Seit ihrer Einführung im Jahr 1960 haben sich die Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems (SI) mehrfach geändert. Die Tabellen in diesem Artikel fassen diese Änderungen zusammen.

Hintergrundinformationen zu den Tabellen

Als Maxwell das Konzept eines kohärenten Systems einführte, identifizierte er drei Größen, die als Basiseinheiten verwendet werden konnten: Masse, Länge und Zeit. Giorgi erkannte später die Notwendigkeit einer elektrischen Basiseinheit, für die die Einheit des elektrischen Stroms im SI-System gewählt wurde. Drei weitere Basiseinheiten (für Temperatur, Stoffmenge und Lichtstärke) wurden später hinzugefügt. [ 1 ]

Die frühen metrischen Systeme definierten eine Gewichtseinheit als Basiseinheit, während das SI eine analoge Masseeinheit definiert. Im Alltag sind diese weitgehend austauschbar, in wissenschaftlichen Kontexten ist der Unterschied jedoch relevant. Masse, genauer gesagt die Trägheitsmasse, repräsentiert eine Stoffmenge. Sie beschreibt den Zusammenhang zwischen der Beschleunigung eines Körpers und der einwirkenden Kraft gemäß dem Newtonschen Gesetz F = m × a : Kraft gleich Masse mal Beschleunigung. Eine Kraft von 1 N (Newton), die auf eine Masse von 1 kg wirkt, beschleunigt diese mit 1 m/s² . Dies gilt unabhängig davon, ob sich das Objekt im Weltraum oder in einem Gravitationsfeld, z. B. an der Erdoberfläche, befindet. Gewicht ist die Kraft, die ein Gravitationsfeld auf einen Körper ausübt, und hängt daher von der Stärke des Gravitationsfeldes ab. Das Gewicht einer Masse von 1 kg an der Erdoberfläche beträgt m × g . Die Erdbeschleunigung ist das Produkt aus Masse und Fallbeschleunigung. Diese beträgt an der Erdoberfläche 9,81 Newton und an der Marsoberfläche etwa 3,5 Newton. Da die Fallbeschleunigung lokal ist und je nach Ort und Höhe auf der Erde variiert, eignet sich das Gewicht nicht für präzise Messungen von Körperseigenschaften und ist daher als Basiseinheit ungeeignet.

Seit 1960 hat die CGPM zahlreiche Änderungen am SI vorgenommen, um den Bedürfnissen spezifischer Fachgebiete, insbesondere der Chemie und Radiometrie, gerecht zu werden. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Ergänzungen der Liste der abgeleiteten Einheiten, darunter das Mol (Symbol mol) für eine Stoffmenge, das Pascal (Symbol Pa) für Druck , das Siemens (Symbol S) für die elektrische Leitfähigkeit, das Becquerel (Symbol Bq) für die Aktivität eines Radionuklids , das Gray (Symbol Gy) für ionisierende Strahlung, das Sievert (Symbol Sv) als Einheit der Äquivalentdosis und das Katal (Symbol kat) für die katalytische Aktivität . [ 2 ] : 156, 158–159, 165 [ 3 ] : 221

Der Bereich der definierten Präfixe Pico- (10⁻¹² ) bis Tera- ( 10¹² ) wurde auf Quecto- ( 10⁻³⁰ ) bis Quetta- ( 10³⁰ ) erweitert. [ 2 ] : 152, 158, 164

Die 1960 erfolgte Definition des Standardmeters anhand der Wellenlängen einer spezifischen Emission des Krypton-86-Atoms wurde 1983 durch die Strecke ersetzt, die Licht im Vakuum in genau 10⁻¹² m zurücklegt .1/299 792 458Sekunde , sodass die Lichtgeschwindigkeit nun eine exakt festgelegte Naturkonstante ist.

