กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 15 นาที

ระบบหน่วยสากล

ระบบหน่วยสากล/ค่าคงที่ทางกายภาพ

ระบบหน่วยสากลหรือที่รู้จักกันในระดับสากลโดยย่อว่าSI (มาจาก ชื่อทางการในภาษาฝรั่งเศส ว่า Système international d'unités ) คือรูปแบบสมัยใหม่ของระบบเมตริก และเป็น

ระบบหน่วยสากล

ระบบหน่วยสากลหรือที่รู้จักกันในระดับสากลโดยย่อว่าSI (มาจาก ชื่อทางการในภาษาฝรั่งเศส ว่า Système international d'unités ) คือรูปแบบสมัยใหม่ของระบบเมตริก และเป็น ระบบการวัดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในโลกเป็นระบบการวัดเพียงระบบเดียวที่มีสถานะเป็นทางการในเกือบทุกประเทศทั่วโลก ใช้ในวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีอุตสาหกรรมและการค้า ในชีวิตประจำวัน สำนักงานมาตรวัดและน้ำหนักระหว่างประเทศ (ย่อว่าBIPMจากภาษาฝรั่งเศส : Bureau international des poids et mesures ) เป็นผู้ประสานงานของระบบ SI

หน่วยฐาน SI (วงแหวนด้านนอก) และค่าคงที่ (วงแหวนด้านใน)
หน่วยฐาน SI ทั้งเจ็ด
เครื่องหมาย ชื่อ ปริมาณ
ที่สองเวลา
เมตรความยาว
กก. กิโลกรัมมวล
เอ แอมแปร์กระแสไฟฟ้า
เค เคลวินอุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิก
โมล ตัวตุ่นปริมาณของสาร
ซีดี แคนเดลาความเข้มของแสง

ระบบ หน่วยวัดสากล (SI) ประกอบด้วยระบบ หน่วยวัดที่สอดคล้องกัน โดยเริ่มต้นจากหน่วยพื้นฐาน เจ็ดหน่วย ได้แก่วินาที (สัญลักษณ์: s, หน่วยของเวลา ), เมตร (m, ความยาว ), กิโลกรัม (kg, มวล ), แอมแปร์ (A, กระแสไฟฟ้า ), เคลวิน (K, อุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิก ), โมล (mol, ปริมาณสาร ) และแคนเดลา (cd, ความเข้มแสง ) ระบบนี้สามารถรองรับหน่วยที่สอดคล้องกันสำหรับปริมาณเพิ่มเติมได้ไม่จำกัดจำนวน หน่วยเหล่านี้เรียกว่าหน่วยอนุพันธ์ที่ สอดคล้องกัน ซึ่งสามารถแสดงได้เสมอในรูปผลคูณของกำลังของหน่วยพื้นฐาน มีหน่วยอนุพันธ์ที่สอดคล้องกัน 22 หน่วยที่ได้รับการกำหนดชื่อและสัญลักษณ์เฉพาะ

หน่วยพื้นฐาน 7 หน่วยและหน่วยอนุพันธ์ที่สอดคล้องกัน 22 หน่วย ซึ่งมีชื่อและสัญลักษณ์เฉพาะ สามารถใช้ร่วมกันเพื่อแสดงหน่วยอนุพันธ์ที่สอดคล้องกันอื่นๆ ได้ เนื่องจากขนาดของหน่วยที่สอดคล้องกันจะเหมาะสมสำหรับการใช้งานบางอย่างเท่านั้นและไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานอื่นๆ ระบบ SI จึงมีคำนำหน้า 24 คำ ซึ่งเมื่อนำไปบวกกับชื่อและสัญลักษณ์ของหน่วยที่สอดคล้องกัน จะได้หน่วย SI เพิ่มเติมอีก 24 หน่วย (ไม่สอดคล้องกัน) สำหรับปริมาณเดียวกัน หน่วยที่ไม่สอดคล้องกันเหล่านี้จะเป็นผลคูณและผลย่อยของหน่วยที่สอดคล้องกันในรูปแบบทศนิยม (เช่น กำลังของสิบ) เสมอ

วิธีการกำหนดหน่วย SI ในปัจจุบันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นมานานหลายทศวรรษไปสู่การกำหนดรูปแบบที่เป็นนามธรรมและอุดมคติมากขึ้น โดยที่การนำไปใช้จริงของหน่วยต่างๆ นั้นถูกแยกออกจากคำจำกัดความในเชิงแนวคิด ผลที่ตามมาคือ เมื่อวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีพัฒนาขึ้น การนำไปใช้จริงแบบใหม่และอาจดีกว่าเดิมอาจถูกนำมาใช้โดยไม่จำเป็นต้องกำหนดหน่วยใหม่ ปัญหาอย่างหนึ่งของสิ่งประดิษฐ์คือมันอาจสูญหาย เสียหาย หรือเปลี่ยนแปลงได้ อีกปัญหาหนึ่งคือมันก่อให้เกิดความไม่แน่นอนที่ไม่สามารถลดลงได้ด้วยความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

แรงจูงใจดั้งเดิมในการพัฒนาระบบหน่วยวัดสากล (SI) คือความหลากหลายของหน่วยวัดที่เกิดขึ้นภายใน ระบบ เซนติเมตร-กรัม-วินาที (CGS) (โดยเฉพาะอย่างยิ่งความไม่สอดคล้องกันระหว่างระบบหน่วยวัดไฟฟ้าสถิตและระบบหน่วยวัดแม่เหล็กไฟฟ้า ) และการขาดการประสานงานระหว่างสาขาวิชา ต่างๆ ที่ใช้ระบบเหล่านั้นการประชุมใหญ่ว่าด้วยมาตรวัดและหน่วยวัด (ภาษาฝรั่งเศส: Conférence générale des poids et mesures – CGPM) ซึ่งจัดตั้งขึ้นโดยอนุสัญญามาตรวัดปี ค.ศ. 1875 ได้รวบรวมองค์กรระหว่างประเทศหลายแห่งเพื่อกำหนดคำจำกัดความและมาตรฐานของระบบใหม่ และเพื่อกำหนดมาตรฐานกฎเกณฑ์สำหรับการเขียนและการนำเสนอการวัด ระบบนี้ได้รับการตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1960 อันเป็นผลมาจากความคิดริเริ่มที่เริ่มต้นในปี ค.ศ. 1948 และมีพื้นฐานมาจากระบบหน่วยเมตร-กิโลกรัม-วินาที (MKS) ผสมผสานกับแนวคิดจากการพัฒนาระบบ CGS

คำนิยาม

ระบบหน่วยสากลประกอบด้วยชุดค่าคงที่กำหนดเจ็ดชุดพร้อมหน่วยฐานที่สอดคล้องกันเจ็ดหน่วย หน่วยอนุพันธ์ และชุดตัวคูณฐานทศนิยมที่ใช้เป็นคำนำหน้า[ 1 ] : 125

ค่าคงที่ที่กำหนดในระบบ SI

ค่าคงที่ที่กำหนดในระบบ SI
เครื่องหมาย การกำหนดค่าคงที่ ค่าที่แน่นอนและหน่วย
Δ ν ความถี่การเปลี่ยนผ่านไฮเปอร์ไฟน์ของ133 Cs9 192 631 770  เฮิรตซ์
ความเร็วแสง299 792 458  ม./วินาที
ชม.ค่าคงที่ของพลังค์6.626 070 15 × 10 −34  J⋅s
อีประจุพื้นฐาน1.602 176 634 × 10 −19  C
เคค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์1.380 649 × 10 −23  J/K
เอ็นค่าคงที่ของอะโวกาโด6.022 140 76 × 10 23  mol −1
เคประสิทธิภาพการส่องสว่างของรังสี540 THz683 ลูเมน/วัตต์

ค่าคงที่กำหนดทั้งเจ็ดเป็นคุณลักษณะพื้นฐานที่สุดของการกำหนดระบบหน่วย แต่ละค่าคงที่กำหนดประกอบด้วยค่าตัวเลขที่แน่นอนและหน่วย[ 1 ] : 125 ค่าคงที่กำหนด ได้แก่ความเร็วแสงในสุญญากาศcความถี่การเปลี่ยนผ่านไฮเปอร์ไฟน์ของซีเซียมΔ ν ค่า คงที่ของพลังค์hประจุ พื้นฐาน e ค่า คงที่ ของโบลต์ซมันน์k ค่าคงที่ของอะโวกาโดN และประสิทธิภาพการส่องสว่างK ลักษณะของค่าคงที่กำหนดมีตั้งแต่ค่าคงที่พื้นฐานของธรรมชาติ เช่นcไปจนถึงค่าคงที่ทางเทคนิคล้วนๆK ค่าที่กำหนดให้กับค่าคงที่เหล่านี้ถูกกำหนดไว้เพื่อให้มั่นใจถึงความต่อเนื่องกับคำจำกัดความก่อนหน้าของหน่วยพื้นฐาน[ 1 ] : 128

หน่วยฐาน SI

ระบบ SI เลือกหน่วยเจ็ดหน่วยเพื่อใช้เป็นหน่วยฐานซึ่งสอดคล้องกับปริมาณทางกายภาพพื้นฐานเจ็ดอย่าง ได้แก่ วินาทีสำหรับเวลาเมตรสำหรับความยาวกิโลกรัมสำหรับมวลแอมแปร์สำหรับกระแสไฟฟ้าเคลวินสำหรับอุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิกโมสำหรับปริมาณของสารและแคนเดลาสำหรับความเข้มของการส่องสว่าง [ 1 ] หน่วย ฐานถูกกำหนดในแง่ของค่าคงที่ที่กำหนด ตัวอย่างเช่น กิโลกรัมถูกกำหนดโดยการใช้ค่าคงที่ของพลังค์hเป็น6.626 070 15 × 10 −34  J⋅sโดยให้การแสดงออกในรูปของค่าคงที่ที่กำหนด[ 1 ] : 131

1 กก. = (299 792 458 ) 2/(6.626 070 15 × 10 −34 )(9 192 631 770 )h Δ ν /ซี 2 .

