Mednarodni sistem enot

»SI« se preusmerja sem. Za druge pomene glej SI (razločitev).

Mednarodni sistem enot (SI, skrajšano iz francoskega Système international (d'unités)) je sodobna oblika metričnega sistema in je najbolj razširjen sistem za merjenje. Gre za skladen sistem merskih enot, ki temelji na sedmih osnovnih enotah - amper, kelvin, sekunda, meter, kilogram, kandela, mol - in na dvajsetih predponah za imena enot in simbole enot, ki se lahko uporabijo, kadar gre za večkratnike in dele enot. Sistem določa tudi imena za 22 izpeljanih enot, kot na primer lumen in watt, za druge pogoste fizične količine.

Osnovne enote so izpeljane iz invariantnih naravnih konstant, kot sta hitrost svetlobe v vakuumu in trojna točka vode, ki jih lahko opazujemo in merimo z veliko natančnostjo, in iz enega fizičnega artefakta. Artefakt je leta 1889 certificiran mednarodni prototip kilograma v obliki valja iz platine-iridija, ki ima nominalno enako maso kot en liter vode pri temperaturi tališča. Stabilnost tega prototipa je bila predmet velikih skrbi, tako da so se udeležene države odločile za revizijo na osnovi naravnih konstant, ki naj bi se začela veljati 20. maja 2019.^[1][2][3][4]

Izpeljane enote se lahko opredelijo v smislu osnovnih enot ali drugih izpeljanih enot. Sprejete so z namenom, olajšati merjenje različnih količin. SI naj bi bil sistem, ki se s časom razvija; nove enote in predpone se ustvarjajo ter definicije enot spreminjajo z mednarodnim sporazumom, saj tehnologija merjenja napreduje in natančnost meritev se izboljšuje. Najnovejša pridobljena enota, katal, je bila sprejeta leta 1999.

Zanesljivost sistema SI ni odvisna samo od natančnega merjenja standardov za osnovne enote v smislu različnih fizikalnih konstant narave, ampak tudi od natančne opredelitve teh konstant. Množica temeljnih konstant se s časom spreminja, saj znanost odkriva bolj stabilne konstante ali pa je obstoječe mogoče natančneje izmeriti. Meter je na primer leta 1983 bil definiran kot razdalja, ki jo svetloba v vakuumu prepotuje v danem delu sekunde, tako da je vrednost svetlobne hitrosti z vidika definiranih enot ekzaktna.

Razlog za razvoj SI je bila raznolikost enot, ki so nastale v okviru sistemov na osnovi centimeter-gram-sekunda (CGS) sistemov (zlasti neskladnost med sistematiko elektrostatičnih enot in elektromagnetnih enot), in neusklajenost med različnimi področji njih uporabe. Generalna konferenca o utežeh in merah (francosko: Conférence générale des poids et mesures - CGPM), ki je bila ustanovljena s Konvencijo o metrih iz leta 1875, je združila številne mednarodne organizacije, z namenom opredeliti definicije in standarde novega sistema ter standardizirati pravila za pisavo in predstavo meritev. Sistem je bil postal veljaven leta 1960 kot rezultat pobude, ki se je začela leta 1948. Temelji na sistemu enot meter-kilogram-sekunda (MKS) in ne na katerikoli varianti CGS. SI so odtlej sprejele vse države z izjemo Združenih držav Amerike, Liberije in Mjanmara.^[5]

Enote in predpone (C = A⋅s) in definicije za enoto časa, to je sekundo.kelvinKΘtermodinamična temperatura

• Prej (1743): centigradna lestvica se definira z dvema točkama, to je 0 °C za temperaturo tališča vode in 100 °C za vrelišče.
• Začasno (1954): Trojna točka (0.01 °C) je definirana kot ekzaktno 273,16 K.^{[n 3]}
• Prehodno (1967): 1/273,16 of the termodinamske temperature trojne točke vode
• Sedaj (2019): Za kelvin se pričakuje, da bo definiran na osnovi ekzaktne numerične vrednosti za Boltzmannovo konstanto k kot 6977138064900000000♠1,380649×10⁻²³ J⋅K⁻¹, (J = kg⋅m²⋅s⁻²), ob hkratni uporabi definicije za kilogram, meter in sekundo.

