Чем отличается основная единица измерения от производной? Какие единицы используют для различных средств измерения? Какие достоинства и недостатки единиц СИ?
В промышленной области существует несколько типов величин, которые необходимо измерять или выражать в повседневной работе. Для того чтобы записать или сравнить величину, некоторая мера каждого вида должна быть взята за основу. Для определения физической величины разработано множество систем, таких как СИ (Международная система единиц), СГС (система Сантиметр-Грамм-Секунда), МКС (Метр-Килограмм-Секунда) и другие.
Основные и производные единицы измерения СИ
Международная система единиц (сокращенно СИ или S.I. от французского Système international d’unités) представляет собой современную систему единиц измерения, разработанную вокруг семи базовых единиц и удобства числа десять. Это наиболее широко используемая в мире система измерений, как в повседневной торговле, так и в науке.
Система СИ была принята почти во всем мире. Три страны, которые не приняли его, — это Бирма (Мьянма), Либерия и Соединенные Штаты.
Существует семь базовых единиц: каждая базовая единица представляет различные виды физических величин. Из этих семи базовых единиц выводится несколько других. В таблице 1 приведены стандартные единицы измерения, физические величины и их определения.
| Физическая величина | Основная единица измерения | Определение | Символ |
|---|---|---|---|
| Длина (Length) | Метр (metre) | Длина пути, пройденного светом за интервал времени | м (m) |
| Масса (Mass) | Килограмм (kilogram) | Масса платино-иридиевого цилиндра, хранящегося в Международном бюро мер и весов (в Севре, Париж) | кг (kg) |
| Время (Time) | Секунда (second) | с (s) | |
| Температура (Temperature) | Кельвин (Kelvin) | Разница температур между абсолютным нулем и тройной точкой воды определяется как 273,16 Кельвина | К (K) |
| Сила электрического тока (Electric current) | Ампер (ampere) | Один ампер — это ток, протекающий через два бесконечно длинных параллельных проводника незначительного поперечного сечения, расположенных на расстоянии 1 метра друг от друга в вакууме и создающий силу 2 × 10-7 Ньютонов на метр длины проводника | А (A) |
| Сила света (Luminous intensity) | Кандела (candela) | Одна кандела — это сила света в заданном направлении от источника, излучающего монохроматическое излучение с частотой 540 терагерц (×1012 Гц) и с плотностью излучения в этом направлении 1,4641 МВт/стерадиан. (1 стерадиан — это телесный угол, который, имея вершину в центре сферы, отсекает площадь поверхности сферы, равную площади квадрата со сторонами, длина которых равна радиусу сферы) | кд (cd) |
| Количество вещества (Matter) | Моль (mole) | Количество атомов в массе 0,012 кг углерода-12 | моль (mol) |
Систему СИ можно разделить на два класса:
- Основные физические величины СИ, показанные в таблице выше;
- Производные физические величины СИ, показанные в таблице ниже.
