Международна система единици

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Схема на седемте основни единици на SI - келвин, секунда, метър, килограм, кандела, мол и ампер - и зависимостите между техните дефиниции. Секундата, келвинът и метърът са дефинирани независимо от останалите единици. Дефиницията за метър използва секунди, а дефинициите на останалите основни единици използват повече от една друга основна единица.

Международната система единици (международно означение SI, от френски: Système international d'unités[1]) е съвременната форма на метричната система и е най-широко използваната система единици както в науката, така и в стопанството и техниката. Тя представлява кохерентна система единици, изградена от около 7 основни, 22 именувани и неограничен брой неименувани кохерентни производни единици, както и набор от стандартни представки, които имат характер на десетични множители.

Стандартите на Международната система единици, публикувани през 1960 година, са резултат от процес, започнал през 1948 година, и се основават на старата система метър-килограм-секунда (MKS), а не на конкурентната система сантиметър-грам-секунда (CGS), която от своя страна има няколко разновидности. Самата Международна система единици не е фиксирана, а дефинициите за единиците могат да се променят с международно споразумение, когато развитието на техниките за измерване даде възможност за по-точна дефиниция.

Причина за създаването на Международната система единици е появата на множество варианти на системата сантиметър-грам-секунда и липсата на координация между различните области на науката при използването на единици. Освен че дефинира нов вариант на метричната система, Генералната конференция по мерки и теглилки (CGPM), организация, създадена с Метричната конвенция през 1875 година, успява да убеди множество международни организации да постигнат съгласие не само за дефинициите на Международната система единици, но и за правила за изписване и представяне на измерванията по стандартен начин.

Международната система единици е приета от повечето страни по света, макар че в англоезичните страни въвеждането на системата не е пълно. В Съединените щати метричните единици не се използват често извън науката и администрацията, но използваните в страната единици са дефинирани чрез единиците от Международната система. Във Великобритания и Канада Международната система единици е въведена частично, като в някои области продължават да се използват имперски единици.

История[редактиране | edit source]

Граничен камък на границата между Австро-Унгария и Италия през XIX век, надписът на който използва остарялата днес единица мириаметър, равен на 10 km[2][3]

Метричната система е въведена за първи път по време на Френската революция, като първоначално включва само метъра и килограма като стандарти за дължина и маса. През 30-те години на XIX век Карл Фридрих Гаус поставя основите на кохерентна система, базирана на единици за дължина, маса и време. През 60-те години група учени, работещи за Британската асоциация за напредък на науката, формулират изискванията за кохерентност на система от основни и производни единици. Масовото използване на различни системи единици забавя включването в тях на електрически единици до 1900 година, когато Джовани Джорджи установява необходимостта от дефинирането на една електрическа величина като четвърта основна, наред с първоначалните три.

Междувременно през 1875 година Метричната конвенция прехвърля отговорността за сравняване на килограма и метъра с договорени прототипи от френски към международен контрол. През 1921 година Конвенцията е разширена, обхващайки всички физични величини, включително електрическите единици, първоначално дефинирани през 1893 година.

През 1948 година е започната мащабна ревизия на метричната система, която разработва Практическа система единици - тя е публикувана през 1960 година под името Международна система единици. През 1954 година X-тата Генерална конференция по мерки и теглилки определя електрическия ток като четвърта основна величина на Практическата система единици и добавя две нови основни величини - температура и интензитет на светлината, с което основните величини стават шест, а съответните им основни единици са метър, килограм, секунда, ампер, келвин и кандела. През 1971 година е добавена и седма величина, количество вещество, представяна с единицата мол.

