國(guó)際單位制(SI,即Système international d'unités)是一種現(xiàn)代化的國(guó)際度量單位體系,旨在為全球科學(xué)、技術(shù)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供一個(gè)精" />
什么是國(guó)際單位制?
國(guó)際單位制(SI,即Système international d'unités)是一種現(xiàn)代化的國(guó)際度量單位體系,旨在為全球科學(xué)、技術(shù)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供一個(gè)精確、一致的度量標(biāo)準(zhǔn)。
SI的基本單位有哪些?
SI的基本單位共有七個(gè),分別是米、千克、秒、安培、開(kāi)爾文、摩爾、坎德拉,下面我們將逐個(gè)介紹。
米(m,meter)是SI的基本長(zhǎng)度單位,定義為光在真空中1/299792458秒內(nèi)走過(guò)的路徑長(zhǎng)度。
這一定義反映出米的基本特點(diǎn)——穩(wěn)定性和精確性。既然光速在真空中是精確的,那么1米的長(zhǎng)度也就非常穩(wěn)定,無(wú)需多次確定。
千克(kg,kilogram)是SI的基本質(zhì)量單位,定義為國(guó)際千克原器的質(zhì)量。
國(guó)際千克原器是由鉑銥合金制成的一個(gè)小球,目前存放在巴黎的國(guó)際度量衡局。但這個(gè)定義已經(jīng)有點(diǎn)過(guò)時(shí)了,因?yàn)閲?guó)際千克原器存在微量衰減,會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量稍微變化,為此科學(xué)家已經(jīng)提出了一種基于自然恒定量子現(xiàn)象的Planck常數(shù)取值作為新的定義。2022年5月20日,國(guó)際單位制新定義正式開(kāi)始生效,千克的定義將不再依賴于千克原器。
秒(s,second)是SI的基本時(shí)間單位,定義為銫原子133基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷所需的時(shí)間。
銫原子參照是極其精細(xì)的,被廣泛使用于時(shí)間測(cè)量和GPS系統(tǒng)。秒的定義也因此備受信任,可以達(dá)到高精度,誤差約為每?jī)|年1秒。
安培(A,ampere)是SI的基本電流單位,定義為使兩直線長(zhǎng)度為1米,相距1米,電流強(qiáng)度為1安培時(shí),它們之間的相互作用力為2×10^-7牛的放電流強(qiáng)度。
安培定義貌似比較繁瑣,但是它卻是基于自然定律之上的,無(wú)需過(guò)多人為干預(yù)調(diào)整。安培定義的穩(wěn)定性也極高,可以說(shuō)是電磁學(xué)領(lǐng)域的基石。
開(kāi)爾文(K,kelvin)是SI的基本熱力學(xué)溫度單位,定義為絕對(duì)零度(-273.15°C)時(shí),摩爾氣體的熱運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的溫度。
開(kāi)爾文的定義非常簡(jiǎn)單明了,基于了熱運(yùn)動(dòng)與溫度的顯然聯(lián)系,使得絕對(duì)零度永遠(yuǎn)是開(kāi)爾文常尺中的0點(diǎn)。這種簡(jiǎn)單的定義方式也極大地方便了開(kāi)爾文溫度的使用和轉(zhuǎn)換。
摩爾(mol,mole)是SI的基本物質(zhì)量單位,定義為包含著精確定義數(shù)量的單質(zhì)分子、分子離子或其他粒子的物質(zhì)的質(zhì)量,該數(shù)量與$^{12}C$原子質(zhì)量的1/12相等,約為6.02214×10^23。
摩爾的精確定義數(shù)量為阿伏伽德羅常數(shù)(NA),是非常重要的物理常數(shù)之一。摩爾在量化化學(xué)反應(yīng)中非常重要,可輕松地將任何物質(zhì)的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為粒子數(shù)量。
坎德拉(cd,candela)是SI的基本光度單位,與人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的光的感受相同的光輻射強(qiáng)度。
坎德拉的定義涉及人眼的感受,但又因?yàn)槿搜塾邢鄬?duì)固定的反應(yīng)規(guī)律所以是實(shí)驗(yàn)可控的??驳吕ǔS糜谡彰黝I(lǐng)域中,指示光源的亮度或強(qiáng)度。
小結(jié)
以上七個(gè)單位是SI的基本單位,它們的定義都非常準(zhǔn)確、科學(xué)。這些基本單位是構(gòu)建SI國(guó)際單位制的基石,人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展也離不開(kāi)SI單位制。
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