目录
- 1简介
- 2历史
- 3规则
- ▪构成规则
- ▪使用规则
- 4单位
- ▪基本单位
- ▪辅助单位
- ▪导出单位
- ▪国际单位制词头
- 5地位
- 6物理量
- ▪单位制
- ▪单位表
>简介
国际单位制(international system of units)是国际计量大会(CGPM)采纳和推荐的一种一贯单位制。在国际单位制中,将单位分成三类:基本单位、导出单位和辅助单位。7个严格定义的基本单位是:长度(米)、质量(千克)、时间(秒)、电流(安培)、热力学温度(开尔文)、物质的量(摩尔)和发光强度(坎德拉)。基本单位在量纲上彼此独立,导出单位很多,都是由基本单位组合起来而构成的。辅助单位只有两个,纯系几何单位。当然,辅助单位也可以再构成导出单位。各种物理量通过描述自然规律的方程及其定义而彼此相互联系。为了方便,选取一组相互独立的物理量,作为基本量,其他量则根据基本量和有关方程来表示,称为导出量
。
>历史
1948年第9届国际计量大会根据决议,责成国际计量委员会(CIPM)“研究并制定一整套计量单位规则”,力图建立一种科学实用的计量单位制。1954年第10届国际计量大会决议,决定采用长度、质量、时间、电流、热力学温度和发光强度6个量作为实用计量单位制的基本量。1960年第11届国际计量大会按决议,把这种实用计量单位制定名为国际单位制,以SI作为国际单位制通用的缩写符号;制定用于构成倍数和分数单位的词头(称为SI词头)、SI导出单位和SI辅助单位的规则以及其他规定,形成一整套计量单位规则。1971年第14届国际计量大会决议,决定在前面6个量的基础上,增加“物质的量”作为国际单位制的第7个基本量,并通过了以它们的相应单位作为国际单位制的基本单位
。
>规则
>构成规则
国际单位制按一贯
计量单位制的原则构成,采用
十进制构成其
倍数和
分数单位;只能通过SI词头构成倍数和分数的单位,其基本单位及其定义只能由国际计量大会决定,SI导出单位的专门名称及其符号只能由国际计量大会选定。根据上述规则,诸如体积单位
升、质量单位吨、
光亮度单位
尼特(nt,1尼特=1坎/平方米)等都不是国际单位制的单位。
两类SI单位:在国际单位制中,7个基本单位以及按
一贯性原则从基本单位导出的单位,总称为SI单位。例如:SI导出单位中既包括那些由国际计量大会赋予专门名称的单位,如
牛顿、
瓦特、伏特、
流明等;也包括那些没有赋予专门名称的单位,如
米每秒、焦耳每开尔文、
弧度每秒等。
SI词头:当单位前加了SI词头后,即构成了一个新的整体。因而当有指数时,是指这个整体,并非只对未加词头的那个单位。例如:表达为cm³时,是指立方厘米;表达为μs⁻¹时,是指每微秒;表达为mm²/s时,是指二次方毫米每秒。SI词头在任何情况下不能单独使用,例如不能用k代替kg或kΩ,或10³。
无量纲量的SI单位。有相当一批物理量的
量纲是“1”。例如:折射率
n,
动摩擦因数μ,
线应变ε,
相对原子质量Ar,
质子数Z,功率量级
Lp,
平面角φ。所有这类量的SI单位是两个相同的SI单位之比。例如:折射率的SI单位是两个速度的SI单位之比,即m·s⁻¹/(m·s⁻¹)=1;动摩擦因数的SI单位是两个力的SI单位之比,即N/N=1。其倍数和分数单位不是用SI词头构成而是用10的幂,例如10、10³、10⁻⁶、10⁻³等,也可用数学符号%代替10⁻²,但也可以用诸如微克每克(μg/g),毫升每立方米(mL/m³)这样的单位来代替10⁻⁶,但不应使用ppm这类的缩写符号
。
>使用规则
关于单位的名称及其简称都已有明确的规定。简称在不致混淆的情况下可等效它的全称使用,习惯上只使用简称的单位可继续使用,例如在一些十进倍数单位中,如只用“
毫安”而不用“毫安培”。但也不排斥使用“毫安培”。
组合单位的名称与其符号书写的次序一致。符号中的
乘号没有对应名称,符号中的
除号对应名称为“每”,无论分母中有几个单位,“每”只在除号的地方出现一次。例如:加速度SI单位的符号是m/s²,其名称为“米每二次方秒”而不是“米每秒每秒”;电能量的常用单位符号kW·h的名称为“
千瓦时”而不是“千瓦乘小时”。
乘方形式的单位名称,其顺序是指数名称在单位的名称之前,相应指数名称由数字加“次方”二字而成。例如:断面惯性矩单位符号m⁴的名称为“四次方米”,而不是“米四次方”。
指数是-1的单位,或分子为1的单位,其名称是以“每”字开头。例如:线膨胀的系数的SI单位℃⁻¹或K⁻¹,其名称为“每摄氏度”或“每开尔文”而不是“负一次方摄氏度”或“负一次方开尔文”等。
