Эталоны основных физических величин

Эталоны основных физических величин

Реферат

Эталоны основных физических величин

Размеры физических величин, взятых за основу, определяют величины всех последующих производных единиц системы, получаемых с использованием функциональной зависимости этих величин от основных. Поэтому особое внимание уделяется точности измерений основных величин. Для этого на каждом этапе развития науки и техники создается эталон, т.е. такая мера, которая служит образом для сравнения с другими. Для этого существует специальный и довольно сложный раздел метрология, который определяет весь набор физических констант с учетом всех параметров для их определения. Поэтому в 1875 году было создано Международное бюро мер и весов, которое раз в шесть лет собирает Генеральные конференции, где тщательнейшим образом оговариваются все технические условия, в которых происходят физические измерения, а именно учитываются: давление, температура, место, приборы.

Перечислим эталоны основных физических величин системы СИ в исторической последовательности, приведенной в таблице для основных единиц системы СИ.

) метр (от французского metre, от греческого metron - мера) - основная единица длины в Международной системе единиц (СИ). Обозначения: русское - м, международное - m. Символ - L.

Первоначально метр был определен во Франции в 1791 году как одна десятимиллионная (1,0*10-7) часть четверти длины Парижского географического меридиана, т. е. как «естественная» единица длины и связана с каким- либо практически неизменным объектом природы. Размер 1 метра впервые был определен Ж. Д’ Аламбером и П. Мешеном, используя геодезические и астрономические измерения, а первый эталон метра в 1799 году изготовил французский мастер Ленуар под руководством Ж. Берда в виде концевой меры длины - линейки шириной около 25мм и толщиной 4 мм, с расстоянием между концами, равным принятой единицы длины 1м. Материалом была платина. Этот эталон метра был передан на хранение в Национальный Архив Франции в честь чего и получил название «архивного метра». В других странах создавали свои национальные эталоны. Но эталон метра Ленуара оказался неудобен для поверок, т. к. длина 1м на нем определялась только концами, а доли невозможно было определить без штрихов.

Поэтому появилась потребность найти такой эталон метра, чтобы, отказавшись от эталонов национального и «естественного» характера, он оказался принятым во всех странах. По решению Международного метрического комитета (1872) был изготовлен 31 эталон в виде штриховой меры брус из сплава платины и иридия в соотношениях: Рt (90%) - Ir (10%).

Однако повышающиеся с каждым годом научные требования к точностям измерений расстояний привели к мысли о создании эталона метра, связав его с «естественной» мерой. С 1960 года 11 Генеральной конференцией по мерам и весам установлен эталон метра определять, используя соотношение , где с - скорость электромагнитных волн в вакууме, n - частота излучения.

Определение метра, положенное в основу Международной системы единиц в качестве эталона в 1960 году, гласило: «метр - длина, равная 1 650 763,73 длины в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2P10 и 5d5 атома криптона - 86 ».

В этом определении используются 2 преимущества: 1. длина волны этой линии имеет стабильную ширину; 2. эта ширина наиболее узкая. Воспроизведение метра осуществляется криптоновым эталоном единицы длины.

С появлением лазеров - источников излучения более высокой степени когерентности - создан единый эталон частоты - времени - длины, где используется соотношение . Здесь  - длина электромагнитной волны видимого измерения, а = 299 792 458 - скорость света в вакууме. Поэтому определением метра согласно решению 17 Генеральной конференции по мерам и весам с 1983 года считается: «метр - длина пути, проходимого в вакууме светом за  доли секунды».

Кратные и дольные единицы измерения длины, установленные СИ рекомендованы: 1км=103м; 1см=10-2м; 1мм=10-3м; 1мкм=10-6м.

) килограмм (кило… - от французского kilo, от греческого chiliоi - тысяча). Дословно килограмм означает тысяча мелких мер весов. Это вторая основная единица в СИ - единица измерения массы вещества - является мерой его инертности и гравитации. Обозначения: кг - русское, kg - международное, символ - М. 1 кг равен массе международного эталона, который хранится в Международном бюро мер и весов.

При появлении в 18 веке метрической системы мер килограмм определяли как вес (в то время не делалось различия между весом и массой) кубического дециметра воды при температуре +40С, температуре наибольшей плотности воды. На базе этого понятия в 1799 году был создан платиновый эталон килограмма, который хранится в Национальном Архиве Франции, и получивший наименование «архивный килограмм». В 1889 году на 1 Генеральной конференции по мерам и весам в качестве прототипа эталона массы была утверждена гиря, имеющая форму цилиндра высотой и диаметром 39мм, и изготовленная из сплава платины и иридия (Рt-90%, Ir-10%). Эта масса приблизительно равна массе одного литра дистиллированной воды при температуре 40С. Такой эталон существует и в настоящее время.

Как сказано выше, между массой и весом длительное время не существовало различия, поэтому «килограмм» считали эталоном веса и массы. И только в 1901 году на 3 Генеральной конференции по мерам и весам был положен конец существовавшей путанице. Ее резюме: «килограмм - единица массы - представлен массой международного прототипа килограмма». Это определение сохранилось до настоящего времени. Относительная погрешность сличения килограмма с прототипом не более 2*10-9, т.е. килограмм является невоспроизводимым, т.к. он не относится к таким единицам, которые можно определить через неизменные константы, взятые из законов природы. Поэтому он при такой погрешности еще удовлетворяет современным требованиям физики и техники.

