國際單位制

國際單位制

國際計量委員會創立一種簡單而科學的單位制
1948年召開的第九屆國際計量大會作出了決定,要求國際計量委員會創立一種簡單而科學的、供所有米制公約組織成員國均能使用的實用單位制。1954年第十屆國際計量大會決定采用米(m)、千克(kg)、秒(s)、安培(A)、開爾文(K)和坎德拉(cd)作為基本單位。1960年第十一屆國際計量大會決定将以這六個單位為基本單位的實用計量單位制命名為“國際單位制”,并規定其符号為“SI”。以後1974年的第十四屆國際計量大會又決定增加将物質的量的單位摩爾(mol)作為基本單位。因此,目前國際單位制共有七個基本單位。國際單位制(符号:SI,來自法文的 Système International d'Unités),又稱公制或米制,舊稱“萬國公制”,是一種十進制進位系統,是現時世上最普遍采用的标準度量衡單位系統。國際單位制源自18世紀末科學家的努力,最早于法國大革命時期的1799年被法國作為度量衡單位。[1]
    中文名:國際單位制 外文名:Système International d'Unités 别名:

全球

國際單位制應用于世界各地。從官方角度而言,除美國、緬甸、利比裡亞未主要采用國際單位制外,其它國家均以國際單位制作為主要的度量衡系統。這其中包括絕大多數前英制國家,例如英國、加拿大、澳大利亞等,它們均在20世紀後半葉進行了向國際單位制的轉換。

中國

國際單位制在中華人民共和國的使用依據《中華人民共和國法定計量單位》和《中華人民共和國法定計量單位使用方法》。

背景

國際單位制有兩個輔助單位,即弧度和球面度。SI導出單位是由SI基本單位按定義式導出的,其數量很多,在這裡列出其中三類:用SI基本單位表示的一部分SI導出單位;具有專門名稱的SI導出單位;用SI輔助單位表示的一部分SI導出單位。

其中,具有專門名稱的SI導出單位總共有19個。有17個是以傑出科學家的名字命名的,如牛頓、帕斯卡、焦耳等,以紀念他們在本學科領域裡作出的貢獻。同時,為了表示方便,這些導出單位還可以與其他單位組合表示另一些更為複雜的導出單位。

國際單位制是計量學研究的基礎和核心。特别是七個基本單位的複現、保存和量值傳遞是計量學最根本的研究課題。

國際單位制(符号:SI,來自法語:SystèmeInternational d'Unités),源自公制或米制,舊稱“萬國公制”,是現時世界上最普遍采用的标準度量衡單位系統,采用十進制進位系統。是18世紀末科學家的努力,最早于法國大革命時期的1799年被法國作為度量衡單位。國際單位制是在公制基礎上發展起來的單位制,于1960年第十一屆國際計量大會通過,推薦各國采用,其國際簡稱為SI。

輔助單位

物理量的名稱單位名稱單位符号

平面角弧度rad

立體角球面度sr

單位定義

基本單位的定義

長度:米(m)

米是1/299792458秒的時間間隔内光在真空中行程的長度

舊定義:

1.1790年5月由法國科學家組成的特别委員會,建議

以通過巴黎的地球子午線全長的四萬分之一作為長度單位——米2.1960年第十一屆國際計量大會:“米的長度等于氪-86原子的2P10和5d1能級之間躍遷的輻射在真空中波長的1650763.73倍”。

質量:千克(kg)

新定義:佐治亞理工學院物理學分校的名譽退休教授羅納德·福克斯提議從今以後克(一千分之一千克)将被嚴格地定義成18×14074481個碳-12原子的重量。至少有兩個重新定義千克的其他提議正在讨論中。它們包括:1`用純矽原子球體取代鉑金和銥混合圓柱體;2`利用已知的“瓦特天平”裝置,并利用電磁能定義千克[1]。

舊定義:1.千克定義為國際千克原器的質量

2.1升的純水在4攝氏度的質量為一千克

時間:秒(s)

