سیستم های اندازه گیری مختلف زیادی در جهان وجود داشته و هنوز هم وجود دارد. آنها به افراد کمک می کنند تا اطلاعات مختلف را مبادله کنند، به عنوان مثال، هنگام انجام معاملات، تجویز دارو یا تدوین دستورالعمل هایی برای استفاده از فناوری. به منظور جلوگیری از سردرگمی، سیستم بین المللی اندازه گیری مقادیر فیزیکی ایجاد شد.
سیستمی برای اندازه گیری کمیت های فیزیکی چیست؟
چنین مفهومی به عنوان سیستم واحدهای مقادیر فیزیکی، یا به سادگی سیستم SI، اغلب نه تنها در درس های فیزیک و شیمی مدرسه، بلکه در زندگی روزمره نیز یافت می شود. در دنیای مدرن، مردم بیش از هر زمان دیگری نیاز به اطلاعات خاصی - به عنوان مثال، زمان، وزن، حجم - دارند تا به عینی ترین و ساختارمندترین شکل بیان شوند. برای این بود که یک سیستم اندازه گیری یکپارچه ایجاد شد - مجموعه ای از واحدهای اندازه گیری رسمی پذیرفته شده برای استفاده در زندگی روزمره و توصیه می شود.علم.
چه سیستم های اندازه گیری قبل از ظهور سیستم SI وجود داشت
البته نیاز به تدابیر همیشه در شخص وجود داشته است، اما قاعدتاً این اقدامات رسمی نبوده و از طریق مواد بداهه تعیین می شود. این بدان معنی است که آنها استانداردی نداشتند و می توانستند موردی به مورد دیگر متفاوت باشند.
یک مثال واضح، سیستم اندازه گیری طول است که در روسیه اتخاذ شده است. یک دهانه، یک آرنج، یک آرشین، یک سازه - همه این واحدها در ابتدا به قسمت هایی از بدن - کف دست، ساعد، فاصله بین بازوهای دراز شده بسته می شدند. البته در نتیجه اندازه گیری های نهایی نادرست بود. متعاقبا، دولت تلاش هایی را برای استانداردسازی این سیستم اندازه گیری انجام داد، اما همچنان ناقص باقی ماند.
کشورهای دیگر سیستم های خود را برای اندازه گیری مقادیر فیزیکی داشتند. به عنوان مثال، در اروپا سیستم اندازه گیری انگلیسی رایج بود - پا، اینچ، مایل، و غیره.
چرا به سیستم SI نیاز داریم؟
در قرن هجدهم تا نوزدهم، روند جهانی شدن فعال شد. کشورهای بیشتری شروع به برقراری تماس های بین المللی کردند. علاوه بر این، انقلاب علمی و فناوری به اوج خود رسیده است. دانشمندان در سراسر جهان به دلیل استفاده از سیستم‌های مختلف برای اندازه‌گیری مقادیر فیزیکی، نتوانستند نتایج تحقیقات علمی خود را به طور مؤثر به اشتراک بگذارند. عمدتاً به دلیل چنین نقض روابط در جامعه علمی جهانی، بسیاری از قوانین فیزیکی و شیمیایی چندین بار توسط دانشمندان مختلف "کشف" شد که پیشرفت علم و فناوری را به شدت مختل کرد.
بنابراین، نیاز به یک سیستم یکپارچه برای اندازه گیری واحدهای فیزیکی وجود داشت که نه تنها به دانشمندان سراسر جهان اجازه می داد تا نتایج کار خود را با هم مقایسه کنند، بلکه روند تجارت جهانی را نیز بهینه می کرد..
تاریخچه سیستم بین المللی اندازه گیری
برای ساختار کمیت های فیزیکی و اندازه گیری کمیت های فیزیکی، سیستمی از واحدها، یکسان برای کل جامعه جهانی، ضروری شده است. با این حال، ایجاد چنین سیستمی که تمام الزامات را برآورده کند و هدفمندترین باشد، کار واقعاً دشواری است. اساس سیستم SI آینده سیستم متریک بود که در قرن 18 پس از انقلاب فرانسه گسترده شد.
نقطه شروعی که توسعه و بهبود سیستم بین المللی برای اندازه گیری مقادیر فیزیکی از آنجا آغاز شد را می توان در 22 ژوئن 1799 در نظر گرفت. در این روز بود که اولین استانداردها - متر و کیلوگرم - تصویب شد. آنها از پلاتین ساخته شده بودند.
با وجود این، سیستم بین المللی واحدها به طور رسمی تنها در سال 1960 در اولین کنفرانس عمومی اوزان و اندازه ها به تصویب رسید. این شامل 6 واحد اصلی اندازه گیری کمیت های فیزیکی بود: ثانیه (زمان)، متر (طول)، کیلوگرم (جرم)، کلوین (دمای ترمودینامیکی)، آمپر (جریان)، کندلا (شدت نور).
در سال 1964، ارزش هفتم به آنها اضافه شد - مول، که مقدار یک ماده را در شیمی اندازه گیری می کند.
علاوه بر این، همچنین وجود داردواحدهای مشتق شده که می توانند بر حسب واحدهای پایه با استفاده از عملیات جبری ساده بیان شوند.
