国际单位制 百科内容来自于: 百度百科

1948年召开的第九届国际计量大会作出了决定,要求国际计量委员会创立一种简单而科学的、供所有米制公约组织成员国均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(m)、千克(kg)、秒(s)、安培(A)、开尔文(K)和坎德拉(cd)作为基本单位。1960年第十一届国际计量大会决定将以这六个单位为基本单位的实用计量单位制命名为“国际单位制”,并规定其符号为“SI”。以后1974年的第十四届国际计量大会又决定增加将物质的量的单位摩尔(mol)作为基本单位。因此,目前国际单位制共有七个基本单位。

外文名称

法文Système International d'Unités (SI)
英文: International System of Units

背景

国际单位制有两个辅助单位,即弧度球面度
SI导出单位是由 SI基本单位定义式导出的,其数量很多,在这里列出其中三类:用SI基本单位表示的一部分SI导出单位;具有专门名称的SI导出单位;用SI辅助单位表示的一部分SI导出单位。
其中,具有专门名称的SI导出单位总共有19个。有17个是以杰出科学家的名字命名的,如牛顿、帕斯卡、焦耳等,以纪念他们在本学科领域里作出的贡献。同时,为了表示方便,这些导出单位还可以与其他单位组合表示另一些更为复杂的导出单位。
国际单位制是计量学研究的基础和核心。特别是七个基本单位的复现、保存和量值传递是计量学最根本的研究课题。
国际单位制(符号:SI,来自法语Système International d'Unités),源自 公制米制,旧称“ 万国公制”,是现时世界上最普遍采用的标准度量衡单位系统,采用十进制进位系统。是18世纪末科学家的努力,最早于法国大革命时期的1799年被法国作为度量衡单位。国际单位制是在公制基础上发展起来的单位制,于1960年第十一届国际计量大会通过,推荐各国采用,其国际简称为SI。

基本单位

物理量名称
物理量符号
单位名称
单位符号
l
m
质量
m
千克(公斤)
kg
时间
t
s
Ι
安【培】
A
T
【尔文】
K
n,(ν)
【尔】
mol
I,(Iv)
坎【德拉】
cd
国际千克原器

国际千克原器

注:1,人们生活和贸易中,质量可能误认为是重量,实际上重量是由于重力而产生的,而质量是物质的性质。
2,单位符号一栏,前为中文符号,后为国际符号
例:“安培”可简称“安”,也作为中文符号使用。圆括号内的字,为前者的同义语。例:“千克”也可成为“公斤”
3,kilogram=kg原名称:grave=G

辅助单位

物理量的名称 单位名称 单位符号
平面角 弧度 rad
立体角 球面度 sr

常用单位

物理量名称
物理量符号
单位名称
单位符号
备注
A,(S)
平方米

  
V
立方米
m^3

  
速度
v
米每秒
m/s

  
加速度
a
米每二次方秒
m/s^2

  
ω
弧度每秒
rad/s

  
频率
f,ν
赫【兹】
Hz
1 Hz=1s^-1
ρ
千克每立方米
kg/m^3

  
F
牛【顿】
N
1 N=1 kg·m/s^2
M
牛【顿】米
N·m

  
P
千克米每秒
kg·m/s

  
p
帕【斯卡】
Pa
1 Pa=1 N/m^2
W,(A)
焦【耳】
J
1 J=1 N·m
能【量】
E
焦【耳】
J

  
P
瓦【特】
W
1 W=1 J/s
电荷【量】
Q
库【仑】
C
1 C=1 A·s
电场强度
E
伏【特】每米
V/m

  
电位、电压、电势差
U,(V)
伏【特】
V
1 V=1 W/A
1 V=1 N·m/C
电容
C
法【拉】
F
1 F=1 C/V
电阻
R
欧【姆】
Ω
1 Ω=1 V/A
ρ
欧【姆】米
Ω·m

  
B
特【斯拉】
T
1 T=1 Wb/m^2
磁通【量】
Φ
韦【伯】
Wb
1 Wb=1 V·s
电感
L
亨【利】
H
1 H= 1Wb/A

  
西【门子】
S
1 S=A/V

  
流【明】
lm
1 lm=1 cd·sr

  
勒【克斯】
lx
1 lx=1 lm/m^2

  
贝可【勒尔】
Bq
1 Bq=1 s^-1

  
戈【瑞】
Gy
1 Gy=1 J/kg
注:1、圆括号中的名称和符号,是它前面的名称和符号的同义词。
2、方括号中的字,在不致引起混淆、误解的情况下,可省略。去掉方括号中的字,即为其名称的简称。

