Единица си в физике что это
Единица си в физике что это
Содержание
Общие сведения
СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам, некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.
СИ определяет семь основных и производные единицы физических величин (далее — единицы), а также набор приставок. Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц и правила записи производных единиц.
Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, то есть ни одна из основных единиц не может быть получена из других.
Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ присвоены собственные названия, например радиану.
Приставки можно использовать перед названиями единиц; они означают, что единицу нужно умножить или разделить на определённое целое число, степень числа 10. Например, приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.
Международные и русские обозначения
В России действует ГОСТ 8.417—2002, предписывающий обязательное использование единиц СИ. В нём перечислены единицы физических величин, разрешённые к применению, приведены их международные и русские обозначения и установлены правила их использования.
По этим правилам, при договорно-правовых отношениях в области сотрудничества с зарубежными странами, а также в поставляемых за границу вместе с экспортной продукцией технических и других документах разрешается применять только международные обозначения единиц. Применение международных обозначений обязательно также на шкалах и табличках измерительных приборов. В остальных случаях, например, во внутренних документах и обычных публикациях можно использовать либо международные, либо русские обозначения. Не допускается одновременно применять международные и русские обозначения, за исключением публикаций по единицам величин.
История
СИ является развитием метрической системы мер, которая была создана французскими учёными и впервые широко внедрена после Великой Французской революции. До введения метрической системы единицы выбирались независимо друг от друга. Поэтому пересчёт из одной единицы в другую был сложным. К тому же в разных местах применялись разные единицы, иногда с одинаковыми названиями. Метрическая система должна была стать удобной и единой системой мер и весов.
В 1875 г. была подписана Метрическая конвенция. Были начаты работы по разработке международных эталонов метра и килограмма.
В последующем были введены базовые единицы для физических величин в области электричества и оптики.
В 1960 XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)».
В 1971 XIV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу количества вещества (моль).
Единицы СИ
Названия единиц СИ пишутся со строчной буквы, после обозначений единиц СИ точка не ставится, в отличие от обычных сокращений.
Основные единицы
| Величина | Единица измерения | Обозначение | ||
|---|---|---|---|---|
| русское название | международное название | русское | международное | |
| Длина | метр | metre (meter) | м | m |
| Масса | килограмм | kilogram | кг | kg |
| Время | секунда | second | с | s |
| Сила тока | ампер | ampere | А | A |
| Термодинамическая температура | кельвин | kelvin | К | K |
| Сила света | кандела | candela | кд | cd |
| Количество вещества | моль | mole | моль | mol |
Производные единицы
Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций: умножения и деления. Некоторым из производных единиц, для удобства, присвоены собственные названия, такие единицы тоже можно использовать в математических выражениях для образования других производных единиц.
Математическое выражение для производной единицы измерения вытекает из физического закона, с помощью которого эта единица измерения определяется или определения физической величины, для которой она вводится. Например, скорость — это расстояние, которое тело проходит в единицу времени; соответственно, единица измерения скорости — м/с (метр в секунду).
Часто одна и та же единица может быть записана по-разному, с помощью разного набора основных и производных единиц (см., например, последнюю колонку в таблице Производные единицы с собственными названиями). Однако на практике используются установленные (или просто общепринятые) выражения, которые наилучшим образом отражают физический смысл величины. Например, для записи значения момента силы следует использовать Н·м, и не следует использовать м·Н или Дж.