หน่วยทั้งหมดในระบบ SI สามารถแสดงได้ในรูปของหน่วยฐาน และหน่วยฐานทำหน้าที่เป็นชุดที่ต้องการสำหรับการแสดงหรือวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างหน่วย การเลือกใช้ปริมาณใดและจำนวนเท่าใดเป็นปริมาณฐานนั้นไม่ใช่เรื่องพื้นฐานหรือแม้แต่เรื่องเฉพาะเจาะจง – เป็นเรื่องของข้อตกลง[ 1 ] : 126

หน่วยฐาน SI [ 1 ] : 136
ชื่อหน่วย สัญลักษณ์หน่วย สัญลักษณ์มิติชื่อปริมาณสัญลักษณ์ทั่วไป คำนิยาม
ที่สองเวลาระยะเวลาของ9 192 631 770คาบของการแผ่รังสีที่สอดคล้องกับการเปลี่ยนผ่านระหว่าง ระดับ ไฮเปอร์ไฟน์ สอง ระดับของสถานะพื้นฐานของอะตอม ซีเซียม-133
เมตรความยาว, ,ระยะทางที่แสงเดินทางในสุญญากาศใน1/299 792 458วินาที
กิโลกรัม[ n 1 ]กก. มวลกิโลกรัมถูกกำหนดโดยการตั้งค่าคงที่ของพลังค์hเป็น6.626 070 15 × 10 −34  J⋅s ( J = kg⋅m 2 ⋅s −2 ) โดยกำหนดนิยามของเมตรและวินาที[ 2 ]
แอมแปร์เอ กระแสไฟฟ้าการไหลของ1/1.602 176 634 × 10 −19คูณด้วยประจุพื้นฐานeต่อวินาที ซึ่งโดยประมาณคือ6.241 509 0744 × 10 18ประจุพื้นฐานต่อวินาที
เคลวินเค อุณหภูมิทาง เทอร์ โมไดนามิกหน่วยเคลวินถูกกำหนดโดยการกำหนดค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์kให้เป็นค่า คงที่1.380 649 × 10 −23  J⋅K −1 , ( J = kg⋅m 2 ⋅s −2 ) โดยกำหนดนิยามของกิโลกรัม เมตร และวินาที
ตัวตุ่นโมล ปริมาณของสารปริมาณสารของ6.022 140 76 × 10 23หน่วยพื้นฐาน[ n 2 ]ตัวเลขนี้คือค่าตัวเลขคงที่ของค่าคงที่อะโวกาโด N A แสดง ในหน่วย mol −1
แคนเดลาซีดี ความเข้มของแสงหน่วยแคนเดลาถูกกำหนดโดยการใช้ค่าตัวเลขคงที่ของประสิทธิภาพการส่องสว่างของรังสีเอกรงค์ที่มีความถี่ 540 × 10 12เฮิรตซ์ (K ) ซึ่งมี ค่า เท่ากับ 683 เมื่อแสดงในหน่วย lm W −1
หมายเหตุ
  1. ^แม้จะมีคำนำหน้าว่า "กิโล-" แต่กิโลกรัมเป็นหน่วยพื้นฐานที่สอดคล้องกันของมวล และถูกใช้ในการกำหนดหน่วยอนุพันธ์ อย่างไรก็ตาม คำนำหน้าสำหรับหน่วยมวลนั้นถูกกำหนดโดยถือว่ากรัมเป็นหน่วยพื้นฐาน
  2. ^เมื่อใช้หน่วยโมล จะต้องระบุหน่วยพื้นฐาน ซึ่งอาจเป็นอะตอมโมเลกุลไอออนอิเล็กตรอนอนุภาคอื่นๆ หรือกลุ่มของอนุภาคที่ระบุไว้

หน่วยอนุพันธ์

ระบบนี้อนุญาตให้มีหน่วยเพิ่มเติมได้ไม่จำกัดจำนวน เรียกว่าหน่วยอนุพันธ์ซึ่งสามารถแสดงได้เสมอในรูปผลคูณของกำลังของหน่วยพื้นฐาน โดยอาจมีตัวคูณเชิงตัวเลขที่ไม่เป็นศูนย์ เมื่อตัวคูณนั้นเป็นหนึ่ง หน่วยนั้นจะเรียกว่า หน่วยอนุพันธ์ที่ สอดคล้องกันตัวอย่างเช่น หน่วยอนุพันธ์ SI ที่สอดคล้องกันของความเร็วคือเมตรต่อวินาทีโดยใช้สัญลักษณ์m/s [ 1 ] : 139 หน่วยพื้นฐานและหน่วยอนุพันธ์ที่สอดคล้องกันของ SI รวมกันเป็นระบบหน่วยที่สอดคล้องกัน ( เซตของหน่วย SI ที่สอดคล้องกัน ) คุณสมบัติที่มีประโยชน์ของระบบที่สอดคล้องกันคือ เมื่อค่าตัวเลขของปริมาณทางกายภาพแสดงในรูปของหน่วยของระบบ สมการระหว่างค่าตัวเลขจะมีรูปแบบเดียวกันทุกประการ รวมถึงตัวประกอบเชิงตัวเลข เช่นเดียวกับสมการที่สอดคล้องกันระหว่างปริมาณทางกายภาพ[ 3 ] : 6

หน่วยอนุพันธ์ที่สอดคล้องกันจำนวน 22 หน่วยได้รับการกำหนดชื่อและสัญลักษณ์พิเศษดังแสดงในตารางด้านล่าง เรเดียนและสเตอเรเดียนไม่มีหน่วยพื้นฐาน แต่ถือเป็นหน่วยอนุพันธ์ด้วยเหตุผลทางประวัติศาสตร์[ 1 ] : 137

หน่วยอนุพันธ์ SI 22 หน่วยที่มีชื่อและสัญลักษณ์พิเศษ[ 1 ] : 137
ชื่อ เครื่องหมาย ปริมาณ ในหน่วยฐาน SI ในหน่วย SI อื่นๆ
เรเดียน[ nc 1 ]แรด มุมระนาบ1
สเตอเรเดียน[ nc 1 ]sr มุมตัน1
เฮิรตซ์เฮิรตซ์ ความถี่s −1
นิวตันเอ็น บังคับกก.⋅ม⋅วินาที−2
ปาสคาลปา ความกดดันความเครียดกก.⋅ม⁻¹⋅วินาที⁻²เอ็น/ม. ²
จูลเจ พลังงานงานปริมาณความร้อนกก.⋅ม. ²⋅วินาที⁻²เอ็น⋅ม
วัตต์กำลัง , ฟลักซ์การแผ่รังสีกก.⋅ม. ²⋅วินาที⁻³เจ/เอส
คูลอมบ์ซี ประจุไฟฟ้าs⋅A
โวลต์วี ความต่างศักย์ไฟฟ้า[ a ]กก.⋅ม. ²⋅วินาที⁻³⋅เอ⁻¹ว/เอ
โอห์มΩ ความต้านทานไฟฟ้ากก.⋅ม.²⋅วินาที⁻³⋅เอ⁻²วี/เอ
ซีเมนส์เอส การนำไฟฟ้ากก. −1 ⋅ม−2 ⋅วินาที3 ⋅เอ2เอ/วี
ฟารัดเอฟ ความจุกก. −1 ⋅ม−2 ⋅วินาที4 ⋅เอ2ซี/วี
เฮนรี่ชม ความเหนี่ยวนำกก.⋅ม.²⋅วินาที⁻²⋅เอ⁻²ดับเบิลยูบี/เอ
เทสลาที ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กกก.⋅วินาที⁻²⋅เอ⁻¹Wb/m 2
เวเบอร์ดับเบิลยูบี ฟลักซ์แม่เหล็กกก.⋅ ม .²⋅วินาที⁻²⋅เอ⁻¹วี⋅ส
องศาเซลเซียส°C อุณหภูมิเซลเซียสเค
ลูเมนแอลเอ็ม ฟลักซ์ส่องสว่างcd⋅sr [ nc 2 ]ซีดี⋅เอสอาร์
ลักซ์แอลเอ็กซ์ ความสว่างcd⋅sr⋅m −2 [ nc 2 ]lm/m 2
เบคเคอเรลบีคิว กิจกรรมที่อ้างถึงนิวไคลด์กัมมันตรังสีs −1
สีเทาจี ปริมาณรังสีที่ดูดซึม , เคอร์มาม. 2 ⋅วินาที−2จูล/กก.
ซีเวิร์ตสว. ปริมาณเทียบเท่าม. 2 ⋅วินาที−2จูล/กก.
คาทัลแคท กิจกรรมเร่งปฏิกิริยาโมล⋅วินาที−1
หมายเหตุ
  1. ^ a bเรเดียนและสเตอเรเดียนถูกกำหนดให้เป็นหน่วยอนุพันธ์ที่ไม่มีมิติ
  2. ^ a bในการวัดแสง หน่วยสเตอเรเดียนมักจะยังคงใช้ในสูตรแสดงหน่วย

