Maailmassa on ollut ja on edelleen monia erilaisia mittausjärjestelmiä. Niiden avulla ihmiset voivat vaihtaa erilaista tietoa esimerkiksi asioidessaan, määrätessään lääkkeitä tai laatiessaan ohjeita teknologian käyttöön. Sekaannusten välttämiseksi kehitettiin kansainvälinen fyysisten määrien mittausjärjestelmä.
Mikä on fyysisten suureiden mittausjärjestelmä?
Tällaista käsitettä kuin fysikaalisten suureiden yksikköjärjestelmä tai yksinkertaisesti SI-järjestelmä, löytyy usein paitsi koulun fysiikan ja kemian tunneista, myös arjesta. Nykymaailmassa ihmiset tarvitsevat enemmän kuin koskaan tiettyjä tietoja - esimerkiksi aika, paino, tilavuus - ilmaistakseen objektiivisimmalla ja jäsennellyimmällä tavalla. Tätä varten luotiin yhtenäinen mittausjärjestelmä - joukko virallisesti hyväksyttyjä mittayksiköitä, joita suositellaan käytettäväksi jokapäiväisessä elämässä jatiede.
Mitä mittausjärjestelmiä oli olemassa ennen SI-järjestelmän tuloa
Toimenpiteiden tarve on tietysti aina ollut ihmisessä, mutta pääsääntöisesti nämä toimenpiteet eivät olleet virallisia, vaan ne määriteltiin improvisoidun materiaalin avulla. Tämä tarkoittaa, että niillä ei ollut standardia ja ne voivat vaihdella tapauskohtaisesti.
Eloisa esimerkki on Venäjällä käyttöön otettu pituusmittajärjestelmä. Jännitys, kyynärpää, arshin, sazhen - kaikki nämä yksiköt sidottiin alun perin kehon osiin - kämmen, kyynärvarsi, ojennettujen käsivarsien välinen etäisyys. Tietysti lopulliset mittaukset olivat tämän seurauksena epätarkkoja. Myöhemmin v altio pyrki standardoimaan tämän mittausjärjestelmän, mutta se jäi silti epätäydelliseksi.
Muissa maissa oli omat fyysisten määrien mittausjärjestelmät. Esimerkiksi Euroopassa englantilainen mittajärjestelmä oli yleinen - jalat, tuumat, mailit jne.
Mihin tarvitsemme SI-järjestelmää?
XVIII-XIX vuosisadalla globalisaatioprosessi aktivoitui. Yhä useammat maat alkoivat luoda kansainvälisiä yhteyksiä. Lisäksi tieteellinen ja teknologinen vallankumous on saavuttanut huippunsa. Tiedemiehet ympäri maailmaa eivät voineet tehokkaasti jakaa tieteellisen tutkimuksensa tuloksia, koska he käyttivät erilaisia järjestelmiä fysikaalisten määrien mittaamiseen. Suurelta osin tällaisten maailman tiedeyhteisön välisten suhteiden rikkomusten vuoksi eri tutkijat "löydivät" useita kertoja fysikaalisia ja kemiallisia lakeja, mikä haittasi suuresti tieteen ja teknologian kehitystä.
Siksi tarvittiin yhtenäinen fyysisten yksiköiden mittausjärjestelmä, jonka avulla tutkijat ympäri maailmaa voisivat vertailla työnsä tuloksia ja optimoida maailmankaupan prosessia.
Kansainvälisen mittausjärjestelmän historia
Fysikaalisten määrien jäsentämiseksi ja fyysisten suureiden mittaamiseksi on tullut välttämättömäksi yksikköjärjestelmä, joka on sama koko maailmanyhteisölle. Kuitenkin sellaisen järjestelmän luominen, joka täyttäisi kaikki vaatimukset ja olisi objektiivisin, on todella vaikea tehtävä. Tulevan SI-järjestelmän perustana oli metrijärjestelmä, joka yleistyi 1700-luvulla Ranskan vallankumouksen jälkeen.
Lähtöpisteeksi, josta kansainvälisen fyysisten suureiden mittausjärjestelmän kehittäminen ja parantaminen alkoi, voidaan pitää 22. kesäkuuta 1799. Juuri tänä päivänä hyväksyttiin ensimmäiset standardit - metri ja kilogramma. Ne tehtiin platinasta.
Tästä huolimatta kansainvälinen yksikköjärjestelmä hyväksyttiin virallisesti vasta vuonna 1960 ensimmäisessä paino- ja mittakonferenssissa. Se sisälsi kuusi fysikaalisten suureiden perusmittayksikköä: sekunti (aika), metri (pituus), kilogramma (massa), kelvin (termodynaaminen lämpötila), ampeeri (virta), kandela (valon intensiteetti).
Vuonna 1964 niihin lisättiin seitsemäs arvo - mooli, joka mittaa aineen määrää kemiassa.
Lisäksi on olemassa myösjohdettuja yksiköitä, jotka voidaan ilmaista perusyksiköillä käyttämällä yksinkertaisia algebrallisia operaatioita.
SI-perusyksiköt
Koska fysikaalisten suureiden järjestelmän perusyksiköiden oli oltava mahdollisimman objektiivisia eivätkä ne saa riippua ulkoisista olosuhteista, kuten paineesta, lämpötilasta, etäisyydestä päiväntasaajasta ja muista, niiden määritelmien ja standardien muotoilun piti kohdellaan perusteellisesti.
