Международная система единиц СИ, её структура, цель создания

Международная система  единиц СИ, её структура, цель создания.

 

Создание и развитие метрической  системы мер

 

Метрическая система мер была создана в  конце XVIII в. во Франции, когда развитие торговли  промыщленности настоятельно потребовало замены множества единиц длины и массы, выбранных произвольно, едиными, унифицированными единицами, какими и стали метр и килограмм.

Первоначально метр был определен как 1/40 000 000 часть Парижского меридиана, а килограмм - как масса 1 кубического дециметра воды при температуре 4 С, т. е. единицы были основаны на естественных эталонах. В этом заключалась одна из важнейших особенностей метрической систем, определившая ее прогрессивное значение. Вторым важным преимуществом являлось десятичное подразделение единиц, соответствующее принятой системе исчисления, и единый способ образования их наименований (включением в название соответствующей приставки: кило, гекто, дека, санти и милли), что избавляло от сложных преобразований одних единиц в другие и устраняло путуницу в названиях.

Метрическая система мер стала базой для  унификации единиц во всем мире.

Однако  в последующие годы метрическая  система мер в первоначальном виде (м, кг, м , м . л. ар и шесть десятичных приставок) не могла удовлетворить  запросы развивающейся науки  и техники. Поэтому каждая отрасль  знаний выбирала удобные для себя единицы и системы единиц. Так, в физике придерживались системы  сантиметр - грамм - секунда (СГС); в технике  нашла широкое распространение  система с основными единицами: метр - килограмм-сила - секунда  (МКГСС); в теоретической электротехнике стали одна за другой применяться  несколько систем единиц, производных  от системы СГС; в теплотехнике были принят системы, основанные, с одной  стороны, на сантиметре, грамме и секундде, с другой стороны, - на метре, килограмме и секунде с добавлением единицы температуры - градуса Цельсия и внесистемных единиц количества теплоты - калории, килокалории и т. д. Кроме этого, нашли применение много других внесистемных единиц: например, единицы работы и энерги - киловатт-час и литр-атмосфера, единицы давления - миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба, бар и т. д. В итоге образовалось значительное число метрических систем единиц, некоторые из них охватыавли отдельные сравнительно узкие отрасли техники, и много внесистемных единиц, в основу определений которых были положены метрические единицы.

Одновременное их применение в отдельных областях привело к засорению многих расчетных  формул числовыми коэффициентами, не равными единице, что сильно усложнило  расчеты. Например, в технике стало  обычным применение для измерения  массы единицы системы МКС - килограмма, а для измерения силы единицы  системы МКГСС - килограмм-силы. Это  представлялось удобным с той  точки зрения, что числовые значения массы (в килограммах) и ее веса, т. е. силы притяжения к Земле (в килограмм-силах) оказались равными (с точностью, достаточной для большинства  практических случаев). Однако следствием приравнивания значений разнородных  по существу величин было появление  во многих формулах числового коэффициента 9,806 65 (округленно 9,81) и к смешению понятий массы и веса, которое  породило множество недоразумений  и ошибок.

Такое многообразие единиц и связанные с этим неудобства породили идею создания универсальной  системы единиц физических величин  для всех отраслей науки и техники, которая могла бы заменить все  существующие системы и отдельные  внесистемные единицы. В результате работ международных метрологических  организаций такая система была разработана и получила название Международной системы единиц с  сокращенным обозначением СИ (Система  Интернациональная). СИ была принята  ХI Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ)  в 1960 г. как современная форма метрической системы.

 

Характеристика Международной  системы единиц

 

Универсальность СИ обеспечивается тем, что семь основных единиц, положенных в ее основу, являются единицами физических величин, отражающих основные свойства материального мира и дают возможность образовывать производные единицы для любых  физических величин во всех отраслях науки и техники. Этой же цели служат и дополнительные единицы, необходимые  для образования производных  единиц, зависящих от плоского и  телесного углов. Преимуществом  СИ перед другими системами единиц является принцип построения самой  системы: СИ построена для некоторой  системы физических величин, позволяющих  представить физические явления  в форме математических уравнений; некоторые из физических величин  приняты основными и через  них выражаются все остальные - производные  физические величины. Дляосновных величин установлены единицы, размер которых согласован на международном уровне, а для остальных величин образуютя производные единицы. Построенная таким образом система единиц и входящие в нее единицы называются когерентными, так как при этом выдержано условие, что соотношения между числовыми значениями величин, выраженными в единицах СИ, не содержат клэффициентов, отличных от входящих в первоначально выбранные уравнения, связывающие величины. Когерентность единиц СИ при их применении позволяет до минимума упростить расчетные формулы за счет освобождения их от переводных коэффициентов.