หน่วยอนุพันธ์ในระบบ SI เกิดจากการยกกำลัง การคูณ หรือการหารหน่วยพื้นฐาน และมีจำนวนไม่จำกัด[ 1 ] : 138 [ 4 ] : 14, 16

การจัดเรียงหน่วยวัดหลักในวิชาฟิสิกส์โดยอาศัยการคำนวณทางคณิตศาสตร์ของความยาว เวลา และมวล

หน่วยอนุพันธ์ใช้กับปริมาณอนุพันธ์ บางอย่าง ซึ่งตามคำจำกัดความอาจแสดงในรูปของปริมาณฐานและดังนั้นจึงไม่เป็นอิสระ ตัวอย่างเช่นการนำไฟฟ้าเป็นส่วนกลับของความต้านทานไฟฟ้าส่งผลให้ซีเมนส์เป็นส่วนกลับของโอห์ม และในทำนองเดียวกัน โอห์มและซีเมนส์สามารถแทนที่ด้วยอัตราส่วนของแอมแปร์และโวลต์ได้ เนื่องจากปริมาณเหล่านั้นมีความสัมพันธ์ที่กำหนดไว้ต่อกัน[ b ]ปริมาณอนุพันธ์ที่มีประโยชน์อื่นๆ สามารถระบุได้ในรูปของหน่วยฐาน SI และหน่วยอนุพันธ์ที่ไม่มีหน่วยชื่อใน SI เช่น ความเร่ง ซึ่งมีหน่วย SI เป็น m/ [ 1 ] : 139

อาจใช้การผสมผสานระหว่างหน่วยพื้นฐานและหน่วยอนุพันธ์เพื่อแสดงหน่วยอนุพันธ์ ตัวอย่างเช่น หน่วย SI ของแรงคือนิวตัน (N) หน่วย SI ของความดันคือปาสคาล (Pa) – และปาสคาลสามารถกำหนดได้เป็นหนึ่งนิวตันต่อตารางเมตร (N/ ) [ 5 ]

คำนำหน้า

เช่นเดียวกับระบบเมตริกทั้งหมด ระบบ SI ใช้คำนำหน้าหน่วยเมตริกเพื่อสร้างชุดหน่วยอย่างเป็นระบบสำหรับปริมาณทางกายภาพเดียวกัน โดยหน่วยเหล่านั้นจะเป็นผลคูณทศนิยมของกันและกันในช่วงกว้าง ตัวอย่างเช่น ระยะทางในการขับรถโดยปกติจะระบุเป็นกิโลเมตร (สัญลักษณ์km ) แทนที่จะเป็นเมตร ในที่นี้ คำนำหน้าหน่วยเมตริก ' กิโล- ' (สัญลักษณ์ 'k') หมายถึงตัวคูณ 1000 ดังนั้น1 กม . =1000เมตร

ระบบ SI มีคำนำหน้าหน่วยเมตริก 24 คำที่แสดงถึงกำลังทศนิยมตั้งแต่ 10 −30ถึง 10 30โดยคำนำหน้าล่าสุดได้รับการนำมาใช้ในปี 2022 [ 1 ] : 143–144 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]คำนำหน้าส่วนใหญ่สอดคล้องกับกำลังจำนวนเต็มของ 1000 มีเพียงคำนำหน้าสำหรับ 10, 1/10, 100 และ 1/100 เท่านั้นที่ไม่สอดคล้อง การแปลงระหว่างหน่วย SI ต่างๆ สำหรับปริมาณทางกายภาพเดียวกันจะใช้กำลังของสิบเสมอ นี่คือเหตุผลที่ระบบ SI (และระบบเมตริกโดยทั่วไป) เรียกว่าระบบหน่วยวัดทศนิยม[ 9 ]

กลุ่มที่เกิดจากการนำสัญลักษณ์คำนำหน้ามาติดกับสัญลักษณ์หน่วย (เช่น ' กม. ', ' ซม. ') ก่อให้เกิดสัญลักษณ์หน่วยใหม่ที่ไม่สามารถแยกออกจากกันได้ สัญลักษณ์ใหม่นี้สามารถยกกำลังบวกหรือลบได้ นอกจากนี้ยังสามารถรวมกับสัญลักษณ์หน่วยอื่นๆ เพื่อสร้างสัญลักษณ์หน่วย ผสมได้[ 1 ] : 143 ตัวอย่างเช่นg/cm³ เป็นหน่วย SI ของความหนาแน่นโดยที่cm³จะถูกตีความว่า ( cm ) ³

มีการเพิ่มคำนำหน้าให้กับชื่อหน่วยเพื่อสร้างพหุคูณและพหุคูณย่อยของหน่วยเดิม ทั้งหมดนี้เป็นเลขยกกำลังจำนวนเต็มของสิบ และที่มากกว่าร้อยหรือน้อยกว่าหนึ่งในร้อยทั้งหมดเป็นเลขยกกำลังจำนวนเต็มของพัน ตัวอย่างเช่นกิโล-หมายถึงพหุคูณของพัน และมิลลิ-หมายถึงพหุคูณของหนึ่งในพัน ดังนั้นหนึ่งเมตรจึงมีหนึ่งพันมิลลิเมตร และหนึ่งกิโลเมตรมีหนึ่งพันเมตร คำนำหน้าจะไม่ถูกนำมารวมกัน ดังนั้นตัวอย่างเช่น หนึ่งในล้านของเมตรคือไมโครเมตรไม่ใช่มิลลิเมตรพหุคูณของกิโลกรัมจะถูกตั้งชื่อราวกับว่ากรัมเป็นหน่วยพื้นฐาน ดังนั้นหนึ่งในล้านของกิโลกรัมคือมิลลิกรัมไม่ใช่ไมโครกิโลกรัม[ 10 ] : 122 [ 11 ] : 14

BIPM กำหนดคำนำหน้าหน่วย 24 คำสำหรับระบบหน่วยสากล (SI):

คำนำหน้าฐาน 10 ทศนิยมการรับเลี้ยงบุตรบุญธรรม[ nb 1 ]
ชื่อเครื่องหมาย
เควตตาคิว10:30 น.1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 0002022 [ 12 ]
รอนน่าอาร์10 271 000 000 000 000 000 000 000 000 000
ยอตตาวาย10 241 000 000 000 000 000 000 000 0001991
เซตต้า10 211,000,000,000,000,000,000,000,000
เอ็กซาอี10 181,000,000,000,000,000,000พ.ศ. 2518 [ 13 ]
เพต้าพี10 151,000,000,000,000,000
เทราที10 121,000,000,000,0001960
กิกะจี10 91,000,000,000 บาท
เมกะเอ็ม10 61,000,000 บาท1873
กิโลเค10 31,000ค.ศ. 1795
เฮกโตชม.10 2100
เดคาดา10 110
10 01
การตัดสินใจ10 −10.1ค.ศ. 1795
เซนติ10 −20.01
มิลลิ10 −30.001
ไมโครμ10 −60.000 0011873
นาโนn10 −90.000 000 0011960
ปิโก้พี10 −120.000 000 000 001
เฟมโตเอฟ10 −150.000 000 000 000 001พ.ศ. 2507
อัตโตเอ10 −180.000 000 000 000 000 001
เซปโต้z10 −210.000 000 000 000 000 000 0011991
โยคโตy10 −240.000 000 000 000 000 000 000 001
รอนโต10 −270.000 000 000 000 000 000 000 000 0012022 [ 12 ]
เควกโตq10 −300.000 000 000 000 000 000 000 000 000 001
หมายเหตุ
  1. ^คำนำหน้าหน่วยที่นำมาใช้ก่อนปี 1960 นั้นมีอยู่แล้วก่อนระบบหน่วย SI การนำระบบหน่วยเซนติเมตร-กรัม-วินาทีมาใช้เกิดขึ้นในปี 1873