| Величина | Единица измерения | Обозначение | Выражение | ||
|---|---|---|---|---|---|
| русское название | международное название | русское | международное | ||
| Плоский угол | радиан | radian | рад | rad | м·м −1 = 1 |
| Телесный угол | стерадиан | steradian | ср | sr | м 2 ·м −2 = 1 |
| Температура по шкале Цельсия¹ | градус Цельсия | degree Celsius | °C | °C | K |
| Частота | герц | hertz | Гц | Hz | с −1 |
| Сила | ньютон | newton | Н | N | кг·м·c −2 |
| Энергия | джоуль | joule | Дж | J | Н·м = кг·м 2 ·c −2 |
| Мощность | ватт | watt | Вт | W | Дж/с = кг·м 2 ·c −3 |
| Давление | паскаль | pascal | Па | Pa | Н/м 2 = кг·м −1 ·с −2 |
| Световой поток | люмен | lumen | лм | lm | кд·ср |
| Освещённость | люкс | lux | лк | lx | лм/м² = кд·ср/м² |
| Электрический заряд | кулон | coulomb | Кл | C | А·с |
| Разность потенциалов | вольт | volt | В | V | Дж/Кл = кг·м 2 ·с −3 ·А −1 |
| Сопротивление | ом | ohm | Ом | Ω | В/А = кг·м 2 ·с −3 ·А −2 |
| Электроёмкость | фарад | farad | Ф | F | Кл/В = с 4 ·А 2 ·кг −1 ·м −2 |
| Магнитный поток | вебер | weber | Вб | Wb | кг·м 2 ·с −2 ·А −1 |
| Магнитная индукция | тесла | tesla | Тл | T | Вб/м 2 = кг·с −2 ·А −1 |
| Индуктивность | генри | henry | Гн | H | кг·м 2 ·с −2 ·А −2 |
| Электрическая проводимость | сименс | siemens | См | S | Ом −1 = с 3 ·А 2 ·кг −1 ·м −2 |
| Активность (радиоактивного источника) | беккерель | becquerel | Бк | Bq | с −1 |
| Поглощённая доза ионизирующего излучения | грэй | gray | Гр | Gy | Дж/кг = м²/c² |
| Эффективная доза ионизирующего излучения | зиверт | sievert | Зв | Sv | Дж/кг = м²/c² |
| Активность катализатора | катал | katal | кат | kat | моль/с |
• Шкалы Кельвина и Цельсия связаны между собой следующим образом: °C = K − 273,15
Единицы, не входящие в СИ
Некоторые единицы, не входящие в СИ, по решению Генеральной конференции по мерам и весам «допускаются для использования совместно с СИ».
| Единица измерения | Международное название | Обозначение | Величина в единицах СИ | |
|---|---|---|---|---|
| русское | международное | |||
| минута | minute | мин | min | 60 с |
| час | hour | ч | h | 60 мин = 3600 с |
| сутки | day | сут | d | 24 ч = 86 400 с |
| градус | degree | ° | ° | (π/180) рад |
| угловая минута | minute | ′ | ′ | (1/60)° = (π/10 800) |
| угловая секунда | second | ″ | ″ | (1/60)′ = (π/648 000) |
| литр | litre (liter) | л | l, L | 1/1000 м³ |
| тонна | tonne | т | t | 1000 кг |
| непер | neper | Нп | Np | безразмерна |
| бел | bel | Б | B | безразмерна |
| электронвольт | electronvolt | эВ | eV | ≈1,60217733×10 −19 Дж |
| атомная единица массы | unified atomic mass unit | а. е. м. | u | ≈1,6605402×10 −27 кг |
| астрономическая единица | astronomical unit | а. е. | ua | ≈1,49597870691×10 11 м |
| морская миля | nautical mile | миля | — [3] | 1852 м (точно) |
| узел | knot | уз | 1 морская миля в час = (1852/3600) м/с | |
| ар | are | а | a | 10² м² |
| гектар | hectare | га | ha | 10 4 м² |
| бар | bar | бар | bar | 10 5 Па |
| ангстрем | ångström | Å | Å | 10 −10 м |
| барн | barn | б | b | 10 −28 м² |
Кроме того, ГОСТ 8.417-2002 разрешает применение следующих единиц: град, световой год, парсек, диоптрия, киловатт-час, вольт-ампер, вар, ампер-час, карат, текс, гал, оборот в секунду, оборот в минуту. Разрешается применять единицы относительных и логарифмических величин, такие как процент, промилле, миллионная доля, фон, октава, декада. Допускается также применять единицы времени, получившие широкое распространение, например, неделя, месяц, год, век, тысячелетие.
Другие единицы применять не разрешается.
Тем не менее, в различных областях иногда используются и другие единицы.
Некоторые страны не приняли систему СИ, или приняли её лишь частично и продолжают использовать английскую систему мер или сходные единицы.
