Merski sistem SI — zgodovina, namen, vloga v fiziki

Človeška zgodovina je stara več tisoč let in na različnih stopnjah svojega razvoja je skoraj vsak narod uporabljal nekatere od svojih običajnih referenčnih sistemov. Zdaj je mednarodni sistem enot (SI) postal obvezen za vse države.

Sistem vsebuje sedem osnovnih merskih enot: sekunda — čas, meter — dolžina, kilogram — masa, amper — moč električnega toka, kelvin — termodinamična temperatura, kandela — jakost svetlobe in mol — količina snovi. Obstajata dve dodatni enoti: radian za ravni kot in steradian za prostorski kot.

SI izhaja iz francoskega Systeme Internationale in pomeni mednarodni sistem enot.

Kako se določi števec

V 17. stoletju so se z razvojem znanosti v Evropi vse pogosteje začeli slišati pozivi k uvedbi univerzalne mere oziroma katoliškega metra. To bi bila decimalna mera, ki bi temeljila na naravnem dogodku in neodvisna od odločitve pristojne osebe. Takšen ukrep bi nadomestil številne različne sisteme ukrepov, ki so takrat obstajali.

Britanski filozof John Wilkins je predlagal, da vzamemo dolžino nihala kot enoto dolžine, katere polperioda bi bila enaka eni sekundi. Vendar glede na mesto meritve vrednost ni bila enaka. To dejstvo je ugotovil francoski astronom Jean Richet med potovanjem po Južni Ameriki (1671-1673).

Leta 1790 je minister Talleyrand predlagal merjenje referenčne zemljepisne dolžine s postavitvijo nihala na strogo določeno zemljepisno širino med Bordeauxom in Grenoblom - 45 ° severne zemljepisne širine. Posledično je francoska nacionalna skupščina 8. maja 1790 odločila, da je meter dolžina nihala s polperiodo na 45 ° zemljepisne širine, ki je enaka 1 s. Po današnjem SI bi bil ta meter enak 0,994 m, vendar ta definicija ne ustreza znanstveni skupnosti.

30. marca 1791 je francoska akademija znanosti sprejela predlog o opredelitvi merilnega standarda kot dela pariškega poldnevnika. Nova enota naj bi bila ena desetmilijontka razdalje od ekvatorja do severnega tečaja, to je ena desetmilijontka četrtine obsega zemlje, merjeno vzdolž pariškega poldnevnika. To je postalo znano kot "Meter True and Definitive".

7. aprila 1795 je Narodna konvencija sprejela zakon o uvedbi metričnega sistema v Franciji in komisarje, vključno s Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace in drugi znanstveniki so eksperimentalno določili enoti za dolžino in maso.

V obdobju od 1792 do 1797 sta po odločitvi revolucionarne konvencije francoska znanstvenika Delambre (1749-1822) in Mechen (1744-1804) izmerila isti lok pariškega poldnevnika z dolžino 9 ° 40 'od Dunkirka do Barcelona je v 6 letih postavila verigo 115 trikotnikov po Franciji in delu Španije.

Kasneje pa se je izkazalo, da se je standard zaradi napačnega izračuna polarne kompresije Zemlje izkazal za 0,2 mm krajši. Tako je dolžina poldnevnika 40.000 km le približna. Vendar pa je bil prvi prototip standardnega medeninastega števca izdelan leta 1795. Treba je opozoriti, da je enota mase (kilogram, katerega definicija temelji na masi enega kubičnega decimetra vode) prav tako vezana na definicijo meter.

Zgodovina nastanka sistema SI

22. junija 1799 so v Franciji izdelali dva platinasta standarda - standardni meter in standardni kilogram. Ta datum se lahko upravičeno šteje za dan začetka razvoja sedanjega sistema SI.

Leta 1832 je Gauss ustvaril t.i Absolutni sistem enot, ki vzame kot osnovne tri enote: enoto za čas je sekunda, enota za dolžino je milimeter in enota za maso je gram, ker je s pomočjo teh posebnih enot znanstvenik lahko izmeril absolutna vrednost zemeljskega magnetnega polja (ta sistem je dobil ime SGS Gauss).

V šestdesetih letih 19. stoletja je bila pod vplivom Maxwella in Thomsona oblikovana zahteva, da morajo biti osnovne in izpeljane enote med seboj združljive. Posledično je bil leta 1874 predstavljen sistem CGS s predponami, ki so bile razdeljene tudi za označevanje podmnožic in večkratnikov enot od mikro do mega.

