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国际单位制(SI)
时间:2018-01-10     来源:中国计量杂志     点击量:431   |  | 

一、米制的建立
  米制是国际上最早建立的一种计量单位制,早在十七八世纪,人们就感到计量单位和计量制度比较混乱,影响了国际贸易的开展、经济的发展及科技的交流,迫切希望科学家们探索研究一种新的、通用的、适合所有国家的计量单位和计量制度。于是在1791年经法国科学院的推荐,法国国民代表大会确定了以长度单位米为基本单位的计量制度。规定了面积的单位是平方米,体积的单位为立方米。同时给质量单位作了定义, 采用1立方分米的水在其密度最大时的温度(4℃)下的质量。因为这种计量制度是以米为基础,所以把它叫做米制。为了进一步统一世界的计量制度,1869年法国政府邀请一些国家派代表到巴黎召开“国际米制委员会”会议。1875年3月1日,法国政府又召集了有20个国家的政府代表与科学家参加的“米制外交会议”,并于1875年5月20日由17个国家的代表签署了《米制公约》, 为米制的传播和发展奠定了国际基础。由各签字国的代表组成的国际计量大会(CGPM)是“米制公约” 的最高组织形式, 下设国际计量委员会(CIPM),其常设机构为国际计量局(BIPM)。1889年召开了第一届国际计量大会。截止到2011年5月,“米制公约”正式成员国已有55个。我国于1977年加入“米制公约”。
   
二、国际单位制的形成
  计量单位制的形成和发展,与科学技术的进步、经济和社会的发展、国际间的贸易发展和科技交流,以及人们生活等紧密相关。1948年召开的第九届国际计量大会作出决定, 要求国际计量委员会创立一种简单而科学的并供所有“米制公约”成员国都能使用的实用单位制。1954年,第十届国际计量大会决定采用米、千克、秒、安培、开尔文和坎德拉作为基本单位。1958年,国际计量委员会又通过了关于单位制中单位名称的符号和构成倍数单位和分数单位的词头的建议。1960年召开的第十一届国际计量大会决定把上述计量单位制命名为“国际单位制”,并规定其国际符号为“SI”。1971年召开的第十四届国际计量大会决定增加物质的量的单位摩尔作为基本单位。从1975年第十五届国际计量大会到1991年第十九届国际计量大会,先后决定增加放射性计量的2个具有专门名称的导出单位贝可勒尔和戈瑞, 同时又增加了4个词头,即10-24、10-21、1021 和1024,从而形成了一个较为完整的计量单位制体系———国际单位制。随着科技、经济和社会的发展,国际单位制还会进一步得到充实和完善。
   
