Величины и единицы измерения в системе СИ

Таблица 1.2

Физическая величина	Обозначение	Единица измерения	Обозначение
Основные единицы измерения
Длина	L	Метр	м
Масса	M	Килограмм	кг
Время	T	Секунда	с
Сила электрического тока	I	Ампер	А
Температура		Кельвин	К
Количество вещества		Моль	моль
Сила света	Iv	Кандела	Кд
Дополнительные единицы измерения
Плоского угла	j	Радиан	рад
Телесного угла	q	Стерадиан	стерад

1.3.1. Единица длины

Метр образовано от греческого “metron”, т.е. мера. В начале метр определялся через длину окружности Земного шара, затем – через длину волны определенного излучения.

В 1983 г. Государственным комитетом по мерам и весам принято новое определение метра в связи с тем, что в настоящее время можно очень точно измерить скорость света. Метр равен длине отрезка, которую свет проходит в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Это связано с тем, что скорость света является одной из фундаментальных констант природы и измерена с высокой точностью с = 29979245 м/с. Эталон длины воспроизводят с относительной ошибкой 10^-9.

1.3.2. Единица массы

Масса занимает особое место среди основных физических величин. Ее определяют путем сравнения с эталоном, который хранится в международном бюро мер и весов в Севре (Франция). Это цилиндр (90% Pt + 10% J), диаметром Æ = 39 мм и высотой h=39 мм.

Единицей массы служит килограмм. Он равен массе международного эталона килограмма. В отдельных странах для практических целей хранятся эталоны-копии. Они проверяются с помощью коромысловых весов с погрешностью равной 10^-15 килограмма.

1.3.3. Единица времени

В настоящее время секунда определяется следующим образом: секунда равна 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями (f = 4 и f = 3) основного состояния атома цезия-133 (1967 г.). До 1960 г. секунду определяли как интервал времени, равный 1/86400 части солнечных средних суток. В таком определении точность не превышает 10^-7.

Цезиевые резонаторы излучения воспроизводят соответствующую частоту с точностью порядка 10^-10.

1.3.4. Единица силы тока

Определение эталона силы тока основано на законе Ампера. Единица силы тока утверждена в 1948 г.

Ампер равен силе постоянного электрического тока, который, протекая по двум прямолинейным параллельным бесконечно длинным проводникам ничтожно малого сечения, находящимися в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызывает на участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия между ними 2×10^-7 H.

Этим же законом определяется численное значение другой фундаментальной постоянной физики магнитной постоянной . Так как

, (1.20)

то

. (1.21)

Из уравнений Максвелла следует, что . Отсюда, зная скорость распространения света в вакууме, можно с достаточной степенью точности определить диэлектрическую постоянную .

1.3.5. Единица температуры

Одной из основных термодинамических величин является термодинамическая температура. Она измеряется в Кельвинах. Поскольку для температуры существует значение абсолютного нуля, то для определения Кельвина необходимо зафиксировать еще одну точку. В качестве нее выбрана тройная точка.

Кельвин, единица термодинамической температуры, равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды (1967 г.). В дальнейшем было установлено равенство 1^oC = 1К.

Нулевая точка шкалы Цельсия отличается от тройной точки воды на 0,01 К, при этом имеет место следующее соотношение между температурой Кельвина и Цельсия

t = T - 273,15 ^oC. (1.22)

Практическое измерение температуры проводят с помощью международной практической температурной шкалы (МПТШ-68), которая основана на целом ряде хорошо воспроизводимых фиксированных температурных точек.

1.3.6. Единица количества вещества

Количество вещества было введено в Международную систему единиц в качестве основной величины в 1971 г. В результате возникла возможность описывать количественные соотношения в химии и физической химии с помощью системы единиц СИ. Единица количества вещества (моль) определяется следующим образом:

В количестве вещества, равном 1 моль, содержится 6,022×10²³ структурных элементов, в качестве которых могут выступать атомы, молекулы, ионы, электроны и другие частицы с точно заданными параметрами.

1.3.7. Единица силы света

Эта единица описывает воздействие электромагнитного излучения на человеческий глаз. При этом используют фотометрические величины. Основной величиной служит сила света, измеряемая в канделах. В 1979 г. приняли определение канделы.

Кандела – сила света источника, монохроматическое излучение которого частотой 540^.10¹² Гц, излучаемое в определенном направлении в телесный угол 1 стерадиан, имеет мощность 1/683 Вт.

Частота 540^.10¹² Гц соответствует длине волны 555 нм, при которой глаз обладает максимальной чувствительностью.