14. Предпосылки установления Единой международной системы единиц. Международная система единиц (си).

1. Метрическая система мер. Возникла во Франции в конце XVIII века и получила международное признание в XIX веке. В основу положены две единицы: метр (единица длины) и килограмм (единица массы, веса). Единицы площади и объема образованны, как производные от метра. Отличительная особенность этой системы – это принцип десятичных соотношений при образовании кратных и дольных единиц. В метрическую систему мира входят единицы ограниченного числа величин. Это единицы длины, массы, времени, площади, объема. Это объясняется тем, что систему создавали в то время, когда только начали развиваться учения о теплоте, электричестве и др. А система создавалась из потребности практики. 2. Система Гаусса. Впервые понятие системы единиц физической величины было введено немецким математиком Гауссом в 1832 году. Идея Гаусса заключается: в начале выбирается несколько величин независимых друг от друга. Величины эти называют основными, а их единицы основными единицами системы единиц. Основные единицы выбираются так, чтобы пользуясь формулами, выражающими связь между физической величиной можно было образовывать единицы других величин, которые Гаусс назвал производными единицами. Пользуясь этой идеей Гаусс построил систему единиц магнитных величин и основными единицами этой системы выбраны: мм (единица длины), мг (единица массы), с (единица времени). Система не получила широкого распространения из-за малого размера основных величин. 3. Система единиц СГС. Принята в 1881 году на первом международном конгрессе электриков. Основана на системе величин LMT. Основными единицам системы являются: см (единица длины), г (единица массы), с (единица времени). В системе СГС наряду с основными единицами установлены производные единицы: механические, акустические, электрические и магнитные величины. Единица термодинамической температуры (Кельвин), единица силы света (Канделла). И эта система распространяется на область тепловых и оптических величин. 4. Система МКС. Предложена в 1901 году итальянским инженером Джорджем. Построена на метрической системе величин LMT. Основными единица являются: м (единица длины), кг (единица массы), с (единица времени). Содержит основные и производные единицы механической и акустической величин. Путем добавления в качестве основных величин – это термодинамическая температура (К) и сила света (Кd). Эту систему можно было распространить на области световых и тепловых величина. 5. Система МТС. Эта система единиц построена на основе системы величин LMT. Основные единицы системы: м (единица длины), т (единица массы), с (единица времени). Система МТС была разработана во Франции в 1918 году в СССР принята в соответствии с государственным стандартом в 1933 году и применялась до 1955 года. Единица массы – тонна оказалась удобной в ряде отраслей производства, имеющих дело с большими массами. Система МТС имела ряд преимуществ, числовые значения плотности вещества при выражении ее в системе МТС совпадали с числовыми значениями этой величины при выражении ее в системе СГС.〖 ρ〗_Fe=7,8 (г/〖см〗^3 ) (СГС) ,ρ_Fe=7,8 г/м^3 (МТС). Размеры единиц подавляющего большинства производных величин в этой системе оказались неудобными для применения на практике. 6. Система МКГСС. Эта система построена на системе величин LFT. Основными ее единицами являются: м (единица длины), кг (единица массы), кг-сила (единица силы), с (единица времени). Кг*с – это сила равная весу тела массой 1 кг при нормальном ускорении свободного падения ~9,8 г/см2 . Это единица силы , а так же производная единицы этой системы, оказалась удобной при применении их в технике. Поэтому эта система получила широкое распространение в механике и теплотехнике. Основной недостаток системы ограниченные возможности применения ее в физике. Единица массы в этой системе не имеет простого десятичного соотношения с единицами массы других систем. С введением международной системы единиц СИ, МКГСС утратило свое значение. 7. Система единиц электромагнитных величин. Существует два способа построения систем электрических и магнитных величин. 1. На основе системы СГС. 2. На 4 основных единицах: см, г, с и а электрической или магнитной величины. Первым способом получены 3 системы. 