Единицы физических величин (СИ). Международная система единиц
«Единицы физических величин» устанавливает обязательное применение в науке и технике единиц Международной системы единиц СИ. ГОСТ 8.417-81.
Международная система единиц, СИ ( Le Système International d’Unités — SI ) — совокупность единиц физических величин, основными единицами которой являются метр и килограмм. СИ появилась на смену метрической системы. Она была принята в октябре 1960 года на 11 генеральной конференции по мерам и весам. Некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.
СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике.
После обозначений единиц системы СИ и их производных точка не ставится, в отличие от обычных сокращений.
Единицы системы СИ
Таблица 1. Основные и дополнительные единицы СИ
| Наименование величины | Единица | |||
| Наименование | Обозначение | Определение | ||
| русское | между- на кубический метр | кг/м 3 | kg/m 3 | Килограмм на кубический метр равен плотности однородного вещества, масса которого при объеме 1м 3 равна 1 кг |
| Момент силы | Ньютон-метр | Н·м | N·m | Ньютон-метр равен моменту силы, создаваемому силой 1Н относительно точки, расположенной на расстоянии 1 м от линии действия силы |
| Давление (меха- ническое напряжение) | Паскаль | Па | Ра | Паскаль равен давлению (механическому напряжению), вызываемому силой 1Н, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м 2 (Н/м 2 ) |
| Работа (энергия) | Джоуль | Дж | J | Джоуль равен работе, которую совершает постоянная сила в 1 Н на пути 1 м, пройденном телом под действием этой силы в направлении действия силы |
| Мощность | Ватт | Вт | W | Ватт равен мощности, при которой за 1 с совершается работа 1 Дж |
Производные единицы
Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций умножения и деления. Некоторым из производных единиц, для удобства, присвоены собственные названия, такие единицы тоже можно использовать в математических выражениях для образования других производных единиц.
Математическое выражение для производной единицы измерения вытекает из физического закона, с помощью которого эта единица измерения определяется или определения физической величины, для которой она вводится. Например, скорость — это расстояние, которое тело проходит в единицу времени. Соответственно, единица измерения скорости — м/с (метр в секунду).
Таблица 2. Важнейшие производные единицы СИ для различных областей науки и техники
| Величина | Единица | ||
| Наименование | Обозначение | ||
| русское | между- народное | ||
| Площадь | Квадратный метр | м 2 | m 2 |
| Объем, вместимость | Кубический метр | м 3 | m 3 |
| Частота | Герц | Гц | z |
| Частота дискретных событий упругости | Паскаль | Па (Н/м 2 ) | Ра |
| Градиент давления | Паскаль на метр | Па/м | Ра/m |
| Количество движения | Килограмм-метр в секунду | кг·м/с | kg·m/s |
| Момент количества движения | Килограмм-метр в квадрате в секунду | кг·м 2 /с | kg·m 2 /s |
| Работа, энергия | Джоуль | Дж | J |
| Мощность | Ватт | Вт | W |
| Продольная и поперечная силы в сечении бруса | Ньютон | Н | N |
| Интенсивность распределения нагрузки | Ньютон на метр | Н/м | N/m |
| Напряжение, касательное напряжение | Паскаль | Па | Ра |
| Угловая деформация (деформация сдвига) | Радиан | рад | rаd |
| Модуль продольной упругости, модуль упругости при сдвиге | Паскаль | Па | Ра |
| Изгибающий момент, вращающий (крутящий) момент | Ньютон-метр | Н·м | N·m |
| Жесткость: при растяжении, сжатии | Ньютон на метр | Н/м | N/m |
| при кручении, изгибе | Ньютон-метр на радиан | Н·м/рад | N·m/rаd |
| Электрическое напряжение, электрический потенциал, разность электрических потенциалов, электродвижущая сила | Вольт | В | V |
| Электрическая емкость | Фарада | Ф | F |
| Электрическое сопротивление | Ом | Ом | |
| Кинематическая вязкость | Метр квадратный в секунду | м 2 /с | m 2 /s |
| Динамическая вязкость | Пуаз | Н·с/м 2 | Н·s/m 2 |
| Ударная вязкость | Джоуль на метр квадратный | Дж/м 2 | J/m 2 |
Единицы, которые не входят в систему СИ
Некоторые единицы измерения, не входящие в систему СИ, по решению Генеральной конференции по мерам и весам «допускаются для использования совместно с СИ».
