Système de mesure SI - histoire, objectif, rôle en physique
L'histoire humaine remonte à plusieurs milliers d'années et, à divers stades de son développement, presque chaque nation a utilisé certains de ses systèmes de référence conventionnels. Maintenant, le Système international d'unités (SI) est devenu obligatoire pour tous les pays.
Le système contient sept unités de mesure de base : seconde — temps, mètre — longueur, kilogramme — masse, ampère — intensité du courant électrique, kelvin — température thermodynamique, candela — intensité de la lumière et mole — quantité de substance. Il existe deux unités supplémentaires : le radian pour un angle plat et le stéradian pour un angle solide.
SI vient du système français international et signifie le système international d'unités.
Comment le compteur est déterminé
Au XVIIe siècle, avec le développement de la science en Europe, les appels à l'introduction d'une mesure universelle ou d'un mètre catholique se font de plus en plus entendre. Ce serait une mesure décimale basée sur l'événement naturel et indépendante de la décision de la personne en autorité. Une telle mesure remplacerait les nombreux systèmes de mesures différents qui existaient alors.
Le philosophe britannique John Wilkins a proposé de prendre la longueur du pendule comme une unité de longueur dont la demi-période serait égale à une seconde. Cependant, selon le lieu de mesure, la valeur n'était pas la même. L'astronome français Jean Richet a établi ce fait lors d'un voyage en Amérique du Sud (1671 - 1673).
En 1790, le ministre Talleyrand propose de mesurer la longitude de référence en plaçant le pendule à une latitude strictement fixe entre Bordeaux et Grenoble — 45° de latitude nord. En conséquence, le 8 mai 1790, l'Assemblée nationale française décide que le mètre est la longueur d'un pendule avec une demi-période à 45° de latitude égale à 1 s. Selon le SI d'aujourd'hui, ce mètre serait égal à 0,994 m.Cependant, cette définition ne plaît pas à la communauté scientifique.
Le 30 mars 1791, l'Académie française des sciences accepte la proposition de définir un étalon de mesure dans le cadre du méridien de Paris. La nouvelle unité devait être un dix-millionième de la distance de l'équateur au pôle Nord, c'est-à-dire un dix-millionième d'un quart de la circonférence de la terre, mesurée le long du méridien de Paris. Cela est devenu connu sous le nom de "Meter True and Definitive".
Le 7 avril 1795, la Convention nationale vote une loi introduisant le système métrique en France et charge les commissaires, dont Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace et d'autres scientifiques ont déterminé expérimentalement les unités de longueur et de masse.
Dans la période de 1792 à 1797, par décision de la convention révolutionnaire, les savants français Delambre (1749-1822) et Mechen (1744-1804) ont mesuré le même arc du méridien de Paris d'une longueur de 9°40' de Dunkerque à Barcelone en 6 ans, pose d'une chaîne de 115 triangles à travers la France et une partie de l'Espagne.
Cependant, il s'est avéré plus tard qu'en raison d'un calcul incorrect de la compression polaire de la Terre, la norme s'est avérée plus courte de 0,2 mm. Ainsi, la longueur méridienne de 40 000 km n'est qu'approximative. Cependant, le premier prototype du compteur étalon en laiton a été réalisé en 1795. Il convient de noter que l'unité de masse (le kilogramme, dont la définition est basée sur la masse d'un décimètre cube d'eau) est également liée à la définition du mètre.
L'histoire de la formation du système SI
Le 22 juin 1799, deux étalons de platine, le mètre étalon et le kilogramme étalon, sont fabriqués en France. Cette date peut légitimement être considérée comme le jour du début du développement du système SI actuel.
En 1832, Gauss crée le soi-disant Système absolu d'unités, prenant pour base trois unités : l'unité de temps est la seconde, l'unité de longueur est le millimètre et l'unité de masse est le gramme, car en utilisant ces unités particulières, le scientifique a pu mesurer la valeur absolue du champ magnétique terrestre (ce système porte le nom SGS Gauss).
Dans les années 1860, sous l'influence de Maxwell et Thomson, l'exigence selon laquelle les unités de base et dérivées doivent être compatibles entre elles a été formulée. En conséquence, le système CGS a été introduit en 1874, avec des préfixes également distribués pour désigner des sous-ensembles et des multiples d'unités de micro à méga.
