Systém měření SI — historie, účel, úloha ve fyzice

Lidská historie je stará několik tisíc let a v různých fázích svého vývoje téměř každý národ používal některý ze svých konvenčních referenčních systémů. Nyní se mezinárodní systém jednotek (SI) stal povinným pro všechny země.

Systém obsahuje sedm základních měrných jednotek: sekunda — čas, metr — délka, kilogram — hmotnost, ampér — síla elektrického proudu, kelvin — termodynamická teplota, kandela — intenzita světla a mol — množství látky. Existují dvě další jednotky: radián pro plochý úhel a steradián pro prostorový úhel.

SI pochází z francouzského Systeme Internationale a znamená Mezinárodní systém jednotek.

Jak se určuje počítadlo

V 17. století s rozvojem vědy v Evropě se stále častěji začalo ozývat volání po zavedení univerzální míry neboli katolického metru. Jednalo by se o desetinné míry založené na přirozené události a nezávislé na rozhodnutí příslušné osoby. Takové opatření by nahradilo mnoho různých systémů opatření, které v té době existovaly.

Britský filozof John Wilkins navrhl vzít délku kyvadla jako jednotku délky, jejíž půlperioda by se rovnala jedné sekundě. V závislosti na místě měření však hodnota nebyla stejná. Tuto skutečnost zjistil francouzský astronom Jean Richet během cesty do Jižní Ameriky (1671 — 1673).

V roce 1790 navrhl ministr Talleyrand změřit referenční délku umístěním kyvadla na přesně pevnou zeměpisnou šířku mezi Bordeaux a Grenoble – 45 ° severní šířky. V důsledku toho 8. května 1790 francouzské národní shromáždění rozhodlo, že metr je délka kyvadla s poloviční periodou na 45° zeměpisné šířky rovnou 1 s. Podle dnešního SI by se tento metr rovnal 0,994 m. Tato definice však vědecké komunitě příliš nesedí.

30. března 1791 Francouzská akademie věd přijala návrh definovat standard měření jako součást pařížského poledníku. Nová jednotka měla představovat jednu desetimiliontinu vzdálenosti od rovníku k severnímu pólu, tedy jednu desetimiliontinu čtvrtiny obvodu Země, měřeno podél pařížského poledníku. Toto se stalo známým jako „Meter True and Definitive“.

Dne 7. dubna 1795 přijal Národní konvent zákon zavádějící metrický systém ve Francii a uložil komisařům, včetně Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace a další vědci experimentálně určili jednotky délky a hmotnosti.

V období od roku 1792 do roku 1797 na základě rozhodnutí revoluční konvence změřili francouzští vědci Delambre (1749-1822) a Mechen (1744-1804) stejný oblouk pařížského poledníku o délce 9°40' od Dunkerque do Barcelona za 6 let, položení řetězce 115 trojúhelníků napříč Francií a částí Španělska.

Později se však ukázalo, že kvůli nesprávnému výpočtu polární komprese Země se norma ukázala o 0,2 mm kratší. Délka poledníku 40 000 km je tedy pouze přibližná. První prototyp standardního mosazného metru byl však vyroben v roce 1795. Je třeba poznamenat, že jednotka hmotnosti (kilogram, jehož definice je založena na hmotnosti jednoho decimetru krychlového vody) je také vázána na definici Metr.

Historie vzniku soustavy SI

22. června 1799 byly ve Francii vyrobeny dva platinové standardy – standardní metr a standardní kilogram. Toto datum lze právem považovat za den začátku vývoje současné soustavy SI.

V roce 1832 vytvořil Gauss tzv Absolutní systém jednotek, za základní tři jednotky: jednotka času je sekunda, jednotka délky je milimetr a jednotka hmotnosti je gram, protože pomocí těchto konkrétních jednotek byl vědec schopen změřit absolutní hodnota magnetického pole Země (tento systém dostal název SGS Gauss).

V 60. letech 19. století byl pod vlivem Maxwella a Thomsona formulován požadavek, že základní a odvozené jednotky musí být vzájemně kompatibilní. V důsledku toho byl v roce 1874 zaveden systém CGS, přičemž předpony byly také distribuovány k označení podmnožin a násobků jednotek od mikro po mega.

