si の基本単位。 Si測定システムの歴史、目的、物理学における役割 Si測定の基本単位
1875 年に、メートル法会議によって国際度量衡局が設立されました。その目標は、世界中で使用される統一測定システムを作成することでした。 フランス革命時に登場したメートルとキログラムをベースとしたメートル法を基礎として採用することが決定されました。 その後、メートルとキログラムの規格が承認されました。 時間の経過とともに、測定単位系は進化し、現在では 7 つの基本的な測定単位があります。 1960 年に、この単位系は、国際単位系 (SI 系) (Systeme International d "Unites (SI))" という現代の名前になりました。SI 系は静的なものではなく、現在課されている要件に従って発展しています。科学技術における測定。
国際単位系の基本測定単位
SI システムにおけるすべての補助単位の定義は、7 つの基本測定単位に基づいています。 国際単位系 (SI) の主な物理量は次のとおりです。 長さ ($l$)。 質量 ($m$); 時間 ($t$); 電流 ($I$); ケルビン温度 (熱力学的温度) ($T$); 物質の量 ($\nu$); 光度 ($I_v$)。
SI 系の基本単位は、上記の量の単位です。
\[\left=m;;\ \left=kg;;\ \left=s;\ \left=A;;\ \left=K;;\ \ \left[\nu \right]=mol;;\ \left=cd\ (カンデラ)。\]
SI における基本測定単位の規格
SI システムで行われる基本測定単位の標準の定義を示しましょう。
メートル(m)光が $\frac(1)(299792458)$ s に等しい時間内に真空中を進む経路の長さです。
SI用標準質量重さ1kgの白金とイリジウムの合金からなる、高さと直径が39mmの直円筒形の分銅です。
1秒これは、放射線の 9192631779 周期に等しい時間間隔と呼ばれ、セシウム原子 (133) の基底状態の 2 つの超微細レベル間の遷移に対応します。
1アンペア(A)- これは、真空中に 1 メートルの距離にある 2 本の無限に細くて長い直線を通過する電流の強さであり、$2\cdot (10)^( に等しいアンペア力 (導体の相互作用の力) を生成します。 -7) 導体 1 メートルあたり N$。
1ケルビン(K)- これは、水の三重点温度の $\frac(1)(273.16)$ 部分に等しい熱力学的温度です。
1モル（ほくろ）- これは、0.012 kg の炭素に含まれる原子と同じ数の原子を持つ物質の量です (12)。
1カンデラ(cd)周波数 $540\cdot (10)^(12)$Hz の単色光源から放射され、放射方向のエネルギー力 $\frac(1)(683)\frac(W) の光の強度に等しい(平均).$
科学は発展し、測定技術は改善され、測定単位の定義は見直されています。 測定精度が高くなるほど、測定単位を決定するための要件も高くなります。
SI 導出量
他のすべての量は、SI システムでは基本量の導関数として考慮されます。 派生量の測定単位は、基本的な量の積 (次数を考慮した) の結果として定義されます。 SI システムにおける導出量とその単位の例を示します。
SI システムには、反射係数や比誘電率などの無次元量もあります。 これらの量には次元 1 があります。
SI システムには、特別な名前を持つ派生単位が含まれています。 これらの名前は、基本的な量の組み合わせを表すコンパクトな形式です。 独自の名前を持つ SI 単位の例を示します (表 2)。
各 SI 数量には単位が 1 つだけありますが、同じ単位を異なる数量に使用できます。 ジュールは熱と仕事の量の測定単位です。
SI システム、測定単位の倍数と約数
国際単位系には、問題の数量の数値が、接頭辞なしで使用される単位系の単位より大幅に大きいか小さい場合に使用される、測定単位の一連の接頭辞が付いています。 これらの接頭辞はあらゆる測定単位で使用され、SI システムでは 10 進数です。
このようなプレフィックスの例を示します (表 3)。
書き込むときは、接頭辞と単位名を一緒に書き、接頭辞と測定単位が 1 つの記号を形成します。
SI 系の質量単位 (キログラム) には、歴史的にすでに接頭辞が付いていることに注意してください。 キログラムの小数倍数と約数は、接頭語をグラムに接続することによって取得されます。
非システムユニット