如果长度的2次和3次幂是指面积和体积,则相应的指数名称为“平方”和“立方”,并置于长度单位的名称之前。例如:体积的SI单位符号m³的名称为“立方米”,不能称为“米立方”或“三次方米”,面积的常用单位符号km²的名称为“平方千米”不能称为“千米平方”或“二次方千米”。
选用的倍数和分数单位,一般应使数值处于0.1~1 000范围内。例如:1.2×10⁴N可写成12kN;0.00394m可写成3.94mm;11401Pa可写成11.401kPa;3.1×10⁻⁸s可写成31ns。某些场合习惯使用的单位不受上述限制。例如:
机械制图中使用的单位毫米;国土面积单位
平方千米;导线截面积使用的单位
平方毫米等。在同一个量的数值表中以及叙述文章中,为了对照方便,也可使用相同单位而不考虑数值是否处0.1~1 000范围。
词头:百、十、分、厘(h,da,d,c)一般只用于某些长度、面积、体积和其它早已习惯的场合。例如:可以用于分贝dB等。
有些国际单位制以外的单位,可以按习惯使用词头构成倍数或分数单位。在
法定计量单位中,只有吨、
升、
电子伏、分贝(只有“贝”前加词头)、
特克斯这几个单位有时加词头使用。
法定计量单位中,非
十进制单位以及摄氏温度单位按习惯不使用词头。
不得重叠使用词头。例如:不得用“微微法拉”μμF,而应代之以“皮可法拉”或“皮法”pF;不应该用“毫微米”mμm而应代之以“纳诺米“或“纳米”nm。但是如:“三千千瓦”可以用,因系“3 000 kW”的口语叙述,其中只第二个“千”是词头。
利用一部分数词作为词头的中文名称,有时带来混淆。例如:1kg和1000g在口语叙述中均为“一千克”,不能区别。在必须严格区分的情况下,1000g可读为“一零零零克”或“1千个克”。
亿(10)、万(10⁴)等数词的使用不受限制,它们也可与单位构成倍数单位,但不是词头。例如:表示运输量用的单位“万吨公里”,符号可用10⁴t·km或万t·km。
相乘形式的组合单位在加词头构成它的倍数和分数单位时,词头一般加在第一个单位上。例如:
力矩的SI单位为N·m,它的倍数和分数单位可为MN·m,kN·m,mN·m,μN·m等,而不是在m前加词头。
相除形式的组合单位,在加词头构成倍数和分数单位时,词头一般加在分子的第一个单位上。例如:
热容的SI单位为J/K,它的倍数单位可为kJ/K而不用J/mk;动量的SI单位为kg·m/s,它的倍数单位可为Mg·m/s而不kg·km/s等。
当组合单位中分母为长度、面积或体积单位时,分母中按习惯与方便也可选用词头构成组合单位的倍数和分数单位。例如:密度的SI单位为kg/m³,它的倍数单位可用g/cm³;电荷体密度的SI单位为C/m³,它的倍数和分数单位可为MC/m³,C/mm³或C/cm³等;电场强度的SI单位为V/m,它的倍数单位可以为kV/m或V/mm等。
一般不在组合单位中采用两个有词头的单位,也不在分子与分母中同时采用词头。质量的SI单位kg中的词头,在这里不作为词头对待,但g这个
分数单位不作为没有词头对待。例如:
线密度的SI单位为kg/m,可用分数单位g/km。
乘方形式的倍数或分数单位的指数,属于包括词头在内的倍数或分数单位。例如:1cm²=1×(10⁻²m)²=1×10⁻⁴m²,而1cm²≠10⁻²m²。又如:1μs⁻¹=1×(10⁻⁶s)⁻¹=10s⁻¹。
在物理
方程中,如其中所有的量都用SI单位来表示,则在计算时
方程式的形式不会产生与物理方程形式上的不同。这样可以避免差错,也避免不必要的
系数进入计算方程 。因此,建议在计算中,所有的量值都应该用SI单位表示,而
词头以相应的10的
乘方来代替。例如:均匀运动物体的速度v,时间t与所经过的距离s三者间的关系是:v=s/t。设一物体在1.5min时间内,经过的距离为9km,求速度。这里,千米与分均为
法定计量单位但不是SI单位,它们对应的SI单位为秒与米,如这三个量均以SI单位表示,则计算式将与上述关系完全一致而不带来其它系数。s=9km=9×10³m,t=1.5min=1.5×60s=90s。而v的SI单位为m/s,因此:v=s/t=9×10³m/90s=100m/s。
将SI词头中文名称的简称置于单位名称的简称之前构成中文符号时,应注意避免引起混淆,必要时使用圆括号。例如:表示旋转频率的
量值不得写为3千秒⁻¹。如表示“三每千秒”应写成“3(千 秒)⁻¹”,这里“千”为词头;如表示“三千每秒”,应写成“3千(秒)⁻¹”,这里“千”为数词。表示体积量值不得写为2千米³。如表示“二立方千米”,应写成“2(千米)³”,这里,“千”为词头;如表示“二千立方米”,应写“2千(米)³”,这里“千”为数词。
>单位
>基本单位
物理量名称 | 物理量符号 | 物理量单位 | 单位的名称 | 单位的符号 | 单位定义 |
