什麼是SI國際單位?組成、關係及重要性

2021-02-14 奇智物理

我是胡志強,人稱大胡老師,初高中物理老師一枚。博銳奇智教育創始人,初高中物理骨灰級大咖,8年中高考花匠經歷。千餘次琢人經驗。有笑,有料,有效,這就是我的奇智物理!

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國際單位制的構成

國際單位制(LeSystèmeInternationald'Unitès)及其國際簡稱SI是在第11屆國際計量大會(1960)上通過的,包括SI單位和SI單位的倍數單位。

SI單位是國際單位制中由基本單位和導出單位構成一貫單位制的那些單位。除質量外,均不帶SI詞頭(質量的SI單位為千克)。

SI單位的倍數單位包括SI單位的十進倍數單位和分數單位。

SI基本單位

  國際單位制以下表中的七個單位為基礎,這七個單位稱為SI基本單位。

量的名稱

單位名稱

單位符號

長度

m

質量

千克

kg

時間

s

電流

安培

A

熱力學溫度

開爾文

K

物質的量

摩爾

mol

發光強度

坎德拉

cd

SI導出單位

導出單位是用基本單位以代數形式表示的單位。這種單位符號中的乘和除採用數學符號。如速度的SI單位為米每秒(m/s)。術語這種形式的單位稱為組合單位。

對某些SI導出單位,國際計量大會通過了專門的名稱和符號(見下表)。使用這些專門名稱以及用它們表示其他導出單位,往往更為方便、明確。

 

量的名稱

SI導出單位

名稱

符號

SI基本單位和SI導出單位表示

(平面)角

弧度

rad

1 rad=1 m/m=1

立體角

球面度

sr

1 sr=1 m2/m2=1

頻率

赫茲

Hz

1 Hz=1 s-1

牛頓

N

1 N=1 kgm/s2

壓力,壓強,應力

帕斯卡

Pa

1 Pa=1 N/m2

能(量),功,熱量

焦耳

J

1 J=1 Nm

功率,輻射通量

瓦特

W

1 W=1J/s

電荷(量)

庫侖

C

1 C=1 As

電壓,電動勢,電勢

伏特

V

1 V=1 W/A

電容

法拉

F

1 F=1 C/A

電阻

歐姆

Ω

1 Ω=1 V/A

電導

西門子

S

1 S =1 Ω-1

磁通(量)

韋伯

Wb

1 Wb=1 Vs

磁通密度,磁感應強度

特斯拉

T

1 T=1 Wb/m2

電感

亨利

H

1 H=1 Wb/A

攝氏溫度

攝氏度

1 ℃=1 K

光通量

流明

lm

1 lm=1 cd·sr

(光)照度

勒克斯

lx

1 Lx=1 lm/m2

SI單位弧度和球面度稱為SI輔助單位,它們是具有專門名稱和符號的量綱一的量的導出單位。在許多實際情況中,用專門名稱弧度和球面度分別代替數字1是方便的。例如角速度的SI單位可寫成弧度每秒(rad/s)。

SI單位及其倍數單位的應用

  

SI單位的倍數單位根據使用方便的原則選取。通過適當的選擇,可使數值處於實用範圍內。

  

選用的SI單位的倍數單位,一般應使量的數值處於0.1~1000範圍內。例如

1.2×104N可寫成12kN,

0.00394m可寫成3.94mm,

11401Pa可寫成11.401kPa,

3.1×10-8s可寫成31ns。

  

在某些情況下,習慣使用的單位可以不受上述限制。

  

如大部分機械圖使用的單位用毫米,導線截面積使用的單位用平方毫米,領土面積用平方千米。

  詞頭h、da、d、c(百、十、分、釐),一般用於某些長度、面積和體積。

  

對於組合單位,其倍數單位的構成,一般只使用一個詞頭,而且儘可能用於組合單位中的第一個單位。

  

通過相乘構成的組合單位的詞頭通常加在第一個單位之前。例如力矩的單位kN·m,不宜寫成N·km。

  

通過相除構成的組合單位,或通過乘和除構成的組合單位,其詞頭一般都應加在分子的第一個單位之前,分母中一般不用詞頭,但質量單位kg在分母中時例外。例如摩爾內能單位kJ/mol不宜寫成J/mmol,質量能(比能)單位可以是kJ/kg。

  

當組合單位分母是長度、面積和體積單位時,分母中可以選用某些詞頭構成倍數單位。例如密度的單位可以選用g/cm3。

  

一般不在組合單位的分子分母中同時採用詞頭。

  

在計算中,為了方便,所有量均可用SI單位表示,將詞頭用10的冪代替。

有些國際單位制以外的單位,可以按習慣用SI詞頭構成倍數單位,但它們不屬於國際單位制,如MeV,mCi,mL等。

  

攝氏溫度單位攝氏度,角度單位度、分、秒與時間單位日、時、分等不得用SI詞頭構成倍數單位。

SI單位的倍數單位

下表給出SI詞頭的名稱、簡稱及符號。詞頭用語構成倍數單位(十進倍數單位與分數單位),但不得單獨使用。

SI詞頭

因數

英文

中文

符號

1024

yotta

堯[它]

Y

1021

zetta

澤[它]

Z

1018

exa

艾[可薩]

E

1015

peta

拍[它]

P

1012

tera

太[拉]

T

109

giga

吉[咖]

G

106

mega

M

103

kilo

k

102

hecto

h

101

deca

da

10-1

deci

d

10-2

centi

c

10-3

milli

m

10-6

micro

μ

10-9

nano

納[諾]

n

10-12

pico

皮[可]

p

10-15

femto

飛[母託]

f

10-18

atto

阿[託]

a

10-21

zepto

仄[普託]

z

10-24

yocto

么[科託]

y

詞頭符號與所緊接的單位符號(指SI基本單位,SI輔助單位和具有專門名稱的SI導出單位,而不是指組合單位整體),應作為一個整體對待,它們一起組成一個新單位(十進倍數單位或分數單位),並具有相同的冪次,而且還可以和其它單位構成組合單位。例如,

1cm3=(10-2m)3=10-6m3,

1μs-1=(10-6s)-1=106s-1,

1mm2/s=(10-3m)2/s=10-6m2/s,

10-3tex可寫為mtex。

不得使用重疊詞頭,如只能寫nm,而不能寫mμm。

  

由於歷史原因,質量的SI單位名稱「千克」中,已包含SI詞頭「千」,所以質量的十進倍數單位由詞頭加在「克」前構成。如用mg而不得用μkg。

物理量、單位和數據

物理量是用來定量描述物理現象的,它可以分為很多類。凡是可以互相比較的量,如距離、高度、波長等,都是同類的量。在同類的量中,選出某一特定的量做單位,這類量中任何其他的量,都可以用這個單位與一個數的乘積表示出來,這個數就稱為該量的數值。量、單位和數值的關係可寫成:

A={A}·〔A〕

式中A為某一物理量的符號,〔A〕為某一單位的符號,{A}則是以單位〔A〕表示的量A的數值。

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