Измервателна система SI — история, цел, роля във физиката
Историята на човечеството има няколко хиляди години и на различни етапи от развитието си почти всяка нация е използвала някои от своите условни референтни системи. Сега Международната система от единици (SI) стана задължителна за всички страни.
Системата съдържа седем основни мерни единици: втори — време, метър — дължина, килограм — маса, ампер — сила на електрическия ток, келвин — термодинамична температура, кандела — интензивност на светлината и мол — количество вещество. Има две допълнителни единици: радиан за плосък ъгъл и стерадиан за плътен ъгъл.
SI идва от френската Systeme Internationale и означава международната система от единици.
Как е определен броячът
През 17 -ти век, с развитието на науката в Европа, все по -често започват да се чуват призиви за въвеждане на универсална мярка или католически метър. Това би било десетична мярка, основана на естественото събитие и независима от решението на лицето на власт. Такава мярка би заменила многото различни системи от мерки, които са съществували тогава.
Британският философ Джон Уилкинс предложи да се вземе дължината на махалото като единица дължина, чийто полупериод ще бъде равен на една секунда. Въпреки това, в зависимост от мястото на измерване, стойността не беше същата. Френският астроном Жан Рише установява този факт по време на пътуване до Южна Америка (1671 — 1673).
През 1790 г. министър Талейран предлага да се измери референтната дължина чрез поставяне на махалото на строго фиксирана ширина между Бордо и Гренобъл — 45 ° северна ширина. В резултат на това на 8 май 1790 г. Френското национално събрание реши, че метърът е дължината на махало с полупериод на 45 ° географска ширина, равна на 1 s. В съответствие с днешната SI, този метър ще бъде равен на 0,994 м. Това определение обаче не отговаря на научната общност.
На 30 март 1791 г. Френската академия на науките приема предложението за определяне на еталон за измерване като част от парижкия меридиан. Новата единица трябваше да бъде една десетмилионна от разстоянието от екватора до Северния полюс, тоест една десетмилионна от четвърт от обиколката на Земята, измерена по парижкия меридиан. Това стана известно като „Meter истински и окончателен“.
На 7 април 1795 г. Националната конвенция приема закон, въвеждащ метричната система във Франция, и инструктира комисарите, включително Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Лаплас и други учени, експериментално определят мерните единици за дължина и маса.
В периода от 1792 до 1797 г., по решение на революционната конвенция, френските учени Деламбре (1749-1822) и Мешен (1744-1804) измерват същата дъга на парижкия меридиан с дължина 9 ° 40 ‘от Дюнкерк до Барселона през 6 г. години, полагайки верига от 115 триъгълника в цяла Франция и част от Испания.
Впоследствие обаче се оказа, че поради неправилно отчитане на полярното компресиране на Земята стандартът се оказа по -къс с 0,2 мм. По този начин дължината на меридиана от 40 000 км е само приблизителна. Първият прототип на стандартния метър от месинг обаче е направен през 1795 г. Трябва да се отбележи, че единицата за маса (килограм, чието определение се основава на масата на един кубичен дециметър вода), също е обвързана с дефиницията на метър.
Историята на формирането на системата SI
На 22 юни 1799 г. във Франция са направени два платинени стандарта — стандартен метър и стандартен килограм. Тази дата с право може да се счита за деня на началото на развитието на сегашната система SI.
През 1832 г. Гаус създава т. Нар. Абсолютна система от единици, като приема за основните три единици: единицата за време е секунда, единицата за дължина е милиметър, а единицата за маса е грам, тъй като използването на тези конкретни единици, ученият успя да измери абсолютната стойност на магнитното поле на Земята (тази система получи името SGS Gauss).
През 1860 -те години, под влиянието на Максуел и Томсън, е формулирано изискването, според което базовите и получените единици трябва да са съвместими помежду си. В резултат на това системата CGS е въведена през 1874 г., като префиксите също са разпределени за обозначаване на подмножествени и кратни на единици от микро до мега.