Таблица 3. Единицы, не входящие в систему СИ
Таблица 4. Согласование единиц разных систем с СИ
Таблица 5. Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименований
Примечание. Кратные и дольные единицы образуются путем умножения или деления на степень числа 10. Их наименование получается прибавлением указанных в таблице приставок к наименованиям основных или производных единиц, например, километр, миллиграмм, микрометр, наносекунда и т. п.
Таблица 6. Перевод градусной меры в радианную меру
(длина дуг окружности радиуса, равного 1; 1 рад = 57° 17′ 44″; 1° = 0,017453 рад)
| Угол | Дуга | Угол | Дуга | Угол | Дуга | Угол | Дуга |
| 1″ | 0,000005 | 1′ | 0,000291 | 1° | 0,017453 | 20° | 0,349066 |
| 2″ | 0,000010 | 2′ | 0,000582 | 2° | 0,034907 | 30° | 0,523599 |
| 3″ | 0,000015 | 3′ | 0,000873 | 3° | 0,052360 | 40° | 0,698132 |
| 4″ | 0,000019 | 4′ | 0,001164 | 4° | 0,069813 | 50° | 0,872665 |
| 5″ | 0,000024 | 5′ | 0,001454 | 5° | 0,087266 | 60° | 1,047198 |
| 6″ | 0,000029 | 6′ | 0,001745 | 6° | 0,104720 | 90° | 1,570796 |
| 7″ | 0,000034 | 7′ | 0,002036 | 7° | 0,122173 | 180° | 3,141593 |
| 8″ | 0,000039 | 8′ | 0,002327 | 8° | 0,139626 | 270° | 4,712389 |
| 9″ | 0,000044 | 9′ | 0,002618 | 9° | 0,157080 | 360° | 6,283185 |
| 10″ | 0,000049 | 10′ | 0,002909 | 10° | 0,174533 |
Примечание.
История системы СИ
Система СИ основана на метрической системе мер, которая была создана французскими учеными и впервые была широко внедрена после Великой Французской революции. До введения метрической системы, единицы измерения выбирались случайно и независимо друг от друга. Поэтому пересчет из одной единицы измерения в другую был сложным. К тому же в разных местах применялись разные единицы измерения, иногда с одинаковыми названиями. Метрическая система должна была стать удобной и единой системой мер и весов.
В 1799 г. были утверждены два эталона — для единицы измерения длины ( метр) и для единицы измерения веса ( килограмм).
В 1874 г. была введена система СГС, основанная на трех единицах измерения — сантиметр, грамм и секунда. Были также введены десятичные приставки от микро до мега.
В 1889 г. 1-ая Генеральная конференция по мерам и весам приняла систему мер, сходную с СГС, но основанную на метре, килограмме и секунде, т. к. эти единицы были признаны более удобными для практического использования.
В последующем были введены базовые единицы для измерения физических величин в области электричества и оптики.
В 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)».
В 1971 г. IV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу измерения количества вещества ( моль).
В настоящее время СИ принята в качестве законной системы единиц измерения большинством стран мира и почти всегда используется в области науки (даже в тех странах, которые не приняли СИ).
Преимущества и недостатки системы СИ
Что такое система си и какие величины в нее входят
Содержание
Общие сведения
СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам, некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.
СИ определяет семь основных и производные единицы физических величин (далее — единицы), а также набор приставок. Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц и правила записи производных единиц.
Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, то есть ни одна из основных единиц не может быть получена из других.
Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ присвоены собственные названия, например радиану.
