涨常识!什么是国际单位制?有哪些新界说?
来源:屠龙网 发表于2019-06-26 11:29:05 编辑:张学友
摘要: 什么是世界单位制 (SI) 世界单位制SI是从米制展开起来的世界通用的丈量言语,是人类描绘和界说人间万物的标尺。世界单位制规则了7个具有严厉界说的

什么是世界单位制

(SI)

 

涨常识!什么是国际单位制?有哪些新界说?

世界单位制SI是从“米制”展开起来的世界通用的丈量言语,是人类描绘和界说人间万物的标尺。世界单位制规则了7个具有严厉界说的根本单位,别离是时间单位“秒”、长度单位“米”、质量单位“千克”、电流单位“安培”、温度单位“开尔文”、物质的量单位“摩尔”和发光强度单位“坎德拉”。它们比方7块互相独立又彼此支撑的“柱石”,构成了世界单位制的“地基”。世界单位制规则的其它单位,如力的单位牛顿、电压单位伏特、能量单位焦耳等等,都能够由这7个根本单位组合导出。

世界单位制

(SI)的来历能够追溯至1875年——17国签署《米制条约》并正式赞同推广一起的世界丈量系统。签署条约的初衷是为了支撑世界交易、商业以及科学沟通,曩昔是,现在是,将来也不会改动。

“米制”在创立时的愿景便是“为全人类所用,在任何年代适用”。其初衷是用一种全球一起的“天然常数”而非某种片面的规范来界说单位,然后确保单位的长时间安稳性。1米最早被界说为经过巴黎的地球子午线长度的四千万分之一。而面积、体积和质量等交易、商业以及税收等范畴所需的其它单位,则经过“米”来界说。经过数十年的展开,到1960年,第11届CGPM将包括六个根本单位的单位制命名为世界单位制

(SI),即:米、千克、秒、安培、开尔文和坎德拉。世界单位制

(SI)相关单位被世界一起选用。1967年,依据铯原子的特性,即基态超精密能级跃迁的频率从头界说了秒,完成了从“地理秒”到“原子秒”跨过。1971年,第14届CGPM将摩尔

(物质的量的根本单位)列为SI根本单位之一。1983年,米被界说为光在真空中于1/299 792 458秒内跋涉的间隔,这是SI中的根本单位初次以根本常数——光速来界说。

 

涨常识!什么是国际单位制?有哪些新界说?

经过全球各国国家计量院以及世界计量局多年的研讨,证明依据根本常数来界说SI的根本单位具有满足的精确性。世界丈量系统将有史以来第一次悉数建立在不变的天然常数上,确保了SI的长时间安稳性和环宇通用性。这项成便是一切国家计量院与世界计量局职责与担任的表现,正是他们在这些研讨组织中展开的潜心研讨以及在世界规模内展开的通力合作,造就了这样的成果。

世界单位制

(SI)新界说

日前,第26届世界计量大会经过了关于修订世界单位制的抉择。世界单位制7个根本单位中的4个,即千克、安培、开尔文和摩尔将别离改由普朗克常数、根本电荷常数、玻尔兹曼常数和阿伏伽德罗常数来界说;别的3个根本单位在界说的表述上也做了相应调整,以与此次修订的4个根本单位相一起。

自2019年5月20日起,世界单位的7个根本单位将悉数由根本物理常数界说,这些常数如下:

- 铯133原子基态的超精密能级跃迁频率DνCs为 9 192 631 770 Hz,

- 真空中光的速度c为299 792 458 m/s,

- 普朗克常数h为6.626 070 15′10-34Js,

- 根本电荷e为1.602 176 634′10-19 C,

- 玻尔兹曼常数k为1.380 649′10-23 J/K,

- 阿伏伽德罗常数NA为6.022 140 76′1023 mol-1,

- 频率为540′1012Hz的单色辐射的发光功率Kcd为683 lm/W,

其间,单位赫兹、焦耳、库伦、流明、瓦特的符号为Hz、J、C、lm、W,它们别离与单位秒

(s)、米

(m)、千克

(kg)、安培

 

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(A)、开尔文

(K)、摩尔

(mol)、坎德拉

(cd)相关联,彼此之间的联系为Hz = s-1,J = kg m2 s-2,C = A s, lm = cd m2 m-2= cd sr,W = m2 kgs-3。

自2019年5月20日起,SI根本单位选用以下界说:

- 秒,符号s,SI的时间单位。当铯的频率DnCs,即铯-133原子基态的超精密能级跃迁频率以单位Hz,即s-1,表明时,将其固定数值取为9 192 631 770来界说秒。

- 米,符号m,SI的长度单位。确实空中光的速度c以单位m/s表明时,将其固定数值取为299 792 458来界说米,其间秒用DnCs界说。

- 千克,符号kg,SI的质量单位。当普朗克常数h以单位J s,即kg m2 s-1,表明时,将其固定数值取为6.626 070 15′10-34来界说千克,其间米和秒用c和DnCs界说。

- 安培,符号A,SI的电流单位。当根本电荷e以单位C,即A s,表明时,将其固定数值取为1.602 176 634′10-19来界说安培,其间秒用DnCs界说。

- 开尔文,符号K,SI的热力学温度单位。当玻尔兹曼常数k以单位J K-1,即kg m2 s-2K-1,表明时,将其固定数值取为1.380 649′10-23来界说开尔文,其间千克、米和秒用h,c和DnCs界说。

- 摩尔,符号mol,SI的物质的量的单位。1摩尔精确包括6.022 140 76 ′1023个根本粒子。该数即为以单位mol-1表明的阿伏伽德罗常数NA的固定数值,称为阿伏伽德罗数。

一个系统的物质的量,符号n,是该系统包括的特定根本粒子数量的丈量。根本粒子能够是原子、分子、离子、电子,其它恣意粒子或粒子的特定组合。

-坎德拉,符号cd,SI的给定方向上发光强度的单位。当频率为540′1012Hz的单色辐射的发光功率以单位lm/W,即cd sr W-1或cd sr kg-1m-2s3,表明时,将其固定数值取为683来界说坎德拉,其间千克、米、秒别离用h, c 和DnCs界说。

改动了什么?

从头界说的深层含义来看,世界单位制的改动是“巨大”的。

1.界说的根底变了。

以千克的现行界说为例,1千克精确等于世界计量局保存的世界千克原器

 

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(IPK)的质量。据世界计量局数据显现,世界千克原器执役近130年来,它的质量与各国保存的质量基准、世界计量局官方作证基准的一起性呈现了约50微克的差错,但世界千克原器的质量是否发作了改动,详细改动了多少至今仍是一个谜。用根本物理常数h从头界说千克后,质量单位将愈加安稳,咱们不用忧虑世界千克原器质量漂移或许给全球质量量值一起带来的问题。

丈量根底的长时间安稳,关于人类面对的严重应战,特别是环境与气候改动、地球运动监测等非常重要。咱们必须有一个能在很长时间内坚持安稳的参阅规范,才干取得牢靠的丈量数据——而牢靠的数据一直是科学研讨和政府决议计划的根基。

2.界说的时空变了。

物理规律是放之世界而皆准的,但丈量却有不少的人为要素。最早的千克是用1个规范大气压下1立方分米纯水在4摄氏度时的质量界说的,这实际上受到了温度、气压、水和容器等环境要素和丈量进程的约束。人们在19世纪末选用最先进的资料和工艺打造了世界千克原器,意图也是为了躲避这些约束。可是,世界千克原器有且只要一个,不管它的质量是否发作漂移,各国计量院仍须以它为准,定时到坐落法国的世界计量局校准自己的千克原器。新界说收效后,理论上任何地方的任何人,都能够依据界说复现1千克,并且,咱们今天在北京复现的量值,和咱们的子孙后代未来在火星上复现的量值将是一起的。

世界单位制的客观通用性不只意味着世界丈量界多年的夙愿正在逐步成为实际,更意味着全球量值一起有了更宽广而快捷的途径:芯片级的传感器将能够在工业产品流水线上完成对世界单位制的溯源,物联网各个终端收集的数据由此能够完成可比——无时无处不在的最佳丈量,将推进计量办理形式的革新立异,开释计量量子化革新效能,有助于进步智能制作、物联网等新技能工业的质量水平,有利于完成公正交易、安全医疗等,然后促进诚信建造,下降社会本钱,确保和改进民生。

3.界说的规模变了。

修订前的开尔文界说只是建立在水三相点一个固定点上,要丈量比它更高或更低的温度,咱们需求依据其他的固定点来延伸温标。而未来咱们仅经过玻尔兹曼常数,就能够依据热力学温度与能量的联系,在整个温标规模完成相同精确的温度丈量。千克也是这样。曾经最精确的千克只要1千克一种,要对一个大于1千克的物体称重,咱们需求将1千克进行重复累加;要对一个小于1千克的物体进行称重,则需求将1千克进行切割。累加和切割的进程都会给量值的精确性带来丢失。新的界说则不受此约束。

世界单位制的全规模精确性,为科学发现和技能立异供给了新的机会。得益于更高的丈量精确度,咱们将能够丈量极高、极低温度的细小改动,然后愈加精确地监测核反应堆内、航天器外表的温度改动;在生物医药范畴,咱们能够精确丈量单个细胞内某种物质的含量,并依据患者的实际需求,拟定愈加精确的药物剂量。

4.界说的办法变了。

在新的世界单位制中,丈量的两个重要概念,即单位界说和丈量

(或复现)办法是别离的。在旧界说中,单位的界说和完成办法是彻底绑定的,例如,要复现1/273.16K,就必须在水三相共存的条件下;要复现1千克,就必须与坐落法国的世界千克原器相联系。新界说收效后,千克能够经过任何恰当的办法复现,比方基布尔天平法和X射线晶体密度法——这两种办法是现在世界上丈量精确度最高的复现办法,但即便未来有更好的试验计划呈现,单位的界说也不会因而受到影响。而复现开尔文,现在已经有多达5种办法,你拿手哪种就能够用哪种。

更好的丈量原理、丈量办法和试验仪器意味着人们能够在世界单位制框架下完成更佳的丈量——这将引发仪器仪表工业的颠覆性立异。集多参量、高精确度传感器为一体的归纳丈量,不受环境搅扰无需送检的实时丈量,很多物理量、化学量和生物量的极限丈量等也成为了或许。

什么不变

对大大都人来说,世界单位制是“不变”的。除电学单位外,新界说下各个单位巨细和旧界说简直彻底一起。事实上,电学单位的改动也微乎其微,电压单位的改动约为正千万分之一,电阻单位的改动则更小。但这只会影响对丈量不确定度要求最高的顶尖计量组织和校准试验室,关于普通用户、工业界人士和大都科研人员来说,新界说不会对他们形成影响,他们的丈量成果仍将是接连的。这看上去好像天经地义,但实际上却是全球丈量科学家数十年潜心研讨和通力合作的成果——一切用于根本单位从头界说的“常数”都经过了精确丈量与严厉验证,然后确保了新单位的巨细“不变”。

革新带来的影响

这次以物理常数为根底,对世界计量单位制从头界说,意味着一切SI单位将由描绘客观世界的常数界说。从头界说敞开了恣意时间、恣意地址、恣意主体依据界说完成单位量值的大门,将对经济、科技与民生等都将发生深刻影响。

1.将改动世界计量系统和现有格式。

从头界说使得计量基规范与信息技能相结合,完成量值传递的链路不唯一和扁平化,使量值溯源链条更短、速度更快、丈量成果更准更稳,将彻底改动曩昔依托什物基准逐级传递的计量形式,处理了费时吃力、功率低下、差错扩大等问题。

2.将明显提高国家计量办理效能。

新的世界计量单位制和量子丈量技能的展开,将使得计量基准可随时随地复现,将最准“标尺”直接应用于生发日子,大幅缩短量值传递链。

3.将有力支撑新一轮工业**。

经过量子计量基准与信息技能的结合,使量值传递链条更短、速度更快、丈量成果更准更稳,深度符合了以信息物理系统为根底、智能制作为主要特征的新一轮工业**。经过嵌入芯片级量子计量基准,把最高丈量精度直接赋予制作设备并坚持长时间安稳,能够完成对产品制作进程的精确感知和最佳操控。

4.将引发仪器仪表工业的颠覆性立异展开。

世界计量单位制完成量子化,新的丈量原理、丈量办法和丈量仪器孕育而生,集多参量、高精度为一体的芯片级归纳丈量,不受环境搅扰无需校准的实时丈量,很多物理量、化学量和生物量的极限丈量等均成为或许,从而催生丈量仪器仪表形状的全面立异。

总归,世界单位制的革新是科技进步的缩影,科技立异和质量展开的根底将由此变得愈加结实。人类的丈量系统将第一次突破地球的捆绑,迈向悠远的世界和无尽的未来,并将不断前行。

来历:我国市场监管

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