SI システムは国際コミュニケーションにおいて普遍的で便利です。 SI システムに含まれないほとんどすべての単位は、SI 用語を使用して定義できます。 科学教育では SI システムの使用が好まれています。 ただし、SI には含まれていないものの、広く使用されている数量もいくつかあります。 したがって、分、時間、日などの時間の単位は文化の一部です。 一部の単位は歴史的な理由から使用されています。 SI 単位系に属さない単位を使用する場合は、SI 単位系への換算方法を示す必要があります。 単位の例を表 4 に示します。
物理的なサイズ物質的な物体、プロセス、物理現象の物理的特性であり、定量的に特徴付けられます。
物理量値この物理量を特徴付ける 1 つ以上の数値で表され、測定単位を示します。
物理量の大きさ物理量の値に現れる数値の値です。
物理量の測定単位。
物理量の測定単位 1 に等しい数値が割り当てられる固定サイズの数量です。 それと同次の物理量を定量的に表現するために使用されます。 物理量の単位系は、特定の量系に基づいた基本単位と派生単位のセットです。
普及している単位系はほんのわずかです。 ほとんどの場合、多くの国ではメートル法が使用されています。
基本単位。
物理量を測定する -他の同様の物理量を単位として比較することを意味します。
物体の長さは長さの単位と比較され、物の質量は重量の単位と比較されます。 しかし、ある研究者が長さをファゾムで測定し、別の研究者がフィートで測定した場合、2 つの値を比較するのは困難になります。 したがって、世界中のすべての物理量は通常、同じ単位で測定されます。 1963 年に、国際単位系 SI (国際単位系 - SI) が採用されました。
単位系の物理量ごとに、対応する測定単位が存在する必要があります。 標準 単位物理的な実装です。
長さの基準は、 メーター- プラチナとイリジウムの合金で作られた特別な形状のロッドに適用される 2 つのストロークの間の距離。
標準 時間は、定期的に繰り返されるプロセスの期間として機能します。このプロセスでは、太陽の周りの地球の動きが選択されます。つまり、地球は 1 年に 1 回転します。 ただし、時間の単位は1年ではありません。 ちょっと待って.
ユニットの場合 スピード物体が 1 秒間に 1 メートル移動する等速直線運動の速度を計算します。
面積、体積、長さなどには別の測定単位が使用されます。各単位は、特定の規格を選択するときに決定されます。 ただし、少数の単位だけが主要な単位として選択され、残りは主要な単位によって決定される場合、単位系ははるかに便利です。 たとえば、長さの単位がメートルの場合、面積の単位は平方メートル、体積は立方メートル、速度はメートル/秒などになります。
基本単位国際単位系 (SI) の物理量は、メートル (m)、キログラム (kg)、秒 (s)、アンペア (A)、ケルビン (K)、カンデラ (cd)、およびモル (mol) です。
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基本的なSI単位 |
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マグニチュード |
ユニット |
指定 |
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名前 |
ロシア |
国際的 |
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電流の強さ |
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熱力学温度 |
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光の力 |
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物質の量 |
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独自の名前を持つ派生 SI 単位もあります。
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独自の名前を持つ派生 SI 単位 |
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ユニット |
派生単位式 |
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マグニチュード |
名前 |
指定 |
他のSIユニット経由 |
SI主要ユニットおよび補助ユニットを通じて |
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プレッシャー |
m -1 ChkgChs -2 |