En 1875, des représentants de 17 pays, dont la Russie, les États-Unis, la France, l'Allemagne et l'Italie, ont signé la Convention métrique, selon laquelle le Bureau international des mesures, le Comité international des mesures a été créé et une convention régulière a commencé à fonctionner. Conférence générale des poids et mesures (GCMW)… Dans le même temps, les travaux ont commencé sur l'élaboration d'un étalon international pour le kilogramme et d'un étalon pour l'instrument de mesure.
En 1889, lors de la première conférence du GKMV, Système ISSbasées sur le mètre, le kilogramme et la seconde, comme le CGS, cependant, les unités de l'ISS semblaient plus acceptables en raison de la commodité d'utilisation pratique. Les unités optiques et électriques seront introduites plus tard.
En 1948, sur ordre du gouvernement français et de l'Union Internationale de Physique Théorique et Appliquée, la Neuvième Conférence Générale des Poids et Mesures donne instruction au Comité International des Poids et Mesures de proposer, afin d'unifier le système d'unités de mesure, ses idées pour créer un système unique d'unités de mesure qui peut être accepté par tous les pays - parties à la Convention métrique.
En conséquence, les six unités suivantes ont été proposées et adoptées lors de la dixième GCMW en 1954 : mètre, kilogramme, seconde, ampère, kelvin et candela. En 1956, le système a été nommé «Système international d'unités» - le système international d'unités.
En 1960, une norme a été adoptée, qui s'appelait pour la première fois le «Système international d'unités» et se voyait attribuer l'abréviation «SI» (SI).
Les unités de base sont restées les mêmes six unités : mètre, kilogramme, seconde, ampère, kelvin et candela, deux unités supplémentaires (radian et stéradian) et vingt-sept dérivées les plus importantes, sans préciser à l'avance d'autres unités dérivées qui pourraient être ajoutées par - en retard. (L'abréviation en russe "SI" peut être déchiffrée comme "Système international").
Toutes ces six unités de base, à la fois des unités supplémentaires et les vingt-sept unités dérivées les plus importantes, coïncidaient complètement avec les unités de base, supplémentaires et dérivées correspondantes adoptées à l'époque dans les normes d'État de l'URSS pour les unités de mesure de l'ISS, MKSA, МКСГ et systèmes SMS.
En 1963 en URSS, selon GOST 9867-61 «Système international d'unités», SI est accepté comme préféré pour les domaines de l'économie nationale, de la science et de la technologie, et pour l'enseignement dans les établissements d'enseignement.
En 1968, lors du treizième GKMV, l'unité "degré Kelvin" a été remplacée par "kelvin", et la désignation "K" a également été adoptée. De plus, une nouvelle définition de la seconde a été adoptée : une seconde est un intervalle de temps égal à 9 192 631 770 périodes de rayonnement correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de l'état quantique fondamental de l'atome de césium-133. En 1997, une précision serait adoptée que cet intervalle de temps se réfère à l'atome de césium 133 au repos à 0 K.
En 1971, une autre unité de base «mol» a été ajoutée à 14 GKMV - une unité de quantité de substance. Une mole est la quantité de matière dans un système contenant autant d'éléments structuraux qu'il y a d'atomes de carbone 12 pesant 0,012 kg. Lorsqu'une taupe est utilisée, les éléments structurels doivent être spécifiés et peuvent être des atomes, des molécules, des ions, des électrons et d'autres particules ou groupes de particules spécifiés.
En 1979, la 16e CGPM adopte une nouvelle définition de la candela. La candela est l'intensité lumineuse dans une direction donnée d'une source émettant un rayonnement monochromatique de fréquence 540 × 1012 Hz, dont l'intensité lumineuse dans cette direction est de 1/683 W/sr (watts par stéradian).
En 1983, une nouvelle définition a été donnée au compteur de 17 GKMV.Un mètre est la longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide en (1/299 792 458) secondes.
En 2009, le gouvernement de la Fédération de Russie a approuvé le "Règlement sur les unités de mesure dont l'utilisation est autorisée dans la Fédération de Russie", et en 2015, des modifications y ont été apportées pour exclure la "période de validité" de certaines unités non-système.
