Sistema de mesura SI: història, propòsit, paper en la física
La història de la humanitat té diversos milers d'anys, i en diverses etapes del seu desenvolupament gairebé totes les nacions han utilitzat alguns dels seus sistemes de referència convencionals. Ara el Sistema Internacional d'Unitats (SI) s'ha convertit en obligatori per a tots els països.
El sistema conté set unitats bàsiques de mesura: segon - temps, metre - longitud, quilogram - massa, ampere - força del corrent elèctric, kelvin - temperatura termodinàmica, candela - intensitat de la llum i mol - quantitat de substància. Hi ha dues unitats addicionals: el radian per a un angle pla i l'esteradian per a un angle sòlid.
SI prové del francès Systeme Internationale i significa el Sistema Internacional d'Unitats.
Com es determina el comptador
Al segle XVII, amb el desenvolupament de la ciència a Europa, es van començar a escoltar cada cop més sovint les crides a la introducció d'una mesura universal o metre catòlic. Es tractaria d'una mesura decimal basada en el fet natural i independent de la decisió de la persona en autoritat. Aquesta mesura substituiria els diferents sistemes de mesures existents aleshores.
El filòsof britànic John Wilkins va proposar prendre la longitud del pèndol com a unitat de longitud, el mig període de la qual seria igual a un segon. Tanmateix, depenent de la ubicació de la mesura, el valor no era el mateix. L'astrònom francès Jean Richet va constatar aquest fet durant un viatge a Amèrica del Sud (1671 — 1673).
El 1790, el ministre Talleyrand va proposar mesurar la longitud de referència col·locant el pèndol a una latitud estrictament fixada entre Bordeus i Grenoble: 45 ° de latitud nord. Com a resultat, el 8 de maig de 1790, l'Assemblea Nacional francesa va decidir que el metre és la longitud d'un pèndol amb un mig període a 45 ° de latitud igual a 1 s. Segons l'SI actual, aquest metre seria igual a 0,994 m, però aquesta definició no s'adapta bé a la comunitat científica.
El 30 de març de 1791, l'Acadèmia Francesa de Ciències va acceptar la proposta de definir un estàndard de mesura com a part del meridià de París. La nova unitat havia de ser una deu milionèsima part de la distància de l'equador al pol nord, és a dir, una deu milionèsima part d'una quarta part de la circumferència de la terra, mesurada al llarg del meridià de París. Això es va conèixer com el "Medidor Veritable i Definitiu".
El 7 d'abril de 1795, la Convenció Nacional va aprovar una llei que introduïa el sistema mètric a França i va donar instruccions als comissaris, inclòs Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace i altres científics van determinar experimentalment les unitats de longitud i massa.
En el període de 1792 a 1797, per decisió de la convenció revolucionària, els científics francesos Delambre (1749-1822) i Mechen (1744-1804) van mesurar el mateix arc del meridià de París amb una longitud de 9° 40' des de Dunkerque fins a Barcelona en 6 anys, estesa una cadena de 115 triangles per França i part d'Espanya.
Tanmateix, més tard va resultar que a causa d'un càlcul incorrecte de la compressió polar de la Terra, l'estàndard va resultar ser 0,2 mm més curt. Així, la longitud del meridià de 40.000 km és només aproximada. No obstant això, el primer prototip del metre estàndard de llautó es va fer l'any 1795. Cal assenyalar que la unitat de massa (el quilogram, la definició del qual es basa en la massa d'un decímetre cúbic d'aigua) també està lligada a la definició del metre.
La història de la formació del sistema SI
El 22 de juny de 1799 es van fabricar a França dos estàndards de platí, el metre estàndard i el quilogram estàndard. Aquesta data es pot considerar amb raó com el dia de l'inici del desenvolupament del sistema SI actual.
El 1832, Gauss va crear l'anomenat Sistema absolut d'unitats, prenent com a bàsiques tres unitats: la unitat de temps és la segona, la unitat de longitud és el mil·límetre i la unitat de massa és el gram, perquè utilitzant aquestes unitats particulars, el científic va poder mesurar la valor absolut del camp magnètic terrestre (aquest sistema rep el nom SGS Gauss).
A la dècada de 1860, sota la influència de Maxwell i Thomson, es va formular el requisit que les unitats base i les derivades havien de ser compatibles entre si. Com a resultat, el sistema CGS es va introduir el 1874, amb prefixos també distribuïts per denotar subconjunts i múltiples d'unitats de micro a mega.
