单位制

中文名 单位制
拼音 dānwèizhì
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基本介绍

由选定的一组基本单位和由定义方程式与比例因数确定的导出单位组成的一系列完整的单位体制。基本单位是可以任意选定的,由于基本单位选取的不同,组成的单位制也就不同,如市制、英制、米制、国际单位制等。

形成背景

单位制的形成和发展与科技的进步、生产的发展密切相关。早在17~18世纪,人们就开始感觉到计量单位及计量制度的混乱对科技和生产发展的影响。1795年,法国科学家创立了以米为基本单位的计量制度(米制),1875年,由17个国家正式签署了“米制公约”,为米制的传播和发展奠定了国际基础,米制成为国际上最早公认的单位制。随着科技的发展,米制中又派生出许多适于各种科技领域的不同单位制,如厘米、 克、 秒制,米、千克力、秒制,绝对静电单位制,绝对电磁单位制等。

各种单位制的并存不仅对国际贸易有阻碍作用,而且也不利于各国之间的科学文化交流,因此,统一单位制已成为世界各国的共同要求。国际计量委员会在1956年将经过21个国家同意的计量单位制草案命名为国际单位制,以国际通用符号SI来表示。1960年第十一届国际计量大会正式通过了国际单位制。由于国际单位制先进、实用、简单、科学,并适用于文化教育、科学技术和经济建设各个领域,故已被世界各国及国际组织广泛采用。1977年中国明确规定要逐步采用国际单位制,1984年中国颁布的《中华人民共和国法定计量单位》就是以国际单位制为基础制定的。

1948年召开的第九届国际计量大会作出了决定,要求国际计量委员会创立一种简单而科学的、供所有米制公约组织成员国均能使用的实用单位制。1954年第十届国际计量大会决定采用米(m)、千克(kg)、秒(s)、安培(A)、开尔文(K)和坎德拉(cd)作为基本单位。1960年第十一届国际计量大会决定将以这六个单位为基本单位的实用计量单位制命名为“国际单位制”,并规定其符号为“SI”。

以后1974年的第十四届国际计量大会又决定增加将物质的量的单位摩尔(mol)作为基本单位。

单位分类

单位制的单位一般可分为基本单位、辅助单位、导出单位三大类。

21世纪初国际单位制共有七个基本单位、两个辅助单位,即弧度和球面度。

SI导出单位是由SI基本单位按定义式导出的,其数量很多,在这里列出其中三类:用SI基本单位表示的一部分SI导出单位;具有专门名称的SI导出单位;用SI辅助单位表示的一部分SI导出单位。

其中,具有专门名称的SI导出单位总共有19个。有17个是以杰出科学家的名字命名的,如牛顿、帕斯卡、焦耳等,以纪念他们在本学科领域里作出的贡献。同时,为了表示方便,这些导出单位还可以与其他单位组合表示另一些更为复杂的导出单位。

国际单位制是计量学研究的基础和核心。特别是七个基本单位的复现、保存和量值传递是计量学最根本的研究课题。

基本单位

SI基本单位的定义】

长度:米(m)

1. 1790年5月由法国科学家组成的特别委员会,建议以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为长度单位——米。

2. 1960年第十一届国际计量大会:“米的长度等于氪-86原子的2P10和5d1能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍”。

3. 1983年10月在巴黎召开的第十七届国际计量大会:“米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度” 。

质量:千克(kg)

千克定义为国际千克原器的质量。

时间:秒(s)

1967年的第13届国际度量衡会议上通过了一项决议,采纳以下定义代替秒的天文定义:一秒为铯-133原子基态两个超精细能级间跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间。

国际原子时是根据以上秒的定义的一种国际参照时标,属国际单位制(SI)。

电流:安[培](A)

安培是一恒定电流,若保持在处于真空中相距1米的两无限长,而圆截面可忽略的平行直导线内,则两导线之间产生的力在每米长度上等于2×10-7牛顿。该定义在1948年第九届国际计量大会上得到批准,1960年第十一届国际计量大会上,安培被正式采用为国际单位制的基本单位之一。 安培是为纪念法国物理学家A.-M.安培而命名的。

热力学温度:开[尔文](K)

开尔文 英文是 Kelvin ,简称开,国际代号K,热力学温度的单位。开尔文是国际单位制(SI)中7个基本单位之一,以绝对零度(0K)为最低温度,规定水的三相点的温度为 273.15K,1K等于水三相点温度的1/273.15。热力学温度T与人们惯用的摄氏温度t的关系是T=t+273.15,因为水的冰点温度近似等于 273.15K,并规定热力学温度的单位开(K)与摄氏温度的单位摄氏度(℃)完全相同。开尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kelvin而命名的。

发光强度:坎[德拉](cd)

坎德拉是一光源在给定方向上的发光强度,该光源发出频率为540×1012Hz的单色辐射,而且在此方向上的辐射强度为1/683瓦特每球面度。

定义中的540×1012赫兹辐射波长约为555nm,它是人眼感觉最灵敏的波长。

物质的量:摩[尔](mol)

表示组成物质微粒数目多少的物理量(物质的量是一个专用名词,不可分割和省略)

摩尔是物理量物质的量的单位

根据科学测定,12克12C所含的C原子数为6.0220943×1023 用符号NA表示,称阿伏加德罗常数

阿伏加德罗常数(NA ) 近似值 6.02×1023 /mol

定义:凡是含有阿伏加德罗常数个结构微粒(约6.02×1023)的物质,其物质的量为1摩(尔)。

【基本单位表】

物理量 名称
国际单位制的值 普朗克单位制的值
质量 电子静质量
9.109 3826(16)×10 kg 10 kg
长度 玻尔半径
5.291 772 108(18)×10 m 10 m
电荷 基本电荷
1.602 176 53(14)×10 C 10 C
角动量 约化普朗克常数
1.054 571 68(18)×10 J s (相同)
能量 哈特里能量
4.359 744 17(75)×10 J 10 J
静电力常数 库仑常数
8.9875516×10 N*m2/Kg2 (相同)

这六个量并不相互独立,要使得它们的数值全部变为1,只需要令其中任意四个量变为1即可。例如,可以将除了哈特里能量与库仑常数之外的四个量归一化,那么这两个量也会自然地被归一化。

辅助单位

物理量 名称
国际单位制的值 普朗克单位制的值
质量 电子静质量
9.109 3826(16)×10 kg 10 kg
长度 玻尔半径
5.291 772 108(18)×10 m 10 m
电荷 基本电荷
1.602 176 53(14)×10 C 10 C
角动量 约化普朗克常数
1.054 571 68(18)×10 J s (相同)
能量 哈特里能量
4.359 744 17(75)×10 J 10 J
静电力常数 库仑常数
8.9875516×10 N*m2/Kg2 (相同)

导出单位

【SI辅助单位的定义】

平面角:弧度(rad)

以长为圆周长(2πr)的弧所对的圆心角为2π 弧度,半个圆周长的弧所对的圆心角为弧π度。

立体角:球面度(sr)

以r为半径的球的中心为顶点,展开的立体角所对应的球面表面积为r^2 ,该立体角的大小就是球面度。

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