SI mõõtesüsteem — ajalugu, eesmärk, roll füüsikas

Inimkonna ajalugu on mitu tuhat aastat vana ja oma arengu eri etappidel on peaaegu iga rahvas kasutanud mõnda oma tavapärast võrdlussüsteemi. Nüüd on rahvusvaheline mõõtühikute süsteem (SI) muutunud kõigile riikidele kohustuslikuks.

Süsteem sisaldab seitset põhimõõtühikut: sekund – aeg, meeter – pikkus, kilogramm – mass, amper – elektrivoolu tugevus, kelvin – termodünaamiline temperatuur, kandela – valguse intensiivsus ja mool – aine hulk. On kaks lisaühikut: radiaan tasase nurga ja steradiaan ruuminurga jaoks.

SI pärineb prantsuse süsteemist Systeme Internationale ja tähistab rahvusvahelist mõõtühikute süsteemi.

Kuidas loendurit määratakse

17. sajandil, koos teaduse arenguga Euroopas, hakati üha sagedamini kuulma üleskutseid universaalse mõõdiku ehk katoliku meetri kasutuselevõtuks. See oleks kümnendmõõt, mis põhineb loomulikul sündmusel ja ei sõltu võimuesindaja otsusest. Selline meede asendaks paljusid erinevaid tol ajal eksisteerinud meetmesüsteeme.

Briti filosoof John Wilkins tegi ettepaneku võtta pikkusühikuks pendli pikkus, mille poolperiood oleks võrdne ühe sekundiga. Sõltuvalt mõõtmiskohast ei olnud väärtus aga sama. Prantsuse astronoom Jean Richet tegi selle fakti kindlaks Lõuna-Ameerika reisi ajal (1671–1673).

Aastal 1790 tegi minister Talleyrand ettepaneku mõõta võrdluspikkuskraad, asetades pendli rangelt fikseeritud laiuskraadile Bordeaux’ ja Grenoble’i vahel – 45° põhjalaiust. Selle tulemusena otsustas Prantsuse Rahvusassamblee 8. mail 1790, et meeter on pendli pikkus, mille poolperiood 45 ° laiuskraadil on 1 s. Tänase SI järgi oleks see meeter võrdne 0,994 m. Kuid see määratlus ei sobi teadusringkondadele.

30. märtsil 1791 võttis Prantsuse Teaduste Akadeemia vastu ettepaneku määratleda mõõtestandard Pariisi meridiaani osana. Uus mõõtühik pidi olema üks kümnemiljondik kaugusest ekvaatorist põhjapooluseni ehk üks kümnemiljonik veerand Maa ümbermõõdust, mõõdetuna mööda Pariisi meridiaani. Seda hakati nimetama tõeseks ja lõplikuks meetriks.

7. aprillil 1795 võttis rahvuskonvent vastu seaduse, millega kehtestati Prantsusmaal meetrikasüsteem ja andis volinikele, sealhulgas Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace ja teised teadlased määrasid eksperimentaalselt pikkuse ja massi ühikud.

Ajavahemikul 1792–1797 mõõtsid prantsuse teadlased Delambre (1749–1822) ja Mechen (1744–1804) revolutsioonilise konventsiooni otsusega sama Pariisi meridiaani kaare pikkusega 9 ° 40 'Dunkerque'ist kuni Barcelona 6 aastaga. aastaga, pannes 115 kolmnurgast koosneva ahela üle Prantsusmaa ja osa Hispaaniast.

Hiljem aga selgus, et Maa polaarsurve ebaõige arvutuse tõttu osutus etalon 0,2 mm lühemaks. Seega on meridiaani pikkus 40 000 km vaid ligikaudne. Esimene standardse messingmeetri prototüüp valmistati aga 1795. aastal. Tuleb märkida, et massiühik (kilogramm, mille määratlus põhineb ühe kuupdetsimeetri vee massil) on samuti seotud massiühiku määratlusega. meeter.

SI-süsteemi kujunemise ajalugu

22. juunil 1799 valmistati Prantsusmaal kaks plaatinastandardit – standardmeeter ja standardkilogramm. Seda kuupäeva võib õigustatult pidada praeguse SI-süsteemi väljatöötamise alguse päevaks.

1832. aastal lõi Gauss nn Absoluutne ühikute süsteem, võttes kolme põhiühikuna: ajaühik on sekund, pikkuse ühik on millimeeter ja massiühik on gramm, kuna neid konkreetseid ühikuid kasutades suutis teadlane mõõta Maa magnetvälja absoluutväärtus (see süsteem sai nime SGS Gauss).

1860. aastatel sõnastati Maxwelli ja Thomsoni mõjul nõue, et baas- ja tuletatud ühikud peavad omavahel ühilduma. Selle tulemusena võeti 1874. aastal kasutusele CGS-süsteem, mille eesliited jagati ka alamhulkade ja ühikute kordsete tähistamiseks mikro-mega.

