L 2 MT -3 I -2	ом		Ом
Электрическая проводимость	L -2 M -1 T 3 I 2	сименс	S	См
Поток магнитной индукции, магнитный поток	L 2 MT -2 I -1	вебер	Wb	Вб
Плотность магнитного потока, магнитная индукция	MT -2 I -1	тесла	Т	Тл
Индуктивность, взаимная индуктивность	L 2 MT -2 I -2	генри	Н	Гн
Световой поток	J	люмен	lm	лм
Освещенность	L -2 J	люкс	lx	лк
Активность нуклида в радиоактивном источнике	T -1	беккерель	Bq	Бк
Поглощенная доза излучения, керма	L 2 T -2	грей	Gy	Гр
Эквивалентная доза излучения	L 2 T -2	зиверт	Sv	Зв

Таблица 1.4

Наименования и обозначения приставок СИ для образования десятичных кратных и дольных единиц и их множители

Наименование приставки	Обозначение приставки		Множитель
	международное	русское
экса	E	Э	10 18
пета	P	П	10 15
тера	T	Т	10 12
гига	G	Г	10 9
мега	M	М	10 6
кило	k	к	10 3
гекто*	h	г	10 2
дека*	da	да	10 1
деци*	d	д	10 -1
санти*	c	с	10 -2
милли	m	м	10 -3
микро		мк	10 -6
нано	n	н	10 -9
пико	p	п	10 -12
фемто	f	ф	10 -15
атто	a	а	10 -18

* Приставки "гекто", "дека", "деци" и "санти" допускается применять только для единиц, получивших широкое распространение, например: дециметр, сантиметр, декалитр, гектолитр.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ С ПРИБЛИЖЕННЫМИ ЧИСЛАМИ

В результате измерений, а также при проведении многих математических операций получаются приближенные значения искомых величин. Поэтому необходимо рассмотреть ряд правил вычислений с приближенными значениями. Эти правила позволяют уменьшить объем вычислительной работы и исключить дополнительные погрешности. Приближенные значения имеют такие величины, как , логарифмы и т. п., различные физические постоянные, результаты измерений.

Как известно, любое число записывают с помощью цифр: 1, 2, …, 9, 0; при этом значащими цифрами считают 1, 2, …, 9. Нуль может быть как значащей цифрой, если он стоит в середине или конце числа, так и незначащей, если он стоит в десятичной дроби с левой стороны и указывает лишь разряд остальных цифр.

Многообразие отдельные единиц (силу, например, можно было выразить в кг, фунтах и др.) и систем единиц создавало большие трудности во всемирном обмене научными и экономическими достижениями. Поэтому еще в 19 веке отмечалась необходимость в создании единой международной системы, которая бы включала в себя и единицы измерений величин, используемых во всех разделах физики. Однако, соглашение о введении такой системы было принято только в 1960 году.

Международная система единиц – это правильно построенная и взаимосвязанная совокупность физических величин. Она была принята в октябре 1960 года на 11 генеральной конференции по мерам и весам. Сокращенное название системы –SI. В русской транскрипции – СИ. (система интернациональная).

В СССР в 1961 году был введен в действие ГОСТ 9867-61, которым устанавливается предпочтительное применение этой системы во всех областях науки, техники, и преподавания. В настоящие время действующим является ГОСТ 8.417-81 «ГСИ. Единицы физических величин». Этот стандарт устанавливает единицы физических величин, применяемые в СССР, их наименования, обозначения и правила применения. Он разработан в полном соответствии с системой СИ и с СТ СЭВ 1052-78.

Система Си состоит из семи основных единиц, двух дополнительных и ряда производных. Кроме единиц СИ допускается применение дольных и кратных единиц, получаемых умножением исходных величин на 10 n , гдеn= 18, 15, 12, … -12, -15, -18. Наименование кратных и дольных единиц образуется присоединением соответствующих десятичных приставок:

экса (Э) = 10 18 ; пета (П) = 10 15 ; тера (Т) = 10 12 ; гига (Г) = 10 9 ; мега (М) = 10 6 ;

мили (м) = 10 –3 ; микро (мк) = 10 –6 ; нано (н) = 10 –9 ; пико (п) = 10 –12 ;

фемто (ф) = 10 –15 ; атто (а) = 10 –18 ;

ГОСТ 8.417-81 разрешает использовать кроме указанных единиц ряд внесистемных единиц, а также единицы, временно разрешенные к применению до принятия соответствующих международных решений.

