Internasionale stelsel van eenhede

Lande gebruik die metrieke (SI), keiserlike en Amerikaanse gebruiklike stelsels vanaf 2019.

Die International System of Units, of SI, ^{[2] : 123} is 'n desimale ^[d] en metrieke ^[e] stelsel van eenhede wat in 1960 ingestel is en sedertdien periodiek bygewerk is. Die SI het 'n amptelike status in die meeste lande, ^[f] insluitend die Verenigde State , ^[h] Kanada , en die Verenigde Koninkryk , alhoewel hierdie drie lande is onder 'n handvol van die nasies wat, om verskeie grade, ook voortgaan om hul gebruiklike gebruik stelsels. Nietemin, met hierdie byna universele aanvaardingsvlak, is die SI-stelsel 'wêreldwyd gebruik as die voorkeurstelsel van eenhede, die basistaal vir wetenskap, tegnologie, nywerheid en handel.' ^{[2] : 123}

Die enigste ander soorte metingstelsel wat nog wydverspreid oor die wêreld heen gebruik word, is die Imperiale en Amerikaanse gebruiklike metingstelsels , en dit word wettiglik gedefinieër in terme van die SI-stelsel . ^[i] Daar is ander, minder wydverspreide metingstelsels wat soms in bepaalde wêreldstreke gebruik word. Daarbenewens is daar baie individuele nie-SI-eenhede wat nie tot enige omvattende stelsel van eenhede behoort nie, maar wat nogtans gereeld in bepaalde velde en streke gebruik word. Albei hierdie kategorieë van eenhede word ook wettiglik gedefinieer in terme van SI-eenhede. ^[j]

Beheerliggaam

Die SI is gestig en word onderhou deur die Algemene Konferensie oor gewigte en maatreëls (CGPM ^[k] ). ^[4] In die praktyk volg die CGPM die aanbevelings van die Raadgewende Komitee vir Eenhede (CCU), wat die werklike liggaam is wat tegniese beraadslaging voer rakende nuwe wetenskaplike en tegnologiese ontwikkelings wat verband hou met die definisie van eenhede en die SI. Die CCU rapporteer aan die Internasionale Komitee vir gewigte en maatreëls (CIPM ^[l] ), wat op sy beurt aan die CGPM rapporteer. Kyk hieronder vir meer besonderhede.

Al die besluite en aanbevelings rakende eenhede word versamel in 'n brosjure genaamd The International System of Units (SI) ^[m] , wat deur die International Bureau of Weights and Measures (BIPM ^[n] ) gepubliseer word en van tyd tot tyd opgedateer word.

Oorsig van die eenhede

SI-basiseenhede

Die SI kies sewe eenhede om as basiseenhede te dien , wat ooreenstem met sewe basiese fisiese hoeveelhede. ^{[o] [p]} Hulle is die tweede , met die simbool s , wat die SI-eenheid van die fisiese hoeveelheid tyd is ; die meter , simbool m , die SI- lengte- eenheid ; kilogram ( kg , die massa- eenheid ); ampère ( A , elektriese stroom ); kelvin ( K , termodinamiese temperatuur ); mol ( mol , hoeveelheid stof ); en candela ( cd , ligsterkte ). ^[2] Alle eenhede in die SI kan uitgedruk word in terme van die basiseenhede, en die basiseenhede dien as 'n voorkeurreeks om die verwantskappe tussen eenhede uit te druk of te ontleed.

SI afgeleide eenhede

Die stelsel maak voorsiening vir 'n onbeperkte aantal addisionele eenhede, genaamd afgeleide eenhede , wat altyd as kragprodukte van die basiseenhede voorgestel kan word, moontlik met 'n nie-numeriese vermenigvuldiger. Wanneer die vermenigvuldiger een is, word die eenheid 'n samehangende afgeleide eenheid genoem. ^[q] Die basis- en samehangende afgeleide eenhede van die SI vorm saam 'n samehangende eenheidstelsel ( die stel samehangende SI-eenhede ). ^[r] Twee en twintig samehangende afgeleide eenhede is voorsien van spesiale name en simbole. ^[s] Die sewe basiseenhede en die 22 afgeleide eenhede met spesiale name en simbole kan gebruik word in kombinasie met ander afgeleide eenhede uit te druk, ^[t] wat aanvaar is om meting van diverse hoeveelhede te fasiliteer.

Voor die definisies wat in 2018 aanvaar is, is die SI gedefinieer deur sewe basiseenhede waaruit die afgeleide eenhede as kragprodukte van die basiseenhede gebou is. Die definisie van die SI deur die numeriese waardes van sewe definisie-konstantes vas te stel, het tot gevolg dat hierdie onderskeid in beginsel nie nodig is nie, aangesien alle eenhede, sowel as afgeleide eenhede, direk uit die definiërende konstantes gekonstrueer kan word. Nietemin word die konsep van basis- en afgeleide eenhede gehandhaaf omdat dit nuttig en histories goed gevestig is. ^[6]

SI-metrieke voorvoegsels en die desimale aard van die SI-stelsel

Soos alle metrieke stelsels, gebruik die SI metrieke voorvoegsels om stelselmatig, vir dieselfde fisiese hoeveelheid, 'n stel eenhede op te stel wat oor 'n wye reeks desimale veelvoude van mekaar is.

Terwyl die samehangende lengte-eenheid byvoorbeeld die meter is, bied ^[ S ^] die SI 'n volledige reeks kleiner en groter eenhede, waarvan elkeen geriefliker kan wees vir enige gegewe toepassing - byvoorbeeld, ry-afstande word gewoonlik gegee in kilometer (simbool km ) eerder as in meter. Hier staan ​​die metrieke voorvoegsel ' kilo- ' (simbool 'k') vir 'n faktor van 1000; dus,1 km =1000 m . ^[v]

Die huidige weergawe van die SI bevat twintig metrieke voorvoegsels wat dui op desimale kragte wat wissel van 10 tot ²⁴ tot 10 ²⁴ . ^{[2] : 143–4} Afgesien van die voorvoegsels vir 1/100, 1/10, 10 en 100, is al die ander magte van 1000.

Oor die algemeen vorm ^[w] een gegewe enige samehangende eenheid met 'n aparte naam en simbool 'n nuwe eenheid deur eenvoudig 'n toepaslike metrieke voorvoegsel by die naam van die samehangende eenheid te voeg (en 'n ooreenstemmende voorvoegselsimbool by die simbool van die eenheid). Aangesien die metrieke voorvoegsel 'n bepaalde mag van tien aandui, is die nuwe eenheid altyd 'n krag-van-tien veelvoud of sub-veelvoud van die samehangende eenheid. Dus, die omskakeling tussen eenhede binne die SI geskied altyd deur 'n krag van tien; dit is die rede waarom die SI-stelsel (en metrieke stelsels meer algemeen) desimale stelsels van meeteenhede genoem word . ^{[7] [x]}

Die groepering wat gevorm word deur 'n voorvoegselsimbool wat aan 'n eenheidsimbool geheg is (bv. ' Km ', ' cm ') vorm 'n nuwe onafskeidbare eenheidsimbool. Hierdie nuwe simbool kan verhoog word tot 'n positiewe of negatiewe krag en kan met ander eenheidsimbole gekombineer word om saamgestelde eenheidsimbole te vorm. ^{[2] : 143} Byvoorbeeld, g / cm ³ is 'n SI-eenheid van digtheid , waar cm ³ as ( cm ) ³ geïnterpreteer moet word .

Samehangende en nie-samehangende SI-eenhede

Wanneer voorvoegsels met die samehangende SI-eenhede gebruik word, is die resulterende eenhede nie meer samehangend nie, want die voorvoegsel stel 'n ander numeriese faktor as een in. ^{[2] : 137} Die een uitsondering is die kilogram, die enigste samehangende SI-eenheid waarvan die naam en simbool om historiese redes 'n voorvoegsel bevat. ^[y]

Die volledige stel SI-eenhede bestaan ​​uit beide die samehangende versameling en die veelvoude en sub-veelvoude van samehangende eenhede wat gevorm word deur die SI-voorvoegsels te gebruik. ^{[2] : 138} Die meter, kilometer, sentimeter, nanometer, ensovoorts is byvoorbeeld almal SI-eenhede, alhoewel slegs die meter 'n samehangende SI-eenheid is. 'N Soortgelyke verklaring geld vir afgeleide eenhede: byvoorbeeld, kg / m ³ , g / dm ³ , g / cm ³ , Bl / km ³ , ens is almal SI-eenhede van digtheid, maar van hierdie, net kg / m ³ is 'n samehangende SI-eenheid.

