היו ועדיין יש הרבה מערכות מדידה שונות בעולם. הם משמשים כדי לאפשר לאנשים להחליף מידע מגוון, למשל בעת ביצוע עסקאות, רישום תרופות או פיתוח הנחיות לשימוש בטכנולוגיה. על מנת למנוע בלבול פותחה המערכת הבינלאומית למדידת כמויות פיזיות.
מהי מערכת למדידת כמויות פיזיות?
מושג כזה כמו מערכת של יחידות של כמויות פיזיקליות, או פשוט מערכת SI, ניתן למצוא לעתים קרובות לא רק בשיעורי פיזיקה וכימיה בבית הספר, אלא גם בחיי היומיום. בעולם המודרני, אנשים זקוקים יותר מתמיד למידע מסוים - למשל, זמן, משקל, נפח - שיבוא לידי ביטוי בצורה האובייקטיבית והמובנית ביותר. לשם כך נוצרה מערכת מדידה מאוחדת - קבוצה של יחידות מדידה מקובלות רשמית המומלצות לשימוש בחיי היומיום.מדע.
אילו מערכות מדידה היו קיימות לפני הופעתה של מערכת ה-SI
כמובן, הצורך באמצעים תמיד היה קיים באדם, אולם ככלל, אמצעים אלו לא היו רשמיים, הם נקבעו באמצעות חומרים מאולתרים. זה אומר שלא היה להם תקן והם יכולים להיות שונים ממקרה למקרה.
דוגמה חיה היא מערכת מדדי האורך שאומצה ברוסיה. תוחלת, מרפק, ארשין, סאז'ן - כל היחידות הללו היו קשורות במקור לחלקי הגוף - כף היד, האמה, המרחק בין זרועות מושטות. כמובן, המדידות הסופיות לא היו מדויקות כתוצאה מכך. לאחר מכן, המדינה עשתה מאמצים לתקנן את מערכת המדידה הזו, אך היא עדיין נותרה לא מושלמת.
למדינות אחרות היו מערכות משלהן למדידת כמויות פיזיות. לדוגמה, באירופה שיטת המידות האנגלית הייתה נפוצה - רגל, אינץ', מייל וכו'.
למה אנחנו צריכים את מערכת ה-SI?
במאות XVIII-XIX, תהליך הגלובליזציה נעשה פעיל. יותר ויותר מדינות החלו ליצור קשרים בינלאומיים. בנוסף, המהפכה המדעית והטכנולוגית הגיעה לשיא. מדענים ברחבי העולם לא יכלו לשתף ביעילות את תוצאות המחקר המדעי שלהם בשל העובדה שהם השתמשו במערכות שונות למדידת כמויות פיזיקליות. בעיקר בשל הפרות כאלה של קשרים בתוך הקהילה המדעית העולמית, חוקים פיסיקליים וכימיים רבים "התגלו" מספר פעמים על ידי מדענים שונים, מה שהפריע מאוד להתפתחות המדע והטכנולוגיה.
לפיכך, היה צורך במערכת מאוחדת למדידת יחידות פיזיקליות, שלא רק תאפשר למדענים ברחבי העולם להשוות את תוצאות עבודתם, אלא גם לייעל את תהליך הסחר העולמי.
היסטוריה של מערכת המדידה הבינלאומית
כדי לבנות כמויות פיזיות ולמדוד כמויות פיזיות, נוצרה צורך במערכת של יחידות, זהות לכל הקהילה העולמית. עם זאת, ליצור מערכת כזו שתעמוד בכל הדרישות ותהיה האובייקטיבית ביותר זו משימה ממש קשה. הבסיס למערכת ה-SI העתידית הייתה השיטה המטרית, שהפכה לנפוצה במאה ה-18 לאחר המהפכה הצרפתית.
נקודת המוצא שממנה החלה הפיתוח והשיפור של המערכת הבינלאומית למדידת כמויות פיזיות יכולה להיחשב ב-22 ביוני 1799. ביום זה אושרו התקנים הראשונים - המונה והקילוגרם. הם היו עשויים פלטינה.
למרות זאת, מערכת היחידות הבינלאומית אומצה רשמית רק בשנת 1960 בוועידה הכללית ה-1 לענייני משקלים ומידות. הוא כלל 6 יחידות מדידה בסיסיות של כמויות פיזיקליות: שנייה (זמן), מטר (אורך), קילוגרם (מסה), קלווין (טמפרטורה תרמודינמית), אמפר (זרם), קנדלה (עוצמת האור).
בשנת 1964 נוסף להם ערך שביעי - השומה, המודדת את כמות החומר בכימיה.
בנוסף, יש גםיחידות נגזרות שניתן לבטא במונחים של יחידות בסיסיות באמצעות פעולות אלגבריות פשוטות.
יחידות SI בסיסיות
מכיוון שהיחידות הבסיסיות של מערכת הכמויות הפיזיקליות היו צריכות להיות אובייקטיביות ככל האפשר ולא תלויות בתנאים חיצוניים כגון לחץ, טמפרטורה, מרחק מקו המשווה ואחרים, ניסוח ההגדרות והסטנדרטים שלהן היה חייב להתייחס באופן יסודי.
