SI-järjestelmä (Kansainvälinen mittayksikköjärjestelmä): perusyksiköt ja käyttö
SI-järjestelmä: seitsemän perusyksikköä, johdannaisyksiköt ja niiden käyttö maailmalla — selkeä ja käytännöllinen opas mittayksiköihin.
Kansainvälinen mittayksikköjärjestelmä on metrijärjestelmän nykyaikainen standardimuoto. Järjestelmän nimi voidaan lyhentää tai lyhentää SI:ksi, joka tulee ranskankielisestä nimestä Système International d'unités.
Kansainvälinen mittayksikköjärjestelmä on mittajärjestelmä, joka perustuu seitsemään perusyksikköön: metri (pituus), kilogramma (massa), sekunti (aika), ampeeri (sähkövirta), kelvin (lämpötila), mooli (määrä) ja kandela (kirkkaus). Näitä perusyksiköitä voidaan käyttää yhdessä toistensa kanssa. Näin syntyy SI-johdannaisyksiköitä, joita voidaan käyttää kuvaamaan muita suureita, kuten tilavuutta, energiaa, painetta ja nopeutta.
Järjestelmää käytetään lähes kaikkialla maailmassa. Ainoastaan Myanmar, Liberia ja Yhdysvallat eivät käytä SI-järjestelmää virallisena mittajärjestelmänä. Näissä maissa SI-järjestelmää käytetään kuitenkin yleisesti tieteessä ja lääketieteessä.
Perusyksiköt ja niiden nykyiset määritelmät
Vuonna 2019 SI-yksiköt uudelleenmääriteltiin siten, että kaikki perusyksiköt on sidottu luonnonvakioihin. Tämä teki mittauksiin perustuvan järjestelmän entistä pysyvämmäksi ja tarkemmaksi. Perusyksiköt ja niiden olennaiset määritelmät ovat:
- Sekunti (s): ajan perusyksikkö, määritelty atomisesta cesium-133-isotoopin hyperhienonsiirtymän taajuuden avulla — sekunti on 9 192 631 770 taajuuden jakson kesto.
- Metri (m): pituuden perusyksikkö, määritelty valon nopeuden vakiosta c = 299 792 458 m/s siten, että metri on matka, jonka valo kulkee tyhjiössä sekunnin 1/299 792 458 osassa.
- Kilogramma (kg): massan perusyksikkö, määritelty Planckin vakion h arvona h = 6.62607015×10-34 J·s, jolloin kilogramma liittyy suoraan energiaan, etäisyyteen ja aikaan (J = kg·m2/s2).
- Ampeeri (A): sähkövirran perusyksikkö, määritelty elementtisen varauksen e arvosta e = 1.602176634×10-19 C; ampeeri on sähkövirta, jossa kulkee yksi elementtisen varauksen määrä sekunnissa suhteessa varaukseen.
- Kelvin (K): lämpötilan perusyksikkö, määritelty Boltzmannin vakion k arvona k = 1.380649×10-23 J/K, joka yhdistää lämpötilan ja energian.
- Mooli (mol): aineen määrän perusyksikkö, määritelty Avogadron luvun NA arvona NA = 6.02214076×1023 per mooli — mooli sisältää tämän määrän perushiukkasia.
- Kandela (cd): valovoiman perusyksikkö, määritelty siten, että kiiltävän lähteen, joka lähettää monochromaattista säteilyä taajuudella 540×1012 Hz ja jonka säteilytehokkuus on 1/683 wattia steradiaania kohden, valovoima on 1 kandela.
SI-johdannaisyksiköt ja yleisiä esimerkkejä
Perusyksiköistä johdetaan muita yksiköitä laskemalla niitä yhdistelemällä. Tunnettuja SI-johdannaisyksiköitä ovat muun muassa:
- Newton (N) — voiman yksikkö. 1 N = 1 kg·m·s-2.
- Joule (J) — energia/työ. 1 J = 1 N·m = 1 kg·m2·s-2.
- Watti (W) — teho. 1 W = 1 J·s-1 = 1 kg·m2·s-3.
- Pascal (Pa) — paine. 1 Pa = 1 N·m-2 = 1 kg·m-1·s-2.
- Coulomb (C), Volt (V), Ohmi (Ω) ja muut sähköyksiköt — perusyksiköiden avulla johdettuja ja laajasti käytettyjä sähkötekniikassa.
- Hertsi (Hz) — taajuus, 1 Hz = 1 s-1.