1875. aastal kirjutasid 17 riigi, sealhulgas Venemaa, USA, Prantsusmaa, Saksamaa, Itaalia esindajad alla meetrikakonventsioonile, mille kohaselt asutati Rahvusvaheline Meetmete Büroo, Rahvusvaheline Mõõtmete Komitee ja hakkas toimima korraline konvent. Kaalude ja mõõtude üldkonverents (GCMW)… Samal ajal algas töö kilogrammi rahvusvahelise standardi ja mõõtevahendi standardi väljatöötamisega.

Aastal 1889 GKMV esimesel konverentsil ISS süsteemmeetri, kilogrammi ja sekundi põhjal, nagu ka CGS, tundusid ISS-i üksused praktilise kasutamise mugavuse tõttu vastuvõetavamad. Optikat ja elektriseadmeid tutvustatakse hiljem.

1948. aastal andis üheksas kaalude ja mõõtude peakonverents Prantsusmaa valitsuse ja Rahvusvahelise Teoreetilise ja Rakendusfüüsika Liidu korraldusel Rahvusvahelisele Kaalude ja Mõõtude Komiteele välja korralduse teha ettepanek ühtlustada ühikute süsteemi. mõõtmine, tema ideed luua ühtne mõõtühikute süsteem, mida saaksid aktsepteerida kõik riigid — meetrikakonventsiooni osalised.

Selle tulemusena pakuti välja ja võeti 1954. aasta kümnendal GCMW-l kasutusele järgmised kuus ühikut: meeter, kilogramm, sekund, amper, kelvin ja kandela. 1956. aastal nimetati süsteem rahvusvaheliseks ühikute süsteemiks "Systeme International d'Unities".

1960. aastal võeti vastu standard, mida esimest korda nimetati "rahvusvaheliseks mõõtühikute süsteemiks" ja millele omistati lühend. "SI" (SI).

Põhiühikud jäid samaks kuueks ühikuks: meeter, kilogramm, sekund, amper, kelvin ja kandela, kaks lisaühikut (radiaan ja steradiaan) ning kakskümmend seitse kõige olulisemat tuletist, ilma et oleks eelnevalt täpsustatud teisi tuletisühikuid, mida saaks lisada - hilja. (Venekeelset lühendit "SI" saab dešifreerida kui "rahvusvaheline süsteem").

Kõik need kuus põhiühikut, nii lisaühikut kui ka kakskümmend seitse olulisemat tuletatud ühikut, langesid täielikult kokku vastavate põhi-, lisa- ja tuletatud ühikutega, mis sel ajal võeti vastu NSV Liidu riiklikes mõõtühikutes ISS, MKSA, МКСГ ja MSS süsteemid.

1963. aastal NSV Liidus vastavalt GOST 9867-61 "Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem", SI on aktsepteeritud eelistatuks rahvamajanduse valdkondades, teaduses ja tehnoloogias ning õppetöös õppeasutustes.

1968. aastal asendati kolmeteistkümnendal GKMV-l üksus "kelvinikraad" kelviniga ja võeti kasutusele ka tähistus "K". Lisaks võeti vastu uus sekundi definitsioon: sekund on ajavahemik, mis võrdub 9 192 631 770 kiirgusperioodiga, mis vastab tseesium-133 aatomi põhikvantoleku kahe ülipeene taseme üleminekule. 1997. aastal võeti vastu selgitus, et see ajavahemik viitab tseesium-133 aatomile puhkeolekus temperatuuril 0 K.

1971. aastal lisati 14 GKMV-le veel üks põhiühik «mol» - ainekoguse ühik. Mool on aine hulk süsteemis, mis sisaldab nii palju struktuurielemente, kui on süsinik-12 aatomeid kaaluga 0,012 kg. Kui kasutatakse mooli, peavad struktuurielemendid olema täpsustatud ja need võivad olla aatomid, molekulid, ioonid, elektronid ja muud osakesed või teatud osakeste rühmad.

1979. aastal võttis 16. CGPM vastu kandela uue määratluse. Kandela on 540 × 1012 Hz sagedusega monokromaatilist kiirgust kiirgava allika valgustugevus antud suunas, mille valgustugevus selles suunas on 1/683 W / sr (vatti steradiaani kohta).

1983. aastal anti 17 GKMV loendurile uus määratlus.Meeter on tee pikkus, mille valgus läbib vaakumis (1/299 792 458) sekundites.

2009. aastal kiitis Vene Föderatsiooni valitsus heaks "Vene Föderatsioonis kasutamiseks lubatud mõõtühikute määruse" ja 2015. aastal tehti selles muudatusi, et välistada osade süsteemiväliste ühikute "kehtivusaeg".

SI-süsteemi peamised eelised on järgmised:

1. Füüsikaliste suuruste ühikute ühtlustamine erinevate mõõtmisliikide jaoks.

SI-süsteem võimaldab igal erinevates tehnikavaldkondades leiduval füüsikalisel suurusel olla nende jaoks üks ühine ühik, näiteks džaul igat tüüpi töö jaoks ja soojushulk, mitte praegu selle suuruse jaoks kasutatavad erinevad ühikud (kilogramm - jõud). - meeter, erg, kalor, vatt-tund jne).