През 1875 г. представители на 17 държави, включително Русия, САЩ, Франция, Германия, Италия, подписаха Метрическата конвенция, според която се създава Международно бюро за мерки, Международен комитет за мерки и започва да функционира редовен свик. Генерална конференция по тегла и мерки (GCMW)… В същото време започва работа по разработването на международен стандарт за килограм и стандарт за измервателния уред.
През 1889 г. на първата конференция на GKMV, МКС системавъз основа на метър, килограм и секунда, подобно на CGS, обаче, единиците на МКС изглеждаха по -приемливи поради удобството на практическата употреба. По -късно ще бъдат въведени блокове за оптика и електричество.
През 1948 г., със заповед на френското правителство и Международния съюз за теоретична и приложна физика, Деветата генерална конференция по тегла и мерки издава инструкция на Международния комитет по тегла и мерки да предложи, за да се унифицира системата от единици на измерване, неговите идеи за създаване на единна система от мерни единици, която може да бъде приета от всички държави — страни по Метрическата конвенция.
В резултат на това през 1954 г. на десетия GCMW бяха предложени и приети следните шест единици: метър, килограм, секунда, ампер, Келвин и кандела. През 1956 г. системата е наречена «Systeme International d’Unities» — международната система от единици.
През 1960 г. е приет стандарт, който за първи път е наречен «Международна система от единици» и е присвоено съкращението «SI» (SI).
Основните единици останаха същите шест единици: метър, килограм, секунда, ампер, Келвин и кандела, две допълнителни единици (радиан и стерадиан) и двадесет и седем най-важни производни, без да определят предварително други производни единици, които могат да бъдат добавени по-късно. (Съкращението на руски език „SI“ може да се дешифрира като „Международна система“).
Всички тези шест основни единици, както допълнителни единици, така и двадесет и седем най-важни производни единици, напълно съвпаднаха със съответните основни, допълнителни и производни единици, приети по това време в държавните стандарти на СССР за мерни единици за МКС, МКСА, МКСГ и MSS системи.
През 1963 г. в СССР, съгласно ГОСТ 9867-61 «Международна система от единици», SI е приет като предпочитан за областите на националната икономика, в науката и технологиите, както и за преподаване в образователни институции.
През 1968 г., на тринадесетия GKMV, единицата „градус по Келвин“ е заменена с „келвин“, а обозначението „К“ също е прието. Освен това беше прието ново определение за секунда: секундата е интервал от време, равен на 9 192 631 770 периода на излъчване, съответстващ на прехода между две свръх фини нива на основното квантово състояние на атома цезий-133. През 1997 г. ще бъде прието уточнение, според което този времеви интервал се отнася до атома цезий-133 в покой при 0 K.
През 1971 г. към 14 GKMV е добавена още една основна единица «mol» — единица за количеството вещество. Молът е количеството материя в система, съдържаща толкова структурни елементи, колкото има атоми във въглерод-12 с тегло 0,012 кг. Когато се използва мол, структурните елементи трябва да бъдат определени и могат да бъдат атоми, молекули, йони, електрони и други частици или определени групи от частици.
През 1979 г. 16 -ият CGPM прие ново определение за кандела. Кандела е светлинният интензитет в дадена посока на източник, излъчващ монохроматично излъчване с честота 540 × 1012 Hz, чиято светлинна интензивност в тази посока е 1/683 W / sr (ват на стерадиан).
През 1983 г. е дадено ново определение на брояча на 17 GKMV. Метър е дължината на пътя, изминат от светлина във вакуум за (1/299 792 458) секунди.
През 2009 г. правителството на Руската федерация одобри „Правилника за мерните единици, разрешени за използване в Руската федерация“, а през 2015 г. бяха внесени изменения в него, за да се изключи „периодът на валидност“ на някои несистемни единици.
Основните предимства на системата SI са следните:
1. Унифициране на единици физически величини за различни видове измерване.