หน่วย SI ที่สอดคล้องกันและไม่สอดคล้องกัน

หน่วยพื้นฐานและหน่วยอนุพันธ์ที่เกิดจากการคูณกำลังของหน่วยพื้นฐานด้วยตัวประกอบเชิงตัวเลขหนึ่ง ก่อให้เกิดระบบหน่วยที่สอดคล้องกันปริมาณทางกายภาพทุกอย่างมีหน่วย SI ที่สอดคล้องกันเพียงหน่วยเดียว ตัวอย่างเช่น1 m/s = (1 m) / (1 s)เป็นหน่วยอนุพันธ์ที่สอดคล้องกันสำหรับความเร็ว[ 1 ] : 139 ยกเว้นกิโลกรัม (ซึ่งต้องใช้คำนำหน้า kilo- สำหรับหน่วยที่สอดคล้องกัน) เมื่อใช้คำนำหน้ากับหน่วย SI ที่สอดคล้องกัน หน่วยที่ได้จะไม่สอดคล้องกันอีกต่อไป เนื่องจากคำนำหน้าทำให้เกิดตัวประกอบเชิงตัวเลขอื่นที่ไม่ใช่หนึ่ง[ 1 ] : 137 ตัวอย่างเช่น เมตร กิโลเมตร เซนติเมตร นาโนเมตร ฯลฯ ล้วนเป็นหน่วย SI ของความยาว แม้ว่าจะมีเพียงเมตรเท่านั้นที่เป็นหน่วย SI ที่สอดคล้องกันชุดหน่วย SI ที่สมบูรณ์ประกอบด้วยทั้งชุดที่สอดคล้องกันและพหุคูณและพหุคูณย่อยของหน่วยที่สอดคล้องกันที่สร้างขึ้นโดยใช้คำนำหน้า SI [ 1 ] : 138

กิโลกรัมเป็นหน่วย SI เพียงหน่วยเดียวที่มีความสอดคล้องกัน โดยที่ชื่อและสัญลักษณ์มีคำนำหน้า สำหรับเหตุผลทางประวัติศาสตร์ ชื่อและสัญลักษณ์ของหน่วยทวีคูณและหน่วยย่อยของหน่วยมวลนั้นถูกกำหนดขึ้นโดยถือว่ากรัมเป็นหน่วยพื้นฐาน คำนำหน้าชื่อและสัญลักษณ์จะถูกนำมาต่อท้ายชื่อหน่วย"กรัม"และสัญลักษณ์หน่วย "ก" ตามลำดับ ตัวอย่างเช่น10 −6  กก.เขียนเป็นมิลลิกรัมและmgไม่ใช่ไมโครกิโลกรัมและμkg [ 1 ] : 144

หน่วย SI ที่สอดคล้องกันเดียวกันอาจใช้สำหรับปริมาณทางกายภาพที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น จูลต่อเคลวิน (สัญลักษณ์J/K ) เป็นหน่วย SI ที่สอดคล้องกันสำหรับปริมาณที่แตกต่างกันสองอย่าง คือความจุความร้อนและเอนโทรปีและแอมแปร์เป็นหน่วย SI ที่สอดคล้องกันสำหรับทั้งกระแสไฟฟ้าและ แรง เคลื่อนแม่เหล็ก[ 1 ] : 140

นอกจากนี้ หน่วย SI ที่สอดคล้องกันเดียวกันอาจเป็นหน่วยพื้นฐานในบริบทหนึ่ง แต่เป็นหน่วยอนุพันธ์ที่สอดคล้องกันในอีกบริบทหนึ่ง ตัวอย่างเช่น แอมแปร์เป็นหน่วยพื้นฐานเมื่อเป็นหน่วยของกระแสไฟฟ้า แต่เป็นหน่วยอนุพันธ์ที่สอดคล้องกันเมื่อเป็นหน่วยของแรงเคลื่อนแม่เหล็ก[ 1 ] : 140

ตัวอย่างของหน่วยอนุพันธ์ที่สอดคล้องกันในแง่ของหน่วยพื้นฐาน[ 4 ] : 17
ชื่อ เครื่องหมาย ปริมาณที่ได้มา สัญลักษณ์ทั่วไป
ตารางเมตร.2พื้นที่เอ
ลูกบาศก์เมตร.3ปริมาณวี
เมตรต่อวินาทีเมตร/วินาทีความเร็ว , อัตราเร็ววี
เมตรต่อวินาที<sup>2</sup>ม./วินาที2ความเร่งเอ
เมตรผกผัน−1เลขคลื่นσ ,
การบรรจบกัน (ทัศนศาสตร์)วี , 1/เอฟ
กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตรกก./ม. 3ความหนาแน่นρ
กิโลกรัมต่อตารางเมตร กก./ ตร.ม.ความหนาแน่นของพื้นผิวρ
ลูกบาศก์เมตรต่อกิโลกรัม ม. 3 /กก.ปริมาตรเฉพาะวี
แอมแปร์ต่อตารางเมตร เอ/ม. 2ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าเจ
แอมแปร์ต่อเมตรเช้าความแรงของสนามแม่เหล็กชม
โมลต่อลูกบาศก์เมตร โมล/ม. 3ความเข้มข้น
กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตรกก./ม. 3ความเข้มข้นของมวลρ , γ
แคนเดลาต่อตารางเมตรซีดี/ตร.ม. 2ความสว่างแอล
ตัวอย่างของหน่วยอนุพันธ์ที่รวมถึงหน่วยที่มีชื่อเฉพาะ[ 4 ] : 18
ชื่อ เครื่องหมาย ปริมาณ ในหน่วยฐาน SI
ปาสคาลวินาทีปา⋅ส ความหนืดไดนามิกม. −1 ⋅กก.⋅วินาที−1
นิวตัน-เมตรเอ็น⋅ม โมเมนต์ของแรงม. 2 ⋅กก.⋅วินาที−2
นิวตันต่อเมตร น/ม. แรงตึงผิวกก.⋅วินาที−2
เรเดียนต่อวินาทีเรเดียน/วินาที ความเร็วเชิงมุมความถี่เชิงมุมs −1
เรเดียนต่อวินาที<sup>2</sup>เรเดียน/วินาที2ความเร่งเชิงมุมs −2
วัตต์ต่อตารางเมตรวัตต์/ ตร.ม.ความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อน, ความเข้มของรังสีกก.⋅วินาที−3
จูลต่อเคลวินเจ/เค เอนโทรปีความจุความร้อนm 2 ⋅kg⋅s −2 ⋅K −1
จูลต่อกิโลกรัม-เคลวิน จูล/(กก.⋅เคลวิน) ความจุความร้อนจำเพาะเอนโทรปีจำเพาะm 2 ⋅s −2 ⋅K −1
จูลต่อกิโลกรัม จูล/กก. พลังงานจำเพาะม. 2 ⋅วินาที−2
วัตต์ต่อเมตร-เคลวิน W/(m⋅K) การนำความร้อนม.⋅กก.⋅วินาที−3 ⋅K −1
จูลต่อลูกบาศก์เมตร จูล/ม. 3ความหนาแน่นของพลังงานม. −1 ⋅กก.⋅วินาที−2
โวลต์ต่อเมตร วี/ม. ความแรงของสนามไฟฟ้าม.⋅กก.⋅วินาที−3 ⋅เอ−1
คูลอมบ์ต่อลูกบาศก์เมตร ซี/ม. 3ความหนาแน่นของประจุไฟฟ้าม. −3 ⋅วินาที⋅เอ
คูลอมบ์ต่อตารางเมตร ซี/ม. 2ความหนาแน่นประจุบนพื้นผิว ความ หนาแน่นฟลักซ์ไฟฟ้าการกระจัดทางไฟฟ้าm −2 ⋅s⋅A
ฟารัดต่อเมตร เอฟ/เอ็ม ค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าm −3 ⋅kg −1 ⋅s 4 ⋅A 2
เฮนรีต่อเมตร ฮ/ม. การซึมผ่านม.⋅กก. ⋅วินาที ⁻²⋅เอ⁻²
จูลต่อโมล จูล/โมล พลังงานโมลาร์m 2 ⋅kg⋅s −2 ⋅mol −1
จูลต่อโมล-เคลวิน J/(mol⋅K) เอนโทรปีโมลาร์ , ความจุความร้อนโมลาร์m 2 ⋅kg⋅s −2 ⋅K −1 ⋅mol −1
คูลอมบ์ต่อกิโลกรัม ซี/กก. การสัมผัส (รังสีเอ็กซ์และรังสีแกมมา) กก. −1 ⋅วินาที⋅เอ
สีเทาต่อวินาที จี/วินาที อัตราปริมาณรังสีที่ถูกดูดซับม. 2 ⋅วินาที−3
วัตต์ต่อสเตอเรเดียน ดับเบิลยูเอสอาร์ ความเข้มของการแผ่รังสีม. 2 ⋅กก.⋅วินาที−3
วัตต์ต่อตารางเมตร-สเตอเรเดียน W/(m 2 ⋅sr) ความเปล่งประกายกก.⋅วินาที−3
กะทาลต่อลูกบาศก์เมตร แคท/ม. 3ความเข้มข้นของกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาm −3 ⋅s −1 ⋅mol

หลักเกณฑ์การจัดทำพจนานุกรม

ตัวอย่างของหลักการใช้คำศัพท์ ในการแสดงค่าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง จะมีการเว้นวรรคคั่นระหว่างค่าและหน่วย ทั้งตัวอักษร 'm' และ 's' ใช้ตัวพิมพ์เล็ก เนื่องจากทั้งเมตรและวินาทีไม่ได้ตั้งชื่อตามบุคคล และการยกกำลังจะใช้เลข'2' เป็น ตัวยก

