SI mérési rendszer — története, célja, szerepe a fizikában

Az emberiség történelme több ezer éves, és fejlődésének különböző szakaszaiban szinte minden nemzet használta valamilyen hagyományos referenciarendszerét. Mostantól a Nemzetközi Mértékegységrendszer (SI) minden ország számára kötelezővé vált.

A rendszer hét alapvető mértékegységet tartalmaz: másodperc – idő, méter – hosszúság, kilogramm – tömeg, amper – elektromos áram erőssége, kelvin – termodinamikai hőmérséklet, kandela – fényintenzitás és mol – anyagmennyiség. Két további mértékegység van: a radián a síkszög és a szteradán a térszög.

Az SI a francia Systeme Internationale-ből származik, és a nemzetközi mértékegységrendszert jelenti.

Hogyan történik a számláló meghatározása

A 17. században, az európai tudomány fejlődésével egyre gyakrabban hallatszottak az univerzális mérték vagy katolikus mérőszám bevezetésére vonatkozó felhívások. Természetes eseményen alapuló, a hatóság döntésétől független tizedes mérték lenne. Egy ilyen intézkedés felváltaná az akkor létező sokféle intézkedési rendszert.

John Wilkins brit filozófus azt javasolta, hogy az inga hosszát vegyék hosszegységnek, amelynek félperiódusa egy másodpercnek felel meg. A mérési helytől függően azonban az érték nem volt azonos. Ezt a tényt Jean Richet francia csillagász egy dél-amerikai utazása során állapította meg (1671-1673).

1790-ben Talleyrand miniszter javasolta a referencia hosszúság mérését úgy, hogy az ingát egy szigorúan rögzített szélességi körre helyezik Bordeaux és Grenoble között – az északi szélesség 45°-án. Ennek eredményeként 1790. május 8-án a francia nemzetgyűlés úgy döntött, hogy a mérő egy inga hossza, amelynek félperiódusa a 45 ° szélességi fokon 1 másodperc. A mai SI szerint ez a mérő 0,994 m. Ez a meghatározás azonban nem áll jól a tudományos közösségnek.

1791. március 30-án a Francia Tudományos Akadémia elfogadta azt a javaslatot, hogy a párizsi meridián részeként határozzák meg a mérési szabványt. Az új mértékegységnek az Egyenlítőtől az Északi-sarkig terjedő távolság egy tízmillió része, azaz a Föld kerületének negyedének tízmillió része kellett volna lennie, a párizsi meridián mentén mérve. Ez a "Meter True and Definitive" néven vált ismertté.

1795. április 7-én a Nemzeti Konvent törvényt fogadott el a metrikus rendszer bevezetéséről Franciaországban, és utasította a biztosokat, köztük Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace és más tudósok kísérletileg meghatározták a hossz és a tömeg mértékegységeit.

Az 1792 és 1797 közötti időszakban a forradalmi egyezmény döntése alapján Delambre (1749-1822) és Mechen (1744-1804) francia tudósok a párizsi meridián ugyanazt az ívét mérték meg Dunkerque-től 9°40-ig. Barcelona 6 év alatt, 115 háromszögből álló láncot fektetve át Franciaországon és Spanyolország egy részén.

Később azonban kiderült, hogy a Föld poláris összenyomódásának hibás számítása miatt a szabvány 0,2 mm-rel rövidebbnek bizonyult. Így a 40 000 km-es meridián hossza csak hozzávetőleges. A szabványos sárgaréz mérőműszer első prototípusa azonban 1795-ben készült. Megjegyzendő, hogy a tömeg mértékegysége (a kilogramm, amelynek meghatározása egy köbdeciméter víz tömegén alapul) szintén a tömegegység meghatározásához kötődik. méter.

Az SI rendszer kialakulásának története

1799. június 22-én két platina etalont – a standard métert és a standard kilogrammot – készítettek Franciaországban. Ezt a dátumot joggal tekinthetjük a jelenlegi SI rendszer fejlesztésének kezdetének napjának.

Gauss 1832-ben megalkotta az ún Abszolút mértékegységrendszer, három alapegységnek tekintve: az idő mértékegysége a másodperc, a hossz mértékegysége a milliméter, a tömeg mértékegysége a gramm, mivel ezekkel a meghatározott mértékegységekkel a tudós meg tudta mérni a a Föld mágneses mezőjének abszolút értéke (ez a rendszer a nevet kapta SGS Gauss).

Az 1860-as években Maxwell és Thomson hatására megfogalmazódott az a követelmény, hogy az alap- és a származtatott egységek kompatibilisek legyenek egymással. Ennek eredményeként 1874-ben bevezették a CGS rendszert, amelynek előtagjait is elosztották a részhalmazok és az egységek többszöröseinek jelölésére a mikrotól a megáig.