К первой группе относятся: тонна, сутки, час, минута, год, литр, световой год, вольт-ампер.

Ко второй группе относятся: морская миля, карат, узел, об*мин.

1.4.4 Основные единицы си.

Единица длинны – метр (м)

Метр равен 1650763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2p 10 и 5d 5 атома криптона-86.

В международном бюро мер и весов и в крупных национальных метрологических лабораториях созданы установки для воспроизведения метра в длинах световых волн.

Единица массы – килограмм (кг).

Масса – мера инерции тел и их гравитационных свойств. Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

Государственный первичный эталон килограмма СИ предназначен для воспроизведения, хранения и передачи единицы массы рабочим эталонам.

В состав эталона входят:

Копия международного прототипа килограмма – платино-иридиевый прототип №12, представляющий собой гирю в виде цилиндра диаметром и высотой 39мм.

Равноплечие призменные весы №1 на 1 кг с дистанционным управлением фирмы Рупхерт (1895 года) и №2 изготовленные во ВНИИМе в 1966г.

Один раз, в 10 лет государственный эталон сравнивают с эталоном-копией. За 90 лет масса государственного эталона увеличилась на 0,02мг из-за пыли, адсорбции и коррозии.

Сейчас масса является единственной величиной единица, которой определяется через вещественный эталон. Такое определение имеет ряд недостатков – изменение массы эталона с течением времени, невоспроизводимость эталона. Ведутся поисковые работы по выражению единицы массы через естественные константы, например через массу протона. Планируется также разработка эталона через определенное число атомов кремния Si-28. для решения этой задачи, прежде всего, должна быть повышена точность измерения числа Авогадро.

Единица измерения времени – секунда (с).

Время является одним из центральных понятий нашего мировоззрения, одним из важнейших факторов в жизни и деятельности людей. Его измеряют с помощью стабильных периодических процессов – годового вращения Земли вокруг Солнца, суточного – вращения Земли вокруг своей оси, различных колебательных процессов. Определение единицы времени – секунды несколько раз менялось в соответствии с развитием науки и требований к точности измерения. Сейчас существует следующее определение:

Секунда – равна 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133.

В настоящее время создан лучевой эталон времени, частоты и длинны, используемый службой времени и частоты. Радиосигналы позволяют передавать единицу времени, поэтому она широко доступна. Погрешность эталона секунды 1·10 -19 с.

Единица силы электрического тока – ампер (А)

Ампер равен силе не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным и прямолинейным проводникам бесконечной длинны и ничтожно малой площади поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метра друг от друга, вызвал бы на каждом участке проводника длинной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10 -7 Н.

Погрешность эталона ампера 4·10 -6 А. Эту единицу воспроизводят с помощью так называемых токовых весов, которые приняты в качестве эталона ампера. Планируется использовать в качестве основной единицы 1 вольт, так как погрешность его воспроизведения равна 5·10 -8 В.

Единица термодинамической температуры – Кельвин (К)

Температура – это величина, характеризующая степень нагретости тела.

Со времени изобретения Галилеем Термометра измерение температуры основано на применении т ого или иного термометрического вещества, изменяющего свой объем или давление при изменении температуры.

Все известные температурные шкалы (Фаренгейта, Цельсия, Кельвина) основаны на каких-либо реперных точках, которым приписываются различные числовые значения.

Кельвин и независимо от него Менделеев высказали соображения о целесообразности построения шкалы температур по одной реперной точке, в качестве которой была взята «тройная точка воды», являющаяся точкой равновесия воды в твердой, жидкой и газообразной фазах. Она в настоящее время может быть воспроизведена в специальных сосудах с погрешностью не более 0,0001 градуса Цельсия. Нижней границей температурного интервала служит точка абсолютного нуля. Если этот интервал разбить на 273,16 частей, то получиться единица измерения называемая Кельвином.

Кельвин – это 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.

Для обозначения температуры, выраженной в Кельвинах, принят символ Т, а в градусах Цельсия t. Переход производится по формуле:T=t+ 273,16. Градус Цельсия равен одному Кельвину (обе единицы имеют право на использование).

Единица силы света – кандела (кд)

Сила света –это величина, характеризующая свечение источника в некотором направлении, равна отношению светового потока к малому телесному углу, в котором он распространяется.

Кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·10 12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 (Вт/ср) (Ватт на стерадиан).

Погрешность воспроизведения единицы эталоном 1·10 -3 кд.