ชื่อหน่วย

มาตรฐาน SI กำหนดให้ชื่อหน่วยถือเป็นคำนามทั่วไปของภาษาบริบท[ 1 ] : 148 ซึ่งหมายความว่าชื่อหน่วยจะถูกพิมพ์ด้วยชุดอักขระเดียวกันกับคำนามทั่วไปอื่นๆ (เช่นอักษรละตินในภาษาอังกฤษอักษรซีริลลิกในภาษารัสเซีย เป็นต้น) และปฏิบัติตามกฎไวยากรณ์และการสะกดคำตาม ปกติ ของภาษาบริบท ตัวอย่างเช่น ในภาษาอังกฤษและภาษาฝรั่งเศส แม้ว่าหน่วยจะตั้งชื่อตามบุคคลและสัญลักษณ์ขึ้นต้นด้วยตัวพิมพ์ใหญ่ แต่ชื่อหน่วยในข้อความทั่วไปจะขึ้นต้นด้วยตัวพิมพ์เล็ก (เช่น นิวตัน เฮิรตซ์ ปาสคาล) และจะใช้ตัวพิมพ์ใหญ่เฉพาะที่ต้นประโยคและในหัวข้อและชื่อสิ่งพิมพ์ เท่านั้น ตัวอย่างการประยุกต์ใช้กฎนี้ที่ไม่ธรรมดาคือ ชื่อหน่วยที่มีสัญลักษณ์°Cจะสะกดว่า 'degree Celsius ': ตัวอักษรตัวแรกของชื่อหน่วย 'd' เป็นตัวพิมพ์เล็ก ในขณะที่คำขยาย 'Celsius' เป็นตัวพิมพ์ใหญ่เพราะเป็นชื่อเฉพาะ[ 1 ] : 148

การสะกดคำภาษาอังกฤษและแม้แต่ชื่อหน่วย SI บางหน่วย คำนำหน้าหน่วย และหน่วยที่ไม่ใช่ SI นั้นขึ้นอยู่กับสำเนียงภาษา อังกฤษที่ใช้ ภาษาอังกฤษแบบอเมริกันใช้การสะกดdeka- , meter , และliterในขณะที่ภาษาอังกฤษแบบสากลใช้deca- , metre , และlitreชื่อของหน่วยที่มีสัญลักษณ์เป็น t และซึ่งกำหนดโดย1 t =10 3  กิโลกรัมคือ 'เมตริกตัน' ในภาษาอังกฤษแบบอเมริกัน และ 'ตัน' ในภาษาอังกฤษสากล[ 4 ] : iii

สัญลักษณ์หน่วยและค่าของปริมาณ

สัญลักษณ์ของหน่วย SI มีจุดประสงค์เพื่อให้เป็นเอกลักษณ์และเป็นสากล โดยไม่ขึ้นอยู่กับบริบทของภาษา[ 10 ] : 130–135 มาตรฐานนี้กำหนดรูปแบบตามแบบแผนสำหรับการแสดงหน่วยปริมาณในด้านต่างๆ เช่น สัญลักษณ์ปริมาณ การจัดรูปแบบตัวเลขและเครื่องหมายทศนิยม การแสดงความไม่แน่นอนของการวัด การคูณและการหารสัญลักษณ์ปริมาณ และการใช้ตัวเลขบริสุทธิ์และมุมต่างๆ[ 1 ] : 147

ในสหรัฐอเมริกา แนวทางที่จัดทำโดยสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) [ 11 ] : 37 ตีความมาตรฐานสากลโดยชี้แจงรายละเอียดเฉพาะภาษาบางประการสำหรับภาษาอังกฤษแบบอเมริกัน[ 14 ]ตัวอย่างเช่น ตั้งแต่ปี 1979 คำว่าlitreอาจเขียนโดยใช้ตัวพิมพ์ใหญ่ "L" หรือตัวพิมพ์เล็ก "l" ได้เป็นกรณีพิเศษ ซึ่งเป็นการตัดสินใจที่เกิดจากความคล้ายคลึงกันของตัวพิมพ์เล็ก "l" กับตัวเลข "1" โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับแบบอักษรบางแบบหรือลายมือแบบอังกฤษ NIST แนะนำให้ใช้ "L" แทน "l" ในสหรัฐอเมริกา[ 11 ]

การรับรู้หน่วย

ทรงกลมซิลิคอนสำหรับโครงการอะโวกาโดใช้สำหรับวัดค่าคงที่อะโวกาโดด้วยความคลาดเคลื่อนมาตรฐานสัมพัทธ์2 × 10 −8หรือน้อยกว่านั้น ถือครองโดยAchim Leistner [ 15 ]

นักมาตรวิทยาแยกแยะความแตกต่างระหว่างคำจำกัดความของหน่วยและการนำไปใช้จริงอย่างระมัดระวัง หน่วย SI ถูกกำหนดโดยการประกาศว่าค่าคงที่ เจ็ดค่า [ 1 ] : 125–129 มีค่าตัวเลขที่แน่นอนเมื่อแสดงในรูปของหน่วย SI การนำไปใช้จริงของคำจำกัดความของหน่วยคือกระบวนการที่สามารถใช้คำจำกัดความเพื่อกำหนดค่าและความไม่แน่นอนที่เกี่ยวข้องของปริมาณประเภทเดียวกันกับหน่วย[ 1 ] : 135

สำหรับแต่ละหน่วยพื้นฐาน BIPM จะเผยแพร่mises en pratique ( ภาษาฝรั่งเศสแปลว่า 'การนำไปปฏิบัติจริง; การนำไปใช้' [ 16 ] ) ซึ่งอธิบายถึงการนำหน่วยไปใช้ในทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในปัจจุบัน[ 17 ]การแยกค่าคงที่ที่กำหนดออกจากคำจำกัดความของหน่วยหมายความว่าสามารถพัฒนาการวัดที่ดีขึ้นได้ ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในmises en pratiqueเมื่อวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีพัฒนาขึ้น โดยไม่ต้องแก้ไขคำจำกัดความ

mise en pratiqueที่เผยแพร่แล้วไม่ใช่เพียงวิธีเดียวในการกำหนดหน่วยพื้นฐาน[ 10 ] : 111 คณะกรรมการที่ปรึกษาต่างๆ ของCIPM ได้ตัดสินใจในปี 2016 ว่าจะพัฒนา mise en pratiqueมากกว่าหนึ่งวิธีเพื่อกำหนดมูลค่าของแต่ละหน่วย[ 18 ]วิธีการเหล่านี้รวมถึงสิ่งต่อไปนี้:

  • ต้องทำการทดลองแยกกันอย่างน้อยสามครั้ง โดยให้ค่าที่มีความคลาดเคลื่อนมาตรฐาน สัมพัทธ์ ในการกำหนดกิโลกรัมไม่เกิน5 × 10 −8และอย่างน้อยหนึ่งในค่าเหล่านี้ควรจะดีกว่า2 × 10 −8ทั้งสมดุลของ Kibbleและโครงการ Avogadroควรถูกรวมไว้ในการทดลอง และความแตกต่างใดๆ ระหว่างสิ่งเหล่านี้จะต้องได้รับการแก้ไข[ 19 ] [ 20 ]
  • นิยามของเคลวินที่วัดด้วยความไม่แน่นอนสัมพัทธ์ของค่าคงที่โบลต์ซมันน์ที่ได้มาจากสองวิธีที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน เช่นการวัดอุณหภูมิ ก๊าซด้วยคลื่นเสียง และการวัดอุณหภูมิก๊าซด้วยค่าคงที่ไดอิเล็กตริก จะต้องมีความแม่นยำดีกว่าหนึ่งส่วนใน10 −6และค่าเหล่านี้จะต้องได้รับการยืนยันโดยการวัดอื่นๆ[ 21 ]

สถานะองค์กร

ประเทศที่ใช้ระบบเมตริก (SI), ระบบอิมพีเรียลและ ระบบ หน่วยวัดของสหรัฐอเมริกาณ ปี 2019

ระบบหน่วยสากล หรือ SI [ 1 ] : 123เป็นระบบหน่วยแบบทศนิยมและเมตริก ที่จัดตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2503 และได้รับการปรับปรุงเป็นระยะตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา SI มีสถานะเป็นทางการในประเทศส่วนใหญ่ รวมถึงสหรัฐอเมริกาแคนาดาและสหราชอาณาจักรแม้ว่าทั้งสามประเทศนี้จะเป็นหนึ่งในไม่กี่ประเทศที่ยังคงใช้ระบบหน่วยวัดตามธรรมเนียมของตนในระดับต่างๆ กันก็ตาม อย่างไรก็ตาม ด้วยระดับการยอมรับที่เกือบจะเป็นสากลนี้ SI "จึงถูกใช้ทั่วโลกในฐานะระบบหน่วยวัดที่ได้รับความนิยม ภาษาพื้นฐานสำหรับวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี อุตสาหกรรม และการค้า" [ 1 ] : 123, 126

