SI 測定システム — 歴史、目的、物理学における役割
人類の歴史は数千年にわたり、その発展のさまざまな段階で、ほぼすべての国が従来の参照システムの一部を使用してきました。現在、国際単位系 (SI) はすべての国で義務付けられています。
このシステムには、秒 — 時間、メートル — 長さ、キログラム — 質量、アンペア — 電流の強さ、ケルビン — 熱力学温度、カンデラ — 光の強度、モル — 物質の量という 7 つの基本的な測定単位が含まれています。追加の 2 つの単位があります。平面角のラジアンと立体角のステラジアンです。
SI はフランス語の Systeme Internationale に由来し、国際単位系の略です。
カウンタの決定方法
17世紀、ヨーロッパにおける科学の発展に伴い、普遍的な尺度、つまりカトリックメーターの導入を求める声がますます聞かれるようになりました。それは自然現象に基づく小数単位の尺度であり、当局の決定とは独立しています。このような措置は、当時存在していたさまざまな措置システムに取って代わるものとなるでしょう。
イギリスの哲学者ジョン・ウィルキンスは、振り子の長さを長さの単位とし、その半周期が 1 秒に等しいことを提案しました。ただし、測定場所によっては同じ値ではありませんでした。フランスの天文学者ジャン・リシェは、南米旅行中 (1671 年から 1673 年) にこの事実を確立しました。
1790 年、タレーラン大臣は、ボルドーとグルノーブルの間の厳密に固定された緯度 (北緯 45 度) に振り子を設置して基準経度を測定することを提案しました。その結果、1790 年 5 月 8 日、フランス国民議会は、メートルは緯度 45 度での半周期が 1 秒に等しい振り子の長さであると決定しました。今日の SI によれば、このメートルは 0.994 m に相当しますが、この定義は科学界には受け入れられません。
1791 年 3 月 30 日、フランス科学アカデミーは、パリ子午線の一部として測定標準を定義する提案を受け入れました。新しい単位は、赤道から北極までの距離の 1,000 万分の 1、つまりパリ子午線に沿って測定した地球の円周 4 分の 1 の 1,000 万分の 1 となる予定でした。これは「メーター True and Definitive」として知られるようになりました。
1795 年 4 月 7 日、国民会議はフランスにメートル法を導入する法律を可決し、Ch を含む委員に指示しました。 O. クーロン、J.L.ラグランジュ、追伸ラプラスと他の科学者は、長さと質量の単位を実験的に決定しました。
1792 年から 1797 年にかけて、革命会議の決定により、フランスの科学者ドランブル (1749-1822) とメッヘン (1744-1804) は、ダンケルクからパリまで 9 度 40 分の長さのパリ子午線の同じ弧を測定しました。バルセロナは 6 年かけて、フランスとスペインの一部に 115 個の三角形のチェーンを敷設しました。
しかし、地球の極圧縮の計算が間違っていたため、標準は 0.2 mm 短かったことが後に判明しました。したがって、子午線の長さ 40,000 km はおおよその値にすぎません。ただし、標準真鍮メーターの最初のプロトタイプは 1795 年に作成されました。 質量の単位 (キログラム、その定義は 1 立方デシメートルの水の質量に基づいています) もまた、質量の定義に関連付けられていることに注意する必要があります。メーター。
SIシステム成立の経緯
1799 年 6 月 22 日、フランスで 2 つのプラチナ規格、標準メートルと標準キログラムが制定されました。この日は、現在の SI システムの開発が開始された日と考えることができます。
1832 年、ガウスはいわゆる絶対単位系。基本的な 3 つの単位を使用します。時間の単位は秒、長さの単位はミリメートル、質量の単位はグラムです。これらの特定の単位を使用することで、科学者は体重を測定することができました。地球の磁場の絶対値 (このシステムの名前は SGS ガウス).