2. Süsteemi universaalsus.

SI ühikud hõlmavad kõiki teaduse, tehnika ja rahvamajanduse harusid, välistades vajaduse kasutada muid ühikuid, ning esindavad üldiselt ühtset süsteemi, mis on ühine kõikidele mõõtmisvaldkondadele.

3. Süsteemi ühenduvus (sidusus).

Kõigis füüsikalistes võrrandites, mis määratlevad saadud mõõtühikud, on proportsionaalsustegur alati dimensioonita suurus, mis on võrdne ühtsusega.

SI-süsteem võimaldab oluliselt lihtsustada võrrandite lahendamise, arvutuste tegemise ning graafikute ja nomogrammide koostamise toiminguid, kuna puudub vajadus kasutada märkimisväärset hulka teisendustegureid.

4. SI-süsteemi kooskõla ja sidusus hõlbustab oluliselt füüsikaseaduste ja pedagoogilise protsessi uurimist üldteaduslike ja eridistsipliinide uurimisel, samuti erinevate valemite tuletamist.

5.SI-süsteemi ülesehituse põhimõtted annavad võimaluse moodustada vastavalt vajadusele uusi tuletatud ühikuid ning seetõttu on selle süsteemi ühikute loetelu avatud edasiseks laiendamiseks.

SI-süsteemi eesmärk ja roll füüsikas

Praeguseks on rahvusvaheline füüsikaliste suuruste süsteem SI aktsepteeritud kogu maailmas ja seda kasutatakse teistest süsteemidest rohkem nii teaduses ja tehnikas kui ka inimeste igapäevaelus – see on meetermõõdustiku kaasaegne versioon.

Enamik riike kasutab tehnoloogias SI-ühikuid, isegi kui nad kasutavad tavaelus nende territooriumide jaoks traditsioonilisi ühikuid. Näiteks Ameerika Ühendriikides defineeritakse tavapäraseid ühikuid SI-ühikutena, kasutades fikseeritud koefitsiente.

Kogus Nimetus Vene nimi Vene rahvusvaheline Lamenurk radiaan rõõmus rad Tahkenurk steradiaan Kp Temperatuur Celsiuse kraadides Celsiuse kraadides OS OS Sagedus hertsid Hz Hz Jõud Newton Z n Energiadžaul J J Võimsus vatt W W Rõhk paskal Pa Pa Valgusvoog luumen lm lm Valgustuse luks OK lx Elektrilaengu ripats CL ° C Potentsiaalide erinevus volt V V Takistus ohm Ohm R Elektriline võimsus farad F F Magnetvoog Weber Wb Wb Magnetiline induktsioon Tesla T T Induktiivsus Henry Mr. H Elektrijuhtivus Siemens Cm C Radioaktiivse allika aktiivsus bekerel Bq Bq Ioniseeriva kiirguse neeldunud doos hall Gr Gy Ioniseeriva kiirguse efektiivdoos sievert Sv Sv Katalüsaatori aktiivsus valtsitud kassikass

SI-süsteemi ammendavalt üksikasjalik kirjeldus ametlikul kujul on toodud alates 1970. aastast ilmuvas SI-raamatus ja selle lisas; need dokumendid avaldatakse Rahvusvahelise Kaalude ja Mõõtude Büroo ametlikul veebisaidil. Alates 1985. aastastneed dokumendid väljastatakse inglise ja prantsuse keeles ning tõlgitakse alati mitmesse keelde üle maailma, kuigi dokumendi ametlik keel on prantsuse keel.

SI-süsteemi täpne ametlik määratlus on järgmine: "Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem (SI) on ühikute süsteem, mis põhineb rahvusvahelisel ühikute süsteemil koos nimede ja sümbolitega ning eesliidete ja nende nimede ja sümbolitega. koos kaalude ja mõõtude peakonverentsi (CGPM) poolt vastu võetud eeskirjadega nende kasutamise kohta.

SI-süsteemi defineerivad seitse füüsikaliste suuruste põhiühikut ja nende tuletisi ning nende eesliiteid.Reguleeritud on ühikutähistuste standardlühendid ja tuletiste kirjutamise reeglid. Põhiühikuid on nagu varemgi seitse: kilogramm, meeter, sekund, amper, kelvin, mool, kandela. Põhiühikud on suurusest sõltumatud ja neid ei saa tuletada teistest ühikutest.

Mis puutub tuletatud ühikutesse, siis neid saab saada põhiühikute põhjal, sooritades matemaatilisi tehteid nagu jagamine või korrutamine. Mõnedel saadud ühikutel, nagu "radiaan", "luumen", "ripats", on oma nimed.

Mõõtühiku nime ees võite kasutada eesliidet, näiteks millimeeter — üks tuhandik meetrist ja kilomeeter — tuhat meetrit. Eesliide tähendab, et üks tuleb jagada või korrutada täisarvuga, mis on kümne konkreetne aste.