Приставки можно использовать перед названиями единиц; они означают, что единицу нужно умножить или разделить на определённое целое число, степень числа 10. Например, приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.
Международные и русские обозначения
В России действует ГОСТ 8.417—2002, предписывающий обязательное использование единиц СИ. В нём перечислены единицы физических величин, разрешённые к применению, приведены их международные и русские обозначения и установлены правила их использования.
По этим правилам, при договорно-правовых отношениях в области сотрудничества с зарубежными странами, а также в поставляемых за границу вместе с экспортной продукцией технических и других документах разрешается применять только международные обозначения единиц. Применение международных обозначений обязательно также на шкалах и табличках измерительных приборов. В остальных случаях, например, во внутренних документах и обычных публикациях можно использовать либо международные, либо русские обозначения. Не допускается одновременно применять международные и русские обозначения, за исключением публикаций по единицам величин.
История
СИ является развитием метрической системы мер, которая была создана французскими учёными и впервые широко внедрена после Великой Французской революции. До введения метрической системы единицы выбирались независимо друг от друга. Поэтому пересчёт из одной единицы в другую был сложным. К тому же в разных местах применялись разные единицы, иногда с одинаковыми названиями. Метрическая система должна была стать удобной и единой системой мер и весов.
В 1875 г. была подписана Метрическая конвенция. Были начаты работы по разработке международных эталонов метра и килограмма.
В последующем были введены базовые единицы для физических величин в области электричества и оптики.
В 1960 XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)».
В 1971 XIV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу количества вещества (моль).
Единицы СИ
Названия единиц СИ пишутся со строчной буквы, после обозначений единиц СИ точка не ставится, в отличие от обычных сокращений.
Основные единицы
| Величина | Единица измерения | Обозначение | ||
|---|---|---|---|---|
| русское название | международное название | русское | международное | |
| Длина | метр | metre (meter) | м | m |
| Масса | килограмм | kilogram | кг | kg |
| Время | секунда | second | с | s |
| Сила тока | ампер | ampere | А | A |
| Термодинамическая температура | кельвин | kelvin | К | K |
| Сила света | кандела | candela | кд | cd |
| Количество вещества | моль | mole | моль | mol |
Производные единицы
Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций: умножения и деления. Некоторым из производных единиц, для удобства, присвоены собственные названия, такие единицы тоже можно использовать в математических выражениях для образования других производных единиц.
Математическое выражение для производной единицы измерения вытекает из физического закона, с помощью которого эта единица измерения определяется или определения физической величины, для которой она вводится. Например, скорость — это расстояние, которое тело проходит в единицу времени; соответственно, единица измерения скорости — м/с (метр в секунду).
Часто одна и та же единица может быть записана по-разному, с помощью разного набора основных и производных единиц (см., например, последнюю колонку в таблице Производные единицы с собственными названиями). Однако на практике используются установленные (или просто общепринятые) выражения, которые наилучшим образом отражают физический смысл величины. Например, для записи значения момента силы следует использовать Н·м, и не следует использовать м·Н или Дж.
