国际单位制简介:
国际单位制(法语:Système International d'Unités,简称SI),源于公制(又称米制),是世界上最普遍采用的标准度量系统。国际单位制以七个基本单位为基础,由此建立起一系列相互换算关系明确的“一致单位”。
另有二十个基于十进制的词头,当加在单位名称或符号前的时候,可用于表达该单位的倍数或分数。
国际单位制源于法国大革命期间所采用的十进制单位系统──公制;现行制度从1948年开始建立,于1960年正式公布。它的基础是米-千克-秒制(MKS),而非任何形式的厘米-克-秒制(CGS)。
国际单位制的设计意图是,先定义词头和单位名称,但单位本身的定义则会随着度量科技的进步、精准度的提高,根据国际协议来演变。例如,分别于2011年、2014年举办的第24、25届国际计量大会讨论了有关重新定义千克的提案。[1]千克新定义的提案于2018年11月16日的第26届大会通过。
随着科学的发展,厘米-克-秒制中出现了不少新的单位,而各学科之间在单位使用的问题上也没有良好的协调。因此在1875年,多个国际组织协定《米制公约》,创立了国际计量大会,目的是订下新度量衡系统的定义,并在国际上建立一套书写和表达计量的标准。
国际单位制已受大部分发达国家所采纳,但在英语国家当中,国际单位制并没有受到全面的使用。
国际单位制基本单位
单位名称 |
单位符号 |
物理量 |
定义(部分) |
量纲符号 |
米 |
m |
长度 |
- 最初(1793年):从北极至赤道经过巴黎的子午线长度的一千万分之一。法
- 过渡(1799年):国际米原器的长度。
- 过渡(1960年):氪-86原子在2p10和5d5量子能级之间跃迁所发出的电磁波在真空中的波长的1,650,763.73倍。
- 目前(1983年):光在1299,792,458秒内在真空中行进的距离。
|
L |
千克 |
kg |
质量 |
- 最初(1793年):最初法文名为grave,定义为在冰点下体积为一立方分米的纯水的重量(质量)。法
- 目前(1889年):国际千克原器的质量。
- 未来(2019年):由精确的普朗克常数 h = 6.62607015×10−34 J.s (J = kg⋅m2⋅s−2)、米和秒所定义。
|
M |
秒 |
s |
时间 |
- 最初(中世纪):一天时长的86,400分之一。
- 过渡(1956年):1900年1月0日历书时12时算起的回归年时长的131,556,925.9747。
- 目前(1967年):铯-133原子在基态下的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的时间。
|
T |
安培 |
A |
电流 |
- 最初(1881年):CGS电磁单位制中电流单位的十分之一。CGS电流单位的定义是,在半径为1厘米、长度为1厘米的圆弧上流通,并在圆心产生1奥斯特电场的电流。[50]电
- 目前(1946年):在真空中相距1米的两根横截面为圆形、粗度可忽略不计的无限长平行直导线,各通上相等的恒定电流,当两根导线之间每米长度所受力为2×10−7牛顿时,各导线上的电流定义为1安培。
- 未来(2019年):由新的元电荷e = 1.602176634×10−19 C (C = A⋅s)和秒所定义。
|
I |
开尔文 |
K |
热力学温度 |
- 最初(1743年):摄氏温标将0 °C和100 °C分别定义为水的熔点和沸点。
- 过渡(1954年):273.16 K定义为水的三相点(0.01 °C)。[n 3]
- 目前(1967年):水的三相点热力学温度的1273.16。
- 未来(2019年):由新的玻尔兹曼常数1.380649×10−23 J⋅K−1, (J = kg⋅m2⋅s−2)、千克、米和秒所定义。
|
Θ |
摩尔 |
mol |
物质的量 |
- 最初(1900年):物质的克数等于其分子量时的数量。原
- 目前(1967年):物质所含的粒子数量相等于0.012千克碳-12所含的原子数量。[n 4]
- 未来(2019年):1摩尔包含 6.02214076×1023 个基本实体,这一数字是新的阿伏伽德罗常数。
|
N |
坎德拉 |
cd |
发光强度 |
- 最初(1946年):整个辐射体在铂凝固温度下的亮度,定义为60新坎德拉每平方厘米。
- 目前(1979年):频率为5.4×1014赫兹的单色光源在特定方向辐射强度为1683 W/sr时的发光强度。
|
J |
- 备注
- 本表只列出差异较大的过渡性定义
- 虽然从千克(kilogram)的词头kilo看起来,克比较像是基本单位,但国际单位制中质量的基本单位并不是克,而是千克。所有导出单位也都是以千克为基础,而非克。
- 热力学温度在1954年时的名称为“开氏度”(符号为°K),后于1967年改名为“开尔文”(符号为K)。
- 使用摩尔时,必须指明粒子的种类,可以是分子、原子、离子、电子或其他粒子,也可以是这些粒子的特定组合体。
以上基本单位的最初定义是由以下机构给出:
- 法 = 法国政府
- 电 = 国际电工委员会
- 原 = 国际原子量委员会