ระบบการวัดประเภทอื่น ๆ ที่ยังคงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายทั่วโลกมีเพียงระบบการวัดแบบอิมพีเรียลและระบบการวัดตามธรรมเนียมของสหรัฐอเมริกาเท่านั้นหน่วยหลาและปอนด์สากลถูกกำหนดขึ้นตามระบบ SI [ 22 ]

ระบบปริมาณสากล

ปริมาณและสมการที่ให้บริบทในการกำหนดหน่วย SI นั้น ปัจจุบันเรียกว่าระบบปริมาณสากล (ISQ) ISQ อิงตามปริมาณพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังหน่วยพื้นฐานทั้งเจ็ดของ SI ปริมาณอนุพันธ์เช่นพื้นที่ความดันและ ความ ต้านทานไฟฟ้า มาจากปริมาณพื้นฐาน เหล่านี้โดยสมการที่ชัดเจนและไม่ขัดแย้งกัน ISQ กำหนดปริมาณที่วัดด้วยหน่วย SI [ 23 ] ISQ ได้รับการกำหนดเป็นทางการบางส่วนในมาตรฐานสากลISO/IEC 80000ซึ่งเสร็จสมบูรณ์ในปี 2009 ด้วยการตีพิมพ์ISO 80000-1 [ 24 ]และได้รับการแก้ไขส่วนใหญ่ในปี2019–2020 [ 25 ]

หน่วยงานควบคุม

ระบบหน่วยวัดสากล ( SI) ได้รับการกำกับดูแลและพัฒนาอย่างต่อเนื่องโดยองค์กรระหว่างประเทศ 3 แห่งที่ก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2418 ภายใต้เงื่อนไขของอนุสัญญา ว่า ด้วยมาตรวัดได้แก่การประชุมใหญ่ว่าด้วยมาตรวัดและน้ำหนัก (CGPM [ c ] ) [ 26 ]คณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยมาตรวัดและน้ำหนัก (CIPM [ d ] ) และสำนักงานระหว่างประเทศว่าด้วยมาตรวัดและน้ำหนัก (BIPM [ e ] ) การตัดสินใจและคำแนะนำทั้งหมดเกี่ยวกับหน่วยต่างๆ จะถูกรวบรวมไว้ในจุลสารชื่อระบบหน่วยสากล (SI) [ 1 ]ซึ่งเผยแพร่เป็นภาษาฝรั่งเศสและภาษาอังกฤษโดย BIPM และมีการปรับปรุงเป็นระยะ การเขียนและการบำรุงรักษาจุลสารนี้ดำเนินการโดยคณะกรรมการชุดหนึ่งของ CIPM คำจำกัดความของคำว่า "ปริมาณ" "หน่วย" "มิติ" เป็นต้น ที่ใช้ในจุลสาร SI นั้น เป็นคำจำกัดความที่ระบุไว้ในคำศัพท์สากลของการวัด [ 27 ] จุลสาร นี้เปิดโอกาสให้มีการเปลี่ยนแปลงในระดับท้องถิ่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับชื่อหน่วยและคำศัพท์ในภาษาต่างๆ ตัวอย่างเช่น สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา(NIST) ได้จัดทำเอกสาร CGPM ฉบับหนึ่ง (NIST SP 330) ซึ่งชี้แจงการใช้งานสำหรับสิ่งพิมพ์ภาษาอังกฤษที่ใช้ภาษาอังกฤษแบบอเมริกัน[ 4 ]

ประวัติศาสตร์

หินที่ทำเครื่องหมาย เขตแดน ออสเตรีย-ฮังการี /อิตาลีที่ปอนเต็บบาแสดงหน่วยเป็นมิลลิเมตรซึ่งเป็นหน่วย 10 กิโลเมตรที่ใช้ในยุโรปกลางในศตวรรษที่ 19 (แต่ปัจจุบันเลิกใช้แล้ว ) [ 28 ]

ระบบ CGS และ MKS

ภาพระยะใกล้ของเครื่องวัดระยะต้นแบบแห่งชาติ หมายเลขประจำเครื่อง 27 ซึ่งจัดสรรให้กับสหรัฐอเมริกา

แนวคิดของระบบหน่วยเกิดขึ้นหนึ่งร้อยปีก่อนระบบ SI ในช่วงทศวรรษ 1860 เจมส์ คลาร์ก แม็กซ์เวลล์วิลเลียม ทอมสัน (ต่อมาคือลอร์ด เคลวิน) และคนอื่นๆ ที่ทำงานภายใต้การอุปถัมภ์ของสมาคมวิทยาศาสตร์แห่งอังกฤษโดยต่อยอดจากงานก่อนหน้าของคาร์ล เกาส์ได้พัฒนาระบบหน่วยเซนติเมตร-กรัม-วินาทีหรือระบบ cgs ในปี 1874 ระบบนี้ได้กำหนดรูปแบบแนวคิดของชุดหน่วยที่เกี่ยวข้องกันที่เรียกว่า ระบบหน่วย ที่สอดคล้องกันในระบบที่สอดคล้องกันหน่วยพื้นฐานจะรวมกันเพื่อกำหนดหน่วยอนุพันธ์โดยไม่มีปัจจัยเพิ่มเติม[ 4 ] : 2 ตัวอย่างเช่น การใช้เมตรต่อวินาทีมีความสอดคล้องในระบบที่ใช้เมตรสำหรับความยาวและวินาทีสำหรับเวลา แต่กิโลเมตรต่อชั่วโมงนั้นไม่สอดคล้อง หลักการของความสอดคล้องถูกนำ มาใช้สำเร็จในการกำหนดหน่วยวัดจำนวนหนึ่งโดยอิงจาก CGS รวมถึงerg สำหรับพลังงานdyneสำหรับแรงbaryeสำหรับความดันpoiseสำหรับความหนืดไดนามิกและstokesสำหรับความหนืดจลน์[ 29 ]

อนุสัญญามิเตอร์

ความคิดริเริ่มที่ได้รับแรงบันดาลใจจากฝรั่งเศสเพื่อความร่วมมือระหว่างประเทศในด้านมาตรวิทยานำไปสู่การลงนามในอนุสัญญาเมตร ในปี พ.ศ. 2418 หรือที่เรียกว่าสนธิสัญญาเมตร โดย 17 ประเทศ[ f ] [ 30 ] : 353–354 การประชุมใหญ่ว่าด้วยมาตรวัดและหน่วยวัด (ภาษาฝรั่งเศส: Conférence générale des poids et mesures – CGPM) ซึ่งจัดตั้งขึ้นโดยอนุสัญญาเมตร[ 29 ]ได้รวบรวมองค์กรระหว่างประเทศหลายแห่งเพื่อกำหนดคำจำกัดความและมาตรฐานของระบบใหม่ และเพื่อกำหนดมาตรฐานกฎสำหรับการเขียนและการนำเสนอการวัด[ 31 ] : 37 [ 32 ]ในขั้นต้น อนุสัญญานี้ครอบคลุมเฉพาะมาตรฐานสำหรับเมตรและกิโลกรัมเท่านั้น ซึ่งกลายเป็นรากฐานของระบบหน่วย MKS [ 4 ] : 2

โจวันนี จอร์จี และปัญหาของหน่วยไฟฟ้า

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 มีระบบหน่วยวัดที่แตกต่างกันสามระบบสำหรับการวัดทางไฟฟ้า ได้แก่ระบบ CGS สำหรับหน่วยไฟฟ้าสถิตหรือที่รู้จักกันในชื่อระบบเกาส์เซียนหรือ ESU ระบบ CGS สำหรับหน่วยอิเล็กโทรเมคานิกส์ (EMU) และระบบสากลที่อิงตามหน่วยที่กำหนดโดยอนุสัญญาเมตร[ 33 ]สำหรับระบบจำหน่ายไฟฟ้า ความพยายามที่จะแก้ไขหน่วยไฟฟ้าในแง่ของความยาว มวล และเวลาโดยใช้การวิเคราะห์มิติประสบกับความยากลำบาก เนื่องจากมิติขึ้นอยู่กับว่าใช้ระบบ ESU หรือ EMU [ 34 ]ความผิดปกตินี้ได้รับการแก้ไขในปี 1901 เมื่อGiovanni Giorgiตีพิมพ์บทความที่เขาเสนอให้ใช้หน่วยฐานที่สี่ควบคู่ไปกับหน่วยฐานสามหน่วยที่มีอยู่ หน่วยที่สี่สามารถเลือกได้ว่าเป็นกระแสไฟฟ้าแรงดันไฟฟ้าหรือความต้านทานไฟฟ้า[ 35 ]

กระแสไฟฟ้าที่มีหน่วยชื่อว่า 'แอมแปร์' ถูกเลือกให้เป็นหน่วยพื้นฐาน และปริมาณทางไฟฟ้าอื่นๆ จะถูกคำนวณจากหน่วยนี้ตามกฎของฟิสิกส์ เมื่อรวมกับ MKS ระบบใหม่ที่เรียกว่า MKSA ได้รับการอนุมัติในปี พ.ศ. 2489 [ 4 ]

