国际单位制的基本单位

1．3．3　国际单位制

1）国际单位制的构成

国际单位制（SI）由SI单位和SI单位的倍数单位组成。SI单位由SI基本单位和SI导出单位组成。SI导出单位由包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位和组合形式的SI导出单位组成。

2）SI基本单位

国际单位制有7个基本单位（见表1．1）。

表1．1　国际单位制的基本单位

国际单位制中的基本单位是通过计量标准来定义、实现、保持或复现的。实现基本单位的初期基准是利用有关实物来建立的，它们被称为实物基准，例如国际米原器、国际千克原器等。实物基准比较简便直观，所以在一段历史时期内得到广泛应用（国际千克原器至今仍在使用）。但是，由于实物基准受到材料纯度、加工准确度、使用磨损、环境变化等限制，它们难以达到并保持很高的准确度。随着科学技术的进步，特别是量子力学的发展，实现基本单位的基准相继利用宏观量子效应来建立，它们被称为自然基准。自然基准的不确定度较小，并且可以在不同国家以同样的准确度来建立。

目前，国际计量大会（CGPM）所确定国际单位制中的7个基本单位定义如下：

（1）长度单位：米（m）

米是光在真空中于1／299 792 458s时间间隔内所经过的距离（1983年第1 7届国际计量大会通过）。

（2）质量单位：千克（kg）

千克是质量单位，等于国际千克原器的质量（1901年第3届国际计量大会规定）。这是迄今为止在国际单位制基本单位中唯一保留的实物基准。

（3）时间单位：秒（s）

秒是铯－133（Cs¹³³）原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9 192 631 770个周期的持续时间（1967年第13届国际计量大会决定）。

（4）电流强度单位：安［培］（A）

安［培］是一恒定电流，若保持在处于真空中相距1m的两无限长而圆截面可以忽略的平行直导线内，则此两导线之间产生的力在每米长度上等于2×10^－7 N（1948年第9届国际计量大会确定）。

（5）热力学温度单位：开［尔文］（K）

开［尔文］是水的三相点热力学温度的1／273．16（1967年第13届国际计量大会通过）。

（6）物质的量的单位：摩［尔］（mo1）

摩［尔］是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0．012kg碳－12（C¹²）的原子数目相等（1971年第14届国际计量大会决定增加的基本单位）。

（7）发光强度单位：坎［德拉］（cd）

坎［德拉］是发出频率为540×10¹² Hz单色辐射的光源在给定方向上的发光强度，而且在此方向上的辐射强度为1／683W／sr（1979年第16届国际计量大会规定）。

3）SI导出单位

SI导出单位由两部分组成：一部分是包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位；另一部分是组合形式的SI导出单位。

19个具有专门名称的导出单位的名称、符号见表1．2。

表1．2　国际单位制中具有专门名称的导出单位

续表1．2

4）SI辅助单位

SI辅助单位的名称、符号见表1．3。

表1．3　国际单位制的辅助单位

国家计量委员会1980年明确指出，在国际单位制中，辅助单位弧度和球面度解释为“无量纲的导出单位”，以此来保持仅基于7个基本单位的国际单位制的一贯性。之所以称为辅助单位，是因为它们既可以用“1”表示，又可以用给定的专用名称“弧度”和“球面度”表示。从实用出发，根据不同场合下的需要选择。

5）SI词头

国际单位制规定一个物理量只有一个SI单位，这给使用带来不便。比如，电流的SI单位为安［培］，符号为A，对于比较小的电流，小数位太多，如0．000 005A，对于比较大的电流，数字后“0”太多，如50 000A。显然，这对记录和读数是十分不便的，为此，国际单位制规定了一套词头，用它和SI单位组合而成SI单位的十进倍数单位和十进分数单位。有了词头，上述两数字就可分别表示成5μA和50kA。这里的“μ”、“k”就是词头，分别读为“微”和“千”。

SI词头的定义、名称及符号见表1．4。

表1．4　国际单位制的词头

续表1．4

在使用词头时应注意以下几点：

（1）词头符号用罗马体（正体）印发，在词头符号和单位符号之间不留间隔。

（2）不允许使用重叠词头。

（3）词头永远不能单独使用。

（4）在国际单位制的基本单位中，由于历史原因，质量单位（kg）是唯一带有词头的单位名称，它的十进倍数与分数单位是将词头加在“g”前，而不是加在“kg”前构成的。但“kg”并不是倍数单位而是SI单位。

国际单位制具有严格的统一性、突出的简明性与广泛的实用性，因而可以使单位统一，消除多种单位制并存的弊病，省掉许多不同单位制单位之间的换算系数，简化运算过程，减少产生差错的环节和减小换算的误差。