| Физическая величина | Единица измерения | Символ |
|---|---|---|
| Квадратная площадь (Area square) | метр квадратный | м2 (m2) |
| Кубический объем (Volume cubic) | метр кубический | м3 (m3) |
| Скорость (Velocity) | метр в секунду | м/с (m/s) |
| Ускорение (Acceleration) | метр в секунду в квадрате | м/с2 (m/s2) |
| Угловая скорость (Angular velocity) | радиан в секунду | рад/с (rad/s) |
| Угловое ускорение (Angular acceleration) | радиан в секунду в квадрате | рад/с2 (rad/s2) |
| Плотность (Density) | килограмм на кубический метр | кг/м3 (kg/m3) |
| Удельный объем (Specific volume) | кубический метр на килограмм | м3/кг (m3/kg) |
| Массовый расход (Mass flow rate) | килограмм в секунду | кг/с (kg/s) |
| Объемный расход (Volume flow rate) | кубический метр в секунду | м3/с (m3/s) |
| Сила (Force) | Ньютон | Н (N) |
| Давление (Pressure) | Ньютон на квадратный метр | Н/м2 (N/m2) |
| Крутящий момент (Torque) | Ньютон-метр | Нм (Nm) |
| Импульс (Momentum) | килограмм метр в секунду | кгм/с (kgm/s) |
| Момент инерции (Moment of inertia) | килограмм метр в квадрате | кгм2 (kgm2) |
| Кинематическая вязкость (Kinematic viscosity) | квадратный метр в секунду | м2/с (m2/s) |
| Динамическая вязкость (Dynamic viscosity) | Ньютон-секунда на квадратный метр | Нс/м2 (Ns/m2) |
| Работа, энергия, тепло (Work, energy, heat) | Джоуль | Дж (J) |
| Удельная энергия (Specific energy) | Джоуль на кубический метр | Дж/м3 (J/m3) |
| Мощность (Power) | Ватт | Вт (W) |
| Теплопроводность (Thermal conductivity) | Ватт на метр-кельвин | Вт/мК (W/mK) |
| Электрический заряд (Electric charge) | Кулон | Кл (C) |
| Напряжение (Voltage) | Вольт | В (V) |
| Напряженность электрического поля (Electric field strength) | Вольт на метр | В/м (V/m) |
| Электрическое сопротивление (Electric resistance) | Ом | Ом (Ω) |
| Электрическая емкость (Electric capacitance) | Фарад | Ф (F) |
| Электрическая индуктивность (Electric inductance) | Генри | Гн (H) |
| Электрическая проводимость (Electric conductance) | Сименс | См (S) |
| Удельное сопротивление (Resistivity) | Ом-метр | Ом•м (Ωm) |
| Диэлектрическая проницаемость (Permittivity) | Фарад на метр | Ф/м (F/m) |
| Проницаемость (Permeability) | Генри на метр | Гн/м (H/m) |
| Плотность тока (Current density) | Ампер на квадратный метр | А/м2 (A/m2) |
| Магнитный поток (Magnetic flux) | Вебер | Вб (Wb) |
| Плотность магнитного потока (Magnetic flux density) | Тесла | Тл (T) |
| Напряженность магнитного поля (Magnetic field strength) | Ампер на метр | А/м (A/m) |
| Частота (Frequency) | Герц | Гц (Hz) |
| Световой поток (Luminous flux) | Люмен | лм (lm) |
| Яркость (Luminance) | Кандела на квадратный метр | кд/м2 (cd/m2) |
| Освещение (Illumination) | Люкс | лк (lx) |
| Молярный объем (Molar volume) | Кубический метр на моль | м3/моль (m3/mol) |
| Молярность (Molarity) | Моль на килограмм | моль/кг (mol/kg) |
| Молярная энергия (Molar energy) | Джоуль на моль | Дж/моль (J/mol) |
Преимущества единиц СИ
Хотя у единиц СИ есть много преимуществ, с предметной точки зрения важны следующие:
- Единицы измерения СИ — это согласованная система единиц, т.е. система, основанная на определенном наборе основных единиц, из которых все производные единицы получаются путем умножения или деления без введения числовых множителей.
- Единицы измерения СИ представляют собой рациональную систему, поскольку она присваивает конкретной величине только одну единицу измерения. Например, джоуль — это единица измерения всех видов энергии. В других системах единиц это не так. Например, в системе единиц МКС механическая энергия выражается в джоулях, тепловая энергия – в калориях, а электрическая энергия – в киловатт-часах.
- Это абсолютная система единиц измерения, поскольку в ней нет гравитационных единиц измерения.
- Система единиц измерения СИ является метрической системой, т. е. кратные и дольные единицы выражаются в показателях степени 10 (приставки к единицам измерения).
- Система единиц СИ применима ко всем отраслям науки, тогда как система единиц МКС ограничивается только механикой.
Недостатки единиц СИ
Ниже приведены некоторые недостатки единиц СИ:
- Минуты и часы, не относящиеся к системе СИ, будут по-прежнему использоваться до тех пор, пока все часы не будут переведены на килосекунды, мегасекунды и т. д.
- Базовая единица килограмм (кг) включает префикс, который создает двусмысленность в использовании множителей с граммом.
