Zmiana definicji jednostek SI

Przedmioty ścisłe 13 października 2020

Układ SI

Układ SI, właściwie Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (fr. Système international d’unités, SI) to znormalizowany układ jednostek miar zatwierdzony w 1960 (później modyfikowany) przez Generalną Konferencję Miar na XI Generalnej Konferencji Miar. Jest stworzony w oparciu o metryczny system miar. Jednostki w układzie SI dzielą się na podstawowe i pochodne. Podstawowymi jednostkami wchodzącymi w skład układu SI jest: metr, kilogram, sekunda, amper, kelwin, mol, kandela.

Celem jego powstania było zapewnienie jednolitości miar i wymaganej dokładności pomiarów na całym świecie, a mówiąc prościej: by każdy z nas miał pewność, że kilogram soli w Polsce to tyle samo co kilogram soli w Chile. Warto jednak pamiętać, że kraje: Stany Zjednoczone, Liberii i Mjanma, nie przyjęły oficjalnie układu SI.

Kilogram, czyli ile?

Każdy z nas posiada własne wyobrażenie metra, sekundy, czy kilograma jednak jest ono oparte na nieobiektywnych i niemierzalnych wartościach. Dla mnie kilogram to dwie paczki makaronu, jednak fizykom zdecydowanie nie spodobałoby się moje wytłumaczenie tej jednostki. Dlatego też w układzie SI każda z jednostek posiada własną definicję określającą ile to właściwie jest. I właśnie te definicje, nieco ponad półtora roku temu uległy zmianie. Czy wpłynęło to na funkcjonowanie społeczeństwa? Oczywiście, że nie. Większość z nas nie wiedziała nawet o wprowadzeniu takowej zmiany, jednak dla naukowców – to była POWAŻNA zmiana. Dlaczego? Mogę wytłumaczyć to na przykładzie kilograma. Do 20 maja 2019 kilogram posiadał definicje odnoszącą się do prototypu kilograma, który był przechowywany w Międzynarodowym Biurze Miar w Sèvres. Czyli odniesienie wartości miary było do fizycznego przedmiotu, który – mimo iż przechowywany w sterylnych warunkach – był dość kłopotliwy, gdyż na jego powierzchni osadzały się i tak drobiny znajdujące się w powietrzu, a przecież ten kilogram powinien być idealny – nie chcemy przecież jako sprzedawcy cukru sprzedawać 1,00000001 kg naszego produktu każdemu klientowi tylko dokładnie 1 kg. ? Obecnie definicja tej miary odnosi się do stałej Plancka, która większości ludzi nic nie mówi (w przeciwieństwie do walca metalu), jednak jest jedną z podstawowych stałych fizycznych. I to właśnie odniesienie do pewnych stałych jest dla fizyków i innych badaczy tak ważne – trudniej o pomyłkę.

Podsumowując: w życiu społecznym, zmiana ta zostaje niezauważona, w życiu szkolnym sprawia, że nauczyciele muszą nauczyć zarówno siebie, jak i swoich uczniów, nowych definicji, natomiast w świecie nauki i technologii jest olbrzymim krokiem naprzód.

Zmiany w definicjach jednostek układu SI

Poniżej umieściłam tabelę obrazującą zmiany w definicjach jednostek układu SI.

Nazwa	Symbol	Mierzona wielkość	Obecna definicja	Definicja przed 20 maja 2019 r
Metr	m	Długość	Metr, oznaczenie m, jest to jednostka SI długości. Jest ona zdefiniowana poprzez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej prędkości światła w próżni c, wynoszącej 299 792 458, wyrażonej w jednostce m s-1, przy czym sekunda zdefiniowana jest za pomocą częstotliwości cezowej ∆νCs.	Długość drogi przebytej w próżni przez światło w czasie 1/299 792 458 sekundy.
Kilogram	kg	Masa	Kilogram, oznaczenie kg, jest to jednostka SI masy. Jest ona zdefiniowana poprzez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej stałej Plancka h, wynoszącej 6,626 070 15×10‑34, wyrażonej w jednostce J s, która jest równa kg m2 s-1, przy czym metr i sekunda zdefiniowane są za pomocą c i ∆νCs.	Jednostka masy, która jest równa masie międzynarodowego prototypu kilograma przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sèvres.
Sekunda	s	Czas	Sekunda, oznaczenie s, jest to jednostka SI czasu. Jest ona zdefiniowana poprzez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej częstotliwości cezowej ∆νCs, to jest częstotliwości nadsubtelnego przejścia w atomach cezu 133 w niezaburzonym stanie podstawowym, wynoszącej 9 192 631 770, wyrażonej w jednostce Hz, która jest równa s-1.	Czas równy 9 192 631 770 okresom promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomu cezu 133.
Amper	A	Prąd elektryczny	Amper, oznaczenie A, jest to jednostka SI prądu elektrycznego. Jest ona zdefiniowana poprzez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej ładunku elementarnego e, wynoszącej 1,602 176 634×10-19, wyrażonej w jednostce C, która jest równa A s, gdzie sekunda zdefiniowana jest za pomocą ∆νCs.	Prąd elektryczny niezmieniający się, który płynąc w dwóch równoległych prostoliniowych, nieskończenie długich przewodach o przekroju kołowym znikomo małym, umieszczonych w próżni w odległości 1 metra od siebie, wywołałby między tymi przewodami siłę 2×10–7 niutona na każdy metr długości.
Kelwin	K	Temperatura	Kelwin, oznaczenie K, jest to jednostka SI temperatury termodynamicznej. Jest ona zdefiniowana poprzez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej stałej Boltzmanna k, wynoszącej 1,380 649×10-23, wyrażonej w jednostce J K-1, która jest równa kg m2 s-2 K-1, gdzie kilogram, metr i sekunda zdefiniowane są za pomocą h, c i ∆νCs.	1/273,16 część temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody.
Mol	mol	Liczność materii	Mol, oznaczenie mol, jest to jednostka SI ilości substancji. Jeden mol zawiera dokładnie 6,022 140 76×1023 obiektów elementarnych. Liczba ta jest ustaloną wartością liczbową stałej Avogadra NA wyrażonej w jednostce mol-1 i jest nazywana liczbą Avogadra. Ilość substancji, symbol n, układu jest miarą liczby obiektów elementarnych danego rodzaju. Obiektem elementarnym może być atom, cząsteczka, jon, elektron, każda inna cząstka lub danego rodzaju grupa cząstek.	Liczność materii układu zawierającego liczbę cząstek równą liczbie atomów w masie 0,012 kilograma węgla 12; przy stosowaniu mola należy określić rodzaj cząstek, którymi mogą być: atomy, cząsteczki, jony, elektrony, inne cząstki lub określone zespoły takich cząstek.
Kandela	cd	Światłość	Kandela, oznaczenie cd, jest to jednostka SI światłości w określonym kierunku. Jest ona zdefiniowana poprzez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej skuteczności świetlnej monochromatycznego promieniowania o częstotliwości 540 × 1012 Hz, Kcd, wynoszącej 683, wyrażonej w jednostce lm W-1, która jest równa cd sr W-1 lub cd sr kg-1 m-2 s3, gdzie kilogram, metr i sekunda są zdefiniowane za pomocą h, c i ∆νCs.	Światłość źródła emitującego w określonym kierunku promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 540×1012 herców i o natężeniu promieniowania w tym kierunku równym 1/683 wata na steradian.

nauki ścisłeporadniki