Системи одиниць фізичних величин: поняття

У світі існувало і до сих пір існує безліч різних систем вимірювання величин. Вони служать для того, щоб люди могли обмінюватися різною інформацією, наприклад, при здійсненні угод, призначення препаратів або розробці посібників до використання техніки. Для того щоб не виникало плутанини, була розроблена Інтернаціональна система вимірювання фізичних величин.

Що таке система вимірювання фізичних величин?

Таке поняття, як система одиниць фізичних величин, або просто система СІ, часто може зустрітися не тільки на шкільних уроках фізики і хімії, але й у повсякденному житті. В сучасному світі люди як ніколи потребують в тому, щоб певна інформація – наприклад, час, вагу, об’єм – була виражена найбільш об’єктивно і структуровано. Саме для цього і була створена єдина система вимірювань – сукупність офіційно прийнятих одиниць вимірювань, рекомендованих для використання в побуті й науці.

Загрузка...

Які системи вимірювання існували до появи системи СІ

Звичайно, потреба в заходах існувала у людини завжди, однак, як правило, ці заходи не були офіційними, визначалися через підручні матеріали. А значить, не мали еталона і могли відрізнятися від випадку до випадку.

Яскравим прикладом може служити прийнята на Русі система мір довжини. П’ядь, лікоть, аршин, сажень – всі ці одиниці спочатку були прив’язані до частин тіла – долоні, надпліччя, відстані між розкинутими руками. Звичайно, в результаті кінцеві вимірювання були неточними. Згодом держава докладала зусиль, щоб стандартизувати цю систему вимірювання величин, але вона все одно залишалася неідеальною.

В інших країнах існували свої системи вимірювання фізичних величин. Наприклад, в Європі була поширена англійська система мір – фути, дюйми, милі та ін.

Навіщо потрібна система СІ?

У XVIII-XIX століттях процес глобалізації став активним. Все більше країн почали встановлювати міжнародні контакти. Крім того, свого апогею досягла науково-технічна революція. Вчені по всьому світу не могли ефективно обмінюватися результатами своїх наукових розвідок з-за того, що вони користувалися різними системами вимірювання фізичних величин. Багато в чому із-за таких порушень зв’язків усередині світового наукового співтовариства багато фізичні і хімічні закони «відкривалися» кілька разів різними вченими, що сильно гальмувало розвиток науки і техніки.

Дивіться також:  Фазові переходи першого і другого роду

Таким чином, сформувалася потреба в єдиній системі вимірювання фізичних одиниць, яка б не тільки дозволила вченим по всьому світу звіряти результати своїх праць, але і оптимізувала процес світової торгівлі.

Історія виникнення Міжнародної системи вимірювання

Для того, щоб структурувати фізичні величини та вимірювання фізичних величин, система одиниць, єдина для всього світового співтовариства, стала необхідна. Проте створити таку систему, яка б відповідала усім вимогам і була найбільш об’єктивною, – це дійсно важке завдання. Основою майбутньої системи СІ стала метрична система, яка отримала своє поширення у XVIII столітті після Великої французької революції.

Точкою відліку, з якої почався розвиток і вдосконалення Інтернаціональної системи вимірювання фізичних величин, можна вважати 22 червня 1799 року. Саме в цей день були затверджені перші еталони – метр та кілограм. Вони були виконані з платини.

Незважаючи на це, офіційно Міжнародна система одиниць була прийнята тільки в 1960 році на 1-й генеральній конференції з мір та ваг. У неї були включені 6 основних одиниць вимірювання фізичних величин: секунда (час), метр (довжина), кілограм (маса), кельвін (термодинамічна температура), ампер (сила струму), кандела (сила світла).

У 1964 році до них була додана сьома величина – моль, якою вимірюється кількість речовини в хімії.

Крім того, існують також похідні одиниці, які можуть бути виражені через основні з допомогою найпростіших алгебраїчних дій.

Основні одиниці вимірювання в системі СІ

Так як основні одиниці системи фізичних величин повинні були бути максимально об’єктивними і не залежати від зовнішніх умов, таких як тиск, температура, відстань від екватора і інші, то до формулювання їх визначень і еталонів потрібно було поставитися фундаментально.