בואו נשקול כל אחת מהיחידות הבסיסיות של מערכת המדידה של כמויות פיזיקליות ביתר פירוט.
שני. יחידת הזמן. זוהי כמות שקל יחסית לבטא אותה, שכן היא קשורה ישירות לתקופת המהפכה של כדור הארץ סביב השמש. שניה היא 1/31536000 בשנה. עם זאת, ישנן דרכים מורכבות יותר למדוד את השניה הסטנדרטית, הקשורה לתקופות הקרינה של אטום הצסיום. שיטה זו ממזערת את השגיאה הנדרשת לפי רמת הפיתוח הנוכחית של המדע והטכנולוגיה
מטר. יחידת מידה של אורך ומרחק. בתקופות שונות נעשו ניסיונות לבטא את המטר כחלק מקו המשווה או בעזרת מטוטלת מתמטית, אך כל השיטות הללו לא היו מדויקות מספיק, כך שהערך הסופי יכול להשתנות בתוך מילימטרים. שגיאה כזו היא קריטית, ולכן מזה זמן רב חיפשו מדענים דרכים מדויקות יותר לקבוע את תקן המונה. נכון לעכשיו, מטר אחד הוא אורך השביל שעבר האור ב-1/299,792,458 שניות
קילוגרם. יחידת המונים. עד היום, הקילוגרם הוא הכמות היחידה המוגדרת באמצעות תקן אמיתי, אשרנשמר במטה של הלשכה הבינלאומית למשקלים ומידות. עם הזמן, התקן משנה מעט את המסה שלו עקב תהליכי קורוזיה, כמו גם הצטברות של אבק וחלקיקים קטנים אחרים על פני השטח שלו. לכן מתוכנן לבטא את ערכו בעתיד הקרוב באמצעות תכונות פיזיקליות בסיסיות
- קלווין. יחידת מידה לטמפרטורה תרמודינמית. קלווין שווה ל-1/273, 16 מהטמפרטורה התרמודינמית של הנקודה המשולשת של המים. זוהי הטמפרטורה שבה המים נמצאים בשלושה מצבים בו זמנית - נוזלי, מוצק וגזי. מעלות צלזיוס מומרות לקלווין באמצעות הנוסחה: t K \u003d t C ° + 273
- אמפר. יחידה של חוזק זרם. זרם בלתי משתנה, אשר במהלך מעברו דרך שני מוליכים ישרים מקבילים בעלי שטח חתך מינימלי ואורך אינסופי, הממוקמים במרחק של מטר אחד מהשני (כוח השווה ל-2 10-7נוצר על כל קטע של מוליכים אלה H), שווה ל-1 אמפר.
- קנדלה. יחידת מידה לעוצמת האור היא עוצמת האור של מקור בכיוון מסוים. ערך ספציפי שכמעט ולא נעשה בו שימוש בפועל. הערך של היחידה נגזר באמצעות תדר הקרינה ועוצמת האנרגיה של האור.
- עש. יחידת כמות של חומר. כרגע, השומה היא יחידה שונה עבור יסודות כימיים שונים. זה שווה מספרית למסה של החלקיק הקטן ביותר של חומר זה. בעתיד, מתוכנן לבטא שומה אחת בדיוק באמצעות המספר של אבוגדרו. לשם כך, עם זאת, יש צורך להבהיר את משמעות המספר עצמו. Avogadro.
SI קידומות ומה משמעותן
לנוחות השימוש ביחידות הבסיס של הכמויות הפיזיקליות במערכת ה-SI, בפועל אומצה רשימה של קידומות אוניברסליות, בעזרתן נוצרות יחידות שבר ומספר יחידות.
יחידות נגזרות
כמובן שיש הרבה יותר משבע כמויות פיזיקליות, מה שאומר שצריך גם יחידות שבהן יש למדוד את הכמויות הללו. עבור כל ערך חדש נגזרת יחידה חדשה, אותה ניתן לבטא במונחים של הבסיסיים באמצעות הפעולות האלגבריות הפשוטות ביותר, כגון חילוק או כפל.
מעניין שככלל, יחידות נגזרות נקראות על שם מדענים גדולים או דמויות היסטוריות. לדוגמה, היחידה לעבודה היא ג'ול או היחידה להשראה היא הנרי. יש הרבה יחידות נגזרות - יותר מעשרים בסך הכל.
יחידות מחוץ למערכת
למרות השימוש הנרחב והנפוץ ביחידות של מערכת SI של כמויות פיזיקליות, יחידות מדידה שאינן מערכתיות עדיין נמצאות בשימוש בפועל בתעשיות רבות. למשל בספנות - מייל ימי, בתכשיטים - קראט. בחיי היומיום אנו מכירים יחידות לא מערכתיות כמו ימים, אחוזים, דיופטריות, ליטר ועוד רבים אחרים.
יש לזכור שלמרות היכרותם, בעת פתרון בעיות פיזיקליות או כימיות, יש להמיר יחידות לא מערכתיות ליחידות מדידהכמויות פיזיות במערכת SI.
