Interested Article - Основные единицы СИ

Основные единицы Международной системы единиц (СИ) — семь основных единиц измерения основных физических величин СИ. Эти величины — длина , масса , время , сила электрического тока , термодинамическая температура , количество вещества и сила света . Единицы измерения для них — основные единицы СИ — метр , килограмм , секунда , ампер , кельвин , моль и кандела соответственно .

Основные единицы СИ определяет Международное бюро мер и весов (МБМВ) . Полное официальное описание основных единиц СИ, а также СИ в целом вместе с её толкованием, содержится в действующей редакции Брошюры СИ, опубликованной МБМВ и представленной на его сайте .

Основные единицы

В таблице представлены все основные единицы СИ вместе с их определениями, российскими и международными обозначениями, физическими величинами, к которым они относятся, а также с кратким обоснованием их происхождения.

Основные единицы СИ
Единица	Обозначение	Величина	Определение	Историческое происхождение, прежние определения
Секунда	с s	Время	Величина секунды устанавливается фиксацией численного значения частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 при температуре 0 К равным в точности 9 192 631 770, когда она выражена единицей СИ с ⁻¹ , что эквивалентно Гц .	Солнечные сутки разбиваются на 24 часа, каждый час разбивается на 60 минут, каждая минута разбивается на 60 секунд. Секунда — это 1 ⁄ (24 × 60 × 60) или ¹ / ₈₆₄₀₀ часть солнечных суток. Современное определение принято на XIII Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ) в 1967 году.
Метр	м m	Длина	Величина метра устанавливается фиксацией численного значения скорости света в вакууме равным в точности 299 792 458, когда она выражена единицей СИ м·с ⁻¹ .	1 ⁄ 10,000,000 расстояния от экватора Земли до северного полюса на меридиане Парижа . Современное определение установлено XVII ГКМВ в 1983 г.
Килограмм	кг kg	Масса	Величина килограмма устанавливается фиксацией численного значения постоянной Планка h равным в точности 6,626 070 15 × 10 ⁻³⁴ , когда она выражена в Дж⋅с.	Масса одного кубического дециметра ( литра ) чистой воды при температуре 4 °C и стандартном атмосферном давлении на уровне моря . В течение более чем двухсот лет эталоном килограмма служили материальные образцы — Архивный килограмм, затем Международный прототип килограмма.
Ампер	А A	Сила электрического тока	Величина ампера устанавливается фиксацией численного значения элементарного заряда e равным 1,602 176 634 × 10 ⁻¹⁹ , когда он выражен в кулонах .	Предыдущее определение, восходящее к изначальному: ампер есть сила не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2⋅10 ⁻⁷ ньютонов .
Кельвин	К K	Термодинамическая температура	Величина кельвина устанавливается фиксацией численного значения постоянной Больцмана k равным в точности 1,380 649 × 10 ⁻²³ , когда она выражена в Дж/К.	В 1967—2019 годах определялся как 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды . Шкала Кельвина использует тот же шаг, что и шкала Цельсия (исторически — 1 ⁄ 100 разности температур кипения и замерзания воды при атмосферном давлении), но 0 кельвинов — это температура абсолютного нуля, а не температура плавления льда. Согласно современному определению ноль шкалы Цельсия установлен таким образом, что температура тройной точки воды равна 0,01 °C. В итоге шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15 : T [°C] = T [ K ] − 273,15.
Моль	моль mol	Количество вещества	Один моль содержит ровно 6,022 140 76 × 10 ²³ элементов . Это число — фиксированное значение постоянной Авогадро N _A , выраженной в единицах моль ⁻¹ , и называется числом Авогадро .	Атомный вес или молекулярный вес, деленный на постоянную молярной массы, 1 г/моль. В 1971—2019 годах определялся как количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 12 г.
Кандела	кд cd	Сила света	Величина канделы устанавливается фиксацией численного значения световой эффективности монохроматического излучения частотой 540·10 ¹² Гц равным в точности 683, когда она выражена единицей СИ м ⁻² ·кг ⁻¹ ·с ³ ·кд·ср или кд·ср·Вт ⁻¹ , что эквивалентно лм·Вт ⁻¹ .	Сила света (англ. Candlepower, устар. Британская единица силы света), испускаемая горящей свечой. Современное определение установлено XVI ГКМВ в 1979 г.

Наименования и обозначения основных единиц, так же как и всех других единиц СИ, пишутся маленькими буквами (например, метр и его обозначение м). У этого правила есть исключение: обозначения единиц, названных фамилиями учёных, пишутся с заглавной буквы (например, ампер обозначается символом А).

