SI-mértékegységrendszer

A Nemzetközi Mértékegységrendszer, röviden SI (Système International d’Unités) modern, nemzetközileg elfogadott mértékegységrendszer, amely néhány kiválasztott mértékegységen, illetve a 10 hatványain alapul.

Az SI-mértékegységrendszert a 11. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia (Conférence Générale des Poids et Mesures, CGPM) 1960-ban fogadta el.^[1]

Az 1960 előtti, nemzetközileg is elfogadott mértékegységrendszert MKSA-nak nevezték, amely a méter, a kilogramm, a másodperc (secundum) és az amper mértékegységeken alapult, nevét ezek kezdőbetűiből alkották. Ezt egészítették ki később (1948-ban) három alapmértékegységgel: az erő (newton), az energia (joule) és a teljesítmény (watt) egységekkel.

A mértékegységek rendszerét az alapegységek, a kiegészítő egységek és a velük leírható származtatott egységek alkotják.

A mértékegységek nagyságrendjét a prefixumok (előtagok) adják meg.

A Magyar Népköztársaságban már 1960-tól az SI figyelembevételével készült kormányrendelet (50/1960. Korm. sz.) szabályozta a mértékegységek használatát. 1972-ben megjelent az MSZ 4900 „Fizikai mennyiségek neve, jele és mértékegysége” című magyar szabvány, amely teljes egészében a nemzetközi mértékegységrendszert használta, de kötelező használatát nem írta elő. 1976-ban kiadták a 8/1976.(IV. 27) MT. sz. minisztertanácsi rendeletet, amely már előírta az SI rendszerre való kötelező áttérést. Ez a rendelet az SI kizárólagos, kötelező használatát (azaz más mértékegységek használatának tilalmát) 1980. január 1-jétől írta elő. A Magyar Köztársaság országgyűlése az 1991. évi XLV. törvény 1. mellékletében ismét meghatározta a szabványos magyar mértékegységrendszer alapjait, az 1976 óta ismertté vált tudományos eredmények figyelembevételével. Jelenleg ez az idevágó joghatályos előírás. Az SI-mértékegységrendszer továbbfejlesztése a Mennyiségek Nemzetközi Rendszere, ez gondolkodásmódjában eltérő, de az SI valamennyi mértékegysége változatlan értelmezésű maradt.

A nemzetközi rendszer mértékegységeket és prefixumokat tartalmaz. Az SI-mértékegységeket két részre lehet osztani. Hét SI-alapegység van, melyekkel a többi származtatott egységet lehet létrehozni. Az SI-mértékegységeken kívül több nem SI-mértékegység is használatos az SI-vel összhangban.^[2]

További információk mértékegység neve, jele ...

SI-alapegységek
mértékegység neve	jele	mennyiség neve	mennyiség jele
méter	m	hossz	l (kis L)
kilogramm^{[* 1]}	kg	tömeg	m
másodperc	s	idő	t
amper	A	elektromos áramerősség	I (nagy i)
kelvin	K	abszolút hőmérséklet	T
mól	mol	anyagmennyiség	n
kandela	cd	fényerősség	I_v

Bezárás

SI-prefixumokat lehet hozzátenni a mértékegységekhez, hogy így osztó, vagy szorzó (kisebb, vagy nagyobb) mértékegységhez jussunk. Mindegyik prefixum a 10 hatványa. Például a kilo- ezerszerest, a milli- ezredrésznyit jelent, így ezer milliméter egy méter és ezer méter egy kilométer. A prefixumokat nem lehet többszörösen alkalmazni: a kilogramm milliomod része milligramm és nem mikrokilogramm. Érdekes mértékegységek találhatóak a Sulineten.^[4] Mértékegységek és letölthető átváltó (Műszaki portál)^[5]

Megjegyzés

[* 1]
Sajátos helyzet áll fenn a tömeg mértékegysége esetében. Maga a mértékegység a gramm, amely durván 1 cm³ tiszta, hideg víz tömege, jele g és a prefixumokat ez elé kell illeszteni. A tömeg SI-alapegysége viszont a kilogramm, amely a nevének megfelelően pontosan 1000 grammot jelent. Az SI-rendszer megalkotói a tömeg alapegységét a Sèvres-ben gondosan őrzött etalon tömegeként definiálták, és magát a grammot is ebből kell visszaszármaztatni. Ezt a furcsa helyzetet a köztársasági politikai helyzet idézte elő 1795-ben.^[3] A név eredetileg a grave volt, de ez a szó rosszul hangzott a forradalmárok számára, mert a német Graf szóra emlékeztetett. 2018 novembere óta már a kilogramm definíciója is természeti állandón alapul.

