SI mjerni sustav — povijest, namjena, uloga u fizici
Ljudska povijest stara je nekoliko tisuća godina, au različitim fazama svog razvoja gotovo svaki narod koristio je neki od svojih konvencionalnih referentnih sustava. Sada je Međunarodni sustav jedinica (SI) postao obavezan za sve zemlje.
Sustav sadrži sedam osnovnih mjernih jedinica: sekunda — vrijeme, metar — duljina, kilogram — masa, amper — jakost električne struje, kelvin — termodinamička temperatura, kandela — intenzitet svjetlosti i mol — količina tvari. Postoje dvije dodatne jedinice: radijan za ravni kut i steradijan za prostorni kut.
SI dolazi od francuskog Systeme Internationale i označava Međunarodni sustav jedinica.
Kako se određuje brojač
U 17. stoljeću, razvojem znanosti u Europi, sve su se češće počeli čuti pozivi na uvođenje univerzalne mjere ili katoličkog metra. Bila bi to decimalna mjera temeljena na prirodnom događaju i neovisna o odluci osobe na vlasti. Takva bi mjera zamijenila mnoge različite sustave mjera koji su tada postojali.
Britanski filozof John Wilkins predložio je uzeti duljinu njihala kao jedinicu duljine, čija bi poluperioda bila jednaka jednoj sekundi. Međutim, ovisno o mjestu mjerenja, vrijednost nije bila ista. Francuski astronom Jean Richet utvrdio je ovu činjenicu tijekom putovanja u Južnu Ameriku (1671. - 1673.).
Godine 1790. ministar Talleyrand predložio je mjerenje referentne zemljopisne dužine postavljanjem njihala na strogo fiksnu zemljopisnu širinu između Bordeauxa i Grenoblea — 45° sjeverne širine. Kao rezultat toga, 8. svibnja 1790. Francuska nacionalna skupština odlučila je da je metar duljina njihala s poluperiodom na 45 ° zemljopisne širine jednakom 1 s. Prema današnjem SI-u, taj bi metar bio jednak 0,994 m. Međutim, ova definicija ne odgovara znanstvenoj zajednici.
Dana 30. ožujka 1791. Francuska akademija znanosti prihvatila je prijedlog da se definira mjerni standard kao dio pariškog meridijana. Nova jedinica trebala je biti desetmilijunti dio udaljenosti od ekvatora do Sjevernog pola, odnosno jedan desetmilijunti dio četvrtine Zemljinog opsega, mjereno duž pariškog meridijana. Ovo je postalo poznato kao "Mjerač istinit i definitivan".
Dana 7. travnja 1795. Nacionalni konvent donio je zakon kojim se uvodi metrički sustav u Francuskoj i naložio povjerenicima, uključujući Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace i drugi znanstvenici eksperimentalno su odredili jedinice duljine i mase.
U razdoblju od 1792. do 1797. godine, odlukom revolucionarne konvencije, francuski znanstvenici Delambre (1749-1822) i Mechen (1744-1804) izmjerili su isti luk pariškog meridijana duljine 9 ° 40 'od Dunkerquea do Barcelona za 6 godina, postavlja lanac od 115 trokuta preko Francuske i dijela Španjolske.
Međutim, kasnije se pokazalo da je zbog pogrešnog izračuna kompresije Zemljinog pola etalon ispao 0,2 mm kraći. Dakle, duljina meridijana od 40 000 km samo je približna. Međutim, prvi prototip standardnog mjedenog metra napravljen je 1795. godine. Valja napomenuti da je jedinica mase (kilogram, čija se definicija temelji na masi jednog kubičnog decimetra vode) također vezana uz definiciju metar.
Povijest nastanka SI sustava
Dana 22. lipnja 1799. u Francuskoj su izrađena dva platinasta standarda — standardni metar i standardni kilogram. Ovaj se datum s pravom može smatrati danom početka razvoja sadašnjeg SI sustava.
Godine 1832. Gauss je stvorio tzv Apsolutni sustav jedinica, uzimajući kao osnovne tri jedinice: jedinica za vrijeme je sekunda, jedinica za duljinu je milimetar, a jedinica za masu je gram, jer je pomoću tih posebnih jedinica znanstvenik mogao izmjeriti apsolutna vrijednost Zemljinog magnetskog polja (taj je sustav dobio naziv SGS Gauss).
U 1860-ima, pod utjecajem Maxwella i Thomsona, formuliran je zahtjev da osnovne i izvedene jedinice moraju biti kompatibilne jedna s drugom. Kao rezultat toga, CGS sustav je uveden 1874. godine, s prefiksima također distribuiranim za označavanje podskupova i višestrukih jedinica od mikro do mega.