1860 年代には、マクスウェルとトムソンの影響を受けて、基本単位と派生単位が相互に互換性を持たなければならないという要件が策定されました。その結果、CGS システムが 1874 年に導入され、マイクロからメガまでの単位のサブセットと倍数を表す接頭辞も配布されました。
1875年、ロシア、アメリカ、フランス、ドイツ、イタリアを含む17カ国の代表がメートル条約に署名し、これに基づいて国際措置局、国際措置委員会が設立され、定期条約が機能し始めました。 度量衡総会 (GCMW)…同時に、キログラムの国際標準と測定器の標準の開発作業が始まりました。
1889 年の GKMV の最初の会議で、 ISSシステムCGS と同様にメートル、キログラム、秒に基づいた単位が使用されていましたが、実用的な利便性のため、ISS 単位の方が受け入れられるようでした。光学系や電気系のユニットについては後ほど紹介します。
1948 年、フランス政府と国際理論応用物理学連合の命令により、第 9 回度量衡総会は国際度量衡委員会に対し、単位系を統一するための提案を行うよう指示を出しました。測定に関する彼のアイデアは、メートル法条約の締約国であるすべての国で受け入れられる単一の測定単位系を作成するというものでした。
その結果、1954年の第10回GCMWでは、メートル、キログラム、秒、アンペア、ケルビン、カンデラの6つの単位が提案され、採用されました。 1956 年に、このシステムは «Systeme International d'Unities» (国際単位系) と名付けられました。
1960 年に、初めて「国際単位系」と呼ばれる規格が採用され、その略語が割り当てられました。 «SI» (SI).
基本単位は、メートル、キログラム、秒、アンペア、ケルビン、カンデラの 6 つの単位と、2 つの追加単位 (ラジアンとステラジアン) および 27 の最も重要な微分単位のままであり、追加できる他の微分単位は事前に指定していませんでした。 - 遅い。 （ロシア語の略語「SI」は「国際システム」と解読できます）。
これら 6 つの基本単位はすべて、追加単位と 27 の最も重要な派生単位の両方で、当時 ISS、MKSA、МКСГ、および ISS の測定単位に関するソ連国家規格で採用されていた、対応する基本単位、追加単位、および派生単位と完全に一致していました。 MSS システム。
によれば、1963年にソ連で GOST 9867-61 «国際単位系», SIは、国家経済、科学技術、教育機関での教育の分野で優先されるものとして認められています。
1968 年の第 13 回 GKMV で、単位「ケルビン度」が「ケルビン」に置き換えられ、「K」という表記も採用されました。さらに、1 秒の新しい定義が採用されました。1 秒は、セシウム 133 原子の基底量子状態の 2 つの超微細準位間の遷移に対応する 9,192,631,770 放射周期に等しい時間間隔です。 1997 年に、この時間間隔は 0 K で静止しているセシウム 133 原子を指すという明確化が採用されました。
1971 年に、物質の量を表す単位である 14 GKMV に、別の基本単位「モル」が追加されました。モルは、重さ 0.012 kg の炭素 12 の原子と同数の構造要素を含む系内の物質の量です。モルを使用する場合は、構造要素を指定する必要があり、原子、分子、イオン、電子、その他の粒子または指定された粒子のグループを指定できます。
1979 年、第 16 回 CGPM はカンデラの新しい定義を採用しました。カンデラは、周波数 540 × 1012 Hz の単色放射線を発する光源の特定の方向の光度であり、その方向の光度は 1/683 W / sr (ワット/ステラジアン) です。
1983 年に、17 GKMV のカウンターに新しい定義が与えられました。1 メートルは、真空中で光が (1/299,792,458) 秒で進む経路の長さです。
2009年にロシア連邦政府は「ロシア連邦で使用が許可された測定単位に関する規則」を承認し、2015年に一部の非システム単位の「有効期間」を除外する修正が加えられた。