1967年的第13屆國際度量衡會議上通過了一項決議,采納以下定義代替秒的天文定義:一秒為铯-133原子基态兩個超精細能級間躍遷輻射9,192,631,770周所持續的時間。

國際原子時是根據以上秒的定義的一種國際參照時标,屬國際單位制(SI)。

電流:安[培](A)

安培是一恒定電流,若保持在處于真空中相距1米的兩無限長,而圓截面可忽略的平行直導線内,則兩導線之間産生的力在每米長度上等于2×10-7牛頓。該定義在1948年第九屆國際計量大會上得到批準,1960年第十一屆國際計量大會上,安培被正式采用為國際單位制的基本單位之一。安培是為紀念法國物理學家A.-M.安培而命名的。

熱力學溫度:開[爾文](K)

開爾文英文是Kelvin簡稱開,國際代号K,熱力學溫度的單位。開爾文是國際單位制(SI)中7個基本單位之一,以絕對零度(0K)為最低溫度,規定水的三相點的溫度為273.16K,1K等于水三相點溫度的1/273.16。特别需要注意的是:水的三相點不是冰點,冰點與氣壓和水中的溶質有關(比如空氣),三相點隻與水本身的性質有關,是恒量。由此推算出的1K的大小與1攝氏度大緻相等,且水在101.325Pa下的熔點大約為273.15K,故攝氏溫标與國際溫标之間的換算大約為Tc=Tk-273.15。開爾文是為了紀念英國物理學家Lord Kelvin而命名的。

物質的量:摩[爾](mol)

表示組成物質微粒數目多少的物理量(物質的量是一個專用名詞,不可分割和省略)

摩爾是物理量物質的量的單位

根據科學測定,12克12C所含的C原子數約為6.0220943×10^23用符号NA表示,稱阿伏加德羅常數

阿伏加德羅常數(NA)近似值6.02×10^23

定義:凡是含有阿伏加德羅常數個結構微粒(約6.02×10^23)的物質,其物質的量為1摩。

發光強度:坎[德拉](cd)

坎德拉是一光源在給定方向上的發光強度,該光源發出頻率為540×1012赫茲的單色輻射,而且在此方向上的輻射強度為1/683瓦特每球面度.

定義中的540×1012赫茲輻射波長約為555nm,它是人眼感覺最靈敏的波長.

輔助單位的定義

平面角:弧度(rad)

以長為圓周長(2πr)的弧所對的圓心角為2π弧度,半個圓周長的弧所對的圓心角為∏弧度。

立體角:球面度(sr)

以r為半徑的球的中心為頂點,展開的立體角所對應的球面表面積為r^2,該立體角的大小就是球面度。

導出單位的定義

頻率:赫[茲](Hz)

在1秒時間間隔内發生一個周期過程的頻率,即1Hz=1s^-1

力;重力:牛[頓](N)

使一千克質量的物體産生1米每二次方秒加速度的力,即1N=1kg·m/s^2

壓力,壓強:帕[斯卡](Pa)

等于1牛頓每平方米,即1Pa=1N/m^2

能量;功;熱:焦[耳](J)

當1牛頓力的作用點在力的方向上移動1米距離所作的功,即1J=1N·m

功率;輻射通量瓦[特]W

在1秒時間間隔内産生1焦耳能量的功率,即1W=1J/s

電荷量:庫[侖](C)

一安培電流在1秒時間間隔内所運送的電量,即1C=1A·s

電位;電壓;電動勢:伏[特](V)

流過1安培恒定電流的導線内,如兩點之間所消耗的功率為1瓦特時,這兩點之間的電位差為1伏[特],即1V=1W/A

電容:法[拉](F)

當電容器充1庫侖電量時,它的兩極闆之間出現1伏特的電位差,即1F=1C/V

電阻:歐[姆](Ω)

一導體兩點之間的電阻,當在這兩點間加上1伏特恒定電位差時,在導體内産生1安培電流,而導體内不存在任何電動勢,即1Ω=1V/A

電導:西[門子](S)

電導在數值上等于電阻的倒數,即1S=1Ω^(-1)

磁通量:韋[伯](Wb)

