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世界计量日(5月20日),新国际单位制(SI)正式生效!

目录:标准规范点击率:发布时间:2019-05-20 14:05:32

文章出处:中国计量院责任编辑:

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    每年5月20日,是世界计量日。今天起,重新定义后的国际单位制正式生效,至此,国际单位的7个基本单位将全部由基本物理常数定义。

    2018年11月16日,第26届国际计量大会通过了关于修订国际单位制的决议。国际单位制七个基本单位中的四个,即质量单位“千克”、电流单位“安培”、热力学温度单位“开尔文”和物质的量单位“摩尔”将分别改由普朗克常数、基本电荷、玻尔兹曼常数和阿伏伽德罗常数来定义;另外三个基本单位,即时间单位“秒”、长度单位“米”和发光强度单位“坎德拉”的定义将保持不变,但是定义的表达方式会有一定改变,以与修订后的四个基本单位的新定义表达方式保持一致。2019年5月20日,重新定义后的国际单位制正式生效。

    自此,七个基本单位将全部通过不变的自然常数来定义,用这些不变的常数作为测量基础,意味着这些单位的定义在未来也是可靠的、不变的。

    自2019年5月20日起,国际单位的7个基本单位将全部由基本物理常数定义,这些常数如下:

- 铯133原子基态的超精细能级跃迁频率DνCs为 9 192 631 770 Hz,
- 真空中光的速度c为299 792 458 m/s,
- 普朗克常数h为6.626 070 15′10-34Js,
- 基本电荷e为1.602 176 634′10-19 C,
- 玻尔兹曼常数k为1.380 649′10-23 J/K,
- 阿伏伽德罗常数NA为6.022 140 76′1023 mol-1,
- 频率为540′1012Hz的单色辐射的发光效率Kcd为683 lm/W,
    其中,单位赫兹、焦耳、库伦、流明、瓦特的符号为Hz、J、C、lm、W,它们分别与单位秒(s)、米(m)、千克(kg)、安培(A)、开尔文(K)、摩尔(mol)、坎德拉(cd)相关联,相互之间的关系为Hz = s-1,J = kg m2 s-2,C = A s, lm = cd m2 m-2= cd sr,W = m2 kgs-3。
    自2019年5月20日起,SI基本单位采用以下定义:
- 秒,符号s,SI的时间单位。当铯的频率DnCs,即铯-133原子基态的超精细能级跃迁频率以单位Hz,即s-1,表示时,将其固定数值取为9 192 631 770来定义秒。
- 米,符号m,SI的长度单位。当真空中光的速度c以单位m/s表示时,将其固定数值取为299 792 458来定义米,其中秒用DnCs定义。
- 千克,符号kg,SI的质量单位。当普朗克常数h以单位J s,即kg m2 s-1,表示时,将其固定数值取为6.626 070 15′10-34来定义千克,其中米和秒用c和DnCs定义。
- 安培,符号A,SI的电流单位。当基本电荷e以单位C,即A s,表示时,将其固定数值取为1.602 176 634′10-19来定义安培,其中秒用DnCs定义。
- 开尔文,符号K,SI的热力学温度单位。当玻尔兹曼常数k以单位J K-1,即kg m2 s-2K-1,表示时,将其固定数值取为1.380 649′10-23来定义开尔文,其中千克、米和秒用h,c和DnCs定义。
- 摩尔,符号mol,SI的物质的量的单位。1摩尔精确包含6.022 140 76 ′1023个基本粒子。该数即为以单位mol-1表示的阿伏伽德罗常数NA的固定数值,称为阿伏伽德罗数。
    一个系统的物质的量,符号n,是该系统包含的特定基本粒子数量的量度。基本粒子可以是原子、分子、离子、电子,其它任意粒子或粒子的特定组合。