1875-ben 17 ország, köztük Oroszország, az Egyesült Államok, Franciaország, Németország, Olaszország képviselői írták alá a metrikus egyezményt, amelynek értelmében megalakult a Nemzetközi Mérésügyi Iroda, a Nemzetközi Mérésügyi Bizottság, és megkezdte működését egy rendszeres egyezmény. Általános Súly- és Mértékkonferencia (GCMW)… Ezzel egy időben megkezdődött a kilogrammra vonatkozó nemzetközi szabvány és a mérőműszer szabványának kidolgozása.

1889-ben a GKMV első konferenciáján ISS rendszerméter, kilogramm és másodperc alapján a CGS-hez hasonlóan azonban az ISS egységek a praktikus használat kényelme miatt elfogadhatóbbnak tűntek. Az optikát és az elektromos egységeket később mutatják be.

1948-ban a francia kormány és az Elméleti és Alkalmazott Fizikai Nemzetközi Unió parancsára a Kilencedik Általános Súly- és Mértékkonferencia utasítást adott ki a Súlyok és Mértékek Nemzetközi Bizottságának, hogy tegyen javaslatot a mértékegységek rendszerének egységesítésére. mérés, elképzelései egy egységes mértékegység-rendszer létrehozásáról, amelyet minden ország – a metrikus egyezmény részes fele – elfogadhat.

Ennek eredményeként a következő hat mértékegységet javasolták és fogadták el az 1954-es tizedik GCMW-n: méter, kilogramm, másodperc, amper, kelvin és kandela. 1956-ban a rendszer a „Systeme International d'Unities” nevet kapta – a mértékegységek nemzetközi rendszere.

1960-ban elfogadtak egy szabványt, amelyet először „Nemzetközi mértékegységrendszernek” neveztek, és a rövidítést kapta. «SI» (SI).

Az alapmértékegységek ugyanazok a hat mértékegységek maradtak: méter, kilogramm, másodperc, amper, kelvin és kandela, két további egység (radián és szteradián) és huszonhét legfontosabb derivált, anélkül, hogy előre meghatározták volna a hozzáadható származékos egységeket. - későn. (Az orosz „SI” rövidítés „nemzetközi rendszerként” megfejthető).

Mind a hat alapegység, mind a kiegészítő mértékegységek, mind a huszonhét legfontosabb származtatott egység teljesen egybeesett a megfelelő alap-, kiegészítő és származtatott egységekkel, amelyeket akkoriban fogadtak el a Szovjetunió állami mértékegységeinek szabványaiban az ISS, MKSA, МКСГ és MSS rendszerek.

1963-ban a Szovjetunióban szerint GOST 9867-61 "Nemzetközi mértékegységrendszer", Az SI-t preferáltnak fogadják el a nemzetgazdaság, a tudomány és a technológia területén, valamint az oktatási intézményekben való oktatásban.

1968-ban, a tizenharmadik GKMV-n a „Kelvin fok” mértékegységet „kelvin” váltotta fel, és a „K” megjelölést is elfogadták. Ezenkívül elfogadták a másodperc új definícióját: a másodperc 9 192 631 770 sugárzási periódusnak megfelelő időintervallum, amely a cézium-133 atom alapkvantumállapotának két hiperfinom szintje közötti átmenetnek felel meg. 1997-ben elfogadták azt a pontosítást, hogy ez az időintervallum a cézium-133 atomra vonatkozik nyugalmi állapotban 0 K-en.

1971-ben a 14 GKMV-hez egy másik „mol” alapegységet adtak - az anyag mennyiségének egységét. A mól az anyag mennyisége egy olyan rendszerben, amely annyi szerkezeti elemet tartalmaz, ahány atom van a 0,012 kg tömegű szén-12-ben. Ha mólokat használunk, a szerkezeti elemeket meg kell adni, és lehetnek atomok, molekulák, ionok, elektronok és más részecskék vagy meghatározott részecskecsoportok.

1979-ben a 16. CGPM elfogadta a kandela új definícióját. A kandela egy 540 × 1012 Hz frekvenciájú monokromatikus sugárzást kibocsátó forrás fényintenzitása egy adott irányban, amelynek fényereje ebben az irányban 1/683 W / sr (watt per szteradián).

1983-ban a 17 GKMV számlálója új definíciót kapott.A méter a fény által vákuumban megtett út hossza (1/299 792 458) másodpercben.

2009-ben az Orosz Föderáció kormánya jóváhagyta az "Orosz Föderációban használható mértékegységekről szóló rendeletet", 2015-ben pedig módosításokat hajtottak végre annak érdekében, hogy kizárják egyes nem rendszerszintű mértékegységek "érvényességi idejét".

Az SI rendszer fő előnyei a következők:

1. Fizikai mennyiségek egységeinek egységesítése különböző mérési típusokhoz.

Az SI rendszer lehetővé teszi, hogy a különböző technológiai területeken található fizikai mennyiségek egy közös mértékegységet kapjanak, például minden típusú munkához a joule és a hőmennyiség a jelenleg használt különböző mértékegységek (kilogramm - erő) helyett. - méter, erg, kalória, wattóra stb.).