واحدهای SI پایه
از آنجایی که واحدهای اساسی سیستم مقادیر فیزیکی باید تا حد امکان عینی بوده و به شرایط خارجی مانند فشار، دما، فاصله از خط استوا و غیره وابسته نباشند، تدوین تعاریف و استانداردهای آنها باید به طور اساسی رفتار شود.
بیایید هر یک از واحدهای اساسی سیستم اندازه گیری کمیت های فیزیکی را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.
دوم. واحد زمان. بیان این مقدار نسبتاً آسان است، زیرا مستقیماً با دوره چرخش زمین به دور خورشید مرتبط است. یک دوم 1/31536000 سال است. با این حال، راه‌های پیچیده‌تری برای اندازه‌گیری ثانیه استاندارد، مرتبط با دوره‌های تابش اتم سزیم وجود دارد. این روش خطای مورد نیاز سطح فعلی توسعه علم و فناوری را به حداقل می رساند
متر. واحد اندازه گیری طول و فاصله. در زمان‌های مختلف، تلاش‌هایی برای بیان متر به‌عنوان بخشی از استوا یا با کمک یک آونگ ریاضی انجام شد، اما همه این روش‌ها به اندازه کافی دقیق نبودند، به طوری که مقدار نهایی می‌توانست در عرض میلی‌متر تغییر کند. چنین خطایی بسیار مهم است، بنابراین برای مدت طولانی دانشمندان به دنبال راه‌های دقیق‌تری برای تعیین استاندارد متر بوده‌اند. در حال حاضر، یک متر طول مسیر طی شده توسط نور در (1/299,792,458) ثانیه است
کیلوگرم. واحد انبوه تا به امروز، کیلوگرم تنها مقداری است که از طریق یک استاندارد واقعی تعریف شده استدر مقر دفتر بین المللی اوزان و مقیاس ها نگهداری می شود. با گذشت زمان، این استاندارد به دلیل فرآیندهای خوردگی و همچنین تجمع گرد و غبار و سایر ذرات ریز روی سطح آن کمی جرم خود را تغییر می دهد. به همین دلیل برنامه ریزی شده است که ارزش آن در آینده نزدیک از طریق ویژگی های فیزیکی اساسی بیان شود
- کلوین. واحد اندازه گیری دمای ترمودینامیکی کلوین برابر است با 1/273، 16 دمای ترمودینامیکی نقطه سه گانه آب. این دمایی است که در آن آب در آن واحد در سه حالت مایع، جامد و گاز قرار دارد. درجه سانتیگراد با فرمول به کلوین تبدیل می شود: t K \u003d t C ° + 273
- آمپر. واحد قدرت جریان جریانی بدون تغییر که در حین عبور از دو هادی مستقیم موازی با حداقل سطح مقطع و طول بی نهایت، در فاصله 1 متری از یکدیگر قرار دارند (نیروی برابر 2 10-7در هر بخش از این هادی ها H ایجاد می شود، برابر با 1 آمپر است.
- Candela. واحد اندازه گیری شدت نور، درخشندگی یک منبع در یک جهت خاص است. یک مقدار خاص که به ندرت در عمل استفاده می شود. مقدار واحد از طریق فرکانس تابش و شدت انرژی نور به دست می آید.
- ماه. واحد کمیت یک ماده. در حال حاضر خال واحدی است که برای عناصر شیمیایی مختلف متفاوت است. از نظر عددی برابر با جرم کوچکترین ذره این ماده است. در آینده قرار است دقیقاً یک مول با استفاده از عدد آووگادرو بیان شود. اما برای انجام این کار لازم است که معنای خود عدد مشخص شود.آووگادرو.
پیوندهای SI و معنی آنها
برای راحتی استفاده از واحدهای اساسی مقادیر فیزیکی در سیستم SI، در عمل، فهرستی از پیشوندهای جهانی اتخاذ شد که با کمک آنها واحدهای کسری و چندگانه تشکیل می شوند.
واحدهای مشتق شده
بدیهی است که بسیار بیشتر از هفت کمیت فیزیکی وجود دارد، به این معنی که واحدهایی نیز مورد نیاز است که این کمیت ها باید در آنها اندازه گیری شوند. برای هر مقدار جدید، یک واحد جدید مشتق می‌شود که می‌توان آن را برحسب واحدهای پایه با استفاده از ساده‌ترین عملیات جبری، مانند تقسیم یا ضرب، بیان کرد.
جالب است که معمولاً واحدهای مشتق شده به نام دانشمندان بزرگ یا شخصیت های تاریخی نامگذاری می شوند. برای مثال واحد کار ژول یا واحد اندوکتانس هنری است. واحدهای مشتق شده زیادی وجود دارد - در مجموع بیش از بیست عدد.
واحدهای خارج از سیستم
علیرغم استفاده گسترده و گسترده از واحدهای سیستم مقادیر فیزیکی SI، واحدهای اندازه گیری غیر سیستمی هنوز در بسیاری از صنایع در عمل استفاده می شوند. به عنوان مثال، در حمل و نقل - یک مایل دریایی، در جواهرات - یک قیراط. در زندگی روزمره، ما واحدهای غیرسیستمی مانند روز، درصد، دیوپتر، لیتر و بسیاری دیگر را می شناسیم.
باید به خاطر داشت که علیرغم آشنایی آنها، هنگام حل مسائل فیزیکی یا شیمیایی، واحدهای غیر سیستمی باید به واحدهای اندازه گیری تبدیل شوند.مقادیر فیزیکی در سیستم SI.