molmolNkoličina snovi

• Prej (1900):Stehiometrična količina, ekvivalentna masiAvogadrove konstante molekul snovi v gramih.^ICAW
• Sedaj (1967): Količina snovi v sistemu, ki vsebuje enako količino osnovniih entitet ^{[n 4]}, kot jih ima 0,012 kilograma ogljika-12.
• V bodoče (2019): Količina snovi natančno 7023602214076000000♠6,02214076×10²³ osnovnih entitet. To število je fiksna numerična vrednost za Avogadrovo konstanto, N_A, če je izražena v enoti mol⁻¹ (Avogadrovo število).

kandelacdJsvetilnost

• Prej (1946): Vrednost nove kandele je definirana tako, da celotna svetilnost svetila pri temperaturi strjevanja platine znaša 60 novih kandel na kvadratni centimeter.
• Sedaj (1979): Svetilnost v dani smeri za vir, ki oddaja monokromatično sevanje frekvence 7014540000000000000♠5,4×10¹⁴ Hz z jakostjo intenziteto sevanja v dani smeri 1/683 watta na steradian].

Opomba: obe definiciji, stara in nova, sta približno enaki svetilnosti sveče iz kitovega loja s konca 19. stoletja.

Opombe

1. ↑ Začasne definicije se navajajo samo v primeru signifikantne razlike v definiciji.
2. ↑ Kljub predponi "kilo-", je kilogram osnovna enota za maso. Kilogram, in ne gram, je koherentna enota in se uporablja v definiciji izpeljanih enot. Predpone pa se kljub temu določajo, kot da je osnova enota mase gram.
3. ↑ 1954 se je enota termodinamske temparture imenovala "stopinja Kelvina" (simbol °K; "Kelvin" z veliko začetnico "K"). Enoto so 1967 preimenovali v "kelvin" (simbol "K"; "kelvin" z malo začetnico "k").
4. ↑ Kadar se uporablja mol, je treba določiti, kaj so osnovne entitete, lahko so atomi, [[molekule]). ], ioni, elektroni, kaki drugi delci ali določene skupine takih delcev.

Avtorji definicij za razne osnovne enote pod Prej v tabeli zgoraj so:

• FG = francoska vlada
• IEC = Mednarodna komisija za elektrotehniko - (International Electrotechnical Commission)
• ICAW = Mednarodni odbor za atomske teže International Committee on Atomic Weights

Za vse druge definicije so osnova odločitve CGPM ali CIPM in so dokumentirane v Brošuri SI.

Zgodnji metrični sistemi so definirali enoto teže kot osnovno enoto, SI pa opredeljuje analogno enoto mase. V vsakodnevni uporabi sta te večinoma medsebojno zamenljivi, vendar je v znanstvenih okvirih razlika pomembna. Masa, strogo inercialna masa, predstavlja količino snovi. Pospešek telesa se nanaša na uporabljeno silo preko Newtonovega zakona, F = m × a: sila je enaka masi krat pospešek. Sila 1 N (newton) bo maso 1 kg pospešila s pospeškom 1 m/s². To velja vedno, tako za maso v vesolju kot za maso v težnostnem polju, npr. na zemeljski površini. Teža je sila, ki deluje na telo zaradi težnosti, zato je teža mase odvisna od moči gravitacijskega polja. Teža 1 kg mase na zemeljski površini je m×g ; masa krat pospešek zaradi težnosti, kar znaša 9,81 Newtonov  na površini Zemlje in približno 3,5 Newtonov na Marsu. Ker je pospešek zaradi gravitacije lokalen in je odvisen od lokacije in nadmorske višine, teža za natančne meritve lastnosti snovi in kot osnovna enota ni primerna.

