Soustava SI
Soustava SI (zkratka z francouzského „Le Système International d'Unités“[1] – česky „Mezinárodní systém jednotek“) je mezinárodně domluvená soustava jednotek fyzikálních veličin, která se skládá ze sedmi základních jednotek, na nich aritmeticky závisejících odvozených jednotek a dekadickými předponami tvořených násobků a dílů jednotek. Definice těchto jednotek a uchovávání případných etalonů garantuje Mezinárodní úřad pro míry a váhy v Sèvres (Francie).
V současnosti probíhá příprava změny definice stávajících jednotek na základě vazby k pevně stanoveným hodnotám přírodních konstant[2], která by měla být schválena na konferenci konané v listopadu 2018 ve Versailles[3] a následně vstoupit v platnost 20. května 2019. Bude tak opuštěn i poslední fyzický etalon, kilogram, a všechny jednotky by tak měly být reprodukovatelné s přesností alespoň na šest platných číslic díky definovaným fyzikálním vztahům.
V Česku stanovuje povinnost používat soustavu jednotek SI zákon č. 505/1990 Sb. ze dne 16. listopadu 1990 (Zákon o metrologii[4]) a prováděcí vyhláška č. 264/2000 Sb. (Vyhláška Ministerstva průmyslu a obchodu o základních měřicích jednotkách a ostatních jednotkách a o jejich označování[5]). Těmito předpisy je také stanoven Český metrologický institut se sídlem v Brně jako garant jednotek a etalonů pro ČR.
Historické souvislosti
V průběhu Velké francouzské revoluce (1789–1799) vznikla potřeba redefinice do té doby používaných různých jednotek, v roce 1790 proto Ústavodárné shromáždění pověřilo vědeckou komisi ve stanovením soustavy jednotek a dne 18. germinalu r. III (7. dubna 1795) stanovilo povinnost používání nového „absolutního systému metrických jednotek“ od 2. listopadu 1801. Napoleon Bonaparte sice svým dekretem 12. února 1812 znovu povolil staré jednotky, ale nový zákon ze dne 4. července 1837 povinnost používat metrickou soustavu ve Francii opět zavedl od 1. ledna 1840 a díky tomu, že ji francouzské vlády neustále propagovaly, nabývala tato soustava na mezinárodní oblibě a 25. května 1875 podepsali zástupci 18 zemí tzv. Metrovou konvenci, která mj. založila Mezinárodní úřad měr a vah, spravovaný mezinárodním výborem. Například v Rakousko-Uhersku byla metrická soustava zavedena zákonem ze dne 23. července 1871 s platností od 1. ledna 1876.
Jako základ jednotek délky byl tehdy navržen metr coby zemského kvadrantu a na základě dekretu ze dne 10. prosince 1799 byl zhotoven etalon metru (nejprve mosazný, poté platinový), který byl nazván archivním metrem. Podle něj pak byl vyroben mezinárodní etalon metru (ze slitiny platiny a iridia) a jeho kopie byly vydány členským států konvence.
Původní systém mezinárodní jednotek, používaný zhruba od roku 1874, byl definován jako Soustava CGS (centimetr-gram-sekunda), která ale měla řadu odvozenin a modifikací pro některé vědní obory. Proto byla poměrně brzo redefinována a v roce 1889 tak vznikla Soustava MKS (metr-kilogram-sekunda). S postupujícím rozvojem vědy a techniky však vyvstávala potřeba definovat a mezinárodně normalizovat další fyzikální jednotky. Od roku 1921 se datují přípravy této nové soustavy, v roce 1948 začal mezinárodní standardizační proces a v roce 1960 byla Soustava SI vyhlášena jako mezinárodně platná, načež začala být postupně implementována do právních řádů jednotlivých států. Například v tehdejším Československu se tak stalo zákonem č. 35/1962 Sb. ze dne 29. 3. 1962 (Zákon o měrové službě[6]).
Základní veličiny a jednotky
| Fyzikální veličina | Značka veličiny (doporučená)[7] |
Jednotka | Značka (závazná) |
|---|---|---|---|
| Délka | l (malé L), x, r atd. | metr | m |
| Hmotnost | m | kilogram | kg |
| Čas | t | sekunda | s |
| Elektrický proud | I (velké i), i | ampér | A |
| Termodynamická teplota | T | kelvin | K |
| Látkové množství | n | mol | mol |
| Svítivost | Iv (velké i s indexem malé v) | kandela | cd |
Soustava SI považuje za základní fyzikální veličiny následujících sedm veličin, pro které stanovuje následující základní jednotky:
- Délka
- Základní jednotkou je metr (značka „m“). 1 metr je délka dráhy, kterou urazí světlo ve vakuu za sekundy.
- Hmotnost
- Základní jednotkou hmotnosti je kilogram (značka „kg“). Ten je definován hmotností mezinárodního prototypu kilogramu, který je uložen v Mezinárodním úřadě pro váhy a míry v Sèvres u Paříže. (Připravovaná nová definice kilogramu se má opírat o pevně stanovenou Planckovu konstantu.[8][9])
- Čas
- Základní jednotkou času je sekunda (značka „s“). 1 sekunda je doba trvání 9 192 631 770 period záření, odpovídající přechodu mezi dvěma hyperjemnými hladinami základního stavu atomu 133Cs.