SI システムの主な利点は次のとおりです。
1. 各種測定における物理量の単位の統一。
SI システムを使用すると、さまざまな技術分野で見られる物理量に 1 つの共通単位を持たせることができます。たとえば、この量に現在使用されているさまざまな単位 (キログラム - 力) の代わりに、すべての種類の仕事と熱量をジュールで表すことができます。 - メーター、エルグ、カロリー、ワット時など)。
2. システムの普遍性。
SI 単位は、他の単位を使用する必要性を除いて、科学、技術、国民経済のすべての分野をカバーし、一般にすべての測定分野に共通する単一のシステムを表します。
3. システムの接続性 (一貫性)。
結果の測定単位を定義するすべての物理方程式において、比例係数は常に 1 に等しい無次元量です。
SI システムを使用すると、多数の変換係数を使用する必要がないため、方程式を解き、計算を実行し、グラフやノモグラムを作成する操作を大幅に簡素化できます。
4. SI システムの調和と一貫性は、一般科学および特殊分野の研究における物理法則と教育プロセスの研究、およびさまざまな公式の導出を大幅に促進します。
5.SI システムの構築原理は、必要に応じて新しい派生単位を形成する機会を提供するため、このシステムの単位のリストはさらに拡張される可能性があります。
SI システムの目的と物理学におけるその役割
現在まで、国際物理量体系 SI は世界中で受け入れられており、科学と技術と人々の日常生活の両方で他の体系よりもよく使用されています。これはメートル法の現代版です。
ほとんどの国は、日常生活ではその地域の伝統的な単位を使用している場合でも、テクノロジーの分野では SI 単位を使用しています。たとえば、米国では、慣習単位は固定係数を使用する SI 単位として定義されます。
数量 名称 ロシア名 ロシア国際 平面角 ラジアン Glad rad 立体角 ステラジアン Wed Wed 摂氏温度 摂氏 OS OS 周波数 ヘルツ Hz Hz 力ニュートン Z n エネルギー ジュール J J 電力ワット W W 圧力 パスカル Pa Pa 光束ルーメン lm lm 照度ルクスOK lx 電荷ペンダント CL ℃ 電位差 ボルト V V 抵抗 ohm オーム R 電気容量 ファラッド F F 磁束 ウェーバー Wb Wb 磁気誘導 テスラ T T インダクタンス ヘンリーさんH 電気伝導度 シーメンス Cm C 放射線源の放射能 ベクレル Bq Bq 電離放射線吸収線量 grey Gr Gy 電離放射線の実効線量 シーベルト Sv Sv 触媒ロール cat cat の放射能
公式形式での SI システムの徹底的な詳細な説明は、1970 年から発行されている SI ブックレットとその補足に記載されています。これらの文書は国際度量衡局の公式ウェブサイトで公開されています。 1985年以降これらの文書は英語とフランス語で発行され、文書の公用語はフランス語ですが、常に世界中の複数の言語に翻訳されています。
SI 系の正確な公式定義は次のとおりです。「国際単位系 (SI) は、国際単位系に基づいた単位系であり、名前と記号、接頭辞とそれらの名前と記号のセットを組み合わせたものです。一般度量衡会議 (CGPM) によって採択されたその使用規則とともに«。
SI 系は 7 つの物理量の基本単位とその導関数、およびそれらの接頭辞によって定義され、単位の略称や導関数の表記規則が規定されています。以前と同様に、キログラム、メートル、秒、アンペア、ケルビン、モル、カンデラの 7 つの基本単位があります。基本単位はサイズに依存せず、他の単位から派生することはできません。
派生単位については、基本単位に基づいて、除算や乗算などの数学演算を実行することで取得できます。 「ラジアン」、「ルーメン」、「ペンダント」など、結果として得られる単位の一部には独自の名前が付いています。
単位名の前に、ミリメートル (1 メートルの 1,000 分の 1) やキロメートル (1,000 メートル) などの接頭辞を使用できます。接頭辞は、1 を特定の 10 の累乗である整数で割るか乗算することを意味します。