Системата SI позволява на всяко физическо количество, открито в различни области на технологията, да има една обща единица за тях, например джаул за всички видове работа и количеството топлина вместо използваните в момента различни единици за това количество (килограм — сила — метър, ерг, калория, ват-час и др.).
2. Универсалността на системата.
Единиците на SI обхващат всички отрасли на науката, технологиите и националната икономика, като изключват необходимостта от използването на други единици и като цяло представляват единна система, обща за всички области на измерване.
3. Свързаност (съгласуваност) на системата.
Във всички физически уравнения, които определят получените мерни единици, коефициентът на пропорционалност винаги е безразмерна величина, равна на единица.
Системата SI дава възможност за значително опростяване на операциите за решаване на уравнения, извършване на изчисления и съставяне на графики и номограми, тъй като няма нужда да се използва значителен брой коефициенти на преобразуване.
4. Хармонията и съгласуваността на системата SI значително улеснява изучаването на физическите закони и педагогическия процес при изучаването на общонаучни и специални дисциплини, както и извеждането на различни формули.
5. Принципите на изграждане на системата SI предоставят възможност за формиране на нови производни единици при необходимост и следователно списъкът с единици на тази система е отворен за по -нататъшно разширяване.
Целта на системата SI и нейната роля във физиката
Към днешна дата международната система за физически величини SI е приета в целия свят и се използва повече от други системи както в науката и технологиите, така и в ежедневието на хората — това е съвременна версия на метричната система.
Повечето държави използват единици SI в технологиите, дори ако използват традиционни единици за тези територии в ежедневието. В Съединените щати, например, обичайните единици се дефинират като единици SI, като се използват фиксирани коефициенти.
Количеството Обозначаване Руско име Руски международни Плосък ъгъл радиан радвам се рад Плътен ъгъл стерадиан Ср ср Температура по Целзий градус по Целзии ОС ОС Честота херц Hz Hz Принудително Нютон З н Енергия джаул J J Мощност ват W W Налягане паскал Па Па Светлинен поток лумен lm lm Осветление лукс Добре lx Електрически заряд висулка CL ° С Потенциална разлика волта V V Съпротивление ом Ом R Електрически капацитет farad F F Магнитен поток Вебер Wb Wb Магнитна индукция Тесла T T Индуктивност Хенри Г-н. З Електропроводимост Siemens См С Дейност на радиоактивен източник бекерел Bq Bq Абсорбирана доза йонизираща радиация сиво Гр Gy Ефективна доза йонизираща радиация сиверт Св Св Дейност на катализатора валцуван котка кат
Изчерпателно подробно описание на системата SI в официална форма е дадено в брошурата на SI, публикувана от 1970 г., и в допълнение към нея; тези документи са публикувани на официалния уебсайт на Международното бюро за теглилки и мерки. От 1985 г. тези документи се издават на английски и френски и винаги се превеждат на няколко езика по света, въпреки че официалният език на документа е френски.
Точното официално определение на системата SI е формулирано по следния начин: „Международната система от единици (SI) е система от единици, базирана на Международната система от единици, заедно с имена и символи, както и набор от префикси и техните имена и символи, заедно с правила за тяхното използване, приети от Генералната конференция по тегла и мерки (CGPM) «.
Системата SI се определя от седем основни единици физически величини и техните производни, както и префикси към тях.Стандартните съкращения на обозначенията на единици и правилата за изписване на деривати са регламентирани. Има седем основни единици, както преди: килограм, метър, секунда, ампер, келвин, мол, кандела. Основните единици не зависят от размерите и не могат да бъдат получени от други единици.
Що се отнася до изведените единици, те могат да бъдат получени въз основа на основните, чрез извършване на математически операции като деление или умножение. Някои от получените единици, като „радиан“, „лумен“, „висулка“, имат свои собствени имена.
Преди името на единицата можете да използвате префикс, като милиметър — хилядна част от метър и километър — хиляда метра. Префиксът означава, че едно трябва да бъде разделено или умножено по цяло число, което е специфична степен на десет.