Единица количества вещества – моль.

Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде С12 массой 0,012кг.

При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами или специфицированными группами частиц.

Дополнительные единицы СИ

Международная система включает в себя две дополнительные единицы – для измерения плоского и телесного углов. Они не могут быть основными, так как являются безразмерными величинами. Присвоение углу самостоятельной размерности привело бы к необходимости изменений уравнений механики, относящихся к вращательному и криволинейному движению. Вместе с тем они не являются производными, так как не зависят от выбора основных единиц. Поэтому указанные единицы включены в СИ в качестве дополнительных, необходимых для образования некоторых производных единиц – угловой скорости, углового ускорения и т.п.

Единица плоского угла – радиан (рад)

Радиан равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Государственный первичный эталон радиана состоит из 36-гранной призмы и эталонной угломерной автоколлимационной установки с ценой деления отсчетных устройств 0,01’’. Воспроизведение единицы плоского угла осуществляется методом калибровки, исходя из того, что сумма всех центральных углов многогранной призмы равна 2π рад.

Единица телесного угла – стерадиан (ср)

Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Измеряют телесный угол путем определения плоских углов при вершине конуса. Телесному углу 1ср соответствует плоский угол 65 0 32’. Для пересчета пользуются формулой:

где Ω – телесный угол в ср; α – плоский угол при вершине в градусах.

Телесному углу π соответствует плоский угол 120 0 , а телесному углу 2π – плоский угол 180 0 .

Обычно углы измеряют все-таки в градусах – это удобнее.

Преимущества СИ

Она является универсальной, то есть охватывает все области измерений. С её внедрением можно отказаться от всех других систем единиц.

Она является когерентной, то есть системой, в которой производные единицы всех величин получаются с помощью уравнений с числовыми коэффициентами, равными безразмерной единице (система является связанной и согласованной).

Единицы в системе унифицированы (вместо ряда единиц энергии и работы: килограм-сила-метр, эрг, калория, киловатт-час, электрон-вольт и др. – одна единица для измерения работы и всех видов энергии – джоуль).

Осуществляется четкие разграничение единиц массы и силы (кг и Н).

Недостатки СИ

Не все единицы имеют удобный для практического использования размер: единица давления Па – очень маленькая величина; единица электрической емкости Ф – очень большая величина.

Неудобство измерения углов в радианах (градусы воспринимаются легче)

Многие производные величины не имеют пока собственных названий.

Таким образом, принятие СИ является очередным и очень важным шагом в развитии метрологии, шагом вперед в совершенствовании систем единиц физических величин.

Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) в 1954 г. определила шесть основных единиц физических величин для их использования в международных отношениях: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина и свеча. XI Генеральная конференция по мерам и весам в 1960 г. утвердила Международную систему единиц , обозначаемую SI (от начальных букв французского названия Systeme International d" Unites), на русском языке - СИ. В последующие годы Генеральная конференция приняла ряд дополнений и изменений, в результате чего в системе стало семь основных единиц, дополнительные и производные единицы физических величия (см. приложение 19), а также разработала следующие определения основных единиц:

единица длины - метр - длина пути, которую проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды;

единица массы - килограмм - масса, равная массе международного прототипа килограмма;

единица времени - секунда - продолжительность 9192631770 периодов излучения, которое соответствует переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей;

единица силы электрического тока - ампер - сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме , создал бы между этими проводниками силу, равную 2 · 10 -7 Η на каждый метр длины;

единица термодинамической температуры - кельвин - 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки йоды . Допускается также применение шкалы Цельсия;

единица количества вещества - моль - количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода-12 массой 0,012 кг;

единица силы света - кандела - сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 · 10 12 Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Приведенные определения довольно сложны и требуют достаточного уровня

знаний, прежде всего в физике. Но они дают представление о природном, естественном происхождении принятых единиц, а толкование их усложнялось по мере развития науки н благодаря новым высоким достижениям теоретической и практической физики, механики, математики и других фундаментальных областей знаний. Это дало возможность, с одной стороны, представить основные единицы как достоверные и точные, а с другой - как объяснимые и как бы понятные для всех стран мира, что является главным условием для того, чтобы система единиц стала международной.

В 50–60-е годы XX в. все чаще проявлялось стремление многих стран к созданию единой универсальной системы единиц, которая могла бы стать международной. В числе общих требований к основным и производным единицам выдвигалось требование когерентности такой системы единиц.

