Maailmas on olnud ja on siiani palju erinevaid mõõtmissüsteeme. Need võimaldavad inimestel vahetada erinevat teavet näiteks tehingute tegemisel, ravimite väljakirjutamisel või tehnoloogia kasutamise juhiste väljatöötamisel. Segaduste vältimiseks töötati välja rahvusvaheline füüsikaliste koguste mõõtmise süsteem.
Mis on füüsikaliste suuruste mõõtmise süsteem?
Sellist mõistet nagu füüsikaliste suuruste ühikute süsteem või lihts alt SI-süsteem võib sageli kohata mitte ainult koolifüüsika- ja keemiatundides, vaid ka igapäevaelus. Kaasaegses maailmas vajavad inimesed teatud teavet – näiteks aega, kaalu, mahtu – rohkem kui kunagi varem, et seda võimalikult objektiivselt ja struktureeritum alt väljendada. Just selleks loodi ühtne mõõtesüsteem - ametlikult aktsepteeritud mõõtühikute komplekt, mida soovitatakse kasutada igapäevaelus jateadus.
Millised mõõtesüsteemid eksisteerisid enne SI-süsteemi tulekut
Muidugi on meetmete vajadus inimesel alati olemas olnud, kuid reeglina ei olnud need meetmed ametlikud, need määrati improviseeritud materjalide kaudu. See tähendab, et neil ei olnud standardit ja need võisid iga juhtumi puhul erineda.
Ere näide on Venemaal kasutusele võetud pikkuse mõõtmise süsteem. Sirg, küünarnukk, arshin, sazhen - kõik need üksused olid algselt seotud kehaosadega - peopesa, käsivars, väljasirutatud käte vaheline kaugus. Muidugi olid lõplikud mõõtmised seetõttu ebatäpsed. Seejärel tegi riik jõupingutusi selle mõõtmissüsteemi standardiseerimiseks, kuid see jäi siiski ebatäiuslikuks.
Teistel riikidel olid füüsikaliste suuruste mõõtmiseks oma süsteemid. Näiteks Euroopas oli levinud ingliskeelne mõõtesüsteem – jalad, tollid, miilid jne.
Miks me vajame SI-süsteemi?
XVIII-XIX sajandil muutus globaliseerumisprotsess aktiivseks. Üha enam riike hakkas looma rahvusvahelisi kontakte. Lisaks on teadus- ja tehnikarevolutsioon jõudnud haripunkti. Teadlased üle maailma ei saanud oma teadusuuringute tulemusi tõhus alt jagada, kuna nad kasutasid füüsikaliste suuruste mõõtmiseks erinevaid süsteeme. Suuresti tänu sellistele sidemete rikkumistele maailma teadusringkondades, "avastasid" erinevad teadlased mitu korda palju füüsikalisi ja keemilisi seadusi, mis takistasid suuresti teaduse ja tehnoloogia arengut.
Seega tekkis vajadus ühtse füüsikaliste ühikute mõõtmise süsteemi järele, mis mitte ainult ei võimaldaks teadlastel üle maailma võrrelda oma töö tulemusi, vaid optimeeriks ka maailmakaubanduse protsessi.
Rahvusvahelise mõõtmissüsteemi ajalugu
Füüsikaliste suuruste struktureerimiseks ja füüsikaliste suuruste mõõtmiseks on muutunud vajalikuks kogu maailma kogukonna jaoks ühesugune ühikute süsteem. Sellise süsteemi loomine, mis vastaks kõigile nõuetele ja oleks kõige objektiivsem, on aga tõeliselt raske ülesanne. Tulevase SI-süsteemi aluseks oli meetermõõdustik, mis sai lai alt levinud 18. sajandil pärast Prantsuse revolutsiooni.
Lähtepunktiks, millest alates algas rahvusvahelise füüsikaliste suuruste mõõtmise süsteemi väljatöötamine ja täiustamine, võib pidada 22. juunit 1799. a. Just sel päeval kinnitati esimesed standardid - meeter ja kilogramm. Need olid valmistatud plaatinast.
Sellele vaatamata võeti rahvusvaheline mõõtühikute süsteem ametlikult vastu alles 1960. aastal 1. kaalude ja mõõtude peakonverentsil. See sisaldas 6 füüsikaliste suuruste põhiühikut: sekund (aeg), meeter (pikkus), kilogramm (mass), kelvin (termodünaamiline temperatuur), amper (vool), kandela (valguse intensiivsus).
Aastal 1964 lisati neile seitsmes väärtus – mool, mis mõõdab aine hulka keemias.
Lisaks on katuletatud ühikud, mida saab lihtsate algebraliste tehtetega väljendada põhiühikutena.