单位定义

基本单位的定义

长度:米(m)
米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度
旧定义:
1. 1790年5月由法国科学家组成的特别委员会,建议以通过巴黎的地球子午线全长的四万分之一作为长度单位——米
2. 1960年第十一届国际计量大会:“米的长度等于氪-86原子的2P10和5d1能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍”。
质量:千克(kg)
新定义:佐治亚理工学院物理学分校的名誉退休教授罗纳德·福克斯提议从今以后克(一千分之一千克)将被严格地定义成18×14074481个碳-12原子的重量。至少有两个重新定义千克的其他提议正在讨论中。它们包括:1`用纯硅原子球体取代铂金和铱混合圆柱体;2`利用已知的“瓦特天平”装置,并利用电磁能定义千克。
旧定义:1. 千克定义为国际千克原器的质量
2. 1升的纯水在4摄氏度的质量为一千克
时间:秒(s)
1967年的第13届国际度量衡会议上通过了一项决议,采纳以下定义代替秒的天文定义:一秒为铯-133原子基态两个超精细能级间跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间。
国际原子时是根据以上秒的定义的一种国际参照时标,属国际单位制(SI)。
电流:安[培](A)
安培是一恒定电流,若保持在处于真空中相距1米的两无限长,而圆截面可忽略的平行直导线内,则两导线之间产生的力在每米长度上等于2×10-7牛顿。该定义在1948年第九届国际计量大会上得到批准,1960年第十一届国际计量大会上,安培被正式采用为国际单位制的基本单位之一。 安培是为纪念法国物理学家A.-M.安培而命名的。
热力学温度:开[尔文](K)
开尔文英文是 Kelvin 简称开,国际代号K,热力学温度的单位。开尔文是国际单位制(SI)中7个基本单位之一,以绝对零度(0K)为最低温度,规定水的三相点的温度为 273.16K,1K等于水三相点温度的1/273.16。特别需要注意的是:水的三相点不是冰点,冰点与气压和水中的溶质有关(比如空气),三相点只与水本身的性质有关,是恒量。由此推算出的1K的大小与1摄氏度大致相等,且水在101.325Pa下的熔点大约为273.15K,故摄氏温标与国际温标之间的换算大约为Tc=Tk-273.15。开尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kelvin而命名的。
物质的量:摩[尔](mol)
表示组成物质微粒数目多少的物理量(物质的量是一个专用名词,不可分割和省略)
摩尔是物理量物质的量的单位
根据科学测定,12克12C所含的C原子数约为6.0220943×10^23 用符号NA表示,称阿伏加德罗常数
阿伏加德罗常数(NA ) 近似值 6.02×10^23
定义:凡是含有阿伏加德罗常数个结构微粒(约6.02×10^23)的物质,其物质的量为1摩。
发光强度:坎[德拉](cd)
坎德拉是一光源在给定方向上的发光强度,该光源发出频率为540×1012赫兹的单色辐射,而且在此方向上的辐射强度为1/683瓦特每球面度.
定义中的540×1012赫兹辐射波长约为555nm,它是人感觉最灵敏的波长.

辅助单位的定义

平面角:弧度(rad)
以长为圆周长(2π r)的弧所对的圆心角为2π 弧度,半个圆周长的弧所对的圆心角为∏弧度。
立体角:球面度(sr)
以r为半径的球的中心为顶点,展开的立体角所对应的球面表面积为r^2 ,该立体角的大小就是球面度。