В 1954г. X Генеральная конференция по мерам и весам установила шесть основных единиц для международных сношений: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина, свеча.

В 1960г. XI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила Международную систему единиц , обозначаемую сокращенно SI (начальные буквы французского наименования Systeme International d Unites), в русской транскрипции – СИ .

В результате некоторых видоизменений, принятых Генеральными конференциями по мерам и весам в 1967, 1971, 1979 годах, в настоящее время система включает семь основных единиц (табл. 3.3.1).

Таблица 3.3.1

Основные и дополнительные единицы физических величин системы СИ

Величина	Единица
	Обозначение
Наименование	Размерность	Рекомендуемое обозначение	Наименование	русское	международное
Длина	Основные
L		метр	м	m
Масса	М	m	килограмм	кг	kg
Время	Т	t	секунда	с	s
Сила электрического тока	I	I	ампер	А	А
Термодинамическая температура	Q	Т	кельвин	К	К
Количество вещества	N	n, v	моль	моль	mol
Сила света	J	J	канделла	кд	cd
Плоский угол	Дополнительные
-	-	радиан	рад	rad
Телесный угол	-	-	стерадиан	ср	sr

На территории нашей страны система единиц СИ действует с 1 января 1982г . в соответствии с ГОСТ 8.417–81. Система СИ является логическим развитием предшествовавших ей систем единиц СГС и МКГСС и др.

Определение и содержание основных единиц СИ.

В соответствии с решениями Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ), принятыми в разные годы, в настоящее время действуют следующие определения основных единиц СИ.

Единица длины – метр – длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 доли секунды (решение XVII ГКМВ в 1983г.).

Единица массы – килограмм – масса, равная массе международного прототипа килограмма (решение I ГКМВ в 1889 г.).

Единица времени – секунда – продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133, не возмущенного внешними полями (решение XIII ГКМВ в 1967 г.).

Единица силы электрического тока – ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 2 10 -7 Н на каждый метр длины (одобрено IX ГКМВ в 1948 г.).

Единица термодинамической температуры – кельвин (до 1967г. имел наименование градус Кельвина) – 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается выражение термодинамической температуры в градусах Цельсия (резолюция XIII ГКМВ в 1967г.).

Единица количества вещества – моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода-12 массой 0,012кг (резолюция XIV ГКМВ в 1971г.).

Единица силы света – кандела – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 10 12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср (резолюция XVI ГКМВ в 1979г.).

Лекция 4.

Обеспечение единства измерений

Единство измерений

При проведении измерений необходимо обеспечить их единство. Под единством измерений понимается характеристика качества измерений, заключающаяся в том, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам воспроизведенных величин, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы .

Понятие "единство измерений" довольно емкое. Оно охватывает важнейшие задачи метрологии: унификацию единиц ФВ, разработку систем воспроизведения величин и передачи их размеров рабочим средствам измерений с установленной точностью и ряд других вопросов. Единство измерений должно обеспечиваться при любой точности, необходимой науке и технике. На достижение и поддержание на должном уровне единства измерений направлена деятельность государственных и ведомственных метрологических служб, проводимая в соответствии с установленными правилами, требованиями и нормами.

На государственном уровне деятельность по обеспечению единства измерений регламентируется стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) или нормативными документами органов метрологической службы.

Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) – комплекс установленных стандартами взаимоувязанных правил, положений, требований и норм, определяющих организацию и методику приведения работ по оценке и обеспечению точности измерений.

Правовой основой обеспечения единства измерений служит законодательная метрология, которая представляет собой свод государственных законов (Закон РФ «Об обеспечении единства измерений»), актов и нормативно-технических документов различного уровня, регламентирующих метрологические правила, требования и нормы.

Технической основой ГСИ являются:

1. Система (совокупность) государственных эталонов единиц и шкал физических величин – эталонная база страны.

2. Система передачи размеров единиц и шкал физических величин от эталонов ко всем СИ с помощью эталонов и других средств поверки.

3. Система разработки, постановки на производство и выпуска в обращение рабочих СИ, обеспечивающих исследования, разработки, определение с требуемой точностью характеристик продукции, технологических процессов и других объектов.

4. Система государственных испытаний СИ (утверждение типа СИ), предназначенных для серийного или массового производства и ввоза из-за границы партиями.

5. Система государственной и ведомственной метрологической аттестации, поверки и калибровки СИ.

6. Система стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, Система стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов.