Kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) perusyksiköt ovat fyysisten perussuureiden SI seitsemän perusmittayksikköä . Näitä suureita ovat pituus , massa , aika , sähkövirta , termodynaaminen lämpötila , ainemäärä ja valovoima . Niiden mittayksiköt ovat SI-perusyksiköt - metri , kilogramma , sekunti , ampeeri , kelvin , mooli ja kandela [1] [2 ] .
Kansainvälinen paino- ja mittatoimisto (BIPM) määrittelee SI-perusyksiköt . Täydellinen virallinen kuvaus SI:n perusyksiköistä sekä SI:stä kokonaisuudessaan tulkinnoineen on BIPM:n julkaisemassa ja sen verkkosivuilla esitellyssä SI-esitteen nykyisessä versiossa [3] .
Taulukossa on esitetty kaikki SI-perusyksiköt niiden määritelmäineen, venäläiset ja kansainväliset nimitykset, fyysiset suureet, joihin ne viittaavat, sekä lyhyt perustelu niiden alkuperälle.
| Yksikkö | Nimitys | Arvo | Määritelmä [4] | Historiallinen alkuperä, entiset määritelmät |
|---|---|---|---|---|
| Toinen | kanssa s |
Aika | Toisen arvo asetetaan kiinnittämällä cesium-133- atomin perustilan hyperhienon halkeamisen taajuuden numeerinen arvo lämpötilassa 0 K tasan 9192631770 , kun se ilmaistaan SI-yksiköllä s -1 , joka vastaa Hz [k 1] . | Aurinkopäivä on jaettu 24 tuntiin, jokainen tunti on jaettu 60 minuuttiin, jokainen minuutti 60 sekuntiin. Sekunti on 1⁄ ( 24 × 60 × 60) tai 1/86400 aurinkovuorokaudesta . Nykyaikainen määritelmä hyväksyttiin XIII:ssa yleisessä paino- ja mittakonferenssissa (CGPM) vuonna 1967. |
| Mittari | m m |
Pituus | Mittarin arvo määritetään kiinnittämällä valon nopeuden numeerinen arvo tyhjiössä tarkalleen 299 792 458 , kun se ilmaistaan SI-yksiköllä m s −1 [k 2] . | 1 ⁄ 10 000 000 onetäisyysMaanpäiväntasaajasta Pariisinpituuspiirinpohjoisnavalle. Nykyaikainen määritelmä vahvistettiin XVIICGPM:ssä vuonna 1983.
|
| Kilogramma | kg kg |
Paino | Killan arvo määritetään kiinnittämällä Planckin vakion h numeerinen arvo täsmälleen 6,62607015 × 10 −34 , kun se ilmaistaan J⋅s. | Yhden kuutiometrin ( litran ) puhtaan veden massa 4 ° C : ssa ja ilmanpaineessa merenpinnan tasolla . Yli kahdensadan vuoden ajan materiaalinäytteet toimivat kilogramman standardina - arkistokilo, sitten kilon kansainvälinen prototyyppi. |
| Ampeeri | A A |
Sähkövirran voimakkuus | Ampeerin arvo määritetään kiinnittämällä alkuvarauksen e numeerinen arvo 1,602176634 × 10 −19 , kun se ilmaistaan kuloneina . | Edellinen määritelmä, palaten alkuperäiseen: ampeeri on muuttumattoman virran voima, joka kulkiessaan kahden rinnakkaisen suoran johtimen läpi, joiden pituus on äärettömän pieni ja pyöreä poikkileikkauspinta-ala, sijaitsee tyhjiössä 1 m etäisyydellä toisistaan aiheuttaisi jokaisessa johtimen osassa 1 m pituisen vuorovaikutusvoiman, joka vastaa 2⋅10 −7 newtonia . |
| Kelvin | K K |
Termodynaaminen lämpötila | Kelvinin arvo määritetään kiinnittämällä Boltzmannin vakion k numeerinen arvo täsmälleen 1,380649 × 10 −23 , kun se ilmaistaan J/K:na. | Vuosina 1967-2019 se määritettiin 1/273,16:ksi veden kolmoispisteen termodynaamisesta lämpötilasta [k 3] . Kelvin-asteikko käyttää samaa sävelkorkeutta kuin Celsius - asteikko ( historiallisesti 1⁄100 veden kiehumis- ja jäätymispisteiden erosta ilmakehän paineessa), mutta 0 Kelvin on absoluuttisen nollapisteen lämpötila, ei jään sulamispiste. Nykyajan määritelmän mukaan Celsius-asteikon nolla on asetettu siten, että veden kolmoispisteen lämpötila on 0,01 °C. Tämän seurauksena Celsius- ja Kelvin-asteikko siirtyy 273,15 [6] : T [°C] = T [ K ] − 273,15. |
| mooli | mooli mol |
Aineen määrä | Yksi mooli sisältää tasan 6,022 140 76 × 10 23 alkuainetta [k 4] . Tämä luku on Avogadron vakion N A kiinteä arvo , joka ilmaistaan mol −1 yksiköissä , ja sitä kutsutaan Avogadron numeroksi . | Atomipaino tai molekyylipaino jaettuna moolimassavakiolla, 1 g/mol. Vuosina 1971-2019 se määriteltiin aineen määräksi systeemissä, joka sisältää niin monta rakenneelementtiä kuin on atomeja hiili-12:ssa, jonka massa on 12 g. |
| Candela | cd cd |
Valon voima | Kandelan arvo määritetään kiinnittämällä taajuudella 540 10 12 Hz monokromaattisen säteilyn valotehokkuuden numeerinen arvo täsmälleen 683:ksi, kun se ilmaistaan SI-yksiköllä m −2 kg −1 s 3 cd sr tai cd sr W −1 , joka vastaa lm W −1 . | Palavan kynttilän lähettämän valon voima (eng. Candlepower, vanhentunut brittiläinen valovoimayksikkö). Nykyaikainen määritelmä vahvistettiin XVI CGPM :ssä vuonna 1979. |
Perusyksiköiden ja kaikkien muiden SI-yksiköiden nimet ja symbolit kirjoitetaan pienillä kirjaimilla (esim. mittari ja sen symboli m). Tässä säännössä on poikkeus: tiedemiesten nimien mukaan nimettyjen yksiköiden nimet kirjoitetaan isoilla kirjaimilla (esimerkiksi ampeeria merkitään symbolilla A).
Loput SI-yksiköt ovat derivaattoja ja muodostetaan perusyksiköistä Kansainvälisen yksikköjärjestelmän SI:ssä käytettyjen fysikaalisten suureiden toisiinsa liittyvien yhtälöiden avulla.
Perusyksikköä voidaan käyttää myös samankokoiselle johdetulle suurelle . Esimerkiksi sademäärä määritellään tilavuuden osamääränä jaettuna pinta-alalla, ja SI ilmaistaan metreinä. Tässä tapauksessa mittaria käytetään koherenttina johdettuna yksikkönä [2] [to 5] .
SI:n määrittely vakioiden kiinnittämisen kautta ei yleisesti ottaen vaadi eroa perus- ja johdetun yksikön välillä. Tämä jako säilytetään kuitenkin historiallisista syistä ja mukavuuden vuoksi [7] .
Sen jälkeen kun metrisopimus hyväksyttiin vuonna 1875, perusmittayksiköiden määritelmät ovat muuttuneet useaan otteeseen. Mittarin uudelleenmäärittelystä (1960) lähtien kilogramma on pysynyt viimeisenä yksikkönä, joka ei ole määritelty luonnonomaisuudeksi, vaan fyysiseksi esineeksi. Koska myyrä, ampeeri ja kandela oli kuitenkin sidottu kilogrammaan, myös ne sidottiin ihmisen tekemän kilogramman standardiin. Metrologia on pitkään etsinyt tapoja määritellä kilogramma fysikaalisten perusvakioiden perusteella , aivan kuten mittari määritellään valonnopeudella .
2000-luvun alussa International Bureau of Weights and Measures valmisteli uusia määritelmiä SI-perusyksiköille, jotka eivät olleet sidottu aineellisiin esineisiin ( standardeihin ). Tämä työ saatiin vihdoin päätökseen vuoteen 2018 mennessä, kun XXVI:n paino- ja mittakonferenssissa hyväksyttiin uudet SI:n ja sen perusyksiköiden määritelmät. Muutokset astuvat voimaan vuonna 2019.
Neljän SI-perusyksikön määritelmät ovat muuttuneet olennaisesti: kilogramma, ampeeri, kelvin ja mooli. Näiden yksiköiden uudet määritelmät perustuvat seuraavien fysikaalisten perusvakioiden kiinteisiin numeerisiin arvoihin: Planckin vakio , elementaarinen sähkövaraus , Boltzmannin vakio ja Avogadron luku . Kaikille näille suureille on annettu tarkat arvot, jotka perustuvat tiede- ja teknologiakomitean (CODATA) suosittelemien tarkimpien mittausten tuloksiin .
Muodollisesti uudet määritelmät kumosivat kaikki aiemmat [8] , mutta uudet mittarin, sekuntien ja kandelan määritelmät vastaavat vanhoja ja niitä on muutettu vain tyylin yhtenäisyyden säilyttämiseksi. Mittarin ja sekunnin määritelmät yhdistettiin jo tällaisten vakioiden, kuten valonnopeuden ja cesiumatomin perustilan halkeamisen suuruuden, tarkkoihin arvoihin . Vaikka kandelan määritelmä ei ole sidottu mihinkään perusvakioon, se voidaan kuitenkin nähdä myös sidottuna luonnon invariantin täsmälliseen arvoon.
Vuonna 2019 voimaan tulleen määritelmän mukaan SI on yksikköjärjestelmä, jossa [9] :