Na świecie było i nadal istnieje wiele różnych systemów pomiarowych. Służą one do umożliwienia ludziom wymiany różnych informacji, na przykład podczas dokonywania transakcji, przepisywania leków lub opracowywania wytycznych dotyczących korzystania z technologii. Aby uniknąć nieporozumień, opracowano Międzynarodowy System Pomiaru Wielkości Fizycznych.
Czym jest system do pomiaru wielkości fizycznych?
Taką koncepcję jak układ jednostek wielkości fizycznych lub po prostu układ SI często można znaleźć nie tylko na szkolnych lekcjach fizyki i chemii, ale także w życiu codziennym. We współczesnym świecie ludzie bardziej niż kiedykolwiek potrzebują pewnych informacji – na przykład czasu, wagi, objętości – do wyrażenia w najbardziej obiektywny i ustrukturyzowany sposób. Właśnie w tym celu powstał ujednolicony system miar - zestaw oficjalnie akceptowanych jednostek miar zalecanych do stosowania w życiu codziennym inauka.
Jakie systemy pomiarowe istniały przed pojawieniem się systemu SI
Oczywiście, potrzeba środków istniała w człowieku od zawsze, jednak z reguły środki te nie były oficjalne, określano je za pomocą improwizowanych materiałów. Oznacza to, że nie mieli standardu i mogą się różnić w zależności od przypadku.
Żywym przykładem jest system miar długości przyjęty w Rosji. Przęsło, łokieć, arshin, sazhen - wszystkie te jednostki były pierwotnie przywiązane do części ciała - dłoni, przedramienia, odległości między wyciągniętymi ramionami. Oczywiście ostateczne pomiary były przez to niedokładne. Następnie państwo poczyniło starania o ujednolicenie tego systemu miar, ale nadal pozostawał on niedoskonały.
Inne kraje miały własne systemy pomiaru wielkości fizycznych. Na przykład w Europie powszechny był angielski system miar - stopy, cale, mile itp.
Dlaczego potrzebujemy systemu SI?
W XVIII-XIX wieku rozpoczął się proces globalizacji. Coraz więcej krajów zaczęło nawiązywać kontakty międzynarodowe. Ponadto rewolucja naukowa i technologiczna osiągnęła apogeum. Naukowcy na całym świecie nie mogli skutecznie dzielić się wynikami swoich badań naukowych ze względu na to, że używali różnych systemów do pomiaru wielkości fizycznych. W dużej mierze z powodu takich naruszeń więzi w światowej społeczności naukowej, wiele praw fizycznych i chemicznych zostało kilkakrotnie „odkrytych” przez różnych naukowców, co znacznie utrudniło rozwój nauki i technologii.
Dlatego pojawiła się potrzeba zunifikowanego systemu mierzenia jednostek fizycznych, który nie tylko umożliwiłby naukowcom z całego świata porównywanie wyników ich pracy, ale także zoptymalizowałby proces handlu światowego.
Historia Międzynarodowego Systemu Miar
W celu ustrukturyzowania wielkości fizycznych i ich zmierzenia, niezbędny stał się system jednostek, taki sam dla całej społeczności światowej. Jednak stworzenie takiego systemu, który spełniałby wszystkie wymagania i był jak najbardziej obiektywny, jest naprawdę trudnym zadaniem. Podstawą przyszłego systemu SI był system metryczny, który rozpowszechnił się w XVIII wieku po rewolucji francuskiej.
Punkt wyjścia, od którego rozpoczął się rozwój i doskonalenie międzynarodowego systemu pomiaru wielkości fizycznych, można uznać za 22 czerwca 1799 r. To właśnie w tym dniu zatwierdzono pierwsze standardy - metr i kilogram. Zostały wykonane z platyny.
Pomimo tego, Międzynarodowy Układ Jednostek został oficjalnie przyjęty dopiero w 1960 r. na 1. Generalnej Konferencji Miar i Wag. Zawierał 6 podstawowych jednostek miary wielkości fizycznych: sekunda (czas), metr (długość), kilogram (masa), kelwin (temperatura termodynamiczna), amper (prąd), kandela (natężenie światła).
W 1964 dodano do nich siódmą wartość - kret, który mierzy ilość substancji w chemii.
Dodatkowo istnieją równieżjednostki pochodne, które można wyrazić w kategoriach podstawowych za pomocą prostych operacji algebraicznych.
Podstawowe jednostki SI
Ponieważ podstawowe jednostki systemu wielkości fizycznych musiały być jak najbardziej obiektywne i nie zależeć od warunków zewnętrznych, takich jak ciśnienie, temperatura, odległość od równika i inne, sformułowanie ich definicji i norm musiało być być traktowane fundamentalnie.