导出单位的定义

频率:赫[兹](Hz)
在1秒时间间隔内发生一个周期过程的频率,即1Hz=1s^-1
力;重力:牛[顿](N)
使一千克质量的物体产生1米每二次方秒加速度的力,即1N=1kg·m/s^2
压力,压强:帕[斯卡](Pa)
等于1牛顿每平方米,即1Pa=1N/m^2
能量;功;热:焦[耳](J)
当1牛顿力的作用点在力的方向上移动1米距离所作的功,即1J=1N·m
功率;辐射通量瓦[特]W
在1秒时间间隔内产生1焦耳能量的功率,即1W=1J/s
电荷量:库[仑](C)
一安培电流在1秒时间间隔内所运送的电量,即1C=1A·s
电位;电压;电动势:伏[特](V)
流过1安培恒定电流的导线内,如两点之间所消耗的功率为1瓦特时,这两点之间的电位差为1伏[特],即1V=1W/A
电容:法[拉](F)
当电容器充1库仑电量时,它的两极板之间出现1伏特的电位差,即1F=1C/V
电阻:欧[姆](Ω )
一导体两点之间的电阻,当在这两点间加上1伏特恒定电位差时,在导体内产生1安培电流,而导体内不存在任何电动势,即1Ω=1V/A
电导:西[门子](S)
电导在数值上等于电阻的倒数,即1S=1Ω^(-1)
磁通量:韦[伯](Wb )
表征磁场分布情况的物理量。通过磁场中某处的面元dS的磁通量dΦB定义为该处磁感应强度的大小B与dS在垂直于B方向的投影dScosθ的乘积,即1Wb=1T·m^2
磁通量密度、磁感应强度:特[斯拉](T)
垂直于磁场方向的1米长的导线,通过1安培的电流,受到磁场的作用力为1牛顿时,通电导线所在处的磁感应强度就是1特斯拉,即1T=1N/(A·m)
电感:亨[利](H )
一闭合回路的电感,当流过该电路的电流以1安培每秒的速率均匀变化时,在回路中产生1伏特的电动势,即1H=1V·s/A
摄氏温度:摄氏度(℃)
沸点定为一百度,冰点定为零度,其间分成一百等分,一等分为一度,即1℃=1K-273.15
光通量:流[明](lm)
发光强度为1坎德拉(cd)的点光源,在单位立体角(1球面度)内发出的光通量为1流明,即1lm=1cd/sr
光照度:勒[克斯](lx)
1流明的光通量均匀分布在1平方米面积上的照度,就是一勒克斯,即1lx=1lm/m^2
放射性活度:贝可[勒尔](Bq)
等于1每秒的活度,即1Bq=1s^-1
吸收剂量:戈[瑞](Gy)
等于1焦耳每千克的吸收剂量,即1Gy=1J/kg
剂量当量:希[沃特](Sv)
等于1焦耳每千克的剂量当量,即1Sv=1J/kg

单位前缀

词头
符号
英文
科学计数法
yotta
Y
Septillion
1*10^24
zetta
Z
Sextillion
1*10^21
exa
E
Quintillion
1*10^18
peta
P
Quadrillion
1*10^15
tera
T
Trillion
1*10^12
giga
G
Billion
1*10^9
mega
M
Million
1*10^6
myria
ma
Ten-thousand
1*10^4
kilo
k
Thousand
1*10^3
hecto
h
Hundred
1*10^2
deca
da
Ten
1*10^1

  

  
One
1
deci
d
Tenth
1*10^ -1
centi
c
Hundredth
1*10^ -2
milli
m
Thousandth
1*10^ -3
myrio
mo
Ten-thousandth
1*10^ -4
micro
μ
Millionth
1*10^ -6
nano
n
Billionth
1*10^ -9
pico
p
Trillionth
1*10^ -12
femto
f
Quadrillionth
1*10^ -15
atto