Boonop is die meter die enigste samehangende SI-eenheid. Elke fisiese hoeveelheid het presies een samehangende SI-eenheid, alhoewel hierdie eenheid in verskillende vorme uitdruklik kan wees deur van die spesiale name en simbole te gebruik. ^{[2] : 140} Die samehangende SI-eenheid van lineêre momentum kan byvoorbeeld as kg⋅m / s of as N⋅s geskryf word , en albei vorms word gebruik (vergelyk byvoorbeeld onderskeidelik hier ^{[8] : 205} en hier ^{[ 9] : 135} ).

Aan die ander kant kan verskillende hoeveelhede dieselfde samehangende SI-eenheid hê. Die joule per kelvin is byvoorbeeld die samehangende SI-eenheid vir twee verskillende hoeveelhede: hittevermoë en entropie . Verder kan dieselfde samehangende SI-eenheid 'n basiseenheid in een konteks wees, maar 'n samehangende afgeleide eenheid in 'n ander konteks. Die ampère is byvoorbeeld die samehangende SI-eenheid vir sowel elektriese stroom as magnetomotiewe krag , maar in die eerste geval is dit 'n basiseenheid en in laasgenoemde 'n afgeleide eenheid. ^{[2] : 140 [aa]}

Toelaatbare nie-SI-eenhede

Daar is 'n spesiale groep eenhede wat genoem word "nie-SI-eenhede wat aanvaar word vir gebruik met die SI". ^{[2] : 145} Sien nie-SI-eenhede wat in die SI genoem word vir 'n volledige lys. Die meeste hiervan vereis omskakelingsfaktore wat nie magte van tien is nie, om na die ooreenstemmende SI-eenheid omgeskakel te word. Enkele algemene voorbeelde van sulke eenhede is die gebruiklike eenhede van tyd, naamlik die minuut (omskakelingsfaktor van 60 s / min, aangesien 1 min =60 s ), die uur (3600 s ), en die dag (86 400  s ); die graad (vir die meting van vlakke hoeke,1 ° =π/180 rad ); en die elektronvolt ('n eenheid van energie,1 eV =1,602 176 634 × 10 ⁻¹⁹  J ).

Nuwe eenhede

Die SI is bedoel om 'n stelsel te ontwikkel; eenhede ^[ab] en voorvoegsels word geskep en definisies van eenhede word deur internasionale ooreenkoms gewysig namate die metingstegnologie vorder en die akkuraatheid van metings verbeter.

Definieer groottes van eenhede

Sedert 2019 is die grootte van alle SI-eenhede op 'n abstrakte manier gedefinieer, wat konseptueel van elke praktiese besef daarvan geskei word. ^{[2] : 126 [ac]} Die SI-eenhede word naamlik gedefinieer deur te verklaar dat sewe definiërende konstantes ^{[2] : 125–9} sekere presiese numeriese waardes het as dit uitgedruk word in terme van hul SI-eenhede. Waarskynlik die bekendste van hierdie konstantes is die snelheid van die lig in vakuum, c , wat in die SI per definisie die presiese waarde het van c =299 792 458  m / s . Die ander ses konstantes is${\ displaystyle \ Delta \ nu _ {\ text {Cs}}}$, die hiperfyn oorgangsfrekwensie van sesium ; h , die Planck-konstante ; e , die elementêre lading ; k , die Boltzmann-konstante ; N _A , die Avogadro-konstante ; en K _cd , die effektiwiteit van monochromatiese bestraling van frekwensie540 × 10 ¹²  Hz . ^[ad] Die aard van die definiërende konstantes wissel van fundamentele konstantes van die natuur soos c tot die suiwer tegniese konstante K _cd . ^{[2] : 128–9} Voor 2019 is h , e , k en N _A nie a priori gedefinieer nie, maar eerder baie presies gemeet hoeveelhede. In 2019 is hul waardes per definisie vasgestel op hul beste ramings destyds, wat die kontinuïteit met vorige definisies van die basiseenhede verseker.

Wat realisasies betref, word die huidige beste praktiese verwesenliking van eenhede beskryf in die sogenaamde ' mises en pratique ' , ^[ae], wat ook deur die BIPM gepubliseer word. ^[12] Die abstrakte aard van die definisies van eenhede is wat dit moontlik maak om die misse en -pratiek te verbeter en te verander soos wat wetenskap en tegnologie ontwikkel sonder om die werklike definisies self te hoef te verander. ^[ah]

In sekere sin is hierdie manier om die SI-eenhede te definieer nie meer abstrak as die manier waarop afgeleide eenhede tradisioneel in terme van die basiseenhede gedefinieer word nie. Beskou 'n spesifieke afgeleide eenheid, byvoorbeeld die joule, die eenheid van energie. Die definisie daarvan in terme van die basiseenhede is kg ⋅ m ² / s ² . Selfs as die praktiese realisasies van die meter, kilogram en tweede beskikbaar is, sou 'n praktiese realisering van die joule een of ander verwysing na die onderliggende fisiese definisie van werk of energie vereis - 'n werklike fisiese prosedure om die energie te verwesenlik in die hoeveelheid een joule sodanig dat dit vergelyk kan word met ander gevalle van energie (soos die energie-inhoud van petrol wat in 'n motor geplaas word of van elektrisiteit wat aan 'n huishouding gelewer word).

Die situasie met die bepalende konstantes en al die SI-eenhede is analoog. In werklikheid, suiwer wiskundig gesproke, word die SI-eenhede gedefinieer asof ons verklaar dat dit die definisie-konstantes se eenhede is wat nou die basis-eenhede is, met alle ander SI-eenhede as afgeleide eenhede. Om dit duideliker te maak, moet u eers daarop let dat elke definiëringskonstante beskou kan word as die grootte van die definisie-konstante se meeteenheid; ^{[2] : 128} , byvoorbeeld, definieer die definisie van c die eenheid m / s as1 m / s = c/299 792 458 ('die snelheid van een meter per sekonde is gelyk aan een 299 792 458 ste van die snelheid van die lig '). Op hierdie manier definieer die definiëringskonstantes die volgende sewe eenhede direk: die hertz ( Hz ), 'n eenheid van die fisiese hoeveelheid frekwensie (let op dat probleme kan ontstaan ​​as ons met frekwensie of die Planck-konstante omgaan, omdat die eenhede van die hoekmaat (siklus of radiaal) word in SI weggelaat. ^{[13] [14] [15] [16] [17]} ); die meter per sekonde ( m / s ), 'n eenheid van spoed; joule-second ( J⋅s ), 'n eenheid van aksie ; coulomb ( C ), 'n eenheid van elektriese lading ; joule per kelvin ( J / K ), 'n eenheid van beide entropie en hittevermoë ; die inverse mol ( mol ⁻¹ ), 'n eenheid van 'n omskakelingskonstante tussen die hoeveelheid stof en die aantal elementêre entiteite (atome, molekules, ens.); en lumen per watt ( lm / W ), 'n eenheid van 'n omskakelingskonstante tussen die fisiese krag wat deur elektromagnetiese straling gedra word en die intrinsieke vermoë van dieselfde straling om visuele persepsie van helderheid by mense te bewerkstellig. Verder kan 'n mens, met behulp van dimensionele analise , aantoon dat elke samehangende SI-eenheid (hetsy basis of afgelei) geskryf kan word as 'n unieke produk van die magte van die eenhede van die SI-definisies (in volledige analogie met die feit dat elke samehangende SI afgelei is) eenheid kan geskryf word as 'n unieke produk van magte van die basiese SI-eenhede). Die kilogram kan byvoorbeeld geskryf word as kg = ( Hz ) ( J⋅s ) / ( m / s ) ² . ^[ai] Die kilogram word dus gedefinieër in terme van die drie definiërende konstantes Δ ν _Cs , c en h, omdat enersyds hierdie drie definiërende konstantes onderskeidelik die eenhede Hz , m / s en J⋅s definieer , ^[aj] terwyl die kilogram daarenteen in terme van hierdie drie eenhede geskryf kan word, naamlik kg = ( Hz ) ( J⋅s ) / ( m / s ) ² . ^[ak] Die vraag oor hoe om die kilogram in die praktyk te verwesenlik, sou op hierdie stadium wel nog oop wees, maar dit verskil nie regtig van die feit dat die vraag hoe om die joule in die praktyk te verwesenlik nog steeds in beginsel oop, selfs as die praktiese realisasies van die meter, kilogram en tweede bereik is.

