3.2. Системы физических величин и единиц величин

Система физических величин – это совокупность взаимосвязанных величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые (основные), а другие являются их функциями (производные). Понятия системы физических величин и системы единиц величин возникли одновременно.

Исторически первой системой единиц величин считается метрическая система мер. Она была основана на трех независимых друг от друга величинах – длине, массе и времени (м, кг, сек) и обозначалась МКС (LMT). Эта система была принята в 1791 г. Национальным Собранием Франции и включала понятия длины, площади, объема и веса.

Однако она имела свои недостатки, так как с ее помощью было трудно описать такие понятия как давление, тепло и другие.

Предложений по совершенствованию метрической системы было много. Однако наибольшее значение для теории формирования системы единиц величин имеет теория К.Гаусса, который в 1832 г. предложил выбирать основные единицы произвольно, но рационально, так, чтобы их число было минимально, но образованных из них производных единиц – максимально. Производные единицы должны были образовываться в результате решения математических зависимостей между основными единицами.

Например, длина может быть в любых единицах – метрах, аршинах, дюймах, но площадь должна быть в м², аршин², дюйм². Метод Гаусса был не связан с размерами основных единиц.

Теория Гаусса легла в основу современной системы единиц величин и позволила сформулировать принцип образования системы единиц величин, который заключается в обоснованном выборе основных и производных единиц и их согласованности (когерентности).

В настоящее время на территории Российской Федерации и на находящихся под юрисдикцией Российской Федерации территориях применяются единицы величин Международной системы единиц (System International) с сокращенным обозначением SI, в русской транскрипции СИ, принятые Генеральной конференцией по мерам и весам, рекомендованные Международной организацией законодательной метрологии (ГОСТ 8.417-2002 ГСИ “Единицы физических величин”).

В соответствии с этой системой единицы величин подразделяются на основные, производные и внесистемные.

Основная единица – это единица основной величины в данной системе единиц.

Производная единица – это единица, образованная по определяющему единицу уравнению из других (основных) единиц данной системы единиц.

Внесистемная единица – это единица, не входящая ни в одну из систем единиц. Например, широко распространенная единица давления в миллиметрах ртутного столба.

В качестве основных элементов в системе единиц приняты:

метр – единица длины, равная пути, проходимому в вакууме светом за 1299792458 долю секунды;

килограмм – единица массы, равная массе международного прототипа;

секунда – единица времени, равная 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия–133;

ампер – единица силы тока, равная силе неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника в 1 м силу взаимодействия, равную 2·10^–7 Н;

кельвин – единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды;

кандела – единица силы света, равная силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматические излучения частотой 540·10¹² Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/см;

моль – единица количества вещества, равная количеству вещества, содержащего столько же структурных элементов (атомов, молекул и других частиц), сколько атомов содержится в 0,012 мг углерода–12.

Обозначения основных единиц в системе SI приведено в табл. 3.1.

Таблица 3.1.

Величина	Единица величины
	Наименование	Размерность	Обозначение
			международ.	русское
1	2	3	4	5
основные единицы SI
Длина	метр	L	m	м
Масса	килограмм	M	kg	кг
Время	секунда	T	s	с
Сила электрического тока	ампер	I	A	А
термодинамическая температура	кельвин	и	K	К
Количество вещества	моль	N	mol	моль
Сила света	кандела	J	cd	кд
дополнительные единицы SI
Плоский угол	радиан		rad	рад
Телесный угол	стерадиан		sr	ср

Формализованным отражением качественного различия физических величин является их размерность.