Sistem pengukuran SI — sejarah, tujuan, peranan dalam fizik
Sejarah manusia berusia beberapa ribu tahun, dan pada pelbagai peringkat perkembangannya hampir setiap negara telah menggunakan beberapa sistem rujukan konvensionalnya. Kini Sistem Unit Antarabangsa (SI) telah menjadi wajib bagi semua negara.
Sistem ini mengandungi tujuh unit ukuran asas: kedua — masa, meter — panjang, kilogram — jisim, ampere — kekuatan arus elektrik, kelvin — suhu termodinamik, candela — keamatan cahaya, dan mol — jumlah bahan. Terdapat dua unit tambahan: radian untuk sudut rata dan steradian untuk sudut pepejal.
SI berasal dari Bahasa Perancis Systeme Internationale dan singkatan kepada International System of Units.
Bagaimana kaunter ditentukan
Pada abad ke-17, dengan perkembangan sains di Eropah, panggilan untuk pengenalan ukuran universal atau meter Katolik mula didengari lebih kerap. Ia akan menjadi ukuran perpuluhan berdasarkan kejadian semula jadi dan bebas daripada keputusan orang yang berkuasa. Langkah sedemikian akan menggantikan banyak sistem ukuran yang berbeza yang wujud pada masa itu.
Ahli falsafah British John Wilkins mencadangkan untuk mengambil panjang bandul sebagai satu unit panjang, yang separuh tempohnya akan sama dengan satu saat. Walau bagaimanapun, bergantung pada lokasi pengukuran, nilainya tidak sama. Ahli astronomi Perancis Jean Richet membuktikan fakta ini semasa perjalanan ke Amerika Selatan (1671 - 1673).
Pada tahun 1790, Menteri Talleyrand mencadangkan untuk mengukur longitud rujukan dengan meletakkan bandul pada latitud tetap di antara Bordeaux dan Grenoble — 45 ° latitud utara. Akibatnya, pada 8 Mei 1790, Perhimpunan Kebangsaan Perancis memutuskan bahawa meter adalah panjang bandul dengan separuh tempoh pada 45 ° latitud bersamaan dengan 1 s. Menurut SI hari ini, meter ini akan bersamaan dengan 0.994 m. Walau bagaimanapun, definisi ini tidak sesuai dengan komuniti saintifik.
Pada 30 Mac 1791, Akademi Sains Perancis menerima cadangan untuk mentakrifkan piawaian ukuran sebagai sebahagian daripada meridian Paris. Unit baharu itu ialah satu persepuluh juta jarak dari khatulistiwa ke Kutub Utara, iaitu satu persepuluh juta daripada seperempat lilitan bumi, diukur sepanjang meridian Paris. Ini dikenali sebagai "Meter True and Definitive".
Pada 7 April 1795, Konvensyen Kebangsaan meluluskan undang-undang yang memperkenalkan sistem metrik di Perancis dan mengarahkan pesuruhjaya, termasuk Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace dan saintis lain secara eksperimen menentukan unit panjang dan jisim.
Dalam tempoh dari 1792 hingga 1797, dengan keputusan konvensyen revolusioner, saintis Perancis Delambre (1749-1822) dan Mechen (1744-1804) mengukur lengkok yang sama meridian Paris dengan panjang 9 ° 40 'dari Dunkirk ke Barcelona dalam 6 tahun. tahun, meletakkan rantaian 115 segi tiga di seluruh Perancis dan sebahagian daripada Sepanyol.
Walau bagaimanapun, ia kemudiannya ternyata disebabkan pengiraan yang salah terhadap mampatan kutub Bumi, piawaian itu ternyata 0.2 mm lebih pendek. Oleh itu, panjang meridian 40,000 km hanyalah anggaran. Walau bagaimanapun, prototaip pertama meter tembaga piawai telah dibuat pada tahun 1795. Perlu diingatkan bahawa unit jisim (kilogram, yang definisinya berdasarkan jisim satu desimeter padu air) juga terikat dengan takrifan meter.
Sejarah pembentukan sistem SI
Pada 22 Jun 1799, dua piawaian platinum—meter piawai dan kilogram piawai—dibuat di Perancis. Tarikh ini boleh dianggap sebagai hari permulaan pembangunan sistem SI semasa.
Pada tahun 1832, Gauss mencipta apa yang dipanggil Sistem unit mutlak, mengambil sebagai tiga unit asas: unit masa adalah yang kedua, unit panjang ialah milimeter, dan unit jisim ialah gram, kerana menggunakan unit tertentu ini, saintis dapat mengukur nilai mutlak medan magnet Bumi (sistem ini mendapat nama SGS Gauss).
Pada tahun 1860-an, di bawah pengaruh Maxwell dan Thomson, keperluan bahawa asas dan unit terbitan mestilah serasi antara satu sama lain telah dirumuskan. Hasilnya, sistem CGS telah diperkenalkan pada tahun 1874, dengan awalan juga diedarkan untuk menandakan subset dan gandaan unit daripada mikro kepada mega.