Кратные и дольные единицы
Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных множителей и приставок СИ, присоединяемых к названию или обозначению единицы.
Виды физических величин и их единицы измерения
Физические величины — что под этим понимается
Физические величины — это понятие в физике описывает характеристики тел или процессов, которые могут быть измерены на опыте с использованием измерительных методов и приборов.
Физическая величина — это одно из свойств материальных объектов (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но по количественной характеристике индивидуальное для каждого из них.
Значение физической величины выражается одним или несколькими числами, характеризующими необходимую физическую величину, у которой обязательно должна быть указана размерность.
Размер физической величины — это значения чисел, указанные в значении физической величины.
Описание основных физических величин в системе СИ, единицы их измерения, обозначения и формулы
Основными физическими величинами в Международной системе единиц (СИ) являются: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, количество вещества, сила света.
Единицы измерения основных физических величин в системе СИ
Время в системе СИ измеряется в секундах (с).
Расчет величины секунды основан на фиксировании численного значения частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 при температуре 0 °К, равной в точности 9 192 631 770 Гц.
Солнечные сутки разбираются на 24 часа, каждый час разбирается на 60 минут, а каждая минута состоит из 60 секунд. Таким образом, секунда — это 1 / ( 24 * 60 * 60 ) = 1 / 86400 от солнечных суток.
Единица длины по системе СИ — это метр (м). Величина метра определяется фиксацией численного значения скорости света в вакууме, равной 299 792 458 м/с.
Единицей измерения термодинамической температуры является Кельвин (K). В 1967-2019 годах Кельвин определялся как 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Шкала Кельвина использует тот же шаг, что и шкала Цельсия. 0 °K — это температура абсолютного нуля, а не температура плавления льда. Согласно современному определению что такое Кельвин, 0 °C установлены таким образом, что температура тройной точки воды на фазовой диаграмме равна 0,01 °C. В итоге шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15 °.
| Основная физическая величина | Обозначение | Единица измерения в системе СИ |
| Длина | l | метр (м) |
| Масса | m | килограмм (кг) |
| Время | t | секунда (с) |
| Сила электрического тока | I | Ампер (А) |
| Термодинамическая температура | T | Кельвин (К) |
| Количество вещества | n | моль |
| Сила света | I_c | Кандела (кд) |
Табл.1. Основные физические величины, их обозначения и единицы измерения.
Производные единицы СИ, имеющие собственные наименования
Производные единицы СИ — это единицы измерения, которые исходят от семи основных единиц, определенных Международной системой единиц (СИ).
Такие единицы либо безразмерные, либо могут быть выражены с помощью различных математических операций из основных единиц СИ.
Пространство и время
Единиц измерения, входящих в систему СИ и имеющих собственные названия, которые относятся к пространству и времени — нет.
Периодические явления, колебания и волны, акустика
Частота — это число колебаний совершаемых за одну секунду. Единица измерения названа в честь физика Генриха Герца и обозначается Гц.
Тепловые явления
Энергия — это физическая величина, показывающая какую работу может совершить тело. Измеряется в джоулях (Дж).
Механика
Плоский угол — это часть плоскости, ограниченная двумя лучами, выходящими из одной точки. В системе СИ измеряется в радианах (рад).
Телесный угол — часть пространства, ограниченная некоторой конической поверхностью. Измеряется в системе СИ в стерадианах (ср).
Молекулярная физика
Давление — это скалярная физическая величина равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади этой поверхности. Единицей измерения в системе СИ является паскаль (Па).
Активность катализатора — характеристика, показывающая насколько катализатор активен в процессе своей работы.
Электричество и магнетизм
Сила — физическая величина, которая характеризует действие на тело других тел, в результате чего у тела изменяется скорость или оно деформируется. Измеряется в ньютонах (Н).
Мощность — это физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, за который совершенна эта работа. В Международной системе (СИ) единицей измерения мощности является ватт (Вт).
Электрический заряд — это физическая величина, характеризующая свойство тел или частиц входить в электромагнитные взаимодействия и определяющая значение сил и энергий этих взаимодействий. Единица измерения в системе СИ — это кулон (Кл).
Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при перемещении положительного заряда из начальной точки в конечную к величине этого заряда. Измеряется в вольтах (В).
Сопротивление — физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению тока. Единица измерения — Ом. Источник электрической энергии является проводником и всегда имеет некоторое сопротивление, поэтому ток выделяет в нем тепло. Такое сопротивление называется внутренним. Если оно очень мало, то ток короткого замыкания будет большим, что может вывести источник тока из строя.
Емкость — это физическая величина, которая характеризует способность накапливать электрический заряд на одной из металлических обкладок конденсатора, равная отношению заряда к напряжению и измеряется в фарадах (Ф).
Конденсатор — это совокупность двух проводников, находящихся на малом расстоянии друг от друга и разделенных слоем диэлектрика. На значение емкости влияют геометрические размеры и среда. Материал, из которого сделаны обкладки конденсатора, может быть разным.
Электрическая проводимость (электропроводность) — это способность веществ пропускать электрический ток под действием электрического напряжения. Электрическая проводимость — величина, обратная сопротивлению. Измеряется в сименсах (См).
Характер электропроводности может быть разный, поэтому вещества делятся на электролиты (вещества, растворы и расплавы, проводящие электрический ток) и неэлектролиты (вещества, растворы и расплавы, которые не проводят электрический ток).
Оптика, электромагнитное излучение
Световой поток — величина, измеряемая количеством энергии, которую излучает источник света за единицу времени. В системе СИ единицей измерения светового потока является люмен (лм).
Освещенность — это величина светового потока, приходящаяся на единицу площади освещаемой поверхности. Освещенность измеряется в люксах.
Магнитный поток — физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь контура и на косинус угла между нормалью к контуру и вектором магнитной индукции. Единицей измерения магнитного потока в системе СИ является вебер (Вб).
Магнитная индукция — это векторная физическая величина, модуль которой численно равен максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока. Единичный элемент тока — это проводник длиной 1 м и силой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является тесла (Тл).
Индуктивность — это физическая величина, характеризующая способность проводника с током создавать магнитное поле. Единица измерения — генри (Гн).
Радиоактивность — это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Различают радиоактивность естественную – для существующих в природе неустойчивых изотопов, а также искусственную — для изотопов, полученных с использованием ядерных реакций. Единицей измерения радиоактивности является беккерель (Бк).
Поглощенная доза ионизирующего излучения — величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм, и имеет специальное название — грей (Гр).
Эффективная доза ионизирующего излучения — величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв).
Собственные наименования имеют 22 производные единицы измерения, которые представлены в таблице 2.
| Величина | Единица измерения | Обозначение |
| Частота | герц | Гц |
| Температура по шкале Цельсия | градус Цельсия | <>^оС |
| Энергия | джоуль | Дж |
| Плоский угол | радиан | рад |
| Телесный угол | стерадиан | ср |
| Давление | паскаль | Па |
| Активность катализатора | катал | кат |
| Сила | ньютон | Н |
| Мощность | ватт | Вт |
| Электрический заряд | кулон | Кл |
| Разность потенциалов | вольт | В |
| Сопротивление | ом | Ом |
| Ёмкость | фарад | Ф |
| Магнитный поток | вебер | Вб |
| Магнитная индукция | тесла | Тл |
| Индуктивность | генри | Гн |
| Электрическая проводимость | сименс | См |
| Световой поток | люмен | лм |
| Освещенность | люкс | лк |
| Радиоактивность | беккерель | Бк |
| Поглощенная доза ионизирующего излучения | грэй | Гр |
| Эффективная доза ионизирующего излучения | зиверт | Зв |
Таблица 2. Таблица с произвольными единицами измерения в системе СИ, которые имеют собственные названия.
Преобразование единиц измерения
Рассмотрим в этом пункте только способы преобразования основных единиц измерения в системе СИ, а именно длины (м), массы (кг), времени (с), силы электрического тока (А), термодинамической температуры (К), количества вещества (моль).
Длина:
1 м = 0,001 км = 10 дм =100 см = 1000 мм
1 кг = 0,001 т = 0,01 ц = 1000 г = 1000000 мг