表征磁場分布情況的物理量。通過磁場中某處的面元dS的磁通量dΦB定義為該處磁感應強度的大小B與dS在垂直于B方向的投影dScosθ的乘積,即1Wb=1T·m^2

磁通量密度、磁感應強度:特[斯拉](T)

垂直于磁場方向的1米長的導線,通過1安培的電流,受到磁場的作用力為1牛頓時,通電導線所在處的磁感應強度就是1特斯拉,即1T=1N/(A·m)

電感:亨[利](H)

一閉合回路的電感,當流過該電路的電流以1安培每秒的速率均勻變化時,在回路中産生1伏特的電動勢,即1H=1V·s/A

攝氏溫度:攝氏度(℃)

沸點定為一百度,冰點定為零度,其間分成一百等分,一等分為一度,即1℃=1K-273.15

光通量:流[明](lm)

發光強度為1坎德拉(cd)的點光源,在單位立體角(1球面度)内發出的光通量為1流明,即1lm=1cd/sr

光照度:勒[克斯](lx)

1流明的光通量均勻分布在1平方米面積上的照度,就是一勒克斯,即1lx=1lm/m^2

放射性活度:貝可[勒爾](Bq)

等于1每秒的活度,即1Bq=1s^-1

吸收劑量:戈[瑞](Gy)

等于1焦耳每千克的吸收劑量,即1Gy=1J/kg

劑量當量:希[沃特](Sv)等于1焦耳每千克的劑量當量,即1Sv=1J/kg

使用規則

(1)關于單位的名稱及其簡稱都已有明确的規定.簡稱在不緻混淆的情況下可等效它的全稱使用,習慣上隻使用簡稱的單位可繼續使用,例如在一些十進倍數單位中,如隻用“毫安”而不用“毫安培”。但也不排斥使用“毫安培”。

(2)組合單位的名稱與其符号書寫的次序一緻。符号中的乘号沒有對應名稱,符号中的除号對應名稱為“每”,無論分母中有幾個單位,“每”隻在除号的地方出現一次。

例如:加速度SI單位的符号是m/s^2,其名稱為“米每二次方秒”而不是“米每秒每秒”;電能量的常用單位符号kW·h的名稱為“千瓦小時”而不是“千瓦乘小時”。

(3)乘方形式的單位名稱,其順序是指數名稱在單位的名稱之前,相應指數名稱由數字加“次方”二字而成。

例如:斷面慣性矩單位符号m^4的名稱為“四次方米”,而不是“米四次方”。

(4)指數是-1的單位,或分子為1的單位,其名稱是以“每”字開頭。

例如:線膨脹的系數的SI單位℃^-1或K^-1,其名稱為“每攝氏度”或“每開爾文”而不是“負一次方攝氏度”或“負一次方開爾文”等。

(5)如果長度的2次和3次幂是指面積和體積,則相應的指數名稱為“平方”和“立方”,并置于長度單位的名稱之前。否則應稱為“二次方”和“三次方”。

例如:體積的SI單位符号m^3的名稱為“立方米”,不能稱為“米立方”或“三次方米,面積的常用單位符号km^2的名稱為“平方千米”不能稱為“千米平方”或“二次方千米”。

(6)選用的倍數和分數單位,一般應使數值處于0.1~1000範圍内。

例如:1.2×10^4N可寫成12kN;0.00394m可寫成3.94mm;11401Pa可寫成11.401kPa;3.1×10^-8s可寫成31ns。某些場合習慣使用的單位不受上述限制。

例如:機械制圖中使用的單位毫米;國土面積單位平方千米;導線截面積使用的單位平方毫米等。在同一個量的數值表中以及叙述文章中,為了對照方便,也可使用相同單位而不考慮數值是否處0.1~1000範圍。

(7)詞頭:百、十、分、厘(h,da,d,c)一般隻用于某些長度、面積、體積和其它早已習慣的場合。

例如:可以用于分貝dB等。

(8)有些國際單位制以外的單位,可以按習慣使用詞頭構成倍數或分數單位。在法定計量單位中,隻有噸、升、電子伏、分貝(隻有“貝”前加詞頭)、特克斯這幾個單位有時加詞頭使用。