- Elektrický proud
- Základní jednotkou elektrického proudu je ampér (značka „A“). 1 ampér je takový elektrický proud, který ve dvou přímých rovnoběžných vodičích o nekonečné délce a zanedbatelném průřezu vzájemně vzdálených ve vakuu jeden metr vyvolá mezi těmito vodiči sílu rovnou 2×10−7 N na jeden metr délky. (Připravovaná nová definice ampéru se má opírat o pevně stanovenou hodnotu elementárního náboje.[8][9])
- Termodynamická teplota
- Základní jednotkou termodynamické teploty je kelvin (značka „K“). 1 kelvin je 1/273,16 díl absolutní teploty trojného bodu vody. (Připravovaná nová definice kelvinu se má opírat o pevně stanovenou Boltzmannovu konstantu.[8][9])
- Svítivost
- Základní jednotkou svítivosti je kandela (značka „cd“). 1 kandela je svítivost zdroje, který v daném směru vysílá monochromatické záření s frekvencí 540×1012 Hz, a jehož zářivost v tomto směru je 1/683 W/sr.
- Látkové množství
- Základní jednotkou látkového množství je mol (značka „mol“). 1 mol je takové množství, které obsahuje tolik elementárních jednotek (atomů, molekul, iontů, elektronů…), kolik je uhlíkových atomů v 12 g uhlíku 12C. Podle současných znalostí je v tomto množství uhlíku (6,022 140 857 ± 0,000 000 074)×1023 atomů.[10] (Připravovaná nová definice molu se má opírat o pevně stanovenou Avogadrovu konstantu.[8][9])
Původně byly základní jednotky stanoveny jako na sobě vzájemně nezávislé. Postupně jsou některé definovány odvozením z jiných základních jednotek pomocí pevně stanovené hodnoty fundamentálních fyzikálních konstant (např. metr ze sekundy pomocí rychlosti světla ve vakuu), což umožňuje vyhnout se problémům s prototypy jednotek a dosahovat přesnějšího stanovení. V posledních letech vrcholí přípravy na redefinici základních jednotek SI tak, aby byly všechny odvozeny od přírodních konstant po vzoru stávající definice metru.
Odvozené jednotky
Odvozené jednotky se tvoří kombinacemi (povoleny jsou výhradně součiny a podíly) základních jednotek, například kilogram na metr krychlový pro hustotu, metr čtverečný pro plochu, metr krychlový pro objem, metr za sekundu pro rychlost a podobně.
Některé odvozené jednotky v průběhu historie dostaly samostatné názvy, které zjednodušují jejich používání v praktickém životě. Těmito jednotkami jsou becquerel, coulomb, farad, gray, henry, hertz, joule, katal, lumen, lux, newton, ohm, pascal, radián, siemens, sievert, steradián, tesla, volt, watt, weber, stupeň Celsia[11]
Definice, doporučené značení odvozených veličin, jejich jednotky a jejich závazné značky jsou upraveny normami řady ČSN ISO IEC 80000 „Veličiny a jednotky“, která od roku 2011 postupně nahrazuje předchozí řadu ČSN ISO 31 (z roku 1992) stejného názvu.
Násobné a dílčí jednotky
K vyjádření násobků nebo dílů základních nebo odvozených jednotek (výhradně dekadických) slouží předpony, viz Předpony soustavy SI.
Vedlejší jednotky
Vedlejší jednotky jsou jednotky, které byly dříve pro svoji všeobecnou rozšířenost a užitečnost řazeny do soustavy SI, přestože nebyly odvozeny ze základních jednotek. V současnosti se považují za mimosoustavové.
Soustava SI akceptuje používat souběžně s jednotkami SI následující jednotky:[12] minuta, hodina, den, úhlový stupeň, úhlová minuta, (úhlová) vteřina, hektar, litr, tuna.
Připouští se rovněž používání některých mimosoustavových jednotek, jejichž vztah k jednotkám SI není definován pevně, ale závisí na experimentálním určení:[13] elektronvolt, dalton, astronomická jednotka.
Relativita
Jednotky SI jsou s ohledem na teorii relativity realizovány podle svých definic lokálně jako vlastní jednotky (veličin jako je vlastní čas, vlastní délka, vlastní hmotnost atp.).[14]
Odkazy
Reference
- ↑ Bureau International des Poids et Mesures
- ↑ Fundamental Physical Constants - CODATA. www.codata.org [online]. [cit. 2018-08-08]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ BIPM - future revision of the SI. www.bipm.org [online]. [cit. 2018-08-08]. Dostupné online.
- ↑ Zákon č. 505/1990 Sb. se změnami 4/1993 Sb., 20/1993 Sb., 119/2000 Sb., 137/2002 Sb., 13/2002 Sb., 226/2003 Sb., 444/2005 Sb., 481/2008 Sb., 223/2009 Sb. a 155/2010 Sb.
- ↑ Vyhláška č.264/2000 Sb.
- ↑ Zákony pro lidi:[1] Zákon č. 35/1962 Sb.
- ↑ Příručka SI. Tabulka 1: Základní jednotky SI. Dostupné online (anglicky, francouzsky)
- ↑ a b c d BIPM: On the possible future revision of the International System of Units, the SI (návrh)
- ↑ a b c d BIPM: Chapter 2 for SI Brochure, following redefinitions of the base units. (návrh)
- ↑ dle CODATA – adjustace z r. 2014, viz [2]
- ↑ Tabulka odvozených koherentních jednotek v příručce SI [online]. [cit. 2012-09-17]. Dostupné v archivu pořízeném dne 18-06-2007.
- ↑ Tabulka akceptovaných mimosoustavových jednotek v příručce SI [online]. [cit. 2010-08-12]. Dostupné v archivu pořízeném dne 01-10-2009.
- ↑ Tabulka mimosoustavových jednotek závislých na experimentálním určení v příručce SI [online]. [cit. 2010-08-12]. Dostupné v archivu pořízeném dne 16-07-2012.
- ↑ http://www.bipm.org/utils/common/pdf/si_brochure_8.pdf - The International System of Units, SI units in the framework of general relativity