Um lexikographische Mehrdeutigkeiten zu verringern, wurden auch einige Änderungen an den Notationskonventionen vorgenommen. Eine unter der Schirmherrschaft der CSIRO durchgeführte und 2009 von der Royal Society veröffentlichte Analyse hat die Möglichkeiten aufgezeigt, dieses Ziel vollständig zu erreichen, bis hin zur universellen, eindeutigen maschinellen Lesbarkeit. [ 4 ]

Entwicklung der SI-Basiseinheiten [ 1 ] : 6 [ 5 ] [ 6 ]
Name der Einheit Definition [ n 1 ]
zweite
Meter
  • Prior (1793): ⁠1/10.000.000​​des Meridians durch Paris zwischen Nordpol und Äquator. FG
  • Zwischenstand (1889): Der vom CIPM gewählte Prototyp des Meters stellt bei der Temperatur von schmelzendem Eis die metrische Längeneinheit dar.
  • Interim (1960):1 650 763 .73 Wellenlängen im Vakuum der Strahlung , die dem Übergang zwischen den Quantenniveaus 2p 10 und 5d 5 des Krypton-86- Atoms entspricht .
  • Current (1983): Die Strecke, die Licht im Vakuum zurücklegt in ⁠1/299 792 458zweitens .
Kilogramm
  • Prior (1793): Das Grab wurde als die Masse (damals Gewicht genannt ) eines Liters reinen Wassers am Gefrierpunkt definiert. FG
  • Interim (1889): Die Masse eines kleinen, gedrungenen Zylinders aus Platin-Iridium-Legierung mit einem Volumen von ≈47 Kubikzentimetern, der im Internationalen Büro für Maße und Gewichte (BIPM) im Pavillon de Breteuil in Frankreich aufbewahrt wird. [ a ] ​​In der Praxis auch jede der zahlreichen offiziellen Nachbildungen davon.
  • Aktuell (2019): Das Kilogramm ist definiert, indem die Planck-Konstante h genau auf 1 gesetzt wird.6,626 070 15 × 10 −34  J⋅s ( J = kg⋅m 2 ⋅s −2 ), unter Berücksichtigung der Definitionen des Meters und der Sekunde. [ 7 ] Dann wäre die Formel kg = ⁠H/6,626 070 15 × 10 −34 ⋅m 2 ⋅s −1⁠
Ampere
  • Prior (1881): Ein Zehntel der elektromagnetischen CGS-Einheit des Stroms. Die [CGS]-Einheit des elektromagnetischen Stroms ist derjenige Strom, der in einem 1 cm langen Bogen eines Kreises mit 1 cm Radius fließt und im Mittelpunkt ein Feld von einem Oersted erzeugt . [ 8 ] IEC
  • Interim (1946): Der konstante Strom, der, wenn er in zwei geraden, parallelen Leitern unendlicher Länge mit vernachlässigbarem kreisförmigem Querschnitt aufrechterhalten wird und diese im Vakuum 1 m voneinander entfernt sind, zwischen diesen Leitern eine Kraft erzeugt , die gleich ist2 × 10 −7 Newton pro Meter Länge.
  • Aktuell (2019): Der Fluss von ⁠1/1,602 176 634 × 10 −19⁠ mal der Elementarladung e pro Sekunde.
Kelvin
  • Prior (1743): Die Celsius-Skala entsteht, indem man dem Gefrierpunkt von Wasser 0 °C und dem Siedepunkt von Wasser 100 °C zuordnet.
  • Interim (1954): Der Tripelpunkt von Wasser (0,01 °C) wurde auf genau 273,16 K festgelegt. [ n 2 ]
  • Vorheriges (1967): ⁠1/273,16der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunkts von Wasser .
  • Aktuell (2019): Das Kelvin ist definiert, indem der festen numerischen Wert der Boltzmann-Konstante k auf1,380 649 × 10 −23  J⋅K −1 , (J = kg⋅m 2 ⋅s −2 ), unter der Annahme der Definition des Kilogramms, des Meters und der Sekunde.
Mol
  • Prior (1900): Eine stöchiometrische Größe, die der Masse in Gramm der Avogadro-Konstante an Molekülen einer Substanz entspricht. ICAW
  • Interim (1967): Die Stoffmenge eines Systems, das so viele Elementarteilchen enthält, wie Atome in 0,012 Kilogramm Kohlenstoff-12 enthalten sind .
  • Aktuell (2019): Die Stoffmenge von genau6,022 140 76 × 10 23 Elementarteilchen. Diese Zahl ist der feste numerische Wert der Avogadro-Konstante N A , ausgedrückt in der Einheit mol −1 , und wird als Avogadro-Zahl bezeichnet.
Candela
  • Prior (1946): Der Wert der neuen Kerze (frühere Bezeichnung für die Candela) ist so beschaffen, dass die Helligkeit des vollen Strahlers bei der Erstarrungstemperatur von Platin 60 neue Kerzen pro Quadratzentimeter beträgt.
  • Strom (1979): Die Lichtstärke einer Quelle, die monochromatische Strahlung der Frequenz in einer bestimmten Richtung aussendet5,4 × 10 14 Hertz und hat eine Strahlungsintensität in dieser Richtung von ⁠1/683Watt pro Steradiant .
Anmerkung: Sowohl die alte als auch die neue Definition beziehen sich ungefähr auf die Lichtstärke einer mäßig hell brennenden Walratkerze , die im späten 19. Jahrhundert als „Kerzenstärke“ oder einfach „Kerze“ bezeichnet wurde.
Anmerkungen
  1. ^ Vorläufige Definitionen werden hier nur dann angegeben, wenn es einen wesentlichen Unterschied in der Definitiongegeben hat
  2. ^ Im Jahr 1954 war die Einheit der thermodynamischen Temperatur als „Grad Kelvin“ (Symbol °K; „Kelvin“ wird mit einem Großbuchstaben „K“ geschrieben) bekannt. Sie wurde 1967 in „Kelvin“ (Symbol „K“; „Kelvin“ wird mit einem Kleinbuchstaben „k“ geschrieben) umbenannt.