| t | 1s | | s | 1秒是铯-133原子在基态下的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的时间 |
| L | 1m | | m | 1米是 光在 真空中在(299792458)⁻¹s内的行程 |
| m | 1kg | | kg | 1千克是 普朗克常量为6.62607015×10⁻³⁴J·s(6.62607015×10⁻³⁴kg·m²·s⁻¹)时的质量 |
| Ι | 1A | | A | 1安培是1s内通过(1.602176634)⁻¹×10个元电荷所对应的电流,即1安培是某点处1s内通过1库伦电荷的电流, 1A = 1C/s. |
| T | 1K | | K | 1开尔文是玻尔兹曼常数为1.380649×10J·K⁻¹ (1.380649×10⁻²³kg·m²·s⁻²·K⁻¹)时的热力学温度 |
| n(ν) | 1mol | | mol | 1摩尔是精确包含6.02214076×10²³个原子或分子等基本单元的系统的物质的量 |
| I(Iv) | 1cd | | cd | 1坎德拉是一光源在给定方向上发出 频率为540×10^12s⁻¹的单色辐射,且在此方向上的辐射强度为(683)⁻¹kg·m²·s⁻³时的发光强度 |
注:1. 人们生活和贸易中,质量可能误认为是重量,实际上重量的单位是1N,而质量的单位是1kg。 2. 单位的名称和单位的符号两栏,前为单位后缀的中文符号,后为单位后缀的国际符号。例:“安培”可作为“A”的中文符号使用。括号内的字,为前者的同义语。 3.kg(kilogram)的曾用名:G(Grave)。 |
①
长度单位——米(m)。1889年第1届国际计量大会批准
国际米原器(铂铱米尺)的长度为1米。1927年第7届计量大会又对米定义作了如下严格的规定:
国际计量局保存的铂铱米尺上所刻两条中间刻线的轴线在 0℃时的距离(铂铱米尺是一根横截面近似为
H形的尺子,在其中间横肋两端表面上各刻有3条与尺子纵向垂直的线纹,中间刻线是指每3条线纹的中间刻线)。这根尺子保存在1标准
大气压下,放在对称地置于同一水平面上并相距571mm的两个直径至少为1cm的
圆柱上。
上述对于米的定义有一个不确定度,约为1×10⁻⁷。由于科学技术的发展,它 不能满足计量学和其他
精密测量的需要。在20世纪50年代,随着
同位素光谱光源的发展,发现了宽度很窄的氪-86同位素谱线,加上
干涉技术的成功,人们终于找到了一种不易毁坏的
自然基准,这就是以光波波长作为
长度单位的自然基准。
于是,1960年第11届国际计量大会对米的定义更改如下:“米的长度等于氪-86原子的2p
10和5d
5能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍。” 氪-86长度基准的极限不确定度为±4×10⁻⁹。米的定义更改后,
国际米原器仍按原规定的条件保存在国际计量局。
由于饱和吸收稳定的激光具有很高的
频率稳定度和
复现性,同氪-86的波长相比,它们的波长更易复现,精度也可能进一步提高。因此,在1973年和1979年两次米定义咨询委员会会议上,又先后推荐了4种稳定激光的波长值,同氪-86的波长并列使用,具有同等的
准确度。
1973年以来,已
精密测量了从红外
波段直至
可见光波段的各种
谱线的频率值。根据甲烷谱线的频率和
波长值
v和
λ,得到了
真空中的
光速值 с=
λv=299792458米/秒。这个值是非常精确的,因此人们又决定把这个光速值取为定义值,而长度
l(或波长)的定义则由时间
t(或频率)通过公式
l=с
t(或
λ=с/
v)导出。1983年10月第17届国际计量大会正式通过了如下的新定义:
“1米是光在真空中在(299792458)⁻¹s内的行程”。
旧定义:1790年5月由法国科学家组成的特别委员会,建议以通过巴黎的地球
子午线全长的四千万分之一作为长度单位——米。
②
质量单位——千克(kg)。1889年第1届国际计量大会批准了
国际千克原器,并宣布今后以这个原器为质量单位。
为了避免“重量”一词在通常使用中意义发生含混,1901年第3届国际计量大会中规定:
千克是质量(而非重量)的单位,它等于国际千克原器的质量。这个铂铱千克原器按照1889年第 1届国际计量大会规定的条件,保存在国际计量局。
新定义:
佐治亚理工学院物理学分校的名誉退休教授罗纳德·福克斯提议从今以后克(一千分之一千克)将被严格地定义成18×14074481个C-12
原子的重量。至少有两个重新定义千克的其他提议正在讨论中。它们包括:1°用纯硅原子球体取代
铂金和
铱混合
圆柱体;2°利用已知的“瓦特天平”装置,并利用
电磁能定义千克。
旧定义:1升的纯水在4℃的质量为1kg。