Единиците от SI са определени на международни конференции, организирани от Международното бюро за мерки и теглилки (BIPM), които се провеждат веднъж на 4 години в Париж.[4]

Некоординирано развитие[редактиране | edit source]

През 1791 година във Франция Националното събрание и крал Луи XVI възлагат на специален комитет на Френската академия на науките разработването на унифицирана и рационална система за измерване.[5] Групата, сред участниците в която са химикът Антоан Лавоазие и математиците Пиер-Симон Лаплас и Адриан-Мари Льожандр,[6] прилага принципите за свързване на дължина, обем и маса, изложени от английския духовник Джон Уилкинс през 1668 година,[7][8] както и концепцията за използване на дължината на земния меридиан като основа на дефиницията на единица за дължина, предложена през 1670 година от французина Габриел Мутон.[9][10]

Карл Фридрих Гаус (1777-1855) описва земното гравитационно поле в абсолютни единици

На 30 март 1791 година Националното събрание приема предложените от комитета принципи на новата десетична система за измерване и организира геодезични измервания между Дюнкерк и Барселона, за да се определи дължината на меридиана. На 11 юли 1792 година комитетът предлага наименованията „метър“, „ар“, „литър“ и „грав“ за единиците за дължина, площ, обем и маса. Комитетът предлага и имената на производните единици да се образуват чрез добавяне на десетични представки, като „санти-“ за една стотна и „кило-“ за хиляда.[11]

Уилям Томсън (лорд Келвин)
Уилям Томсън (1824-1907)
Джеймс Кларк Максуел
Джеймс Кларк Максуел (1831-1879)
Уилям Томсън и Джеймс Кларк Максуел играят важна роля за разработването на принципа за кохерентност и при определянето на имена на много от единиците.[12][13][14][15][16]

Закон от 7 април 1795 година дефинира единиците грам и килограм, които заменят дотогавашните граве и грав, а на 22 юни 1799 година, след като Пиер Мешен и Жан-Батист Жозеф Дьоламбр завършват измерването на меридиана, в Националния архив са поставени стандартните образци за метър и килограм. На 10 декември 1799 година, месец след преврата от 18 брюмер, е приет законът, с който във Франция окончателно се въвежда метричната система.[17][18]

През първата половина на XIX век няма особена консистентност в избора на множители на основните единици - например мириаметърът (10 000 метра) се използва широко както във Франция, така и в части от Германия, докато за маса се използва килограм (1000 грама), а не мириаграм.[2]

През 1832 година германецът Карл Фридрих Гаус със съдействието на Вилхелм Вебер имплицитно дефинира секундата като основна единица, изразявайки земното магнитно поле в милиметри, грамове и секунди.[12] Дотогава интензивността на земното магнитно поле е описвана само в относително изражение. Техниката, използвана от Гаус е да уравновеси момента, предизвикван от земното магнитно поле в окачен магнит с известна маса, с момента, предизвикван от земното притегляне върху еквивалентна система.[19]

През 60-те години на XIX век група на Британската асоциация за напредък на науката, включваща Джеймс Кларк Максуел и Уилям Томсън, надгражда постигнатото от Гаус и дефинира формално концепцията за кохерентна система единици, съдържаща основни и производни единици. Принципът на кохерентност е използван успешно за дефинирането на единици, базирани на Системата „Сантиметър-грам-секунда“, като ерг за енергия, дина за сила, бария за налягане, поаз за динамичен вискозитет и стоукс за кинематичен вискозитет.[15]

Метрична конвенция[редактиране | edit source]

Създаване на Международната система единици[редактиране | edit source]

Международният стандарт ISO/IEC 80000 (издаден съвместно от IEC и ISO) описва Международната система (SI) и препоръките за употреба на кратните и други производни единици.[20]

Разпространение на системата[редактиране | edit source]

Три държави не са приели SI като официална мерна система: Либерия, Мианмар и САЩ.

Системата е законно призната и се ползва по целия свят, като в повечето страни е задължителна, вкл. в България. Страните, които все още признават и други единици (напр. САЩ и Обединеното кралство), използват SI, за да ги дефинират.

В България[редактиране | edit source]

Съгласно чл. 3 и 11 от Закона за измерванията, в Република България са разрешени за използване само единиците от Международната система единици (SI), също и единиците, използвани заедно със SI (виж по-долу), както и техните съставни единици.

До 90-те г. в България (подобно на СССР) са се използвали и означения на единиците и представките на кирилица, установени с БДС 3952, въпреки че правилата на международната система още тогава не са допускали това (SI не съдържа означения на кирилица). През 1994 г. БДС 3952 е отменен като противоречащ на SI по отношение на означенията и е заменен с групата стандарти БДС ISO 31 (по-късно заменени от ISO/IEC 80000). Същевременно се преработва Законът за измерванията, който прави задължително ползването на SI в страната ни (тъй като стандартите вече са незадължителни). В изпълнение на закона се разработва Наредба за единиците за измерване, разрешени за използване в Република България.