2. A rendszer egyetemessége.

Az SI mértékegységei a tudomány, a technológia és a nemzetgazdaság valamennyi ágát lefedik, kivéve az egyéb mértékegységek alkalmazásának szükségességét, és általában egyetlen, minden mérési területen közös rendszert képviselnek.

3. A rendszer összekapcsolhatósága (koherenciája).

Minden fizikai egyenletben, amely meghatározza a kapott mértékegységeket, az arányossági tényező mindig egy dimenzió nélküli mennyiség, amely egyenlő egységgel.

Az SI rendszer lehetővé teszi az egyenletek megoldásának, a számítások elvégzésének, valamint a grafikonok és nomogramok készítésének műveleteinek jelentős egyszerűsítését, mivel nincs szükség jelentős számú konverziós tényező alkalmazására.

4. Az SI-rendszer harmóniája és koherenciája nagymértékben megkönnyíti a fizikai törvényszerűségek tanulmányozását és a pedagógiai folyamatot az általános tudományos és speciális diszciplínák tanulmányozásában, valamint a különféle képletek levezetését.

5.Az SI rendszer felépítési elvei lehetőséget adnak szükség szerint új származtatott egységek kialakítására, ezért ennek a rendszernek a mértékegységlistája további bővítésre kész.

Az SI rendszer célja és szerepe a fizikában

A mai napig az SI fizikai mennyiségek nemzetközi rendszerét az egész világon elfogadták, és a tudomány és a technológia területén, valamint az emberek mindennapi életében is jobban használják, mint más rendszereket – ez a metrikus rendszer modern változata.

A legtöbb ország SI-mértékegységeket használ a technológiában, még akkor is, ha a mindennapi életben hagyományos mértékegységeket használ ezekre a területekre. Az Egyesült Államokban például a szokásos mértékegységeket SI-egységként határozzák meg, rögzített együtthatókat használva.

A mennyiség Megnevezés Orosz név Orosz nemzetközi Lapos szög radián öröm rad Tömörszög szteradián Sze Sze Hőmérséklet Celsius fokban Celsius fokban OS OS Frekvencia hertz Hz Hz Erő Newton Z n Energia joule J J Teljesítmény watt W W Nyomás pascal Pa Pa Fényáram lumen lm lm Megvilágítási lux OK lx Elektromos töltésfüggő CL ° C Potenciális különbség volt V V Ellenállás ohm Ohm R Elektromos kapacitás farad F F Mágneses fluxus Weber Wb Wb Mágneses indukció Tesla T T Induktivitás Henry Mr. H Elektromos vezetőképesség Siemens Cm C Radioaktív forrás aktivitása becquerel Bq Bq Ionizáló sugárzás elnyelt dózisa szürke Gr Gy Ionizáló sugárzás effektív dózisa sievert Sv Sv Katalizátor aktivitása rolled cat cat

Az SI rendszer hivatalos formában kimerítően részletes leírását az 1970 óta megjelent SI Füzet és annak melléklete tartalmazza; ezeket a dokumentumokat a Nemzetközi Súly- és Mértékiroda hivatalos honlapján teszik közzé. 1985 ótaezeket a dokumentumokat angol és francia nyelven adják ki, és mindig több nyelvre is lefordítják szerte a világon, bár a dokumentum hivatalos nyelve a francia.

Az SI-rendszer pontos hivatalos meghatározása a következő: "A Nemzetközi Mértékegységrendszer (SI) a Nemzetközi Mértékegységrendszeren alapuló mértékegységek rendszere, nevekkel és szimbólumokkal, valamint előtagok halmazával, valamint ezek neveivel és szimbólumaival együtt. az Általános Súly- és Mértékkonferencia (CGPM) által elfogadott szabályokkal együtt.

Az SI-rendszert a fizikai mennyiségek hét alapegysége és származékai, valamint ezek előtagjai határozzák meg, szabályozva vannak az egységmegjelölések szabványos rövidítései és a deriváltak írásának szabályai. Hét alapegység van, mint korábban: kilogramm, méter, másodperc, amper, kelvin, mol, kandela. Az alapegységek méretfüggetlenek, és nem származtathatók más egységekből.

Ami a származtatott egységeket illeti, ezek az alapegységek alapján, matematikai műveletek, például osztás vagy szorzás végrehajtásával szerezhetők meg. A kapott egységek némelyike, mint például a „radián”, „lumen”, „függő”, saját elnevezéssel rendelkezik.

Használhat egy előtagot az egység neve előtt, például milliméter – a méter egy ezreléke és kilométer – ezer méter. Az előtag azt jelenti, hogy az egyiket el kell osztani vagy meg kell szorozni egy egész számmal, amely tíz specifikus hatványa.