Международна система единици

Схема на седемте основни единици на МСЕ - 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 (МСЕ или SI, Шаблон:Lang-fr) 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 МСЕ, 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 МСЕ, 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 МСЕ. Във Великобритания и Канада МСЕ е въведена частично, като в някои области продължават да се използват имперски единици.

История

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

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.

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. Името на системата е дадено през 1960 г.

Международната система е изградена върху седем основни единици като килограма и метъра. Чрез тях се определят различни производни единици. Системата също определя някои представки, чрез които се образуват кратни или дробни на единиците. Например представката кило означава хиляда пъти по-голямо, така че километърът е равен на 1 000 метра; представката мили означава хиляда пъти по-малко, така че милиграмът е равен на 1 / 1000 от грама и т. н.

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.

Разпространение на системата

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. Страните, които все още признават и други единици (напр. САЩ и Обединеното кралство), използват SI, за да ги дефинират.

В България

Съгласно чл. 11 от Закона за измерванията, в Република България разрешени за използване са 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

• 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

Основни единици

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

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

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 (r²).

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 A²
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

Международна скала (SI)

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. Съществуват две числови скали (дълга и къса). България ползва късата числова скала --> Имена на числата

С думи(дълга скала)	С думи(къса скала)	Представка	Символ	Десетична дроб	Степен	Международна  скала
1/квадрилионна	1/септилионна	йокто<->yocto	y	0.000,000,000,000,000,000,000,001	10−24	−24
1/трилиардна	1/секстилионна	зепто<->zepto	z	0.000,000,000,000,000,000,001	10−21	−21
1/трилионна	1/квинтилионна	ато<->atto	a	0.000,000,000,000,000,001	10−18	−18
1/билиардна	1/квадрилионна	фемто<->femto	f	0.000,000,000,000,001	10−15	−15
1/билионна	1/трилионна	пико<->pico	p	0.000,000,000,001	10−12	−12
1/милиардна	1/милиардна	нано<->nano	n	0.000,000,001	10−9	−9
1/милионна	1/милионна	микро<->micro	µ	0.000,001	10−6	−6
1/хилядна	1/хилядна	мили<->milli	m	0.001	10−3	−3
1/стотна	1/стотна	центи<->centi	c	0.01	10−2	−2
1/десета	1/десета	деци<->deci	d	0.1	10−1	−1
1	1	–	–	1	100	0
десет	десет	дека<->deca	da	10	101	1
сто	сто	хекто<->hecto	h	100	102	2
хиляда	хиляда	кило<->kilo	k	1,000	103	3
милион	милион	мега<->mega	M	1,000,000	106	6
милиард	милиард	гига<->giga	G	1,000,000,000	109	9
билион	трилион	тера<->tera	T	1,000,000,000,000	1012	12
билиард	квадрилион	пета<->peta	P	1,000,000,000,000,000	1015	15
трилион	квинтилион	екса<->exa	E	1,000,000,000,000,000,000	1018	18
трилиард	секстилион	зета<->zetta	Z	1,000,000,000,000,000,000,000	1021	21
квадрилион	септилион	йота<->yotta	Y	1,000,000,000,000,000,000,000,000	1024	24

Бележки

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.

Бележки

Цитирани източници

• Resolution 12 of the 11th meeting of the CGPM (1960) // bipm.org. BIPM, 2014a. Посетен на 2014-01-27. (на английски)
• Conférence générale des poids et mesures // bipm.org. BIPM, 2014b. Посетен на 2014-01-27. (на английски)
• ISO 80000-1:2009. Quantities and units -- Part 1: General // iso.org. ISO, 2009. Посетен на 2014-01-27. (на английски)
• Malaisé, Ferdinand Malaisé. Theoretisch-practischer Unterricht im Rechnen. München, 1842. Посетен на 2013-01-07. (на немски)
• Amtliche Maßeinheiten in Europa 1842 // spasslernen.de. spasslernen.de, 2011. Посетен на 2011-03-26. (на немски)
• Taylor, Barry N. et al. The International System of Units (SI). Gaithersburg, MD, National Institute of Standards and Technology, 2008. Посетен на 2008-06-18. (на английски)

Литература

• 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

• Други системи за измерване: Имперски единици, Обичайни единици в САЩ, Система Метър-тон-секунда и Китайски единици
• Преход към метричната система
• Метрична система в САЩ
• Метрология
• UTC (Координирано универсално време)
• Представки за означаване на кратни и дробни величини
• Двоични представки — използвани за количествено изразяване на големи обеми цифрова информация (цифрови данни)
• Порядък на величините

Външни препратки

Официални

• Международно бюро за мерки и теглилки (BIMP)
• Най-важното от SI
• Наредба за единиците за измерване, разрешени за използване в Република България, Държавен вестник брой 115 (2002 г.)

Информация

• SI -- Its History and Use in Science and Industry
• Nelson, Robert A., "The International System of Units Its History and Use in Science and Industry". Via Satellite, February 2000
• Метричната система - и на Луната! (на англ.)

Конвертори

• Преобразуване на мерни единици в много категории