国际单位

國際單位

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中文名；國際單位制 外文名；International System of Units 別稱；Système International d'Unités (SI)

國際單位制（法語：Système International d'Unités 符號：SI），源自公制或米制，舊稱「萬國公制」，是現時世界上最普遍採用的標準度量衡單位系統，採用十進制進位系統。是18世紀末科學家的努力，最早於法國大革命時期的1799年被法國作為度量衡單位。國際單位制是在公制基礎上發展起來的單位制，於1960年第十一屆國際計量大會通過，推薦各國採用，其國際簡稱為SI。

簡介

國際單位制（international system of units）是國際計量大會（CGPM）採納和推薦的一種一貫單位制。在國際單位制中，將單位分成三類：基本單位、導出單位和輔助單位。7個嚴格定義的基本單位是：長度（米）、質量（千克）、時間（秒）、電流（安培）、熱力學溫度（開爾文）、物質的量（摩爾）和發光強度（坎德拉）。基本單位在量綱上彼此獨立，導出單位很多，都是由基本單位組合起來而構成的。輔助單位只有兩個，純系幾何單位。當然，輔助單位也可以再構成導出單位。各種物理量通過描述自然規律的方程及其定義而彼此相互聯繫。為了方便，選取一組相互獨立的物理量，作為基本量，其他量則根據基本量和有關方程來表示，稱為導出量。

規則

構成規則

國際單位制按一貫計量單位制的原則構成，採用十進制構成其倍數和分數單位；只能通過SI詞頭構成倍數和分數的單位，其基本單位及其定義只能由國際計量大會決定，SI導出單位的專門名稱及其符號只能由國際計量大會選定。根據上述規則，諸如體積單位升、質量單位噸、光亮度單位尼特（nt，1尼特=1坎/平方米）等都不是國際單位制的單位。

兩類SI單位：在國際單位制中，7個基本單位以及按一貫性原則從基本單位導出的單位，總稱為SI單位。例如：SI導出單位中既包括那些由國際計量大會賦予專門名稱的單位，如牛頓、瓦特、伏特、流明等；也包括那些沒有賦予專門名稱的單位，如米每秒、焦耳每開爾文、弧度每秒等。

SI詞頭：當單位前加了SI詞頭後，即構成了一個新的整體。因而當有指數時，是指這個整體，並非只對未加詞頭的那個單位。例如：表達為cm³時，是指立方厘米；表達為μs⁻¹時，是指每微秒；表達為mm²/s時，是指二次方毫米每秒。SI詞頭在任何情況下不能單獨使用，例如不能用k代替kg或kΩ，或10³。

無量綱量的SI單位。有相當一批物理量的量綱是「1」。例如：折射率n，動摩擦因數μ，線應變ε，相對原子質量Ar，質子數Z，功率量級Lp，平面角φ。所有這類量的SI單位是兩個相同的SI單位之比。例如：折射率的SI單位是兩個速度的SI單位之比，即m·s⁻¹/(m·s⁻¹)=1；動摩擦因數的SI單位是兩個力的SI單位之比，即N/N=1。其倍數和分數單位不是用SI詞頭構成而是用10的冪，例如10、10³、10⁻⁶、10⁻³等，也可用數學符號%代替10⁻²，但也可以用諸如微克每克（μg/g），毫升每立方米（mL/m³）這樣的單位來代替10⁻⁶，但不應使用ppm這類的縮寫符號。

使用規則

關於單位的名稱及其簡稱都已有明確的規定。簡稱在不致混淆的情況下可等效它的全稱使用，習慣上只使用簡稱的單位可繼續使用，例如在一些十進倍數單位中，如只用「毫安」而不用「毫安培」。但也不排斥使用「毫安培」。

組合單位的名稱與其符號書寫的次序一致。符號中的乘號沒有對應名稱，符號中的除號對應名稱為「每」，無論分母中有幾個單位，「每」只在除號的地方出現一次。例如：加速度SI單位的符號是m/s²，其名稱為「米每二次方秒」而不是「米每秒每秒」；電能量的常用單位符號kW·h的名稱為「千瓦時」而不是「千瓦乘小時」。