Előtagok (prefixumok)

A BIPM és a NIST által közreadott lista:^[6]^[7]

További információk Előtag, Jele ...

**SI előtagok**
Előtag	Jele	Szorzó
Előtag	Jele	hatvánnyal	számnévvel
quetta-	Q	10³⁰	kvintillió
ronna-	R	10²⁷	kvadrilliárd
yotta-	Y	10²⁴	kvadrillió
zetta-	Z	10²¹	trilliárd
exa-	E	10¹⁸	trillió
peta-	P	10¹⁵	billiárd
tera-	T	10¹²	billió
giga-	G	10⁹	milliárd
mega-	M	10⁶	millió
kilo-	k	10³	ezer
hekto-	h	10²	száz
deka-	da (dk)	10¹	tíz
–	–	10⁰	egy
deci-	d	10⁻¹	tized
centi-	c	10⁻²	század
milli-	m	10⁻³	ezred
mikro-	µ	10⁻⁶	milliomod
nano-	n	10⁻⁹	milliárdod
piko-	p	10⁻¹²	billiomod
femto-	f	10⁻¹⁵	billiárdod
atto-	a	10⁻¹⁸	trilliomod
zepto-	z	10⁻²¹	trilliárdod
yokto-	y	10⁻²⁴	kvadrilliomod
ronto-	r	10⁻²⁷	kvadrilliárdod
quecto-	q	10⁻³⁰	kvintilliomod

Bezárás

A magyar mérésügyi törvény csak egyes kiemelt esetekben engedélyezi a hekto, deka, deci, centi előtagokat, mint például a deciliter, vagy dekagramm esetében (a tíz hatványkitevője nem többszöröse a háromnak).

Koherencia

A mértékegységrendszer koherenciája azt jelenti, hogy a rendszerhez tartozó egységeket korlátozás nélkül átszámíthatjuk egymásba, és a számításoknál együtthatókat, vagy matematikai függvényeket nem kell alkalmazni. Valamennyi mértékegység az alapvető mértékegységekből szorzás, vagy hatványozás műveletével levezethető. A kifejezés a kohézió (összetartozás) szóból származik. Rövid meghatározása a MKEH honlapján található.^[8]

Az SI koherenciáját sértő mennyiségek:

a vákuum permeabilitásának értékében szerepel a $4\pi$ .
a Planck-állandó és a Dirac-állandó közötti átszámításban szerepel a $2\pi$ .
a prefixumok valójában együtthatóként viselkednek, ezért a prefixumos mértékegységek nem koherens SI-mértékegységek:^[9] „Ezek előnyösek abból a célból, hogy kifejezhessük olyan mennyiségek mérőszámát, amelyek vagy túl nagyok, vagy túlságosan kicsik a koherens mértékegységhez képest.” Ugyanott: „Bár a prefixumokat az SI-mértékegységeivel együtt használjuk, az eredményül kapott egységek nem koherensek többé, mivel a származtatott egységhez illesztett prefixum valójában együtthatóként viselkedik.”
A prefixumok közt is kifejezetten magyar jelenség a deka „dk”-val való jelölése a nemzetközileg elfogadott „da” helyett. Jellemzően tömeg-mértékegységként „dkg” formában fordul elő, jelentése összetett szóalkotás: deka-gramm. Ez a mértékegység először – hivatalosan – az 1907. évi V. törvénycikkben jelenik meg: „A kilogramm századrésze, dekagramm elnevezéssel, jelzése: dkg”. A jelenleg hatályos 1991. évi XLV. törvény határozottan csak a „da” prefixumot tekinti érvényesnek a deka kifejezésére. A deka a görög tíz számnévből származik.
Az SI által elfogadott, nem koherens mértékegységek: a csillagászati egység, a km/h, az óra, a nap, a perc, a szögfok, szögperc és szögmásodperc, az elektronvolt, a kWh, a var, a hektár, a neper, a bel (dB), a liter, a tonna és a bar.

A 24. általános Súly- és Mértékügyi Konferencia 2011. október 16-22. között jelentős döntéseket hozott a nemzetközi mértékegységrendszerrel kapcsolatban. A határozat szerint a mértékegységeket általános fizikai állandókkal fogják definiálni.^[10] Hét általános természeti állandó értékét rögzítik 2018-ban. Ezek közül kettő már korábban is mérési bizonytalanság nélkül rögzített értékű volt:

a cézium-133 által kibocsátott fény frekvenciája

\nu =9\,192\,631\,770\,{\mbox{Hz}}

,

a fény sebessége

c=299\,792\,458\,{\frac {\mbox{m}}{\mbox{s}}}

.