SI põhiühikud
Kuna füüsikaliste suuruste süsteemi põhiühikud pidid olema võimalikult objektiivsed ega tohi sõltuda välistingimustest, nagu rõhk, temperatuur, kaugus ekvaatorist jm, tuli nende määratluste ja standardite sõnastamisel käsitleda põhimõtteliselt.
Vaatleme füüsikaliste suuruste mõõtmise süsteemi iga põhiühikut üksikasjalikum alt.
Teiseks. Aja ühik. Seda suurust on suhteliselt lihtne väljendada, kuna see on otseselt seotud Maa pöörde perioodiga ümber Päikese. Sekund on 1/31536000 aastas. Siiski on tseesiumi aatomi kiirgusperioodidega seotud standardsekundi mõõtmiseks keerukamaid viise. See meetod minimeerib vea, mida nõuab teaduse ja tehnoloogia praegune arengutase
Meeter. Pikkuse ja kauguse mõõtühik. Erinevatel aegadel üritati mõõtjat väljendada ekvaatori osana või matemaatilise pendli abil, kuid kõik need meetodid ei olnud piisav alt täpsed, mistõttu lõppväärtus võis millimeetrites erineda. Selline viga on kriitiline, seetõttu on teadlased pikka aega otsinud täpsemaid viise arvesti standardi määramiseks. Praegu on valguse läbitud tee pikkus (1/299 792 458) sekundites üks meeter
Kilogramm. Massiühik. Tänaseks on kilogramm ainus reaalse standardi kaudu määratletud kogus, mishoitakse Rahvusvahelise Kaalude ja Mõõtude Büroo peakorteris. Aja jooksul muudab standard veidi oma massi korrosiooniprotsesside, samuti tolmu ja muude väikeste osakeste kogunemise tõttu selle pinnale. Seetõttu on lähiajal kavas selle väärtust väljendada fundamentaalsete füüsikaliste omaduste kaudu
- Kelvin. Termodünaamilise temperatuuri mõõtühik. Kelvin võrdub 1/273, 16 vee kolmikpunkti termodünaamilise temperatuuriga. See on temperatuur, mille juures vesi on korraga kolmes olekus – vedelas, tahkes ja gaasilises. Celsiuse kraadid teisendatakse Kelviniteks järgmise valemiga: t K \u003d t C ° + 273
- Amp. Voolutugevuse ühik. Muutumatu vool, mille kulgemisel läbivad kaks paralleelset minimaalse ristlõike pindala ja lõpmatu pikkusega sirget juhti, mis asuvad üksteisest 1 meetri kaugusel (jõud 2 10-7tekib nende juhtmete igas sektsioonis H), võrdub 1 ampriga.
- Candela. Valgustugevuse mõõtühik on allika heledus teatud suunas. Konkreetne väärtus, mida praktikas harva kasutatakse. Ühiku väärtus tuletatakse kiirguse sageduse ja valguse energiaintensiivsuse kaudu.
- Koi. Aine koguse ühik. Hetkel on mool ühik, mis on erinevate keemiliste elementide puhul erinev. See on arvuliselt võrdne selle aine väikseima osakese massiga. Edaspidi on plaanis Avogadro numbri abil väljendada täpselt üks mutt. Selleks on aga vaja selgeks teha numbri enda tähendus. Avogadro.
SI eesliited ja nende tähendus
Füüsikaliste suuruste põhiühikute SI-süsteemis kasutamise hõlbustamiseks võeti praktikas kasutusele universaalsete eesliidete loend, mille abil moodustatakse murd- ja mitmikühikud.
Tuletatud ühikud
Ilmselt on füüsikalisi suurusi palju rohkem kui seitse, mis tähendab, et vaja on ka ühikuid, milles neid suurusi mõõta. Iga uue väärtuse jaoks tuletatakse uus ühik, mida saab väljendada põhilistena, kasutades lihtsamaid algebralisi tehteid, nagu jagamine või korrutamine.
Huvitav on see, et tuletatud ühikud on reeglina nimetatud suurte teadlaste või ajalooliste tegelaste järgi. Näiteks töö ühikuks on Joule või induktiivsuse ühikuks Henry. Tuletatud ühikuid on palju – kokku üle kahekümne.
Süsteemivälised seadmed
Hoolimata SI füüsikaliste suuruste süsteemi ühikute laialdasest ja laialdasest kasutamisest, kasutatakse paljudes tööstusharudes praktikas endiselt mittesüsteemseid mõõtühikuid. Näiteks laevanduses - meremiil, ehetes - karaat. Igapäevaelus tunneme selliseid mittesüsteemseid ühikuid nagu päevad, protsendid, dioptrid, liitrid ja paljud teised.
Tuleb meeles pidada, et hoolimata nende tuttavusest tuleb füüsikaliste või keemiliste probleemide lahendamisel mittesüsteemsed ühikud teisendada mõõtühikuteksfüüsikalised suurused SI-süsteemis.