Godine 1875. predstavnici 17 zemalja, uključujući Rusiju, SAD, Francusku, Njemačku, Italiju, potpisali su Metričku konvenciju, prema kojoj je osnovan Međunarodni ured za mjere, Međunarodni odbor za mjere i počela je djelovati redovita konvencija. Opća konferencija za utege i mjere (GCMW)… Istodobno se počelo raditi na razvoju međunarodnog standarda za kilogram i standarda za mjerni instrument.
Na prvoj konferenciji GKMV-a 1889. ISS sustavtemeljeno na metru, kilogramu i sekundi, poput CGS-a, međutim, jedinice ISS-a činile su se prihvatljivijima zbog pogodnosti praktične uporabe. Kasnije će biti uvedene optika i električne jedinice.
Godine 1948., po nalogu francuske vlade i Međunarodne unije za teorijsku i primijenjenu fiziku, Deveta generalna konferencija za utege i mjere izdala je naputak Međunarodnom odboru za utege i mjere da predloži, kako bi se unificirao sustav jedinica jedinica mjerenja, njegove ideje za stvaranje jedinstvenog sustava mjernih jedinica koji mogu prihvatiti sve zemlje — stranke Metričke konvencije.
Kao rezultat toga, sljedećih šest jedinica predloženo je i usvojeno na desetom GCMW-u 1954.: metar, kilogram, sekunda, amper, kelvin i kandela. Godine 1956. sustav je nazvan «Systeme International d'Unity» - međunarodni sustav jedinica.
Godine 1960. usvojen je standard koji je prvi put nazvan "Međunarodni sustav jedinica" i dodijeljen mu je kratica «SI» (SI).
Osnovne jedinice ostale su istih šest jedinica: metar, kilogram, sekunda, amper, kelvin i kandela, dvije dodatne jedinice (radijan i steradijan) i dvadeset i sedam najvažnijih izvedenica, bez unaprijed specificiranih drugih izvedenih jedinica koje bi se mogle dodati - kasno. (Skraćenica na ruskom "SI" može se dešifrirati kao "Međunarodni sustav").
Svih ovih šest osnovnih jedinica, i dodatnih jedinica i dvadeset i sedam najvažnijih izvedenih jedinica, u potpunosti se poklapaju s odgovarajućim osnovnim, dodatnim i izvedenim jedinicama usvojenim u to vrijeme u državnim standardima SSSR-a za mjerne jedinice za ISS, MKSA, MKSG i MSS sustavi.
Godine 1963. u SSSR-u, prema GOST 9867-61 «Međunarodni sustav jedinica», SI je prihvaćen kao poželjan za područja nacionalnog gospodarstva, u znanosti i tehnologiji te za nastavu u obrazovnim ustanovama.
Godine 1968. na trinaestom GKMV-u jedinica "stupanj Kelvin" zamijenjena je "kelvinom", a usvojena je i oznaka "K". Osim toga, usvojena je nova definicija sekunde: sekunda je vremenski interval jednak 9.192.631.770 perioda zračenja koji odgovaraju prijelazu između dvije hiperfine razine osnovnog kvantnog stanja atoma cezija-133. Godine 1997. usvojeno je pojašnjenje da se ovaj vremenski interval odnosi na atom cezija-133 u mirovanju pri 0 K.
Godine 1971. u 14 GKMV dodana je još jedna osnovna jedinica «mol» - jedinica za količinu tvari. Mol je količina tvari u sustavu koja sadrži onoliko strukturnih elemenata koliko ima atoma u ugljiku-12 težine 0,012 kg. Kada se koristi mol, strukturni elementi moraju biti navedeni i mogu biti atomi, molekule, ioni, elektroni i druge čestice ili određene skupine čestica.
Godine 1979. 16. CGPM usvojio je novu definiciju kandele. Kandela je svjetlosna jakost u određenom smjeru izvora koji emitira monokromatsko zračenje frekvencije 540 × 1012 Hz, čija je svjetlosna jakost u tom smjeru 1/683 W/sr (vata po steradijanu).
Godine 1983. dana je nova definicija brojača 17 GKMV.Metar je duljina puta koju svjetlost prijeđe u vakuumu u (1/299,792,458) sekundi.
Vlada Ruske Federacije je 2009. odobrila "Uredbu o mjernim jedinicama dopuštenim za uporabu u Ruskoj Federaciji", a 2015. u nju su unesene izmjene kako bi se isključio "razdoblje valjanosti" nekih nesustavnih jedinica.
Glavne prednosti SI sustava su sljedeće:
1. Unifikacija jedinica fizikalnih veličina za različite vrste mjerenja.
SI sustav omogućuje da bilo koja fizikalna veličina koja se nalazi u različitim područjima tehnike ima jednu zajedničku jedinicu za sebe, na primjer, džul za sve vrste rada i količinu topline umjesto trenutno korištenih različitih jedinica za ovu veličinu (kilogram - sila - metar, erg, kalorija, vat-sat, itd.).