A 2018. november 13-16. között Versailles-ban megtartott 26. általános Súly- és Mértékügyi Konferencia határozata szerint a további öt természeti állandó értéke:^[11]

a Planck-állandó,

h=6{,}626\,070\,15\cdot 10^{-34}\,{\mbox{Js}}

az elemi töltés,

e=1{,}602\,176\,634\cdot 10^{-19}\,{\mbox{C}}

a Boltzmann-állandó,

k=1{,}380\,649\cdot 10^{-23}\,{\frac {\mbox{J}}{\mbox{K}}}

az Avogadro-állandó,

N_{\mathrm {A} }=6{,}022\,140\,76\cdot 10^{23}\,{\frac {\mbox{1}}{\mbox{mol}}}

a spektrális fényhasznosítás értéke az

540\cdot 10^{12}\,{\mbox{Hz}}

frekvenciájú monokromatikus sugárzás esetén

683\,{\frac {\mbox{lm}}{\mbox{W}}}

Ennek megfelelően a másodperc és a méter definíciója lényegében nem, de a kilogramm és vele összefüggésben a többi alapmértékegység definíciója alapvetően megváltozik.

a másodpercet a cézium-133 sugárzása,

a métert a fény sebessége,

a kilogrammot a Planck-állandó,

az ampert az elemi töltés értéke,

a kelvint a Boltzmann-állandó,

a mól mértékegységet az Avogadro-állandó,

a kandelát a spektrális fényhasznosítás maximális értéke alapján definiálják.

A mértékegységek definíciója nem változtatja meg jelentősen az értéküket, de megbízhatóbbá teszi az értéküket. A víz hármaspontja termodinamikai hőmérsékletének változása például kisebb lesz 0,25 mK-nél.

A változtatások következményeként az eddiginél nagyobb eltérés lesz majd a definíció és a valóságos mérés között. A kilogramm számára két mérési eljárást versenyeztettek: a szilícium-gömbbel történő, illetve a Watt-mérleggel történő meghatározást. Ez utóbbi a Josephson-állandó és a van Klizting-állandó alapján, feszültség- és árammérés útján történik. A definíció viszont a Planck-állandóra épül (az anyag–energia ekvivalencia képletére)

A Watt-mérleggel végzett mérések mérési bizonytalanságát 2011 októberére sikerült a 10⁻⁸ érték alá szorítani a NIST, az NPL és a BIPM laboratóriumaiban.

A 26. általános Súly- és Mértékügyi Konferencia határozatának megfelelően a mértékegységek új definíciója, az új SI 2019. május 20-án lépett életbe.^[12]

Planck-egységek a részecskefizika eredményeit felhasználva az ott előforduló számításokat nagyban egyszerűsítik.
CGS-mértékegységrendszer: Korábban Európában használatos mértékegységrendszer, amely a centiméter, a gramm és a másodperc (secundum) mértékegységeken alapult. Az MKSA, majd az SI-mértékegységrendszer elterjedése teljesen kiszorította a műszaki gyakorlatból.
Műszaki–technikai mértékegységrendszer: alapmennyiségként a tömeg helyett az erőt használta. Nem szabványosították, a mérnöki gyakorlatban mégis hosszú ideig használták. Utolsó maradványa a jelenleg is használatos ata („atmoszféra”)
Brit mértékegységrendszer (Imperial Unit System): A Brit Birodalomban és gyarmatain, majd a Brit Nemzetközösség államaiban elterjedten használt hagyományos mértékegységrendszer. Tömegegysége a font (libra, lb); hosszegysége a láb (foot, ft), illetve ezek változatos, nem-decimális törtrészei, többszörösei és leszármaztatott egységei. Energiaegysége a brit hőegység (British Thermal Unit, BTU). Míg az 1970-es években Nagy-Britannia áttért a nemzetközi SI-mértékegységrendszerre, az Amerikai Egyesült Államok megtartotta a hagyományos brit mértékrendszert, emiatt több, korábbi brit nemzetközösségi állam sem tért át az SI-re (Ausztrália, Japán, egyes anglofil arab államok stb.).^[13] Az Egyesült Államok Szövetségi Törvénye felmentést ad a méterrendszer használata alól, ha az kereskedelmi szempontból előnytelen,^[14]^[15] így törvényesen is fennáll az a kettősség, hogy a hétköznapi életben a hagyományos mértékegységeket használják, míg a tudományos életben következetesen a méterrendszert.

A mennyiségérték a számérték és a mértékegység szorzata. Írásukra angolszász nyelvterületen következő szabályok vonatkoznak:^[16]

1. A számérték utolsó számjegye és az egység jele között egy betűhelyet (space) kell hagyni, pl.