Единицы физических величин и их системы

 

Из уравнения измерения видно, что числовые значения измеряемых величин зависят от того, какие используются единицы измерения.

Если допустить произвол в выборе единиц измерения, то это приведет к нарушению единства измерений. Поэтому стандартизация единиц измерения и их совокупности, называемой системой единиц, в метрологии придается первостепенное значение.

В вопросе выбора единиц физических величин все крупные области измерений в процессе своего развития проходили несколько этапов.

Первый этап. Единицы физических величин появляются по мере их практической необходимости. Они плохо определены и еще хуже взаимосвязаны, часто находятся во взаимном противоречии.

Второй этап. Появление абсолютных систем единиц, содержащих ограниченное число основных единиц и производные единицы, определяемые через основные.

Третий этап. Трансформация систем единиц таким образом, чтобы была возможность воспроизведения единиц с максимальной точностью с помощью эталонов и эталонных методов. В результате появляется современная метрическая система мер, определяемая через международные прототипы метра и килограмма. Аналогично определялись международные электрические единицы (через эталон – для ома и эталонный метод – для ампера), а также международная шкала температур, определяемая посредством реперных точек, то есть кипения и затвердевания ряда веществ (кислород, сера, серебро, золото и т.д.).

Четвертый этап. Создание универсальной системы естественных мер, базирующихся на макроскопических квантовых эффектах, таких как сверхпроводимость, сверхтекучесть, квантовый эффект Холла и т.д.

Принципы формирования рациональной системы единиц сформулировал выдающийся немецкий математик, астроном и физик, один из величайших математиков всех времен Карл Фридрих Гаусс (1777 – 1855) в 1832 г.:

а) составление системы уравнений, выражающих зависимость между всеми величинами, для которых необходимо установить единицы измерения;

б) выбор основных единиц на основании анализа системы уравнений;

в) образование производных единиц;

г) образование кратных и дольных единиц (кратные единицы равны целому числу основных или производных единиц, дольные составляют определенную долю основной или производной единицы).

По мере развития науки возникло огромное множество систем единиц, что тормозило научно-технический прогресс. Поэтому в 1960 г. ХІ Генеральная конференция по мерам и весам приняла Международную систему единиц физических величин, известную у нас как СИ. Эта система введена в 1982 г. и законодательно закреплена в Украине такими документами:

· ДСТУ 3651.0–97. Метрологія. Одиниці фізичних величин. Основні одиниці фізичних величин Міжнародної системи одиниць. Основні положення, назви та позначення

· ДСТУ 3651.1–97. Метрологія. Одиниці фізичних величин. Похідні одиниці фізичних величин Міжнародної системи одиниць та позасистемні одиниці. Основні поняття, назви та позначення

· ДСТУ 3651.2–97. Метрологія. Одиниці фізичних величин. Фізичні сталі та характеристичні числа. Основні положення, позначення, назви та значення

В системе семь основных единиц (табл.2.1). В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, т.е. ни одна из основных единиц не может быть получена из других.

 

Таблица 2.1 – Основные единицы СИ

 

Физическая величина	Единицы физической величины
Наименование	Размерность	Наименование	Обозначение
Междунар.	Русское
Длина	L	метр	m	м
Масса	M	килограмм	kg	кг
Время	T	секунда	s	с
Сила тока	I	ампер	A	А
Сила света	J	кандела	cd	кд
Термодинамическая температура	Θ	кельвин	K	К
Количество вещества	N	моль	mol	моль