SI-meetsysteem - geschiedenis, doel, rol in de natuurkunde

De geschiedenis van de mensheid is enkele duizenden jaren oud en in verschillende stadia van haar ontwikkeling heeft bijna elk land enkele van zijn conventionele referentiesystemen gebruikt. Nu is het International System of Units (SI) verplicht geworden voor alle landen.

Het systeem bevat zeven basismeeteenheden: seconde - tijd, meter - lengte, kilogram - massa, ampère - sterkte van elektrische stroom, kelvin - thermodynamische temperatuur, candela - lichtintensiteit en mol - hoeveelheid stof. Er zijn twee extra eenheden: de radiaal voor een vlakke hoek en de steradiaal voor een ruimtehoek.

SI komt van het Franse Systeme Internationale en staat voor International System of Units.

Hoe de teller wordt bepaald

In de 17e eeuw, met de ontwikkeling van de wetenschap in Europa, begon de roep om de introductie van een universele maat of katholieke meter steeds vaker te worden gehoord. Het zou een decimale maat zijn, gebaseerd op de natuurlijke gebeurtenis en onafhankelijk van de beslissing van de gezagsdrager. Een dergelijke maatregel zou de vele verschillende systemen van maatregelen die toen bestonden, vervangen.

De Britse filosoof John Wilkins stelde voor om de lengte van de slinger als lengte-eenheid te nemen, waarvan de halve periode gelijk zou zijn aan één seconde. Afhankelijk van de meetlocatie was de waarde echter niet hetzelfde. De Franse astronoom Jean Richet stelde dit vast tijdens een reis naar Zuid-Amerika (1671 — 1673).

In 1790 stelde minister Talleyrand voor om de referentielengtegraad te meten door de slinger op een strikt vaste breedtegraad tussen Bordeaux en Grenoble te plaatsen - 45 ° noorderbreedte. Als gevolg hiervan besloot de Franse Nationale Vergadering op 8 mei 1790 dat de meter de lengte is van een slinger met een halve periode op 45 ° noorderbreedte gelijk aan 1 s. Volgens de SI van vandaag zou deze meter gelijk zijn aan 0,994 m. Deze definitie past echter niet goed bij de wetenschappelijke gemeenschap.

Op 30 maart 1791 accepteerde de Franse Academie van Wetenschappen het voorstel om een ​​meetstandaard te definiëren als onderdeel van de Parijse meridiaan. De nieuwe eenheid zou een tien miljoenste zijn van de afstand van de evenaar tot de noordpool, dat wil zeggen een tien miljoenste van een kwart van de omtrek van de aarde, gemeten langs de meridiaan van Parijs. Dit werd bekend als de "Meter True and Definitive".

Op 7 april 1795 keurde de Nationale Conventie een wet goed die het metrieke stelsel in Frankrijk invoerde en instrueerde de commissarissen, waaronder Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace en andere wetenschappers bepaalden experimenteel de eenheden van lengte en massa.

In de periode van 1792 tot 1797 maten de Franse wetenschappers Delambre (1749-1822) en Mechen (1744-1804) bij besluit van de revolutionaire conventie dezelfde boog van de Parijse meridiaan met een lengte van 9°40' van Duinkerken tot Barcelona in 6 jaar, een ketting leggend van 115 driehoeken door Frankrijk en een deel van Spanje.

Later bleek echter dat door een verkeerde berekening van de polaire compressie van de aarde de standaard 0,2 mm korter bleek te zijn. De meridiaanlengte van 40.000 km is dus slechts bij benadering. Het eerste prototype van de standaard koperen meter werd echter gemaakt in 1795. Opgemerkt moet worden dat de eenheid van massa (de kilogram, waarvan de definitie is gebaseerd op de massa van één kubieke decimeter water) ook gekoppeld is aan de definitie van de meter.

De geschiedenis van de vorming van het SI-systeem

Op 22 juni 1799 werden in Frankrijk twee platinastandaarden gemaakt - de standaardmeter en de standaardkilogram. Deze datum kan met recht worden beschouwd als de dag van het begin van de ontwikkeling van het huidige SI-systeem.

In 1832 creëerde Gauss de zogenaamde Absoluut systeem van eenheden, uitgaande van drie basiseenheden: de tijdseenheid is de seconde, de lengte-eenheid is de millimeter en de eenheid van massa is de gram, omdat de wetenschapper met behulp van deze specifieke eenheden de absolute waarde van het aardmagnetisch veld (dit systeem kreeg de naam SGS Gauss).

In de jaren 1860 werd onder invloed van Maxwell en Thomson de eis geformuleerd dat basis- en afgeleide eenheden compatibel met elkaar moeten zijn. Als gevolg hiervan werd het CGS-systeem geïntroduceerd in 1874, met voorvoegsels die ook werden verspreid om subsets en veelvouden van eenheden van micro tot mega aan te duiden.