    -坎德拉,符号cd,SI的给定方向上发光强度的单位。当频率为540′1012Hz的单色辐射的发光效率以单位lm/W,即cd sr W-1或cd sr kg-1m-2 s3,表示时,将其固定数值取为683来定义坎德拉,其中千克、米、秒分别用h, c 和DnCs定义。
    变革带来的影响
    这次以物理常数为基础,对国际计量单位制重新定义,意味着所有SI单位将由描述客观世界的常数定义。重新定义开启了任意时刻、任意地点、任意主体根据定义实现单位量值的大门,将对经济、科技与民生等都将产生深刻影响。
1.将改变国际计量体系和现有格局。
重新定义使得计量基标准与信息技术相结合,实现量值传递的链路不唯一和扁平化,使量值溯源链条更短、速度更快、测量结果更准更稳,将彻底改变过去依靠实物基准逐级传递的计量模式,解决了费时费力、效率低下、误差放大等问题。
2.将显著提升国家计量管理效能。
新的国际计量单位制和量子测量技术的发展,将使得计量基准可随时随地复现,将最准“标尺”直接应用于生产生活,大幅缩短量值传递链。
3.将有力支撑新一轮工业革命。
通过量子计量基准与信息技术的结合,使量值传递链条更短、速度更快、测量结果更准更稳,深度契合了以信息物理系统为基础、智能制造为主要特征的新一轮工业革命。通过嵌入芯片级量子计量基准,把最高测量精度直接赋予制造设备并保持长期稳定,可以实现对产品制造过程的准确感知和最佳控制。
4.将引发仪器仪表产业的颠覆性创新发展。
国际计量单位制实现量子化,新的测量原理、测量方法和测量仪器孕育而生,集多参量、高精度为一体的芯片级综合测量,不受环境干扰无需校准的实时测量,众多物理量、化学量和生物量的极限测量等均成为可能,进而催生测量仪器仪表形态的全面创新。
    总之,国际单位制的变革是科技进步的缩影,科技创新和质量发展的基础将由此变得更加牢固。人类的测量体系将第一次冲破地球的束缚,迈向遥远的宇宙和无尽的未来,并将不断前行。?
    什么是国际单位制(SI)?
    国际单位制SI是从“米制”发展起来的国际通用的测量语言,是人类描述和定义世间万物的标尺。国际单位制规定了7个具有严格定义的基本单位,分别是时间单位“秒”、长度单位“米”、质量单位“千克”、电流单位“安培”、温度单位“开尔文”、物质的量单位“摩尔”和发光强度单位“坎德拉”。它们好比7块彼此独立又相互支撑的“基石”,构成了国际单位制的“地基”。国际单位制规定的其它单位,如力的单位牛顿、电压单位伏特、能量单位焦耳等等,都可以由这7个基本单位组合导出。
    国际单位制(SI)的起源可以追溯至1875年——17国签署《米制公约》并正式同意推行统一的国际测量体系。签署公约的初衷是为了支撑国际贸易、商业以及科学交流,过去是,现在是,将来也不会改变。
    “米制”在创立时的愿景即是“为全人类所用,在任何时代适用”。其初衷是用一种全球一致的“自然常数”而非某种主观的标准来定义单位,从而保障单位的长期稳定性。1米最早被定义为通过巴黎的地球子午线长度的四千万分之一。而面积、体积和质量等贸易、商业以及税收等领域所需的其它单位,则通过“米”来定义。经过数十年的发展,到1960年,第11届CGPM将包含六个基本单位的单位制命名为国际单位制(SI),即:米、千克、秒、安培、开尔文和坎德拉。国际单位制(SI)相关单位被世界共同采纳。1967年,基于铯原子的特性,即基态超精细能级跃迁的频率重新定义了秒,实现了从“天文秒”到“原子秒”跨越。1971年,第14届CGPM将摩尔(物质的量的基本单位)列为SI基本单位之一。1983年,米被定义为光在真空中于1/299 792 458秒内行进的距离,这是SI中的基本单位首次以基本常数——光速来定义。
    经过全球各国国家计量院以及国际计量局多年的研究,证明基于基本常数来定义SI的基本单位具有足够的准确性。国际测量体系将有史以来第一次全部建立在不变的自然常数上,保证了SI的长期稳定性和环宇通用性。这项成就是所有国家计量院与国际计量局责任与担当的体现,正是他们在这些研究机构中开展的潜心研究以及在国际范围内开展的通力合作,造就了这样的成就。

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