) секунда (от латинского secunda (divisio) - второе деление) - третья основная единица - единица времени в Международной системе единиц (СИ). Обозначение: по-русски - с, s - международное, символ - Т. Определяется по частотной характеристике спектральной линии атома цезия. «Секунда - интервал времени, равный 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия - 133 ». Такое определение секунды принято 13 Генеральной конференцией по мерам и весам в 1967 году. Чтобы определить единицы времени необходимо было использовать какой-нибудь циклический процесс. Примером может служить циклическое время Земли вокруг Солнца.

Ранее интервал времени определялся из астрономических соображений, одной секундой считалось отношение  часть средних солнечных суток. По солнечным часам можно определить время только в светлое время суток, а не в пасмурную погоду. Тогда возникла мысль, «а нельзя ли использовать какой-либо другой периодический процесс для повышения точности при определении времени». Так начали появляться песочные, водяные, механические часы.

В 1583 году Галилей стал время периодических колебаний люстры в Пизанском соборе сравнивать с числом ударов своего пульса. На основании этого он предложил Генеральным Штатам Нидерландов свое изобретение на основе колебания люстры - маятниковые часы, точность хода которых могли быть выше. Очередным шагом в повышении точности измерения времени стало создание в 1910 году английским конструктором Шортом точных астрономических часов, которые с течением времени усовершенствовались.

Кварцевые часы, построенные с использованием колебательного процесса в квантовых генераторах давали погрешность 1,0*10-5 с.

В 1955 году 9 Ассамблея Международного астрономического союза предложила секунду связать с тропическим годом, который считается, как промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия. Однако продолжительность тропического года в действительности, хотя медленно (на 0,5 с в столетие), но меняется из-за прецессии земной оси и других возмущений.

Исходя из этой рекомендации, 11 Генеральная конференция по мерам и весам в 1960 году приняла следующее определение секунды: «Секунда -  тропического года для 1900 года января 0 в 12 часов эфемероидного времени. Размер секунды равен средней продолжительности секунды за последние 300 лет. Это определение было связано с естественным эталоном времени. Относительная погрешность определения, таким образом, времени составила 10-7.

С течением времени ученые убедились, что единицу времени, так же, как единицу длины, лучше всего определять на основе спектроскопического излучения.

Для повышения точности исследования ученых привели к созданию атомных часов. На основании всестороннего изучения атомных часов 13 Генеральная конференция по мерам и весам в октябре 1967 года решила заменить эталон времени, основанный на астрономических наблюдениях, атомным эталоном времени, формулировка которого приведены выше. Воспроизвести размер секунды можно с точностью до 10-11 в цезиевом эталоне частоты.

Переход к атомным стандартам длины и времени оказалось неизбежным, как правило, потому, что, во-первых, спектроскопия оказалось самым точным разделом физики, во-вторых, атомные стандарты являются необычайно стабильными, так как они практически не зависят от давления, температуры и времени, ни даже от космических катастроф. Этим недостатком страдают предыдущие эталоны «стандартного» метра, который хранят под стеклянным колпаком при постоянной температуре в железном шкафу в глубоком подвале, три ключа от которого находятся у трех совершенно разных должностных лиц, и другими предосторожностями.

Не лучше обстоит дело с эталоном секунды, связанного с естественными физическими процессами обращения Земли вокруг Солнца. При изменении орбиты Земли в связи со столкновениями с каким-нибудь космическим телом неизбежно меняется продолжительность секунды. Чего нельзя сказать об атомном стандарте секунды, который не меняется в силу особой устойчивости и неизменности атомных законов, на основании которых установлены эти эталоны.

С появлением лазеров и создания на их основе эталона времени - частоты - длины, нам дается возможность определить секунду с относительной погрешностью не более 10-12.

Разрешается использовать кратные и дольные единицы секунды: 1кс= 103с; 1мс=10-3с; 1мкс= 10-6с.

Сохраняются ли эти величины эталонов, если перейти в область макро- и микро- расстояний, т.е. при переходе к довольно большим и малым расстояниям, и малым промежуткам времени. Общепризнанного ответа на подобные вопросы не существует. Так размеры длины волны де Бройля для Земли, считающейся волновым процессом, порядка 10-63м невозможно себе представить с точки зрения наших представлений. К понятию размера электрона тоже трудно подойти, оно неопределенно, нигде в справочниках вы не встретите размеров электрона. Еще в теориях размеров атомов можно применять понятия «длина», «масса», «время». Они еще сохраняют свои значения, и расстояния порядка 10-10м, атомную массу 10-27кг и промежуток времени 10-17с еще как-то воспринимаются разумом. Нечто подобное воспринимается и при использовании астрономических размеров между Галактиками. Здесь также как и в микрообластях, невозможно воспринимать словосочетания «расстояния в несколько миллиардов световых лет», которые можно посчитать довольно легко. Это расстояние, которое проходит луч света со скоростью  за время его движения

лет=

т.е. .

Действительно, невозможно представить себе, как понимать эти микро и макроскопические расстояния, массы и времени.

Трех основных единиц измерения расстояния, массы и времени оказывается достаточно для описания всех физических величин в разделе «механика».

) ампер (по имени французского физика А.М. Ампера (Ampere)) - сила электрического тока, четвертая основная единица в системе СИ, применяемая для измерения электрических и магнитных физических величин. Обозначения: русское - А, международное - А. Символ - I.