2018年11月16日,国际计量大会通过决议,1千克被定义为“对应普朗克常数 为6.62607015×10⁻³⁴J·s (6.62607015×10⁻³⁴kg·m²·s⁻¹)时的质量”。
③
时间单位——秒(s)。最初,
时间单位“秒”被定义为
平均太阳日的 1/86400。“平均太阳日”的精确定义留待天文学家制定。但是测量表明,平均太阳日不能保证必要的
准确度。为了比较精确地定义时间单位,1960年第11届国际计量大会批准了国际天文学协会规定的以
回归年为根据的定义:“秒为1900年1月0日历书时12时起算的回归年的1/31556925.9747。” 但是,这个定义的
精确度仍不能满足当时的
精密计量学的要求,于是,1967年第13届国际计量大会又根据当时原子能级跃迁测量技术的水平,决定将秒的定义更改如下:
“1秒是铯-133原子在基态下的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的时间”。
④
电流强度单位——安培(A)。电流和
电阻的所谓“国际”电学单位,是1893年在芝加哥召开的
国际电学大会上所引用的。而“国际”安培和“国际”欧姆的定义,则是1908年伦敦国际代表会议所批准的。
虽然1933年在第 8届国际计量大会期间,已十分明确地一致要求采用所谓“绝对”单位来代替这些“国际”单位,但是直到1948年第 9届国际计量大会才正式决定废除这些“国际”单位,而采用下述电流强度单位的定义:
在真空中相距1米的两无限长而圆截面可忽略的平行直导线内通过一恒定电流,若这恒定电流使得这两条导线之间每米长度上产生的力等于2×10⁻⁷N(牛顿),则这个恒定电流的电流强度就是1A(安培)。
2018年11月16日,国际计量大会通过决议,1安培被定义为“1s内通过(1.602176634)⁻¹×10^19个电子电荷所对应的电流” ⑤
热力学温度单位——开尔文(K)。1954年第10届国际计量大会规定了
热力学温度单位的定义,它选取水的
三相点为基本定点,并定义其温度为273.16K。1967年第 13届国际计量大会通过以开尔文的名称(符号K)代替“开氏度”(符号K),其正式定义是:
热力学温度单位
开尔文,是水三相点热力学温度的 1/273.16。同时,大会也决定用单位开尔文及其符号K表示温度间隔或
温差。
除了以开尔文表示的热力学温度(符号T,见
热力学温标)外,也使用由式
t=T-T0
定义的
摄氏温度(符号
t)。式中
T0=273.15K是水的
冰点的热力学温度,它同水的三相点的热力学温度相差0.01K(开尔文)。摄氏温度的单位是摄氏度(符号℃)。因此,“摄氏度”这个单位同单位“开尔文”相等。摄氏温度间隔或温差用摄氏度表示。
按照热力学温度单位开尔文的定义,对温度进行绝对测量,必须借助热力学温度计,例如借助
气体温度计。
从理论上来说,热力学温标是合理的,但具体实现却非常困难。因此,国际上决定采用实用温标,这种实用温标不能代替热力学温标,而是根据当时测量技术的水平尽可能提高准确度,逼近热力学温标。根据实用性的要求,还应在国际上进行统一。
1927年第 7届国际计量大会通过了第一个
国际温标。这个国际温标在1948年进行了修改,由1960年第11届国际计量大会定名为 1948年国际实用温标(代号为IPTS-48)。后来又有了IPTS-48的1960年修订版。修订版的固定点温度值仍保持1948年的值。
1968年国际计量委员会又通过了新的
国际实用温标,它同所知的最佳热力学结果相符。这个温标的代号为IPTS-68。它是建立在下列两点的基础上的:首先,有11个可以复现的固定点,在13.81K到1337.58K范围内规定用气体温度计测定固定点的温度值;其次,规定用标准仪器(13.81K到903.89K为
铂电阻温度计,903.89K到1337.58K为铂铑铂热电偶,1337.58K以上用光谱高温计和常数
с2=0.014338m·K),根据规定的固定点进行分度(见
温度测量)。
特别需要注意的是:水的三相点不是冰点,冰点与气压和水中的
溶质有关(比如空气),三相点只与水本身的性质有关。由此推算出的1K的大小与1℃相等,且水在101.325kPa下的熔点约为273.15K。
2018年11月16日,国际计量大会通过决议,1开尔文被定义为“对应玻尔兹曼常数 为1.380649×10⁻²³J·K⁻¹ (1.380649×10⁻²³kg·m²·s⁻²·K⁻¹)时的热力学温度”。
⑥
物质的量单位——摩尔(mol)。这个单位同
原子量有密切关系。最初,“原子量”是以化学元素O(氧)的原子量(规定为16)为标准。但是化学家是把O(氧)的同位素O-16、O-17、O-18的混合物,即天然氧元素的数值定为16。而物理学家则是把氧的一种同位素即氧-16的数值定为16,两者很不一致。