a
Quintillionth
1*10^ -18
zepto
z
Sextillionth
1*10^ -21
yocto
y
Septillionth
1*10^ -24
整数单位:
deca
1795年开始使用。也写作deka,通常作为公制单位合成词的前缀,极少独立使用,极少在英语中使用。源自希腊语“δε'κα”,意思是“十”。
hecto
1795年开始使用。也写作hecta,通常作为公制单位合成词的前缀。源自希腊语“Εκατο'ν”,意思是“百”。
kilo
1795年开始使用,1799年由法国将其引入为公制单位,1875年被度量衡协会所确立认可。源自希腊语“χι'λιοι”,意思是“千”。
myria
1795年开始使用。源自希腊语"μυ'ριοζ",意思是"数不尽"。
mega
1960年左右开始流行起来。源自希腊神话中的“με'γαζ”,意思是“大师、名人”(great)。
giga
1947年的IUPAC第14届讨论会的会议报告中首次使用。源自希腊神话中的“γι'γαζ”,意思是“伟人”(giant)。
tera
1960年开始使用。源自希腊神话中的“τε'ραζ”,意思是“变态、怪物”(monster),同时,这单词拼法跟希腊语中的“τετρα”(意思是“四”)很接近。
peta
1975年被度量衡协会所确立。源自希腊语“πε'ντε”,意思是“五”(penta-)。
它是特意模仿tera在希腊语中的写法与“四”很相似而成为公制单位的。
exa
1975年被度量衡协会所确立。源自希腊语“ε'ξι”,意思是“六”(hexa)。
zetta
1991年被引入到单位制中。源自拉丁字母“Z”,意思是“最后一个符号”。
在zetta被确立的此前好几年,人们一直非正式地使用“hepta”来表示这个单位,这是沿用了前几个单位的命名规则,因为hepta源自希腊语“επτα'”,意思是“七”,直到zetta被确立后,hepta单位就被废弃了。
yotta
1991年被引入到单位制中。源自拉丁字母“Y”和希腊语“οκτω'”,意思分别是“倒数第二个符号”和“八”(otta)。
在yotta被确认前,人们一直很流行使用“otta”来表示这个单位。
小数单位:
deci
1795年开始使用。源自拉丁文“decimus”,意思是“十分之一”。
这个单位一般用于表示声音强度。
centi
1795年开始使用。源自拉丁文“centum”,意思是“分、百分之一”。
milli
1795年开始使用。源自拉丁文“mille”,意思是“毫、千分之一”。
micro
1960年确立使用。源自希腊语“μικρο'ζ”,意思是“微小”(small)。
这个单位使用的符号为希腊字母“μ”,由于过往有不同的报文标准都对这个符号进行编码,因此同时存在“μ”和“u”两种合法的写法。
nano
1960年确立使用。源自希腊语“να'νοζ”,意思是“侏儒”(dwarf)。
这个单位常常出现在电子学或其它科学领域上。
pico
1960年确立使用。源自意大利语“piccolo”,意思是“小型”(small)。
femto
1964年的第11届CGPM上确立认可。源自丹麦语“femten”,意思是“十五”(fifteen)。
atto
第11届CGPM中的第12号决议第3节中确立认可。源自丹麦语“atten”,意思是“十八”(eighteen)。
zepto
1991年确立使用。源自法语“sept ”和拉丁语“septem”,意思是“七”(seven)(1000的-7次方, 位数太多的单位常常用1000作为底数)。
yocto
1991年确立使用。源自希腊语“οκτω'”,意思是“八”(eight)(1000的-8次方)。
yocto是到现在为止最小的公制单位前缀。

