Международная система единиц
Международная система единиц (СИ, от фр. Système international d’unités, SI) — это международная система единиц физических величин, принятая в качестве основной системы единиц в науке, технике и повседневной жизни большинства стран мира. СИ является когерентной системой, построенной на семи основных единицах, соответствующих семи основным физическим величинам, и производных единицах, образованных из основных по правилам умножения и деления без числовых коэффициентов. Современная версия СИ была принята в 1960 году Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) и с тех пор неоднократно уточнялась, последнее фундаментальное переопределение произошло в 2019 году.
История
Предпосылки создания
До появления СИ в разных странах и научных школах существовали собственные системы единиц, что затрудняло международное научное и торговое сотрудничество. В XVIII веке во Франции была разработана метрическая система мер, основанная на метре и килограмме. В 1875 году 17 государств, включая Российскую империю, подписали Метрическую конвенцию, учредившую Международное бюро мер и весов (МБМВ) и Международный комитет мер и весов (МКМВ). Это заложило основу для унификации единиц.
Принятие СИ
В 1954 году Х ГКМВ установила шесть основных единиц: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин и кандела. В 1960 году XI ГКМВ утвердила название «Международная система единиц» (СИ) и определила её структуру. В 1971 году к основным единицам была добавлена седьмая — моль. С этого момента СИ стала обязательной или рекомендованной системой во всех странах, подписавших Метрическую конвенцию, и в большинстве других государств.
Переопределение 2019 года
До 2019 года определения основных единиц частично основывались на физических артефактах (например, международный прототип килограмма — платино-иридиевый цилиндр, хранившийся в МБМВ). С 20 мая 2019 года вступило в силу новое определение всех семи основных единиц через фиксированные численные значения фундаментальных физических констант: скорости света в вакууме (c), постоянной Планка (h), элементарного электрического заряда (e), постоянной Больцмана (k), числа Авогадро (N_A), частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 (Δν_Cs) и световой эффективности монохроматического излучения частотой 540·10¹² Гц (K_cd). Это позволило отказаться от физических эталонов и сделать систему единиц инвариантной во времени и пространстве.
Основные единицы СИ
СИ включает семь основных единиц, каждая из которых соответствует одной из основных физических величин:
| Величина | Единица | Обозначение (рус./лат.) | Определение (с 2019 г.) |
|---|---|---|---|
| Длина | метр | м / m | Определяется через фиксацию скорости света в вакууме: 1 м = 1/299 792 458 с · c |
| Масса | килограмм | кг / kg | Определяется через фиксацию постоянной Планка: 1 кг = (6,626 070 15·10⁻³⁴ Дж·с) / (1 м²·с⁻¹) |
| Время | секунда | с / s | Определяется через фиксацию частоты перехода в атоме цезия-133: 1 с = 9 192 631 770 / Δν_Cs |
| Сила электрического тока | ампер | А / A | Определяется через фиксацию элементарного заряда: 1 А = 1 / (1,602 176 634·10⁻¹⁹) е · с⁻¹ |
| Термодинамическая температура | кельвин | К / K | Определяется через фиксацию постоянной Больцмана: 1 К = 1,380 649·10⁻²³ Дж / k |
| Количество вещества | моль | моль / mol | Определяется через фиксацию числа Авогадро: 1 моль = 6,022 140 76·10²³ частиц / N_A |
| Сила света | кандела | кд / cd | Определяется через фиксацию световой эффективности: 1 кд = 1/683 Вт·ср⁻¹ при частоте 540·10¹² Гц |
Производные единицы
Производные единицы СИ образуются из основных с помощью алгебраических операций. Они могут иметь собственные названия и обозначения. Примеры:
- Ньютон (Н, N) — единица силы: 1 Н = 1 кг·м·с⁻².
- Джоуль (Дж, J) — единица энергии: 1 Дж = 1 Н·м.