Впервые в связи с развитием электричества, электрической энергии, производимой электродвигателями, возник вопрос о расширении введения основных единиц для разделов физики «электричества» и «магнетизма». По решению первого конгресса электриков в 1881 году единица силы тока получила название ампер: «1 ампер - ток, производимый напряжением в 1 вольт, в цепи, имеющий сопротивление 1Ом». Трудности воспроизведения ампера привели в 1883 году на Всемирном конгрессе в Чикаго к введению международных электрических единиц, основанных на вещественных эталонах. В качестве эталона решили брать ампер, исходя из прохождения тока через электролит (явление электролиза). Международный ампер был определен «как сила такого неизменяющегося тока, который, проходя через водный раствор азотнокислого серебра, выделяет 0,00111800 г серебра в секунду», т. е. 1 грамм - эквивалент серебра - 1,1180мг (закон Фарадея для электролиза: ).

Успехи в области измерений электрических величин и дальнейший технический и научный прогресс привели к необходимости отказа от такого эталона, связанного с не очень точной воспроизводимостью. Осенью 1935 года члены Консультативного Комитета по электричеству по предложению Сирса приняли эталон, исходя из закона Ампера о взаимодействии параллельно расположенных двух проводников с током

F=,

где =410-7 - магнитная постоянная; I1 и I2 - силы тока в проводниках;  - длина проводника;  - расстояние между двумя параллельными проводниками.

«Ампер - равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум прямолинейным параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенными в вакууме на расстоянии один метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной один метр силу взаимодействия, равную 2*10-7 ньютон».

Эталоном ампера являются токовые весы, которые воспроизводят значение силы тока с довольно высокой точностью. Относительная погрешность воспроизведения единицы силы тока государственным первичным эталоном не превышает 10-5 .

) кельвин - термодинамическая температура является пятой физической величиной, относящейся к основным. Обозначение: русское и международное - К. Символ: .

Название «кельвин» введено в честь Уильяма Томсона (за научные заслуги получившего титул лорда Кельвина). Температура (от латинского слова temperatura - соразмерность, нормальное состояние) - это скалярная величина, которая характеризует состояние термодинамического равновесия и теплообмен между телами.

Введению понятия «градус температуры» мы обязаны античным медикам. Идея использования свойства воздуха расширяться при нагревании пришла Герону Александрийскому, а впоследствии Галилею в 1592 году для создания прибора, измеряющего температуру тела. В книге «Математический чудотворец» Каспара Эне, вышедшей в 1636 году, описана одна из первых температурных шкал, т. е. система сопоставимых тепловых значений температуры. Температуру непосредственно измерить нельзя, а о её изменении можно судить по изменению других физических свойств (объёма, давления, активного электрического сопротивления и т.д.) с использованием определенных линейных закономерностей.

Первые термометры в качестве рабочего термометрического тела использовали воздух, жидкость (спирт, ртуть), используя свойство расширяться при нагревании и уменьшать объем при охлаждении. Реперные (от слова reper - по-французски - метка) точки выбирались по-разному. В 1665 году Гюйгенс предложил реперные точки связать с водой, с её способностью менять фазу (замерзать и кипеть). В разное время появились шкалы Д. Фаренгейта (1724г.), А. Цельсия (1742г.), Ранкена, Реомюра (1730г.). В шкале Цельсия за начало отсчета (0 0С) принята температура таяния льда (затвердевания воды), а за (100 0С) температура кипения воды (хотя сначала было наоборот). 10С равен одной сотой () части этого интервала между кипением и затвердеванием воды. (10С=0,80R Реомюра; 10С=1,80 F по Фаренгейту). Приведем соотношения для перевода температуры из одной шкалы в другую n0C=0,8n 0R=(1,8n+32) 0F.

Трудности использования температурных шкал на основе конкретных термометрических тел начинали проявляться при измерении низких температур (ртуть также замерзает). Поэтому возникли мысли о создании температурной шкалы, не зависящей от конкретного термометрического тела, а на основе молекулярно - кинетической природы тепла (поскольку кинетическая энергия всегда положительна, то и температура всегда положительна). Поэтому такая температура называлась «абсолютной температурой». Недостатки всех предшествующих температурных шкал отсутствуют у термометра, основанного на математической записи второго начала термодинамики для идеального цикла Карно

,

Где  - количество теплоты, полученной от нагревателя при температуре Т1,  - количество теплоты, отданной холодильнику при температуре Т2. Здесь отношения  и  не зависят от свойств термометрического вещества. Температурная шкала такого типа носит название термодинамической температурной шкалы.

Как предсказывали У. Кельвин и независимо от него Д.И. Менделеев эту температурную шкалу можно построить на основании одной реперной точки. Такой реперной точкой взята тройная точка воды, температура которой принята 273,16 К (точно), что соответствует 0,01 0С. До 1968 года температура измерялась в градусах Кельвина . Единица термодинамической температуры «кельвин» выбрана таким образом, чтобы использовать единицу стоградусной шкалы Цельсия, т.е. чтобы 1 кельвин, как температурный интервал был равен такому интервалу, выраженную в градусах Цельсия . Хотя это приблизительно, т.к. , а .

В качестве второй реперной точки выбрана точка абсолютного нуля. Соотношение между температурами шкалами Цельсия и термодинамической определяется:

Т К= t 0C+273,160С; nK=n 0C.

nK=1,8 n 0Ra - температурная шкала Ранкина.

Здесь точка таяния льда соответствует 491, 67 0Ra, а точка кипения воды - 671,67 0Ra.