El 1875, representants de 17 països, entre ells Rússia, Estats Units, França, Alemanya, Itàlia, van signar la Convenció mètrica, segons la qual es va establir l'Oficina Internacional de Mesures, el Comitè Internacional de Mesures i va començar a funcionar una convenció regular. Conferència General de Peses i Mesures (GCMW)… Al mateix temps, es va començar a treballar en el desenvolupament d'un estàndard internacional per al quilogram i un estàndard per a l'instrument de mesura.
El 1889 a la primera conferència de la GKMV, sistema ISSen funció del metre, quilogram i segon, com el CGS, però, les unitats de l'ISS semblaven més acceptables a causa de la comoditat d'ús pràctic. Les unitats òptiques i elèctriques s'introduiran més endavant.
L'any 1948, per ordre del govern francès i de la Unió Internacional de Física Teòrica i Aplicada, la Novena Conferència General de Peses i Mesures va emetre una instrucció al Comitè Internacional de Peses i Mesures per proposar, per tal d'unificar el sistema d'unitats de mesura, les seves idees per crear un sistema únic d'unitats de mesura que puguin ser acceptades per tots els països, part de la Convenció mètrica.
Com a resultat, es van proposar i adoptar les sis unitats següents al desè GCMW l'any 1954: metre, quilogram, segon, ampere, kelvin i candela. El 1956, el sistema va rebre el nom de «System International d'Unities» - el sistema internacional d'unitats.
L'any 1960 es va adoptar un estàndard, que per primera vegada es va anomenar «Sistema Internacional d'Unitats» i se li va assignar l'abreviatura «SI» (SI).
Les unitats bàsiques es van mantenir les mateixes sis unitats: metre, quilogram, segon, ampere, kelvin i candela, dues unitats addicionals (radians i esteradians) i vint-i-set derivades més importants, sense especificar per endavant altres unitats derivades que es poguessin afegir mitjançant - tard. (L'abreviatura en rus "SI" es pot desxifrar com "Sistema Internacional").
Totes aquestes sis unitats bàsiques, tant unitats addicionals com vint-i-set unitats derivades més importants, coincidien completament amb les corresponents unitats bàsiques, addicionals i derivades adoptades en aquell moment en els estàndards estatals de l'URSS per a unitats de mesura per a l'ISS, MKSA, МКСГ i Sistemes MSS.
El 1963 a l'URSS, segons GOST 9867-61 «Sistema internacional d'unitats», SI s'accepta com a preferit per als camps de l'economia nacional, en ciència i tecnologia, i per a l'ensenyament a les institucions educatives.
El 1968, a la tretzena GKMV, la unitat "grau Kelvin" va ser substituïda per "kelvin", i també es va adoptar la designació "K". A més, es va adoptar una nova definició de segon: un segon és un interval de temps igual a 9.192.631.770 períodes de radiació corresponents a la transició entre dos nivells hiperfins de l'estat quàntic fonamental de l'àtom de cesi-133. El 1997, s'adoptaria un aclariment que aquest interval de temps es refereix a l'àtom de cesi-133 en repòs a 0 K.
El 1971, es va afegir una altra unitat bàsica «mol» a 14 GKMV, una unitat per a la quantitat de substància. Un mol és la quantitat de matèria en un sistema que conté tants elements estructurals com àtoms hi ha al carboni-12 que pesen 0,012 kg. Quan s'utilitza un mol, s'han d'especificar els elements estructurals i poden ser àtoms, molècules, ions, electrons i altres partícules o grups especificats de partícules.
L'any 1979, la 16a CGPM va adoptar una nova definició de la candela. La candela és la intensitat lluminosa en una direcció determinada d'una font que emet radiació monocromàtica amb una freqüència de 540 × 1012 Hz, la intensitat lluminosa de la qual en aquesta direcció és 1/683 W/sr (watts per esteradian).
El 1983, es va donar una nova definició al comptador de 17 GKMV.Un metre és la longitud del camí recorregut per la llum en el buit en (1/299.792.458) segons.
L'any 2009, el govern de la Federació de Rússia va aprovar el "Reglament d'unitats de mesura permeses per a l'ús a la Federació de Rússia" i el 2015 es van fer esmenes per excloure el "període de validesa" d'algunes unitats no del sistema.