В СИ устранена  множественность единиц для выажения величин одного и того же рода. Так, например, вместо большого числа единиц давления, применявшихся на практике,  еднницей давления в СИ является только одна единица - паскаль.

Установление  для каждой физической величины своей  единицы позволило разграничить понятие массы (едница СИ - килограмм) и силы (единица СИ - ньютон). Понятие массы следует использовать во всех случаях, когда имеется в виду свойство тела или вещества, характеризующее их инерционность и способность создавать гравитационное поле, понятие веса - в случаях, когда имеется в виду сила, возникающая вследствие взаимодействия с гравитационным полем.

Определение основных еддиниц. И возможно с высокой степенью точности, что в конечном счете не только позволяет повысить точность измерений, но и обеспечить их единство. Это дотигается путем "материализации" единиц в виде эталонов и передачи от нх размеров рабочим средствам измерений с помощью комплекса образцовых средств измерений.

Международная система единиц благодаря своим  преимуществам получила широкое  распространение в мире. В настоящее  время трудно назвать страну, которпя бы не внедрила СИ,находилась бы на стадии внедрения или не приняла бы решения о внедрении СИ. Так, страны, ранее применявшие английскую систему мер (Англия, Австралия, Канада, США и др.) также приняли СИ.

Рассмотрим  структуру построения Международной  системы единиц. В табл. 1.1 приведены  основные и дополнительные единицы  СИ.

Производные единицы СИ образуются из основных и дополнительных единиц. Производные  единицы СИ, имеющие специальные  наименования (табл. 1.2), также могут  быть использованы для образования  других производных единиц СИ.

В связи  с тем, что диапазон значений большинства  измеряемых физических величин в  настоящее время может быть весьма значительным и применять только едницы СИ неудобно, так как в результате измерения получаютя слишком большие или мадые числовые значения, в СИ предусмотрено применение десятичных кратных и дольных от единиц СИ, которые образуются с помощью множителей и приставок.

 

Международная единица

 

6 октября  1956 г. Международный комитет мер  и весов рассмотрел рекомендацию  комиссии по системе единиц  и принял следующее важное  решение, завершающее работу по  установлению Международной системы  единиц измерений:

"Международный  комитет мер и весов, принимая  во внимание задание, полученное  от девятой Генеральной конференции  по мерам и весам в ее  резолюции 6, относительно установления  практической системы единиц  измерения, которая могла бы  быть принята веми станами, подписавшими Метрическую конвенцию; принимая во внимание все документы, полученные от 21 страны, ответивших на опрос, предложенный девятой Генеральной конференцией по мерам и весам; принимая во внимание резолюцию 6 девятой Генеральной конференции по мерам и весам, устанавливающую выбор основных единиц будущей системы, рекомендует:

1) чтобы  называлась "Международной системой  единиц" система,основанная на основных единицах, принятых десятой Генеральной конференцией и являющихся следующими;

2) чтобы  применялись единицы этой системы,  перечисленные в следующей таблице,  не предопределяя другие единицы,  могущие быть добавленные впоследствии".

На сессии в 1958 г. Международный комитет мер  и весов обсудил и принял решение  о символе для сокращенного обозначения  наименования "Международная система  единиц". Был принят символ, сстоящий из двух букв SI (начальные буквы слов System International - международная система).

В октябре 1958 г. Международный комитет законодательной  метрологии принял следующую резолюцию  по вопросу о Международной системе  единиц:

"Международный  комитет законодательной метрологии, собравшись на пленарном заседании  7 октября 1958 г. в Париже, объявляет  о присоединении к резолюции  Международного комитета мер  и весов об установлении международной  системы единиц измерения (SI).

