Что такое система си в физике

СИ является развитием метрической системы мер, которая была создана французскими учёными и впервые широко внедрена после Великой Французской революции. До введения метрической системы единицы выбирались независимо друг от друга. Поэтому пересчёт из одной единицы в другую был сложным. К тому же в разных местах применялись разные единицы, иногда с одинаковыми названиями. Метрическая система должна была стать удобной и единой системой мер и весов.

В 1799 г. во Франции были изготовлены два эталона — для единицы длины (метр) и для единицы массы (килограмм) [2] .

В 1874 г. была представлена система СГС, основанная на трёх единицах — сантиметр, грамм и секунда — и десятичных приставках от микро до мега [2] .

В 1875 г. была подписана Метрическая конвенция. Были начаты работы по разработке международных эталонов метра и килограмма.

В 1889 г. 1-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла систему мер, сходную с СГС, но основанную на метре, килограмме и секунде, так как эти единицы были признаны более удобными для практического использования [2] .

В последующем были введены базовые единицы для физических величин в области электричества и оптики.

В 1960 XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)».

В 1971 XIV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу количества вещества (моль).

Единицы СИ

Названия единиц СИ пишутся со строчной буквы, после обозначений единиц СИ точка не ставится, в отличие от обычных сокращений.

Основные единицы

Величина Единица измерения Обозначение
русское название международное название русское международное
Длина метр metre (meter) м m
Масса килограмм kilogram кг kg
Время секунда second с s
Сила тока ампер ampere А A
Термодинамическая температура кельвин kelvin К K
Сила света кандела candela кд cd
Количество вещества моль mole моль mol

Производные единицы

Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций: умножения и деления. Некоторым из производных единиц, для удобства, присвоены собственные названия, такие единицы тоже можно использовать в математических выражениях для образования других производных единиц.

Математическое выражение для производной единицы измерения вытекает из физического закона, с помощью которого эта единица измерения определяется или определения физической величины, для которой она вводится. Например, скорость — это расстояние, которое тело проходит в единицу времени; соответственно, единица измерения скорости — м/с (метр в секунду).

Часто одна и та же единица может быть записана по-разному, с помощью разного набора основных и производных единиц (см., например, последнюю колонку в таблице Производные единицы с собственными названиями). Однако на практике используются установленные (или просто общепринятые) выражения, которые наилучшим образом отражают физический смысл величины. Например, для записи значения момента силы следует использовать Н·м, и не следует использовать м·Н или Дж.

Производные единицы с собственными названиями

Величина Единица измерения Обозначение Выражение
русское название международное название русское международное
Плоский угол радиан radian рад rad м·м −1 = 1
Телесный угол стерадиан steradian ср sr м 2 ·м −2 = 1
Температура по шкале Цельсия¹ градус Цельсия degree Celsius °C °C K
Частота герц hertz Гц Hz с −1
Сила ньютон newton Н N кг·м·c −2
Энергия джоуль joule Дж J Н·м = кг·м 2 ·c −2
Мощность ватт watt Вт W Дж/с = кг·м 2 ·c −3
Давление паскаль pascal Па Pa Н/м 2 = кг·м −1 ·с −2
Световой поток люмен lumen лм lm кд·ср
Освещённость люкс lux лк lx лм/м² = кд·ср/м²
Электрический заряд кулон coulomb Кл C А·с
Разность потенциалов вольт volt В V Дж/Кл = кг·м 2 ·с −3 ·А −1
Сопротивление ом ohm Ом Ω В/А = кг·м 2 ·с −3 ·А −2
Электроёмкость фарад farad Ф F Кл/В = с 4 ·А 2 ·кг −1 ·м −2
Магнитный поток вебер weber Вб Wb кг·м 2 ·с −2 ·А −1
Магнитная индукция тесла tesla Тл T Вб/м 2 = кг·с −2 ·А −1
Индуктивность генри henry Гн H кг·м 2 ·с −2 ·А −2
Электрическая проводимость сименс siemens См S Ом −1 = с 3 ·А 2 ·кг −1 ·м −2
Активность (радиоактивного источника) беккерель becquerel Бк Bq с −1
Поглощённая доза ионизирующего излучения грэй gray Гр Gy Дж/кг = м²/c²
Эффективная доза ионизирующего излучения зиверт sievert Зв Sv Дж/кг = м²/c²
Активность катализатора катал katal кат kat моль/с