乘方形式的單位名稱，其順序是指數名稱在單位的名稱之前，相應指數名稱由數字加「次方」二字而成。例如：斷面慣性矩單位符號m⁴的名稱為「四次方米」，而不是「米四次方」。

指數是－1的單位，或分子為1的單位，其名稱是以「每」字開頭。例如：線膨脹的係數的SI單位℃⁻¹或K⁻¹，其名稱為「每攝氏度」或「每開爾文」而不是「負一次方攝氏度」或「負一次方開爾文」等。

如果長度的2次和3次冪是指面積和體積，則相應的指數名稱為「平方」和「立方」，並置於長度單位的名稱之前。例如：體積的SI單位符號m³的名稱為「立方米」，不能稱為「米立方」或「三次方米」，面積的常用單位符號km²的名稱為「平方千米」不能稱為「千米平方」或「二次方千米」。

選用的倍數和分數單位，一般應使數值處於0.1～1 000範圍內。例如：1.2×10⁴N可寫成12kN；0.00394m可寫成3.94mm；11401Pa可寫成11.401kPa；3.1×10⁻⁸s可寫成31ns。某些場合習慣使用的單位不受上述限制。例如：機械製圖中使用的單位毫米；國土面積單位平方千米；導線截面積使用的單位平方毫米等。在同一個量的數值表中以及敘述文章中，為了對照方便，也可使用相同單位而不考慮數值是否處0.1～1 000範圍。

詞頭：百、十、分、厘（h，da，d，c）一般只用於某些長度、面積、體積和其它早已習慣的場合。例如：可以用於分貝dB等。

有些國際單位制以外的單位，可以按習慣使用詞頭構成倍數或分數單位。在法定計量單位中，只有噸、升、電子伏、分貝（只有「貝」前加詞頭）、特克斯這幾個單位有時加詞頭使用。

法定計量單位中，非十進制單位以及攝氏溫度單位按習慣不使用詞頭。

不得重疊使用詞頭。例如：不得用「微微法拉」μμF，而應代之以「皮可法拉」或「皮法」pF；不應該用「毫微米」mμm而應代之以「納諾米「或「納米」nm。但是如：「三千千瓦」可以用，因系「3 000 kW」的口語敘述，其中只第二個「千」是詞頭。

利用一部分數詞作為詞頭的中文名稱，有時帶來混淆。例如：1kg和1000g在口語敘述中均為「一千克」，不能區別。在必須嚴格區分的情況下，1000g可讀為「一零零零克」或「1千個克」。

億（108）、萬（10⁴）等數詞的使用不受限制，它們也可與單位構成倍數單位，但不是詞頭。例如：表示運輸量用的單位「萬噸公里」，符號可用10⁴t·km或萬t·km。

相乘形式的組合單位在加詞頭構成它的倍數和分數單位時，詞頭一般加在第一個單位上。例如：力矩的SI單位為N·m，它的倍數和分數單位可為MN·m，kN·m，mN·m，μN·m等，而不是在m前加詞頭。

相除形式的組合單位，在加詞頭構成倍數和分數單位時，詞頭一般加在分子的第一個單位上。例如：熱容的SI單位為J/K，它的倍數單位可為kJ/K而不用J/mk；動量的SI單位為kg·m/s，它的倍數單位可為Mg·m/s而不kg·km/s等。

當組合單位中分母為長度、面積或體積單位時，分母中按習慣與方便也可選用詞頭構成組合單位的倍數和分數單位。例如：密度的SI單位為kg/m³，它的倍數單位可用g/cm³；電荷體密度的SI單位為C/m³，它的倍數和分數單位可為MC/m³，C/mm³或C/cm³等；電場強度的SI單位為V/m，它的倍數單位可以為kV/m或V/mm等。

一般不在組合單位中採用兩個有詞頭的單位，也不在分子與分母中同時採用詞頭。質量的SI單位kg中的詞頭，在這裡不作為詞頭對待，但g這個分數單位不作為沒有詞頭對待。例如：線密度的SI單位為kg/m，可用分數單位g/km。

乘方形式的倍數或分數單位的指數，屬於包括詞頭在內的倍數或分數單位。例如：1cm²=1×（10⁻²m）²=1×10⁻⁴m²，而1cm²≠10⁻²m²。又如：1μs⁻¹=1×（10⁻⁶s）⁻¹=10s⁻¹。