Pada tahun 1875, wakil 17 negara, termasuk Rusia, Amerika Syarikat, Perancis, Jerman, Itali, menandatangani Konvensyen Metrik, mengikut mana Biro Tindakan Antarabangsa, Jawatankuasa Tindakan Antarabangsa ditubuhkan dan konvensyen tetap mula berfungsi. Persidangan Agung Timbang dan Sukat (GCMW)… Pada masa yang sama, kerja bermula pada pembangunan piawaian antarabangsa untuk kilogram dan piawaian untuk alat pengukur.
Pada tahun 1889 pada persidangan pertama GKMV, sistem ISSberdasarkan meter, kilogram dan kedua, seperti CGS, bagaimanapun, unit ISS kelihatan lebih boleh diterima kerana kemudahan penggunaan praktikal. Unit optik dan elektrik akan diperkenalkan kemudian.
Pada tahun 1948, atas perintah kerajaan Perancis dan Kesatuan Antarabangsa Teori dan Fizik Gunaan, Persidangan Agung Kesembilan mengenai Timbang dan Sukat mengeluarkan arahan kepada Jawatankuasa Timbang dan Sukat Antarabangsa untuk mencadangkan, bagi menyatukan sistem unit pengukuran, idea beliau untuk mencipta satu sistem unit ukuran yang boleh diterima oleh semua negara — pihak dalam Konvensyen Metrik.
Hasilnya, enam unit berikut telah dicadangkan dan diterima pakai pada GCMW kesepuluh pada tahun 1954: meter, kilogram, saat, ampere, kelvin, dan candela. Pada tahun 1956, sistem itu dinamakan «Systeme International d'Unities» - sistem unit antarabangsa.
Pada tahun 1960, satu piawaian telah diterima pakai, yang buat pertama kalinya dipanggil «Sistem Unit Antarabangsa» dan diberi singkatan. «SI» (SI).
Unit asas kekal sama enam unit: meter, kilogram, saat, ampere, kelvin, dan candela, dua unit tambahan (radian dan steradian) dan dua puluh tujuh derivatif paling penting, tanpa menyatakan terlebih dahulu unit terbitan lain yang boleh ditambah dengan - lewat. (Singkatan dalam "SI" Rusia boleh ditafsirkan sebagai "Sistem Antarabangsa").
Kesemua enam unit asas ini, kedua-dua unit tambahan dan dua puluh tujuh unit terbitan terpenting, sepenuhnya bertepatan dengan unit asas, tambahan dan terbitan yang sepadan yang diterima pakai pada masa itu dalam piawaian negeri USSR untuk unit ukuran untuk ISS, MKSA, МКСГ dan sistem MSS.
Pada tahun 1963 di USSR, menurut GOST 9867-61 «Sistem unit antarabangsa», SI diterima sebagai keutamaan untuk bidang ekonomi negara, dalam sains dan teknologi, dan untuk pengajaran di institusi pendidikan.
Pada tahun 1968, pada GKMV ketiga belas, unit "darjah Kelvin" digantikan dengan "kelvin", dan sebutan "K" juga diterima pakai. Di samping itu, takrifan baharu satu saat telah diterima pakai: satu saat ialah selang masa bersamaan dengan 9,192,631,770 tempoh sinaran sepadan dengan peralihan antara dua tahap hiperhalus keadaan kuantum tanah bagi atom cesium-133. Pada tahun 1997, penjelasan akan diterima pakai bahawa selang masa ini merujuk kepada atom cesium-133 dalam keadaan rehat pada 0 K.
Pada tahun 1971, satu lagi unit asas «mol» telah ditambah kepada 14 GKMV - satu unit untuk jumlah bahan. Mol ialah jumlah jirim dalam sistem yang mengandungi unsur struktur sebanyak atom dalam karbon-12 seberat 0.012 kg. Apabila mol digunakan, unsur-unsur struktur mesti ditentukan dan boleh menjadi atom, molekul, ion, elektron, dan zarah lain atau kumpulan zarah tertentu.
Pada tahun 1979, CGPM ke-16 menerima pakai takrif baru candela. Candela ialah keamatan bercahaya dalam arah tertentu sumber yang memancarkan sinaran monokromatik dengan frekuensi 540 × 1012 Hz, yang keamatan bercahaya dalam arah itu ialah 1/683 W / sr (watt per steradian).
Pada tahun 1983, definisi baru telah diberikan kepada kaunter 17 GKMV.Satu meter ialah panjang laluan yang dilalui oleh cahaya dalam vakum dalam (1/299,792,458) saat.
Pada tahun 2009, Kerajaan Persekutuan Rusia meluluskan "Peraturan Unit Pengukuran yang Dibenarkan untuk Penggunaan di Persekutuan Rusia", dan pada tahun 2015, pindaan telah dibuat kepadanya untuk mengecualikan "tempoh sah" beberapa unit bukan sistem.