Een gevolg van die herdefiniëring van die SI is dat die onderskeid tussen die basiseenhede en afgeleide eenhede in beginsel nie nodig is nie, aangesien enige eenheid direk uit die sewe bepalende konstante gekonstrueer kan word. Desondanks word die onderskeid behou omdat 'dit nuttig en histories goed gevestig is', en ook omdat die ISO / IEC 80000- reeks standaarde ^[al] basiese en afgeleide hoeveelhede spesifiseer wat noodwendig die ooreenstemmende SI-eenhede het. ^{[2] : 129}

Spesifisering van fundamentele konstantes teenoor ander definisies

Die huidige manier om die SI-stelsel te definieer, is die resultaat van 'n dekades lange beweging na toenemend abstrakte en geïdealiseerde formulering waarin die verwesenliking van die eenhede konseptueel van die definisies geskei word. ^{[2] : 126}

Die groot voordeel om dit op hierdie manier te doen, is dat wanneer wetenskap en tegnologie ontwikkel, nuwe en beter realisasies geïntroduceer kan word sonder om die eenhede te herdefinieer. ^[af] Eenhede kan nou gerealiseer word met 'n akkuraatheid wat uiteindelik slegs beperk word deur die kwantumstruktuur van die natuur en ons tegniese vermoëns, maar nie deur die definisies self nie. ^[ag] Enige geldige vergelyking van fisika wat die definisie van konstantes met 'n eenheid verband hou, kan gebruik word om die eenheid te verwesenlik en sodoende geleenthede vir innovasie te skep ... met toenemende akkuraatheid namate die tegnologie verloop. ' ^{[2] : 122} In die praktyk verskaf die CIPM - advieskomitees sogenaamde " mises en pratique " (praktiese tegnieke), ^[12] wat die beskrywings is van wat tans die beste eksperimentele realisering van die eenhede is. ^[20]

Hierdie stelsel het nie die konseptuele eenvoud om artefakte ( prototipes genoem ) te gebruik as realisasies van eenhede om daardie eenhede te definieer nie: by prototipes is die definisie en realisering een en dieselfde. ^[am] Die gebruik van artefakte hou egter twee groot nadele in wat, sodra dit tegnologies en wetenskaplik uitvoerbaar is, daartoe lei dat dit weggelaat word as middele om eenhede te definieer. ^[aq] Een groot nadeel is dat artefakte verlore kan gaan, beskadig, ^[soos] of verander kan word. ^[by] Die ander is dat hulle grotendeels nie voordeel kan trek uit vooruitgang in wetenskap en tegnologie nie. Die laaste artefak wat deur die SI gebruik is, was die International Prototype Kilogram (IPK), 'n spesifieke silinder van platinum-iridium ; van 1889 tot 2019 was die kilogram per definisie gelyk aan die massa van die IPK. Kommer met betrekking tot die stabiliteit aan die een kant, en vordering in presiese afmetings van die Planck konstante en die Avogadro konstante aan die ander kant, het gelei tot 'n hersiening van die definisie van die basiseenhede , op 20 Mei 2019 in werking gestel ^[27] Dit was die grootste verandering in die SI-stelsel sedert dit die eerste keer in 1960 formeel gedefinieer en tot stand gebring is, en dit het gelei tot die definisies hierbo beskryf. ^[28]

In die verlede was daar ook verskillende benaderings tot die definisies van sommige SI-eenhede. Een het gebruik gemaak van 'n spesifieke fisiese toestand van 'n spesifieke stof (die drievoudige punt van water , wat gebruik is in die definisie van die kelvin ^{[29] : 113–4} ); ander verwys na geïdealiseerde eksperimentele voorskrifte ^{[2] : 125} (soos in die geval van die voormalige SI-definisie van die ampère ^{[29] : 113} en die voormalige SI-definisie (oorspronklik in 1979) van die candela ^{[29] : 115} ).

In die toekoms kan die stel definiëringskonstantes wat deur die SI gebruik word, verander word namate meer stabiele konstantes gevind word, of as dit blyk dat ander konstantes meer presies gemeet kan word. ^[au]

Geskiedenis

Die oorspronklike motivering vir die ontwikkeling van die SI was die verskeidenheid eenhede wat binne die sentimeter-gram-sekonde (CGS) stelsels ontstaan ​​het (spesifiek die teenstrydigheid tussen die stelsels van elektrostatiese eenhede en elektromagnetiese eenhede ) en die gebrek aan koördinasie tussen die verskillende dissiplines wat dit gebruik het. Die Algemene Konferensie oor gewigte en maatreëls (Frans: Conférence générale des poids et mesures - CGPM), wat deur die Meterkonvensie van 1875 ingestel is, het baie internasionale organisasies byeengebring om die definisies en standaarde van 'n nuwe stelsel vas te stel en die reëls te standaardiseer. vir die skryf en aanbied van metings.

Die gebruik van die MKS-eenheidstelsel, wat in 1889 aangeneem is, het die sentimeter-gram-tweede stelsel van eenhede (CGS) in handel en ingenieurswese opgevolg . Die meter- en kilogramstelsel het as basis gedien vir die ontwikkeling van die Internasionale Eenheidstelsel (afgekort SI), wat nou as die internasionale standaard dien. As gevolg hiervan is die standaarde van die CGS-stelsel geleidelik vervang met metrieke standaarde wat in die MKS-stelsel opgeneem is. ^[30]

In 1901 het Giovanni Giorgi aan die Associazione elettrotecnica italiana  [ it ] (AEI) voorgestel dat hierdie stelsel, uitgebrei met 'n vierde eenheid wat uit die eenhede van elektromagnetisme geneem moet word, as 'n internasionale stelsel gebruik word. ^[31] Hierdie stelsel is sterk bevorder deur die elektriese ingenieur George A. Campbell . ^[32]

Die Internasionale Stelsel is in 1960 gepubliseer, gebaseer op die MKS-eenhede, as gevolg van 'n inisiatief wat in 1948 begin het.

Die SI word gereguleer en voortdurend ontwikkel deur drie internasionale organisasies wat in 1875 onder die bepalings van die Meterkonvensie gestig is . Dit is die Algemene Konferensie oor gewigte en metings (CGPM ^[k] ), die Internasionale Komitee vir gewigte en metings (CIPM ^[l] ), en die Internasionale Buro vir gewigte en metings (BIPM ^[n] ). Die uiteindelike gesag berus by die CGPM, wat 'n plenêre liggaam is waardeur sy lidstaten ^[aw] saam optree oor aangeleenthede wat verband hou met meetwetenskap en metingstandaarde; dit kom gewoonlik elke vier jaar byeen. ^[33] Die CGPM kies die CIPM, wat 'n 18-komitee van vooraanstaande wetenskaplikes is. Die CIPM werk op grond van advies van 'n aantal van sy raadgewende komitees, wat die wêreld se kundiges op hul spesifieke gebied as raadgewers oor wetenskaplike en tegniese aangeleenthede byeenbring. ^{[34] [ax]} Een van hierdie komitees is die Raadgewende Komitee vir Eenhede (CCU), wat verantwoordelik is vir aangeleenthede rakende die ontwikkeling van die Internasionale Eenheidstelsel (SI), voorbereiding van opeenvolgende uitgawes van die SI-brosjure en advies. aan die CIPM oor aangeleenthede rakende meeteenhede. ^[35] Dit is die CCU wat alle nuwe wetenskaplike en tegnologiese ontwikkelings in verband met die definisie van eenhede en die SI in detail bespreek. In die praktyk, wanneer dit kom by die definisie van die SI, keur die CGPM eenvoudig die aanbevelings van die CIPM goed, wat op sy beurt die advies van die CCU volg.

Die CCU het die volgende as lede: ^{[36] [37]} nasionale laboratoriums van die lidlande van die CGPM wat belas is met die daarstelling van nasionale standaarde; ^[ay] relevante interregeringsorganisasies en internasionale liggame; ^[az] internasionale kommissies of komitees; ^[ba] wetenskaplike vakbonde; ^[bb] persoonlike lede; ^[bc] en as direkteur van alle raadgewende komitees, die direkteur van die BIPM .

Al die besluite en aanbevelings rakende eenhede word versamel in 'n brosjure genaamd The International System of Units (SI) ^{[2] [m]} , wat deur die BIPM gepubliseer word en van tyd tot tyd opgedateer word.

Die Internasionale Eenheidstelsel bestaan ​​uit 'n stel basis-eenhede , afgeleide eenhede en 'n stel desimale gebaseerde vermenigvuldigers wat as voorvoegsels gebruik word . ^{[29] : 103–106} Die eenhede, uitgesonderd voorvoegsel-eenhede, ^[bd] vorm 'n samehangende stelsel van eenhede wat gebaseer is op 'n stelsel van hoeveelhede op so 'n manier dat die vergelykings tussen die numeriese waardes wat in samehangende eenhede uitgedruk word, presies die dieselfde vorm, insluitend numeriese faktore, as die ooreenstemmende vergelykings tussen die hoeveelhede. Byvoorbeeld, 1 N = 1 kg × 1 m / s ² sê dat een newton die krag is wat nodig is om ' n massa van een kilogram te versnel teen een meter per sekonde in die kwadraat , soos verwant deur die beginsel van samehang met die vergelyking wat die ooreenstemmende hoeveelhede betref. : F = m × a .