国际计量委员会根据国际纯粹与应用物理联合会、国际纯粹与应用化学联合会及
国际标准化组织的建议,于 1967年制定并于 1969年批准了摩尔的定义,最后由1971年第14届国际计量大会通过,其定义为:
摩尔是一系统的物质的量,该系统中所包含的基本单元数与0.012kg C-12的原子数目相等。
在使用摩尔时
基本单元应予以指明,它可以是
原子、
分子、离子、电子以及其他粒子;或是这些粒子的特定组合。摩尔的这个定义同时严格明确了以摩尔为单位的量的性质。
根据科学测定,12g C-12所含的C原子数约为 6.0220943×
10²³。用符号N
A表示,称
阿伏加德罗常数。
定义:凡是含有阿伏加德罗常数个结构
微粒(约6.022×
10²³)的物质,其物质的量为1mol(摩尔)。
2018年11月16日,国际计量大会通过决议,1摩尔被定义为“精确包含6.02214076×10²³个原子或分子等基本单元的系统的物质的量”。与此同时修改了阿伏伽德罗常量
为6.02214076×
10²³mol
⁻¹。
⑦
发光强度单位——坎德拉 (cd)。各国所用的以
火焰或
白炽灯丝基准为根据的
发光强度单位,于1948年改为“
新烛光”。这一决定是
国际照明委员会(CIE)和
国际计量委员会在1937年以前作出的。国际计量委员会根据1933年第8届国际计量大会授予的权力,在1946年的会议上予以颁布。1948年第 9届
国际计量大会批准了国际计量委员会的这一决定,并同意给这个发光强度单位一个新的国际名称“坎德拉”(符号cd)。1967年第13届计量大会正式通过了下列修改定义:
1cd(坎德拉)是在101325N/m²(牛顿每平方米)
压力下,处于铂
凝固温度的
黑体的 1/60000m²(平方米)表面在垂直方向上的发光强度。
上述定义一直沿用至1979年。在使用中发现,各国的实验室利用黑体
实物原器复现cd(坎德拉)时,相互之间发生较大的差异。在此期间,
辐射测量技术发展迅速,其精度已能同
光度测量相比,可以直接利用辐射测量来复现cd(坎德拉)。鉴于这种情况,1977年国际计量委员会明确
发光度量和
辐射度量之间的比值,规定频率为540×10^12Hz(
赫兹)的
单色辐射的
光谱光效率为 683lm/W(流明每瓦特)。这一数值对于明视觉光已足够准确;而对暗视觉光,也只有约3%的变化。
1979年10月召开的第16届计量大会上正式决定,废除1967年的定义,对cd(坎德拉)作了如下的新定义:
“1坎德拉为一光源在给定方向上发出频率为540×10^12s⁻¹的单色辐射,且在此方向上的辐射强度为(683)
⁻¹kg·m²·s⁻³时的发光强度”。
定义中的540×10^12Hz(赫兹)辐射波长约为555nm,是人眼感觉最灵敏的
波长。
2018年11月16日,国际计量大会通过了决议,国际单位制中的3个基本单位(千克、开尔文、安培)改由自然常数来定义,并于2019年国际计量日(5月20日)起正式生效。至此,国际单位制7个基本单位将全部由基本物理常数定义,量值的实现进入了量子化时代。 >辅助单位
>导出单位
SI导出单位是由SI基本单位或
辅助单位按
定义式导出的,其数量很多。其中,具有专门名称的SI导出单位总共有19个。有17个是以杰出科学家的名字命名的,如
牛顿、
帕斯卡、
焦耳等,以纪念他们在本学科领域里作出的贡献。它们本身已有专门名称和特有符号,这些专门名称和符号又可以用来组成其他导出单位,从而比用基本单位来表示要更简单一些。同时,为了表示方便,这些
导出单位还可以与其他单位组合表示另一些更为复杂的导出单位。
下面是具有专门名称的一些导出单位的定义。
赫兹(频率的单位)——周期为 1s(秒)的周期现象的频率为1Hz(赫兹),即1Hz=1s⁻¹。
牛顿(力的单位)——使1kg(千克)质量产生1m/s²(米每二次方秒)加速度的力,即1N=1kg·m/s²。
帕斯卡(压强单位)——每m²(平方米)面积上 1N(牛顿)力的压力,即1Pa=1N/m²。
焦耳(能或功的单位)——1 N(牛顿)力的作用点在力的方向移动1m(米)距离时所作的
功,即1J=1N·m。
瓦特(功率单位)——1s(秒)内给出1J(焦耳)能量的功率,即1W=1J/s。
库仑(电量单位)——1A(安培)电流在1s(秒)内所运送的
电量,即1C=1A·s。
伏特(电位差和电动势单位)——在流过 1A(安培)恒定电流的
导线内,两点之间所消耗的功率若为1W(瓦特),则这两点之间的
电位差为1V(
伏特),即1V=1W/A。
法拉(电容单位)——给
电容器充1C(库仑)电量时,二极板之间出现1V(伏特)的电位差,则这个电容器的
电容为1F(
法拉),即1F=1C/V。