(9)法定計量單位中,非十進制單位以及攝氏溫度單位按習慣不使用詞頭。

(10)不得重疊使用詞頭。

例如:不得用“微微法拉”μμF,而應代之以“皮可法拉”或“皮法”pF;不應該用“毫微米”mμm而應代之以“納諾米“或“納米”nm。但例如:“三千千瓦”可以用,因系“3000kW”的口語叙述,其中隻第二個“千”是詞頭。

(11)利用一部分數詞作為詞頭的中文名稱,有時帶來混淆。

例如:1kg和1000g在口語叙述中均為“一千克”,不能區别。在必須嚴格區分的情況下,1000g可讀為“一零零零克”或“1千個克”。

(12)億(10^8)、萬(10^4)等數詞的使用不受限制,它們也可與單位構成倍數單位,但它們不是詞頭。

例如:表示運輸量用的單位“萬噸公裡”,符号可用10^4t·km或萬t·km。

(13)相乘形式的組合單位在加詞頭構成它的倍數和分數單位時,詞頭一般加在第一個單位上。

例如:力矩的SI單位為N·m,它的倍數和分數單位可為MN·m,kN·m,mN·m,μN·m等,而不是在m前加詞頭。

(14)相除形式的組合單位,在加詞頭構成倍數和分數單位時,詞頭一般加在分子的第一個單位上。

例如:熱容的SI單位為J/K,它的倍數單位可為kJ/K而不用J/mK;動量的SI單位為kg·m/s,它的倍數單位可為Mg·m/s而不用kg·km/s等。

(15)當組合單位中分母的長度、面積或體積單位時,分母中按習慣與方便也可選用詞頭構成組合單位的倍數和分數單位。

例如:密度的SI單位為kg/m^3,它的倍數單位可用g/cm^3;電荷體密度的SI單位為C/m^3,它的倍數和分數單位可為MC/m^3,C/mm^3或C/cm^3等;電場強度的SI單位為V/m,它的倍數單位可以為kV/m或V/mm等。

(16)一般不在組合單位中采用兩個有詞頭的單位,也不在分子與分母中同時采用詞頭。質量的SI單位kg中的詞頭,這裡不作為詞頭對待,但g這個分數單位不作為沒有詞頭對待。

例如:線密度的SI單位為kg/m,可用分數單位g/km。

(17)乘方形式的倍數或分數單位的指數,屬于包括詞頭在内的倍數或分數單位。

例如:1cm2=1(10-2m)2=1×10-4m2而1cm2≠10-2m2又如:1μs-1=1(10-6s)-1=106s-1

(18)在物理方程中,如其中所有的量都用SI單位來表示,則在計算時方程式的形式不會産生與物理方程形式上的不同。這樣可以避免差錯,也避免不必要的系數進入計算方程。因此,建議在計算中,所有的量值都應該用SI單位表示,而詞頭以相應的10的乘方來代替。

[例]均勻運動物體的速度v,時間t與所經過的距離s三者間的關系是v=s/t設一物體在1.5min時間内,經過的距離為9km,求速度。這裡,千米與分均為法定計量單位但不是SI單位,它們對應的SI單位為秒與米,如這三個量均以SI單位表示,則計算式将與上述關系完全一緻而不帶來其它系數。s=9km=9×103mt=1.5min=1.5×60s=90s而v的SI單位為m/s因此:v=s/t=9×103m/90s=100m/s

(19)将SI詞頭中文名稱的簡稱置于單位名稱的簡稱之前構成中文符号時,應注意避免引起混淆,必要時使用圓括号。

例如:表示旋轉頻率的量值不得寫為3千秒-1。如表示“三每千秒”應寫“3(秒)-1”,這裡“千”為詞頭;如表示“三千每秒”,應寫為“3千(秒)-1”,這裡“千”為數詞。表示體積量值不得寫為2千米3。如表示“二立方千米”,應寫2(千米)3,這裡,“千”為詞頭;如表示“二千立方米”,應寫2千(米)3,這裡“千”為數詞。

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