In 1875 ondertekenden vertegenwoordigers van 17 landen, waaronder Rusland, de Verenigde Staten, Frankrijk, Duitsland, Italië, de Metric Convention, volgens welke het International Bureau of Measures, het International Committee of Measures werd opgericht en een reguliere conventie begon te functioneren. Algemene conferentie over maten en gewichten (GCMW)… Tegelijkertijd is begonnen met de ontwikkeling van een internationale standaard voor de kilogram en een standaard voor het meetinstrument.

In 1889 op de eerste conferentie van de GKMV, ISS-systeemgebaseerd op meter, kilogram en seconde, zoals de CGS, leken de ISS-eenheden echter acceptabeler vanwege het gemak van praktisch gebruik. Optica en elektrische eenheden zullen later worden geïntroduceerd.

In 1948 gaf de Negende Algemene Conferentie voor Maten en Gewichten in opdracht van de Franse regering en de Internationale Unie voor Theoretische en Toegepaste Fysica een instructie aan het Internationaal Comité voor Maten en Gewichten om voor te stellen om het systeem van eenheden van meting, zijn ideeën om één enkel systeem van meeteenheden te creëren dat kan worden geaccepteerd door alle landen die partij zijn bij de Metric Convention.

Als gevolg hiervan werden de volgende zes eenheden voorgesteld en aangenomen op de tiende GCMW in 1954: meter, kilogram, seconde, ampère, kelvin en candela. In 1956 kreeg het systeem de naam «Systeme International d'Unities» - het internationale systeem van eenheden.

In 1960 werd een standaard aangenomen, die voor het eerst het "International System of Units" heette en de afkorting kreeg «SI» (SI).

De basiseenheden bleven dezelfde zes eenheden: meter, kilogram, seconde, ampère, kelvin en candela, twee extra eenheden (radiaal en steradiaal) en zevenentwintig belangrijkste afgeleiden, zonder vooraf andere afgeleide eenheden te specificeren die zouden kunnen worden toegevoegd door - laat. (De afkorting in het Russisch "SI" kan worden ontcijferd als "Internationaal Systeem").

Al deze zes basiseenheden, zowel extra eenheden als zevenentwintig belangrijkste afgeleide eenheden, vielen volledig samen met de overeenkomstige basis-, aanvullende en afgeleide eenheden die destijds werden aangenomen in de USSR-staatsnormen voor meeteenheden voor het ISS, MKSA, МКСГ en MSS-systemen.

In 1963 in de USSR, volgens GOST 9867-61 «Internationaal systeem van eenheden», SI wordt geaccepteerd als de voorkeur voor de gebieden van de nationale economie, in wetenschap en technologie, en voor lesgeven in onderwijsinstellingen.

In 1968, bij de dertiende GKMV, werd de eenheid "graad Kelvin" vervangen door "kelvin", en werd ook de aanduiding "K" aangenomen. Bovendien werd een nieuwe definitie van een seconde aangenomen: een seconde is een tijdsinterval gelijk aan 9.192.631.770 stralingsperioden die overeenkomen met de overgang tussen twee hyperfijne niveaus van de grondkwantumtoestand van het cesium-133-atoom. In 1997 zou worden verduidelijkt dat dit tijdsinterval verwijst naar het cesium-133-atoom in rust bij 0 K.

In 1971 werd aan 14 GKMV nog een basiseenheid «mol» toegevoegd - een eenheid voor de hoeveelheid stof. Een mol is de hoeveelheid materie in een systeem dat evenveel structurele elementen bevat als er atomen in koolstof-12 zijn met een gewicht van 0,012 kg. Wanneer een mol wordt gebruikt, moeten de structurele elementen worden gespecificeerd en kunnen atomen, moleculen, ionen, elektronen en andere deeltjes of gespecificeerde groepen deeltjes zijn.

In 1979 nam de 16e CGPM een nieuwe definitie van de candela aan. De candela is de lichtsterkte in een bepaalde richting van een bron die monochromatische straling uitzendt met een frequentie van 540 × 1012 Hz, waarvan de lichtsterkte in die richting 1/683 W/sr (watt per steradiaal) is.

In 1983 werd een nieuwe definitie gegeven aan de teller van 17 GKMV.Een meter is de lengte van het pad dat licht in een vacuüm aflegt in (1/299.792.458) seconden.

In 2009 keurde de regering van de Russische Federatie de "Verordening inzake meeteenheden toegestaan ​​voor gebruik in de Russische Federatie" goed, en in 2015 werden er wijzigingen in aangebracht om de "geldigheidsperiode" van sommige niet-systeemeenheden uit te sluiten.

De belangrijkste voordelen van het SI-systeem zijn de volgende:

1. Unificatie van eenheden van fysieke grootheden voor verschillende soorten metingen.

Het SI-systeem maakt het mogelijk dat elke fysieke grootheid die in verschillende technologiegebieden wordt gevonden, één gemeenschappelijke eenheid voor hen heeft, bijvoorbeeld de joule voor alle soorten werk en de hoeveelheid warmte in plaats van de momenteel gebruikte verschillende eenheden voor deze hoeveelheid (kilogram - kracht - meter, erg, calorie, wattuur, enz.).