欧姆(电阻单位)——在
导体两点间加上 1V(伏特)的恒定电位差,若导体内产生1A(
安培)的恒定电流,而且导体内不存在任何其他
电动势,则这两点之间的电阻为1Ω(
欧姆),即1Ω=1V/A。
西门子(电导单位)——Ω(欧姆)的负一次方,即1S=1Ω⁻¹。
亨利(电感单位)——让流过一个
闭合回路的电流以1A/s(安培每秒)的
速率均匀变化,如果回路中产生1V(伏特)的电动势,则这个回路的
电感为1H(亨利),即1H=1V·s/A。
韦伯(磁通量单位)——让只有
一匝的
环路中的
磁通量在1s(秒)内均匀地减小到零,如果因此在环路内产生1V(伏特)的电动势,则环路中的磁通量为1(
韦伯),即1Wb=1Vs。
特斯拉(磁感应强度或
磁通密度单位)——每m²(平方米)内磁通量为1Wb(韦伯)的
磁感应强度,即1 T=1 Wb/m²。
流明(光通量单位)——发光强度为 1cd(坎德拉)的均匀点光源向sr(球面度内单位立体角)发射出去的光通量,即1 lm=1 cd·sr。
勒克斯(光照度单位)——每m²(平方米)为 1lm(流明)
光通量的
光照度,即1 lx=1lm/m²。
戈瑞(比授予能单位)——授予1kg(千克)受照物质以1J(焦耳)能量的
吸收剂量,即1Gy=1J/kg
。
希沃特(剂量当量)——每kg(千克)产生1J(焦耳)的
剂量当量,即1Sv=1J/kg。
弧度(rad)和
球面度(sr)(纯系几何单位),已并入导出单位。其定义如下:
弧度(rad)——一个
圆内两条半径之间的
平面角。这两条半径在圆周上截取的
弧长与半径相等。
球面度(sr)——一个
立体角,其顶点位于球心,而它在球面上所截取的面积等于以球半径为
边长的
正方形的面积
。
>国际单位制词头
国际单位制词头表名称词头 | 符号 词头 | 中文 词头 | 英文 | 科学 计数法 | 词源释义 | 类型 | 名称示例(以米为例) | 符号示例(以米为例) |
|---|
yotta | Y | 尧〔它〕 | Septillion | 1×10²⁴ | 意思是“倒数第二个符号”(Y)和“八”(otta) | 整数单位 | yottametre | Ym |
zetta | Z | 泽〔它〕 | Sextillion | 1×10²¹ | 意思是“最后一个符号”(Z) | 整数单位 | zettametre | Zm |
exa | E | 艾〔可萨〕 | Quintillion | 1×10¹⁸ | 意思是“六”(hexa) | 整数单位 | exametre | Em |
peta | P | 拍〔它〕 | Quadrillion | 1×10¹⁵ | 意思是“五”(penta),模仿希腊语中的写法而成为公制单位 | 整数单位 | petametre | Pm |
tera | T | 太〔拉〕 | Trillion | 1×10¹² | 意思是"四“ (tetra) | 整数单位 | terametre | Tm |
giga | G | 吉〔咖〕 | Billion | 1×10⁹ | 意思是“十亿” | 整数单位 | gigametre | Gm |
mega | M | 兆 | Million | 1×10⁶ | 意思是“百万” | 整数单位 | megametre | Mm |
myria | ma | 万 | Ten-thousand | 1×10⁴ | 意思是“数不尽”(myriad) | 整数单位 | myriametre | mam |
kilo | k | 千 | Thousand | 1×10³ | 意思是“千” | 整数单位 | kilometre | km |
hecto | h | 百 | Hundred | 1×10² | 也写作hecta,通常作为公制单位合成词的前缀,意思是“百” | 整数单位 | hectometre | hm |
deca | da | 十 | Ten | 1×10 | 也写作deka,通常作为公制单位合成词的前缀,意思是“十” | 整数单位 | decametre | dam |
| One | 1 |
| metre | m |
deci | d | 分 | Tenth | 1×10⁻¹ | 意思是“分、十分之一” | 小数单位 | decimetre | dm |
centi | c | 厘 | Hundredth | 1×10⁻² | 意思是“厘、百分之一” | 小数单位 | centimetre | cm |
milli | m | 毫 | Thousandth | 1×10⁻³ | 意思是“毫、千分之一” | 小数单位 | millimetre | mm |
myrio | mo |
