一、米製的建(jiàn)立
米製是國際上最早建立的(de)一(yī)種計量單位製,早在十七(qī)八世紀,人們就感到計(jì)量單位(wèi)和計量製度比較混亂,影響了國際貿易的(de)開展、經濟(jì)的發展及科技的交流,迫切希望科學家們探索(suǒ)研(yán)究一種新(xīn)的、通用的、適合所有國家的計量(liàng)單位和計量製度。於是在1791年經法國科學院的推薦(jiàn),法國國民代表大會確定了(le)以長度單位米為基本單位的計量製(zhì)度。規定了麵積的單位是平方米(mǐ),體積的單位(wèi)為立方米。同時給質量單位作了定義, 采用1立方分米(mǐ)的(de)水在其密度最大(dà)時的溫度(4℃)下的質量。因為這種計量製度是以米為基礎,所以把它叫(jiào)做米製。為(wéi)了進一步(bù)統一(yī)世界的計量製度,1869年法國政府邀請一(yī)些國家派代表到巴黎召開“國(guó)際米製委員會”會議。1875年3月1日,法國政府又召(zhào)集了有(yǒu)20個國家的政府代表與科學家參加的“米製外交會議”,並於1875年5月20日由17個國家的代表簽(qiān)署了《米(mǐ)製公約(yuē)》, 為米製的傳播和(hé)發(fā)展奠定了國際基礎。由各簽(qiān)字國的代表組成的國際計量大會(CGPM)是“米製(zhì)公約” 的最高組織形式, 下設國際計量委員(yuán)會(CIPM),其常設機構為國際計量局(BIPM)。1889年召開了第一屆國際計量大會。截止到2011年5月,“米製公(gōng)約”正式成員國已有55個。我國於1977年加入“米製公約”。
二、國際單(dān)位製(zhì)的形成
計量單位製的形成和發(fā)展,與科學技術的進步、經濟和社會的發展、國際間(jiān)的貿易發展和科技交流,以及人們(men)生活等緊密相關。1948年召開的第九屆國際計量大會作出決定, 要求國際計量委員(yuán)會創立一種簡單而科學的並供所有“米製公約”成員國(guó)都能使用的實用單位製。1954年,第十屆國際計量大會決定采用米、千克、秒、安培、開(kāi)爾文和坎德拉作為基本單位。1958年,國際計量委員會又通過了關於單位製中單位名稱的符號和構成倍數(shù)單位和分數單位的詞頭的建議。1960年召開的第十(shí)一屆國(guó)際計量大會決定把上述計量單(dān)位製命名為(wéi)“國際單位製”,並規定其國際符號為“SI”。1971年召開的第十四屆國際計量大會(huì)決(jué)定增加物質的(de)量的單位摩爾作為基本單位(wèi)。從1975年第十五屆國際計量大會到1991年第十九屆國際計量大會,先後決定增加放(fàng)射性計量的2個具有專門名稱的導出單位貝可勒爾和戈瑞, 同時又增加了4個詞頭,即10-24、10-21、1021 和1024,從(cóng)而形成了一個較為(wéi)完整(zhěng)的計量單位製體係???國際單位製。隨著科技、經(jīng)濟和社會的發(fā)展,國際單位製還會進一步得到充實和完善。
三(sān)、國際單位製及其單位
新中國成立(lì)前,我國多種單位製並用,如米製(公製)、市(shì)製、英製等。新中國(guó)成立後,1959年國務院發布了《關於統一計(jì)量製度的命令(lìng)》,確定米製為我國計量製度。國際單位製形成後,我(wǒ)國對推(tuī)行國際單位製很重視,1977年國務院頒布的(de)《計量管(guǎn)理條例(試行)》第三條規定:“我國的基本計量製(zhì)度是米製(即“公製”),逐步采用國際單位製”。1978年國務院又批準成立(lì)了由20人組成的“國際單位製推行委員會”,負責組織全國性(xìng)的國際單位製(zhì)推行工作。為(wéi)了保證國家計量製度的統一,1985年我國頒布的《計量法》第三條規定:“國家采用國際單位製”。什麽叫國際單(dān)位製?JJF1001-2011《通用計量(liàng)術語及定義》中講,“由國際計量大會(CGPM)批準采用的基於國際量製(zhì)的單(dān)位製,包括單(dān)位名(míng)稱(chēng)和符號、詞頭名稱和符號及其使用規則”叫它為國(guó)際單位(wèi)製。其中的國際量製是指“與聯(lián)係各量的方程(chéng)一起(qǐ)作為國際單位製(zhì)基礎的量製”,而量(liàng)方(fāng)程是指”給定量製中各量(liàng)之間的數學關係,它與測量單位無關”。它是以符號表示量之間關係的公式,如F=ma,就是反映力與(yǔ)質量和加速度之間關係的量方程,它不同於單位(wèi)方程。單位方程是指“基本單位、一貫導出(chū)單位或其他測量單位間的數學關係”,如果J=kg.m.s-2,它反映功(gōng)(能量)的單位與長度單位、質量單位和時間單位之間關係的單位方程。
國際單位製的單位由(yóu)兩部分組成, 即(jí)SI單位和SI單位的倍數單位,它的組(zǔ)成如圖(tú)1所示。
SI單位的倍數單位包括SI單位的十進倍數和分數單位。7個SI基本單位是:長(zhǎng)度(dù)米(m)、質量千克(kg)、時間秒(s)、電流安(A)、熱力(lì)學溫度開(K)、物質的量摩(mol)和發(fā)光強度坎(cd)。對每一個SI基本單位都作了嚴格的定義,如米的定義(yì)是:“光在真空(kōng)中於(1/299792458)s的時間間隔內(nèi)所經路徑的長度(dù)。”