Основные и производные единицы

Остальные единицы СИ являются производными и образуются из основных с помощью уравнений, связывающих друг с другом физические величины используемой в СИ Международной системы величин.

Основная единица может использоваться и для производной величины той же размерности . Например, количество осадков определяется как частное от деления объёма на площадь и в СИ выражается в метрах. В этом случае метр используется в качестве производной единицы .

Определение СИ через фиксацию констант, вообще говоря, не требует различать основные и производные единицы. Тем не менее это разделение сохраняется по историческим причинам и для удобства .

Совершенствование системы единиц

С момента принятия Метрической конвенции в 1875 году определения основных единиц измерения несколько раз изменялись. С переопределения метра (1960 год) килограмм остался последней единицей, которая определяется не как свойство природы, а как физический артефакт. Тем не менее, поскольку моль, ампер и кандела были привязаны к килограмму, то и они оказывались привязанными к изготовленному людьми эталону килограмма. Длительное время метрология искала пути для определения килограмма на основе фундаментальных физических констант , так же, как метр определяется через скорость света .

В начале XXI века Международное бюро мер и весов готовило новые определения основных единиц СИ, не привязанные к материальным артефактам ( эталонам ). Эта работа была окончательно завершена к 2018 году, когда на XXVI Генеральной конференции по мерам и весам были приняты новые определения СИ и её основных единиц. Изменения вступили в силу в 2019 году.

Содержательно изменились определения четырёх основных единиц СИ: килограмма, ампера, кельвина и моля. Новые определения этих единиц основаны на фиксированных численных значениях следующих фундаментальных физических постоянных: постоянной Планка , элементарного электрического заряда , постоянной Больцмана и числа Авогадро , соответственно. Всем этим величинам приписаны точные значения, основанные на результатах наиболее точных измерений, рекомендованных Комитетом по данным для науки и техники (CODATA) .

Формально новые определения отменили все предыдущие , однако новые определения метра, секунды и канделы равносильны старым и изменены лишь для поддержания единства стиля. Определения метра и секунды уже были связаны с точными значениями таких постоянных, как скорость света и величина расщепления основного состояния атома цезия. Определение канделы хотя и не привязано к какой-либо фундаментальной постоянной, тем не менее, также может рассматриваться как связанное с точным значением инварианта природы.

Новый облик СИ

Согласно вступившему в силу в 2019 году определению, СИ — это система единиц, в которой :

частота сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 в точности равна 9 192 631 770 Гц;
скорость света в вакууме c в точности равна 299 792 458 м/с;
постоянная Планка ℎ в точности равна 6,626 070 15⋅10 ⁻³⁴ Дж·с;
элементарный электрический заряд e в точности равен 1,602 176 634⋅10 ⁻¹⁹ Кл;
постоянная Больцмана k в точности равна 1,380 649⋅10 ⁻²³ Дж/К;
число Авогадро N _A в точности равно 6,022 140 76⋅10 ²³ моль ⁻¹ ;
световая эффективность K _cd монохроматического излучения частотой 540⋅10 ¹² Гц в точности равна 683 лм/Вт.

Т. е. секунда — это время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Т. е. метр — это длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1 / 299 792 458 секунды.
В 2005 г. Международный комитет мер и весов установил требования к изотопному составу воды при реализации температуры тройной точки воды: 0,00015576 моля ² H на один моль ¹ Н , 0,0003799 моля на один моль ¹⁶ О и 0,0020052 моля ¹⁸ О на один моль ¹⁶ О
При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы (оговорены) и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц.
Когерентные производные единицы — производные единицы, которые образуются по уравнениям, не содержащим коэффициент пропорциональности. Благодаря отсутствию коэффициента при расчётах, если выражать значения всех величин в единицах СИ, в формулы не требуется вводить коэффициенты, зависящие от выбора единиц. Системы единиц, в которых производные единицы образуются именно по такому принципу, называются когерентными .

Примечания

, с. 18, 130.
↑ / Пер. с англ. и фр.. — 2-е изд., испр. — СПб. : НПО «Профессионал», 2010. — С. 20. — 82 с. — ISBN 978-5-91259-057-3 . 12 ноября 2012 года.
.
, с. 18—23, 130—135.
, с. 76, 184.
. Межгосударственный стандарт. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Единицы величин . М. : Стандартинформ ( 2010 ). — ГОСТ введён в действие с 1 сентября 2003 года . Дата обращения: 9 июля 2012. Архивировано из 10 ноября 2012 года.
Система единиц // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
, с. 17, 129.
, с. 93, 198.
, с. 15—16, 127—128.