Leta 1875 so predstavniki 17 držav, med njimi Rusija, ZDA, Francija, Nemčija, Italija, podpisali Metrično konvencijo, po kateri so bili ustanovljeni Mednarodni urad za mere, Mednarodni odbor za mere in začela delovati redna konvencija. Generalna konferenca za uteži in mere (GCMW)… Istočasno se je začelo delo na razvoju mednarodnega standarda za kilogram in standarda za merilni instrument.

Leta 1889 je na prvi konferenci GKMV dr. sistem ISSna podlagi metra, kilograma in sekunde, tako kot CGS, pa so se enote ISS zdele bolj sprejemljive zaradi priročnosti praktične uporabe. Kasneje bodo predstavili optiko in električne enote.

Leta 1948 je po naročilu francoske vlade in Mednarodne zveze za teoretično in uporabno fiziko deveta generalna konferenca za uteži in mere izdala navodilo Mednarodnemu komiteju za uteži in mere, naj predlaga poenotenje sistema enot meritve, njegove zamisli o oblikovanju enotnega sistema merskih enot, ki bi ga lahko sprejele vse države — pogodbenice Metrične konvencije.

Posledično je bilo na desetem GCMW leta 1954 predlaganih in sprejetih naslednjih šest enot: meter, kilogram, sekunda, amper, kelvin in kandela. Leta 1956 je bil sistem imenovan «Systeme International d'Unity» - mednarodni sistem enot.

Leta 1960 je bil sprejet standard, ki se je prvič imenoval "Mednarodni sistem enot" in mu je bila dodeljena kratica «SI» (SI).

Osnovnih enot je ostalo istih šest enot: meter, kilogram, sekunda, amper, kelvin in kandela, dve dodatni enoti (radian in steradian) in sedemindvajset najpomembnejših izpeljank, ne da bi bile vnaprej določene druge izpeljanke, ki bi jih lahko dodali - pozen. (Okrajšava v ruščini "SI" se lahko dešifrira kot "Mednarodni sistem").

Vseh teh šest osnovnih enot, tako dodatnih enot kot sedemindvajset najpomembnejših izpeljanih enot, je popolnoma sovpadalo z ustreznimi osnovnimi, dodatnimi in izpeljanimi enotami, sprejetimi v tistem času v državnih standardih ZSSR za merske enote za ISS, MKSA, MKSG in MSS sistemi.

Leta 1963 v ZSSR, po GOST 9867-61 "Mednarodni sistem enot", SI je sprejet kot prednostni za področja narodnega gospodarstva, znanosti in tehnologije ter za poučevanje v izobraževalnih ustanovah.

Leta 1968 je bila na trinajsti GKMV enota "stopinja Kelvina" zamenjana s "kelvinom", sprejeta pa je bila tudi oznaka "K". Poleg tega je bila sprejeta nova definicija sekunde: sekunda je časovni interval, ki je enak 9.192.631.770 obdobjem sevanja, ki ustreza prehodu med dvema hiperfinima nivojema osnovnega kvantnega stanja atoma cezija-133. Leta 1997 je bilo sprejeto pojasnilo, da se ta časovni interval nanaša na atom cezija-133 v mirovanju pri 0 K.

Leta 1971 je bila 14 GKMV dodana še ena osnovna enota «mol» - enota za količino snovi. Mol je količina snovi v sistemu, ki vsebuje toliko strukturnih elementov, kot je atomov v ogljiku-12, ki tehta 0,012 kg. Ko je uporabljen mol, je treba določiti strukturne elemente in so lahko atomi, molekule, ioni, elektroni in drugi delci ali določene skupine delcev.

Leta 1979 je 16. CGPM sprejel novo definicijo kandele. Kandela je svetlobna jakost v določeni smeri vira, ki oddaja monokromatsko sevanje s frekvenco 540 × 1012 Hz, katerega svetlobna jakost v tej smeri je 1/683 W/sr (vatov na steradian).

Leta 1983 je bila dana nova definicija števca 17 GKMV.Meter je dolžina poti, ki jo prepotuje svetloba v vakuumu v (1/299.792.458) sekundah.

Vlada Ruske federacije je leta 2009 potrdila "Uredbo o merskih enotah, dovoljenih za uporabo v Ruski federaciji", leta 2015 pa so bile v njej vnesene spremembe, da bi izključile "obdobje veljavnosti" nekaterih nesistemskih enot.