- Tesla (T), lumen (lm), lux (lx) ja monet muut erikoistuneemmat johdannaisyksiköt.
Etuliitteet (prefiksit)
SI-järjestelmässä on vakiintunut joukko kertoimia (prefiksejä), joita käytetään suureiden skaalaamiseen ilman kymmenpotenssien toistamista. Yleisimpiä:
- kilo (k) = 103
- mega (M) = 106
- giga (G) = 109
- milli (m) = 10-3
- mikro (µ) = 10-6
- nano (n) = 10-9
- piko (p) = 10-12
Näitä prefiksejä voi liittää lähes kaikkiin SI-yksiköihin (esim. km, mg, µm, MHz).
Kirjoitustavat ja käytännön säännöt
- Käytä aina välilyöntiä luvun ja yksikön välissä (esim. 20 km, 5 kg). Poikkeuksena on prosenttimerkki ja asteet °C/°F, joissa yleensä ei ole välilyöntiä ennen merkkiä.
- Yksikkösymbolit ovat muotoilultaan normaalia fonttia, eivät kursiivilla. Yksikköjen nimet kirjoitetaan kokonaan (kuten "metri") pienellä alkukirjaimella, paitsi jos nimi on lauseen alussa.
- Symbolit kirjoitetaan pienellä kirjaimella, elleivät ne perustu henkilön nimeen (esim. Pa = pascal, N = newton).
- Yksikkösymbolia ei taivuteta (esim. oikea muoto: 5 kg, ei 5 kgs).
- Jakaminen voidaan ilmaista jakoviivalla (m/s) tai eksponentilla (m·s-1), ja kertominen mielellään keskimmäisellä pisteellä (·) tai välilyönnillä yhdyssymbolina.
- Desimaalierotin riippuu kieli- ja aluekäytännöstä; Suomessa käytetään yleisesti pilkkua (esim. 3,14), mutta piste on myös yleisesti hyväksytty kansainvälisissä tieteellisissä julkaisuissa.
Käyttö, hallinnointi ja edut
SI-järjestelmän ylläpidosta vastaa kansainvälinen mittabüro (BIPM) ja siihen liittyvät konferenssit (CGPM). SI:n yhtenäiset määritelmät takaavat, että mittaukset ovat vertailukelpoisia kansainvälisesti ja eri tieteenalojen välillä. SI:n edut ovat selkeät:
- Yhtenäisyys ja vertailtavuus eri maat, teollisuudenalat ja tieteet huomioiden.
- Helppo laajennettavuus perusyksiköistä johdannaisyksiköihin ja prefikseihin.
- Pysyvyys ja tarkkuus, erityisesti sen jälkeen, kun perusyksiköt sidottiin luonnonvakioihin (2019).
Käytännön esimerkkejä
- Auton nopeus: 90 km/h (kilometriä tunnissa) — kilometrin etuliitteenä käytetään kilo.
- Pullon tilavuus: 0,5 l (litra on SI-johdannaisyksikkö, 1 l = 10-3 m3).
- Jännite akussa: 12 V (voltti).
SI on näin ollen maailmanlaajuisesti tunnustettu järjestelmä, joka tukee tieteellistä tutkimusta, kaupankäyntiä ja päivittäisiä mittauksia. Vaikka tietyissä maissa käytetään edelleen myös muita yksiköitä, SI on vakiinnuttanut asemansa kansainvälisenä standardina.

Seitsemän SI-perusyksikön määritelmän väliset yhteydet. Ylhäältä vastapäivään: sekunti (aika), metri (pituus), ampeeri (sähkövirta), kelvin (lämpötila), kandela (valovoima), mooli (aineen määrä) ja kilogramma (massa).
Historia ja käyttö
Metrijärjestelmä luotiin Ranskassa Ranskan vallankumouksen jälkeen vuonna 1789. Alkuperäisessä järjestelmässä oli vain kaksi vakioyksikköä, kilogramma ja metri. Metrijärjestelmästä tuli suosittu tiedemiesten keskuudessa.
1860-luvulla James Clerk Maxwell ja William Thomson (joka myöhemmin tunnettiin nimellä Lordi Kelvin) ehdottivat järjestelmää, jossa oli kolme perusyksikköä - pituus, massa ja aika. Muut yksiköt johdettaisiin näistä kolmesta perusyksiköstä. Myöhemmin tämän ehdotuksen pohjalta luotiin senttimetri-gramma-sekunti-yksikköjärjestelmä (CGS), jossa pituuden perusyksikkönä käytettiin senttimetriä, massan perusyksikkönä grammaa ja ajan perusyksikkönä sekuntia. Lisäksi siihen lisättiin dyyni voiman perusyksiköksi ja erg energian perusyksiköksi.
