نظام قياس SI - التاريخ والغرض والدور في الفيزياء
يعود تاريخ البشرية إلى عدة آلاف من السنين ، وفي مراحل مختلفة من تطورها ، استخدمت كل دولة تقريبًا بعض أنظمتها المرجعية التقليدية. الآن أصبح النظام الدولي للوحدات (SI) إلزاميًا لجميع البلدان.
يحتوي النظام على سبع وحدات قياس أساسية: الثانية - الوقت ، المتر - الطول ، الكيلوجرام - الكتلة ، الأمبير - قوة التيار الكهربائي ، كلفن - درجة الحرارة الديناميكية الحرارية ، الشمعة - شدة الضوء ، والمول - كمية المادة. هناك وحدتان إضافيتان: راديان للزاوية المسطحة والستيراديان للزاوية الصلبة.
يأتي SI من النظام الفرنسي الدولي ويرمز إلى النظام الدولي للوحدات.
كيف يتم تحديد العداد
في القرن السابع عشر ، مع تطور العلم في أوروبا ، بدأ سماع الدعوات إلى إدخال مقياس عالمي أو مقياس كاثوليكي أكثر فأكثر. سيكون مقياسًا عشريًا يعتمد على الحدث الطبيعي ومستقلًا عن قرار الشخص المسؤول. مثل هذا الإجراء من شأنه أن يحل محل العديد من أنظمة التدابير المختلفة الموجودة في ذلك الوقت.
اقترح الفيلسوف البريطاني جون ويلكينز أخذ طول البندول كوحدة طول ، نصف دورتها تساوي ثانية واحدة. ومع ذلك ، بناءً على موقع القياس ، لم تكن القيمة هي نفسها. أثبت عالم الفلك الفرنسي جان ريشيت هذه الحقيقة خلال رحلته إلى أمريكا الجنوبية (1671 - 1673).
في عام 1790 ، اقترح الوزير Talleyrand قياس خط الطول المرجعي عن طريق وضع البندول على خط عرض ثابت تمامًا بين بوردو وجرينوبل - خط عرض 45 درجة شمالًا. نتيجة لذلك ، في 8 مايو 1790 ، قررت الجمعية الوطنية الفرنسية أن المتر هو طول بندول مع نصف فترة عند خط عرض 45 درجة يساوي 1 ثانية. وفقًا لـ SI اليوم ، سيكون هذا المقياس مساويًا لـ 0.994 م ، ومع ذلك ، فإن هذا التعريف لا يتوافق جيدًا مع المجتمع العلمي.
في 30 مارس 1791 ، وافقت الأكاديمية الفرنسية للعلوم على اقتراح تحديد معيار للقياس كجزء من خط الطول في باريس. كان من المفترض أن تكون الوحدة الجديدة جزءًا واحدًا من عشرة ملايين من المسافة من خط الاستواء إلى القطب الشمالي ، أي واحدًا على عشرة ملايين من ربع محيط الأرض ، تقاس على طول خط الطول في باريس. أصبح هذا يعرف باسم "متر صحيح ونهائي".
في 7 أبريل 1795 ، أصدر المؤتمر الوطني قانونًا لإدخال النظام المتري في فرنسا وأصدر تعليمات إلى المفوضين ، بما في ذلك الفصل. O. Coulomb ، J.L. لاجرانج ، P.-S. حدد لابلاس وغيره من العلماء بشكل تجريبي وحدات الطول والكتلة.
في الفترة من 1792 إلى 1797 ، بقرار من المؤتمر الثوري ، قام العالمان الفرنسيان ديلامبر (1749-1822) وميشين (1744-1804) بقياس نفس قوس خط الطول في باريس بطول 9 ° 40 'من دونكيرك إلى برشلونة في 6 سنوات ، ووضع سلسلة من 115 مثلثًا عبر فرنسا وجزء من إسبانيا.
ومع ذلك ، اتضح لاحقًا أنه بسبب الحساب غير الصحيح للضغط القطبي للأرض ، تبين أن المعيار أقصر بمقدار 0.2 مم. وبالتالي ، فإن طول خط الزوال البالغ 40000 كم هو تقريبي فقط. ومع ذلك ، تم صنع النموذج الأولي الأول للمقياس النحاسي القياسي في عام 1795. وتجدر الإشارة إلى أن وحدة الكتلة (الكيلوغرام ، الذي يعتمد تعريفه على كتلة ديسيمتر مكعب واحد من الماء) مرتبط أيضًا بتعريف متر.
تاريخ تشكيل نظام SI
في 22 يونيو 1799 ، تم صنع معيارين من البلاتين - المقياس القياسي والكيلوغرام القياسي - في فرنسا. يمكن اعتبار هذا التاريخ بحق يوم بداية تطوير نظام SI الحالي.
في عام 1832 ، أنشأ جاوس ما يسمى ب النظام المطلق للوحدات ، مع الأخذ في الاعتبار الوحدات الثلاث الأساسية: وحدة الوقت هي الثانية ، ووحدة الطول هي المليمتر ، ووحدة الكتلة هي الجرام ، لأنه باستخدام هذه الوحدات الخاصة ، تمكن العالم من قياس القيمة المطلقة للمجال المغناطيسي للأرض (حصل هذا النظام على الاسم SGS جاوس).
في ستينيات القرن التاسع عشر ، وتحت تأثير ماكسويل وطومسون ، تمت صياغة شرط أن تكون الوحدات الأساسية والمشتقة متوافقة مع بعضها البعض. نتيجة لذلك ، تم تقديم نظام CGS في عام 1874 ، مع توزيع البادئات أيضًا للإشارة إلى مجموعات فرعية ومضاعفات الوحدات من الميكرو إلى ميجا.
في عام 1875 ، وقع ممثلو 17 دولة ، بما في ذلك روسيا والولايات المتحدة وفرنسا وألمانيا وإيطاليا ، اتفاقية متري ، والتي بموجبها تم إنشاء المكتب الدولي للإجراءات واللجنة الدولية للتدابير وبدأت اتفاقية عادية تعمل. المؤتمر العام للأوزان والمقاييس (GCMW)... في نفس الوقت ، بدأ العمل على تطوير معيار دولي للكيلوغرام ومعيار لأداة القياس.
في عام 1889 في المؤتمر الأول لـ GKMV ، نظام ISSبناءً على المتر والكيلوغرام والثاني ، مثل CGS ، بدت وحدات ISS أكثر قبولًا نظرًا لسهولة الاستخدام العملي. سيتم إدخال البصريات والوحدات الكهربائية في وقت لاحق.
في عام 1948 ، بأمر من الحكومة الفرنسية والاتحاد الدولي للفيزياء النظرية والتطبيقية ، أصدر المؤتمر العام التاسع للأوزان والمقاييس تعليمات إلى اللجنة الدولية للأوزان والمقاييس لاقتراح ، من أجل توحيد نظام وحدات القياس ، أفكاره لإنشاء نظام واحد لوحدات القياس التي يمكن قبولها من قبل جميع البلدان - الأطراف في اتفاقية متري.
نتيجة لذلك ، تم اقتراح واعتماد الوحدات الست التالية في GCMW العاشر في عام 1954: متر ، كيلوجرام ، ثانية ، أمبير ، كلفن ، وكانديلا. في عام 1956 ، أطلق على النظام اسم «Systeme International d'Unities» - النظام الدولي للوحدات.
في عام 1960 ، تم اعتماد المعيار الذي أطلق عليه لأول مرة اسم «النظام الدولي للوحدات» وتم تعيين الاختصار له "سيسي).
بقيت الوحدات الأساسية على حالها الست وحدات: المتر ، الكيلوجرام ، الثانية ، الأمبير ، الكلفن ، والكانديلا ، وحدتان إضافيتان (راديان وستيراديان) وسبعة وعشرون من المشتقات الأكثر أهمية ، دون تحديد مسبقًا وحدات مشتقة أخرى يمكن إضافتها بواسطة - متأخر. (يمكن فك شفرة الاختصار في "SI" الروسي على أنه "النظام الدولي").
كل هذه الوحدات الأساسية الست ، كل من الوحدات الإضافية والسبع والعشرون وحدة المشتقة الأكثر أهمية ، تتوافق تمامًا مع الوحدات الأساسية والإضافية والمشتقة المقابلة المعتمدة في ذلك الوقت في معايير حالة الاتحاد السوفياتي لوحدات القياس لمحطة الفضاء الدولية و MKSA و МКСГ و أنظمة MSS.
في عام 1963 في الاتحاد السوفياتي ، وفقا ل GOST 9867-61 «النظام الدولي للوحدات»، يتم قبول SI على أنها مفضلة في مجالات الاقتصاد الوطني ، في العلوم والتكنولوجيا ، وللتدريس في المؤسسات التعليمية.
في عام 1968 ، في الدورة الثالثة عشرة من GKMV ، تم استبدال الوحدة "درجة كيلفن" بـ "كيلفن" ، كما تم اعتماد التسمية "K". بالإضافة إلى ذلك ، تم اعتماد تعريف جديد للثانية: الثانية هي فترة زمنية تساوي 9192.631.770 فترة إشعاع تقابل الانتقال بين مستويين فائق الدقة للحالة الكمية الأرضية لذرة السيزيوم -133. في عام 1997 ، سيتم اعتماد توضيح مفاده أن هذه الفترة الزمنية تشير إلى ذرة السيزيوم 133 عند السكون عند 0 كلفن.
في عام 1971 ، تمت إضافة وحدة أساسية أخرى "مول" إلى 14 GKMV - وحدة لكمية المادة. الخلد هو كمية المادة في نظام يحتوي على العديد من العناصر الهيكلية مثل ذرات الكربون 12 التي تزن 0.012 كجم. عند استخدام الخلد ، يجب تحديد العناصر الهيكلية ويمكن أن تكون ذرات وجزيئات وأيونات وإلكترونات وجزيئات أخرى أو مجموعات محددة من الجسيمات.
في عام 1979 ، تبنت CGPM السادس عشر تعريفا جديدا للكانديلا. الشمعة هي شدة الإضاءة في اتجاه معين لمصدر ينبعث منه إشعاع أحادي اللون بتردد 540 × 1012 هرتز ، والتي تكون شدتها المضيئة في هذا الاتجاه 1/683 واط / ريال (واط لكل ستيراديان).
في عام 1983 ، تم تقديم تعريف جديد لعداد 17 GKMV.المتر هو طول المسار الذي يسلكه الضوء في الفراغ في (1 / 299،792،458) ثانية.
في عام 2009 ، وافقت حكومة الاتحاد الروسي على "لائحة وحدات القياس المسموح باستخدامها في الاتحاد الروسي" ، وفي عام 2015 ، تم إجراء تعديلات عليها لاستبعاد "فترة الصلاحية" لبعض الوحدات غير النظامية.
المزايا الرئيسية لنظام SI هي كما يلي:
1. توحيد وحدات الكميات الفيزيائية لأنواع القياس المختلفة.
يسمح نظام SI لأي كمية مادية موجودة في مجالات التكنولوجيا المختلفة أن يكون لها وحدة مشتركة واحدة لها ، على سبيل المثال ، الجول لجميع أنواع العمل وكمية الحرارة بدلاً من الوحدات المختلفة المستخدمة حاليًا لهذه الكمية (كيلوجرام - قوة - متر ، إيرغ ، كالوري ، واط ساعة ، إلخ).
2. عالمية النظام.
تغطي وحدات SI جميع فروع العلم والتكنولوجيا والاقتصاد الوطني ، باستثناء الحاجة إلى استخدام وحدات أخرى وتمثل عمومًا نظامًا واحدًا مشتركًا في جميع مجالات القياس.
3. اتصال (تماسك) النظام.
في جميع المعادلات الفيزيائية التي تحدد وحدات القياس الناتجة ، يكون عامل التناسب دائمًا كمية بلا أبعاد تساوي الوحدة.
يتيح نظام SI تبسيط عمليات حل المعادلات بشكل كبير وإجراء العمليات الحسابية ورسم الرسوم البيانية والرسوم البيانية ، حيث لا توجد حاجة لاستخدام عدد كبير من عوامل التحويل.
4. إن الانسجام والترابط في نظام SI يسهل بشكل كبير دراسة القوانين الفيزيائية والعملية التربوية في دراسة التخصصات العلمية والخاصة العامة ، وكذلك اشتقاق الصيغ المختلفة.
