Podstawowe jednostki SI

W układzie SI występuje 7 podstawowych jednostek miar. Są nimi: 1. METR – jest jednostką długości, szerokości, odległości, grubości oraz drogi. Występuje w układach: SI, MKS, MTS i MKSA. Jego oznaczenie to m.

Metr zdefiniowano we Francji dnia 26.03.1791 r., aby ujednolicić jednostki odległości. 12 lat później na XVII Generalnej Konferencji Miar i Wag zatwierdzono jego definicję. Brzmi ona następująco:

jednostka si

Metr jest odległością, którą pokonuje światło w próżni w czasie 1/299 792 458 s.

1 m = 3,280840 stóp angielskich; 1,093614 jarda; 0,468700 sążnia rosyjskiego; 0,231481 pręta nowego polskiego.

Wielokrotności wyższe niż kilometr są praktycznie nieużywane, najwyższą z nich jest jottametr (1024), a najmniejszą- dekametr (101). Najmniej używaną podwielokrotnością metra jest nanometr, stosowany głównie w fizyce kwantowej. Najmniejszą podwielokrotnością tej jednej z podstawowych jednostek w układzie SI jest joktometr (10–24), zaś najwyższą – decymetr (10–1).

Obecny metr jest w przybliżeniu zgodny z pierwotnym "metrem geograficznym" (1/40 000 części ćwiartki południka Ziemskiego).

2. SEKUNDA – jest jednostką czasu, okresu. Obecnie oznacza s, wcześniej zapisywano ją jako sek. Stanowi podstawową jednostkę miar w układach: SI, MKS, CGS.

Termin sekunda wywodzi się od łacińskiego wyrażenia pars minuta secunda, czyli druga mała część.

1 sekunda równa się 9 192 631 770 okresom promieniowania, które wiąże się z przejściem między dwoma poziomami F = 3 i F = 4 struktury nadsubtelnej stanu podstawowego atomu cezu Cs - 133. Ta definicja sekundy została ustalona w 1967 roku podczas XIII Generalnej Konferencji Miar. Wcześniej sekundę definiowano jako 1/31 556 925,9747 część roku zwrotnikowego 1900 bądź też jako 1/86400 część doby.

Sekunda jest 1/3600 godziny, która jest 1/24 doby, będącej mniej więcej 1/365 roku. Wywodzi się ona zatem z astronomii, a dokładniej z czasu, w jakim Ziemia wykonuje obrót.

Na co dzień rzadko używa się podwielokrotności tej jednostki miary, ponieważ jej wielokrotności (np. jottasekunda czy hektosekunda) jako mało naturalne zastępowane są innymi, nienależącymi do układu SI (np. godzina, minuta, doba, miesiąc).

3. KILOGRAM – to jednostka masy, oznaczana jako kg. Stanowi on także masę międzynarodowego wzorca w postaci walca o wysokości i średnicy podstawy równej 39 mm, który wykonano ze stopu platyny z irydem. Wzorzec ten przechowywany jest w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag w Serves koło Paryża. Usankcjonowano go uchwałą I Generalnej Konferencji Miar w 1889 roku. Dawniej za wzorzec przyjmowało się jeden litr wody o temp. 4°C.

Na dzień dzisiejszy jest to jedyna jednostka podstawowa posiadająca przedrostek (kilo) oraz dla której podstawą definicji jest określony przedmiot, nie zaś odwołanie się do stałych fizycznych.

4. KELWIN – to jednostka temperatury termodynamicznej, która równa jest 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody. Oznaczany jest jako K.

Z tą jednostką związana jest tzw. skala Kelvina (skala bezwzględna). Jest ona skalą termometryczną absolutną. Oznacza to, że zero w tej skali stanowi najniższą teoretycznie możliwą temperaturę, jaką może mieć ciało. Jest to temperatura, w jakiej ustają wszelkie drgania cząsteczek. Obliczono ją na podstawie funkcji uzależniającej temperaturę od energii kinetycznej gazów doskonałych. Funkcja ta została opracowana przez Williama Thomsona, lorda Kelvin. Na jego cześć nazwano skalę oraz jednostkę temperatury.

Temperatura 0 K = −273,15°C.

W skali Kelvina nie używa się pojęcia stopień. Używa się nazwy „kelwin”, którą ustalono na XIII Generalnej Konferencji Miar i Wag.

5. AMPER – jest jednostką natężenia prądu elektrycznego, siły magnetomotorycznej i napięcia magnetycznego. Określa się ją jako A. Występuje w układzie SI (jako jednostka podstawowa natężenia prądu stałego) i układzie MKSA.

Stały prąd elektryczny o natężeniu 1 A to taki prąd, który płynąc w dwu nieskończenie długich i cienkich przewodach prostoliniowych o znikomo małym przekroju kołowym oraz umieszczonych równolegle w próżni w odległości 1m od siebie, spowodowałby miedzy nimi siłę magnetyczną równą 2×10-7 N na każdy metr długości przewodu.

Do definicyjnego wyznaczania ampera służy waga prądowa, choć często jest zastępowana kalibratorami prądu. Amper ma związek z inną jednostką ładunku (naboju) elektrycznego- kulombem. W układzie miar CGS odpowiednikiem ampera jest biot (Bi).

6. KANDELA – to jednostka światłości (źródła światła), oznaczana jako cd.Nazwa kandeli wywodzi się od łac. „candela” - świeca.

Jest to światłość, z jaką świeci w danym kierunku źródło emitujące promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 5,4·1014 Hz, a także wydajność energetyczną w tym kierunku równą (1/683) W/sr.

Wcześniejsza definicja mówiła o kandeli jako o światłości 1/600000 m² powierzchni doskonale czarnego ciała w temperaturze krzepnięcia platyny i będącego pod ciśnieniem 1 atmosfery fizycznej. Definicję tę odrzucono w 1979 roku z powodu trudności w wykonywaniu układu pomiarowego oraz małej dokładności pomiaru (rzędu 0,1–0,2%).

Kandelę wprowadził Międzynarodowy komitet Miar i Wag w 1948 roku. Dawniej za jednostkę światłości uznawano świecę.

7. MOL – to jednostka ilości materii, o symbolu mol.

1 mol równy jest liczności materii układu, który zawiera taką samą liczbę cząstek (np. atomów, jonów, fotonów czy elektronów) ile wynosi liczba atomów zawartych w dokładnie 0,012 kilograma izotopu węgla.

Mol to jednostka podstawowa układu SI, którą cechuje bezwymiarowość podobnie jak jest w przypadku innych jednostek miary liczności (np. mendel, tuzin czy gros). Użycie mola, ze względu na jego wielkość, ogranicza się do zliczania obiektów mikroskopowych.

Mol jest jednostką tak dobraną, iż masy atomów oraz cząsteczek podane w jednostkach masy atomowej dają się łatwo przeliczać na masy moli w gramach.

W jednym molu zawartych jest (6,02214179 ± 0,00000030)×1023 cząstek. Tę liczbę nazywa się liczbą Avogadra.