Question

国际单位制的基本单位有哪些？

Answer 1

国际单位制的基本单位有7个，如下：
① 长度单位——米(m)。
② 质量单位——千克(kg)。
③时间单位——秒（s）。
④ 电流强度单位——安培(A)。
⑤ 热力学温度单位——开尔文(K)。
⑥ 物质的量单位——摩尔(mol)。
⑦ 发光强度单位——坎德拉 (cd)。

下面是它们的具体含义和历史：
① 长度单位——米(m)。1889年第1届国际计量大会批准国际米原器（铂铱米尺）的长度为1米。1927年第7届计量大会又对米定义作了如下严格的规定：国际计量局保存的铂铱米尺上所刻两条中间刻线的轴线在 0℃时的距离（铂铱米尺是一根横截面近似为H形的尺子，在其中间横肋两端表面上各刻有3条与尺子纵向垂直的线纹，中间刻线是指每3条线纹的中间刻线）。这根尺子保存在1标准大气压下，放在对称地置于同一水平面上并相距571mm的两个直径至少为1cm的圆柱上。
上述对于米的定义有一个不确定度，约为1×10－7。由于科学技术的发展，它已不能满足计量学和其他精密测量的需要。在20世纪50年代，随着同位素光谱光源的发展，发现了宽度很窄的氪－86同位素谱线，加上干涉技术的成功，人们终于找到了一种不易毁坏的自然基准，这就是以光波波长作为长度单位的自然基准。
于是，1960年第11届国际计量大会对米的定义更改如下：“米的长度等于氪－86原子的2p10和5d5能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍。” 氪－86长度基准的极限不确定度为±4×10－9。米的定义更改后，国际米原器仍按原规定的条件保存在国际计量局。
由于饱和吸收稳定的激光具有很高的频率稳定度和复现性，同氪－86的波长相比，它们的波长更易复现，精度也可能进一步提高。因此，在1973年和1979年两次米定义咨询委员会会议上，又先后推荐了4种稳定激光的波长值，同氪－86的波长并列使用，具有同等的准确度。
1973年以来，已精密测量了从红外波段直至可见光波段的各种谱线的频率值。根据甲烷谱线的频率和波长值 v和 λ，得到了真空中的光速值 с=λv=299792458米/秒。这个值是非常精确的，因此人们又决定把这个光速值取为定义值，而长度l（或波长）的定义则由时间 t（或频率）通过公式l=сt（或λ=с/v）导出。1983年10月第17届国际计量大会正式通过了如下的新定义：“米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度。”
旧定义：1790年5月由法国科学家组成的特别委员会，建议以通过巴黎的地球子午线全长的四万分之一作为长度单位——米。
② 质量单位——千克(kg)。1889年第1届国际计量大会批准了国际千克原器，并宣布今后以这个原器为质量单位。
　　为了避免“重量”一词在通常使用中意义发生含混，1901年第3届国际计量大会中规定：
　　千克是质量（而非重量）的单位，它等于国际千克原器的质量。这个铂铱千克原器按照1889年第 1届国际计量大会规定的条件，保存在国际计量局。
新定义：佐治亚理工学院物理学分校的名誉退休教授罗纳德·福克斯提议从今以后克（一千分之一千克）将被严格地定义成18×14074481个C－12原子的重量。至少有两个重新定义千克的其他提议正在讨论中。它们包括：1°用纯硅原子球体取代铂金和铱混合圆柱体；2°利用已知的“瓦特天平”装置，并利用电磁能定义千克[3] 。
旧定义：1升的纯水在4℃的质量为1Kg。
③时间单位——秒（s）。最初，时间单位“秒”被定义为平均太阳日的 1/86400。“平均太阳日”的精确定义留待天文学家制定。但是测量表明，平均太阳日不能保证必要的准确度。为了比较精确地定义时间单位，1960年第11届国际计量大会批准了国际天文学协会规定的以回归年为根据的定义：“秒为1900年1月0日历书时12时起算的回归年的1/31556925.9747。” 但是，这个定义的精确度仍不能满足当时的精密计量学的要求，于是，1967年第13届国际计量大会又根据当时原子能级跃迁测量技术的水平，决定将秒的定义更改如下：
　　秒是铯－133原子基态的两个超精细能级之间跃迁的辐射周期的9192631770倍的持续时间。
国际原子时是根据以上秒的定义的一种国际参照时标，属国际单位制(SI)。
④ 电流强度单位——安培(A)。电流和电阻的所谓“国际”电学单位，是1893年在芝加哥召开的国际电学大会上所引用的。而“国际”安培和“国际”欧姆的定义，则是1908年伦敦国际代表会议所批准的。
　　虽然1933年在第 8届国际计量大会期间，已十分明确地一致要求采用所谓“绝对”单位来代替这些“国际”单位，但是直到1948年第 9届国际计量大会才正式决定废除这些“国际”单位，而采用下述电流强度单位的定义：
在真空中相距1米的两无限长而圆截面可忽略的平行直导线内通过一恒定电流，若这恒定电流使得这两条导线之间每米长度上产生的力等于2×10－7N（牛顿），则这个恒定电流的电流强度就是1A（安培）。
⑤ 热力学温度单位——开尔文(K)。1954年第10届国际计量大会规定了热力学温度单位的定义，它选取水的三相点为基本定点，并定义其温度为273.16K。1967年第 13届国际计量大会通过以开尔文的名称（符号K）代替“开氏度”（符号K），其正式定义是：
热力学温度单位开尔文，是水三相点热力学温度的 1/273.16。同时，大会也决定用单位开尔文及其符号K表示温度间隔或温差。