國際單(dān)位製的導出單位由兩部分組(zǔ)成(chéng), 一部分是包括SI輔助單位在內的具有(yǒu)專(zhuān)門名稱的SI導(dǎo)出單位(共21個(gè))。由於導(dǎo)出單位(wèi)中有的單(dān)位名稱太長,讀寫都不(bú)方便, 所以國際(jì)計量大會決定對常(cháng)用的19個SI導出單位給予專門名稱, 這些具(jù)有專門名稱(chēng)的導出單位絕大多數都是以科學家的名字命名的, 如力的單位kg.m.s-2稱為牛(N)。1984年我國(guó)公布(bù)法定計量單位時,將平麵角弧度(rad)和立體角球麵度(sr)稱為SI輔助單位。1990年,國際計量委員會規(guī)定它們是具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位的一部(bù)分。我國國家標(biāo)準GB3100-1993《國際單位製(zhì)及其(qí)應用》中(zhōng)已將平麵角弧(hú)度和立體角球麵度列入具有專(zhuān)門名稱的SI導出單位(wèi)。用SI導出單(dān)位中另一部分(fèn)為組合形式的SI導出單位,用SI基本單位間或SI基本單位和具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位的組合(hé)通過相乘或相除構成(chéng)的但沒有專門名稱的SI導出單位,稱為組合形式(shì)的SI導出單位。這類單位很多,如(rú)加速度單位m?s-2、麵積單位m2、電場強度單(dān)位V/m等。SI單位的倍數單位是由SI詞頭加在SI基本單位或(huò)SI導(dǎo)出單位前麵所構成的(de)單位,如千米(mǐ)(km)、毫伏(mV)等,但千(qiān)克(kg)除(chú)外。國際(jì)單位製中SI詞頭有20個,從10-24~1024,其中4個是十(shí)進位的,即102為百(h)、101 為十(da)、10-1為分(d)和10-2為厘(c),其餘16個詞頭都(dōu)是千進位,如兆帕(pà)(MPa)、微安(μA)等。詞頭的符號有國際通用符號(hào)和中文符號,如103國際符號為k,中文符(fú)號為千;106為M(兆);10-3為m(毫(háo));10-6為μ(微)等。
具有專(zhuān)門(mén)名稱的SI導出(chū)單位和SI詞頭可以查閱有關資料。
四、國際單位製的特點
國際單位製能廣泛被應用,主要是由(yóu)於它(tā)具有(yǒu)以下特點:
(1)具有統一性
它包括力學(xué)、熱學、電磁學、光學(xué)、聲學、物理化(huà)學、固體物理學、分子和原子物理學等各理論科學和各科學(xué)技術領域的計量單位,並將科學技術(shù)、工業生產、國內外貿易(yì)及日常(cháng)生活中所使用的計量單位都統一在一個計量單位(wèi)製中,堅持一個單位隻有一個名稱和一個國際符號(hào)的原(yuán)則。
(2)具有簡明性
它取(qǔ)消了相當數量的繁瑣的製外單位,簡化了物(wù)理定律的表示(shì)形(xíng)式(shì)和計算(suàn)手續,省去了很多不同單位國際單位製之間的單位換算。由於其是一(yī)種十進製單位,貫徹了(le)一貫性原則(zé),使它(tā)顯得簡單明了,方便使用。
(3)具有實(shí)用性
SI基本單位和大多數SI導出單位的大小都很實用,而且其中大部分已經得(dé)到了廣泛使用,如A(安)、J(焦)等(děng)。由SI詞頭構(gòu)成的十進倍數單位,可以使單位大小在很大範圍內調整。
(4)具有合理性
國際單位製堅持“一個量對應一個SI一貫製(zhì)導出(chū)單位”的原則,避免了多種單位製和單位的並用及換算,消除了許多不合理甚至是矛盾的現象,如用焦耳代替(tì)了千克力(lì)米、爾格、大卡、瓦(wǎ)特小時等,避(bì)免了同類量具有不同(tóng)的(de)量綱的矛盾。
(5)具有科學性
國際單位製的單(dān)位是根據科學實驗所證實的物理定(dìng)律嚴格定(dìng)義的, 它明確和澄清了(le)很多物理量與單位的概念,並廢棄了一些舊的不科學的習慣概念、名(míng)稱和用法,如把千克(俗稱公斤)既作為質量(liàng)單位,又作為重力單(dān)位, 質量與重力是兩個(gè)性質完全不同的物理量。
(6)具有精確性
7個SI基本單位都能以當代科學(xué)技術所能達到的最高準確度來複現和保(bǎo)存。目前,我國長度計(jì)量單位米複現不確定度為2*10-11m,時間秒複現不確定度(dù)為5*10-15s等。
(7)具有繼承(chéng)性國際(jì)單位(wèi)7個SI基本單位中有6個是米(mǐ)製原來所采(cǎi)用的,它克服了米製的不足,但又繼承了(le)米製的優點。它是建立在米製基礎上的單位製,所以稱它為現代米製。除上述優點外,國際單位製還具有通(tōng)用性強、比較穩定等特點,因此被國(guó)際上許多國家、國際性科學(xué)組織和經濟組織所采(cǎi)用。
本文刊發在《中國計量(liàng)》雜誌2013年第三(sān)期