Katsotaan kutakin fysikaalisten suureiden mittausjärjestelmän perusyksikköä tarkemmin.
Toinen. Ajan yksikkö. Tämä on suhteellisen helppo ilmaista, koska se liittyy suoraan Maan Auringon ympäri tapahtuvaan kiertokulkuun. Sekunti on 1/31536000 vuodessa. On kuitenkin olemassa monimutkaisempia tapoja mitata standardisekuntia, joka liittyy cesiumatomin säteilyjaksoihin. Tämä menetelmä minimoi virheen, jota tieteen ja tekniikan nykyinen kehitystaso vaatii
Metteri. Pituuden ja etäisyyden mittayksikkö. Eri aikoina mittaria yritettiin ilmaista osana päiväntasaajaa tai matemaattisen heilurin avulla, mutta kaikki nämä menetelmät eivät olleet riittävän tarkkoja, joten lopullinen arvo saattoi vaihdella millimetreissä. Tällainen virhe on kriittinen, joten tutkijat ovat pitkään etsineet tarkempia tapoja määrittää mittarin standardi. Tällä hetkellä yksi metri on valon kulkeman polun pituus (1/299 792 458) sekunneissa
Kilogramma. Massayksikkö. Tähän mennessä kilo on ainoa todellisen standardin kautta määritelty määrä, jokasäilytetään kansainvälisen paino- ja mittatoimiston päämajassa. Ajan myötä standardi muuttaa hieman massaansa korroosioprosessien sekä pölyn ja muiden pienten hiukkasten kerääntymisen vuoksi sen pinnalle. Siksi sen arvoa on tarkoitus ilmaista lähitulevaisuudessa fysikaalisten perusominaisuuksien kautta
- Kelvin. Termodynaamisen lämpötilan mittayksikkö. Kelvin on yhtä suuri kuin 1/273,16 veden kolmoispisteen termodynaamisesta lämpötilasta. Tämä on lämpötila, jossa vesi on kolmessa tilassa kerralla - nestemäisessä, kiinteässä ja kaasumaisessa. Celsius-asteet muunnetaan kelvineiksi kaavalla: t K \u003d t C ° + 273
- Amp. Virran voimakkuuden yksikkö. Muuttumaton virta, jonka kulkiessa kahden rinnakkaisen suoran johtimen läpi, joilla on pienin poikkipinta-ala ja ääretön pituus ja jotka sijaitsevat 1 metrin etäisyydellä toisistaan (voima 2 10-7syntyy näiden johtimien jokaisessa osassa H), on yhtä suuri kuin 1 ampeeri.
- Candela. Valon voimakkuuden mittayksikkö on lähteen kirkkaus tietyssä suunnassa. Tietty arvo, jota käytetään harvoin käytännössä. Yksikön arvo johdetaan säteilytaajuuden ja valon energiaintensiteetin kautta.
- Moth. Aineen määrän yksikkö. Tällä hetkellä mooli on yksikkö, joka on erilainen eri kemiallisille alkuaineille. Se on numeerisesti yhtä suuri kuin tämän aineen pienimmän hiukkasen massa. Jatkossa on tarkoitus ilmaista täsmälleen yksi mooli Avogadron numerolla. Tätä varten on kuitenkin tarpeen selvittää itse numeron merkitys. Avogadro.
SI-etuliitteet ja mitä ne tarkoittavat
Fysikaalisten suureiden perusyksiköiden käytön helpottamiseksi SI-järjestelmässä käytännössä otettiin käyttöön luettelo universaaleista etuliitteistä, joiden avulla muodostetaan murto- ja moninkertaiset yksiköt.
Johdetut yksiköt
Fysikaalisia suureita on luonnollisesti paljon enemmän kuin seitsemän, mikä tarkoittaa, että tarvitaan myös yksiköitä, joissa nämä suureet tulisi mitata. Jokaiselle uudelle arvolle johdetaan uusi yksikkö, joka voidaan ilmaista perusyksiköillä käyttämällä yksinkertaisimpia algebrallisia operaatioita, kuten jako- tai kertolaskua.
On mielenkiintoista, että johdetut yksiköt on yleensä nimetty suurten tiedemiesten tai historiallisten henkilöiden mukaan. Esimerkiksi työn yksikkö on Joule tai induktanssin yksikkö Henry. On monia johdettuja yksiköitä – yhteensä yli kaksikymmentä.
Järjestelmän ulkopuoliset yksiköt
Huolimatta SI-järjestelmän fysikaalisten suureiden yksiköiden laajasta ja laajalle levinneestä käytöstä, ei-järjestelmän mittayksiköitä käytetään edelleen käytännössä monilla toimialoilla. Esimerkiksi merenkulussa - merimaili, koruissa - karaatti. Arkielämässä tunnemme sellaisia ei-systeemisiä yksiköitä kuin päivät, prosentit, dioptrit, litrat ja monet muut.
On muistettava, että fysikaalisia tai kemiallisia ongelmia ratkaistaessa ei-systeemiset yksiköt on tutuistaan huolimatta muutettava mittayksiköiksifyysiset suureet SI-järjestelmässä.