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エネルギー、仕事、熱量 |
m 2 ChkgChs -2 |
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パワー、エネルギーの流れ |
m 2 ChkgChs -3 |
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電気量・電気料金 |
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電圧、電位 |
m 2 ChkgChs -3 ChA -1 |
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電気容量 |
m -2 Chkg -1 Ch 4 Ch 2 |
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電気抵抗 |
m 2 ChkgChs -3 ChA -2 |
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電気伝導性 |
m -2 Chkg -1 Ch 3 Ch 2 |
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磁気誘導磁束 |
m 2 ChkgChs -2 ChA -1 |
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磁気誘導 |
kgHs -2 HA -1 |
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インダクタンス |
m 2 ChkgChs -2 ChA -2 |
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光の流れ |
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イルミネーション |
m 2 ChkdChsr |
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放射性物質の活動 |
ベクレル |
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吸収放射線量 |
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そして測定値. 物理量の正確かつ客観的かつ簡単に再現可能な記述を取得するには、測定が使用されます。 測定がなければ、物理量を定量的に特徴付けることはできません。 「低い」または「高い」圧力、「低い」または「高い」温度などの定義は主観的な意見のみを反映しており、参考値との比較は含まれていません。 物理量を測定する場合、物理量には特定の数値が割り当てられます。
測定は以下を使用して実行されます 計測器。最も単純なものから最も複雑なものまで、非常に多くの測定器や装置があります。 たとえば、長さは定規や巻尺で、温度は温度計で、幅はノギスで測定されます。
測定器は、情報の表示方法（表示または記録）、測定方法（直接動作と比較）、測定値の表示形式（アナログとデジタル）などによって分類されます。
以下のパラメータは測定器に一般的です。
測定範囲- 通常の動作中（所定の測定精度で）デバイスが設計される測定量の値の範囲。
感度閾値- デバイスによって区別される、測定値の最小 (しきい値) 値。
感度- 測定されたパラメータの値と、それに対応する機器の読み取り値の変化を結び付けます。
正確さ- 測定されたインジケーターの真の値を示すデバイスの機能。
安定性- 校正後、一定時間一定の測定精度を維持するデバイスの能力。
メーターはどうやって決められたのですか？17 世紀、ヨーロッパにおける科学の発展に伴い、世界共通の尺度、つまりカトリックのメーターを導入するという声がますます高まり始めました。 それは自然現象に基づいた十進法であり、権力者の命令とは独立しています。 このような措置は、当時存在していたさまざまな措置システムに取って代わることになります。
イギリスの哲学者ジョン・ウィルキンスは、振り子の長さを長さの単位とし、その半周期が 1 秒に等しいことを提案しました。 ただし、測定場所によっては値が異なります。 フランスの天文学者ジャン・リシェは、南米旅行中 (1671 ～ 1673 年) にこの事実を確立しました。