Kelebihan utama sistem SI adalah seperti berikut:
1. Penyatuan unit kuantiti fizik untuk pelbagai jenis ukuran.
Sistem SI membenarkan sebarang kuantiti fizikal yang terdapat dalam bidang teknologi yang berbeza mempunyai satu unit sepunya untuk mereka, contohnya, joule untuk semua jenis kerja dan jumlah haba dan bukannya unit berbeza yang digunakan pada masa ini untuk kuantiti ini (kilogram - daya - meter, erg, kalori, watt-hour, dll.).
2. Kesejagatan sistem.
Unit SI meliputi semua cabang sains, teknologi dan ekonomi negara, tidak termasuk keperluan untuk penggunaan unit lain dan secara amnya mewakili satu sistem yang sama untuk semua bidang pengukuran.
3. Ketersambungan (koheren) sistem.
Dalam semua persamaan fizik yang mentakrifkan unit ukuran yang terhasil, faktor kekadaran sentiasa kuantiti tanpa dimensi bersamaan dengan kesatuan.
Sistem SI memungkinkan untuk memudahkan operasi menyelesaikan persamaan dengan ketara, melakukan pengiraan dan melukis graf dan nomogram, kerana tidak perlu menggunakan sejumlah besar faktor penukaran.
4. Keharmonian dan keselarasan sistem SI sangat memudahkan kajian undang-undang fizikal dan proses pedagogi dalam kajian disiplin saintifik dan khusus am, serta terbitan pelbagai formula.
5.Prinsip pembinaan sistem SI memberi peluang untuk membentuk unit terbitan baharu mengikut keperluan, dan oleh itu senarai unit sistem ini terbuka untuk pengembangan selanjutnya.
Tujuan sistem SI dan peranannya dalam fizik
Sehingga kini, sistem antarabangsa kuantiti fizik SI telah diterima di seluruh dunia dan digunakan lebih daripada sistem lain dalam sains dan teknologi dan dalam kehidupan seharian manusia - ia adalah versi moden sistem metrik.
Kebanyakan negara menggunakan unit SI dalam teknologi, walaupun mereka menggunakan unit tradisional untuk wilayah tersebut dalam kehidupan seharian. Di Amerika Syarikat, sebagai contoh, unit adat ditakrifkan sebagai unit SI menggunakan pekali tetap.
Kuantiti Jawatan Nama Rusia Rusia antarabangsa Sudut rata radian glad rad Sudut pepejal steradian Rab Rab Suhu dalam darjah Celsius dalam Celsius OS OS Frekuensi hertz Hz Hz Daya Newton Z n Tenaga joule J J Kuasa watt W W Tekanan pascal Pa Pa Fluks bercahaya lumen lm lm Pencahayaan lux OK lx Loket cas elektrik CL ° C Perbezaan potensi volt V V Rintangan ohm Ohm R Kapasiti elektrik farad F F Fluks magnet Weber Wb Wb Aruhan magnet Tesla T T Kearuhan Henry Mr. H Kekonduksian elektrik Siemens Cm C Aktiviti sumber radioaktif becquerel Bq Bq Dos terserap sinaran mengion kelabu Gr Gy Dos berkesan penyaring sinaran mengion Sv Sv Aktiviti kucing bergolek mangkin
Penerangan terperinci mengenai sistem SI dalam bentuk rasmi diberikan dalam Buku Kecil SI, diterbitkan sejak 1970, dan tambahannya; dokumen-dokumen ini diterbitkan di laman web rasmi Biro Timbang dan Sukat Antarabangsa. Sejak tahun 1985dokumen ini dikeluarkan dalam bahasa Inggeris dan Perancis dan sentiasa diterjemahkan ke dalam beberapa bahasa di seluruh dunia, walaupun bahasa rasmi dokumen itu adalah bahasa Perancis.
Takrifan rasmi yang tepat bagi sistem SI adalah seperti berikut: "Sistem Unit Antarabangsa (SI) ialah sistem unit berdasarkan Sistem Unit Antarabangsa, bersama-sama dengan nama dan simbol, dan satu set awalan dan nama dan simbolnya. bersama dengan peraturan penggunaannya yang diterima pakai oleh Persidangan Agung Timbang dan Sukat (CGPM) «.
Sistem SI ditakrifkan oleh tujuh unit asas kuantiti fizik dan terbitannya, serta awalan padanya. Singkatan piawai bagi sebutan unit dan peraturan untuk menulis terbitan dikawal selia. Terdapat tujuh unit asas seperti sebelumnya: kilogram, meter, saat, ampere, kelvin, mol, candela. Unit asas tidak bergantung kepada saiz dan tidak boleh diperoleh daripada unit lain.
Bagi unit terbitan, ia boleh diperolehi berdasarkan yang asas, dengan melakukan operasi matematik seperti bahagi atau darab. Beberapa unit yang terhasil, seperti "radian", "lumen", "loket", mempunyai nama mereka sendiri.
Anda boleh menggunakan awalan sebelum nama unit, seperti milimeter — seperseribu meter dan kilometer — seribu meter. Awalan bermaksud bahawa seseorang akan dibahagikan atau didarab dengan integer yang merupakan kuasa khusus sepuluh.