Afgeleide eenhede is van toepassing op afgeleide hoeveelhede, wat per definisie in basishoeveelhede uitgedruk kan word en dus nie onafhanklik is nie; byvoorbeeld, elektriese geleiding is die inverse van elektriese weerstand , met die gevolg dat die Siemens is die inverse van die ohm, en insgelyks, kan die ohm en Siemens vervang word met 'n verhouding van 'n ampere en 'n volt, want dié hoeveelhede dra 'n gedefinieerde verhouding tot mekaar. ^[be] Ander nuttige afgeleide hoeveelhede kan gespesifiseer word in terme van die SI-basis en afgeleide eenhede wat geen genoemde eenhede in die SI-stelsel het nie, soos versnelling, wat in SI-eenhede as m / s ² gedefinieer word .

Basis eenhede

Die SI-basiseenhede is die boustene van die stelsel en al die ander eenhede is daaruit afgelei.

Afgeleide eenhede

Die afgeleide eenhede in die SI word gevorm deur magte, produkte of kwosiënte van die basiseenhede en is potensieel onbeperk in aantal. ^{[29] : 103 [40] : 14,16} Afgeleide eenhede word geassosieer met afgeleide hoeveelhede; snelheid is byvoorbeeld 'n hoeveelheid wat afgelei word van die basishoeveelhede tyd en lengte, en dus is die SI-afgeleide eenheid meter per sekonde (simbool m / s). Die afmetings van afgeleide eenhede kan uitgedruk word in terme van die afmetings van die basiseenhede.

Kombinasies van basis- en afgeleide eenhede kan gebruik word om ander afgeleide eenhede uit te druk. Die SI-eenheid van krag is byvoorbeeld die newton (N), die SI-eenheid van druk is die pascal (Pa) —en die pascal kan gedefinieer word as een newton per vierkante meter (N / m ² ). ^[43]

Voorvoegsels

Voorvoegsels word by die eenheidsname gevoeg om veelvoude en submultipels van die oorspronklike eenheid te produseer . Al hierdie is heelgetalkragte van tien, en bo honderd of onder honderdste is almal heelgetalkragte van duisend. Kilo- aandui byvoorbeeld 'n veelvoud van duisend en milli- dui 'n veelvoud van 'n duisendste aan, dus is die meter duisend millimeter en die kilometer duisend meter. Die voorvoegsels word nooit saamgevoeg nie, dus is 'n miljoenste meter byvoorbeeld 'n mikrometer , nie 'n millimeter nie. Veelvoude van die kilogram word benoem asof die gram die basiseenheid is, dus is 'n miljoenste kilogram 'n milligram , nie 'n mikrokilogram nie. ^{[29] : 122 [44] : 14} Wanneer voorvoegsels gebruik word om veelvoude en submultipels van SI-basis en afgeleide eenhede te vorm, is die resulterende eenhede nie meer samehangend nie. ^{[29] : 7}

Die BIPM spesifiseer 20 voorvoegsels vir die International System of Units (SI):

Nie-SI-eenhede word aanvaar vir gebruik saam met SI

Baie nie-SI-eenhede word steeds gebruik in die wetenskaplike, tegniese en kommersiële literatuur. Sommige eenhede is diep ingebed in die geskiedenis en kultuur, en die gebruik daarvan is nie heeltemal vervang deur hul SI-alternatiewe nie. Die CIPM het sulke tradisies erken en erken deur 'n lys saam te stel van nie-SI-eenhede wat vir SI aanvaar is : ^[29]

Alhoewel dit nie 'n SI-eenheid is nie, kan die liter saam met SI-eenhede gebruik word. Dit is gelykstaande aan (10 cm) ³  = (1 dm) ³  = 10 ⁻³  m ³ .

Sommige tyd-, hoek- en erfenis-nie-SI-eenhede het 'n lang gebruiksgeskiedenis. Die meeste samelewings het die sondag en sy nie-desimale onderafdelings as tydsbasis gebruik, en anders as die voet of die pond was dit dieselfde ongeag waar dit gemeet is. Die radius , wese 1/2πvan 'n rewolusie, het wiskundige voordele, maar word selde gebruik vir navigasie. Verder is die eenhede wat in die wêreldwye navigasie gebruik word soortgelyk. Die ton , liter en hektaar is in 1879 deur die CGPM aanvaar en is behou as eenhede wat saam met SI-eenhede gebruik kan word, met unieke simbole. Die gekatalogiseerde eenhede word hieronder gegee:

Hierdie eenhede word gebruik in kombinasie met SI-eenhede in gewone eenhede soos die kilowattuur (1 kW⋅h = 3,6 MJ).

Algemene begrippe van die metrieke eenhede

Die basiese eenhede van die metrieke stelsel, soos oorspronklik gedefinieer, verteenwoordig algemene hoeveelhede of verwantskappe in die natuur. Dit doen hulle steeds - die moderne, presies gedefinieerde hoeveelhede is verfynings van definisie en metodologie, maar steeds met dieselfde groottes. In gevalle waar laboratoriumpresisie nie nodig is of beskikbaar is nie, of waar benaderings goed genoeg is, kan die oorspronklike definisies voldoende wees. ^[bf]

• 'N Sekonde is 1/60 van 'n minuut, dit is 1/60 van 'n uur, dit is 1/24 van 'n dag, dus 'n sekonde is 1/86400 van 'n dag (die gebruik van basis 60 dateer uit die tyd van Babilonië) ; 'n sekonde is die tyd wat dit 'n digte voorwerp neem om vrylik 4,9 meter van rus af te val. ^[bg]
• Die lengte van die ewenaar is naby40 000 000  m (meer presies40 075 014 .2 m ). ^[45] Trouens, die afmetings van ons planeet is deur die Franse Akademie in die oorspronklike definisie van die meter gebruik. ^[46]
• Die meter is naby die lengte van ' n slinger met 'n tydperk van 2 sekondes ; ^{[bh] die} meeste eetkamertafels is ongeveer 0,75 meter hoog; ^{[47] '} n baie lang mens (basketbalvoorspeler) is ongeveer 2 meter lank. ^[48]
• Die kilogram is die massa van 'n liter koue water; 'n kubieke sentimeter of milliliter water het 'n massa van een gram; 'n muntstuk van 1 euro weeg 7,5 g; ^{[49] '} n Amerikaanse 1-dollar-muntstuk van Sacagawea weeg 8,1 g; ^{[50] '} n Britse 50-penniemuntstuk weeg 8,0 g. ^[51]
• 'N Candela gaan oor die ligintensiteit van 'n matige helder kers, of 1 kerskrag; 'n gloeilamp van 60 W met wolfraamfilament het 'n intensiteit van ongeveer 64 kandelare. ^[bi]
• 'N Mol van 'n stof het 'n massa wat sy molekulêre massa is, uitgedruk in eenhede van gram; die massa van 'n mol koolstof is 12,0 g, en die massa van 'n mol tafelsout is 58,4 g.
• Aangesien alle gasse dieselfde volume per mol by 'n gegewe temperatuur en druk het ver van hul vloeistof- en stolpunte (sien Perfect gas ), en lug ongeveer 1/5 suurstof (molekulêre massa 32) en 4/5 stikstof (molekulêre massa is) 28), kan die digtheid van enige byna perfekte gas in verhouding tot lug tot 'n goeie benadering verkry word deur die molekulêre massa daarvan deur 29 te deel (omdat 4/5 × 28 + 1/5 × 32 = 28,8 ≈ 29). Byvoorbeeld, koolstofmonoksied (molekulêre massa 28) het byna dieselfde digtheid as lug.
• 'N Temperatuurverskil van een kelvin is dieselfde as een graad Celsius: 1/100 van die temperatuurverskil tussen die vries- en kookpunte van water op seevlak; die absolute temperatuur in kelvin is die temperatuur in grade Celsius plus ongeveer 273; menslike liggaamstemperatuur is ongeveer 37 ° C of 310 K.
• 'N 60 W gloeilamp met 'n nominale spanning van 120 V (Amerikaanse netspanning) verbruik 0,5 A teen hierdie spanning. 'N 60 W gloeilamp met 'n nominale spanning van 240 V (Europese netspanning) verbruik 0,25 A by hierdie spanning. ^[bj]

Eenheidsname

Eenheidname is algemene selfstandige naamwoorde en gebruik die tekenset en volg die grammatikale reëls van die kontekstaal. In Engels en Frans begin hulle byvoorbeeld met 'n kleinletter (bv. Newton, Hertz, Pascal), selfs as die eenheid na 'n persoon vernoem is en die simbool daarvan met 'n hoofletter begin. ^{[29] : 148} Dit geld ook vir "grade Celsius", ^[bk] aangesien "graad" die begin van die eenheid is. ^{[53] [54]} Die enigste uitsonderings is in die begin van sinne en in opskrifte en publikasietitels . ^{[29] : 148} Die Engelse spelling vir sekere SI-eenhede verskil: Amerikaanse Engels gebruik die spelling deka- , meter , en liter , terwyl International English gebruike deca- , meter , en liter .