1790年、タレーラン大臣は、ボルドーとグルノーブルの間の厳密に定められた緯度（北緯45度）に振り子を設置して標準長さを測定することを提案しました。 その結果、1790 年 5 月 8 日、フランス国民議会は、メートルは緯度 45 度での振動の半周期が 1 秒に等しい振り子の長さであると決定しました。 今日の SI によれば、そのメートルは 0.994 m に相当しますが、この定義は科学界には適合しませんでした。
1791 年 3 月 30 日、フランス科学アカデミーはパリ子午線の一部として標準メートルを確立する提案を受け入れました。 新しい単位は、赤道から北極までの距離の 1,000 万分の 1、つまりパリ子午線に沿って測定した地球の円周の 4 分の 1 の 1,000 万分の 1 となる予定でした。 これは「本物の決定版メーター」として知られるようになりました。
1795 年 4 月 7 日、国民公会はフランスにメートル法を導入する法律を採択し、S. O. Coulon、J. L. Lagrange、P.-S. を含む委員に指示しました。 ラプラスと他の科学者は、長さと質量の単位を実験的に決定しました。
1792 年から 1797 年にかけて、革命会議の決定により、フランスの科学者ドランブル (1749-1822) とメシャン (1744-1804) は、ダンケルクからバルセロナまで長さ 9 度 40 インチのパリ子午線の弧を測定しました。 6 年間で、フランス全土とスペインの一部に 115 個の三角形のチェーンを敷設しました。
しかしその後、地球の極圧縮を誤って考慮したため、標準が 0.2 mm 短いことが判明しました。 したがって、子午線の長さ 40,000 km はおおよその値にすぎません。 ただし、真鍮製メーター標準の最初のプロトタイプは 1795 年に作成されました。 質量の単位（キログラムの定義は、1立方デシメートルの水の質量に基づいています）もメートルの定義に関連付けられていることに注意してください。
SIシステム成立の経緯
1799 年 6 月 22 日、フランスで標準メートルと標準キログラムという 2 つのプラチナ規格が制定されました。 この日が現在の SI システム開発の始まりと考えるのが間違いありません。
1832 年、ガウスは、時間の単位 - 秒、長さの単位 - ミリメートル、質量の単位 - グラムの 3 つの単位を主要な単位とする、いわゆる絶対単位系を作成しました。科学者は地球の磁場の絶対値を測定することができました（このシステムは GHS ガウスという名前が付けられました）。
1860 年代には、マクスウェルとトムソンの影響を受けて、基本単位と派生単位が相互に一貫していなければならないという要件が策定されました。 その結果、1874 年に GHS システムが導入され、マイクロからメガまでの単位の約数と倍数を指定する接頭辞も割り当てられました。
1875年、ロシア、アメリカ、フランス、ドイツ、イタリアを含む17カ国の代表がメートル条約に署名し、これに基づいて国際措置局、国際措置委員会が設立され、定期的に総会が開催された。度量衡 (GCPM) が運用を開始しました。 同時に、キログラムの国際規格とメートルの国際標準の開発作業が始まりました。
1889 年の第 1 回 CGPM 会議では、GHS と同様にメートル、キログラム、秒に基づく MKS 単位が採用されましたが、実用上の利便性から MKS 単位の方が受け入れられると見なされていました。 光学系や電気系のユニットは後ほど紹介します。
1948 年、フランス政府と国際理論応用物理学連合の命令により、第 9 回度量衡総会は、国際度量衡委員会に対し、測定単位系を統一するために、メートル条約のすべての加盟国が受け入れることができる、統一された計量単位システムを作成するためのアイデア。
その結果、1954 年の第 10 回 CGPM において、メートル、キログラム、秒、アンペア、ケルビン、カンデラの 6 つの単位が提案され、採用されました。 1956 年に、この単位系は「国際単位系」という名前になりました。 1960 年に、初めて「国際単位系」と呼ばれる規格が採用され、略語「SI」が割り当てられました。 基本単位はメートル、キログラム、秒、アンペア、ケルビン、カンデラの 6 単位のままです。 （ロシア語の略語「SI」は「国際システム」と解読できます）。
1963 年にソ連では、GOST 9867-61「国際単位系」に従って、国民経済の分野、科学技術分野、および教育機関での教育に好ましいものとして SI が採用されました。
1968 年の第 13 回 CGPM では、単位「ケルビン度」が「ケルビン」に置き換えられ、「K」という表記も採用されました。 さらに、1 秒の新しい定義が採用されました。1 秒は、セシウム 133 原子の基底量子状態の 2 つの超微細準位間の遷移に対応する放射の 9,192,631,770 周期に等しい時間間隔です。 1997 年には、この時間間隔は 0 K で静止しているセシウム 133 原子を指すという明確化が採用される予定です。