Изписване на единиците[редактиране | edit source]

  • Означенията се изписват с малки латински или гръцки букви, освен за символи, при които единицата произлиза от лично име: например означението на единицата за налягане, наречена на Блез Паскал (Blaise Pascal), е Pa, докато самата единица се изписва „паскал“. Официално SI разрешава едно изключение, литъра, за означаването на който може да се ползва както малка, така и главна латинска буква (l или L).
  • Означенията остават в единствено число: 25 kg (не „25 kgs“) (отнася се за английския език).
  • Препоръчително е да се използва обикновен (изправен, роман) шрифт (например kg за килограм, m за метър), за да се различават от математически и физични променливи, които се изписват в курсив (например m за маса, l за дължина).
  • Между числата и означенията се оставя интервал: 2,21 kg, 7,3.10² m².
  • Между цифрите в групи по три се оставят интервали, например 1 000 000 или 342 142 (а не запетайки или точки като 1,000,000 или 1.000.000).
  • Дробната част на числото се отделя с десетична запетая. Числото „двадесет и четири цяло и петдесет и една стотни“ се изписва „24,51“. През 1997 г. Международният комитет за мерки и теглилки приема, че британската десетична точка може да се използва в текстове, написани на английски език („24.51“). За всички други езици официалният стандарт остава десетичната запетая.

Единици[редактиране | edit source]

Основни единици[редактиране | edit source]

В SI са дефинирани седем основни единици заедно с представки. Всички останали единици са техни производни. Седемте основни единици са метър, килограм, секунда, ампер, келвин, мол и кандела съответно за следните физични величини: дължина, маса, време, електрически ток, температура, количество вещество и светлинен интензитет. Символите или означенията им се изписват с малка буква, изключение правят само К (келвин) и А (ампер), защото идват от имена на хора.

Много други единици, които не са част от SI (такава единица е например литърът), са приети да се използват заедно със SI.

Основни единици[21]
Име Означение Мярка за Определение
метър m Дължина Единицата за дължина е дължината на пътя, изминат от светлината във вакуум за интервал от време 1/299792458 от секундата.
килограм kg Маса Единицата за маса е равна на масата на международния прототип на килограма (цилиндър, изработен от сплав на платина и иридий), съхраняван в Международното бюро по мерки и теглилки (BIPM) в Париж.
секунда s Време Единицата за време е продължителността на 9 192 631 770 периода на лъчението, съответстващо на прехода между двете свръхфини нива на основното състояние на атома на Цезий-133.
ампер A Електрически ток Единицата за електрически ток е постоянен електрически ток, който при протичане по два успоредни праволинейни проводника с безкрайна дължина и незначително кръгово напречно сечение, поставени на разстояние 1 метър един от друг във вакуум, създава между тези два проводника взаимодействие със сила 2.10-7 нютона на всеки метър от тяхната дължина.
келвин K Термодинамична температура Единицата за термодинамична температура представлява 1/273,16 част от термодинамичната температура на тройната точка на водата.
мол mol Количество вещество Единицата за количество вещество е количеството вещество на система, съдържаща толкова структурни единици (елементи), колкото атома се съдържат в 0,012 килограма въглерод 12 (структурните единици са 6,023×1023 или число на Авогадро).
кандела cd Интензитет на светлината Единицата за интензитет на светлината е силата на светлината в дадена посока от източник, излъчващ монохроматично лъчение с честота 540.1012 херца и интензитет на лъчението в тази посока 1/683 вата на стерадиан.

Допълнителни и производни единици[редактиране | edit source]

Единиците за ъгъл се смятат за специален клас допълнителни единици (по предложение на BIMP). Производните единици в SI се получават чрез произведения от степени на основните единици SI и/или допълнителните единици SI и служат за измерване на други количества. Макар че всички основни единици могат да се комбинират, не всички получени количества имат имена.