10 Генеральная конференция по мерам            и весам в 1954 году утвердила следующее определение кельвина: «Термодинамическая температура тройной точки воды содержит точно 273,16 кельвин (К)»

В октябре 1967 года 13 Генеральной конференцией мер и весов дано определение, которое действует и поныне. Итак: «кельвин - единица термодинамической температуры, равная  термодинамической температуры тройной точки воды».

Определение термодинамической температуры на основе цикла Карно является довольно затруднительным. Первой термодинамической шкалой воспроизводилась шкала с помощью водородного термометра. Но проводимые исследования водородных термометров показали их недостатки: 1) ниже -200 0С ими пользоваться нельзя, т. к. водород приближается к своей точке кипения (tk=-252,87 0C) и не подчиняется законам идеальных газов; 2) выше температуры + 100 0С водород либо вступает в реакцию со стеклом и кварцем, либо диффундирует через стенки стеклянного, кварцевого или платиновых сосудов. Поэтому в 1927 году 7 Международная конференция по мерам и весам приняла Международную практическую температурную шкалу, которая уточнялась в 1968 году (МПТШ-68), как наибольшее приближение к термодинамической температуре Т. Термодинамическая температура определяется по этой шкале и обозначается с индексом «68», т.е. Т68(t68). Данная температурная шкала в качестве реперных точек использует 12 первичных воспроизводимых температурных точек. Им соответствуют эталонные приборы, градуированные при этих температурах.

Приведем таблицу реперных точек МПТШ-68:

	Состояние равновесия	Значение температуры
		Т, Кt, С
1	Тройная точка равновесного водорода	13,81	-259,34
2	Равновесное состояние между жидкой и парообразной фазами равновесного водорода при давлении 33,331 кПа	17,042	-256,108
3	Точка кипения равновесного водорода	20,28	-252,87
4	Точка кипения неона	27,102	-246,048
5	Тройная точка кислорода (точка между твердой, жидкой, парообразной фазами)	54,361	-218,789
6	Тройная точка аргона	83,798	-189,352
7	Точка кипения кислорода	90,188	-182,962
8	Тройная точка воды	273,16	+0,01
9	Точка кипения воды	373,15	+100
10	Точка затвердевания цинка	692,73	+419,58
11	Точка затвердевания серебра	1235,08	+961,93
12	Точка затвердевания золота	1337,58	+1064,43

Примечание:

Понятие «равновесный водород» следует понимать, что водород, имеющий молекулярные модификации ортоводород и параводород, при данной температуре обладает равновесной концентрацией этих модификаций

Эталонными приборами приняты: а) платиновый термометр сопротивления для диапазона температур 13,81 К - 903,89 К (-259,34 0С- 630,74 0С);

б) термопара (термоэлектрический термометр) с электродами платинородий (10% родия Rh, 90%- платина Pt) в диапазоне температур 903,89 К - 1337,58 К (630,74 0С - 1064,43 0С).

Для областей, превышающих температуры 1337,58 К по МПТШ-68, температуру определяют с помощью закона излучения Планка, используя пирометры.

В 1972 году утверждены эталоны (0,3 - 5,2) К по упругости паров жидкого гелия He и изотопа гелия He. Для еще более низких температур - термометры сопротивления (угольные, германиевые, из сверхпроводящих сплавов), а также магнитными методами охлаждения. Для получения температур порядка 1мК= 10-3 К широко используют метод растворения жидкого  He в жидком  He.

) кандела (от латинского candela - свеча) - очередная шестая основная единица в Международной системе единиц - единица силы света. Русское сокращенное обозначение - кд, международное - cd. Символ: J. До 1970 года в русской литературе сила света называлась «свеча».

Название «свеча» берет начало с 19 века из Англии, где за единицу силы света бралась свеча из спермацета, если при длине пламени в 45мм за час сгорало 7,76г. Это был первый эталон силы света. Потом были лампы Карселя - лампы с заданными характеристиками сгорания масла. С 1881 года по предложению Виолля 1 Международный конгресс электриков принял в качестве единицы света излучение 1 см2 (17730С) поверхности платины при температуре ее затвердевания, которую в 1889 году решили назвать «абсолютным эталоном света», а  его часть - практической единицей силы света. В качестве эталонов силы света в разное время использовали лампу Гефнера - Альтенека, где использовался чистый ацетилен, электрическая лампочка специальной конструкции с постоянным током.

Трудности изготовления и воспроизведения предыдущих эталонов привели к необходимости использования законов теплового излучения. В 1956 году было введено такое определение: «Свеча - единица силы света, значение которой принимается таким, чтобы яркость полного излучателя при температуре затвердения платины была равна 60св на 1 см2».

Примечание:

Полный излучатель - излучатель, изготовленный из материала, обладающего свойствами абсолютно черного тела (платина, сажа, бархат).

В 1967 году Генеральной конференцией по мерам и весам единице силы света дано следующее определение: «Кандела - сила света, испускаемого с площади  сечения полного излучателя в перпендикулярном направлении при температуре излучателя, равного температуре затвердевания платины (2042 К) при давлении 101325 Па».

Измерения на основе излучения абсолютно черного тела не позволяют значительно повысить точность воспроизведения канделы. Поэтому 16 Генеральной конференцией по мерам и весам в октябре 1979 года дано новое определение, связывающее световые единицы с энергетическими.

Кандела - единица силы света, равная силе света в данном направлении от источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540*1012Гц (540 ТГц), сила, излучения которого в этом направлении составляет .

