Σύστημα μέτρησης SI — ιστορία, σκοπός, ρόλος στη φυσική
Η ανθρώπινη ιστορία είναι αρκετών χιλιάδων ετών και σε διάφορα στάδια της ανάπτυξής της σχεδόν κάθε έθνος έχει χρησιμοποιήσει μερικά από τα συμβατικά συστήματα αναφοράς του. Τώρα το Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) έχει καταστεί υποχρεωτικό για όλες τις χώρες.
Το σύστημα περιέχει επτά βασικές μονάδες μέτρησης: δεύτερο — χρόνο, μέτρο — μήκος, χιλιόγραμμο — μάζα, αμπέρ — ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος, kelvin — θερμοδυναμική θερμοκρασία, candela — ένταση φωτός και mole — ποσότητα ουσίας. Υπάρχουν δύο πρόσθετες μονάδες: το ακτίνιο για μια επίπεδη γωνία και το στεραδικό για μια σταθερή γωνία.
Το SI προέρχεται από το γαλλικό Systeme Internationale και σημαίνει το Διεθνές Σύστημα Μονάδων.
Πώς καθορίζεται ο μετρητής
Τον 17ο αιώνα, με την ανάπτυξη της επιστήμης στην Ευρώπη, άρχισαν να ακούγονται όλο και πιο συχνά εκκλήσεις για την καθιέρωση καθολικού μέτρου ή καθολικού μέτρου. Θα ήταν ένα δεκαδικό μέτρο βασισμένο στο φυσικό γεγονός και ανεξάρτητο από την απόφαση του ατόμου που έχει την εξουσία. Ένα τέτοιο μέτρο θα αντικαταστήσει τα πολλά διαφορετικά συστήματα μέτρων που υπήρχαν τότε.
Ο Βρετανός φιλόσοφος John Wilkins πρότεινε να ληφθεί το μήκος του εκκρεμούς ως μονάδα μήκους, η μισή περίοδος του οποίου θα ήταν ίση με ένα δευτερόλεπτο. Ωστόσο, ανάλογα με τη θέση μέτρησης, η τιμή δεν ήταν η ίδια. Ο Γάλλος αστρονόμος Jean Richet διαπίστωσε αυτό το γεγονός κατά τη διάρκεια ενός ταξιδιού στη Νότια Αμερική (1671 - 1673).
Το 1790, ο υπουργός Talleyrand πρότεινε τη μέτρηση του γεωγραφικού μήκους αναφοράς τοποθετώντας το εκκρεμές σε αυστηρά σταθερό γεωγραφικό πλάτος μεταξύ Μπορντό και Γκρενόμπλ — 45 ° βόρειο γεωγραφικό πλάτος. Ως αποτέλεσμα, στις 8 Μαΐου 1790, η Γαλλική Εθνοσυνέλευση αποφάσισε ότι το μέτρο είναι το μήκος ενός εκκρεμούς με μισή περίοδο σε γεωγραφικό πλάτος 45 ° ίσο με 1 s. Σύμφωνα με το σημερινό SI, αυτός ο μετρητής θα ήταν ίσος με 0,994 μ. Ωστόσο, αυτός ο ορισμός δεν ταιριάζει με την επιστημονική κοινότητα.
Στις 30 Μαρτίου 1791, η Γαλλική Ακαδημία Επιστημών αποδέχθηκε την πρόταση να οριστεί ένα πρότυπο μέτρησης ως μέρος του μεσημβρινού του Παρισιού. Η νέα μονάδα επρόκειτο να είναι το ένα δέκα εκατομμυριοστό της απόστασης από τον ισημερινό έως τον Βόρειο Πόλο, δηλαδή το ένα δέκα εκατομμυριοστό του τέταρτου της περιφέρειας της γης, μετρούμενη κατά μήκος του μεσημβρινού του Παρισιού. Αυτό έγινε γνωστό ως "Μέτρο Αληθινό και Οριστικό".
Στις 7 Απριλίου 1795, η Εθνική Συνέλευση ψήφισε νόμο που εισήγαγε το μετρικό σύστημα στη Γαλλία και έδωσε οδηγίες στους επιτρόπους, συμπεριλαμβανομένου του Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Ο Laplace και άλλοι επιστήμονες προσδιόρισαν πειραματικά τις μονάδες μήκους και μάζας.