• Шкалы Кельвина и Цельсия связаны между собой следующим образом: °C = K − 273,15

Единицы, не входящие в СИ

Некоторые единицы, не входящие в СИ, по решению Генеральной конференции по мерам и весам «допускаются для использования совместно с СИ».

Читайте также:  Духовки электрические из чего сделаны
Единица измерения Международное название Обозначение Величина в единицах СИ
русское международное
минута minute мин min 60 с
час hour ч h 60 мин = 3600 с
сутки day сут d 24 ч = 86 400 с
градус degree ° ° (π/180) рад
угловая минута minute (1/60)° = (π/10 800)
угловая секунда second (1/60)′ = (π/648 000)
литр litre (liter) л l, L 1/1000 м³
тонна tonne т t 1000 кг
непер neper Нп Np безразмерна
бел bel Б B безразмерна
электронвольт electronvolt эВ eV ≈1,60217733×10 −19 Дж
атомная единица массы unified atomic mass unit а. е. м. u ≈1,6605402×10 −27 кг
астрономическая единица astronomical unit а. е. ua ≈1,49597870691×10 11 м
морская миля nautical mile миля — [3] 1852 м (точно)
узел knot уз 1 морская миля в час = (1852/3600) м/с
ар are а a 10² м²
гектар hectare га ha 10 4 м²
бар bar бар bar 10 5 Па
ангстрем ångström Å Å 10 −10 м
барн barn б b 10 −28 м²

Кроме того, ГОСТ 8.417-2002 разрешает применение следующих единиц: град, световой год, парсек, диоптрия, киловатт-час, вольт-ампер, вар, ампер-час, карат, текс, гал, оборот в секунду, оборот в минуту. Разрешается применять единицы относительных и логарифмических величин, такие как процент, промилле, миллионная доля, фон, октава, декада. Допускается также применять единицы времени, получившие широкое распространение, например, неделя, месяц, год, век, тысячелетие.

Другие единицы применять не разрешается.

Тем не менее, в различных областях иногда используются и другие единицы.

  • Единицы системы СГС: эрг, гаусс, эрстед и др.
  • Внесистемные единицы, широко распространённые до принятия СИ: кюри, калория, ферми, микрон и др.

Некоторые страны не приняли систему СИ, или приняли её лишь частично и продолжают использовать английскую систему мер или сходные единицы.

Кратные и дольные единицы

Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных множителей и приставок СИ, присоединяемых к названию или обозначению единицы.

В 1875 г. Метрической Конференцией было основано Международное Бюро Мер и Весов его целью стало создание единой системы измерений, которая нашла бы применение во всем мире. Было решено, за основу принять метрическую систему, которая появилась еще во времена Французской революции и основывалась на метре и килограмме. Позднее были утверждены эталоны метра и килограмма. С течением времени система единиц измерения развивалась, в настоящее время в ней принять семь основных единиц измерения. В 1960 г. эта система единиц получила современное название Международная система единиц ( система СИ) (Systeme Internatinal d’Unites (SI)). Система СИ не обладает статичностью, она развивается в соответствии с требованиями, которые в настоящее время предъявляются к измерениям в науке и технике.

Основные единицы измерения Международной системы единиц

В основу определения всех вспомогательных единиц в системе СИ положены семь основных единиц измерения. Основными физическими величинами в Международной системе единиц (СИ) являются: длина ($l$); масса ($m$); время ($t$); сила электрического тока ($I$); температура по шкале Кельвина (термодинамическая температура) ($T$); количество вещества ($
u $); сила света ($I_v$).