На основе этого определения в СССР в 1983 году создан новый эталон канделы.

7) моль - единица количества вещества, определяемая количеством структурных элементов (атомов, молекул, ионов), содержащихся в физической системе. Обозначается: русское - моль, международное - mol. Символ - N.

Начиная с 1905 года после опубликования А. Эйнштейном специальной теории относительности, отношение к массе вещества как мере инерции и гравитации, стало меняться. Масса покоящихся и движущихся тел оказалась разной, а именно: масса тела увеличивается по мере приближения скорости тела к скорости света (с=3*108), стремясь к бесконечности. Масса тела увеличивается, а количество вещества системы, имеющей определенное количество частиц, не меняется. Поэтому решением 14 Генеральной конференцией по мерам и весам в 1971 году была введена 7 основная единица измерения количества вещества.

«Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде - 12 массой 0,012 килограмм».

Введение очередной 7 основной единицы - моля - позволило расширить область применения Международной системы единиц на другие бурно развивающиеся разделы физики, как физическая химия, молекулярная физика, ядерная физика.

Дополнительные единицы системы единиц

11 Генеральная конференция по мерам и весам (1960 год) в качестве дополнительных единиц утвердили математические величины радиан - плоский угол и стерадиан - пространственный угол.

Радиан (от латинского radius - луч, радиус) - величина плоского угла между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. Обозначается: по-русски - рад; международное обозначение - rad.

Плоский угол определяется как отношение длины дуги к радиусу окружности .

Размерность плоского угла , то есть является безразмерной величиной.

Единица плоского угла . Этой безразмерной единице присвоено наименование радиан (1рад=57017'44”,8). В полном круге содержится радиан.

Стерадиан (от греческого stereos - телесный, объемный, пространственный) математическая единица измерения телесного угла с вершиной в центре сферы. Обозначение: русское - ср., международное - sr.

Телесный угол W - пространственный угол конуса с вершиной в центре, опирающейся на часть площади сферы .

Размерность и единицы телесного угла

.

Телесный угол, как и плоский, является безразмерной величиной, но разрешается называть стерадиан.

«Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы».

Полная сфера, имеющая площадь S, имеет телесный угол ср.

Основные, дополнительные и производные физические величины в Международной системе единиц CИ (SI-Sistem International d`Unites) и СГС и связь между ними

(СИ - принята 11 Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году. Постановлением Государственного Комитета СССР по стандартам с 1 января 1982 года введен в действие ГОСТ-8.417-81 ”Единицы физических величин”, согласно которому подлежат обязательному применению единицы международной системы единиц)

Наимено-вание физических величин	СИ					СГС				Отношение СГС СИ
	Формула, определение	Единицы измерения				Формула	Единицы измерения
		Наименование	Обозначение		Размерность, символ		Наименование	Обозначение	Размерность
			Русское	Международное
Основные физические величины
Длина	метрмmLсантиметрсмL10-2
Масса	(m)	килограмм	кг	кg	М		грамм	г	М	10-3
Время	(t)	секунда	с	s	Т		секунда	с	Т	1
Сила электрического тока	I	ампер	А	А	I
Термодинамическая температура	(T)	кельвин	К	К	Q		кельвин	К		1
Сила света	(I)	кандела	кд	cd	J		кандела	кд	J	1
Количество вещества	мольмольmolNмольмольN1
Дополнительные (математические) величины
Плоский угол	радианрадrad-радианрад-1
Телесный (объемный) угол	стерадиансрsr-стерадианср-1
1. Единицы механических величин (производные физические величины)
Площадь	S=L2 (S,A)	квадратный метр	м2	m2	L2	S=L2	квадратный сантиметр	cм2	L2	10-4
Объем, вместимость (прежнее назначение «емкость»)	V=L3	метр в кубе	м3	m3	L3	V=L3	сантиметр в кубе	см3	L3	10-6

Скорость               

метр в секундум

с

m

sL•T-1сантиметр в секундусм

сL•T-110-2

Угловая скорость (прежнее назначение «круговая скорость»)              радиан в секундурад

сrad

sT-1радиан в секундурад сT-11

Ускорение касательное нормальное            

метр на секунду в квадратем

с2m

s2L•T-2сантиметр на секунду в квадратесм

с2L•T-210-2
Период колебаний	секундаcsT
Частота	герцHzT-1герцT-11

Угловая частота (прежнее название «угловая, циклическая частота»)              радиан на секундурад

сrad

sT-1радиан на секундурад

сT-11

Частота вращения               секунда в минус первой степени1

сs-1T-1секунда в минус первой степени1

сT-11
Логарифмический декремент колебаний (прежнее название «логарифмический декремент затуханий»)	безразмерная
Добротность	безразмерная
Сила внешняя сила внутренняя сила	ньютонNL•M•T-2динадинL•M•T-210-5

Удельный вес Вес тела      ньютон на кубический метрН

м3N

m3L-2•M•T-2дина на сантиметр в кубедин

см3L-2•M•T-210

Плотность              килограмм на метр в кубекг

м3kg

m3L-3•Mграмм на кубический сантиметрL-3•M10-3
Удельный объем	метр кубический на килограмм
Момент силы	ньютон-метрН•мN•mL2•M•T-2дина-сантиметрдин ×смL2•M•T-210-7

Импульс (прежнее название «количество движения точки»)  килограмм-метр на секундукг•м