1971 年の第 14 回 CGPM で、物質の量の単位である別の基本単位「モル」が追加されました。 モルは、重さ 0.012 kg の炭素 12 の原子と同じ数の構造要素を含む系内の物質の量です。 モルを使用する場合は、構造要素を指定する必要があり、原子、分子、イオン、電子、その他の粒子、または指定された粒子のグループを指定できます。
1979 年、第 16 回 CGPM はカンデラの新しい定義を採用しました。 カンデラは、周波数 540・1012 Hz の単色放射線を発する光源の特定の方向の光度であり、この方向の光エネルギー強度は 1/683 W/sr (ワット/ステラジアン) です。
1983 年、第 17 回 CGPM でメーターの新しい定義が与えられました。 1 メートルは、真空中で光が (1/299,792,458) 秒で進む距離です。
2009 年にロシア連邦政府は「ロシア連邦での使用が許可されている数量単位に関する規則」を承認し、2015 年に一部の非システム単位の「有効期間」を廃止する変更が加えられました。
SI システムの目的と物理学におけるその役割
今日、国際物理量体系 SI は世界中で受け入れられており、科学と技術、そして人々の日常生活の両方で他の体系よりも多く使用されています。これはメートル法の現代版です。
ほとんどの国は、日常生活ではその地域の伝統的な単位を使用する場合でも、テクノロジーの分野では SI 単位を使用します。 たとえば、米国では、慣習単位は固定係数を使用する SI 単位で定義されています。
| マグニチュード | 指定 | ||
| ロシアの名前 | ロシア | 国際的 | |
| フラットアングル | ラジアン | 嬉しい | ラッド |
| 立体角 | ステラディアン | 結婚した | sr |
| 摂氏温度 | 摂氏 | oC | oC |
| 頻度 | ヘルツ | Hz | Hz |
| 力 | ニュートン | N | N |
| エネルギー | ジュール | J | J |
| 力 | ワット | W | W |
| プレッシャー | パスカル | パ | パ |
| 光の流れ | ルーメン | lm | lm |
| イルミネーション | 贅沢 | わかりました | lx |
| 電荷 | ペンダント | Cl | C |
| 電位差 | ボルト | で | V |
| 抵抗 | オーム | オーム | Ω |
| 電気容量 | ファラド | F | F |
| 磁束 | ウェーバー | Wb | Wb |
| 磁気誘導 | テスラ | TL | T |
| インダクタンス | ヘンリー | おやすみなさい | H |
| 電気伝導性 | シーメンス | Cm | S |
| 放射性物質の活動 | ベクレル | BK | ベクレル |
| 電離放射線の吸収線量 | グレー | グループ | ジー |
| 電離放射線の実効線量 | シーベルト | SV | SV |
| 触媒活性 | 巻いた | 猫 | カット |
公式形式における SI システムの包括的な詳細な説明は、1970 年以来発行されている「SI パンフレット」とその付録に記載されています。 これらの文書は国際度量衡局の公式ウェブサイトで公開されています。 1985 年以来、これらの文書は英語とフランス語で発行されており、文書の公用語はフランス語ですが、常に多くの言語に翻訳されています。
SI 単位系の正確な公式定義は次のように定式化されます。 「国際単位系 (SI) は、国際単位系に基づいた単位系であり、名前と記号、および接頭辞と記号のセットを組み合わせたものです。それらの名前と記号、およびそれらの適用規則は、度量衡に基づいて総会で採択されました (CGPM)。」
SI システムは、物理量の 7 つの基本単位とその導関数、およびそれらの接頭辞を定義します。 単位指定の標準的な略語と派生語を記述するための規則が規定されています。 前と同様に、キログラム、メートル、秒、アンペア、ケルビン、モル、カンデラの 7 つの基本単位があります。 基本単位には独立した寸法があり、他の単位から派生することはできません。
派生単位については、基本単位に基づいて、除算や乗算などの算術演算を実行することで取得できます。 「ラジアン」、「ルーメン」、「クーロン」などの派生単位には、独自の名前が付いているものもあります。
単位名の前に、ミリメートル (1 メートルの 1000 分の 1)、キロメートル (1000 メートル) などの接頭辞を使用できます。 接頭辞は、1 を特定の 10 の累乗である整数で割るか乗算する必要があることを意味します。