Die vorherigen Definitionen der verschiedenen Basiseinheiten in der obigen Tabelle wurden von folgenden Autoren und Autoritäten vorgenommen:

Alle anderen Definitionen resultieren aus Resolutionen entweder des CGPM oder des CIPM und sind in der SI-Broschüre katalogisiert .

2005

Vor der Überarbeitung des SI im Jahr 2019 waren die SI-Basiseinheiten von 2005 bis Anfang 2019 wie folgt definiert.

Historische SI-Basiseinheiten
Name Symbol Messen Formale Definition vor 2019 (2005) [ 2 ]Historischer Ursprung / Begründung Bemaßungssymbol​
MeterM Länge„Der Meter ist die Länge des Weges, den Licht im Vakuum in einem Zeitintervall von 1/2 zurücklegt.“ 299 792 458 einer Sekunde." 17. CGPM (1983, Resolution 1, CR, 97)1 / 10.000.000 der Entfernung vom Erdäquator zum Nordpol, gemessen auf dem Erdumfang durch Paris . L
Kilogrammkg Masse„Das Kilogramm ist die Einheit der Masse; es entspricht der Masse des internationalen Prototyps des Kilogramms.“ 3. CGPM (1901, CR, 70)Die Masse eines Liters Wasser bei der Temperatur von schmelzendem Eis. Ein Liter ist ein Tausendstel Kubikmeter. M
zweiteS Zeit„Das zweite ist die Dauer von9 192 631 770 Perioden der Strahlung, die dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustands des Cäsium-133-Atoms entsprechen." 13. CGPM (1967/68, Resolution 1; CR, 103) "Diese Definition bezieht sich auf ein ruhendes Cäsiumatom bei einer Temperatur von 0 K." (Hinzugefügt vom CIPM im Jahr 1997)Der Tag ist in 24 Stunden unterteilt, jede Stunde in 60 Minuten, jede Minute in 60 Sekunden. Eine Sekunde ist 1 / (24 × 60 × 60) des Tages . T
AmpereA elektrischer Strom„Das Ampere ist diejenige konstante Stromstärke, die, wenn sie in zwei geraden, parallelen Leitern von unendlicher Länge, vernachlässigbarem kreisförmigem Querschnitt und einem Abstand von 1 Meter im Vakuum aufrechterhalten wird, zwischen diesen Leitern eine Kraft erzeugt, die gleich … ist.“2 × 10−7 Newton pro Meter Länge." 9. CGPM (1948 )Das ursprüngliche „absolute Ampere“ war als 0,1 elektromagnetische Einheiten definiert . Das ursprüngliche „internationale Ampere“ war elektrochemisch als die Stromstärke definiert, die benötigt wird, um 1,118 Milligramm Silber pro Sekunde aus einer Silbernitratlösung abzuscheiden . Im Vergleich zum SI-Ampere beträgt die Differenz 0,015 %. ICH
KelvinK thermodynamische Temperatur„Das Kelvin, die Einheit der thermodynamischen Temperatur, ist der Bruch 1 / 273,16 der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunkts von Wasser." 13. CGPM (1967/68, Resolution 4; CR, 104) "Diese Definition bezieht sich auf Wasser mit der Isotopenzusammensetzung, die genau durch die folgenden Stoffmengenverhältnisse definiert ist: 0,000 155 76 Mol 2H pro Mol 1H , 0,000 379 9 Mol 17O pro Mol 16O und 0,002 005 2 Mol 18O pro Mol 16O . " (Hinzugefügt vom CIPM im Jahr 2005)Die Celsius-Skala : Die Kelvin-Skala verwendet Grad Celsius als Einheit, ist aber eine thermodynamische Skala (0 K ist der absolute Nullpunkt ). Θ
Molmol Substanzmenge„1. Das Mol ist die Stoffmenge eines Systems, die so viele Elementarteilchen enthält, wie Atome in 0,012 Kilogramm Kohlenstoff-12 enthalten sind; sein Symbol ist ‚mol‘. 2. Bei Verwendung des Mols müssen die Elementarteilchen angegeben werden; es können Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen, andere Teilchen oder bestimmte Gruppen solcher Teilchen sein.“ 14. CGPM (1971, Resolution 3; CR, 78) „In dieser Definition ist davon auszugehen, dass ungebundene Kohlenstoff-12-Atome im Ruhezustand und im Grundzustand gemeint sind.“ (Hinzugefügt vom CIPM im Jahr 1980)Atomgewicht oder Molekulargewicht geteilt durch die molare Massenkonstante , 1 g/mol. N
CandelaCD Lichtstärke„Die Candela ist die Lichtstärke einer Lichtquelle in einer bestimmten Richtung, die monochromatische Strahlung der Frequenz aussendet.“540 × 10¹² Hertz und hat eine Strahlungsintensität in dieser Richtung von 1/683 Watt pro Steradiant ." 16. CGPM (1979, Resolution 3; CR, 100)Die Lichtstärke in Kerzen (Candlestickstoff) basiert auf dem Licht, das von einer brennenden Kerze mit Standardeigenschaften abgegeben wird. J
Name Symbol Messen Formale Definition vor 2019 (2005) [ 2 ]Historischer Ursprung / Begründung Bemaßungssymbol​