Основными единицами в системе СИ стали единицы выше названных величин:

[left[l
ight]=м;; left[m
ight]=кг;; left[t
ight]=с; left[I
ight]=A;; left[T
ight]=K;; left[
u
ight]=моль;; left[I_v
ight]=кд (кандела).]

Эталоны основных единиц измерения в СИ

Приведем определения эталонов основных единиц измерения как это сделано в системе СИ.

Метром (м) называют длину пути, который проходит свет в вакууме за время равное $frac<1><299792458>$ с.

Эталоном массы для СИ является гиря, имеющая форму прямого цилиндра, высота и диаметр которого 39 мм, состоящего из сплава платины и иридия массой в 1 кг.

Одной секундой (с) называют интервал времени, который равен 9192631779 периодам излучения, который соответствует переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия (133).

Один ампер (А) — это сила тока, проходящего в двух прямых бесконечно тонких и длинных проводниках, расположенных на расстоянии 1 метр, находящихся в вакууме порождающая силу Ампера (сила взаимодействия проводников) равную $2cdot <10>^<-7>Н$ на каждый метр проводника.

Один кельвин (К)— это термодинамическая температура равная $frac<1><273,16>$ части от температуры тройной точки воды.

Один мол (моль) — это количество вещества, в котором имеется столько же атомов, сколько их содержится в 0,012 кг углерода (12).

Одна кандела (кд) равна силе света, который испускает монохроматический источник частотой $540cdot <10>^<12>$Гц с энергетической силой в направлении излучения $frac<1><683>frac<Вт><ср>.$

Наука развивается, совершенствуется измерительная техника, определения единиц измерения пересматривают. Чем выше точность измерений, тем больше требований к определению единиц измерения.

Производные величины системы СИ

Все остальные величины рассматриваются в системе СИ как производные от основных. Единицы измерения производных величин определены как результат произведения (с учетом степени) основных. Приведем примеры производных величин и их единиц в системе СИ.

Читайте также:  Птээп в вопросах и ответах

В системе СИ имеются и безразмерные величины, например, коэффициент отражения или относительная диэлектрическая проницаемость. Эти величины имеют размерность единицы.

Система СИ включает производные единицы, обладающие специальными названиями. Эти названия — компактные формы представления комбинации основных величин. Приведем примеры единиц системы СИ, имеющих собственные наименования (табл. 2).

Каждая величина в системе СИ имеет только одну единицу измерения, но одна и та же единица измерения может использоваться для разных величин. Джоуль — единица измерения количества теплоты и работы.

Система СИ, единицы измерения кратные и дольные

В Международной системе единиц имеется набор приставок к единицам измерения, которые применяют, если численные значения рассматриваемых величин существенно больше или меньше, чем единица системы, которая применяется без приставки. Эти приставки используются с любыми единицами измерения, в системе СИ они являются десятичными.

Приведем примеры таких приставок (табл.3).

При написании приставку и наименование единицы пишут слитно, так, что приставка и единица измерения образуют единый символ.

Отметим, что единица массы в системе СИ (килограмм) исторически уже имеет приставку. Десятичные кратные и дольные единицы килограмма получают соединением приставки к грамму.

Внесистемные единицы

Система СИ универсальна и является удобной в международном общении. Практически все единицы, единицы не входящие в систему СИ можно определить, используя термины системы СИ. Применение системы СИ является предпочтительным в научном образовании. Однако имеются некоторые величины, которые не входят в СИ, но широко используются. Так, единицы времени такие как минута, час, сутки являются частью культуры. Не которые единицы используют по исторически сложившимся причинам. При использовании единиц, которые не принадлежат системе СИ необходимо указывать способы их перевода в единицы СИ. Пример единиц указан в табл.4.

Примеры задач с решением

Задание. Приведите примеры известных Вам внесистемных единиц и соотношение их с единицами системы СИ.