在物理方程中，如其中所有的量都用SI單位來表示，則在計算時方程式的形式不會產生與物理方程形式上的不同。這樣可以避免差錯，也避免不必要的係數進入計算方程 。因此，建議在計算中，所有的量值都應該用SI單位表示，而詞頭以相應的10的乘方來代替。例如：均勻運動物體的速度v，時間t與所經過的距離s三者間的關係是：v=s/t。設一物體在1.5min時間內，經過的距離為9km，求速度。這裡，千米與分均為法定計量單位但不是SI單位，它們對應的SI單位為秒與米，如這三個量均以SI單位表示，則計算式將與上述關係完全一致而不帶來其它係數。s=9km=9×10³m，t=1.5min=1.5×60s=90s。而v的SI單位為m/s，因此：v=s/t=9×10³m/90s=100m/s。

將SI詞頭中文名稱的簡稱置於單位名稱的簡稱之前構成中文符號時，應注意避免引起混淆，必要時使用圓括號。例如：表示旋轉頻率的量值不得寫為3千秒⁻¹。如表示「三每千秒」應寫成「3（千 秒）⁻¹」，這裡「千」為詞頭；如表示「三千每秒」，應寫成「3千（秒）⁻¹」，這裡「千」為數詞。表示體積量值不得寫為2千米³。如表示「二立方千米」，應寫成「2（千米）³」，這裡，「千」為詞頭；如表示「二千立方米」，應寫「2千（米）³」，這裡「千」為數詞。

單位

基本單位

基本單位的定義始於1889年，在近百年內，由於科學技術的發展，它們的定義也在不斷發生變化，下面簡述其定義和演變的情況。

① 長度單位——米(m)。1889年第1屆國際計量大會批准國際米原器（鉑銥米尺）的長度為1米。1927年第7屆計量大會又對米定義作了如下嚴格的規定：國際計量局保存的鉑銥米尺上所刻兩條中間刻線的軸線在 0℃時的距離（鉑銥米尺是一根橫截面近似為H形的尺子，在其中間橫肋兩端表面上各刻有3條與尺子縱向垂直的線紋，中間刻線是指每3條線紋的中間刻線）。這根尺子保存在1標準大氣壓下，放在對稱地置於同一水平面上並相距571mm的兩個直徑至少為1cm的圓柱上。

上述對於米的定義有一個不確定度，約為1×10⁻⁷。由於科學技術的發展，它 不能滿足計量學和其他精密測量的需要。在20世紀50年代，隨着同位素光譜光源的發展，發現了寬度很窄的氪－86同位素譜線，加上干涉技術的成功，人們終於找到了一種不易毀壞的自然基準，這就是以光波波長作為長度單位的自然基準。

於是，1960年第11屆國際計量大會對米的定義更改如下：「米的長度等於氪－86原子的2p10和5d5能級之間躍遷的輻射在真空中波長的1650763.73倍。」 氪－86長度基準的極限不確定度為±4×10⁻⁹。米的定義更改後，國際米原器仍按原規定的條件保存在國際計量局。

由於飽和吸收穩定的激光具有很高的頻率穩定度和復現性，同氪－86的波長相比，它們的波長更易復現，精度也可能進一步提高。因此，在1973年和1979年兩次米定義諮詢委員會會議上，又先後推薦了4種穩定激光的波長值，同氪－86的波長並列使用，具有同等的準確度。

1973年以來，已精密測量了從紅外波段直至可見光波段的各種譜線的頻率值。根據甲烷譜線的頻率和波長值 v和 λ，得到了真空中的光速值 с=λv=299792458米/秒。這個值是非常精確的，因此人們又決定把這個光速值取為定義值，而長度l（或波長）的定義則由時間 t（或頻率）通過公式l=сt（或λ=с/v）導出。1983年10月第17屆國際計量大會正式通過了如下的新定義：「1米是光在真空中在(299792458)⁻¹s內的行程」。