使用规则

(1)关于单位的名称及其简称都已有明确的规定.简称在不致混淆的情况下可等效它的全 称使用,习惯上只使用简称的单位可继续使用,例如在一些十进倍数单位中,如只用“毫安”而不用“毫安培”。但也不排斥使用“毫安培”。
(2)组合单位的名称与其符号书写的次序一致。符号中的乘号没有对应名称,符号中的除号对应名称为“每”,无论分母中有几个单位,“每”只在除号的地方出现一次。
例如:加速度SI单位的符号是m/s^2,其名称为“米每二次方秒”而不是“米每秒每秒”;电能量的常用单位符号kW·h的名称为“千瓦小时”而不是“千瓦乘小时”。
(3)乘方形式的单位名称,其顺序是指数名称在单位的名称之前,相应指数名称由数字加“次方”二字而成。
例如:断面惯性矩单位符号m^4的名称为“四次方米”,而不是“米四次方”。
(4)指数是-1的单位,或分子为1的单位,其名称是以“每”字开头。
例如:线膨胀的系数的SI单位℃^-1或K^-1,其名称为“每摄氏度”或“每开尔文”而不是“负一次方摄氏度”或“负一次方开尔文”等。
(5)如果长度的2次和3次幂是指面积和体积,则相应的指数名称为“平方”和“立方”,并置于长度单位的名称之前。否则应称为“二次方”和“三次方”。
例如:体积的SI单位符号m^3的名称为“立方米”,不能称为“米立方”或“三次方米,面积的常用单位符号km^2的名称为“平方千米”不能称为“千米平方”或“二次方千米”。
(6)选用的倍数和分数单位,一般应使数值处于0.1~1 000范围内。
例如:1.2×10^4N可写成12kN;0.003 94m可写成3.94mm;11 401Pa可写成11.401k Pa;3.1×10^-8s可写成31ns。 某些场合习惯使用的单位不受上述限制。
例如:机械制图中使用的单位毫米;国土面积单位平方千米;导线截面积使用的单位平方毫米等。 在同一个量的数值表中以及叙述文章中,为了对照方便,也可使用相同单位而不考虑数值是否处0.1~1 000范围。
(7)词头:百、十、分、厘(h,da,d,c)一般只用于某些长度、面积、体积和其它早已习惯的场合。
例如:可以用于分贝dB等。
(8)有些国际单位制以外的单位,可以按习惯使用词头构成倍数或分数单位。 在法定计量单位中,只有吨、升、电子伏、分贝(只有“贝”前加词头)、特克斯这几个单位有时加词头使用。
(9)法定计量单位中,非十进制单位以及摄氏温度单位按习惯不使用词头。
(10)不得重叠使用词头。
例如:不得用“微微法拉”μμF,而应代之以“皮可法拉”或“皮法”pF;不应该用“毫微米”mμm而应代之以“纳诺米“或“纳米”nm。  但例如:“三千千瓦”可以用,因系“3 000kW”的口语叙述,其中只第二个“千”是词头。
(11)利用一部分数词作为词头的中文名称,有时带来混淆。
例如:1kg和1 000g在口语叙述中均为“一千克”,不能区别。在必须严格区分的情况下,1 000g可读为“一零零零克”或“1千个克”。
(12)亿(10^8)、万(10^4)等数词的使用不受限制,它们也可与单位构成倍数单位,但它们不是词头。
例如:表示运输量用的单位“万吨公里”,符号可用10^4t·km或万t·km。
(13)相乘形式的组合单位在加词头构成它的倍数和分数单位时,词头一般加在第一个单位上。
例如:力矩的SI单位为N·m,它的倍数和分数单位可为MN·m,kN·m,mN·m,μN·m等,而不是在m前加词头。
(14)相除形式的组合单位,在加词头构成倍数和分数单位时,词头一般加在分子的 第一个单位上。
例如:热容的SI单位为J/K,它的倍数单位可为kJ/K而不用J/mK;  动量的SI单位为kg·m/s,它的倍数单位可为Mg·m/s而不用kg·km/s等。
(15)当组合单位中分母的长度、面积或体积单位时,分母中按习惯与方便也可选用词 头构成组合单位的倍数和分数单位。
例如:密度的SI单位为kg/m^3,它的倍数单位可用g/cm^3;  电荷体密度的SI单位为C/m^3,它的倍数和分数单位可为MC/m^3,C/mm^3或C/cm^3等;电场强度的SI单位为V/m,它的倍数单位可以为kV/m或V/mm等。
(16)一般不在组合单位中采用两个有词头的单位,也不在分子与分母中同时采用词头。质量的SI单位kg中的词头,这里不作为词头对待,但g这个分数单位不作为没有词头对待。
例如:线密度的SI单位为kg/m,可用分数单位g/km。
(17)乘方形式的倍数或分数单位的指数,属于包括词头在内的倍数或分数单位。
例如: 1cm2=1(10-2m)2=1×10-4m2  而1cm2≠10-2m2  又如:1μs-1=1(10-6s)-1=106s-1
(18)在物理方程中,如其中所有的量都用SI单位来表示,则在计算时方程式的形式不会产生与物理方程形式上的不同。这样可以避免差错,也避免不必要的系数进入计算方程 。因此,建议在计算中,所有的量值都应该用SI单位表示,而词头以相应的10的乘方来代替。
[例]均匀运动物体的速度v,时间t与所经过的距离s三者间的关系是 v=s/t  设一物体在1.5min时间内,经过的距离为9km,求速度。  这里,千米与分均为法定计量单位但不是SI单位,它们对应的SI单位为秒与米,如这三个量均以SI单位表示,则计算式将与上述关系完全一致而不带来其它系数。 s=9km=9×103m t=1.5min=1.5×60s=90s  而v的SI单位为m/s  因此: v=s/t=9×103m/90s=100m/s
[例]按牛顿运动定律,质量m所受外力F与因此而产生的加速度a三者之间的关系为: F=ma 设一物体质量为2kg,受外力为10kgf(千克力),求加速度a。  千克力并不是法定计量单位,它是使用十分广泛但又必须淘汰的单位之一。力的SI单位为牛顿,它们之间的关系为: 1kgf=9.806 65N  可得: 9.806 65N/1kg=1  而用于计算。加速度a的SI单位为米每二次方秒。  按物理方程  a=f/m=10kgf×(9.806 65N/1kgf)/2kg=98N/2kg=49m/s^2  上述计算式中全部换成SI单位后,得到的结果必然是SI单位的数值。  很明显从单位间的关系式也可得到: N/kg=kg·m·s-2/kg=m·s^-2
(19)将SI词头中文名称的简称置于单位名称的简称之前构成中文符号时,应注意避免引起混淆,必要时使用圆括号。
例如:表示旋转频率的量值不得写为3千秒-1。如表示“三每千秒”应写“3(千 秒)-1”,这里“千”为词头;如表示“三千每秒”,应写为“3千(秒)-1”,这里“千”为数词。  表示体积量值不得写为2千米3。如表示“二立方千米”,应写2(千米)3,这里,“ 千”为词头;如表示“二千立方米”,应写2千(米)3,这里“千”为数词。
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