Eenheidsimbole en die waardes van hoeveelhede

Simbole van SI-eenhede is bedoel om uniek en universeel te wees, onafhanklik van die kontekstaal. ^{[29] : 130–135} Die SI-brosjure het spesifieke reëls om dit te skryf. ^{[29] : 130–135} Die riglyn wat deur die National Institute of Standards and Technology (NIST) opgestel is ^[55] maak taalspesifieke besonderhede vir Amerikaans-Engels duidelik wat deur die SI-brosjure onduidelik gelaat is, maar andersins identies is aan die SI-brosjure. ^[56]

Algemene reëls

Algemene reëls ^[bl] vir die skryf van SI-eenhede en hoeveelhede is van toepassing op teks wat met die hand geskrewe is of met behulp van 'n outomatiese proses vervaardig word:

• Die waarde van 'n hoeveelheid word geskryf as 'n getal, gevolg deur 'n spasie (wat 'n vermenigvuldigingsteken voorstel) en 'n eenheidsimbool; bv. 2,21 kg,7,3 × 10 ²  m ² , 22 K. Hierdie reël bevat eksplisiet die persentasie teken (%) ^{[29] : 134} en die simbool vir grade Celsius (° C). ^{[29] : 133} Uitsonderings is die simbole vir hoekige grade, minute en sekondes (onderskeidelik °, ′ en ″) wat onmiddellik na die getal geplaas word sonder tussenruimte.
• Simbole is wiskundige entiteite, nie afkortings nie, en het as sodanig nie 'n bygevoegde periode / punt nie (.), Tensy die reëls van die grammatika een om 'n ander rede vereis, soos om die einde van 'n sin aan te dui.
• 'N Voorvoegsel is deel van die eenheid en die simbool daarvan word voorgelê op 'n eenheidsimbool sonder 'n skeier (bv. K in km, M in MPa, G in GHz, μ in μg). Saamgestelde voorvoegsels word nie toegelaat nie. 'N Voorvoegsel-eenheid is atoom in uitdrukkings (bv. Km ² is gelykstaande aan (km) ² ).
• Eenheidsimbole word volgens die Romeinse (regop) tipe geskryf, ongeag die tipe wat in die omliggende teks gebruik word.
• Simbole vir afgeleide eenhede wat deur vermenigvuldiging gevorm word, word verbind met 'n middelpunt (⋅) of 'n spasie wat nie breek nie; bv. N⋅m of Nm.
• Simbole vir afgeleide eenhede gevorm deur deling word met 'n solidus (/) verbind, of as 'n negatiewe eksponent gegee . Die "meter per sekonde" kan byvoorbeeld m / s, m s ⁻¹ , m⋅s ⁻¹ of m/s. 'N Solidus gevolg sonder hakies deur 'n middelpunt (of spasie) of 'n solidus is dubbelsinnig en moet vermy word; bv, kg / (m⋅s ² ) en kg⋅m ^-1 ⋅s ^-2 aanvaarbaar, maar kg / m / s ² is dubbelsinnig en onaanvaarbaar.

In die uitdrukking van versnelling as gevolg van swaartekrag, skei 'n spasie die waarde en die eenhede, beide die 'm' en die 's' is klein, omdat nie die meter of die tweede na mense vernoem is nie, en eksponentiasie word voorgestel met 'n hoofletter ' 2 '.

• Die eerste letter van simbole vir eenhede afgelei van die naam van 'n persoon word in hoofletters geskryf ; anders word dit met kleinletters geskryf . Die eenheid van druk is byvoorbeeld vernoem na Blaise Pascal , dus word die simbool 'Pa' geskryf, maar die simbool vir mol word 'mol' geskryf. Dus is "T" die simbool vir tesla , 'n maatstaf van die magneetveldsterkte , en "t" die simbool vir ton , 'n massa- maatstaf . Sedert 1979 kan die liter uitsonderlik met 'n hoofletter "L" of 'n kleinletter 'l' geskryf word, 'n besluit wat veroorsaak word deur die ooreenkoms tussen die kleinletter 'l' en die syfer '1', veral met sekere lettertipes of Engels- styl handskrif. Die Amerikaanse NIST beveel aan dat 'L' eerder as 'l' in die Verenigde State gebruik word.
• Simbole het nie 'n meervoudsvorm nie, byvoorbeeld 25 kg, maar nie 25 kg nie.
• Hoof- en kleinletters is nie verwisselbaar nie. Die hoeveelhede 1 mW en 1 MW verteenwoordig byvoorbeeld twee verskillende hoeveelhede (milliwatt en megawatt).
• Die simbool vir die desimale merker is 'n punt of 'n komma op die lyn. In die praktyk word die desimale punt in die meeste Engelssprekende lande en die grootste deel van Asië gebruik, en die komma in die meeste van Latyns-Amerika en in kontinentale Europese lande . ^[57]
• Ruimtes moet as duisende skeiding gebruik word (1 000 000 ) in teenstelling met kommas of tydperke (1.000.000 of 1.000.000) om verwarring as gevolg van die verskille tussen hierdie vorms in verskillende lande te verminder.
• Enige lynbreuk in 'n nommer, binne 'n saamgestelde eenheid of tussen nommer en eenheid moet vermy word. Waar dit nie moontlik is nie, moet lynbreuke saamval met duisende skeiers.
• Omdat die waarde van "biljoen" en "triljoen" tussen tale verskil , moet die dimensielose terme "ppb" (dele per miljard ) en "ppt" (dele per triljoen ) vermy word. Die SI-brosjure stel nie alternatiewe voor nie.

Druk SI-simbole

Die reëls vir die druk van hoeveelhede en eenhede is deel van ISO 80000-1: 2009. ^[58]

Verdere reëls ^[bl] word gespesifiseer met betrekking tot die vervaardiging van teks met drukperse , woordverwerkers , tikmasjiene , en dies meer.

SI-brosjure

Voorblad van die brosjure The International System of Units

Die CGPM publiseer 'n brosjure wat die SI definieer en aanbied. ^[29] Die amptelike weergawe daarvan is in Frans, in lyn met die Meter Convention . ^{[29] : 102} Dit laat ruimte vir plaaslike variasies, veral met betrekking tot eenheidname en terme in verskillende tale. ^{[bm] [40]}

Die skryf en instandhouding van die CGPM-brosjure word deur een van die komitees van die Internasionale Komitee vir gewigte en maatreëls (CIPM) gedoen. Die definisies van die terme "hoeveelheid", "eenheid", "dimensie" ens. Wat in die SI-brosjure gebruik word, is die wat in die Internasionale woordeskat van metrologie gegee word . ^[59]

Die hoeveelhede en vergelykings wat die konteks bied waarin die SI-eenhede gedefinieer word, word nou die International System of Quantities (ISQ) genoem. Die ISQ is gebaseer op die hoeveelhede onderliggend aan die sewe basiseenhede van die SI . Ander hoeveelhede, soos oppervlakte , druk en elektriese weerstand , word afgelei deur duidelike nie-teenstrydige vergelykings. Die ISQ definieer die hoeveelhede wat met die SI-eenhede gemeet word. ^[60] Die ISQ is deels geformaliseer in die internasionale standaard ISO / IEC 80000 , wat in 2009 voltooi is met die publikasie van ISO 80000-1 , ^[61] en is grotendeels hersien in 2019–2020, met die res daarvan onder oorsig.