| Величина | Единица измерения | Обозначение | Выражение | ||
|---|---|---|---|---|---|
| русское название | международное название | русское | международное | ||
| Плоский угол | радиан | radian | рад | rad | м·м −1 = 1 |
| Телесный угол | стерадиан | steradian | ср | sr | м 2 ·м −2 = 1 |
| Температура по шкале Цельсия¹ | градус Цельсия | degree Celsius | °C | °C | K |
| Частота | герц | hertz | Гц | Hz | с −1 |
| Сила | ньютон | newton | Н | N | кг·м·c −2 |
| Энергия | джоуль | joule | Дж | J | Н·м = кг·м 2 ·c −2 |
| Мощность | ватт | watt | Вт | W | Дж/с = кг·м 2 ·c −3 |
| Давление | паскаль | pascal | Па | Pa | Н/м 2 = кг·м −1 ·с −2 |
| Световой поток | люмен | lumen | лм | lm | кд·ср |
| Освещённость | люкс | lux | лк | lx | лм/м² = кд·ср/м² |
| Электрический заряд | кулон | coulomb | Кл | C | А·с |
| Разность потенциалов | вольт | volt | В | V | Дж/Кл = кг·м 2 ·с −3 ·А −1 |
| Сопротивление | ом | ohm | Ом | Ω | В/А = кг·м 2 ·с −3 ·А −2 |
| Электроёмкость | фарад | farad | Ф | F | Кл/В = с 4 ·А 2 ·кг −1 ·м −2 |
| Магнитный поток | вебер | weber | Вб | Wb | кг·м 2 ·с −2 ·А −1 |
| Магнитная индукция | тесла | tesla | Тл | T | Вб/м 2 = кг·с −2 ·А −1 |
| Индуктивность | генри | henry | Гн | H | кг·м 2 ·с −2 ·А −2 |
| Электрическая проводимость | сименс | siemens | См | S | Ом −1 = с 3 ·А 2 ·кг −1 ·м −2 |
| Активность (радиоактивного источника) | беккерель | becquerel | Бк | Bq | с −1 |
| Поглощённая доза ионизирующего излучения | грэй | gray | Гр | Gy | Дж/кг = м²/c² |
| Эффективная доза ионизирующего излучения | зиверт | sievert | Зв | Sv | Дж/кг = м²/c² |
| Активность катализатора | катал | katal | кат | kat | моль/с |
• Шкалы Кельвина и Цельсия связаны между собой следующим образом: °C = K − 273,15
Единицы, не входящие в СИ
Некоторые единицы, не входящие в СИ, по решению Генеральной конференции по мерам и весам «допускаются для использования совместно с СИ».
| Единица измерения | Международное название | Обозначение | Величина в единицах СИ | |
|---|---|---|---|---|
| русское | международное | |||
| минута | minute | мин | min | 60 с |
| час | hour | ч | h | 60 мин = 3600 с |
| сутки | day | сут | d | 24 ч = 86 400 с |
| градус | degree | ° | ° | (π/180) рад |
| угловая минута | minute | ′ | ′ | (1/60)° = (π/10 800) |
| угловая секунда | second | ″ | ″ | (1/60)′ = (π/648 000) |
| литр | litre (liter) | л | l, L | 1/1000 м³ |
| тонна | tonne | т | t | 1000 кг |
| непер | neper | Нп | Np | безразмерна |
| бел | bel | Б | B | безразмерна |
| электронвольт | electronvolt | эВ | eV | ≈1,60217733×10 −19 Дж |
| атомная единица массы | unified atomic mass unit | а. е. м. | u | ≈1,6605402×10 −27 кг |
| астрономическая единица | astronomical unit | а. е. | ua | ≈1,49597870691×10 11 м |
| морская миля | nautical mile | миля | — [3] | 1852 м (точно) |
| узел | knot | уз | 1 морская миля в час = (1852/3600) м/с | |
| ар | are | а | a | 10² м² |
| гектар | hectare | га | ha | 10 4 м² |
| бар | bar | бар | bar | 10 5 Па |
| ангстрем | ångström | Å | Å | 10 −10 м |
| барн | barn | б | b | 10 −28 м² |
Кроме того, ГОСТ 8.417-2002 разрешает применение следующих единиц: град, световой год, парсек, диоптрия, киловатт-час, вольт-ампер, вар, ампер-час, карат, текс, гал, оборот в секунду, оборот в минуту. Разрешается применять единицы относительных и логарифмических величин, такие как процент, промилле, миллионная доля, фон, октава, декада. Допускается также применять единицы времени, получившие широкое распространение, например, неделя, месяц, год, век, тысячелетие.
Другие единицы применять не разрешается.
Тем не менее, в различных областях иногда используются и другие единицы.
Некоторые страны не приняли систему СИ, или приняли её лишь частично и продолжают использовать английскую систему мер или сходные единицы.
Кратные и дольные единицы
Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных множителей и приставок СИ, присоединяемых к названию или обозначению единицы.