Rozważmy bardziej szczegółowo każdą z podstawowych jednostek systemu pomiaru wielkości fizycznych.
Drugi. Jednostka czasu. Jest to stosunkowo łatwa do wyrażenia wielkość, ponieważ jest bezpośrednio związana z okresem obrotu Ziemi wokół Słońca. Sekunda to 1/31536000 roku. Istnieją jednak bardziej złożone sposoby pomiaru sekundy standardowej, związane z okresami promieniowania atomu cezu. Metoda ta minimalizuje błąd, który jest wymagany przy obecnym poziomie rozwoju nauki i techniki
Miernik. Jednostka miary długości i odległości. W różnych momentach próbowano wyrazić metr jako część równika lub za pomocą wahadła matematycznego, ale wszystkie te metody nie były wystarczająco dokładne, aby ostateczna wartość mogła wahać się w granicach milimetrów. Taki błąd jest krytyczny, dlatego naukowcy od dawna poszukiwali dokładniejszych sposobów określenia wzorca licznika. W tej chwili jeden metr to długość ścieżki pokonywanej przez światło w (1/299 792 458) sekundach
Kilogram. Jednostka masy. Do tej pory kilogram jest jedyną ilością określoną przez rzeczywisty standard, któryprzechowywane w siedzibie Międzynarodowego Biura Miar i Wag. Z biegiem czasu norma nieznacznie zmienia swoją masę na skutek procesów korozyjnych, a także gromadzenia się na jej powierzchni kurzu i innych drobnych cząstek. Dlatego w niedalekiej przyszłości planowane jest wyrażenie jego wartości poprzez podstawowe właściwości fizyczne
- Kelwin. Jednostka miary temperatury termodynamicznej. Kelwin jest równy 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody. Jest to temperatura, w której woda znajduje się jednocześnie w trzech stanach – ciekłym, stałym i gazowym. Stopnie Celsjusza są przeliczane na kelwiny według wzoru: t K \u003d t C ° + 273
- Wzm. Jednostka aktualnej siły. Niezmienny prąd, podczas którego przepływa przez dwa równoległe proste przewody o minimalnej powierzchni przekroju i nieskończonej długości, znajdujące się w odległości 1 metra od siebie (siła równa 2 10-7powstaje na każdym odcinku tych przewodów H), jest równy 1 amperowi.
- Candela. Jednostką miary natężenia światła jest jasność źródła w określonym kierunku. Specyficzna wartość, która jest rzadko stosowana w praktyce. Wartość jednostki wynika z częstotliwości promieniowania i energochłonności światła.
- Ćma. Jednostka ilości substancji. W tej chwili kret jest jednostką różną dla różnych pierwiastków chemicznych. Jest liczbowo równa masie najmniejszej cząstki tej substancji. W przyszłości planowane jest wyrażenie dokładnie jednego pieprzyka za pomocą liczby Avogadro. Aby to zrobić, konieczne jest jednak wyjaśnienie znaczenia samej liczby. Avogadro.
Prefiksy SI i ich znaczenie
Dla wygody korzystania z podstawowych jednostek wielkości fizycznych w układzie SI w praktyce przyjęto listę uniwersalnych przedrostków, za pomocą których tworzone są jednostki ułamkowe i wielokrotne.
Jednostki pochodne
Oczywiście istnieje znacznie więcej niż siedem wielkości fizycznych, co oznacza, że potrzebne są również jednostki, w których te wielkości powinny być mierzone. Dla każdej nowej wartości wyprowadzana jest nowa jednostka, którą można wyrazić w kategoriach podstawowych za pomocą najprostszych operacji algebraicznych, takich jak dzielenie lub mnożenie.
Ciekawe, że z reguły jednostki pochodne noszą nazwy wielkich naukowców lub postaci historycznych. Na przykład jednostką pracy jest dżul, a jednostką indukcyjności jest Henry. Istnieje wiele jednostek pochodnych - łącznie ponad dwadzieścia.
Jednostki poza systemem
Pomimo powszechnego i powszechnego stosowania jednostek układu wielkości fizycznych SI, niesystemowe jednostki miar są nadal stosowane w praktyce w wielu gałęziach przemysłu. Na przykład w żegludze - mila morska, w biżuterii - karat. W życiu codziennym znamy takie jednostki nieukładowe jak dni, procenty, dioptrie, litry i wiele innych.
Należy pamiętać, że pomimo ich znajomości, podczas rozwiązywania problemów fizycznych lub chemicznych, jednostki niesystemowe muszą być przeliczane na jednostki miarywielkości fizyczne w układzie SI.