除了以开尔文表示的热力学温度（符号T，见热力学温标）外，也使用由式
　　t=T－T0
　　定义的摄氏温度(符号t)。式中T0=273.15K是水的冰点的热力学温度，它同水的三相点的热力学温度相差0.01K（开尔文）。摄氏温度的单位是摄氏度（符号℃）。因此，“摄氏度”这个单位同单位“开尔文”相等。摄氏温度间隔或温差用摄氏度表示。
按照热力学温度单位开尔文的定义，对温度进行绝对测量，必须借助热力学温度计，例如借助气体温度计。
　　从理论上来说，热力学温标是合理的，但具体实现却非常困难。因此，国际上决定采用实用温标，这种实用温标不能代替热力学温标，而是根据当时测量技术的水平尽可能提高准确度，逼近热力学温标。根据实用性的要求，还应在国际上进行统一。
1927年第 7届国际计量大会通过了第一个国际温标。这个国际温标在1948年进行了修改，由1960年第11届国际计量大会定名为 1948年国际实用温标（代号为IPTS－48）。后来又有了IPTS－48的1960年修订版。修订版的固定点温度值仍保持1948年的值。
1968年国际计量委员会又通过了新的国际实用温标，它同目前所知的最佳热力学结果相符。这个温标的代号为IPTS－68。它是建立在下列两点的基础上的：首先，有11个可以复现的固定点，在13.81K到1337.58K范围内规定用气体温度计测定固定点的温度值；其次，规定用标准仪器（13.81K到903.89K为铂电阻温度计，903.89K到1337.58K为铂铑铂热电偶，1337.58K以上用光谱高温计和常数с2=0.014338m·K），根据规定的固定点进行分度（见温度测量）。
特别需要注意的是：水的三相点不是冰点，冰点与气压和水中的溶质有关（比如空气），三相点只与水本身的性质有关。由此推算出的1K的大小与1℃相等，且水在101.325Pa下的熔点约为273.15K。
⑥ 物质的量单位——摩尔(mol)。这个单位同原子量有密切关系。最初，“原子量”是以化学元素O（氧）的原子量（规定为16）为标准。但是化学家是把O（氧）的同位素O-16、O-17、O-18的混合物，即天然氧元素的数值定为16。而物理学家则是把氧的一种同位素即氧-16的数值定为16，两者很不一致。1959—1960年，国际纯粹与应用物理学联合会（IUPAP）和国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）取得一致协议后，结束了这种不一致局面。决定改用碳同位素C-12作为标准，把它的原子量定为12，并以此为出发点，给出了“相对原子质量”的数值。余下的问题是通过确定C-12的相应质量以定义物质的量的单位。根据国际协议，一个“物质的量”单位的C-12应有 0.012Kg（千克）。这样定义的“物质的量”单位取名摩尔（符号mol）。
国际计量委员会根据国际纯粹与应用物理联合会、国际纯粹与应用化学联合会及国际标准化组织的建议，于 1967年制定并于 1969年批准了摩尔的定义，最后由1971年第14届国际计量大会通过，其定义为：
　　摩尔是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012Kg C-12的原子数目相等。
　　在使用摩尔时基本单元应予以指明，它可以是原子、分子、离子、电子以及其他粒子；或是这些粒子的特定组合。摩尔的这个定义同时严格明确了以摩尔为单位的量的性质。
根据科学测定，12g C-12所含的C原子数约为 6.0220943×1023。用符号NA表示，称阿伏加德罗常数。
定义：凡是含有阿伏加德罗常数个结构微粒（约6.022×1023）的物质，其物质的量为1mol（摩尔）。
⑦ 发光强度单位——坎德拉 (cd)。各国所用的以火焰或白炽灯丝基准为根据的发光强度单位，于1948年改为“新烛光”。这一决定是国际照明委员会（CIE）和国际计量委员会在1937年以前作出的。国际计量委员会根据1933年第8届国际计量大会授予的权力，在1946年的会议上予以颁布。1948年第 9届国际计量大会批准了国际计量委员会的这一决定，并同意给这个发光强度单位一个新的国际名称“坎德拉”（符号cd）。1967年第13届计量大会正式通过了下列修改定义：
1cd（坎德拉）是在101325N/m2（牛顿每平方米）压力下，处于铂凝固温度的黑体的 1/60000m2（平方米）表面在垂直方向上的发光强度。
上述定义一直沿用至1979年。在使用中发现，各国的实验室利用黑体实物原器复现cd（坎德拉）时，相互之间发生较大的差异。在此期间，辐射测量技术发展迅速，其精度已能同光度测量相比，可以直接利用辐射测量来复现cd（坎德拉）。鉴于这种情况，1977年国际计量委员会明确发光度量和辐射度量之间的比值，规定频率为540×1012Hz（赫兹）的单色辐射的光谱光效率为 683lm/W（流明每瓦特）。这一数值对于明视觉光已足够准确；而对暗视觉光，也只有约3%的变化。
1979年10月召开的第16届计量大会上正式决定，废除1967年的定义，对cd（坎德拉）作了如下的新定义：
1cd（坎德拉）为一光源在给定方向的发光强度，该光源发出频率为540×1012Hz（赫兹）的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为 1/683 W/sr（瓦特每球面度）。
定义中的540×1012Hz（赫兹）辐射波长约为555nm，是人眼感觉最灵敏的波长。