Soustava SI

 

 

Soustava SI (Le Système International d‘Unités) je od roku 1960 mezinárodně domluvená soustava jednotek pro kvantitativní označování měřených údajů používaných v rozvinuté industrializované společnosti (ve stavebnictví, v zemědělství, v technice, v obchodu ....atd.).

 

Soustava SI celosvětově smluvně garantuje definice jednotek a uchování mezinárodně platných etalonů v Bureau International des Poids et Mesures v Sèvres (Francie). V České republice je to Český metrologický institut v Brně.

 

Historie měrných jednotek a jejich soustav má za sebou nejméně dvě století vývoje (první metrický systém byl vytvořen během francouzské revoluce, 1. srpna 1793), kdy svou roli při určování a stanovování měrných jednotek sehrávaly nejen technické, ale zejména politické a obchodní aspekty. Soustava SI vznikla v roce 1960, a to z předešlých soustav metr-kilogram-sekunda (mks), či centimetr-gram-sekunda (soustava CGS).

 

Soustava SI jako uzákoněný mezinárodní předpis se i nadále jeví pro běžnou praxi i aplikovaný výzkum jako použitelný systém, nicméně má své slabiny – není zcela dokonale systémově uspořádán a neakceptuje plně v současnosti dosaženou přesnost fyzikálních měření. Proto Mezinárodní výbor pro váhy a míry (CIPM – Comité international des Poids et Mesures) již v roce 2005 vydal doporučení základní jednotky soustavy předefinovat.

 

Z fyzikálního hlediska a s ohledem na dosaženou současnou úroveň fyzikálních měření by měly nové definice jednotek být vázány na základní fyzikální konstanty – elementární náboj e, Planckovu konstantu h, Boltzmannovu konstantu k_Ba Avogadrovu konstantu N_A

 

Vytvoření nových definic kilogramu, ampéru, kelvinu a molu by se mělo vztahovat právě na tyto základní fyzikální konstanty. Podle CIPM by měly být nové definice uvedeny v život do roku 2011.

 

Jednotky soustavy SI lze rozdělit do několika kategorií: základní, doplňkové, odvozené, násobné a dílčí (tvořené předponami), vedlejší. Sedm základních jednotek SI uvádí tab. 1.

 

V Česku vyplývá pro subjekty a orgány státní správy povinnost používat soustavu jednotek SI ze zákona č. 505/1990 Sb. ze dne 16. listopadu 1990 (Zákon o metrologii; se změnami podle zákonů č. 4/1993, 20/1993, 119/2000, 137/2002, 13/2002, 226/2003 a 444/2005 Sb.) a souvisejících vyhlášek Ministerstva průmyslu a obchodu ČR, zejména MPO vyhlášky č. 264/2000 Sb. Konkrétní jednotky soustavy SI stanoví norma ČSN ISO 1000 Jednotky SI a doporučení pro užívání jejich násobků a pro užívání některých dalších jednotek.

 

 

Pro srovnání uvádíme znění současných definic (a/) a nově navrhovaných definic (b/) základních jednotek SI:

a/ je délka dráhy, kterou proběhne světlo ve vakuu za 1/299 792 458 sekundy; b/ dtto;

a/ hmotnost mezinárodního prototypu kilogramu uloženého v Mezinárodním úřadě pro váhy a míry v Sévres u Paříže;

b/ kilogram je hmotnost tělesa, jehož ekvivalentní energie je rovna energii takového počtu fotonů, že součet jejích frekvencí

je přesně ((299 792 458)·2/66260693)) 10⁴¹ Hz;

 

Zde se používá Einsteinův vztah mezi hmotností a energií a Planckův vztah pro energii fotonu.

a/ doba rovnající se 9 192 631 770 periodám záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu cesia 133;

b/ je taková jednotka času, že frekvence přechodu mezi sousedními hladinami hyperjemné struktury základního stavu atomu

cesia 133 je rovna 9 192 631 770 Hz;

a/ stálý elektrický proud, který při průchodu dvěma přímými rovnoběžnými nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného kruhového průřezu umístěnými ve vakuu ve vzájemné vzdálenosti 1 m vyvolá mezi nimi stálou sílu 2·10^–7 N na 1 m délky vodiče;

b/ je elektrický proud, který odpovídá toku přesně 1/(1,60217633·10^–19) elementárních nábojů za sekundu;

a/ kelvin je 1/273,16 termodynamické teploty trojného bodu vody;

b/ kelvin je taková změna termodynamické teploty, která vede ke změně tepelné energie kBT přesně o 1,38060505·10^–23;

a/ mol je látkové množství soustavy, která obsahuje právě tolik elementárních jedinců (entit), kolik je atomů v 0,012 kilogramu nuklidu uhlíku ¹²⁶C (přesně);

b/ mol je látkové množství látky, které obsahuje přesně 6,0221415·1023 specifikovaných elementů, což mohou být atomy,

molekuly, ionty, elektrony či jiné částice nebo jejich specifikované skupiny;

a/ kandela je svítivost zdroje, který v daném směru vysílá monochromatické záření o kmitočtu 540,1012 Hz a jehož zářivost

v tomto směru je 1/683 wattu na steradián;

b/ je taková jednotka svítivosti v daném směru, že spektrální účinnost monochromatického záření o frekvenci 540·10¹² Hz je přesně rovna 683 lm/W.

 

Z uvedených nových definic je zřejmé, že ačkoliv v běžné praxi se upřesnění základních jednotek zřejmě neprojeví, v metrologii a ve vědních oborech závislých na přesném měření se jejich chápání a užívání dostává na samu mez použitelnosti a že zde budou dopady mnohem komplikovanější.

 

Doplňkové jednotky (tab. 2) jsou jednotky, o nichž Generální konference pro váhy a míry dosud nerozhodla, zda mají být zařazeny mezi základní jednotky nebo jednotky odvozené.

 

rovinný úhel sevřený dvěma polopřímkami, které na kružnici opsané z jejich počátečního bodu vytínají oblouk o délce rovné jejímu poloměru;

prostorový úhel s vrcholem ve středu kulové plochy, který na této ploše vytíná část s obsahem rovným druhé mocnině poloměru této kulové plochy.

 

 

Odvozené jednotky (tab. 3) vznikají pomocí fyzikálních definičních vztahů z jednotek základních nebo doplňkových. K vytváření dalších odvozených jednotek mohou být použity odvozené jednotky, které mají samostatný název.

 

Odvozené jednotky jsou koherentní vzhledem k jednotkám základním, resp. doplňkovým. Některé odvozené jednotky jsou uvedeny v tab. 3.

 

 

Vedlejší jednotky (tab. 4) nepatří do soustavy SI, ale norma povoluje jejich používání. Tyto jednotky nejsou koherentní vůči základním nebo doplňkovým jednotkám SI. Jejich užívání v běžném praktickém životě je ale tradiční a jejich hodnoty jsou ve srovnání s odpovídajícími jednotkami SI pro praxi vhodnější. Bylo tedy nutné (a vhodné) povolit jejich užívání.

K vedlejším jednotkám času a rovinného úhlu se nesmějí přidávat předpony. Předpony nelze také používat u astronomické jednotky, světelného roku, dioptrie a atomové hmotnostní jednotky. Lze používat také jednotek kombinovaných z jednotek SI a jednotek vedlejších nebo i kombinované z vedlejších jednotek, např. km·h^–1 nebo l·min^–1 apod.

Bez časového omezení lze používat poměrových a logaritmických jednotek (např. číslo 1, procento, bel, decibel, oktáva) s výjimkou jednotky neper^*).

 

Pozn. redakce:.