Izpeljane enote Predpone, sprejete pred 1960, so se že uporabljale pred SI. 1873 je leto, ko se je uvedel CGS sistem.

Veliko znanstvenih, tehničnih in komercialnih literatur še vedno uporablja številne enote, ki jih SI ne vsebuje. Nekatere enote so globoko prepletene z zgodovino in kulturo, njihove SI alternative jih niso v celoti izrinile iz vsakodnevne uporabe. CIPM je priznala in pristala na te tradicije; sestavila je seznam enot, ki niso vključene v SI, ki pa so sprejete za uporabo s SI razvrščene v naslednje skupine:^{[6]:123–129 [15]:7–11 [Opombe 4]}

• Enote brez SI, ki so sprejete za uporabo s SI (tabela 6):

  Določene enote za čas, kot in stare enote brez SI imajo dolgo zgodovino dosledne uporabe. Večina družb je uporabila sončni dan in njegove ne-decimalne pododdelke kot osnovo časa, ki so za razliko od čevlja ali funta bile enake ne glede na to, kje so bile merjene. Radian, ki je 1/2π revolucije, ima matematične prednosti, vendar je za navigacijo okoren in, kot je pri času, so enote, ki se uporabljajo za navigacijo, v veliki meri skladni po vsem svetu. Tono, liter in hektar je CGPM sprejel leta 1879 in jih obdržal kot enote, ki se lahko uporabljajo skupaj z enotami SI, saj imajo enolične simbole. Katalogizirane enote so minuta, ura, dan, stopnja loka, minuta loka, sekunda, hektar, liter, tona, astronomska enota. Nekatere od enot v tabeli 7 in 8 so prav tako sprejete za uporabo s SI.

• Ne-SI enote, katerih vrednosti v enotah SI je treba pridobiti eksperimentalno (tabela 7):

  Fiziki pogosto uporabljajo merske enote, ki temeljijo na naravnih pojavih, zlasti kadar so količine, povezane s temi pojavi, veliko večje ali manjše od enakovredne enote SI. Najpogostejše so katalogizirane v SI brošuri, skupaj s konsistentnimi simboli in sprejetimi vrednostmi, vendar z opozorilom, da je treba njihove vrednosti meriti v enotah SI.

  elektronvolt (simbol eV) in daltonska/enotna atomska masna enota (Da ali u)

• Druge enote, ki niso v SI (tabela 8):

  Številne enote, ki niso bile formalno odobrene s strani CGPM, se še vedno uporabljajo po vsem svetu na številnih področjih, vključno z zdravstvenim varstvom in navigacijo. Tako kot pri merskih enotah v tabelah 6 in 7 jih je CIPM katalogiziral v brošuri SI, da bi zagotovili dosledno uporabo, vendar s priporočilom, da jih morajo avtorji, ki jih uporabljajo, opredeliti povsod, kjer se uporabljajo.

  bar, milimeter živega srebra, Angström, navtična milja, barn, vozel, neper, bel in decibel

  V interesu standardizacije zdravstvenih enot, ki se uporabljajo v jedrski industriji, je 12. CGPM (1964) sprejel nadaljnjo uporabo curie (simbol Ci) kot ne-standardno enoto aktivnosti za radionuklide;^[6]:152 Izvedene enote SI bekerel, sievert in gray so bile sprejete v poznejših letih. Podobno je bil za merjenje krvnega tlaka obdržan milimeter živega srebra (simbol mmHg).^[6]:127

• S CGS in CGS-Gaussovim sistemom povezane enote, ki niso v SI (Tabela 9):

  SI priročnik tudi katalogizira številne opuščene merske enote, ki se uporabljajo na določenih področjih, kot sta geodezija in geofizika, ali ki jih je najti v literaturi, zlasti v klasični in relativistični elektrodinamiki, kjer imajo določene prednosti. Enote, ki so katalogizirane, so:

  erg, dina, poise, stokes, stilb, phot, gal, maxwell, gauss, in Oersted .

Skupni pojmi metričnih enot