Основными единицами этой системы являются:

метр -килограмм-секунда-ампер-градус Кельвина-свеча.

Комитет рекомендует государствам - членам организации принятие этой системы  в законодательстве о единицах измерений".

В октябре 1960 г. вопрос о Международной системе  единиц был расмоотрен на одиннадцатой Генеральной конференции по мерам и весам.

По этому  вопросу конференция приняла  следующую резолюцию:

"Одиннадцатая  Генеральная конференция по мерам  и весам, принимая во внимание резолюцию 6 десятой Генеральной конференции по мерам и весам, в которой она приняла шесть единиц в качестве базы для установления практической системы измерений для международных сношений принимая во внимание резолюцию 3, принятую Международным комитетом мер и весов в 1956 г., и принимая во внимание рекомендации,  принятые Международным комитетом мер и весов в 1958 г., относящиеся к сокращенному наименованию системы и к приставкам для образования кратных и дольных единиц, решает:

1. Присвоить  системе, основанной на шести  основных единицах, наименование "Международная  система единиц";

2. Установить  международное сокращенное наименование  этой системы "SI";

3. Образовывать  наименования кратных и дольных  единиц посредством следующих  приставок:

4.Применять  в этой системе нижеперечисленные  единицы, не предрешая, какие  другие единицы могут быть  добавлены в будущем:

Принятие  Международной системы единиц явилось  важным прогрессивным актом, подытожившим большую многолетнюю подготовительную работу в этом направлении и обобщившим опыт научно-технических кругов разных стран и международных организаций  по метрологии, стандартизации,физике и электротехнике.

Решения Генеральной конференции и Международного комитета мер и весов по Международной  системе единиц учтены в рекомендациях  Международной организации по стандартизации (ИСО) по единицам измерений и уже  нашли свое отражение в законодательных  положениях о единицах и в стандартах на единицы некоторых стран.

В 1958 г. в  ГДР было утверждено новое Положение  о единицах измерений, построенное  на основе Международной системы  единиц.

В 1960 г. в  правительственном законоположении  о единицах измерений Венгерской Народной Республики за основу принята  Междунвродная система единиц.

Государственные стандарты СССР на единиц 1955-1958 гг. были построены на основе системы единиц, принятой Международным комитетом  мер и весов в качестве Международной  системы единиц.

В 1961 г. Комитет  стандартов, мер и измерительных  приборов при Совете Министров СССР утвердил ГОСТ 9867 -- 61 "Международна система единиц", в котором устанавливается предпочтительное применение этой системы во всех областях науки и техники и при преподавании.

В 1961 г. правительственным  декретом узаконена Международная  система единиц во Франции и в 1962 г. в Чехословакии.

Международная система единиц получила отражение  в рекомендациях Международного союза чистой и прикладной физики, принята Международной электротехнической комиссией и рядом других международных организаций.

В 1964 г. Международная  система единиц легла в основу "Таблицы единиц законного измерения" Демократической Республики Вьетнам.

В период 1962 по 1965 гг. в ряде стран были изданы законы о принятии Международой системы единиц в качестве обязательной или предпочтительной и стандарты на единицы СИ.

В 1965 г. в  соответствии с поручением XII Генеральной конференции по мерам и весам Международнгое бюро мер и весос провело опрос относительно положения с принятием СИ в странах, присоединившихся к Метрической конвенции.

На 1 октября 1965 г. получены ответы от 30 из 41 опрошенных стран.

13 стран  приняли СИ как обязательную  или предпочтительную.

В 10 странах  допущено применение Международной  системы единиц и проводится подготовка к пересмотру законов с целью  придания узаконенного, обязательного  характера этой системе в данной стране.

В 7 странах  СИ допущена как факультативная.

В конце 1962 г. вышла в свет новая рекомендация Международной комиссии по радиологическим  единицам и измерениям (МКРЕ), посвященная  величинам и единицам в области  ионизирующих излучений. В отличие  от предыдущих рекомендаций этой комиссии, которые в основном были посвящены  специальным (внесистемным) единицам для  измерений ионизирующих излучений, новая рекомендация включает таблицу, в которой на первом местедля всех величин поставлены единицы Международной системы.