| Ten-thousandth | 1×10⁻⁴ |
| 小数单位 | myriometre | mom |
micro | μ | 微 | Millionth | 1×10⁻⁶ | 意思是“微小” | 小数单位 | micrometre | μm |
nano | n | 纳〔诺〕 | Billionth | 1×10⁻⁹ | 意思是“侏儒”,这个单位常出于电子学或其它科学领域 | 小数单位 | nanometre | nm |
pico | p | 皮〔可〕 | Trillionth | 1×10⁻¹² | 意思是“小型” | 小数单位 | picometre | pm |
femto | f | 飞〔母托〕 | Quadrillionth | 1×10⁻¹⁵ | 意思是“十五” | 小数单位 | femtometre | fm |
atto | a | 啊〔托〕 | Quintillionth | 1×10⁻¹⁸ | 意思是“十八” | 小数单位 | attometre | am |
zepto | z | 仄〔普托〕 | Sextillionth | 1×10⁻²¹ | 意思是“七”(1000⁻⁷,位数太多的单位常用1000作底数) | 小数单位 | zeptometre | zm |
yocto | y | 幺〔科托〕 | Septillionth | 1×10⁻²⁴ | 意思是“八”(1000⁻⁸) | 小数单位 | yoctometre | ym |
由于历史遗留问题,质量的国际单位“1kg”中,已包含国际单位制词头“k”,所以质量的国际单位制词头加在“g”前。如用“1mg”而不得用“1μkg”。 |
>地位
国际单位制是
计量学研究的基础和核心。特别是七个基本单位的
复现、保存和
量值传递是计量学最根本的研究课题。
>物理量
>单位制
物理学是一门实验科学,它的理论建立在实验观测上。实验观测离不开物理量的测量,为了
定量地表明观测量值的大小,对于同一类物理量(例如长度),需要选出一个特定的量作为单位(例如1米),这一类中的任何其他量,都可以用这个单位和一个数的乘积来表示,这个数就称为该
物理量以上述特定的量作为单位时的数值。
物理学在历史上曾建立过多种单位制体系。1971年后,建立了以7个基本量为基础的国际单位制
。
各种物理量通过描述
自然规律的
方程及新物理量的定义而彼此相互联系。为了方便,通常在其中选取一组互相独立的物理量,作为
基本物理量,其他量则根据基本量和有关方程来表示,称为导出量。
物理学中人们最早研究的分支是力学。在力学范畴内,首先建立了以长度、质量和时间为基本物理量的单位制,就是人们所熟悉的厘米·克·秒(CGS)制。
为了国际上的贸易、工业以及科学技术交往的需要,1875年在巴黎由17国外长制定了米制公约。米制公约中规定:长度以米为单位,质量以千克(
公斤)为单位,时间以秒为单位。这种单位制称为米·千克·秒制。
随着
电磁学、
热力学、光辐射学和
微观物理学的发展,基本物理量逐渐由3个扩展到7个。建立了在米·千克·秒制基础上发展起来的单位制,它得到1960年第11届
国际计量大会的确认,称为国际单位制(简称SI)。
国际单位制的构成原则比较科学,大部分单位都很实用,并且涉及所有专业领域。普遍推广国际单位制,可以消除因多种单位制和单位并存而造成的混乱,节省大量的人力和
物力,有利于促进国民经济和国际交往的进一步发展。
当今绝大部分工业发达国家都积极地推广国际单位制,原来采用
英制的国家也决定放弃英制,采用或准备采用国际单位制。
由于在物理学中,特别是
理论物理学中,有时需要使用厘米克秒制单位及其发展的
电磁单位,所以厘米克秒单位制仍作为一种保留使用的单位制。
国际计量委员会认为,在使用厘米克秒制时,一般最好不与国际制单位并用。
在
粒子物理学中,仍广泛采用一种特殊的单位制,即
自然单位制。在自然单位制中,把
基本物理常数h(
普朗克常数除以2
π)和с(
光速)都取作1。于是,基本物理量可以减少,从而能够选用能量作为基本物理量。在同粒子物理密切相关的其他物理学科中,有时也采用自然单位制
。
厘米·克·秒制(CGS制)。在物理学的许多书籍和论文中,尤其是在理论物理学中,仍广泛采用厘米克秒制(CGS制)。这种单位制选用厘米、克和秒作为它的基本单位。厘米克秒制有一个方便之处,就是1立方厘米的水,在其最大密度时具有近似为1克的质量。这种单位制是在英国科学进展协会标准委员会的倡导下建立的。三个基本单位决定后,按照一贯性的要求可以确定所有其他单位,即导出单位。但当涉及
电磁现象时,导出单位的确立有两条不同的途径。一条途径的出发点是两个
磁极之间的作用力反比于距离平方,另一条途径的出发点是两个电荷之间的
作用力反比于距离平方。W.