Siliciumsfeer vir die Avogadro-projek wat gebruik word om die Avogadro-konstante te meet tot 'n relatiewe standaardonsekerheid van 2 × 10 ⁻⁸ of minder, gehou deur Achim Leistner ^[62]

Metroloë onderskei noukeurig tussen die definisie van 'n eenheid en die realisering daarvan. Die definisie van elke basiseenheid van die SI is opgestel sodat dit uniek is en 'n gesonde teoretiese basis bied waarop die akkuraatste en reproduceerbaarste metings gemaak kan word. Die realisering van die definisie van 'n eenheid is die prosedure waarvolgens die definisie gebruik kan word om die waarde en gepaardgaande onsekerheid van 'n hoeveelheid van dieselfde soort as die eenheid te bepaal. 'N Beskrywing van die mise en pratique ^[bn] van die basiseenhede word in 'n elektroniese bylaag tot die SI-brosjure gegee. ^{[63] [29] : 168–169}

Die gepubliseerde mise en pratique is nie die enigste manier waarop 'n basiseenheid bepaal kan word nie: die SI-brosjure sê dat 'enige metode wat ooreenstem met die wette van die fisika, gebruik kan word om enige SI-eenheid te verwesenlik.' ^{[29] : 111} In die huidige (2016) oefening om die definisies van die basiseenhede op te skerp , het verskillende raadgewende komitees van die CIPM vereis dat meer as een mise en pratique ontwikkel moet word om die waarde van elke eenheid te bepaal. ^[64] In die besonder:

• Ten minste drie afsonderlike eksperimente word uitgevoer wat waardes lewer met 'n relatiewe standaardonsekerheid by die bepaling van die kilogram van hoogstens5 × 10 ⁻⁸ en ten minste een van hierdie waardes moet beter wees as2 × 10 ⁻⁸ . Beide die Kibble-balans en die Avogadro-projek moet in die eksperimente opgeneem word, en enige verskille hiertoe moet ooreenstem. ^{[65] [66]}
• Wanneer die kelvin bepaal word, is die relatiewe onsekerheid van die Boltzmann-konstante afgelei van twee fundamenteel verskillende metodes, soos akoestiese gastermometrie en diëlektriese konstante gastermometrie, beter as een deel in10 ⁻⁶ en dat hierdie waardes deur ander metings bevestig word. ^[67]

Veranderings aan die SI

Die International Bureau of Weights and Measures (BIPM) het SI beskryf as 'die moderne vorm van metrieke stelsel'. ^{[29] : 95} Veranderende tegnologie het gelei tot 'n evolusie van die definisies en standaarde wat twee hoofstringe gevolg het - veranderinge aan SI self, en 'n verduideliking van hoe om eenhede te gebruik wat nie deel uitmaak van SI nie, maar tog nog steeds gebruik word op 'n wêreldwye basis.

Sedert 1960 het die CGPM 'n aantal veranderings aangebring aan die SI om aan die behoeftes van spesifieke velde te voldoen, veral chemie en radiometrie. Dit is meestal toevoegings tot die lys met afgeleide afgeleide eenhede en bevat die mol (simbool mol) vir 'n hoeveelheid stof, die pascal (simbool Pa) vir druk , die siemens (simbool S) vir elektriese geleiding, die becquerel (simbool Bq ) vir " aktiwiteit verwys na 'n radionuklied ", die grys (simbool Gy) vir ioniserende straling, die sievert (simbool Sv) as die eenheid van dosisekwivalente straling, en die katal (simbool kat) vir katalitiese aktiwiteit . ^{[29] : 156 [68] [29] : 156 [29] : 158 [29] : 159 [29] : 165}

Die reeks gedefinieerde voorvoegsels pico- (10 - ¹² ) tot tera - (10 ¹² ) is uitgebrei na 10 - ²⁴ tot 10 ²⁴ . ^{[29] : 152 [29] : 158 [29] : 164}

Die 1960-definisie van die standaardmeter in terme van golflengtes van 'n spesifieke emissie van die krypton-86 atoom is vervang met die afstand wat lig in vakuum presies beweeg 1/299 792 458 tweedens, sodat die snelheid van die lig nou 'n presiese spesifieke konstante van die natuur is.

'N Paar veranderinge aan die notasiekonvensies is ook aangebring om leksikografiese onduidelikhede te verlig. 'N Analise onder toesig van CSIRO , wat in 2009 deur die Royal Society gepubliseer is , het die geleenthede gewys om die verwesenliking van die doel tot die universele nul-dubbelsinnigheidsmasjienleesbaarheid te voltooi. ^[69]

2019 herdefinisies

Omgekeerde afhanklikheid van die SI-basiseenhede op sewe fisiese konstantes , wat in die 2019-herdefinisie presiese numeriese waardes kry. Anders as in die vorige definisies, is die basiseenhede almal uitsluitlik afgelei van konstantes van die natuur. Pyle word in die teenoorgestelde rigting getoon in vergelyking met tipiese afhanklikheidsgrafieke , dws ${\ displaystyle a \ rightarrow b}$ in hierdie grafiek beteken ${\ displaystyle b}$ hang af van ${\ displaystyle a}$.

Nadat die meter in 1960 herdefinieer is, was die International Prototype of the Kilogram (IPK) die enigste fisiese artefak waarop basiseenhede (direk die kilogram en indirek die ampère, mol en candela) vir hul definisie afhanklik was, wat hierdie eenhede onderwerp het aan periodieke vergelykings van nasionale standaard kilogram met die IPK. ^[70] Tydens die 2de en 3de Periodieke Verifiëring van die Nasionale Prototipes van die Kilogram, het 'n beduidende afwyking voorgekom tussen die massa van die IPK en al sy amptelike eksemplare wat regoor die wêreld gestoor is: die kopieë het al merkbaar toegeneem in massa m.b.t. die IPK. Tydens buitengewone verifikasies wat in 2014 ter voorbereiding van die herdefiniëring van metrieke standaarde uitgevoer is, is voortgesette afwyking nie bevestig nie. Desondanks ondermyn die oorblywende en onherleibare onstabiliteit van 'n fisiese IPK die betroubaarheid van die hele metrieke stelsel tot presiese meting van klein (atoom) tot groot (astrofisiese) skale.

'N Voorstel is gemaak dat: ^[71]

• Benewens die snelheid van die lig, word vier konstante van die natuur - die Planck-konstante , 'n elementêre lading , die Boltzmann-konstante en die Avogadro-konstante - gedefinieer om presiese waardes te hê
• Die internasionale prototipe van die kilogram word afgetree
• Die huidige definisies van kilogram, ampère, kelvin en mol word hersien
• Die bewoording van basiseenheiddefinisies moet die klem verander van eksplisiete eenheid na eksplisiete konstante definisies.

Die nuwe definisies is op die 26ste CGPM op 16 November 2018 aanvaar en het op 20 Mei 2019 in werking getree. ^[72] Die verandering is deur die Europese Unie aangeneem deur middel van Richtlijn (EU) 2019/1258. ^[73]

Klip wat die Oostenryks-Hongaarse / Italiaanse grens by Pontebba aandui, met myriameters , 'n eenheid van 10 km wat in die 19de eeu in Sentraal-Europa gebruik is (maar sedertdien verouderd ) ^[74]

Die improvisasie van eenhede

Die eenhede en eenheidsgroottes van die metrieke stelsel wat die SI geword het, is vanaf die middel van die 18de eeu stuk-stuk geïmproviseer uit alledaagse fisiese hoeveelhede. Eers later is hulle in 'n ortogonale samehangende desimale metingstelsel gevorm.

Die graad celsius as 'n eenheid van temperatuur is die gevolg van die skaal wat die Sweedse sterrekundige Anders Celsius in 1742 ontwerp het. Sy skaal het teen-intuïtief 100 aangedui as die vriespunt van water en 0 as die kookpunt. Onafhanklik beskryf die Franse fisikus Jean-Pierre Christin in 1743 ' n skaal met 0 as die vriespunt van water en 100 die kookpunt. Die skaal het bekend geword as die senti-graad, of 100 gradasies van temperatuur, skaal.

Die metrieke stelsel is vanaf 1791 ontwikkel deur 'n komitee van die Franse Akademie vir Wetenskappe , wat die opdrag gegee het om 'n verenigde en rasionele stelsel van maatreëls te skep. ^[75] Die groep, wat vooraanstaande Franse mans van die wetenskap ingesluit het, ^{[76] : 89} het dieselfde beginsels gebruik vir die verband tussen lengte, volume en massa as wat die Engelse geestelike John Wilkins in 1668 voorgestel het ^{[77] [78]} en die konsep om die aarde se meridiaan te gebruik as basis van die definisie van lengte, wat oorspronklik in 1670 deur die Franse abt Mouton voorgestel is . ^{[79] [80]}

Carl Friedrich Gauss

In Maart 1791 het die Vergadering die voorgestelde beginsels van die komitee vir die nuwe desimale stelsel van maatstawwe aangeneem, met inbegrip van die meter wat gedefinieerd is as 1 / 10.000.000 van die lengte van die kwadrant van die Aarde se meridiaan wat deur Parys gaan, en het 'n opname gemagtig om die lengte van die meridiaan. In Julie 1792 het die komitee die benaming meter , are , liter en graf voorgestel vir onderskeidelik die eenhede van lengte, oppervlakte, kapasiteit en massa. Die komitee het ook voorgestel dat veelvoude en submultipels van hierdie eenhede met desimale voorvoegsels soos centi vir 'n honderdste en kilo vir 'n duisend aangedui moet word. ^{[81] : 82}

Thomson

Maxwell

William Thomson (Lord Kelvin) en James Clerk Maxwell het 'n prominente rol gespeel in die ontwikkeling van die beginsel van samehang en in die benaming van baie meeteenhede. ^{[82] [83] [84] [85] [86]}

Later, tydens die aanvaarding van die metrieke stelsel, het die Latynse gram en kilogram die voormalige provinsiale terme gravet (1/1000 graf ) en graf vervang . In Junie 1799 is die standaard mètre des Archives en kilogram des Archives gebaseer op die resultate van die meridiaanopname in die Franse Nasionale Argief gedeponeer . In daardie jaar is die metrieke stelsel in Frankryk deur die wet aanvaar. ^{[87] [88]} Die Franse stelsel was van korte duur vanweë die ongewildheid daarvan. Napoleon het dit bespotlik gemaak en in 1812 'n vervangingstelsel ingestel, die mesures usuelles of 'gebruiklike maatreëls' wat baie van die ou eenhede herstel, maar wat die metrieke stelsel herdefinieer.

