什么是国际单位制?
国际单位制(SI,即Système international d'unités)是一种现代化的国际度量单位体系,旨在为全球科学、技术、医学等领域提供一个精确、一致的度量标准。
SI的基本单位有哪些?
SI的基本单位共有七个,分别是米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔、坎德拉,下面我们将逐个介绍。
米(m,meter)是SI的基本长度单位,定义为光在真空中1/299792458秒内走过的路径长度。
这一定义反映出米的基本特点——稳定性和精确性。既然光速在真空中是精确的,那么1米的长度也就非常稳定,无需多次确定。
千克(kg,kilogram)是SI的基本质量单位,定义为国际千克原器的质量。
国际千克原器是由铂铱合金制成的一个小球,目前存放在巴黎的国际度量衡局。但这个定义已经有点过时了,因为国际千克原器存在微量衰减,会导致质量稍微变化,为此科学家已经提出了一种基于自然恒定量子现象的Planck常数取值作为新的定义。2022年5月20日,国际单位制新定义正式开始生效,千克的定义将不再依赖于千克原器。
秒(s,second)是SI的基本时间单位,定义为铯原子133基态的两个超精细能级之间跃迁所需的时间。
铯原子参照是极其精细的,被广泛使用于时间测量和GPS系统。秒的定义也因此备受信任,可以达到高精度,误差约为每亿年1秒。
安培(A,ampere)是SI的基本电流单位,定义为使两直线长度为1米,相距1米,电流强度为1安培时,它们之间的相互作用力为2×10^-7牛的放电流强度。
安培定义貌似比较繁琐,但是它却是基于自然定律之上的,无需过多人为干预调整。安培定义的稳定性也极高,可以说是电磁学领域的基石。
开尔文(K,kelvin)是SI的基本热力学温度单位,定义为绝对零度(-273.15°C)时,摩尔气体的热运动所对应的温度。
开尔文的定义非常简单明了,基于了热运动与温度的显然联系,使得绝对零度永远是开尔文常尺中的0点。这种简单的定义方式也极大地方便了开尔文温度的使用和转换。
摩尔(mol,mole)是SI的基本物质量单位,定义为包含着精确定义数量的单质分子、分子离子或其他粒子的物质的质量,该数量与$^{12}C$原子质量的1/12相等,约为6.02214×10^23。
摩尔的精确定义数量为阿伏伽德罗常数(NA),是非常重要的物理常数之一。摩尔在量化化学反应中非常重要,可轻松地将任何物质的质量转化为粒子数量。
坎德拉(cd,candela)是SI的基本光度单位,与人眼对不同波长的光的感受相同的光辐射强度。
坎德拉的定义涉及人眼的感受,但又因为人眼有相对固定的反应规律所以是实验可控的。坎德拉通常用于照明领域中,指示光源的亮度或强度。
小结
以上七个单位是SI的基本单位,它们的定义都非常准确、科学。这些基本单位是构建SI国际单位制的基石,人类科学技术发展也离不开SI单位制。
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