V roce 1875 podepsali zástupci 17 zemí včetně Ruska, USA, Francie, Německa, Itálie Metrickou úmluvu, podle níž byl zřízen Mezinárodní úřad pro opatření, Mezinárodní výbor pro opatření a začala fungovat pravidelná úmluva. Generální konference o vahách a mírách (GCMW)… Zároveň byly zahájeny práce na vývoji mezinárodního etalonu pro kilogram a etalonu pro měřicí přístroj.

V roce 1889 na první konferenci GKMV, systém ISSna metr, kilogram a sekundu, stejně jako CGS, se však jednotky ISS zdály přijatelnější kvůli pohodlí praktického použití. Optika a elektrické jednotky budou představeny později.

V roce 1948, na příkaz francouzské vlády a Mezinárodní unie teoretické a aplikované fyziky, vydala Devátá generální konference pro váhy a míry pokyn Mezinárodnímu výboru pro míry a váhy, aby navrhl za účelem sjednocení systému jednotek měření, jeho myšlenky na vytvoření jednotného systému měrných jednotek, který mohou přijmout všechny země – smluvní strany Metrické úmluvy.

V důsledku toho bylo na desátém GCMW v roce 1954 navrženo a přijato následujících šest jednotek: metr, kilogram, sekunda, ampér, kelvin a kandela. V roce 1956 byl systém pojmenován «Systeme International d'Unities» - mezinárodní systém jednotek.

V roce 1960 byla přijata norma, která se poprvé nazývala «Mezinárodní systém jednotek» a byla jí přiřazena zkratka "SI" (SI).

Základní jednotky zůstaly stejných šest jednotek: metr, kilogram, sekunda, ampér, kelvin a kandela, dvě další jednotky (radián a steradián) a dvacet sedm nejdůležitějších derivátů, aniž by byly předem specifikovány další odvozené jednotky, které by mohly být přidány - pozdě. (Zkratku v ruštině „SI“ lze dešifrovat jako „Mezinárodní systém“).

Všech těchto šest základních jednotek, jak přídavné jednotky, tak dvacet sedm nejdůležitějších odvozených jednotek, se zcela shodovalo s odpovídajícími základními, přídavnými a odvozenými jednotkami přijatými v té době ve státních normách SSSR pro jednotky měření pro ISS, MKSA, МКСГ a MSS systémy.

V roce 1963 v SSSR podle GOST 9867-61 "Mezinárodní systém jednotek"SI je akceptován jako preferovaný pro obory národního hospodářství, ve vědě a technice a pro výuku ve vzdělávacích institucích.

V roce 1968 na třináctém GKMV byla jednotka „stupeň Kelvin“ nahrazena „kelvinem“ a také bylo přijato označení „K“. Kromě toho byla přijata nová definice sekundy: sekunda je časový interval rovný 9 192 631 770 radiačním periodám odpovídajícím přechodu mezi dvěma hyperjemnými úrovněmi základního kvantového stavu atomu cesia-133. V roce 1997 by bylo přijato objasnění, že tento časový interval se týká atomu cesia-133 v klidu při 0 K.

V roce 1971 byla ke 14 GKMV přidána další základní jednotka «mol» - jednotka pro množství látky. Mol je množství hmoty v systému obsahujícím tolik strukturních prvků, kolik je atomů v uhlíku-12 o hmotnosti 0,012 kg. Když je použit mol, musí být specifikovány strukturní prvky a mohou to být atomy, molekuly, ionty, elektrony a další částice nebo specifikované skupiny částic.

V roce 1979 přijala 16. CGPM novou definici kandely. Kandela je svítivost v daném směru zdroje vyzařujícího monochromatické záření o frekvenci 540 × 1012 Hz, jehož svítivost v tomto směru je 1/683 W/sr (wattů na steradián).

V roce 1983 byla dána nová definice počítadla 17 GKMV.Metr je délka dráhy, kterou urazí světlo ve vakuu za (1/299 792 458) sekund.

V roce 2009 schválila vláda Ruské federace „Nařízení o měrných jednotkách povolených k použití v Ruské federaci“ a v roce 2015 v něm byly provedeny úpravy vylučující „dobu platnosti“ některých nesystémových jednotek.

Hlavní výhody systému SI jsou následující:

1. Sjednocení jednotek fyzikálních veličin pro různé typy měření.

Systém SI umožňuje jakékoli fyzikální veličině, která se nachází v různých oblastech techniky, mít jednu společnou jednotku, například joule pro všechny druhy práce a množství tepla namísto aktuálně používaných různých jednotek pro tuto veličinu (kilogram - síla - metr, erg, kalorie, watthodina atd.).

