SI基本単位の歴史的定義

1960年の導入以来、 SIとして知られる国際単位系の基本単位は何度か変更されてきました。この記事の表は、それらの変更をまとめたものです。

表の背景

マクスウェルが初めてコヒーレントシステムの概念を提唱したとき、彼は基本単位として使用できる3つの量、すなわち質量、長さ、時間を特定しました。後にジョルジは電気の基本単位の必要性を認識し、SI単位系では電流の単位が選択されました。さらに、温度、物質量、光度という3つの基本単位が後に追加されました。[1]

初期のメートル法では、重量の単位を基本単位として定義していましたが、 SI では類似の質量の単位を定義しています。日常使用では、これらはほとんど互換性がありますが、科学的なコンテキストでは違いが重要になります。 質量、厳密には慣性質量は、物質の量を表します。質量は、ニュートンの法則F = m × a（力は質量と加速度の積に等しい）を介して、物体の加速度と加えられた力とを関連付けます。1 kgの質量に 1 N（ニュートン）の力を加えると、その物体は 1 m/s 2の速度で加速されます。これは、物体が宇宙空間に浮いていても、地球の表面などの重力場の中にあっても当てはまります。重量は重力場によって物体に及ぼされる力であるため、重量は重力場の強さに依存します。地球の表面における 1 kg の質量の重量はm × gです。質量×重力加速度は、地球表面では9.81ニュートン、火星表面では約3.5ニュートンです。重力加速度は局所的であり、地球上の場所や高度によって変化するため、重量は物体の特性の精密測定には適しておらず、そのため重量の単位は基本単位としては不適切です。[要出典]

1960年以降、CGPMは化学と放射測定といった特定分野のニーズを満たすため、SIに数々の変更を加えてきました。これらは主に派生単位のリストへの追加であり、物質量を表すモル（記号mol）、圧力を表すパスカル（記号Pa）、電気伝導度を表すジーメンス（記号S）、放射性核種に対する放射能を表すベクレル（記号Bq）、電離放射線を表すグレイ（記号Gy）、線量当量放射線の単位であるシーベルト（記号Sv）、触媒活性を表すカタル（記号kat）などが含まれます。 [ 2 ] : 156, 158–159, 165  [3] : 221 

定義された接頭辞ピコ-（10 −12）からテラ-（10 12 ）の範囲は、クエクト-（10 −30）からクエッタ-（10 30 ）に拡張されました。[2] ：152、158、164 

1960年にクリプトン86原子の特定の放射の波長に基づいて定義された標準メートルは、1983年に光が真空中を移動する距離に置き換えられました。1/299 792 458⁠秒なので、光の速度は自然界で正確に規定された定数となります。[要出典]

辞書式表記の曖昧さを軽減するために、表記規則にもいくつかの変更が加えられました。CSIROの後援を受け、2009年に王立協会が発表した分析では、この目標の実現を、普遍的に曖昧さのない機械可読性というレベルまで完了させる可能性が指摘されています。[4]

SI基本単位の進化[1] : 6  [5] [6]
ユニット名 定義[n 1]
2番
  • 前回：（1675）⁠1/86 400⁠ 1日は24時間60分60秒です。TLB
  • 暫定版（1956年）：⁠1/31 556 925 .9747⁠ 1900 年 1 月 0 日の 12 時間の天体暦時間における熱帯年の 12 時間。
  • 現在（1967年）：セシウム133原子の基底状態の2つの超微細準位間の遷移に対応する放射の9 192 631 770周期。
メートル
キログラム
  • プライア（1793）：重力は、凝固点における1リットルの純水の質量（当時は重量と呼ばれていました）と定義されました。FG
  • 暫定値（1889年）：フランスのブルトゥイユ・パヴィヨンにある国際度量衡局（BIPM）に保管されている、プラチナイリジウム合金製の約47立方センチメートルの小さなずんぐりした円筒の質量。[a]また、実際には、これの多数の公式レプリカのいずれか。
  • 現在（2019年）：キログラムはプランク定数 hを正確に設定することで定義されます。6.626 070 15 × 10 −34  J⋅s ( J = kg⋅m 2 ⋅s −2 )、メートルと秒の定義から[7]、式はkg = ⁠h/6.626 070 15 × 10 −34 ⋅m 2 ⋅s −1⁠
アンペア
  • プライア（1881）：電磁電流のCGS単位の10分の1。[CGS]電磁電流の単位は、半径1cmの円弧を流れる電流が、中心に1エルステッドの磁場を発生させる電流である。 [ 8] IEC
  • 暫定（1946年）：無限長で、無視できる円形の断面積を持つ2本の直線状の平行導体を真空中に1m離して配置し、一定電流を維持した場合、これらの導体間に発生する力は 長さ1メートルあたり2 × 10 −7ニュートン。
  • 現在（2019年）： ⁠の流れ1/1.602 176 634 × 10 −19⁠ 1秒あたりの基本電荷 eの倍数。
ケルビン
  • プライア（1743）：摂氏目盛りは、水の凝固点を 0 °C、水の沸点を 100 °Cとすることで得られます。
  • 暫定（1954年）：水の三重点（0.01℃）は正確に273.16Kと定義された。[n 2]
  • 前回（1967年）：⁠1/273.16⁠水の三重点の熱力学的温度。
  • 現在（2019年）：ケルビンは、ボルツマン定数 kの固定数値を次のように設定することによって定義されます。1.380 649 × 10 −23  J⋅K −1、（J = kg⋅m 2 ⋅s −2）、キログラム、メートル、秒の定義が与えられています。
ほくろ
  • プライア（1900）：物質の分子のアボガドロ数に相当するグラム単位の質量である化学量論的量。ICAW
  • 暫定値（1967年）：0.012キログラムの炭素12に含まれる原子と同じ数の基本実体を含むシステムの物質量。
  • 現在（2019年）：物質の量は正確に6.022 140 76 × 10 23個の基本単位。この数は、アボガドロ定数N Aを単位 mol −1で表したときの固定数値であり、アボガドロ数と呼ばれます。
カンデラ
  • プライア（1946年）：新キャンドル（カンデラの初期の名前）の値は、プラチナが凝固する温度での全放射体の明るさが1平方センチメートルあたり60新キャンドルになるというものです。
  • 電流（1979年）：ある方向における、周波数の単色放射を発する光源の光度5.4 × 10 14ヘルツで、その方向の放射強度は⁠1/683⁠ワット/ステラジアン。
注: 古い定義も新しい定義も、適度に明るく燃える鯨蝋ろうそくの光度にほぼ相当します。19世紀後半には「キャンドルパワー」または「キャンドル」と呼ばれていました。
注記
  1. ^ 定義に大きな違いがあった場合にのみ、暫定的な定義がここに示されます。
  2. ^ 1954年、熱力学的温度の単位は「ケルビン度」（記号は°K、「Kelvin」は大文字の「K」で綴られる）として知られていました。1967年に「ケルビン」（記号はK、「kelvin」は小文字の「k」で綴られる）に改名されました。

上記の表のさまざまな基本単位の 以前の定義は、次の著者および権威者によって作成されました。

その他の定義はすべて、CGPM または CIPM の決議によるもので、SI パンフレットに掲載されています。

2005

2019 年の SI 改訂以前、2005 年から 2019 年初頭にかけて、SI 基本単位は次のように定義されていました。

歴史的なSI基本単位
名前 シンボル 測定 2019年以前（2005年）の正式な定義[2] 歴史的起源/正当性 寸法
記号
メートル メートル 長さ 「メートルは、真空中を光が1/1秒の間隔で進む行程の長さである。 299,792,458秒である。"
第17回CGPM（1983年、決議1、CR、97） 		1 / パリを通る円周で測った地球の赤道から北極までの距離の1000万。 L
キログラム kg 質量 「キログラムは質量の単位であり、国際キログラム原器の質量に等しい。」
第3回国際度量衡委員会（1901年、CR、70） 		氷が溶ける温度における 1リットルの水の質量。1リットルは1立方メートルの1000分の1です。 M
2番 s 時間 「2つ目は、セシウム133原子の基底状態の2つの超微細準位間の遷移に対応する放射の9 192 631 770
周期。」第13回国際原子物理学会総会（1967/68年、決議1；CR、103）
「この定義は、0 Kの温度で静止しているセシウム原子を指す。」
（1997年に国際原子物理学会によって追加） 		1日は24時間に分割され、1時間は60分に分割され、1分は60秒に分割されます。1
秒は1日の1/(24 × 60 × 60)です。 		T
アンペア あ 電流 「アンペアとは、無限の長さで、無視できる円形の断面積を持つ2本の直線状の平行導体を真空中に1メートル離して流した場合、これらの導体間に次の値に等しい力が生じる一定の電流のことである。 長さ1メートルあたり2 × 10 −7ニュートン。」
第9回CGPM（1948年） 		元々の「絶対アンペア」は0.1電磁単位と定義されていました。元々の「国際アンペア」は、硝酸銀
溶液から毎秒1.118ミリグラムの銀を析出させるのに必要な電流として電気化学的に定義されていました。SIアンペアとの差は0.015%です。 		私
ケルビン K 熱力学的温度 「熱力学的温度の単位であるケルビンは、1/ 水の三重点の熱力学温度の273.16倍である。」
第13回国際水資源会議（1967/68年、決議4、CR、104）
「この定義は、以下の物質量比によって正確に定義される同位体組成を有する水を指す：1H 1モルあたり2H 0.000 155 76モル、16O 1モルあたり17O 0.000 379 9モル、16O 1モルあたり18O 0.002 005 2モル。」（2005年に国際水資源会議により追加）
 摂氏スケール: ケルビン スケールでは単位の増分として摂氏を使用しますが、これは熱力学的なスケールです (0 K は絶対零度です)。 Θ
ほくろ モル 物質の量 「1. モルとは、0.012キログラムの炭素12に含まれる原子の数と同じ数の基本単位を含む系の物質量であり、記号は「モル」である。2
. モルを使用する場合、基本単位は特定されなければならず、原子、分子、イオン、電子、その他の粒子、またはこれらの粒子の特定の集合体とすることができる。」
第14回国際原子物理学会総会（1971年、決議3；CR、78）
「この定義においては、静止状態および基底状態にある炭素12の非結合原子を指すものと理解される。」
（1980年国際原子物理学会により追加） 		原子量または分子量をモル質量定数1 g/mol で割った値。 北
カンデラ CD 光度 「カンデラとは、ある方向における、周波数の単色放射を発する光源の光度である。540 × 10 12ヘルツで、その方向の放射強度が1/683ワット/ステラジアンであるもの。」
第16回CGPM（1979年、決議3; CR、100） 		標準特性を持つ燃えているろうそくから放射される光に基づいた、 ろうそく光。 J
名前 シンボル 測定 2019年以前（2005年）の正式な定義[2] 歴史的起源/正当性 寸法
記号

注記

  1. ^ 国際キログラム原器として知られています。

参考文献

  1. ^ ab David B. Newell; Eite Tiesinga編 (2019). 国際単位系（SI）（PDF）（NIST特別出版物330、2019年版）. Gaithersburg, MD: NIST . 2019年11月30日閲覧。
  2. ^ abcd 国際度量衡局(2006)、「国際単位系（SI）（PDF）（第8版）」、ISBN 92-822-2213-6、2021年6月4日にオリジナルからアーカイブ（PDF）され、2021年12月16日に取得
  3. ^ マグリービー、トーマス (1997). カニンガム、ピーター (編). 『計測の基礎：第2巻 メートル法化と現在の実践』 ピトコン・パブリッシング (チッペンハム) 社. pp.  222– 224. ISBN 978-0-948251-84-9。
  4. ^ Foster, Marcus P. (2009) 「SI表記の曖昧さ回避は正しい解析を保証する」Proceedings of the Royal Society A、465 (2104): 1227– 1229、Bibcode :2009RSPSA.465.1227F、doi :10.1098/rspa.2008.0343、S2CID  62597962。
  5. ^ 物理化学における量の単位と記号、IUPAC
  6. ^ Page, Chester H.; Vigoureux, Paul, 編 (1975年5月20日). 国際度量衡局 1875–1975: NBS特別出版420.ワシントンD.C .:国立標準局. pp. 238–244.
  7. ^ マテレーズ、ロビン（2018年11月16日）「歴史的な投票によりキログラムなどの単位が自然定数に結びつく」NIST 。 2018年11月16日閲覧。
  8. ^ マッケンジー, AEE (1961). 磁気と電気.ケンブリッジ大学出版局. p. 322.
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