Els principals avantatges del sistema SI són els següents:
1. Unificació d'unitats de magnituds físiques per a diferents tipus de mesura.
El sistema SI permet que qualsevol magnitud física que es trobi en diferents camps de la tecnologia tingui una unitat comuna, per exemple, el joule per a tot tipus de treball i la quantitat de calor en lloc de les diferents unitats utilitzades actualment per a aquesta magnitud (quilogram - força). - metre, erg, caloria, watt-hora, etc.).
2. La universalitat del sistema.
Les unitats SI cobreixen totes les branques de la ciència, la tecnologia i l'economia nacional, excloent la necessitat d'utilitzar altres unitats i, en general, representen un sistema únic comú a totes les àrees de mesura.
3. Connectivitat (coherència) del sistema.
En totes les equacions físiques que defineixen les unitats de mesura resultants, el factor de proporcionalitat és sempre una quantitat adimensional igual a la unitat.
El sistema SI permet simplificar significativament les operacions de resolució d'equacions, realització de càlculs i elaboració de gràfics i nomogrames, ja que no cal utilitzar un nombre important de factors de conversió.
4. L'harmonia i la coherència del sistema SI facilita molt l'estudi de les lleis físiques i el procés pedagògic en l'estudi de disciplines científiques generals i especials, així com la derivació de diverses fórmules.
5.Els principis de construcció del sistema SI ofereixen l'oportunitat de formar noves unitats derivades segons sigui necessari i, per tant, la llista d'unitats d'aquest sistema està oberta a una major expansió.
La finalitat del sistema SI i el seu paper en la física
Fins ara, el sistema internacional de magnituds físiques SI ha estat acceptat a tot el món i s'utilitza més que altres sistemes tant en ciència i tecnologia com en la vida quotidiana de les persones: és una versió moderna del sistema mètric.
La majoria de països utilitzen unitats SI en tecnologia, encara que utilitzen unitats tradicionals per a aquests territoris a la vida quotidiana. Als Estats Units, per exemple, les unitats habituals es defineixen com a unitats SI utilitzant coeficients fixos.
La quantitat Denominació Nom rus Internacional rus Angle pla radian glad rad Angle sòlid esteradian Dc Dc Temperatura en graus Celsius en Celsius OS OS Freqüència hertz Hz Hz Força Newton Z n Energia joule J J Potència watt W W Pressió pascal Pa Pa Flux lluminós lumen lm lm Il·luminació lux OK lx Penjoll de càrrega elèctrica CL ° C Diferència de potencial volt V V Resistència ohm Ohm R Capacitat elèctrica farad F F Flux magnètic Weber Wb Wb Inducció magnètica Tesla T T Inductància Henry Mr. H Conductivitat elèctrica Siemens Cm C Activitat d'una font radioactiva becquerel Bq Bq Dosi absorbida de radiació ionitzant gris Gr Gy Dosi efectiva de radiació ionitzant sievert Sv Sv Activitat del catalitzador enrotllat cat cat
Una descripció exhaustiva detallada del sistema SI en forma oficial es dóna al Llibret SI, publicat des de 1970, i el seu suplement; aquests documents es publiquen al lloc web oficial de l'Oficina Internacional de Peses i Mesures. Des de 1985aquests documents s'emeten en anglès i francès i sempre es tradueixen a diversos idiomes d'arreu del món, encara que l'idioma oficial del document és el francès.
La definició oficial precisa del sistema SI és la següent: "El Sistema Internacional d'Unitats (SI) és un sistema d'unitats basat en el Sistema Internacional d'Unitats, juntament amb noms i símbols, i un conjunt de prefixos i els seus noms i símbols. juntament amb les normes per al seu ús adoptades per la Conferència General de Peses i Mesures (CGPM) «.
El sistema SI està definit per set unitats bàsiques de magnituds físiques i les seves derivades, així com els prefixos d'aquestes.Es regulen les abreviatures estàndard de les designacions d'unitats i les regles per escriure derivades. Hi ha set unitats bàsiques com abans: quilogram, metre, segon, ampere, kelvin, mol, candela. Les unitats base són independents de la mida i no es poden derivar d'altres unitats.
Pel que fa a les unitats derivades, es poden obtenir a partir de les bàsiques, mitjançant la realització d'operacions matemàtiques com la divisió o la multiplicació. Algunes de les unitats resultants, com ara "radià", "lumen", "penjant", tenen els seus propis noms.
Podeu utilitzar un prefix abans del nom de la unitat, com ara mil·límetre —una mil·lèsima part de metre i quilòmetre — mil metres. El prefix significa que un s'ha de dividir o multiplicar per un nombre enter que és una potència específica de deu.