Anmerkungen

  1. ^ Es ist als internationaler Prototyp des Kilogramms bekannt.

Referenzen

  1. ^ a b David B. Newell; Eite Tiesinga, Hrsg. (2019). Das Internationale Einheitensystem (SI) (PDF) (NIST Special publication 330, 2019 ed.). Gaithersburg, MD: NIST . Abgerufen am 30. November 2019 .
  2. ^ a b c d Internationales Büro für Maß und Gewicht (2006), Das Internationale Einheitensystem (SI) (PDF) (8. Aufl.), ISBN 92-822-2213-6, archiviert (PDF) vom Original am 04.06.2021 , abgerufen am 16.12.2021
  3. ^ McGreevy, Thomas (1997). Cunningham, Peter (Hrsg.). Die Grundlagen der Messung: Band 2 – Metrik und aktuelle Praxis . Pitcon Publishing (Chippenham) Ltd. S.  222–224 . ISBN 978-0-948251-84-9Die
  4. ^ Foster, Marcus P. (2009), „Die Disambiguierung der SI-Notation würde deren korrekte Interpretation garantieren“, Proceedings of the Royal Society A , 465 (2104): 1227– 1229, Bibcode : 2009RSPSA.465.1227F , doi : 10.1098/rspa.2008.0343 , S2CID 62597962 . 
  5. ^ Größen, Einheiten und Symbole in der Physikalischen Chemie , IUPAC
  6. ^ Page, Chester H.; Vigoureux, Paul (Hrsg.). (20. Mai 1975). Das Internationale Büro für Maße und Gewichte 1875–1975: NBS-Sonderveröffentlichung 420. Washington , DC : National Bureau of Standards . S.  238–244 .
  7. ^ Materese, Robin (16. November 2018). „Historische Abstimmung koppelt Kilogramm und andere Einheiten an Naturkonstanten“ . NIST . Abgerufen am 16. November 2018 .
  8. ^ McKenzie, AEE (1961). Magnetismus und Elektrizität . Cambridge University Press . S. 322.