Единици за ъгъл
Име Означение Мярка за Определение
радиан rad Равнинен ъгъл Радиан е ъгълът между два радиуса на кръг, които отрязват от окръжността му дъга, равна на неговия радиус.
стерадиан sr Пространствен ъгъл Стерадиан е пространственият ъгъл на конус с връх в центъра на сфера с радиус r, който отрязва от повърхността на сферата площ, равна на площта на квадрат със страна, равна на радиуса на сферата ().
Производни единици
Мярка за Име Означение Изразяване чрез основни единици
Честота херц Hz s-1
Сила нютон N kg.m/s ²
Енергия джаул J N.m = kg.m²/s²
Мощност ват W J/s = kg.m²/s3
Налягане, механично напрежение паскал Pa N/m² = kg/(m.s²)
Светлинен поток лумен lm cd.sr
Осветеност лукс lx cd sr/m²
Електрически заряд кулон C A.s
Електрически потенциал волт V J/C = kg m²/A s3
Електрическо съпротивление ом Ω V/A = kg.m²/s3.A²
Електрически капацитет фарад F A².s4/kg.m²
Магнитен поток вебер Wb kg m²/s² A
Магнитна индукция тесла T Wb/m² = kg/s² A
Индуктивност хенри H kg m²/s² A²
Електрическа проводимост сименс S Ω -1 = kg-1 m-2 s3
Активност на радиоактивен източник бекерел Bq s-1
Погълната доза (от йонизираща радиация) грей Gy J/kg = m²/s²
Еквивалентна доза (от йонизираща радиация) сиверт Sv J/kg = m²/s²

Представки[редактиране | edit source]

Използването на основните, допълнителните и производните единици в практиката понякога е затруднено, поради много малка или твърде голяма стойност на единицата. Затова е приета системата с представки, кратни на 10, които определят по-голяма стойност на величината или дробни части от нея, когато трябва да се използва много малка част.

Стандартни представки, използвани в SI
По-големи от основната единица Име дека- хекто- кило- мега- гига- тера- пета- екса- сета- йота-
Означение da h k M G T P E Z Y
Стойност 100 101 102 103 106 109 1012 1015 1018 1021 1024
 
По-малки от основната единица Име деци- санти- мили- микро- нано- пико- фемто- ато- септо- йокто-
Означение d c m µ n p f a z y
Стойност 100 10−1 10−2 10−3 10−6 10−9 10−12 10−15 10−18 10−21 10−24

Бележки[редактиране | edit source]

1) Единицата градус Целзий е друго (специално) наименование на единицата келвин. Температурата по Целзий се означава с „°С“ и се определя като разликата

t = Т - Т0

между двете термодинамични температури Т и Т0, където Т0 = 273,15 К. Температурен интервал или температурна разлика имат еднаква стойност, независимо дали са изразени в келвини или в градуси Целзий.

2) При използване на „мол“ видът на структурните единици (елементи) трябва да бъде определен и те могат да бъдат атоми, молекули, йони, електрони, други частици или определени групи от тях.

Източници[редактиране | edit source]

  1. BIPM 2014a.
  2. а б spasslernen.de 2011.
  3. Malaisé 1842, с. 307-322.
  4. BIPM 2014b.
  5. Bureau International des Poids et Mesures 2006.
  6. Alder 2002, с. 89.
  7. Quinn 2012, с. xxvii.
  8. Wilkins 1668, с. 190-194.
  9. encyclopedia.com 2008.
  10. University of St Andrews, Scotland 2004.
  11. Tavernor 2007, с. 82.
  12. а б Bureau International des Poids et Mesures 2012.
  13. Tunbridge 1992, с. 42-46.
  14. Everett 1874, с. 222-225.
  15. а б Page 1975, с. 12.
  16. Maxwell 1873, с. 242-245.
  17. Bigourdan 2012, с. 176.
  18. Smeaton 2000, с. 125-134.
  19. Gauss 1995.
  20. ISO 2009.
  21. Taylor 2008, с. 23.
Цитирани източници

Литература[редактиране | edit source]

  • I. Mills, Tomislav Cvitas, Klaus Homann, Nikola Kallay, IUPAC: Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, 2nd ed., Blackwell Science Inc 1993, ISBN 0-632-03583-8.

Вижте също[редактиране | edit source]

Външни препратки[редактиране | edit source]

Официални

Информация

Конвертори