Розглянемо кожну з основних одиниць системи вимірювання фізичних величин докладніше.

  • Секунда. Одиниця виміру часу. Це відносно легка для вираження величина, так як вона безпосередньо пов’язана з періодом обертання Землі навколо Сонця. Секунда – це 1/31536000 року. Існують, однак, і більш складні способи заміряти еталон секунди, пов’язані з періодами випромінювання атома цезію. Цей спосіб зводить похибка до мінімуму, чого вимагає сучасний рівень розвитку науки і технологій.
  • Метр. Одиниця вимірювання довжини і відстаней. У різний час метр намагалися виразити як частина екватора або за допомогою математичного маятника, але всі ці способи були досить точними, так що кінцеве значення могло змінюватись в межах міліметрів. Така похибка є критичною, тому тривалий час вчені шукали більш точні способи визначення еталона метра. На даний момент за один метр прийнята довжина шляху, прохідного світлом (1/299 792 458) секунди.
  • Кілограм. Одиниця вимірювання маси. На сьогоднішній день кілограм є єдиною величиною, яка визначається через речовинний еталон, який зберігається в штаб-квартирі Міжнародного бюро мір і ваг. З часом еталон трохи змінює свою масу з-за процесів корозії, а також скупчення пилу та інших дрібних часток на його поверхні. Саме тому планується і його величину незабаром виразити через фундаментальні фізичні властивості.
Дивіться також:  Площа бічної поверхні правильної трикутної призми, чотирикутної і шестикутної

  • Кельвін. Одиниця вимірювання термодинамічної температури. Кельвін дорівнює 1/273,16 частині термодинамічної температури потрійної точки води. Це така температура, при якій вода знаходиться відразу в трьох станах — рідкому, твердому і газоподібному. Градуси Цельсія переводяться в Кельвины за формулою: t К = t C° + 273
  • Ампер. Одиниця вимірювання сили струму. Незмінюваність струм, при проходженні якого по двом паралельним прямим провідникам з мінімальною площею перерізу і нескінченною довжиною, що знаходяться на відстані 1 метра один від одного (на кожній ділянці цих провідників виникає сила, рівна 2·10-7Н), дорівнює 1 амперу.
  • Кандела. Одиниця вимірювання сили світла – свічення джерела в певному напрямку. Специфічна величина, яка вкрай рідко використовується на практиці. Значення одиниці виводиться через частоту випромінювання та енергетичну силу світла.
  • Моль. Одиниця кількості речовини. На даний момент моль – це одиниця, яка є різною для різних хімічних елементів. Вона чисельно дорівнює масі найдрібнішої частинки цієї речовини. В майбутньому планується точно висловити один моль, використовуючи число Авогадро. Для цього, однак, потрібно уточнити значення самого числа Авогадро.

Приставки, прийняті в системі СІ і що вони означають

Для зручності використання основних одиниць фізичних величин в системі СІ на практиці був прийнятий перелік універсальних приставок, з допомогою яких утворюються дробові і кратні одиниці.

Похідні одиниці

Очевидно, що існує набагато більше семи фізичних величин, а отже, потрібні і одиниці, в яких ці величини повинні вимірюватися. Для кожної нової величини виводиться нова одиниця, яка може бути виражена через основні з допомогою найпростіших алгебраїчних дій, наприклад поділу або множення.

Цікаво, що, як правило, похідні одиниці називаються на честь великих учених чи історичних осіб. приміром, одиниця вимірювання роботи – Джоуль або одиниця виміру індуктивності Генрі. Існує безліч похідних одиниць – всього більше двадцяти.

Дивіться також:  Що таке хан монгольської і російської історії

Позасистемні одиниці

Незважаючи на широке поширення і повсюдне застосування системи одиниць фізичних величин СІ, у багатьох галузях все ще застосовуються на практиці позасистемні одиниці вимірювання. Наприклад, в судноплавстві – морська миля, в ювелірній справі – карат. У повсякденному житті нам відомі такі позасистемні одиниці, як добу, відсоток, діоптрія, літр і багато інших.

Потрібно пам’ятати, що, незважаючи на їх звичність, при вирішенні фізичних або хімічних задач позасистемні одиниці потрібно обов’язково переводити в одиниці вимірювання фізичних величин в системі СІ.