5.توفر مبادئ بناء نظام SI فرصة لتشكيل وحدات مشتقة جديدة حسب الحاجة ، وبالتالي فإن قائمة وحدات هذا النظام مفتوحة لمزيد من التوسع.
الغرض من نظام SI ودوره في الفيزياء
حتى الآن ، تم قبول النظام الدولي للكميات الفيزيائية SI في جميع أنحاء العالم ويستخدم أكثر من الأنظمة الأخرى في كل من العلوم والتكنولوجيا وفي حياة الناس اليومية - إنه نسخة حديثة من النظام المتري.
تستخدم معظم البلدان وحدات SI في التكنولوجيا ، حتى لو كانت تستخدم الوحدات التقليدية لتلك المناطق في الحياة اليومية. في الولايات المتحدة ، على سبيل المثال ، يتم تعريف الوحدات العرفية على أنها وحدات SI باستخدام معاملات ثابتة.
الكمية التعيين الاسم الروسي الروسي الدولي زاوية مسطحة راديان جلادين راد زاوية صلبة ستيراديان الأربعاء درجة الحرارة بالدرجة المئوية بالدرجة المئوية OS OS التردد هرتز هرتز القوة نيوتن Z n الطاقة جول J J القوة واط W W الضغط باسكال با باسكال لومن التدفق الضوئي lm lm الإضاءة لوكس OK lx قلادة الشحنة الكهربائية CL ° C فرق الجهد فولت V V المقاومة أوم أوم R السعة الكهربائية farad F F التدفق المغناطيسي Weber Wb Wb الحث المغناطيسي Tesla T الحث Henry Mr. H الموصلية الكهربائية Siemens Cm C نشاط مصدر إشعاعي بيكريل بيكريل بيكريل Bq جرعة ممتصة من الإشعاع المؤين الرمادي Gr Gy جرعة فعالة من الإشعاع المؤين سيفرت Sv Sv نشاط القط المدلفن المحفز
يوجد وصف تفصيلي شامل لنظام SI في شكل رسمي في SI Booklet ، المنشور منذ 1970 ، وملحقه ؛ يتم نشر هذه الوثائق على الموقع الرسمي للمكتب الدولي للأوزان والمقاييس. منذ عام 1985تصدر هذه الوثائق باللغتين الإنجليزية والفرنسية ويتم ترجمتها دائمًا إلى عدة لغات حول العالم ، على الرغم من أن اللغة الرسمية للوثيقة هي الفرنسية.
التعريف الرسمي الدقيق لنظام SI هو كما يلي: "النظام الدولي للوحدات (SI) هو نظام من الوحدات يعتمد على النظام الدولي للوحدات ، جنبًا إلى جنب مع الأسماء والرموز ، ومجموعة من البادئات وأسمائها ورموزها جنبا إلى جنب مع قواعد استخدامها التي اعتمدها المؤتمر العام للأوزان والمقاييس (CGPM) «.
يتم تعريف نظام SI من خلال سبع وحدات أساسية من الكميات المادية ومشتقاتها ، بالإضافة إلى بادئات لها ، ويتم تنظيم الاختصارات القياسية لتسميات الوحدات وقواعد كتابة المشتقات. هناك سبع وحدات أساسية كما في السابق: كيلوغرام ، متر ، ثانية ، أمبير ، كلفن ، مول ، كانديلا. الوحدات الأساسية مستقلة عن الحجم ولا يمكن اشتقاقها من وحدات أخرى.
أما بالنسبة للوحدات المشتقة فيمكن الحصول عليها على أساس الوحدات الأساسية بإجراء عمليات حسابية مثل القسمة أو الضرب. بعض الوحدات الناتجة ، مثل "راديان" ، "لومن" ، "قلادة" ، لها أسمائها الخاصة.
يمكنك استخدام بادئة قبل اسم الوحدة ، مثل المليمتر - واحد من ألف من المتر والكيلومتر - ألف متر. تعني البادئة أن واحدًا سيقسم أو يضرب في عدد صحيح يساوي أسًا محددًا للعشرة.