三、国际单位制及其单位
  新中国成立前,我国多种单位制并用,如米制(公制)、市制、英制等。新中国成立后,1959年国务院发布了《关于统一计量制度的命令》,确定米制为我国计量制度。国际单位制形成后,我国对推行国际单位制很重视,1977年国务院颁布的《计量管理条例(试行)》第三条规定:“我国的基本计量制度是米制(即“公制”),逐步采用国际单位制”。1978年国务院又批准成立了由20人组成的“国际单位制推行委员会”,负责组织全国性的国际单位制推行工作。为了保证国家计量制度的统一,1985年我国颁布的《计量法》第三条规定:“国家采用国际单位制”。什么叫国际单位制?JJF1001-2011《通用计量术语及定义》中讲,“由国际计量大会(CGPM)批准采用的基于国际量制的单位制,包括单位名称和符号、词头名称和符号及其使用规则”叫它为国际单位制。其中的国际量制是指“与联系各量的方程一起作为国际单位制基础的量制”,而量方程是指”给定量制中各量之间的数学关系,它与测量单位无关”。它是以符号表示量之间关系的公式,如F=ma,就是反映力与质量和加速度之间关系的量方程,它不同于单位方程。单位方程是指“基本单位、一贯导出单位或其他测量单位间的数学关系”,如果J=kg.m.s-2,它反映功(能量)的单位与长度单位、质量单位和时间单位之间关系的单位方程。
    国际单位制的单位由两部分组成, 即SI单位和SI单位的倍数单位,它的组成如图1所示。
    SI单位的倍数单位包括SI单位的十进倍数和分数单位。7个SI基本单位是:长度米(m)、质量千克(kg)、时间秒(s)、电流安(A)、热力学温度开(K)、物质的量摩(mol)和发光强度坎(cd)。对每一个SI基本单位都作了严格的定义,如米的定义是:“光在真空中于(1/299792458)s的时间间隔内所经路径的长度。”
    国际单位制的导出单位由两部分组成, 一部分是包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位(共21个)。由于导出单位中有的单位名称太长,读写都不方便, 所以国际计量大会决定对常用的19个SI导出单位给予专门名称, 这些具有专门名称的导出单位绝大多数都是以科学家的名字命名的, 如力的单位kg.m.s-2称为牛(N)。1984年我国公布法定计量单位时,将平面角弧度(rad)和立体角球面度(sr)称为SI辅助单位。1990年,国际计量委员会规定它们是具有专门名称的SI导出单位的一部分。我国国家标准GB3100-1993《国际单位制及其应用》中已将平面角弧度和立体角球面度列入具有专门名称的SI导出单位。用SI导出单位中另一部分为组合形式的SI导出单位,用SI基本单位间或SI基本单位和具有专门名称的SI导出单位的组合通过相乘或相除构成的但没有专门名称的SI导出单位,称为组合形式的SI导出单位。这类单位很多,如加速度单位m?s-2、面积单位m2、电场强度单位V/m等。SI单位的倍数单位是由SI词头加在SI基本单位或SI导出单位前面所构成的单位,如千米(km)、毫伏(mV)等,但千克(kg)除外。国际单位制中SI词头有20个,从10-24~1024,其中4个是十进位的,即102为百(h)、101 为十(da)、10-1为分(d)和10-2为厘(c),其余16个词头都是千进位,如兆帕(MPa)、微安(μA)等。词头的符号有国际通用符号和中文符号,如103国际符号为k,中文符号为千;106为M(兆);10-3为m(毫);10-6为μ(微)等。
    具有专门名称的SI导出单位和SI词头可以查阅有关资料。
    
 
   
四、国际单位制的特点
    国际单位制能广泛被应用,主要是由于它具有以下特点:
    (1)具有统一性
    它包括力学、热学、电磁学、光学、声学、物理化学、固体物理学、分子和原子物理学等各理论科学和各科学技术领域的计量单位,并将科学技术、工业生产、国内外贸易及日常生活中所使用的计量单位都统一在一个计量单位制中,坚持一个单位只有一个名称和一个国际符号的原则。
    (2)具有简明性
    它取消了相当数量的繁琐的制外单位,简化了物理定律的表示形式和计算手续,省去了很多不同单位国际单位制之间的单位换算。由于其是一种十进制单位,贯彻了一贯性原则,使它显得简单明了,方便使用。
    (3)具有实用性
    SI基本单位和大多数SI导出单位的大小都很实用,而且其中大部分已经得到了广泛使用,如A(安)、J(焦)等。由SI词头构成的十进倍数单位,可以使单位大小在很大范围内调整。
    (4)具有合理性
    国际单位制坚持“一个量对应一个SI一贯制导出单位”的原则,避免了多种单位制和单位的并用及换算,消除了许多不合理甚至是矛盾的现象,如用焦耳代替了千克力米、尔格、大卡、瓦特小时等,避免了同类量具有不同的量纲的矛盾。
    (5)具有科学性
    国际单位制的单位是根据科学实验所证实的物理定律严格定义的, 它明确和澄清了很多物理量与单位的概念,并废弃了一些旧的不科学的习惯概念、名称和用法,如把千克(俗称公斤)既作为质量单位,又作为重力单位, 质量与重力是两个性质完全不同的物理量。
    (6)具有精确性
    7个SI基本单位都能以当代科学技术所能达到的最高准确度来复现和保存。目前,我国长度计量单位米复现不确定度为2*10-11m,时间秒复现不确定度为5*10-15s等。
    (7)具有继承性国际单位7个SI基本单位中有6个是米制原来所采用的,它克服了米制的不足,但又继承了米制的优点。它是建立在米制基础上的单位制,所以称它为现代米制。除上述优点外,国际单位制还具有通用性强、比较稳定等特点,因此被国际上许多国家、国际性科学组织和经济组织所采用。

本文刊发在《中国计量》杂志2013年第三期

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