2. De universaliteit van het systeem.

SI-eenheden dekken alle takken van wetenschap, technologie en de nationale economie, met uitzondering van de noodzaak van het gebruik van andere eenheden, en vertegenwoordigen over het algemeen een enkel systeem dat alle meetgebieden gemeenschappelijk heeft.

3. Connectiviteit (coherentie) van het systeem.

In alle fysieke vergelijkingen die de resulterende meeteenheden definiëren, is de evenredigheidsfactor altijd een dimensieloze grootheid die gelijk is aan één.

Het SI-systeem maakt het mogelijk om de bewerkingen van het oplossen van vergelijkingen, het uitvoeren van berekeningen en het opstellen van grafieken en nomogrammen aanzienlijk te vereenvoudigen, aangezien het niet nodig is om een ​​aanzienlijk aantal conversiefactoren te gebruiken.

4. De harmonie en samenhang van het SI-systeem vergemakkelijkt in hoge mate de studie van natuurwetten en het pedagogische proces bij de studie van algemene wetenschappelijke en speciale disciplines, evenals de afleiding van verschillende formules.

5.De constructieprincipes van het SI-systeem bieden de mogelijkheid om naar behoefte nieuwe afgeleide eenheden te vormen, en daarom staat de lijst met eenheden van dit systeem open voor verdere uitbreiding.

Het doel van het SI-systeem en zijn rol in de natuurkunde

Tot op heden is het internationale systeem van fysieke grootheden SI over de hele wereld geaccepteerd en wordt het meer gebruikt dan andere systemen, zowel in wetenschap en technologie als in het dagelijks leven van mensen - het is een moderne versie van het metrieke stelsel.

De meeste landen gebruiken SI-eenheden in technologie, zelfs als ze in het dagelijks leven traditionele eenheden gebruiken voor die gebieden. In de Verenigde Staten worden bijvoorbeeld gebruikelijke eenheden gedefinieerd als SI-eenheden met behulp van vaste coëfficiënten.

De hoeveelheid Aanduiding Russische naam Russisch internationaal Platte hoek radiaal glad rad Vaste hoek steradiaal Wed Wed Temperatuur in graden Celsius in Celsius OS OS Frequentie hertz Hz Hz Kracht Newton Z n Energie joule J J Vermogen watt W W Druk pascal Pa Pa Lichtstroom lumen lm lm Verlichting lux OK lx Elektrische ladingshanger CL ° C Potentiaalverschil volt V V Weerstand ohm Ohm R Elektrische capaciteit farad F F Magnetische flux Weber Wb Wb Magnetische inductie Tesla T T Inductantie Henry Mr. H Elektrische geleidbaarheid Siemens Cm C Activiteit van een radioactieve bron becquerel Bq Bq Geabsorbeerde dosis ioniserende straling grijs Gr Gy Effectieve dosis ioniserende straling sievert Sv Sv Activiteit van de gerolde katalysator cat cat

Een uitputtend gedetailleerde beschrijving van het SI-systeem in officiële vorm wordt gegeven in het SI-boekje, gepubliceerd sinds 1970, en het supplement; deze documenten worden gepubliceerd op de officiële website van het International Bureau of Weights and Measures. Sinds 1985deze documenten worden uitgegeven in het Engels en het Frans en worden altijd vertaald in verschillende talen over de hele wereld, hoewel de officiële taal van het document Frans is.

De precieze officiële definitie van het SI-systeem is als volgt: "Het internationale systeem van eenheden (SI) is een systeem van eenheden gebaseerd op het internationale systeem van eenheden, samen met namen en symbolen, en een reeks voorvoegsels en hun namen en symbolen samen met regels voor het gebruik ervan aangenomen door de Algemene Conferentie over Gewichten en Maatregelen (CGPM) «.

Het SI-systeem wordt gedefinieerd door zeven basiseenheden van fysieke grootheden en hun afgeleiden, evenals voorvoegsels ervoor.De standaardafkortingen van eenheidsaanduidingen en de regels voor het schrijven van afgeleiden zijn gereguleerd. Er zijn zeven basiseenheden zoals voorheen: kilogram, meter, seconde, ampère, kelvin, mol, candela. Basiseenheden zijn maatonafhankelijk en kunnen niet worden afgeleid van andere eenheden.

De afgeleide eenheden kunnen worden verkregen op basis van de basiseenheden door wiskundige bewerkingen uit te voeren, zoals delen of vermenigvuldigen. Sommige van de resulterende eenheden, zoals "radiaal", "lumen", "hanger", hebben hun eigen naam.

U kunt een voorvoegsel voor de naam van de eenheid gebruiken, zoals millimeter — een duizendste van een meter en kilometer — duizend meter. Het voorvoegsel betekent dat één moet worden gedeeld of vermenigvuldigd met een geheel getal dat een bepaalde macht van tien is.