Kun tiedemiehet tutkivat sähköä ja magnetismia, he ymmärsivät, että näiden aiheiden kuvaamiseen tarvittiin muita perusyksiköitä. 1900-luvun puoliväliin mennessä metrijärjestelmästä käytettiin monia eri versioita. Tämä oli hyvin hämmentävää.
Vuonna 1954 yhdeksäs yleinen paino- ja mittakonferenssi (CGPM) loi ensimmäisen version kansainvälisestä yksikköjärjestelmästä. Käytetyt kuusi perusyksikköä olivat metri, kilogramma, sekunti, ampeeri, kelvin ja kandela. Seitsemäs perusyksikkö, mooli, lisättiin vuonna 1971.
SI-järjestelmää käytetään nykyään lähes kaikkialla maailmassa lukuun ottamatta Yhdysvaltoja, Liberiaa ja Myanmaria, joissa käytetään edelleen laajalti vanhoja keisarillisia yksiköitä. Muut maat, joista useimmat ovat historiallisesti sidoksissa brittiläiseen imperiumiin, korvaavat hitaasti vanhan keisarillisen järjestelmän metrijärjestelmällä tai käyttävät molempia järjestelmiä samanaikaisesti.
Mittayksiköt
Perusyksiköt
SI-perusyksiköt ovat mittayksikköjä, joita tutkijat ja muut ihmiset ympäri maailmaa käyttävät. Kaikki muut yksiköt voidaan kirjoittaa yhdistelemällä näitä seitsemää perusyksikköä eri tavoin. Näitä muita yksiköitä kutsutaan "johdetuiksi yksiköiksi".
| SI-perusyksiköt | ||||
| Yksikön | Yksikön | Mitta | Määrä | Määritelmä |
| s | T | aika |
| |
| metri | m | L |
| |
| kg | M | massa |
| |
| ampeeri | A | I | sähkövirta |
|
| kelvin | K | Θ | termodynaaminen |
|
| mole | mol | N |
|
|
| candela | cd | J | valovoima |
Huomautus: sekä vanha että uusi määritelmä vastaa suunnilleen valaanrasvakynttilän valovoimaa, joka palaa vaatimattoman kirkkaasti. 1800-luvun lopulla sitä kutsuttiin "kynttilätehoksi" tai "kynttiläksi". |
| Huomautukset
Seuraavat viranomaiset ovat laatineet edellä olevassa taulukossa esitetyt eri perusyksiköiden ensisijaiset määritelmät: · FG = Ranskan hallitus · IEC = Kansainvälinen sähkötekninen komissio · ICAW = Kansainvälinen atomipainokomitea. Kaikki muut määritelmät perustuvat joko CGPM:n tai CIPM:n päätöslauselmiin, ja ne on lueteltu SI-esitteessä. | ||||
Johdetut yksiköt
Johdetut yksiköt luodaan yhdistämällä perusyksiköt. Perusyksiköt voidaan jakaa, kertoa tai korottaa potensseiksi. Joillakin johdetuilla yksiköillä on erikoisnimet. Yleensä ne on luotu laskutoimitusten yksinkertaistamiseksi.