Решение. Примерами внесистемных единиц являются:

Задание. Объясните, почему одним метром называют длину пути, который проходит свет за время равное $frac<1><299792458>$ с в вакууме?

Решение. Сделаем рисунок.

Для того чтобы ответить на вопрос вспомним формулу для вычисления величины скорости при равномерном движении:

Вычислим скорость света в вакууме при заданных параметрах $l$ = 1 м; $t=frac<1><299792458>$ с :

Так, мы получили точную скорость света в вакууме.

Ответ. Один метр определяют таким образом, чтобы при вычислении скорости света в вакууме получалась величина, равная $v=299792458 frac<м><с>.$

Главная // Наша библиотека // Справочник // Система СИ

Содержание

  • 1 Общие сведения
  • 2 История
  • 3 Единицы системы СИ
  • 3.1 Основные единицы
  • 3.2 Производные единицы
  • 4 Единицы, не входящие в СИ
  • Приставки
  • Общие сведения

    Система СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам, некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.

    Система СИ определяет семь основных и производные единицы измерения, а также набор приставок . Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц измерения и правила записи производных единиц.

    В России действует ГОСТ 8.417-2002, предписывающий обязательное использование СИ. В нем перечислены единицы измерения, приведены их русские и международные названия и установлены правила их применения. По этим правилам в международных документах и на шкалах приборов допускается использовать только международные обозначения. Во внутренних документах и публикациях можно использовать либо международные либо русские обозначения (но не те и другие одновременно).

    Основные единицы : килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, т. е. ни одна из основных единиц не может быть получена из других.

    Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в Системе СИ присвоены собственные названия.

    Приставки можно использовать перед названиями единиц измерения; они означают, что единицу измерения нужно умножить или разделить на определенное целое число, степень числа 10. Например приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.

    История

    Система СИ основана на метрической системе мер, которая была создана французскими учеными и впервые была широко внедрена после Великой Французской революции. До введения метрической системы, единицы измерения выбирались случайно и независимо друг от друга. Поэтому пересчет из одной единицы измерения в другую был сложным. К тому же в разных местах применялись разные единицы измерения, иногда с одинаковыми названиями. Метрическая система должна была стать удобной и единой системой мер и весов.

    В 1799 г. были утверждены два эталона — для единицы измерения длины ( метр) и для единицы измерения веса ( килограмм).

    В 1874 г. была введена система СГС, основанная на трех единицах измерения — сантиметр, грамм и секунда. Были также введены десятичные приставки от микро до мега.

    В 1889 г. 1-ая Генеральная конференция по мерам и весам приняла систему мер, сходную с СГС, но основанную на метре, килограмме и секунде, т. к. эти единицы были признаны более удобными для практического использования.

    В последующем были введены базовые единицы для измерения физических величин в области электричества и оптики.

    В 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)».

    В 1971 г. IV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу измерения количества вещества ( моль).

    В настоящее время СИ принята в качестве законной системы единиц измерения большинством стран мира и почти всегда используется в области науки (даже в тех странах, которые не приняли СИ).

    Единицы системы СИ

    После обозначений единиц Системы СИ и их производных точка не ставится, в отличие от обычных сокращений.

    Основные единицы

    Величина Единица измерения Обозначение
    русское название международное название русское международное
    Длина метр metre (meter) м m
    Масса килограмм kilogram кг kg
    Время секунда second с s
    Сила электрического тока ампер ampere А A
    Термодинамическая температура кельвин kelvin К K
    Сила света кандела candela кд cd
    Количество вещества моль mole моль mol
    Читайте также:  Расшифровка ошибок стиральной машины индезит

    Производные единицы

    Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций умножения и деления. Некоторым из производных единиц, для удобства, присвоены собственные названия, такие единицы тоже можно использовать в математических выражениях для образования других производных единиц.