2. Univerzálnost systému.

Jednotky SI pokrývají všechna odvětví vědy, techniky a národního hospodářství s vyloučením potřeby použití jiných jednotek a obecně představují jednotný systém společný pro všechny oblasti měření.

3. Konektivita (koherence) systému.

Ve všech fyzikálních rovnicích, které definují výsledné jednotky měření, je faktor úměrnosti vždy bezrozměrná veličina rovna jednotce.

Systém SI umožňuje výrazně zjednodušit operace řešení rovnic, provádění výpočtů a sestavování grafů a nomogramů, protože není potřeba používat velké množství převodních faktorů.

4. Harmonie a koherence soustavy SI značně usnadňuje studium fyzikálních zákonitostí a pedagogický proces při studiu obecných vědních a speciálních oborů, jakož i odvozování různých vzorců.

5.Principy konstrukce soustavy SI poskytují možnost tvořit nové odvozené jednotky podle potřeby, a proto je seznam jednotek této soustavy otevřen dalšímu rozšiřování.

Účel soustavy SI a její úloha ve fyzice

K dnešnímu dni je mezinárodní systém fyzikálních veličin SI akceptován po celém světě a je používán více než jiné systémy jak ve vědě a technice, tak v každodenním životě lidí - jde o moderní verzi metrického systému.

Většina zemí používá jednotky SI v technologii, i když pro tato území v každodenním životě používají tradiční jednotky. Například ve Spojených státech jsou obvyklé jednotky definovány jako jednotky SI pomocí pevných koeficientů.

Množství Označení Ruské jméno Ruské mezinárodní Plochý úhel radián glad rad Pevný úhel steradián St St Teplota ve stupních Celsia ve stupních Celsia OS OS Frekvence hertz Hz Hz Síla Newton Z n Energie joule J J Výkon watt W W Tlak pascal Pa Pa Světelný tok lumen lm lm Osvětlení lux OK lx Přívěsek elektrického náboje CL ° C Rozdíl potenciálů volt V V Odpor ohm Ohm R Elektrická kapacita farad F F Magnetický tok Weber Wb Wb Magnetická indukce Tesla T T Indukčnost Henry Mr. H Elektrická vodivost Siemens Cm C Aktivita radioaktivního zdroje becquerel Bq Bq Absorbovaná dávka ionizujícího záření šedá Gr Gy Efektivní dávka ionizujícího záření sievert Sv Sv Aktivita katalyzátoru válcovaná kočka

Vyčerpávající podrobný popis soustavy SI v oficiální podobě je uveden v Brožuře SI, vydávané od roku 1970, a její příloze; tyto dokumenty jsou zveřejněny na oficiálních stránkách Mezinárodního úřadu pro míry a váhy. Od roku 1985tyto dokumenty jsou vydávány v angličtině a francouzštině a jsou vždy přeloženy do několika jazyků po celém světě, ačkoli oficiálním jazykem dokumentu je francouzština.

Přesná oficiální definice soustavy SI je následující: „Mezinárodní soustava jednotek (SI) je soustava jednotek založená na mezinárodní soustavě jednotek spolu s názvy a symboly a sadou předpon a jejich názvů a symbolů. spolu s pravidly pro jejich použití přijatými Generální konferencí pro váhy a míry (CGPM) «.

Soustava SI je definována sedmi základními jednotkami fyzikálních veličin a jejich odvozeninami, jakož i předponami k nim.Upravují se standardní zkratky označení jednotek a pravidla pro zápis derivací. Existuje sedm základních jednotek jako dříve: kilogram, metr, sekunda, ampér, kelvin, krtek, kandela. Základní jednotky jsou nezávislé na velikosti a nelze je odvodit od jiných jednotek.

Pokud jde o odvozené jednotky, lze je získat na základě těch základních, prováděním matematických operací, jako je dělení nebo násobení. Některé z výsledných jednotek, jako je "radián", "lumen", "pendant", mají svá vlastní jména.

Před názvem jednotky můžete použít předponu, například milimetr — tisícina metru a kilometr — tisíc metrů. Předpona znamená, že jedničku je třeba vydělit nebo vynásobit celým číslem, které je specifickou mocninou deseti.