Gedurende die eerste helfte van die 19de eeu was daar weinig konsekwentheid in die keuse van veelvuldige basiseenhede: die myriameter (10 000  meter) was wydverspreid in sowel Frankryk as dele van Duitsland gebruik, terwyl die kilogram (1000 gram) eerder as die myriagram vir massa gebruik. ^[74]

In 1832 het die Duitse wiskundige Carl Friedrich Gauss , bygestaan ​​deur Wilhelm Weber , die tweede implisiet gedefinieer as 'n basiseenheid toe hy die Aarde se magnetiese veld in terme van millimeter, gram en sekondes aangehaal het. ^[82] Hiervoor is die sterkte van die Aarde se magnetiese veld slegs in relatiewe terme beskryf . Die tegniek wat deur Gauss gebruik is, was om die wringkrag wat deur 'n opgeskorte magneet van bekende massa deur die Aarde se magneetveld geïnduseer is, gelyk te stel aan die wringkrag wat op 'n ekwivalente stelsel onder swaartekrag geïnduseer is. Die gevolglike berekeninge het hom in staat gestel om dimensies op grond van massa, lengte en tyd aan die magneetveld toe te ken. ^{[bo] [89]}

'N Kerskrag as 'n verligtingstelsel is oorspronklik deur 'n Engelse wet uit 1860 gedefinieer as die lig wat geproduseer word deur 'n suiwer spermaceti- kers wat weeg 1 / 6 pond (76 gram) en brand op 'n bepaalde koers. Spermaceti, 'n wasagtige stof wat in die koppe van potvisse voorkom, is vroeër gebruik om kerse van hoë gehalte te maak. Op die oomblik was die Franse standaard van die lig gebaseer op die verligting van 'n Carcel-olielamp . Die eenheid word gedefinieer as die verligting wat uitgaan van 'n lamp wat suiwer raapsolie teen 'n bepaalde tempoverbrand. Daar is aanvaar dat tien standaard kerse ongeveer gelyk is aan een Carcel-lamp.

Meterkonvensie

'N Frans-geïnspireerde inisiatief vir internasionale samewerking in die metrologie het gelei tot die ondertekening van die Meterkonvensie in 1875 , wat ook Verdrag van die Meter genoem word, deur 17 lande. ^{[bp] [76] : 353–354} Aanvanklik het die konvensie slegs standaarde vir die meter en die kilogram gedek. In 1921 is die Meterkonvensie uitgebrei om alle fisiese eenhede in te sluit, insluitend die ampère en ander, wat die CGPM in staat stel om teenstrydighede aan te spreek op die manier waarop die metrieke stelsel gebruik is. ^{[83] [29] : 96}

'N Stel van 30 prototipes van die meter en 40 prototipes van die kilogram, ^[bq] in elk geval gemaak van 'n 90% platinum -10% iridiumlegering , is vervaardig deur die Britse metallurgie-spesialiteitsfirma ^(wie?) En is deur die CGPM aanvaar in 1889. Een van hulle is lukraak gekies om die Internasionale prototipe meter en Internasionale prototipe kilogram te word wat onderskeidelik die mètre des Archives en kilogram des Archives vervang het. Elke lidstaat was geregtig op een van die oorblywende prototipes om as die nasionale prototipe vir daardie land te dien. ^[90]

Die verdrag het ook 'n aantal internasionale organisasies gestig om toesig te hou oor die handhawing van internasionale metingstandaarde. ^{[91] [br]}

Die CGS- en MKS-stelsels

Close-up van die National Prototype Meter, serienommer 27, toegeken aan die Verenigde State

In die 1860's het James Clerk Maxwell , William Thomson (later Lord Kelvin) en ander wat onder die vaandel van die British Association for the Advancement of Science gewerk het , voortgebou op Gauss se werk en die konsep van 'n samehangende stelsel van eenhede met basiseenhede geformuleer en afgelei. eenhede het die sentimeter-gram-tweede eenheidstelsel in 1874 gedoop . Die samehangsbeginsel is suksesvol gebruik om 'n aantal meeteenhede op grond van die CGS te definieer, insluitend die erg vir energie , die kleur vir krag , die barye vir druk , die standpunt vir dinamiese viskositeit en die stokes vir kinematiese viskositeit . ^[85]

In 1879 het die CIPM aanbevelings gepubliseer vir die skryf van die simbole vir lengte, oppervlakte, volume en massa, maar dit was buite sy domein om aanbevelings vir ander hoeveelhede te publiseer. Vanaf ongeveer 1900 het natuurkundiges wat die simbool "μ" (mu) vir "mikrometer" of "mikron", "λ" (lambda) vir "mikroliter" en "γ" (gamma) vir "mikrogram" begin om die simbole "μm", "μL" en "μg" te gebruik. ^[92]

Teen die einde van die 19de eeu bestaan ​​daar drie stelsels meeteenhede vir elektriese metings: 'n CGS-gebaseerde stelsel vir elektrostatiese eenhede , ook bekend as die Gaussiese of ESU-stelsel, 'n CGS-gebaseerde stelsel vir elektromeganiese eenhede (EMU) en 'n Internasionale stelsel gebaseer op eenhede gedefinieer deur die Meter Convention. ^[93] vir elektriese verspreidingstelsels. Probleme om die elektriese eenhede op te los in terme van lengte, massa en tyd deur gebruik te maak van dimensionele analise, het probleme ondervind - die afmetings hang daarvan af of die ESU- of EMU-stelsels gebruik is. ^[86] Hierdie afwyking is in 1901 opgelos toe Giovanni Giorgi 'n referaat gepubliseer het waarin hy gepleit het vir die gebruik van 'n vierde basiseenheid saam met die bestaande drie basiseenhede. Die vierde eenheid kan gekies word om elektriese stroom , spanning of elektriese weerstand te wees . ^[94] Elektriese stroom met die benoemde eenheid 'ampère' is gekies as die basiseenheid, en die ander elektriese hoeveelhede daaruit verkry volgens die wette van die fisika. Dit het die grondslag geword van die MKS-eenheidstelsel.

Aan die einde van die 19de en vroeë 20ste eeu is 'n aantal nie-samehangende meeteenhede gebaseer op die gram / kilogram, sentimeter / meter en tweede, soos die Pferdestärke (metrieke perdekrag) vir krag , ^{[95] [bs]} die gevaar vir deurlaatbaarheid ^[96] en " millimeter kwik " vir barometriese en bloeddruk is ontwikkel of vermeerder, waarvan sommige standaard swaartekrag in hul definisies opgeneem het. ^[bt]

Aan die einde van die Tweede Wêreldoorlog is 'n aantal verskillende stelsels oor die hele wêreld gebruik. Sommige van hierdie stelsels was metrieke stelselvariasies; ander was gebaseer op gebruiklike maatstelsels, soos die Amerikaanse gebruiklike stelsel en die Imperiale stelsel van die Britse en Britse ryk.

Die praktiese eenheidstelsel

In 1948 het die 9de CGPM 'n studie opdrag gegee om die meetbehoeftes van die wetenskaplike, tegniese en opvoedkundige gemeenskappe te beoordeel en "om aanbevelings te maak vir 'n enkele praktiese stelsel van meeteenhede, wat geskik is vir goedkeuring deur alle lande wat die Meterkonvensie nakom". . ^[97] Hierdie werkdokument was 'n praktiese stelsel van meeteenhede . Op grond van hierdie studie het die 10de CGPM in 1954 'n internasionale stelsel gedefinieër wat afgelei is van ses basiseenhede, insluitende eenhede van temperatuur en optiese straling, benewens dié vir die MKS-stelsel se massa-, lengte- en tydseenhede en Giorgi se huidige eenheid. Ses basiseenhede word aanbeveel: die meter, kilogram, tweede, ampère, graad Kelvin en candela.