Την περίοδο από το 1792 έως το 1797, με απόφαση της επαναστατικής συνέλευσης, οι Γάλλοι επιστήμονες Delambre (1749-1822) και Mechen (1744-1804) μέτρησαν το ίδιο τόξο του μεσημβρινού του Παρισιού με μήκος 9 ° 40' από τη Δουνκέρκη έως Η Βαρκελώνη σε 6 χρόνια, στρώνει μια αλυσίδα 115 τριγώνων σε όλη τη Γαλλία και μέρος της Ισπανίας.
Ωστόσο, αργότερα αποδείχθηκε ότι λόγω ενός εσφαλμένου υπολογισμού της πολικής συμπίεσης της Γης, το πρότυπο αποδείχθηκε ότι ήταν 0,2 mm μικρότερο. Έτσι, το μήκος του μεσημβρινού των 40.000 km είναι μόνο κατά προσέγγιση. Ωστόσο, το πρώτο πρωτότυπο του τυπικού ορειχάλκινου μετρητή κατασκευάστηκε το 1795. Πρέπει να σημειωθεί ότι η μονάδα μάζας (το κιλό, του οποίου ο ορισμός βασίζεται στη μάζα ενός κυβικού δεκατόμετρου νερού) συνδέεται επίσης με τον ορισμό του μετρητής.
Η ιστορία του σχηματισμού του συστήματος SI
Στις 22 Ιουνίου 1799, δύο πρότυπα πλατίνας - ο τυπικός μετρητής και το τυπικό χιλιόγραμμο - κατασκευάστηκαν στη Γαλλία. Αυτή η ημερομηνία μπορεί δικαίως να θεωρηθεί η ημέρα έναρξης της ανάπτυξης του τρέχοντος συστήματος SI.
Το 1832, ο Gauss δημιούργησε το λεγόμενο Απόλυτο σύστημα μονάδων, λαμβάνοντας ως βασικές τρεις μονάδες: η μονάδα του χρόνου είναι η δεύτερη, η μονάδα μήκους είναι το χιλιοστό και η μονάδα μάζας είναι το γραμμάριο, επειδή χρησιμοποιώντας αυτές τις συγκεκριμένες μονάδες, ο επιστήμονας μπόρεσε να μετρήσει το απόλυτη τιμή του μαγνητικού πεδίου της Γης (αυτό το σύστημα πήρε το όνομα SGS Gauss).
Στη δεκαετία του 1860, υπό την επιρροή των Maxwell και Thomson, διατυπώθηκε η απαίτηση ότι οι βασικές και οι παράγωγες μονάδες πρέπει να είναι συμβατές μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα, το σύστημα CGS εισήχθη το 1874, με προθέματα επίσης κατανεμημένα για να υποδηλώνουν υποσύνολα και πολλαπλάσια μονάδων από μικρο σε μέγα.
Το 1875, εκπρόσωποι 17 χωρών, μεταξύ των οποίων η Ρωσία, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Γαλλία, η Γερμανία, η Ιταλία, υπέγραψαν τη Σύμβαση Μετρικής, σύμφωνα με την οποία ιδρύθηκε το Διεθνές Γραφείο Μέτρων, η Διεθνής Επιτροπή Μέτρων και άρχισε να λειτουργεί μια τακτική σύμβαση. Γενική Διάσκεψη για τα Βάρη και τα Μέτρα (GCMW)… Ταυτόχρονα, ξεκίνησαν οι εργασίες για την ανάπτυξη ενός διεθνούς προτύπου για το κιλό και ενός προτύπου για το όργανο μέτρησης.
Το 1889 στο πρώτο συνέδριο του GKMV, Σύστημα ISSμε βάση το μέτρο, το κιλό και το δεύτερο, όπως το CGS, ωστόσο, οι μονάδες ISS φάνηκαν πιο αποδεκτές λόγω της ευκολίας της πρακτικής χρήσης. Οι οπτικές και οι ηλεκτρικές μονάδες θα παρουσιαστούν αργότερα.