Les principaux avantages du système SI sont les suivants :
1. Unification des unités de grandeurs physiques pour différents types de mesure.
Le système SI permet à toute quantité physique trouvée dans différents domaines technologiques d'avoir une unité commune pour eux, par exemple, le joule pour tous les types de travail et la quantité de chaleur au lieu des différentes unités actuellement utilisées pour cette quantité (kilogramme - force - mètre, erg, calorie, watt-heure, etc.).
2. L'universalité du système.
Les unités SI couvrent toutes les branches de la science, de la technologie et de l'économie nationale, à l'exclusion de la nécessité d'utiliser d'autres unités et représentent généralement un système unique commun à tous les domaines de mesure.
3. Connectivité (cohérence) du système.
Dans toutes les équations physiques qui définissent les unités de mesure résultantes, le facteur de proportionnalité est toujours une quantité sans dimension égale à l'unité.
Le système SI permet de simplifier considérablement les opérations de résolution d'équations, d'exécution de calculs et d'élaboration de graphiques et de nomogrammes, car il n'est pas nécessaire d'utiliser un nombre important de facteurs de conversion.
4. L'harmonie et la cohérence du système SI facilitent grandement l'étude des lois physiques et le processus pédagogique dans l'étude des disciplines scientifiques générales et spéciales, ainsi que la dérivation de diverses formules.
5.Les principes de construction du système SI offrent la possibilité de former de nouvelles unités dérivées selon les besoins, et par conséquent la liste des unités de ce système est ouverte à une expansion ultérieure.
Le but du système SI et son rôle en physique
À ce jour, le système international de grandeurs physiques SI a été accepté dans le monde entier et est utilisé plus que d'autres systèmes à la fois dans la science et la technologie et dans la vie quotidienne des gens - c'est une version moderne du système métrique.
La plupart des pays utilisent les unités SI dans la technologie, même s'ils utilisent des unités traditionnelles pour ces territoires dans la vie quotidienne. Aux États-Unis, par exemple, les unités coutumières sont définies comme des unités SI utilisant des coefficients fixes.
La quantité Désignation Nom russe International russe Angle plat radian glad rad Angle solide steradian Mer Mer Température en degré Celsius en Celsius OS OS Fréquence hertz Hz Hz Force Newton Z n Énergie joule J J Puissance watt W W Pression pascal Pa Pa Flux lumineux lumen lm lm Éclairage lux OK lx Charge électrique pendentif CL ° C Différence de potentiel volt V V Résistance ohm Ohm R Capacité électrique farad F F Flux magnétique Weber Wb Wb Induction magnétique Tesla T T Inductance Henry Mr. H Conductivité électrique Siemens Cm C Activité d'une source radioactive becquerel Bq Bq Dose absorbée de rayonnement ionisant gray Gr Gy Dose efficace de rayonnement ionisant sievert Sv Sv Activité du catalyseur laminé cat cat
Une description exhaustive et détaillée du système SI sous forme officielle est donnée dans le Livret SI, publié depuis 1970, et son supplément ; ces documents sont publiés sur le site officiel du Bureau international des poids et mesures. Depuis 1985ces documents sont délivrés en anglais et en français et sont toujours traduits en plusieurs langues à travers le monde, bien que la langue officielle du document soit le français.
La définition officielle précise du système SI est la suivante : "Le Système international d'unités (SI) est un système d'unités basé sur le Système international d'unités, avec des noms et des symboles, et un ensemble de préfixes et leurs noms et symboles. ainsi que les règles d'utilisation adoptées par la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) ».
Le système SI est défini par sept unités de base de grandeurs physiques et leurs dérivées, ainsi que leurs préfixes.Les abréviations standard des désignations d'unités et les règles d'écriture des dérivées sont réglementées. Il y a sept unités de base comme avant : kilogramme, mètre, seconde, ampère, kelvin, mole, candela. Les unités de base sont indépendantes de la taille et ne peuvent pas être dérivées d'autres unités.
Quant aux unités dérivées, elles peuvent être obtenues à partir des unités de base, en effectuant des opérations mathématiques telles que la division ou la multiplication. Certaines des unités résultantes, telles que "radian", "lumen", "pendentif", ont leurs propres noms.
Vous pouvez utiliser un préfixe avant le nom de l'unité, tel que millimètre — un millième de mètre et kilomètre — mille mètres. Le préfixe signifie que l'on doit être divisé ou multiplié par un nombre entier qui est une puissance spécifique de dix.