- Ватт (Вт, W) — единица мощности: 1 Вт = 1 Дж·с⁻¹.
- Вольт (В, V) — единица электрического напряжения: 1 В = 1 Вт·А⁻¹.
- Паскаль (Па, Pa) — единица давления: 1 Па = 1 Н·м⁻².
- Герц (Гц, Hz) — единица частоты: 1 Гц = 1 с⁻¹.
- Кулон (Кл, C) — единица электрического заряда: 1 Кл = 1 А·с.
- Ом (Ом, Ω) — единица электрического сопротивления: 1 Ом = 1 В·А⁻¹.
Всего в СИ насчитывается 22 производные единицы с собственными названиями.
Приставки СИ
Для обозначения кратных и дольных единиц используются десятичные приставки. Они позволяют записывать как очень большие, так и очень малые величины. Приставки образуются от греческих и латинских числительных и названий. Основные из них:
| Множитель | Приставка | Обозначение (рус./лат.) |
|---|---|---|
| 10¹⁸ | экса | Э / E |
| 10¹⁵ | пета | П / P |
| 10¹² | тера | Т / T |
| 10⁹ | гига | Г / G |
| 10⁶ | мега | М / M |
| 10³ | кило | к / k |
| 10² | гекто | г / h |
| 10¹ | дека | да / da |
| 10⁻¹ | деци | д / d |
| 10⁻² | санти | с / c |
| 10⁻³ | милли | м / m |
| 10⁻⁶ | микро | мк / μ |
| 10⁻⁹ | нано | н / n |
| 10⁻¹² | пико | п / p |
| 10⁻¹⁵ | фемто | ф / f |
| 10⁻¹⁸ | атто | а / a |
Приставки применяются к основным и производным единицам, например: километр (км), миллиграмм (мг), гигаватт (ГВт), нанометр (нм).
Применение
СИ является обязательной или рекомендованной системой единиц в большинстве стран мира. В России использование СИ регламентируется Федеральным законом «Об обеспечении единства измерений» и государственными стандартами (ГОСТ 8.417-2002). СИ применяется:
- В науке: все научные публикации используют единицы СИ для обеспечения воспроизводимости результатов.
- В технике и промышленности: проектирование, производство, контроль качества, сертификация продукции.
- В медицине: дозировка лекарств, показатели анализов, физиологические параметры.
- В торговле: маркировка товаров, указание массы, объёма, энергии.
- В повседневной жизни: измерение длины, массы, времени, температуры, напряжения в бытовых приборах.
Исключения и альтернативы
Некоторые страны, в первую очередь США, Либерия и Мьянма, официально не перешли на СИ, используя традиционные системы единиц (например, дюймы, фунты, галлоны). Однако даже в этих странах СИ широко применяется в науке и международной торговле. В отдельных областях допускается использование внесистемных единиц, например: литр (1 л = 0,001 м³), градус Цельсия (0 °C = 273,15 К), атмосфера (1 атм = 101 325 Па), электронвольт (1 эВ ≈ 1,602·10⁻¹⁹ Дж). Эти единицы не входят в СИ, но допускаются к применению наравне с ней.
Критика и обсуждения
Основные претензии к СИ связаны с её сложностью для повседневного использования (например, единицы силы и массы различаются, что неочевидно для неспециалистов) и с тем, что переопределение 2019 года сделало определения единиц абстрактными и трудными для понимания. Некоторые специалисты предлагают вернуться к более простым определениям, основанным на физических эталонах, однако большинство метрологов поддерживают современную версию как более точную и стабильную.
Источники
- Международное бюро мер и весов. «The International System of Units (SI)», 9th edition, 2019.
- ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин».
- Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений».
- Taylor, B. N., Thompson, A. «The International System of Units (SI)». NIST Special Publication 330, 2008.
- «СИ (Международная система единиц)» — Большая российская энциклопедия, 2017.
BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.
На главную BFOmetr →