CGPM ฉบับที่ 9 ซึ่งเป็นต้นแบบของระบบเงิน SI

ในปี พ.ศ. 2491 CGPM ครั้งที่ 9 ได้มอบหมายให้ทำการศึกษาเพื่อประเมินความต้องการด้านการวัดของชุมชนวิทยาศาสตร์ เทคนิค และการศึกษา และ "เพื่อเสนอแนะระบบหน่วยวัดที่ใช้งานได้จริงเพียงระบบเดียว ซึ่งเหมาะสมสำหรับการนำไปใช้โดยทุกประเทศที่ยึดมั่นในอนุสัญญาเมตร" [ 36 ]เอกสารการทำงานนี้คือระบบหน่วยวัดที่ใช้งานได้จริงจากการศึกษานี้ CGPM ครั้งที่ 10 ในปี พ.ศ. 2497 ได้กำหนดระบบสากลที่ได้มาจากหน่วยพื้นฐานหกหน่วย ได้แก่ เมตร กิโลกรัม วินาที แอมแปร์ องศาเคลวิน และแคนเดลา[ 37 ]

CGPM ครั้งที่ 9 ยังอนุมัติคำแนะนำอย่างเป็นทางการครั้งแรกสำหรับการเขียนสัญลักษณ์ในระบบเมตริกเมื่อมีการวางรากฐานของกฎเกณฑ์ที่เป็นที่รู้จักในปัจจุบัน[ 38 ]กฎเหล่านี้ได้รับการขยายเพิ่มเติมในภายหลังและครอบคลุมถึงสัญลักษณ์และชื่อหน่วย สัญลักษณ์และชื่อคำนำหน้า วิธีการเขียนและการใช้สัญลักษณ์ปริมาณ และวิธีการแสดงค่าของปริมาณ[ 10 ] : 104, 130

กำเนิดของ SI

การประชุม CGPM ครั้งที่ 10 ในปี พ.ศ. 2497 มีมติให้สร้างระบบหน่วยสากล[ 31 ] : 41 และในปี พ.ศ. 2503 การประชุม CGPM ครั้งที่ 11 ได้นำระบบหน่วยสากล (International System of Units ) มาใช้ ซึ่งย่อว่า SI มาจากชื่อภาษาฝรั่งเศสว่าLe Système international d'unitésโดยมีข้อกำหนดสำหรับหน่วยวัด[ 10 ] : 110

สำนักงานมาตรวิทยาและมาตรวัดระหว่างประเทศ (BIPM) ได้อธิบาย SI ว่าเป็น "รูปแบบสมัยใหม่ของระบบเมตริก" [ 10 ] : 95 ในปี พ.ศ. 2511 หน่วย "องศาเคลวิน" ได้เปลี่ยนชื่อเป็น "เคลวิน" ในปี พ.ศ. 2514 โมลกลายเป็นหน่วยฐานที่เจ็ดของ SI [ 4 ] : 2

นิยามใหม่ปี 2019

หน่วยฐาน SI ขึ้นอยู่กับค่าคงที่ทางฟิสิกส์ เจ็ดค่า ซึ่งกำหนดค่าตัวเลขที่แน่นอนไว้ในการกำหนดนิยามใหม่ปี 2019แตกต่างจากนิยามก่อนหน้านี้ หน่วยฐานทั้งหมดได้มาจากค่าคงที่ทางธรรมชาติเท่านั้น ในที่นี้หมายความว่าใช้ในการกำหนด

หลังจากมีการกำหนดหน่วยเมตรใหม่ในปี พ.ศ. 2503 ต้นแบบกิโลกรัมสากล (IPK) เป็นวัตถุทางกายภาพเพียงชิ้นเดียวที่หน่วยพื้นฐาน (กิโลกรัมโดยตรง และแอมแปร์ โมล และแคนเดลาโดยอ้อม) ขึ้นอยู่กับการกำหนดหน่วยเหล่านี้ ทำให้หน่วยเหล่านี้ต้องได้รับการเปรียบเทียบเป็นระยะระหว่างกิโลกรัมมาตรฐานของประเทศกับ IPK [ 39 ]ในระหว่างการตรวจสอบเป็นระยะครั้งที่ 2 และ 3 ของต้นแบบกิโลกรัมแห่งชาติ พบว่ามีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างมวลของ IPK กับสำเนาอย่างเป็นทางการทั้งหมดที่จัดเก็บไว้ทั่วโลก โดยสำเนาทั้งหมดมีมวลเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับ IPK ในระหว่างการตรวจสอบพิเศษที่ดำเนินการในปี พ.ศ. 2557 เพื่อเตรียมการกำหนดมาตรฐานเมตริกใหม่ ไม่พบว่ามีความแตกต่างอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม ความไม่เสถียรที่เหลืออยู่และไม่สามารถลดลงได้ของ IPK ทางกายภาพ ทำให้ความน่าเชื่อถือของระบบเมตริกทั้งหมดลดลงในการวัดที่แม่นยำตั้งแต่ระดับเล็ก (อะตอม) ไปจนถึงระดับใหญ่ (ฟิสิกส์ดาราศาสตร์) [ 40 ] โดยการหลีกเลี่ยงการใช้วัตถุโบราณเพื่อกำหนดหน่วย ปัญหาทั้งหมดเกี่ยวกับการสูญหาย ความเสียหาย และการเปลี่ยนแปลงของวัตถุโบราณจึงถูกหลีกเลี่ยง[ 1 ] : 125

มีการเสนอว่า: [ 41 ]

  • นอกเหนือจากความเร็วแสงแล้ว ค่าคงที่ทางธรรมชาติอีกสี่ค่า ได้แก่ ค่า คงที่ของพลังค์ประจุพื้นฐาน ค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์และค่าคงที่ของอะโวกาโดจะต้องได้รับการกำหนดค่าที่แน่นอน
  • ต้นแบบกิโลกรัมสากลถูกยกเลิกแล้ว
  • ควรมีการแก้ไขนิยามปัจจุบันของกิโลกรัม แอมแปร์ เคลวิน และโมล
  • ควรเปลี่ยนการเน้นในคำจำกัดความของหน่วยพื้นฐานจากคำจำกัดความของหน่วยโดยตรงไปเป็นคำจำกัดความของค่าคงที่โดยตรง

คำจำกัดความใหม่นี้ได้รับการรับรองในการประชุม CGPM ครั้งที่ 26 เมื่อวันที่ 16 พฤศจิกายน 2018 และมีผลบังคับใช้เมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม 2019 [ 42 ]การเปลี่ยนแปลงนี้ได้รับการรับรองโดยสหภาพยุโรปผ่านทางคำสั่ง (EU) 2019/1258 [ 43 ]

ก่อนการกำหนดนิยามใหม่ในปี 2019 ระบบหน่วย SI ถูกกำหนดโดยหน่วยพื้นฐานเจ็ดหน่วย ซึ่งหน่วยอนุพันธ์ถูกสร้างขึ้นโดยเป็นผลคูณของกำลังของหน่วยพื้นฐาน หลังจากกำหนดนิยามใหม่ ระบบหน่วย SI ถูกกำหนดโดยการกำหนดค่าตัวเลขของค่าคงที่เจ็ดค่า ซึ่งทำให้โดยหลักการแล้วไม่จำเป็นต้องแยกความแตกต่างระหว่างหน่วยพื้นฐานและหน่วยอนุพันธ์ เนื่องจากหน่วยทั้งหมด ทั้งหน่วยพื้นฐานและหน่วยอนุพันธ์ สามารถสร้างขึ้นได้โดยตรงจากค่าคงที่ อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างนี้ยังคงอยู่เพราะ "มีประโยชน์และได้รับการยอมรับมาอย่างดีในเชิงประวัติศาสตร์" และเนื่องจากมาตรฐานISO/IEC 80000 ซึ่งกำหนด ระบบปริมาณสากล (ISQ) ได้ระบุปริมาณพื้นฐานและปริมาณอนุพันธ์ที่จำเป็นต้องมีหน่วย SI ที่สอดคล้องกัน[ 1 ] : 129

หน่วยที่ไม่ใช่หน่วย SI

แม้จะไม่ใช่หน่วย SI แต่ลิตรก็เป็นหน่วยที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย มีค่าเท่ากับ(10 ซม. ) 3 =10 −3  ม3 .