Το 1948, με εντολή της γαλλικής κυβέρνησης και της Διεθνούς Ένωσης Θεωρητικής και Εφαρμοσμένης Φυσικής, η Ένατη Γενική Διάσκεψη για τα Βάρη και τα Μέτρα εξέδωσε εντολή στη Διεθνή Επιτροπή Βάρη και Μέτρων να προτείνει, προκειμένου να ενοποιηθεί το σύστημα των μονάδων μέτρηση, τις ιδέες του να δημιουργήσει ένα ενιαίο σύστημα μονάδων μέτρησης που θα μπορεί να γίνει αποδεκτό από όλες τις χώρες — συμβαλλόμενα μέρη στη Σύμβαση Μετρικής.
Ως αποτέλεσμα, οι ακόλουθες έξι μονάδες προτάθηκαν και υιοθετήθηκαν στο δέκατο GCMW το 1954: μέτρο, χιλιόγραμμο, δευτερόλεπτο, αμπέρ, kelvin και καντέλα. Το 1956, το σύστημα ονομάστηκε «Systeme International d'Unities» - το διεθνές σύστημα μονάδων.
Το 1960 υιοθετήθηκε ένα πρότυπο, το οποίο για πρώτη φορά ονομάστηκε «Διεθνές Σύστημα Μονάδων» και του αποδόθηκε η συντομογραφία «SI» (SI).
Οι βασικές μονάδες παρέμειναν οι ίδιες έξι μονάδες: μέτρο, χιλιόγραμμο, δευτερόλεπτο, αμπέρ, κέλβιν και καντέλα, δύο πρόσθετες μονάδες (ραδιανό και στεραδικό) και είκοσι επτά πιο σημαντικά παράγωγα, χωρίς να προσδιορίζονται εκ των προτέρων άλλες παράγωγες μονάδες που θα μπορούσαν να προστεθούν με - αργά. (Η συντομογραφία στα ρωσικά "SI" μπορεί να αποκρυπτογραφηθεί ως "Διεθνές Σύστημα").
Και οι έξι αυτές βασικές μονάδες, τόσο οι πρόσθετες μονάδες όσο και οι είκοσι επτά πιο σημαντικές παράγωγες μονάδες, συνέπιπταν πλήρως με τις αντίστοιχες βασικές, πρόσθετες και παράγωγες μονάδες που υιοθετήθηκαν εκείνη την εποχή στα κρατικά πρότυπα της ΕΣΣΔ για μονάδες μέτρησης για το ISS, MKSA, МКСГ και Συστήματα MSS.
Το 1963 στην ΕΣΣΔ, σύμφωνα με GOST 9867-61 «Διεθνές σύστημα μονάδων», το SI είναι αποδεκτό ως προτιμώμενο για τους τομείς της εθνικής οικονομίας, της επιστήμης και της τεχνολογίας και για τη διδασκαλία σε εκπαιδευτικά ιδρύματα.
Το 1968, στο δέκατο τρίτο GKMV, η μονάδα "βαθμός Kelvin" αντικαταστάθηκε από "kelvin" και ο χαρακτηρισμός "K" υιοθετήθηκε επίσης. Επιπλέον, υιοθετήθηκε ένας νέος ορισμός του δευτερολέπτου: ένα δευτερόλεπτο είναι ένα χρονικό διάστημα ίσο με 9.192.631.770 περιόδους ακτινοβολίας που αντιστοιχούν στη μετάβαση μεταξύ δύο υπερλεπτών επιπέδων της βασικής κβαντικής κατάστασης του ατόμου καισίου-133. Το 1997, θα υιοθετηθεί μια διευκρίνιση ότι αυτό το χρονικό διάστημα αναφέρεται στο άτομο καισίου-133 σε ηρεμία στους 0 Κ.
Το 1971, μια άλλη βασική μονάδα «mol» προστέθηκε στα 14 GKMV - μια μονάδα για την ποσότητα της ουσίας. Ένα mole είναι η ποσότητα ύλης σε ένα σύστημα που περιέχει τόσα δομικά στοιχεία όσα και τα άτομα άνθρακα-12 βάρους 0,012 kg. Όταν χρησιμοποιείται ένα mole, τα δομικά στοιχεία πρέπει να προσδιορίζονται και μπορεί να είναι άτομα, μόρια, ιόντα, ηλεκτρόνια και άλλα σωματίδια ή συγκεκριμένες ομάδες σωματιδίων.