    Математическое выражение для производной единицы измерения вытекает из физического закона, с помощью которого эта единица измерения определяется или определения физической величины, для которой она вводится. Например, скорость — это расстояние, которое тело проходит в единицу времени. Соответственно, единица измерения скорости — м/с (метр в секунду).

    Часто одна и та же единица измерения может быть записана по разному, с помощью разного набора основных и производных единиц (см., например, последнюю колонку в таблице Производные единицы с собственными названиями ). Однако, на практике используются установленные (или просто общепринятые) выражения, которые наилучшим образом отражают физический смысл измеряемой величины. Например, для записи значения момента силы следует использовать Н×м, и не следует использовать м×Н или Дж.

    Производные единицы с собственными названиями

    Величина Единица измерения Обозначение Выражение
    русское название международное название русское международное
    Плоский угол радиан radian рад rad м×м -1 = 1
    Телесный угол стерадиан steradian ср sr м 2 ×м -2 = 1
    Температура по шкале Цельсия градус Цельсия °C degree Celsius °C K
    Частота герц hertz Гц Hz с -1
    Сила ньютон newton Н N кг×м/c 2
    Энергия джоуль joule Дж J Н×м = кг×м 2 /c 2
    Мощность ватт watt Вт W Дж/с = кг×м 2 /c 3
    Давление паскаль pascal Па Pa Н/м 2 = кг?м -1 ?с 2
    Световой поток люмен lumen лм lm кд×ср
    Освещённость люкс lux лк lx лм/м 2 = кд×ср×м -2
    Электрический заряд кулон coulomb Кл C А×с
    Разница потенциалов вольт volt В V Дж/Кл = кг×м 2 ×с -3 ×А -1
    Сопротивление ом ohm Ом Ω В/А = кг×м 2 ×с -3 ×А -2
    Ёмкость фарад farad Ф F Кл/В = кг -1 ×м -2 ×с 4 ×А 2
    Магнитный поток вебер weber Вб Wb кг×м 2 ×с -2 ×А -1
    Магнитная индукция тесла tesla Тл T Вб/м 2 = кг×с -2 ×А -1
    Индуктивность генри henry Гн H кг×м 2 ×с -2 ×А -2
    Электрическая проводимость сименс siemens См S Ом -1 = кг -1 ×м -2 ×с 3 А 2
    Радиоактивность беккерель becquerel Бк Bq с -1
    Поглощённая доза ионизирующего излучения грэй gray Гр Gy Дж/кг = м 2 /c 2
    Эффективная доза ионизирующего излучения зиверт sievert Зв Sv Дж/кг = м 2 /c 2
    Активность катализатора катал katal кат kat mol×s -1

    Единицы, не входящие в Систему СИ

    Некоторые единицы измерения, не входящие в Систему СИ, по решению Генеральной конференции по мерам и весам «допускаются для использования совместно с СИ».

    Единица измерения Международное название Обозначение Величина в единицах СИ
    русское международное
    минута minute мин min 60 с
    час hour ч h 60 мин = 3600 с
    сутки day сут d 24 ч = 86 400 с
    градус degree ° ° (П/180) рад
    угловая минута minute (1/60)° = (П/10 800)
    угловая секунда second (1/60)′ = (П/648 000)
    литр litre (liter) л l, L 1 дм 3
    тонна tonne т t 1000 кг
    непер neper Нп Np
    бел bel Б B
    электронвольт electronvolt эВ eV 10 -19 Дж
    атомная единица массы unified atomic mass unit а. е. м. u =1,49597870691 -27 кг
    астрономическая единица astronomical unit а. е. ua 10 11 м
    морская миля nautical mile миля 1852 м (точно)
    узел knot уз 1 морская миля в час = (1852/3600) м/с
    ар are а a 10 2 м 2
    гектар hectare га ha 10 4 м 2
    бар bar бар bar 10 5 Па
    ангстрем ångström Å Å 10 -10 м
    барн barn б b 10 -28 м 2

    Приставки СИ для образования десятичных и дольных единиц

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *