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世界計量日(5月20日),新國際單位制(SI)正式生效!

目錄:標準規范點擊率:發布時間:2019-05-20 14:05:32

文章出處:中國計量院責任編輯:

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    每年5月20日,是世界計量日。今天起,重新定義后的國際單位制正式生效,至此,國際單位的7個基本單位將全部由基本物理常數定義。

    2018年11月16日,第26屆國際計量大會通過了關于修訂國際單位制的決議。國際單位制七個基本單位中的四個,即質量單位“千克”、電流單位“安培”、熱力學溫度單位“開爾文”和物質的量單位“摩爾”將分別改由普朗克常數、基本電荷、玻爾茲曼常數和阿伏伽德羅常數來定義;另外三個基本單位,即時間單位“秒”、長度單位“米”和發光強度單位“坎德拉”的定義將保持不變,但是定義的表達方式會有一定改變,以與修訂后的四個基本單位的新定義表達方式保持一致。2019年5月20日,重新定義后的國際單位制正式生效。

    自此,七個基本單位將全部通過不變的自然常數來定義,用這些不變的常數作為測量基礎,意味著這些單位的定義在未來也是可靠的、不變的。

    自2019年5月20日起,國際單位的7個基本單位將全部由基本物理常數定義,這些常數如下:

- 銫133原子基態的超精細能級躍遷頻率DνCs為 9 192 631 770 Hz,
- 真空中光的速度c為299 792 458 m/s,
- 普朗克常數h為6.626 070 15′10-34Js,
- 基本電荷e為1.602 176 634′10-19 C,
- 玻爾茲曼常數k為1.380 649′10-23 J/K,
- 阿伏伽德羅常數NA為6.022 140 76′1023 mol-1,
- 頻率為540′1012Hz的單色輻射的發光效率Kcd為683 lm/W,
    其中,單位赫茲、焦耳、庫倫、流明、瓦特的符號為Hz、J、C、lm、W,它們分別與單位秒(s)、米(m)、千克(kg)、安培(A)、開爾文(K)、摩爾(mol)、坎德拉(cd)相關聯,相互之間的關系為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基本單位采用以下定義:
- 秒,符號s,SI的時間單位。當銫的頻率DnCs,即銫-133原子基態的超精細能級躍遷頻率以單位Hz,即s-1,表示時,將其固定數值取為9 192 631 770來定義秒。
- 米,符號m,SI的長度單位。當真空中光的速度c以單位m/s表示時,將其固定數值取為299 792 458來定義米,其中秒用DnCs定義。
- 千克,符號kg,SI的質量單位。當普朗克常數h以單位J s,即kg m2 s-1,表示時,將其固定數值取為6.626 070 15′10-34來定義千克,其中米和秒用c和DnCs定義。
- 安培,符號A,SI的電流單位。當基本電荷e以單位C,即A s,表示時,將其固定數值取為1.602 176 634′10-19來定義安培,其中秒用DnCs定義。
- 開爾文,符號K,SI的熱力學溫度單位。當玻爾茲曼常數k以單位J K-1,即kg m2 s-2K-1,表示時,將其固定數值取為1.380 649′10-23來定義開爾文,其中千克、米和秒用h,c和DnCs定義。
- 摩爾,符號mol,SI的物質的量的單位。1摩爾精確包含6.022 140 76 ′1023個基本粒子。該數即為以單位mol-1表示的阿伏伽德羅常數NA的固定數值,稱為阿伏伽德羅數。
    一個系統的物質的量,符號n,是該系統包含的特定基本粒子數量的量度。基本粒子可以是原子、分子、離子、電子,其它任意粒子或粒子的特定組合。
    -坎德拉,符號cd,SI的給定方向上發光強度的單位。當頻率為540′1012Hz的單色輻射的發光效率以單位lm/W,即cd sr W-1或cd sr kg-1m-2 s3,表示時,將其固定數值取為683來定義坎德拉,其中千克、米、秒分別用h, c 和DnCs定義。
    變革帶來的影響
    這次以物理常數為基礎,對國際計量單位制重新定義,意味著所有SI單位將由描述客觀世界的常數定義。重新定義開啟了任意時刻、任意地點、任意主體根據定義實現單位量值的大門,將對經濟、科技與民生等都將產生深刻影響。
1.將改變國際計量體系和現有格局。
重新定義使得計量基標準與信息技術相結合,實現量值傳遞的鏈路不唯一和扁平化,使量值溯源鏈條更短、速度更快、測量結果更準更穩,將徹底改變過去依靠實物基準逐級傳遞的計量模式,解決了費時費力、效率低下、誤差放大等問題。
2.將顯著提升國家計量管理效能。
新的國際計量單位制和量子測量技術的發展,將使得計量基準可隨時隨地復現,將最準“標尺”直接應用于生產生活,大幅縮短量值傳遞鏈。
3.將有力支撐新一輪工業革命。
通過量子計量基準與信息技術的結合,使量值傳遞鏈條更短、速度更快、測量結果更準更穩,深度契合了以信息物理系統為基礎、智能制造為主要特征的新一輪工業革命。通過嵌入芯片級量子計量基準,把最高測量精度直接賦予制造設備并保持長期穩定,可以實現對產品制造過程的準確感知和最佳控制。
4.將引發儀器儀表產業的顛覆性創新發展。
國際計量單位制實現量子化,新的測量原理、測量方法和測量儀器孕育而生,集多參量、高精度為一體的芯片級綜合測量,不受環境干擾無需校準的實時測量,眾多物理量、化學量和生物量的極限測量等均成為可能,進而催生測量儀器儀表形態的全面創新。
    總之,國際單位制的變革是科技進步的縮影,科技創新和質量發展的基礎將由此變得更加牢固。人類的測量體系將第一次沖破地球的束縛,邁向遙遠的宇宙和無盡的未來,并將不斷前行。?
    什么是國際單位制(SI)?
    國際單位制SI是從“米制”發展起來的國際通用的測量語言,是人類描述和定義世間萬物的標尺。國際單位制規定了7個具有嚴格定義的基本單位,分別是時間單位“秒”、長度單位“米”、質量單位“千克”、電流單位“安培”、溫度單位“開爾文”、物質的量單位“摩爾”和發光強度單位“坎德拉”。它們好比7塊彼此獨立又相互支撐的“基石”,構成了國際單位制的“地基”。國際單位制規定的其它單位,如力的單位牛頓、電壓單位伏特、能量單位焦耳等等,都可以由這7個基本單位組合導出。
    國際單位制(SI)的起源可以追溯至1875年——17國簽署《米制公約》并正式同意推行統一的國際測量體系。簽署公約的初衷是為了支撐國際貿易、商業以及科學交流,過去是,現在是,將來也不會改變。
    “米制”在創立時的愿景即是“為全人類所用,在任何時代適用”。其初衷是用一種全球一致的“自然常數”而非某種主觀的標準來定義單位,從而保障單位的長期穩定性。1米最早被定義為通過巴黎的地球子午線長度的四千萬分之一。而面積、體積和質量等貿易、商業以及稅收等領域所需的其它單位,則通過“米”來定義。經過數十年的發展,到1960年,第11屆CGPM將包含六個基本單位的單位制命名為國際單位制(SI),即:米、千克、秒、安培、開爾文和坎德拉。國際單位制(SI)相關單位被世界共同采納。1967年,基于銫原子的特性,即基態超精細能級躍遷的頻率重新定義了秒,實現了從“天文秒”到“原子秒”跨越。1971年,第14屆CGPM將摩爾(物質的量的基本單位)列為SI基本單位之一。1983年,米被定義為光在真空中于1/299 792 458秒內行進的距離,這是SI中的基本單位首次以基本常數——光速來定義。
    經過全球各國國家計量院以及國際計量局多年的研究,證明基于基本常數來定義SI的基本單位具有足夠的準確性。國際測量體系將有史以來第一次全部建立在不變的自然常數上,保證了SI的長期穩定性和環宇通用性。這項成就是所有國家計量院與國際計量局責任與擔當的體現,正是他們在這些研究機構中開展的潛心研究以及在國際范圍內開展的通力合作,造就了這樣的成就。

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