1) Электростатическая (СГСЭ). В этой системе первой производной электрической единицы вводится единица электрического заряда с использованием закона Кулона. 2) Электромагнитная (СГСМ). В этой системе первой производной электрической единицы вводится единица силы тока с использованием закона Ампера. 3) Симметричная СИ. Эта система является совокупностью систем СГС и СГСМ. В результате комбинации двух систем в некоторых уравнениях, связывающих электрические и магнитные величины появляется в явном виде скорость света в вакууме. 4) Практическая система электрических единиц. Электрические единицы системы СГС по размеру оказались неудобными для применения на практике и на первом международном конгрессе электриков в 1881 году были приняты следующие практические электрические единицы: 1 Ом (сопротивление), 1 В (ЭДС), 1 А (сила тока), 1 Ф (емкость). Так же чуть позже были приняты: 1 Дж и 1 Вт. 5) МКСА. Система механических величин МКС могла быть увязана с единицами практической системы электрических единиц. Это позволило на основе системы МКС создать когерентную систему механических и электрических единиц. Добавить к трем основным единицам: м, кг и с одну электрическую единицу из числа единиц практической системы и ей оказалась единица силы тока – Ампер. Эта система широко применима в электротехнике. 8. Естественные системы единиц. Естественная система единиц называется система, в которой за основные единицы приняты фундаментальные физические постоянные. Это элементарный физический заряд – заряд протона, масса электрона, постоянная Планка, скорость света в вакууме, постоянная Больцмана. И таким образом в отличии от всех других систем единиц, в которых выбор основных единиц обусловлен требованиями практики измерений. В естественной системе максимальный размер основных единиц определяется явлениями природы. Входят: а) система единиц Планка. Основными единицами являются: постоянная Планка, сила света, гравитационная постоянная и постоянная Больцмана π=c=G=k=1. б) система Хартли. Система атомных единиц. e=m_e=π=1. в) естественная система единиц. Используется в квантовой электродинамике и характеризуется соотношением: с=m_e=π=1. Международная система единиц. К середине XX века создалось положение, при котором физические величины выражались единицами ряда разных систем и большим числом внесистемных единиц. Это создавало существенные неудобства, как на практике, так и в преподавании технических дисциплин. Возникла потребность перевода единицы их одной системы в другую. Введение переходных множителей. С развитием науки и техники, а так же сроком производства и расширением международных связей все это потребовало единообразия в выражении результатов измерения физической величины и унификации единиц измерения. Возникла необходимость в установлении единой международной системы единиц, основанной на метрической системе мер. В октябре 1860 года 11 генеральная конференция по мерам и весам утвердила проект единой системы единиц с наименованием «международная система единиц» (СИ). Международная система единиц основана на 7 величинах: L (длина – метр), T (время – секунда), θ ( термодинамическая температура), М (масса – килограмм), N (количество вещества – моль), J ( сила света – канделла), I (сила тока – ампер). Основные единицы СИ позволяют образовывать единицы для любых физических величин во всех областях науки и техники. СИ – это когерентная система, что позволяет упростить расчетные формулы за счет освобождения их от переводных коэффициентов. Преимущества системы: 1. Унификация физических величин, т.е. для каждой физической величины установлена одна единица и четкая система образования кратных и дольных единиц от нее. 2. Универсальность системы, т.е. она охватывает все области науки и техники. 3. Основные единицы и большинство производных единиц имеют удобные для практического применения размеры. В системе четко разграничены единицы массы (кг) и силы (Н). 4. Упрощается запись уравнений и формул в различных областях науки и техники. Сокращается время на расчеты из-за отсутствия в формулах пересчетных коэффициентов. В системе Си для всех видов энергии: механической, тепловой, электрической и лучистой установлена одна общая единица – Дж (джоуль). И в связи с этим отпадают переводные коэффициенты: механический эквивалент теплоты, термический коэффициент работы электрического тока и др.