Το 1979, η 16η CGPM υιοθέτησε έναν νέο ορισμό του candela. Το candela είναι η φωτεινή ένταση σε μια δεδομένη κατεύθυνση μιας πηγής που εκπέμπει μονοχρωματική ακτινοβολία με συχνότητα 540 × 1012 Hz, της οποίας η φωτεινή ένταση σε αυτήν την κατεύθυνση είναι 1/683 W / sr (βατ ανά στεράδιο).
Το 1983 δόθηκε νέος ορισμός στον μετρητή 17 GKMV.Ένα μέτρο είναι το μήκος της διαδρομής που διανύει το φως στο κενό σε (1/299.792.458) δευτερόλεπτα.
Το 2009, η κυβέρνηση της Ρωσικής Ομοσπονδίας ενέκρινε τον "Κανονισμό για τις μονάδες μέτρησης που επιτρέπεται να χρησιμοποιηθούν στη Ρωσική Ομοσπονδία" και το 2015 έγιναν τροποποιήσεις σε αυτόν για να αποκλειστεί η "περίοδος ισχύος" ορισμένων μονάδων εκτός συστήματος.
Τα κύρια πλεονεκτήματα του συστήματος SI είναι τα ακόλουθα:
1. Ενοποίηση μονάδων φυσικών μεγεθών για διαφορετικούς τύπους μέτρησης.
Το σύστημα SI επιτρέπει σε κάθε φυσική ποσότητα που βρίσκεται σε διαφορετικά πεδία τεχνολογίας να έχει μια κοινή μονάδα για αυτούς, για παράδειγμα, το joule για όλους τους τύπους εργασίας και την ποσότητα θερμότητας αντί για τις διαφορετικές μονάδες που χρησιμοποιούνται αυτήν τη στιγμή για αυτήν την ποσότητα (κιλό - δύναμη - μέτρο, erg, θερμίδες, βατώρα κ.λπ.).
2. Η καθολικότητα του συστήματος.
Οι μονάδες SI καλύπτουν όλους τους κλάδους της επιστήμης, της τεχνολογίας και της εθνικής οικονομίας, αποκλείοντας την ανάγκη χρήσης άλλων μονάδων και γενικά αντιπροσωπεύουν ένα ενιαίο σύστημα κοινό σε όλους τους τομείς μέτρησης.
3. Συνδεσιμότητα (συνοχή) του συστήματος.
Σε όλες τις φυσικές εξισώσεις που ορίζουν τις προκύπτουσες μονάδες μέτρησης, ο παράγοντας αναλογικότητας είναι πάντα ένα αδιάστατο μέγεθος ίσο με μονάδα.
Το σύστημα SI καθιστά δυνατή τη σημαντική απλοποίηση των λειτουργιών επίλυσης εξισώσεων, εκτέλεσης υπολογισμών και κατάρτισης γραφημάτων και νομογραμμάτων, καθώς δεν υπάρχει ανάγκη χρήσης σημαντικού αριθμού συντελεστών μετατροπής.
4. Η αρμονία και η συνοχή του συστήματος SI διευκολύνει πολύ τη μελέτη των φυσικών νόμων και την παιδαγωγική διαδικασία στη μελέτη γενικών επιστημονικών και ειδικών κλάδων, καθώς και την εξαγωγή διαφόρων τύπων.
5.Οι αρχές κατασκευής του συστήματος SI παρέχουν την ευκαιρία να σχηματιστούν νέες παράγωγες μονάδες όπως απαιτείται, και επομένως ο κατάλογος των μονάδων αυτού του συστήματος είναι ανοιχτός για περαιτέρω επέκταση.
Ο σκοπός του συστήματος SI και ο ρόλος του στη φυσική
Μέχρι σήμερα, το διεθνές σύστημα φυσικών μεγεθών SI έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο και χρησιμοποιείται περισσότερο από άλλα συστήματα τόσο στην επιστήμη και την τεχνολογία όσο και στην καθημερινή ζωή των ανθρώπων - είναι μια σύγχρονη εκδοχή του μετρικού συστήματος.
