Международная система единиц

Международная система единиц

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, приведенных в табл. 1.3.

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;

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.

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.

На происходившей 14-16 октября 1964 г. седьмой сессии Международного комитета законодательной метрологии, в состав котрого входили представители 34 стран, подписавших межправительственную конвенцию, учреждающую Международную организацию законодательной метрологии, была прнята по вопроам внедрения СИ следующая резолюция:

"Международный комитет законодательной метрологии, принимая во внимание необходимость быстрого распространения Международной системы единиц СИ, рекомендует предпочтительное применение этих единиц СИ при всех измерениях и во всех измерительных лабораториях.

В частности, во временных международных рекомендациях. принятых и распространенных Международной конференцией законодательной метрологии, эти единицы должны применять предпочтительно для градуировки измерительных аппаратов и приборов, на которые распространяются эти рекомендации.

Иные единицы, применение которых разрешается этими рекомендациями, допускаются лишь временно, и их должны избегать насколко возможно скоро".

Международный комитет законодательной метрологии создал секретариат-докладчик по теме "Единицы измерений", задачей которого является разработка типового проекта законодательства по единицам измерений на основе Международной системы единиц. Ведение секретариата-докладчика по этой теме приняла на себя Австрия.

Преимущества Международной системы

Международная система универсальна. Она охватывает все области физических явлений, все отрасли техники и народного хозяйства. Международная система единиц органически включает в себя такие давно распространенные и глубоко укоренившиеся в технике частные системы, как метрическая система мер и система практических электрических и магнитных единиц (ампер, вольт, вебер и др.). Лишь система, в которую вошли эти единицы, могла претендовать на признание в качестве универсальной и международной.

Единицы Международной системы в большинстве достаточно удобны по своему размеру, а наиболее важные из них имеют удобные на практике собственные наименования.

Построение Международной системы отвечает современному уровню метрологии. Сюда относится оптимальный выбор основных единиц, и в частности их числа и размеров; согласованность (когерентность) производных единиц; рационализованная форма уравнений электромагнетизма; образование кратных и дольных единиц посредством десятичных приставок.

В результате различные физические величины обладают в Международной системе, как правило, и различной размерностью. Это делает возможным полноценный размерный анализ, предотвращая недоразумения, например, при контроле выкладок. Показатели размерности в СИ целочисленны, а не дробны, что упрощает выражение производных единиц через основные и вообще оперирование с размерностью.  Коэффициенты 4п и 2п присутствуют в тех и только тех уравнениях электромагнетизма, которые относятся к полям со сферической или цилиндрической симметрией. Метод десятичных приставок, унаследованный от метрической системы, позволяет охватить огромные диапазоны изменения физических величин и обеспечивает соответствие СИ десятичной системе исчисления.

Международной системе присуща достаточная гибкость. Она допускает применение и некоторого числа внесистемных единиц.

СИ - живая и развивающаяся система. Число основных единиц может быть и еще увеличено, если это будет необходимо для охвата какой-либо дополнительной области явлений.  будущем не исключено также смягчение некоторых действующих в СИ регламентирующих правил.

Международная система единиц принята более чем в 130 странах мира.

Международная система единиц признана многими влиятельными международными организациями, включая Организацию Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО). Среди признавщих СИ - Международная организация по стандартизации (ИСО), Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ), Международная Электротехническая комиссия (МЭК), Международный союз чистой и прикладной физики и др.

Список используемой литературы

Бурдун

Власов А.Д., Мурин Б.П. Единицы физических величин в науке и технике, 1990

Ершов В.С. Внедрение Международной системы единиц, 1986.

Камке Д, Кремер К. Физические основы единиц измерения, 1980.

Новосильцев К истории основных единиц СИ, 1975.

Чертов А.Г. Физические велчины (Терминология, определения, обозначения,размерности), 1990.