скg•m

sL•M•T-1грамм-сантиметр на секундуL•M•T-110-5
Элементарный импульс силы	ньютон-секундаН•сN•sL•M•T-1дина-секундадин×сL•M•T-110-5

a. момент импульса б. момент количества движения (теор. физика) в. угловой момент (атомная физика)              килограмм-метр в квадрате на секундукг•м2

скg•m2

sL2•M•T-1грамм-сантиметр в квадрате на секундуL2•M•T-110-7

Жесткость              ньютон на метрН

мN

mM•T-2дина на сантиметрдин

смM•T-210-3

Давление, напряжение       паскальPaL-1•M•T-2дина на сантиметр в квадратедин

см2L-1•M•T-210-1

Модуль продольной упругости (модуль Юнга)         паскальПаPaL-1•M•T-2дина на сантиметр в квадратедин

см2L-1•M•T-210-1

Модуль сдвига (модуль поперечной упругости)       паскальПаPaL-1•M•T-2дина на сантиметр в квадратедин

см2L-1•M•T-210-1

Момент инерции  килограмм-

метр в квадратекг•м2kg•m2L2•Mграмм-сантиметр в квадратег•см2L2•M10-7
Работа, энергия (кинетическая, потенциальная)	джоульJL2•M•T-2эргэргL2•M•T-210-7

Мощность силы (мощность)             ваттWL2•M•T-3эрг на секундуэрг

сL2•M•T-310-7

Динамическая вязкость      паскаль-

секундаПа•сPa•sL-1•M•T-2пуазПL-1•M•T-210-1

Кинематическая вязкость  квадратный метр на секунду               м2 с        m2 s       L2•T-1   стоксСтL2•T-110-4

Поверхностное натяжение                джоуль на метр в квадрате, ньютон на метрДж

м2

Н

мN

mM•T-2эрг на квадратный сантиметр, дина на сантиметрэрг см2 дин смM•T-210-3

Напряжённость гравитационного поля        ньютон на килограмм метр на секунду в квадратеN

кgL•T-2сантиметр на секунду в квадратедин

г

см

с2L•T-210-2

Потенциал гравитационного поля джоуль на килограммДж

кгJ кg L2•T--2эрг на граммL2•T-210-3
Коэффициент полезного действия (к.п.д.)	безразмерная--------
2. Единицы тепловых величин
Молярный объем	кубический метр на моль
Молярная масса	килограмм на моль
Температура Цельсия	Градуc Цельсия
Температурный коэффициент изменения физических величин	кельвин в минус первой степениK-1Q-1
Количество теплоты (теплота, тепло)	джоульДжJL2•M•T-2

Теплоёмкость системы (изохорная, изобарная)         джоуль на кельвинДж

КJ KL2•M• •T-2•Q-1

Удельная теплоёмкость (изохорная, изобарная)       ()джоуль на килограмм-кельвинДж

кг•КL2•

•T-2•Q-1

Молярная теплоёмкость (изохорная, изобарная)      джоуль на моль-кельвинДж

моль•КL2•M•T-2 •N-1•Q-1

Энтропия                джоуль на кельвинДж

КJ KL2•M•T-2 •Q-1
Внутренняя энергия	джоульДжJL2•M•T-2
Энтальпия	H=U+p•V	джоуль	Дж	J
Энергия Гельмгольца(свободная энергия; изохорно-изотермический потенциал)	A=U-T•S F= U-T•S	джоуль	Дж	J	L2•M•T-2
Энергия Гиббса	джоульДжJ

Удельное количество теплоты        джоуль на килограммДж

кгJ Kg L2•T-2
Тепловой поток	ваттWL2•M•T-3

Плотность теплового потока (поверх-ностная плотность теплового потока)  ватт на квадратный метрВт

м2W m2 M•T-3

Теплопроводность коэффициент теплопроводности                ватт на метр-кельвинВт

м•КW m•KL•M•T-3•Q-1
Коэффициент теплопередачи (обмена)	ватт на квадратный метр-кельвинВт м2•К	W m2•K	M•T-3•Q-1
Коэффициент диффузии	квадратный метр в секунду
Удельная теплота фазового превращения	джоуль на килограммJ Kg	L2•T-2
Термический коэффициент полезного действия	безразмерная --
Холодильный коэффициент	безразмерная --
3. Единицы электрических и магнитных величин
Количество электричества, электрический заряд	кулонКл=А×сСT×Iединица заряда СГЭСГСЭq=3,3×10-10
Плотность электрического заряда а) объемная (пространственная)	кулон на кубический метрL-3×T×Iединица плотности электрического зарядаСГСЭр=3,3×10-4
б) поверхностная	кулон на квадратный метрL-2×T×Iединица поверхностной плотности зарядаСГСЭσ=3,3×10-6
в) линейная	кулон на метрL-1×T×Itединица линейной плотности зарядаСГСЭτ

Напряженность электрического поля           вольт на метр, ньютон на кулонL×M×T-3×I-1единица напряженности в СГСЭСГСЭЕ10-6×с=

=3× 104

Разность потенциалов (напряжение)             вольтVL2×M×T-3×I-1единица потенциалов в СГСЭСГСЭφ10-8×с=

