Основные единицы СИ

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Это старая версия этой страницы, сохранённая Луговкин (обсуждение | вклад) в 18:10, 10 марта 2015 (→Метр, секунда, кандела). Она может серьёзно отличаться от текущей версии.
Перейти к навигации Перейти к поиску
Отпатрулированная версия этой страницы, проверенная 10 марта 2015, была основана на этой версии.
Семь основных единиц и зависимость их определений

Основные единицы Международной системы единиц (СИ) – семь единиц измерения основных величин Международной системы величин, принятые Генеральной конференцией по мерам и весам. Основными величинами Международной системы величин являются длина, масса, время, электрический ток, термодинамическая температура, количество вещества и сила света. Единицы измерения для них — основные единицы СИ — метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела соответственно[1][2].

Полное официальное описание основных единиц СИ, а также СИ в целом вместе с её толкованием содержится в действующей редакции Брошюры СИ (фр. Brochure SI, англ. The SI Brochure) и Дополнении к ней, опубликованных Международным бюро мер и весов (МБМВ) и представленных на сайте МБМВ[1][3].

Остальные единицы СИ являются производными и образуются из основных с помощью уравнений, связывающих друг с другом физические величины Международной системы величин.

Основная единица может использоваться и для производной величины той же размерности. Например, количество осадков определяется как частное от деления объёма на площадь и в СИ выражается в метрах. В этом случае метр используется в качестве когерентной производной единицы[2].

Наименования и обозначения всех единиц СИ пишутся маленькими буквами (например, метр и его обозначение м). У этого правила есть исключение: обозначения единиц, названных фамилиями учёных, пишутся с заглавной буквы (например, ампер обозначается символом А).

Многие внесистемные единицы, такие, как, например, тонна, час, литр и электронвольт не входят в СИ, но они «допускаются к применению наравне с единицами СИ»[4].

Основные единицы СИ. Сводная таблица

В таблице представлены все основные единицы СИ вместе с их определениями, обозначениями, физическими величинами, к которым они относятся, а также кратким обоснованием их происхождения.

Основные единицы СИ
Единица Обозначение Величина Определение[4]
 Исторические происхождения / Обоснование
Метр м Длина 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) 		1⁄10,000,000 расстояния от экватора Земли до северного полюса на меридиане Парижа.
Килограмм кг Масса 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 с Время 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
Ампер А 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.)
Кельвин К 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 17О на один моль 16О и 0,0020052 моля 18О на один моль 16О[1]. 		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[4]: °C = K — 273,15.
Моль моль 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)
Кандела кд Сила света Кандела есть сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540⋅1012 герц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет (1/683) Вт/ср.
XVI ГКМВ (1979 г., Резолюция 3)

Рекомендации по совершенствованию СИ

С момента принятия Метрической конвенции в 1875 г. определения основных единиц измерения несколько раз изменялись. С переопределения метра (1960) килограмм остался последней единицей, которая определяется не как свойство природы, а как физический артефакт. Тем не менее, моль, ампер и кандела тоже привязаны к платиново-иридиевым эталонам, которые находятся в хранилище. Длительное время метрология искала пути для определения килограмма фундаментальными константами, так же, как метр определяется через скорость света.

Конференция по мерам и весам (1999 г.) рекомендовала в 21-м веке «Национальным лабораториям продолжить исследования для привязки массы к фундаментальным или массовым константам для определения массы килограмма». Большинство ожиданий связывают с постоянной Планка и числом Авогадро.

В 2005 году Международный комитет мер и весов (МКМВ) утвердив подготовку к новым определениям килограмма, ампера и кельвина, также отметил возможность нового определения моля, основанного на числе Авогадро[5] 23-я Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) в 2007 году решила отложить узаконивание любых изменений до следующей конференции в 2011 году.[6]

В пояснительной записке, адресованной МКМВ, в октябре 2009 года,[7] президент консультативного совета МКМВ по единицам перечислил неопределённости физических фундаментальных констант при использовании текущих определений и тех, какими эти неопределённости станут при использовании новых предложенных определений единиц. Он рекомендовал МКМВ принять предложенные изменения в «определении килограмма, ампера, кельвина и моля, чтобы они выражались через величины фундаментальных констант h[8], e[9], k[10], и NA».[11]

XXIV Генеральная конференция по мерам и весам

На XXIV Генеральной конференции по мерам и весам 17—21 октября 2011 года была принята Резолюция, в соответствии с которой предполагается в будущей ревизии Международной системы единиц переопределить основные единицы таким образом, чтобы они были основаны не на созданных человеком артефактах (эталонах), а на фундаментальных физических константах или свойствах атомов, численные значения которых фиксируются и полагаются точными по определению[12][13].

Килограмм, ампер, кельвин, моль

В соответствии с решениями XXIV ГКМВ наиболее важные изменения должны затронуть четыре основные единицы СИ: килограмм, ампер, кельвин и моль. Новые определения этих единиц будут базироваться на фиксированных численных значениях следующих фундаментальных физических постоянных: постоянной Планка, элементарного электрического заряда, постоянной Больцмана и числа Авогадро, соответственно. Всем этим величинам будут приписаны точные значения, основанные на результатах наиболее точных измерений, рекомендованных Комитетом по данным для науки и техники (CODATA).