| SI-perusyksiköistä johdetut nimetyt yksiköt | ||||
| Nimi | Määrä | Määritelmä | Määritelmä | |
| radiaani | rad | tasokulma | - | |
| sr | avaruuskulma | - | ||
| hertz | Hz | s −1 | ||
| newton | N | voima, paino | m⋅kg⋅s −2 | |
| Pascal | Pa | paine, stressi | N/m 2 | m−1 ⋅kg⋅s −2 |
| joule | J | energia, työ, lämpö | N⋅m | m2 ⋅kg⋅s −2 |
| watti | W | teho, säteilyvirta | J/s | m2 ⋅kg⋅s −3 |
| C | sähkövaraus | s⋅A | ||
| V | jännite, sähköinen potentiaaliero, sähkömotorinen voima. | W/A | m2 ⋅kg⋅s−3 ⋅A −1 | |
| farad | F | sähköinen kapasitanssi | C/V | m−2 ⋅kg−1 ⋅s4 ⋅A 2 |
| ohm | Ω | sähkövastus, impedanssi, reaktanssi | V/A | m2 ⋅kg⋅s−3 ⋅A −2 |
| siemens | S | sähkönjohtavuus | 1/Ω | m−2 ⋅kg−1 ⋅s3 ⋅A 2 |
| weber | Wb | J/A | m2 ⋅kg⋅s−2 ⋅A −1 | |
| Tesla | T | magneettikentän voimakkuus | Wb/m2 | kg⋅s−2 ⋅A −1 |
| Henry | H | Wb/A | m2 ⋅kg⋅s−2 ⋅A −2 | |
| °C | lämpötila suhteessa 273,15 K | TK - 273.15 | K | |
| lumen | lm | valovirta | cd⋅sr | cd |
| lux | lx | valaistusvoimakkuus | lm/m 2 | m−2 ⋅cd |
| Bq | radioaktiivisuus (hajoaa aikayksikköä kohti) | s −1 | ||
| harmaa | Gy | absorboitunut annos (ionisoivasta säteilystä) | J/kg | m2 ⋅s −2 |
| sievert | Sv | ekvivalenttiannos (ionisoivasta säteilystä) | J/kg | m2 ⋅s −2 |
| katal | kat | katalyyttinen aktiivisuus | s−1 ⋅mol | |
Etuliitteet
Hyvin suuret tai hyvin pienet mittaukset voidaan kirjoittaa etuliitteitä käyttäen. Etuliitteet lisätään yksikön alkuun uuden yksikön muodostamiseksi. Esimerkiksi etuliite kilo- tarkoittaa "1000" kertaa alkuperäistä yksikköä ja etuliite milli- tarkoittaa "0,001" kertaa alkuperäistä yksikköä. Yksi kilometri on siis 1000 metriä ja yksi milligramma on gramman tuhannesosa.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- ↑ Ennen vuotta 1960 käyttöön otetut etuliitteet olivat olemassa jo ennen SI-järjestelmää. Vuonna 1873 otettiin käyttöön CGS-järjestelmä.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on kansainvälinen yksikköjärjestelmä?
V: Kansainvälinen mittayksikköjärjestelmä on metrijärjestelmän nykyaikainen standardimuoto. Se on mittausjärjestelmä, joka perustuu seitsemään perusyksikköön, joita voidaan käyttää yhdessä toistensa kanssa SI-johdannaisyksiköiden muodostamiseksi.
K: Mitä SI tarkoittaa?
V: SI on lyhenne sanoista Systטme International d'unitיs (kansainvälinen yksikköjärjestelmä), joka on ranskankielinen nimi kansainväliselle yksikköjärjestelmälle.
K: Mitkä ovat kansainvälisen yksikköjärjestelmän 7 perusyksikköä?
V: Kansainvälisen yksikköjärjestelmän 7 perusyksikköä ovat metri (pituus), kilogramma (massa), sekunti (aika), ampeeri (sähkövirta), kelvin (lämpötila), mooli (määrä) ja kandela (kirkkaus).
Kysymys: Kuinka moni maa käyttää SI-järjestelmää virallisena mittajärjestelmänä?
V: Lähes kaikki maat käyttävät SI-järjestelmää virallisena mittajärjestelmänä, vain Myanmar, Liberia ja Yhdysvallat eivät käytä sitä virallisesti.
K: Käytetäänkö SI-järjestelmää yleisesti tieteessä ja lääketieteessä, vaikka se ei ole virallinen järjestelmä joissakin maissa?
V: Kyllä, vaikka se ei ole virallinen järjestelmä joissakin maissa, kuten Myanmarissa, Liberiassa ja Yhdysvalloissa, SI-järjestelmää käytetään yleisesti tieteessä ja lääketieteessä.
K: Onko olemassa muita suureita, joita voidaan kuvata yhdistelemällä näitä perusyksiköitä?
V: Kyllä, näitä perusyksiköitä yhdistelemällä voidaan luoda johdettuja yksiköitä, joita voidaan käyttää kuvaamaan muita suureita, kuten tilavuutta, energiaa, painetta ja nopeutta.
K: Minkälaisia mittauksia tämä järjestelmä kattaa?
V: Tämä järjestelmä kattaa mittaukset, jotka liittyvät pituuteen , massaan , aikaan , sähkövirtaan , lämpötilaan , määrään ja kirkkauteen .
Etsiä