Οι περισσότερες χώρες χρησιμοποιούν μονάδες SI στην τεχνολογία, ακόμα κι αν χρησιμοποιούν παραδοσιακές μονάδες για αυτές τις περιοχές στην καθημερινή ζωή. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, για παράδειγμα, οι συνήθεις μονάδες ορίζονται ως μονάδες SI χρησιμοποιώντας σταθερούς συντελεστές.
Η ποσότητα Ονομασία Ρωσική ονομασία Ρωσική διεθνής Επίπεδη γωνία ακτίνιο χαρά rad Στερεά γωνία στεραδικό Τετ Τετ Θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου σε Κελσίου OS OS Συχνότητα hertz Hz Hz Δύναμη Newton Z n Ενεργειακό joule J J Ισχύς watt W W Πίεση pascal Pa Pa Φωτεινή ροή lumen lm lm Il ΟΚ lx Κρεμαστό ηλεκτρικό φορτίο CL ° C Δυναμική διαφορά volt V V Αντίσταση ωμ Ohm R Ηλεκτρική χωρητικότητα farad F F Μαγνητική ροή Weber Wb Wb Μαγνητική επαγωγή Tesla T T Επαγωγή Henry Mr. H Ηλεκτρική αγωγιμότητα Siemens Cm C Δραστηριότητα μιας πηγής ραδιενέργειας μπεκερέλ Bq Bq Απορροφούμενη δόση ιονίζουσας ακτινοβολίας γκρι Gr Gy Αποτελεσματική δόση ιονίζουσας ακτινοβολίας sievert Sv Sv Δραστηριότητα της γάτας με ρολό καταλύτη
Μια εξαντλητική λεπτομερής περιγραφή του συστήματος SI σε επίσημη μορφή δίνεται στο Βιβλιάριο SI, που δημοσιεύεται από το 1970, και στο συμπλήρωμά του. Αυτά τα έγγραφα δημοσιεύονται στον επίσημο ιστότοπο του Διεθνούς Γραφείου Βαρών και Μέτρων. Από το 1985Αυτά τα έγγραφα εκδίδονται στα αγγλικά και τα γαλλικά και μεταφράζονται πάντα σε πολλές γλώσσες σε όλο τον κόσμο, αν και η επίσημη γλώσσα του εγγράφου είναι τα γαλλικά.
Ο ακριβής επίσημος ορισμός του συστήματος SI είναι ο εξής: "Το Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) είναι ένα σύστημα μονάδων που βασίζεται στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων, μαζί με ονόματα και σύμβολα, και ένα σύνολο προθεμάτων και των ονομάτων και συμβόλων τους μαζί με κανόνες για τη χρήση τους που εγκρίθηκαν από τη Γενική Διάσκεψη για τα Βάρη και τα Μέτρα (CGPM) «.
Το σύστημα SI ορίζεται από επτά βασικές μονάδες φυσικών μεγεθών και των παραγώγων τους, καθώς και προθέματα σε αυτά, Ρυθμίζονται οι τυπικές συντομογραφίες των ονομασιών μονάδων και οι κανόνες για τη γραφή παραγώγων. Υπάρχουν επτά βασικές μονάδες όπως πριν: κιλό, μέτρο, δευτερόλεπτο, αμπέρ, kelvin, mole, candela. Οι βασικές μονάδες είναι ανεξάρτητες από το μέγεθος και δεν μπορούν να προκύψουν από άλλες μονάδες.
Όσον αφορά τις παράγωγες μονάδες, μπορούν να ληφθούν με βάση τις βασικές, εκτελώντας μαθηματικές πράξεις όπως διαίρεση ή πολλαπλασιασμό. Ορισμένες από τις μονάδες που προκύπτουν, όπως "ακτινωτό", "αυλός", "μενταγιόν", έχουν τα δικά τους ονόματα.
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα πρόθεμα πριν από το όνομα της μονάδας, όπως χιλιοστό — ένα χιλιοστό του μέτρου και χιλιόμετρο — χίλια μέτρα. Το πρόθεμα σημαίνει ότι το ένα πρέπει να διαιρεθεί ή να πολλαπλασιαστεί με έναν ακέραιο που είναι συγκεκριμένη δύναμη του δέκα.