2. Univerzalnost sustava.
SI jedinice pokrivaju sve grane znanosti, tehnologije i nacionalnog gospodarstva, isključujući potrebu za uporabom drugih jedinica i općenito predstavljaju jedinstven sustav zajednički za sva područja mjerenja.
3. Povezanost (koherentnost) sustava.
U svim fizikalnim jednadžbama koje definiraju rezultirajuće mjerne jedinice, faktor proporcionalnosti je uvijek bezdimenzionalna veličina jednaka jedinici.
SI sustav omogućuje značajno pojednostavljenje operacija rješavanja jednadžbi, izvođenja izračuna i crtanja grafikona i nomograma, budući da nema potrebe za korištenjem značajnog broja faktora pretvorbe.
4. Usklađenost i koherentnost SI sustava uvelike olakšava proučavanje fizikalnih zakona i pedagoški proces u proučavanju općih znanstvenih i posebnih disciplina, kao i izvođenje različitih formula.
5.Načela izgradnje SI sustava daju mogućnost formiranja novih izvedenih jedinica prema potrebi, pa je stoga popis jedinica ovog sustava otvoren za daljnje proširenje.
Svrha SI sustava i njegova uloga u fizici
Do danas je međunarodni sustav fizikalnih veličina SI prihvaćen u cijelom svijetu i koristi se više od drugih sustava kako u znanosti i tehnologiji tako iu svakodnevnom životu ljudi - to je moderna verzija metričkog sustava.
Većina zemalja koristi SI jedinice u tehnologiji, čak i ako koriste tradicionalne jedinice za te teritorije u svakodnevnom životu. U Sjedinjenim Državama, na primjer, uobičajene jedinice definirane su kao SI jedinice koje koriste fiksne koeficijente.
Količina Oznaka Rusko ime Rusko međunarodno Ravni kut radijan glad rad Puni kut steradijan Srijeda Srijeda Temperatura u Celzijevim stupnjevima u Celzijevim OS OS Frekvencija herc Hz Hz Sila Newton Z n Energija joule J J Snaga watt W W Tlak pascal Pa Pa Svjetlosni tok lumen lm lm Osvjetljenje luks OK lx Električni naboj privjesak CL ° C Potencijalna razlika volt V V Otpor ohm Ohm R Električni kapacitet farad F F Magnetski tok Weber Wb Wb Magnetska indukcija Tesla T T Induktivnost Henry Mr. H Električna vodljivost Siemens Cm C Aktivnost radioaktivnog izvora bequerel Bq Bq Apsorbirana doza ionizirajućeg zračenja grey Gr Gy Efektivna doza ionizirajućeg zračenja sievert Sv Sv Aktivnost katalizatora kotrljana mačka mačka
Iscrpno detaljan opis SI sustava u službenom obliku dan je u Knjižici SI, koja se izdaje od 1970. godine, i njezinom dodatku; ti su dokumenti objavljeni na službenim stranicama Međunarodnog ureda za utege i mjere. Od 1985. godti se dokumenti izdaju na engleskom i francuskom jeziku i uvijek se prevode na nekoliko jezika diljem svijeta, iako je službeni jezik dokumenta francuski.
Precizna službena definicija SI sustava je sljedeća: "Međunarodni sustav jedinica (SI) je sustav jedinica temeljen na Međunarodnom sustavu jedinica, zajedno s nazivima i simbolima te skupom prefiksa i njihovim nazivima i simbolima. zajedno s pravilima za njihovu uporabu koje je usvojila Opća konferencija za utege i mjere (CGPM)«.
SI sustav definiran je sa sedam osnovnih jedinica fizikalnih veličina i njihovih izvedenica, kao i prefiksa uz njih.Uređene su standardne kratice oznaka jedinica i pravila za pisanje izvedenica. Postoji sedam osnovnih jedinica kao i prije: kilogram, metar, sekunda, amper, kelvin, mol, kandela. Osnovne jedinice ne ovise o veličini i ne mogu se izvesti iz drugih jedinica.
Što se tiče izvedenih jedinica, one se mogu dobiti na temelju osnovnih, izvođenjem matematičkih operacija poput dijeljenja ili množenja. Neke od dobivenih jedinica, kao što su "radijan", "lumen", "privjesak", imaju vlastita imena.
Možete koristiti prefiks ispred naziva jedinice, kao što je milimetar — tisućinka metra i kilometar — tisuću metara. Prefiks znači da jedan treba podijeliti ili pomnožiti s cijelim brojem koji je određene potencije broja deset.