Die 9de CGPM het ook die eerste formele aanbeveling vir die skryf van simbole in die metrieke stelsel goedgekeur toe die basis van die reëls soos dit nou bekend staan, neergelê is. ^[98] Hierdie reëls is vervolgens uitgebrei en dek nou eenheidsimbole en -name, voorvoegselsimbole en name, hoe kwantiteitsimbole geskryf en gebruik moet word, en hoe die waardes van hoeveelhede uitgedruk moet word. ^{[29] : 104,130}

Geboorte van die SI

In 1960 het die 11de CGPM die resultate van die 12-jaarstudie saamgevat in 'n stel van 16 resolusies. Die stelsel het die naam International System of Units , afgekort SI van die Franse naam, Le Système International d'Unités . ^{[29] : 110 [99]}

Historiese definisies

Toe Maxwell die konsep van 'n samehangende stelsel vir die eerste keer bekendstel, identifiseer hy drie hoeveelhede wat as basiseenhede gebruik kan word: massa, lengte en tyd. Giorgi het later die behoefte aan 'n elektriese basis-eenheid geïdentifiseer, waarvoor die eenheid van elektriese stroom vir SI gekies is. Nog drie basiseenhede (vir temperatuur, hoeveelheid stof en ligsterkte) is later bygevoeg.

Die vroeë metrieke stelsels het 'n gewigseenheid gedefinieer as 'n basiseenheid, terwyl die SI 'n analoë massa-eenheid definieer. In die alledaagse gebruik is dit meestal uitruilbaar, maar in wetenskaplike kontekste is die verskil belangrik. Massa, streng die traagheidsmassa, verteenwoordig 'n hoeveelheid materie. Dit hou verband met die versnelling van 'n liggaam met die toegepaste krag deur die wet van Newton , F = m × a : krag is gelyk aan die massa keer die versnelling. 'N Krag van 1 N (newton) wat op 'n massa van 1 kg toegepas word, sal dit met 1 m / s ² versnel . Dit geld of die voorwerp in die ruimte of in 'n swaartekragveld sweef, byvoorbeeld op die aardoppervlak. Gewig is die krag wat deur 'n gravitasieveld op 'n liggaam uitgeoefen word, en daarom hang die gewig daarvan af van die sterkte van die gravitasieveld. Gewig van 'n massa van 1 kg aan die aardoppervlak is m × g ; massa keer die versnelling as gevolg van swaartekrag, wat 9.81 newton op die aardoppervlak is en ongeveer 3.5 newton op die oppervlak van Mars is. Aangesien die versnelling as gevolg van swaartekrag plaaslik is en wissel volgens ligging en hoogte op die aarde, is gewig ongeskik vir presiese metings van 'n eienskap van 'n liggaam, en dit maak 'n gewigseenheid ongeskik as 'n basiseenheid.

Alhoewel die term metrieke stelsel dikwels as 'n informele alternatiewe naam vir die Internasionale Eenheidstelsel gebruik word, ^{[103] bestaan} ander metrieke stelsels, waarvan sommige in die verlede wydverspreid gebruik is of selfs nog in bepaalde gebiede gebruik word. Daar is ook individuele metrieke eenhede soos die sverdrup wat buite enige stelsel van eenhede bestaan. Die meeste eenhede van die ander metrieke stelsels word nie deur die SI erken nie. ^{[bw] [deur]}

Hier is 'n paar voorbeelde. Die sentimeter-gram-tweede (CGS) -stelsel was die dominante metrieke stelsel in die fisiese wetenskappe en elektriese ingenieurswese vanaf die 1860's tot minstens die 1960's, en word steeds in sommige velde gebruik. Dit sluit in sulke SI-erkende eenhede as die gal , dina , erg , Barye , ens in sy meganiese sektor, asook die houding en Stokes in vloeidinamika. Wat die eenhede betref vir die hoeveelheid elektrisiteit en magnetisme, is daar verskeie weergawes van die CGS-stelsel. Twee hiervan is verouderd: die CGS-elektrostatiese ('CGS-ESU', met die SI-onherkenbare eenhede van statcoulomb , statvolt , statampere , ens.) En die CGS-elektromagnetiese stelsel ('CGS-EMU', met abampere , abcoulomb , oersted , maxwell , abhenry , gilbert , ens.). ^{[bz] '} n 'Versnit' van hierdie twee stelsels is steeds gewild en staan ​​bekend as die Gaussiese stelsel (wat die gauss insluit as 'n spesiale naam vir die CGS-EMU-eenheid maxwell per vierkante sentimeter). ^[ca]

In die ingenieurswese (behalwe elektriese ingenieurswese) was daar vroeër 'n lang tradisie om die gravitasie-metrieke stelsel te gebruik , waarvan die SI-onherkenbare eenhede die kilogram-krag (kilopond), tegniese atmosfeer , metrieke perdekrag , ens. Insluit . Die meter-ton-tweede (mts) -stelsel, wat van 1933 tot 1955 in die Sowjet-Unie gebruik is, het SI-onherkenbare eenhede gehad soos die sthène , pièze , ens. Ander groepe SI-onherkenbare metrieke eenhede is die verskillende erfenis- en CGS-eenhede wat verband hou met ioniserende straling ( rutherford , Curie , Röntgen , rad , rem , ens), radiometrie ( Langley , Janský ), fotometrie ( Phot , NOx , stilb , neet , meter-kers, ^{[107] : 17} Lambert , apostilb , skot , griet , troland , Talbot , kerskrag , kers ), termodinamika ( kalorie ) en spektroskopie ( wederkerige sentimeter ).

Die angstrom word steeds in verskillende velde gebruik. Sommige ander SI-onherkenbare metriekeenhede wat nie in een van die reeds genoemde kategorieë pas nie , is : bar , skuur , fermi , gradian (gon, grad of graad) , metrieke karaat , mikron , millimeter kwik , torr , millimeter (of sentimeter, of meter) water , millimikron , mho , stere , x-eenheid , γ (eenheid van massa) , γ (eenheid van magnetiese vloeddigtheid) en λ (eenheid van volume) . ^{[108] : 20–21} In sommige gevalle het die SI-onherkenbare metriekeenhede ekwivalente SI-eenhede wat gevorm word deur 'n metrieke voorvoegsel te kombineer met 'n samehangende SI-eenheid. Byvoorbeeld,1  γ (eenheid van magnetiese vloeddigtheid) =1 nT ,1 Gal =1 cm⋅s ⁻² ,1 barye =1  deci pascal , ens. ('N verwante groep is die ooreenkomste ^[bz] soos1 abampere ≘1  deca ampère ,1 abhenry ≘1  nano henry , ens. ^[Cb] ). Soms is dit nie eens 'n kwessie van 'n metrieke voorvoegsel nie: die SI-nie-erkende eenheid kan presies dieselfde wees as 'n SI-samehangende eenheid, behalwe vir die feit dat die SI nie die spesiale naam en simbool herken nie. Die nit is byvoorbeeld net 'n SI-onherkenbare naam vir die SI-eenheid candela per vierkante meter en die talbot is 'n SI-onherkenbare naam vir die SI-eenheid lumen tweede . 'N Nie-SI-metriekeenheid hou gereeld verband met 'n SI-eenheid deur middel van 'n krag van tien faktor, maar nie een wat 'n metrieke voorvoegsel het nie, bv.1 dyn =10 ⁻⁵  newton ,1 Å =10 ⁻¹⁰  m , ens. (En korrespondensies ^[bz] soos1 gauss ≘10 ⁻⁴  tesla ). Ten slotte is daar metrieke eenhede waarvan die omskakelingsfaktore na SI-eenhede nie magte van tien is nie, bv1 kalorie =4.184  joules en1 kilogram-krag =9.806 650  newton . Sommige SI-onherkenbare metrieke eenhede word steeds gereeld gebruik, byvoorbeeld die kalorie (in voeding), die rem (in die VSA), die jansky (in radiosterrekunde ), die wederkerige sentimeter (in spektroskopie), die gauss (in die industrie) en die CGS-Gaussiese eenhede ^[ca] meer algemeen (in sommige subvelde van die fisika), die metrieke perdekrag (vir enjinkrag, in Europa), die kilogramkrag (vir die raketmotorkrag, in China en soms in Europa), ens. Ander word nou selde gebruik, soos die sthène en die rutherford.

• Nie-SI-eenhede wat in die SI genoem word