หน่วยที่ไม่ใช่หน่วย SI จำนวนมากยังคงถูกใช้ในเอกสารทางวิทยาศาสตร์ เทคนิค และเชิงพาณิชย์ หน่วยบางหน่วยฝังรากลึกในประวัติศาสตร์และวัฒนธรรม และการใช้งานของหน่วยเหล่านั้นยังไม่ถูกแทนที่ด้วยหน่วย SI อย่างสมบูรณ์ BIPM ตระหนักและยอมรับประเพณีดังกล่าวโดยนำเสนอรายการหน่วยที่ไม่ใช่หน่วย SI รวมถึงชั่วโมง นาที องศาของมุม ลิตร และเดซิเบล ซึ่งก่อนหน้านี้ได้อธิบายว่าเป็น "หน่วยที่ยอมรับให้ใช้กับหน่วย SI" ตั้งแต่เดือนมิถุนายน พ.ศ. 2569 หน่วยดังกล่าวได้รับการอธิบายว่าเป็น "หน่วยที่ไม่ใช่หน่วย SI" ซึ่งค่าของหน่วยเหล่านั้น "มีความสำคัญที่จะต้องจดจำ" ไม่ใช่ "หน่วยที่ยอมรับ" [ 10 ] : 140–141

หน่วยที่ไม่ใช่หน่วย SI ที่เคยถูกอธิบายว่า "เป็นที่ยอมรับ"
ชื่อ เครื่องหมาย ปริมาณ ค่าในหน่วย SI
นาทีนาที เวลา1 นาที =60  วินาที
ชั่วโมงชม. 1 ชั่วโมง =60 นาที =3600 วินาที (= 3.6 กิโลวินาที)
วัน1 d =24 ชม . =1440 นาที =86,400  วินาที (= 86.4 กิโลวินาที )
หน่วยดาราศาสตร์au ความยาว1 หน่วย =149 597 870 700  ม. (≈ 149.6 กรัม)
ระดับ° มุมระนาบและมุมเฟส = (π / 180) rad (data 17.5 mrad)
นาที1′ = (1 / 60)° = (π /10 800 ) เรเดียน (≈ 290.9 ไมโครเรเดียน)
ที่สอง" 1″ = (1 / 60)′ = (1 / 3600)° = (π /648,000 เรเดียน (≈ 4.8 ไมโครเรเดียน )
อาร์คเซคอนด์เช่น
เฮกตาร์ฮา พื้นที่1 เฮกตาร์ =1 hm 2 =10,000 ตาราง  เมตร
ลิตร
  • แอล
ปริมาณ1 ลิตร =1 dm³ =1000 cm³ =0.001 ม. 3
ตันที มวล1 t =1 มก . =1000 กก.
ดาลตันดา 1 Da =1.660 539 068 92 (52) × 10 −27  กก‍ [44 ] [ g ] (data 1.7 yg)
อิเล็กตรอนโวลต์อิเล็กตรอนโวลต์ พลังงาน1 eV =1.602 176 634 × 10 −19  J ‍ [45 ] (data 160.2 aJ)
เนเปอร์เอ็นพี ปริมาณอัตราส่วนลอการิทึมไม่มีข้อมูล
เบลเดซิเบล
  • บี
  • เดซิเบล
ไม่มีข้อมูล

คำนำหน้าหน่วย SI สามารถใช้กับหน่วยเหล่านี้ได้หลายหน่วย แต่ใช้ไม่ได้กับหน่วยเวลาที่ไม่ใช่หน่วย SI เป็นต้น ส่วนหน่วยอื่นๆ หากต้องการแปลงเป็นหน่วย SI ที่สอดคล้องกัน จำเป็นต้องใช้ตัวประกอบการแปลงที่ไม่ใช่กำลังของสิบ ตัวอย่างที่พบได้ทั่วไปของหน่วยดังกล่าว ได้แก่ หน่วยเวลาตามธรรมเนียม เช่น นาที (ตัวประกอบการแปลงคือ...)60 วินาที/นาทีตั้งแต่1 นาที =60 วินาที ) ชั่วโมง (3600 วินาที ) และวันนั้น (86 400  วินาที ); องศา (สำหรับการวัดมุมระนาบ) = (π /180) เรเดียน );และอิเล็กตรอนโวลต์ (หน่วยของพลังงาน,1 eV =1.602 176 634 × 10 −19  J ). [ 46 ]

หน่วยเมตริกที่ไม่ได้รับการยอมรับจากระบบ SI

แม้ว่าคำว่าระบบเมตริกมักจะถูกใช้เป็นชื่อทางเลือกที่ไม่เป็นทางการสำหรับระบบหน่วยสากล[ 47 ]แต่ก็ยังมีระบบเมตริกอื่นๆ อีก ซึ่งบางระบบเคยมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอดีต หรือแม้กระทั่งยังคงใช้อยู่ในบางพื้นที่ นอกจากนี้ยังมีหน่วยเมตริก เฉพาะ เช่น สเวอร์ดรุปและดาร์ซีที่อยู่นอกเหนือระบบหน่วยใดๆ หน่วยส่วนใหญ่ของระบบเมตริกอื่นๆ ไม่ได้รับการยอมรับจาก SI

การใช้งานที่ไม่เหมาะสม

สัญลักษณ์หน่วยไม่ควรมีข้อมูลใดๆ เกี่ยวกับค่าเฉพาะ ตัวอย่างเช่น ข้อมูลที่ว่าค่าแรงดันไฟฟ้าที่อ่านได้เป็นค่าสูงสุดควรเชื่อมโยงกับค่า ไม่ใช่กับหน่วย ดังนั้น จึง เป็นที่ยอมรับได้ แต่ เป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ ตัวอย่างที่ละเอียดอ่อนกว่าคือเศษส่วนมวลตัวอย่างซิลิคอนที่มีทองแดงในปริมาณเล็กน้อยควรรายงานว่าไม่มีหน่วย เช่น[ 10 ] : 149

ดูเพิ่มเติม

องค์กรต่างๆ

มาตรฐานและธรรมเนียมปฏิบัติ

หมายเหตุ

  1. ^เรียกอีกอย่างว่า "แรงดันไฟฟ้า" "ความตึง" หรือ "แรงเคลื่อนไฟฟ้า" [ 1 ] : 166
  2. ^กฎของโอห์ม: 1 Ω = 1 V/Aจากความสัมพันธ์ E = I × Rโดยที่ Eคือแรงเคลื่อนไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้า (หน่วย: โวลต์), Iคือกระแสไฟฟ้า (หน่วย: แอมแปร์) และ Rคือความต้านทาน (หน่วย: โอห์ม)
  3. จากภาษาฝรั่งเศส : Conférence générale des poids et mesures.
  4. จากภาษาฝรั่งเศส : Comité international des poids et mesures
  5. จากภาษาฝรั่งเศส : Bureau international des poids et mesures
  6. ^อาร์เจนตินา, ออสเตรีย-ฮังการี, เบลเยียม, บราซิล, เดนมาร์ก, ฝรั่งเศส, จักรวรรดิเยอรมัน, อิตาลี, เปรู, โปรตุเกส, รัสเซีย, สเปน, สวีเดน และนอร์เวย์, สวิตเซอร์แลนด์, จักรวรรดิออตโตมัน, สหรัฐอเมริกา และเวเนซุเอลา
  7. ^หมายเหตุในโบรชัวร์ SI ฉบับที่ 9 ให้คำจำกัดความที่แน่นอนของหน่วยดาลตัน
การอ้างอิง

[ 1 ]  บทความนี้มีการนำข้อความจากแหล่งข้อมูลนี้มาใช้ ซึ่งเผยแพร่ภายใต้ใบอนุญาต CC BY 3.0

อ่านเพิ่มเติม

  • เว็บไซต์อย่างเป็นทางการของ BIPM (สำนักงานมาตรวัดและน้ำหนักระหว่างประเทศ)
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=International_System_of_Units&oldid=1360043962#SI_defining_constants "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ระบบหน่วยสากล

ระบบหน่วยสากลหรือที่รู้จักกันในระดับสากลโดยย่อว่าSI (มาจาก ชื่อทางการในภาษาฝรั่งเศส ว่า Système international d'unités ) คือรูปแบบสมัยใหม่ของระบบเมตริก และเป็น

คำนิยาม

ระบบหน่วยสากลประกอบด้วยชุดค่าคงที่กำหนดเจ็ดชุดพร้อมหน่วยฐานที่สอดคล้องกันเจ็ดหน่วย หน่วยอนุพันธ์ และชุดตัวคูณฐานทศนิยมที่ใช้เป็นคำนำหน้า [ 1 ] : 125

ค่าคงที่ที่กำหนดในระบบ SI

ค่าคงที่กำหนดทั้งเจ็ดเป็นคุณลักษณะพื้นฐานที่สุดของการกำหนดระบบหน่วย แต่ละค่าคงที่กำหนดประกอบด้วยค่าตัวเลขที่แน่นอนและหน่วย [ 1 ] : 125 ค่าคงที่กำหนด ได้แก่ ความเร็วแสง ในสุญญากาศ c ความถี่ การเปลี่ยนผ่านไฮเปอร์ไฟน์ของซีเซียม Δ ν ค่า คงที่ของพลังค์ h ประจุ...

หน่วยฐาน SI

ระบบ SI เลือกหน่วยเจ็ดหน่วยเพื่อใช้เป็น หน่วยฐาน ซึ่งสอดคล้องกับปริมาณทางกายภาพพื้นฐานเจ็ดอย่าง ได้แก่ วินาที สำหรับ เวลา เมตร สำหรับ ความ ยาว กิโลกรัมสำหรับ มวล แอมแปร์ สำหรับ กระแสไฟฟ้า เคล วิน สำหรับ อุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิก โม ล สำหรับ ปริมาณ ของ สาร และ...