導出單位

SI導出單位是由SI基本單位或輔助單位按定義式導出的，其數量很多。其中，具有專門名稱的SI導出單位總共有20個。有18個是以傑出科學家的名字命名的，如牛頓、帕斯卡、焦耳等，以紀念他們在本學科領域裡作出的貢獻。它們本身已有專門名稱和特有符號，這些專門名稱和符號又可以用來組成其他導出單位，從而比用基本單位來表示要更簡單一些。同時，為了表示方便，這些導出單位還可以與其他單位組合表示另一些更為複雜的導出單位。

下面是具有專門名稱的一些導出單位的定義。

赫茲（頻率的單位）——周期為 1s（秒）的周期現象的頻率為1Hz（赫茲），即1Hz=1s⁻¹。

牛頓（力的單位）——使1kg（千克）質量產生1m/s²（米每二次方秒）加速度的力，即1N=1kg·m/s²。

帕斯卡（壓強單位）——每m²（平方米）面積上 1N（牛頓）力的壓力，即1Pa=1N/m²。

焦耳（能或功的單位）——1 N（牛頓）力的作用點在力的方向移動1m（米）距離時所作的功，即1J=1N·m。

瓦特（功率單位）——1s（秒）內給出1J（焦耳）能量的功率，即1W=1J/s。

庫侖（電量單位）——1A（安培）電流在1s（秒）內所運送的電量，即1C=1A·s。

伏特（電位差和電動勢單位）——在流過 1A（安培）恆定電流的導線內，兩點之間所消耗的功率若為1W（瓦特），則這兩點之間的電位差為1V（伏特），即1V=1W/A。

法拉（電容單位）——給電容器充1C（庫侖）電量時，二極板之間出現1V（伏特）的電位差，則這個電容器的電容為1F（法拉），即1F=1C/V。

歐姆（電阻單位）——在導體兩點間加上 1V（伏特）的恆定電位差，若導體內產生1A（安培）的恆定電流，而且導體內不存在任何其他電動勢，則這兩點之間的電阻為1Ω（歐姆），即1Ω=1V/A。

西門子（電導單位）——Ω（歐姆）的負一次方，即1S=1Ω⁻¹。

亨利（電感單位）——讓流過一個閉合迴路的電流以1A/s（安培每秒）的速率均勻變化，如果迴路中產生1V（伏特）的電動勢，則這個迴路的電感為1H（亨利），即1H=1V·s/A。

韋伯（磁通量單位）——讓只有一匝的環路中的磁通量在1s（秒）內均勻地減小到零，如果因此在環路內產生1V（伏特）的電動勢，則環路中的磁通量為1（韋伯），即1Wb=1Vs。

特斯拉（磁感應強度或磁通密度單位）——每m²（平方米）內磁通量為1Wb（韋伯）的磁感應強度，即1 T=1 Wb/m²。

流明（光通量單位）——發光強度為 1cd（坎德拉）的均勻點光源向sr（球面度內單位立體角）發射出去的光通量，即1 lm=1 cd·sr。

勒克斯（光照度單位）——每m²（平方米）為 1lm（流明）光通量的光照度，即1 lx=1lm/m²。

貝可勒爾（放射性活度單位）——1s（秒）內發生1次自發核轉變或躍遷，為1Bq（貝可勒爾），即1Bq=1s⁻¹。

戈瑞（比授予能單位）——授予1kg（千克）受照物質以1J（焦耳）能量的吸收劑量，即1Gy=1J/kg。

希沃特（劑量當量）——每kg（千克）產生1J（焦耳）的劑量當量，即1Sv=1J/kg。

弧度（rad）和球面度（sr）（純系幾何單位），已併入導出單位。其定義如下：

弧度（rad）——一個圓內兩條半徑之間的平面角。這兩條半徑在圓周上截取的弧長與半徑相等。

球面度（sr）——一個立體角，其頂點位於球心，而它在球面上所截取的面積等於以球半徑為邊長的正方形的面積。

國際單位制詞頭

地位

國際單位制是計量學研究的基礎和核心。特別是七個基本單位的復現、保存和量值傳遞是計量學最根本的研究課題。

1948年第 9屆國際計量大會正式通過了米·千克·秒·安培的單位制，這就是國際單位制的基礎。

單位表

參考來源

國際單位—by 宮葉楠老師