В Резолюции сформулированы следующие положения, касающиеся этих единиц[12]:

  • Килограмм останется единицей массы; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Планка равным в точности 6,626 06X⋅10−34, когда она выражена единицей СИ м2·кг·с−1, что эквивалентно Дж·с.
  • Ампер останется единицей силы электрического тока; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения элементарного электрического заряда равным в точности 1,602 17X⋅10−19, когда он выражен единицей СИ с·А, что эквивалентно Кл.
  • Кельвин останется единицей термодинамической температуры; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Больцмана равным в точности 1,380 6X⋅10−23, когда она выражена единицей СИ м−2·кг·с−2·К−1, что эквивалентно Дж·К−1.
  • Моль останется единицей количества вещества; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Авогадро равным в точности 6,022 14X⋅1023 моль−1, когда она выражена единицей СИ моль−1.

Выше и далее Х заменяет одну или более значащих цифр, которые будут определены в дальнейшем на основании наиболее точных рекомендаций CODATA.

Метр, секунда, кандела

Определения метра и секунды уже в настоящее время связаны с точными значениями таких постоянных, как скорость света и величина расщепления основного состояния атома цезия, соответственно. Существующее определение канделы хотя и не привязано к какой-либо фундаментальной постоянной, тем не менее, также может рассматриваться как связанное с точным значением инварианта природы. Исходя из сказанного, изменять по существу определения метра, секунды и канделы не предполагается. Однако для поддержания единства стиля планируется принять новые, полностью эквивалентные существующим, формулировки определений в следующем виде:

  • Метр, символ м, является единицей длины; его величина устанавливается фиксацией численного значения скорости света в вакууме равным в точности 299 792 458, когда она выражена единицей СИ м·с−1.
  • Секунда, символ с, является единицей времени; её величина устанавливается фиксацией численного значения частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 при температуре 0 К равным в точности 9 192 631 770, когда она выражена единицей СИ с−1, что эквивалентно Гц.
  • Кандела, символ кд, является единицей силы света в заданном направлении; её величина устанавливается фиксацией численного значения световой эффективности монохроматического излучения частотой 540·1012 Гц равным в точности 683, когда она выражена единицей СИ м−2·кг−1·с3·кд·ср или кд·ср·Вт−1, что эквивалентно лм·Вт−1.

Новый облик СИ

Предполагается, что после реализации сформулированного подхода в своём окончательном виде СИ будет системой единиц, в которой[12]:

  • частота сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 в точности равна 9 192 631 770 Гц[14];
  • скорость света в вакууме c в точности равна 299 792 458 м/с[14];
  • постоянная Планка h в точности равна 6,626 06X⋅10−34 Дж·с;
  • элементарный электрический заряд e в точности равен 1,602 17X⋅10−19 Кл;
  • постоянная Больцмана k в точности равна 1,380 6X⋅10−23 Дж/К;
  • число Авогадро NA в точности равно 6,022 14X⋅1023 моль−1;
  • световая эффективность kcd монохроматического излучения частотой 540⋅1012 Гц в точности равна 683 лм/Вт[14];

См. также

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 The SI Brochure Описание СИ на сайте Международного бюро мер и весов (англ.)
  2. ↑ 1 2 Международный словарь по метрологии: основные и общие понятия и соответствующие термины / Пер. с англ. и фр.. — 2-е изд., испр. — СПб.: НПО «Профессионал», 2010. — С. 20. — 82 с. — ISBN 978-5-91259-057-3.
  3. ↑ Supplement 2014: Updates to the 8th edition (2006) of the SI Brochure (фр.) (англ.)
  4. ↑ 1 2 3 ГОСТ 8.417-2002. Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин.
  5. ↑ 94-е заседание Международного комитета мер и весов (2005). Рекомендации 1: Подготовительные шаги к определению килограмма, ампера, кельвина и моля через фундаментальные константы
  6. ↑ 23-я Генеральная конференция по мерам и весам (2007). Решение 12: О возможном переопределении определенных основных единиц Международной системы единиц (СИ).
  7. ↑ Ian Mills, President of the CCU. Thoughts about the timing of the change from the Current SI to the New SI. CIPM (октябрь 2009). Дата обращения: 23 февраля 2010. Архивировано 8 мая 2012 года.
  8. ↑ Постоянная Планка
  9. ↑ Заряд электрона
  10. ↑ Постоянная Больцмана
  11. ↑ Число Авогадро
  12. ↑ 1 2 3 On the possible future revision of the International System of Units, the SI Resolution 1 of the 24th meeting of the CGPM (2011)
  13. ↑ Towards the "New SI"... (англ.) на сайте Международного бюро мер и весов
  14. ↑ 1 2 3 Это определение уже введено и действует в настоящее время.

Ссылки

Источник — https://ru.wikipedia.org/ruwiki/w/index.php?title=Основные_единицы_СИ&oldid=69144171