其他定义都来自国际计量大会或国际计量委员会,列于《国际单位制手册》中。 |
导出单位
国际单位制导出单位是基本单位在乘幂、乘积或相除后产生的单位,如此形成的导出单位可以有无限多个。每个导出单位都与一个导出物理量相对应,例如,速度是建立在时间和长度上的物理量,在国际单位制中所对应的导出单位是“米每秒”(符号为m/s)。导出单位的量纲可以用基本单位的量纲组合来表达。
从国际单位制导出的已命名单位
名称 |
符号 |
物理量 |
以其他SI单位表达 |
以基本单位表达 |
弧度 |
rad |
角 |
|
m·m−1 |
球面度 |
sr |
立体角 |
|
m2·m−2 |
赫兹 |
Hz |
频率 |
|
s−1 |
牛顿 |
N |
力、重量 |
|
kg·m·s−2 |
帕斯卡 |
Pa |
压强、应力 |
N/m2 |
kg·m−1·s−2 |
焦耳 |
J |
能量、功、热量 |
N·m |
kg·m2·s−2 |
瓦特 |
W |
功率、辐射通量 |
J/s |
kg·m2·s−3 |
库仑 |
C |
电荷 |
|
s·A |
伏特 |
V |
电压(电势差)、电动势 |
W/A |
kg·m2·s−3·A−1 |
法拉 |
F |
电容 |
C/V |
kg−1·m−2·s4·A2 |
欧姆 |
Ω |
电阻、阻抗、电抗 |
V/A |
kg·m2·s−3·A−2 |
西门子 |
S |
电导 |
A/V |
kg−1·m−2·s3·A2 |
韦伯 |
Wb |
磁通量 |
V·s |
kg·m2·s−2·A−1 |
特斯拉 |
T |
磁通量密度(磁场) |
Wb/m2 |
kg·s−2·A−1 |
亨利 |
H |
电感 |
Wb/A |
kg·m2·s−2·A−2 |
摄氏度 |
°C |
温度(相对于273.15 K) |
|
K |
流明 |
lm |
光通量 |
cd·sr |
cd |
勒克斯 |
lx |
照度 |
lm/m2 |
m−2·cd |
贝克勒尔 |
Bq |
放射性活度 |
|
s−1 |
戈瑞 |
Gy |
致电离辐射的吸收剂量 |
J/kg |
m2·s−2 |
希沃特 |
Sv |
致电离辐射等效剂量 |
J/kg |
m2·s−2 |
开特 |
kat |
催化活度 |
|
mol·s−1 |
- 备注
- 弧度和球面度曾经是具有特殊地位的单位,但现在只当做无量纲导出单位看待。
- 上表的排序方法是,表中所有单位都只建立在位置更前的单位以及基本单位上。
|
词头
在基本和导出单位名称之前加上词头,可表达该单位的倍数和分数。词头所代表的倍数都是10的整数幂,在倍数高于100或低于1100时则都是1000的整数幂。例如,词头kilo(千)表示一千倍,milli(毫)表示千分之一,也就是说,1000毫米(millimetre)为之1米(metre,又作公尺),1000米为之1千米(kilometre,又作公里),如此类推。这些词头不能够结合使用,即百万分之一米可写作微米(micrometre),但不可写作毫毫米(millimillimetre)。在对千克(kilogramme)加上词头时,以克(gramme)作为“基本”单位,因此百万分之一千克写作毫克(milligramme),而非微千克(microkilogram)。每个词头均有一个区分大小写的符号,使用时加在单位符号之前。
国际单位制词头
倍数 |
词头名称 |
|
deca |
hecto |
kilo |
mega |
giga |
tera |
peta |
exa |
zetta |
yotta |
词头符号 |
|
da |
h |
k |
M |
G |
T |
P |
E |
Z |
Y |
中文(中国大陆) |
|
十 |
百 |
千 |
兆 |
吉(咖)[注 5] |
太(拉) |
拍(它) |
艾(可萨) |
泽(它) |
尧(它) |
中文(台湾) |
|
十 |
百 |
千 |
百萬 |
吉 |
兆 |
拍 |
艾 |
皆 |
佑 |
系数 |
100 |
101 |
102 |
103 |
106 |
109 |
1012 |
1015 |
1018 |
1021 |
1024 |
|
分数 |
词头名称 |
|
deci |
centi |
milli |
micro |
nano |
pico |
femto |
atto |
zepto |
yocto |
词头符号 |
|
d |
c |
m |
μ |
n |
p |
f |
a |
z |
y |
中文(中国大陆) |
|
分 |
厘 |
毫 |
微 |
纳(诺) |
皮(可) |
飞(母托) |
阿(托) |
仄(普托) |
幺(科托) |
中文(台湾) |
|
分 |
厘 |
毫 |
微 |
奈 |
皮 |
飛 |
阿 |
介 |
攸 |
系数 |
100 |
10−1 |
10−2 |
10−3 |
10−6 |
10−9 |
10−12 |
10−15 |
10−18 |
10−21 |
10−24 |
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