=3× 102
Электрическая ёмкость	фарадL-2×M-1×T4×I2cантиметрcмL
Электрическое смещение (прежнее название «электростатическая индукция»)	кулон на квадратный метрL-2×T×Iединица электрического смещения в СГСЭСГСЭД
Поток напряженности электрического поля	вольт-метрВ×мV×mL3×M×T-3×I-1
Поток электрического смещения	кулонКлCT×I=2.7× 10-11
Электрический момент диполя	кулон-метрКл×мC×mL×T×I
Поляризованность	кулон на метр в квадратеL-2×T×I
Электрическая постоянная (прежнее название «диэлектрическая постоянная вакуума в системе Си»)	фарад на метрL-3×M-1×T4×I2
Абсолютная диэлектрическая проницаемость	фарад на метрL-3×M-1×T4×I28.85× 10-12
Относительная диэлектрическая проницаемость	безразмерная___
Абсолютная диэлектрическая восприимчивость	фарад на метр
Относительная электрическая восприимчивость	безразмерная___
Плотность электрического тока	ампер на метр в квадратеL-2×Iединица плотности электрического тока в СГСЭiСГСЭj
Плотность электрического тока смещения	ампер на метр в квадратеL-2×I

Электрическое активное сопротивление (сопротивление)     омL2×M×T-3×I-2СГСЭR10-9× с2=

9× 1011
Активная электрическая проводимость	сименсSL-2×M-×T3×I2СГСЭR
Проводимость электролита	сименс на метр
Удельное электрическое сопротивление	ом-метрОм×мСГСЭRT10-11× с2

Удельная электрическая проводимость       сименс на метрL-3×M-1×

×T3×I210-11× с2
Работа электрического тока	джоульJ
Мощность электрического тока	ваттW
Электрическое напряжение (напряжение)	вольтV
Электродвижущая сила (э.д.с.)	вольтV
Температурный коэффициент электрического сопротивления	кельвин в минус первой степени
Магнитная индукция	тесла	TM×T-2×I-1гауссгс10-4

Магнитный поток                вебер

Вб=В×сWbL2×M×T-2×I-1максвеллмкс10-8
Потокосцепление	веберВбWbL2×M×T-2×I-1
Магнитный момент	ампер-квадрат-ный метрА×м2А×m2L2×Iэрг на гаусс10-3
Намагниченность	ампер на метрL-1×I103
Магнитная восприимчивость	безразмернаябезразмернаябезразмернаябезразмерная

Напряжённость магнитного поля   ампер на метрL-1×I

эрстедЭ

Индуктивность, взаимная индуктивность

генри(IМ=10×I)HL2×M×T-2×I-2сантиметрсмL10-9

Магнитная постоянная (прежнее название «магнитная проницаемость вакууме в системе Си»)

генри на метрL×M×T-2×I-2

Абсолютная магнитная проницаемость

генри на метрL×M×T-2×I-21.256× 10-6

Относительная магнитная проницаемость

безразмерная____безразмерная

Магнитно-движущая сила

ампер-витокАAIгильбертГб

Магнитное сопротивление               генри в минус первой степениL-2×M-1×

×T2×I2L-1
Магнитная проводимость	генриL2×M×T-2×I-2
Вектор Пойнтинга	ватт на метр в квадрате
4. Единицы световых величин и величин энергетической светимости
Энергия излучения	джоульДжJ

Световой поток    люмен

(кандела-стерадиан)лм=кд×cplmJ
Освещён-ность	люкслк=lx
Световая энергия	люмен - секундалм×сlm×sT×J
Оптическая сила системы	метр в минус первой степенимmL-1
Светимость	люмен на квадрат-ный метрL-2×J
Яркость	кандела на метр квадрат-ныйL-2×J
Экспозиция (световая экспозиция), количество освещения	люкс-секундалк×сlx×sL-2×I×J
Объемная плотность энергии	джоуль на кубический метрL-1×M×T-2
Спектральная плотность энергии по шкале угловой частоты	джоуль-секунда на метр в кубеL-1×M×T-1
Спектральная плотность энергии по шкале длин волн	джоуль на метр в четвертой степениL-2×M×T-2
Поток излучения	ватт	L2×M×T-3
Сила излучения	ватт на стерадианL2×M×T-3
Спектральная плотность силы излучения по шкале угловой частоты	джоуль на стерадианL2×M×T-2
Спектральная плотность силы излучения по школе длин волн	ватт на метр - стерадианL×M×T-3
Энергетическая светимость	ватт на квадратный метрM×T-3
Спектральная плотность энергетической светимости по шкале угловой частоты	джоуль на квадратный метрM×T--2
Спектральная плотность энергетической светимости по шкале длин волн	ватт на кубический метрL-1×M×T-3
Постоянная Вина	метр-кельвинм×Кm×K
Коэффициент теплового излучения	безразмернаябезразмернаябезразмернаябезразмерная
5. Единицы физических величин в области радиоактивности и ионизирующих излучений
Постоянная Планка	джоуль - секундаДж×сJ×sL2×M×T-1
Поток ионизирующих частиц	секунда в минус первой степенис-1s-1T-1
Перенос ионизирующих частиц	метр в минус второй степеним-2m-2L-2
Плотность потока ионизирующих частиц	секунда в минус первой степени - метр в минус второйс-1 м-2s-1 m-2L-2×T-1
Линейный коэффициент ослабления	метр в минус первой степеним-1m-1L-1
Поглощённая доза ионизирующего излучения	грейGyL2×T-2
Мощность поглощённой дозы ионизирующего излучения	грей на секундуL2×T-3
Экспозиционная доза излучения	кулон на килограммM-1×T×I
Мощность экспозиционной дозы излучения	ампер на килограммM-1×I
Активность радионуклида	беккерельBqT-1
Удельная активность источника	беккерель на килограммM-1×T-1
Объемная активность источника	беккерель на кубический метрL-3×T-1
Молярная активность источника	беккерель на мольT-1×N-1
Поверхностная активность источника	беккерель на квадратный метрL-2×T-1
Плотность потока излучения, интенсивность излучения	ватт на метр в квадратеM×T-3
Кинетическая энергия, освобождённая в веществе, т.е. отношение суммы начальных кинетических энергий зарядных ионизирующих частиц к массе вещества	кермаК=ГрGyL2×T-2
Мощность кермы	грей в секундуL2×T-3
Эквивалентная доза излучения	зивертL2×T-2
Мощность эквивалентной дозы излучения	зиверт в секундуL2×T

