1.4.1. Система единиц си

В системе SI (System International),введенной в нашей стране ГОСТ 8.417-81 “ГСИ. Единицы физических величин” основными величинами и соответственно единицами являются: длина (метр), масса (килограмм), время (секунда), сила электрического тока (ампер), температура (кельвин), количество вещества (моль) и сила света (канделла).

В 1983 г. основными были названы единицы времени и скорости, а единице скорости света в вакууме было придано точное, но в принципе произвольное значение с = 299 792 458 м/с. Длина и ее единица метр стали по, существу, производными. Однако формально длина в SI остается основной физической величиной и ее единица определяется так:

Метр − расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 долей секунды.

Секунда − 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями атома цезия Cs − 133.

Килограмм − масса международного прототипа килограмма. Это цилиндр из сплава платины и иридия, единственный потенциально уничтожаемый из всех эталонов основных единиц системы СИ. Он подвержен старению и требует применения громоздких поверочных схем. Однако современное состояние науки не позволяет связать килограмм с естественными атомными константами с достаточной точностью. До сих пор это единственная договорная единица.

Кельвин − единица измерения температуры. Один кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Для получения оптимальной системы электромагнитных единиц достаточно было к трем, выбранным в механике основным единицам добавить одну электромагнитную, выбрав ее из четырех вновь введенных величин: электрического тока I, электрического заряда q, магнитной проницаемости ₀ вакуума и диэлектрической проницаемости ₀ вакуума. К обстоятельствам чисто практического удобства и исторически сложившимся моментам использования ампера, вольта и других электротехнических величин дополнились еще и проблемы создания универсальной системы для всех областей науки.

В системе СИ за основную единицу выбрана единица абсолютной магнитной проницаемости вакуума

₀ = 410^-7Гн/м. Однако формально основной единицей считается ампер. Это связано с тем, что при выборе основной единицы ₀ и постулирования ее численного значения невозможно реализовать ее в виде эталона. Поэтому и реализуется она через производную единицу. Пример: единица скорости материализуется эталоном метра, а единица магнитной проницаемости через эталон ампера.

Ампер − это сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного размера, расположенным в вакууме на расстоянии 1м один от другого, вызывает на каждом участке проводника длиной 1м силу взаимодействия, равную 2·10^-7Н.

Световые измерения связаны с ощущениями человека, воспринимающего световой поток посредством глаз, поэтому они не вполне объективны. Наблюдатель реагирует лишь на ту часть светового потока, которая напрямую воздействует на глаз. Обычные энергетические измерения в этой связи не совсем удобны. Между световыми и энергетические единицами существует однозначная связь и для описания световых измерений не требуется введения новой световой величины. Однако с учетом исторически сложившихся основных единиц и большого влияния субъективных обстоятельств при измерении световых величин, было принято решение ввести единицу света − канделлу.

Канделла − сила света в заданном направлении источника, испускающего, монохроматическое излучение частотой 540·10¹² Гц, энергетическая сила излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт·ср^-1.

Моль − количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится в углероде 12 массой 0,012кг.

Единица ФВ называется системной, если она входит в одну из принятых систем и внесистемной, если не входит. Внесистемные единицы по отношению к единицам SI бывают 4-х видов:

• допускаемые наравне с единицами SI. Например, единица массы - тонна, единицы объёма − литр;

• допускаемые к применению в специальных областях. Например, астрономическая единица, парсек, физическая единица энергии – электрон − вольт;

• временно допускаемые к применению наравне с единицами системы SI. Например, карат − единица массы в ювелирном деле;

• устаревшие (недопускаемые). Например: единица мощности − лошадиная сила.

Кратные единицы — это единицы ФВ, в целое число раз превышающие системную или внесистемную единицу. Дольные единицы − это единицы ФВ, в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы. Например, километр = 10³м. миллиметр = 10^-3м и т.д.

Система СГС до сих пор применяется в физике, астрономии. Однако достоинствамиSI, обусловившими ее применение в большинстве стран мира являются:

• универсальность;

• унификация всех видов измерений;

• когерентность величин;

• возможная высокая точность в определении единиц;

• упрощение записи в формулах в физике, химии, в связи с отсутствием переводных коэффициентов;

• уменьшение числа допускаемых единиц;

• единая система образования кратных и дольных единиц;

• облегчение педагогического процесса в средней и высшей школе;

• лучшее взаимопонимание при развитии экономических и научно-технических связей между странами.