国际单位制

贡献者： addis; int256

　　¹国际单位制（SI Units）是一套国际通用的单位标准。

　　 本文采用 2019 年 5 月 20 日开始生效的新国际单位标准，该标准中的数值也被称为 2018 CODATA 推荐值。CODATA 是科学技术数据委员会（Committee on Data for Science and Technology）的简称。在新标准中，所有基本单位都可以通过 7 个预定义的物理常数来测定（表 1 ）。以下的数值除了有特殊说明，都是精确值（无限位小数用省略号表示），不存在误差。

　　 国际单位中有 7 个基本单位，分别是秒（s），米（m），千克（kg），安培（A），开尔文（K），摩尔（mol），坎德拉（cd）。其他单位都是导出单位，可以用基本单位表示。

时间：秒（s）

　　 一秒等于铯（Cs）原子 133 基态的超精细能级之间的跃迁辐射的电磁波周期的 $9,192,631,770$ 倍。

　　 说明：我们知道原子中的电子具有不同的能级，当电子从一个能级跃迁到一个更低的能级时，会放出一个光子。光子的频率为 $\nu = \varepsilon /h$， 其中 $\varepsilon $ 是光子的能量，$h$ 为普朗克常数。

长度：米（m）

　　 真空中，光在 $1/299792458$ 秒内传播的距离。

　　 说明：由于真空中的光速是物质和信息能传播的最快速度（见狭义相对论相关内容），且在任何参考系中都相同，所以可以作为一个精确的标准。结合秒的定义，就可以通过实验得到一米的长度。根据米的定义，一秒中光可以在真空中传播

质量：千克（kg）

　　 千克的定义需要使得普朗克常数精确等于 $h = 6.62607015\times10^{-34} \,\mathrm{Js} $。

　　 说明：2019 年 5 月开始，千克根据普朗克常数定义（见量子力学相关内容）。这个定义可以类比 “米” 的定义（使光速精确地等于 $299792459 \,\mathrm{m/s} $）：$h$ 的单位 $ \,\mathrm{Js} $ 也可以表示为 $ \,\mathrm{kg\cdot m^2/s} $，我们已经定义了 “米” 和 “秒”，所以通过测量普朗克常数，我们就可以定义千克。

　　 历史上，千克最初在 1795 年被定义为一升水的质量，但在实际操作中会遇到许多困难使结果不太精确。1799 年使用国际公斤原器的质量来定义，并复制若干份分别存放，但经过长时间后被发现和复制品存在细微误差。

力：牛顿（N）

　　 等效于 $ \,\mathrm{kg \cdot m s^{-2}} $。等于使 $1 \,\mathrm{kg} $ 物体获得 $1 \,\mathrm{m/s^2} $ 加速度的力。

　　 说明：该定义符合牛顿第二定律（式 2 ）。

压强：帕斯卡（Pa）

　　 使 $1 \,\mathrm{m^2} $ 面积受力为 $1 \,\mathrm{N} $ 的压强。

能量：焦耳（J）

　　 等效于 $ \,\mathrm{kg\cdot ms^{-2}} $。$1 \,\mathrm{N} $ 的恒力将受力物体沿力的方向移动 $1 \,\mathrm{m} $，做功为 $1 \,\mathrm{J} $。

电荷：库仑（C）

　　 定义每个电子的电荷精确等于 $1.602176634 \times 10^{-19} \,\mathrm{C} $。$ \,\mathrm{C} = \,\mathrm{A\cdot s} $。

电势/电压：伏特（V）

　　 等效于 $ \,\mathrm{J/C} $ 或者 $ \,\mathrm{kg\cdot m^2 s^{-3} A^{-1}} $。伏特的定义使得 $1 \,\mathrm{C} $ 的电荷增加 $1 \,\mathrm{V} $ 电势，需要 $1 \,\mathrm{J} $ 的能量。

电场强度

　　 单位是 $ \,\mathrm{V/m} $ 或 $ \,\mathrm{N/C} $ 或 $ \,\mathrm{m\cdot kg \cdot s^{-3} A^{-1}} $。

电容：法拉（F）

　　 等效于 $C/V$ 或者 $ \,\mathrm{s^4 m^{-2} kg^{-1} A^2} $。法拉是电容量的单位，一个 $1 \,\mathrm{F} $ 的电容器两端施加 $1 \,\mathrm{V} $ 电压，可以储存 $1 \,\mathrm{C} $ 净电荷。

电容率

　　 单位 $ \,\mathrm{F/m} $ 或者 $ \,\mathrm{s^4 m^{-3} kg^{-1} A^2} $。

电流：安培（A）

　　 流过导体某一横截面的电荷量与所用时间之比。等效于 $ \,\mathrm{C \cdot s^{-1}} $。

磁场：特斯拉（T）

　　 等效于 $ \,\mathrm{kg\cdot A^{-1}s^{-2}} $。可以由洛伦兹力（式 1 ）或安培力（式 1 ）来定义。

电感：亨利（H）

　　 等效于 $ \,\mathrm{s^{-2}m^2 kg \cdot A^{-2}} $。

　　 用感生电动势来定义电感单位亨利：电流以每秒 $1$ 安培的节奏变化（$1 \,\mathrm{A} \cdot \,\mathrm{s} ^{-1}$），如果在电感上产生的感应电动势的电压是 $1 \,\mathrm{V} $，这种电感就是 $1 \,\mathrm{H} $。

磁导率

　　 单位 $ \,\mathrm{H/m} $ 或者 $ \,\mathrm{s^{-2} m \cdot kg \cdot A^{-2}} $。

　　 磁导率是某种磁介质中磁感应强度 $B$ 与磁场强度 $H$ 之比，一般用符号 $\mu$ 表示，即 $\mu=B/H$。

温度：开尔文（K）

　　 开尔文温度的定义应该使得玻尔兹曼常数精确等于

1. ^ 参考 Wikipedia 相关页面。