韦伯于1851年循着这两条途径得到了两种一贯性的“绝对”单位制。根据电荷的
静电相互作用建立的叫做绝对静电制单位(CGSE),而根据磁相互作用建立的叫做绝对电磁制单位(CGSM)。
在只限于力学量和电学量的单位时,国际单位制中包括了电流作为基本单位,即共有四个基本单位。而在厘米·克·秒制中,则只有三个基本单位,电流作为导出单位。
国际单位制采纳了一些当年英国科学进展协会建议采用的所谓的“实用单位”(其中包括一些导出单位)。例如
电阻单位为
欧姆,
电动势单位为
伏特,它们分别等于相应的CGSM制单位的10和10倍。英国科学进展协会的建议是在1881年获得巴黎第 1届
国际电学大会批准的。大会还引入了电流的实用单位
安培,它等于相应的CGSM制单位的十分之一。后来又引入了电荷实用单位
库仑和
电容实用单位
法拉。
人们为实用单位建立了欧姆实物基准(
汞柱)、伏特实物基准(韦斯顿电池)和安培实物基准(银电解式电量计),它们都作为
副基准使用。1893年
芝加哥国际电学大会根据这些实物基准,对欧姆、伏特和安培给予了“法定”定义。1908年在伦敦召开的国际电学大会又决定在
计量学中采用以欧姆和安培的实物基准为依据的一整套的所谓“国际电学单位制”。
1948年第 9届
国际计量大会正式通过了米·千克·秒·安培的单位制,这就是国际单位制的基础
。
>单位表
物理量名称 | 单位名称 | 导出单位表示 | 符号 | 单位符号 | 导出单位定义 |
|---|
面积 | A ( S ) | 平方米 | m² |
|
|
体积 | V | 立方米 | m³ |
|
|
速度 | v | 米每秒 | m/s |
|
|
加速度 | a | 米每秒平方 | m/s² |
|
|
| ω | 弧度每秒 | rad/s |
|
|
频率 | f ( v ) | 赫(赫兹) | Hz | 1 Hz=1s⁻¹ | 周期为1秒的周期现象的频率 |
密度 | ρ | 千克每立方米 | kg/m³ |
|
|
力 | F | 牛(牛顿) | N | 1 N=1kg·m/s² | 使1千克质量产生1米/秒²加速度的力 |
| M | 牛(牛顿)米 | N·m |
|
|
| P | 千克米每秒 | kg·m/s |
|
|
| p | 帕(帕斯卡) | Pa | 1 Pa=1 N/m² | 每平方米面积上1牛的压力 |
功、能(能量) | W(A) | 焦(焦耳) | J | 1 J=1 N·m | 1牛力的作用点在力的方向上移动1米距离所做的功 |
E |
功率 | P | 瓦(瓦特) | W | 1 W=1 J/s | 1秒内给出1焦能量的功率 |
电荷(电荷量) | Q | 库(库仑) | C | 1 C=1 A·s | 1安电流在1秒内所运送的电量 |
| E | 伏(伏特)每米 | V/m |
|
|
| U ( V ) | 伏(伏特) | V | 1 V=1 W/A 1 V=1 N·m/C | 在流过1安恒定电流的导线内,二点之间所消耗的功率若为1瓦,则两点之间的电位差为1伏 |
| C | 法(法拉) | F | 1 F=1 C/V | 给电容器充1库电量时,二板极之间出现1伏的电位差,则电容器的电容为1法 |
| R | 欧(欧姆) | Ω | 1 Ω=1 V/A | 在导体两点间加上1伏的恒定电位差,若导体内产生1安的恒定电流,且导体内不存在其他电动势,则两点之间的电阻为1欧 |
| ρ | 欧(欧姆)米 | Ω·m |
|
|
| B | 特(特斯拉) | T | 1 T=1 Wb/m² | 每平方米内磁通量为1韦的磁通密度 |
| Φ | 韦(韦伯) | Wb | 1 Wb=1 V·s | 让只有1匝的环路中的磁通量在1秒钟内均匀地减小到零,若因此在环路内产生1伏的电动势,则环路中的磁通量为1韦 |
| L | 亨(亨利) | H | 1 H= 1 Wb/A | 让流过一个闭合回路的电流以1安/秒的速率均匀变化,则回路的电感为1亨 |
|
| 西(西门子) | S | 1 S= 1Ω⁻¹ | 欧姆的负一次方 |
|
| 流(流明) | lm | 1 lm=1 cd·sr | 发光强度为1坎的均匀点光源向单位立体角(球面度内)发射出的光通量 |
|
| 勒(勒克斯) | lx | 1 lx=1 lm/m² | 每平方米为1流光通量的光照度 |
|
| 贝可(贝可勒尔) | Bq | 1 Bq=1 s⁻¹ | 1秒内发生1次自发核转变或跃迁 |
|
| 戈(戈瑞) | Gy | 1 Gy=1 J/kg | 授予1千克受照物质以1焦能量的吸收剂量 |
温度 | t | 摄氏度(华氏度) | ℃(℉) |
| 物体的冷热程度 |
| c | 焦每千克摄氏度 | J/(kg*℃) |
| 物体的吸放热能力 |
| q | 焦每千克 | J/kg |
| 燃料燃烧的放热能力 |
注:1. 圆括号中的名称和符号,是前面的名称和符号的同义词。 2. 圆括号中的字,在不致引起混淆、误解的情况下,可省略。去掉括号中的字,即为其名称的简称。 |