Glavne prednosti sistema SI so naslednje:

1. Poenotenje enot fizikalnih veličin za različne vrste meritev.

Sistem SI omogoča, da ima katera koli fizikalna količina, ki jo najdemo na različnih področjih tehnike, eno skupno enoto zanje, na primer džul za vse vrste dela in količino toplote namesto trenutno uporabljenih različnih enot za to količino (kilogram - sila - meter, erg, kalorija, vatna ura itd.).

2. Univerzalnost sistema.

Enote SI pokrivajo vse veje znanosti, tehnologije in nacionalnega gospodarstva, pri čemer je izključena potreba po uporabi drugih enot in na splošno predstavljajo enoten sistem, skupen vsem področjem merjenja.

3. Povezanost (koherentnost) sistema.

V vseh fizikalnih enačbah, ki določajo nastale merske enote, je faktor sorazmernosti vedno brezdimenzijska količina, enaka enoti.

Sistem SI omogoča bistveno poenostavitev postopkov reševanja enačb, izvajanja izračunov in sestavljanja grafov in nomogramov, saj ni potrebe po uporabi velikega števila pretvorbenih faktorjev.

4. Harmoničnost in koherentnost sistema SI močno olajša študij fizikalnih zakonov in pedagoški proces pri študiju splošnih znanstvenih in posebnih disciplin ter izpeljavo različnih formul.

5.Načela konstrukcije sistema SI omogočajo oblikovanje novih izvedenih enot po potrebi, zato je seznam enot tega sistema odprt za nadaljnjo širitev.

Namen sistema SI in njegova vloga v fiziki

Do danes je mednarodni sistem fizikalnih količin SI sprejet po vsem svetu in se bolj kot drugi sistemi uporablja tako v znanosti in tehnologiji kot v vsakdanjem življenju ljudi – je sodobna različica metričnega sistema.

Večina držav uporablja enote SI v tehnologiji, tudi če uporabljajo tradicionalne enote za ta ozemlja v vsakdanjem življenju. V Združenih državah so na primer običajne enote opredeljene kot enote SI z uporabo fiksnih koeficientov.

Količina Oznaka Rusko ime Rusko mednarodno Ploščati kot radian glad rad Solidni kot steradian Sre Sre Temperatura v stopinjah Celzija v Celziju OS OS Frekvenca hertz Hz Hz Sila Newton Z n Energija joule J J Moč vat W W Tlak paskal Pa Pa Svetlobni tok lumen lm lm Osvetljenost luks OK lx Električni naboj obesek CL ° C Potencialna razlika volt V V Upor ohm Ohm R Električna kapaciteta farad F F Magnetni pretok Weber Wb Wb Magnetna indukcija Tesla T T Induktivnost Henry Mr. H Električna prevodnost Siemens Cm C Aktivnost radioaktivnega vira bequerel Bq Bq Absorbirana doza ionizirajočega sevanja siva Gr Gy Efektivna doza ionizirajočega sevanja sievert Sv Sv Aktivnost katalizatorja valjana mačka mačka

Izčrpno podroben opis sistema SI v uradni obliki je podan v Knjižici SI, ki izhaja od leta 1970, in njeni prilogi; ti dokumenti so objavljeni na uradni spletni strani Mednarodnega urada za uteži in mere. Od leta 1985ti dokumenti so izdani v angleščini in francoščini in so vedno prevedeni v več jezikov po vsem svetu, čeprav je uradni jezik dokumenta francoščina.

Natančna uradna definicija sistema SI je naslednja: »Mednarodni sistem enot (SI) je sistem enot, ki temelji na mednarodnem sistemu enot, skupaj z imeni in simboli ter nizom predpon in njihovimi imeni ter simboli. skupaj s pravili za njihovo uporabo, ki jih je sprejela Generalna konferenca za uteži in mere (CGPM).

Sistem SI določa sedem osnovnih enot fizikalnih veličin in njihovih izpeljank ter predpon k njim.Urejene so standardne okrajšave oznak enot in pravila za zapisovanje izpeljank. Kot prej je sedem osnovnih enot: kilogram, meter, sekunda, amper, kelvin, mol, kandela. Osnovne enote so neodvisne od velikosti in jih ni mogoče izpeljati iz drugih enot.

Kar zadeva izpeljane enote, jih je mogoče pridobiti na podlagi osnovnih, z izvajanjem matematičnih operacij, kot sta deljenje ali množenje. Nekatere nastale enote, kot so "radian", "lumen", "obesek", imajo svoja imena.

Pred imenom enote lahko uporabite predpono, na primer milimeter — tisočinka metra in kilometer — tisoč metrov. Predpona pomeni, da je treba ena deliti ali pomnožiti s celim številom, ki je specifična potenca desetice.