Внесистемные единицы, допущенные к применению наравне с единицами СИ

Наименование физических величин	Наименование	Обозначение		Отношение внесистемной единицы к СИ
		русское	Международное
Длина	ангстрем	10-10
	ферми	Ф	-	10-15
	астрономическая единица	а.е	u.a	1,496×1011
	световой год	св. год	ly	9,4605×1015
	парсек	пк	pс	3,0857×1016
Масса	атомная единица массы	а.е.м.	u	1,66×10-27
Площадь	барн	б	b	10-28
Объем	литр	л	l	10-3
Сила	килограмм силы	кгс	kgf	9,81
Давление	килограмм силы на квадратный сантиметр	9,8×104
	мм рт.ст(торр)	мм рт.ст		133,332
	бар	бар	bar	105
	физическая атмосфера	атм	аtm	1,013×105
	техническая атмосфера	ат	аt	9,81×104
Работа, энергия	килограмм силы-метр	1кгс×м	kgf×m	9,81
	калория	кал	cal	4,19
	киловатт-час	кВт×ч	kW×h	3,6×106
	электрон-вольт	эВ	еV	1,6×10-19
	ридберг	ридберг	Ry	2,18×10-18(∙13,6эВ)
Мощность	лошадиная сила	л.с.	-	735,5
Температура	градус Цельсия
Сила света	свеча	cв	-	1,005
Светимость	радфот	радфот	radph	104
Освещённость	фот	фот	ph	104
Яркость	ламберт	Лб	L
Оптическая сила	диоптрия	дптр	-	1
Световая экспозиция	фoт-секунда	фот×с	ph×s	104
Поглощенная доза ионизированного излучения	рад	рад	rad	10-2
Эквивалентная доза излучения	бэр	бэр	rem	10-2
Экспозиционная доза излучения	рентген	Р	R	2,58×10-4
Активность радионуклида	кюри	Кu	Ci	3,7×1010
Удельная активность источника	кюри на килограмм	3,7×1010
Молярная активность источника	кюри на моль	3,7×1010	кюри на литр	3,7×1013

 

Фундаментальные физические константы

Величина	Обозначение	Значение
Скорость света	c	299792458»3×108
Гравитационная постоянная	G,6,67259×10-11»6,67×10-11
Постоянная Авогадро	NA	6,0221367×1023 моль-1»6,02×1023 моль-1
Молярная газовая постоянная (прежнее название «универсальная газовая постоянная»)	R	8,31451 »8,3
Постоянная Больцмана	1,380658×10-23 »1,38×10-23
Масса электрона	9,1093897×10-31кг»9,1×10-31кг
Элементарный заряд электрона	е	1,60217733×10-19Кл»1,6×10-19Кл
Удельный заряд электрона	1,7588047×1011»1,76×1011
Масса протона mp=1836,2mе	mp	1,6726231×10-27кг»1,67×10-27кг
Масса нейтрона mn=1838,7mе	mn	1,67 49286×10-27кг»1,67×10-27кг
Электрическая постоянная	8,854187817×10-12»8,85×10-12
Магнитная постоянная	4p×10-7»12,566370614×10-7
Постоянная Стефана-Больцмана	5,67051×10-8»5,67×10-8
Постоянная Планка	h	6,6260755×10-34Дж×с»6,63×10-34Дж×с
Постоянная Планка-Дирака	1,05457266×10-34Дж×с»1,055×10-34Дж×с
Комптоновская длина волны электрона	2,42631058×10-12м»2,42×10-12м
Классический радиус электрона	2,81794092×10-15м»2,82×10-15м
Постоянная Ридберга а) по шкале длин волн  б) по шкале частоты  в) по шкале угловой частоты	1,097373177×107м-1»1,1×107м-1
	3,2808419499×1015Гц»3,28×1015Гц
	2,07×1016с-1
Боровский радиус	0,529051×10-10м»0,529×10-10м
Постоянная Фарадея	9,648456×104»9,7×104
Энергия покоя электрона	0,5110034МэВ»0,511МэВ
Энергия покоя нейтрона	939,5831МэВ»939,6МэВ
Энергия покоя протона	938,2796МэВ»938,3МэВ
Энергия, соответствующая 1 а.е.м.	931,5016МэВ»931,5МэВ
Атомная единица массы	1,6605655×10-27кг»1,66×10-27кг

эталон физический величина

Литература:

1.   Сена Л.А. «Единицы физических величин и их размерности», издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, Москва 2009.

2.       Бурдун Г.Д., Калашников Н.В., Стоцкий Л.Р. «Международная система единиц», издательство «Высшая школа», Москва 2004.

.         Чертов А.Г. «Физические величины», издательство «Высшая школа», Москва, 2010.

.         Новосильцев В.Н. «К истории основных единиц СИ», издательство Ростовского Государственного университета, г. Ростов-на-Дону 2005.