物理学七大基本单位

物理学基本单位

长度：米

国际单位制的长度单位“米”(meter,metre)起源于法国。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四千万分之一作为长度单位──米，1791年获法国国会批准。为了制造出表征米的量值的基准器，在法国天文学家捷梁布尔和密伸的领导下，于1792～1799年，对法国敦克尔克至西班牙的巴塞罗那进行了测量。1799年根据测量结果制成一根3．5毫米×25毫米短形截面的铂杆(platinum metre bar)，以此杆两端之间的距离定为1米，并交法国档案局保管，所以也称为“档案米”。这就是最早的米定义。由于档案米的变形情况严重，于是，1872年放弃了“档案米”的米定义，而以铂依合金（90％的铂和10％的铱）制造的米原器作为长度的单位。米原器是根据“档案米”的长度制造的，当时共制出了31只，截面近似呈X形，把档案米的长度以两条宽度为6～8微米的刻线刻在尺子的凹槽（中性面）上。1889年在第一次国际计量大会上，把经国际计量局鉴定的第6号米原器（31只米原器中在0℃时最接近档案米的长度的一只）选作国际米原器，并作为世界上最有权威的长度基准器保存在巴黎国际计量局的地下室中，其余的尺子作为副尺分发给与会各国。规定在周围空气温度为0℃时，米原器两端中间刻线之间的距离为1米。1927年第七届国际计量大会又对米定义作了严格的规定，除温度要求外，还提出了米原器须保存在1标准大气压下，并对其放置方法作出了具体规定。

但是使用米原器作为米的客观标准也存在很多缺点，如材料变形；测量精度不高（只能达0．1μm）。很难满足计量学和其他精密测量的需要。另外，万一米原器损坏，复制将无所依据，特别是复制品很难保证与原器完全一致，给各国使用带来了困难。因此，采用自然量值作为单位基准器的设想一直为人们所向往。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标准，即以光波波长作为长度单位的自然基准。

1960年第十一届国际计量大会对米的定义作了如下更改：“米的长度等于氪－86原子的2P10和5d1能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763．73倍”。这一自然基准，性能稳定，没有变形问题，容易复现，而且具有很高的复现精度。我国于1963年也建立了氪－86同位素长度基准。米的定义更改后，国际米原器仍按原规定保存在国际计量局。

随着科学技术的进步，70年代以来，对时间和光速的测定，都达到了很高的精确度。因此，

1983年10月在巴黎召开的第十七届国际计量大会上又通过了米的新定义：“米是1／299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度”。这样，基于光谱线波长的米的定义就被新的米定义所替代了。

时间：秒

本来，时被分为60分，分又分割为60秒。在有些语系中，像是波兰语（tercja）和阿拉伯语（?????），秒也以60进位制被再细分，但在现代，都是以十进制法来细分小数点以下的时间。

六十进位制来自巴比伦，她们以六十这个因素做为计算数量的单位。但是巴比伦人并没有将时分割为60分，而是古埃及将一日分为12时的白天和12时的夜晚，她们也这样子来区分四季。古希腊天文学家，包括希巴谷和托勒密，定义太阳日的24分之一为时。以六十进制细分时，使得秒是一太阳日的86,400分之一。此处虽然如此表示，但很难相信古希腊人需要定义秒[来源请求]古希腊的时间周期，像是平朔望月定义得非常精确，因为他们不是观察单一的朔望月，而是以相距数百年的食来测量朔望月的平均长度（日数）。不过，发展出摆钟来保持平时（相对于日晷所显示的视时），使得秒成为可测量的时间单位。秒摆的摆长在1660年被伦敦皇家学会提出作为长度的单位，在地球表面，摆长约一米的单摆，一次摆动或是半周期（没有反复的一次摆动）的时间大约是一秒。

在1956年，秒被以特定历元下的地球公转周期来定义，因为当时天文学家知道地球在自转轴上的自转不够稳定，不足以作为时间的标准。纽康的太阳表以1900年的暦元描述太阳的运动，所依据的是1750年至1892年的观测。In 1956.秒的定义如下：

自历书时1900年1月0日12时起算的回归年的31,556,925.9747分之一为一秒

在1960年，这个定义由第十一次的国际度量衡会议通过。虽然这个定义中的回归年的长度不能进行实测，但可以经由线性关系的平回归年的算式推导，因此，有一个具体的瞬时回归年长度可以参考。因为秒是用于大半个20世纪太阳和月球的星历表中的独立时间变量（纽康的太阳表从1900年使用至1983年，布朗的月球表从1920年使用至1983年），因此这个秒被称为历书秒。

随着原子钟的发展，秒的定义决定改采用原子时做为新的定义基准，而不再采用地球公转太阳定义的历书秒。

经过多年的努力，英国国家实验室的路易斯·埃森和美国海军天文台的威廉·马克维兹测量出铯原子的超精细跃迁周期和暦书秒的关系。使用过去普通的测量方法，接收来自无线电

台、WWV的讯号，使用一个原子钟来测量时间，他们确定了月球相对于地球的轨道运动，也推断出太阳表面可能有相对于地球的运动。结果，在1967年的第13届国际度量衡会议上决定以原子时定义的秒作为时间的国际标准单位：铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。

在70年代体认到重力时间膨胀会导致在不同高度的原子钟有不同的秒，因此每个原子钟都必须改正为在平均海平面的高度，以取得一致的秒（大地水平面的自转约改变×10?10的秒长，在1977年开始修正并且在1980年已经制度化了。）。用相对论的术语来说，秒被定义成在转动的大地水平面上原时。

在1977年，在BIPM的会议中又重新定义，加进了新的陈述：

This definition refers to a caesium atom at rest at a temperature of 0 K.

修正过的定义似乎暗示理想的原子钟将只有静止的一个铯原子发射出单一的频率。在实务上，无论如何，这个定义意味者在那些原子钟之内的运作和外推的数值，

秒的高精密度应该如上所述的考量到周围温度的补偿（黑体辐射）。

质量：千克

国际单位制中米、千克、秒制的质量单位，也是国际单位制的7个基本单位之一。法国大革命后，由法国科学院制定。原计划制作的是新颁布的质量的主单位——克的标准器，但因为当时工艺和测量技术所限，故制作了质量是克的1000倍的标准器，即千克标准原器——这也是国际单位制中质量单位是千克而不是克的原因。最初的定义和长度单位有关；1791年规定：1立方分米的纯水在4℃时的质量，并用铂铱合金制成原器，保存在巴黎，后称国际千克原器。1901年第3届国际计量大会规定：千克是质量(而非重量)的单位，等于国际千克原器的质量。千克用符号kg表示。千克力是工程技术中常用的计力单位，规定为国际千克原器在纬度45°的海平面上所受的重力。符号为kgf。工程技术书中常把“力”字省略，因此易与质量单位混淆，故上世纪我国曾规定使用重力又称重量，单位是千克力。

2008年04月,位于不伦瑞克的德国国家计量研究院的研究人员表示，他们将采用直径10厘米(4英寸)的纯硅体去界定比现在的千克质量定义更为标准的度量方法。目前，一个质量与千克最接近的铂铱圆柱体，作为国际统一重量单位一直存放在法国巴黎郊外戒备森严的金库内，但是由于消耗与磨损，它的质量正慢慢地减少，基本单位的准确性受到影响，误差越来越大。

新的纯硅体确实十分特殊，耗资200万欧元(约合320万美元)打造。纯硅体合俄罗斯、澳大

利亚和德国科学精英之力，用时五年制造，重量无限接近于一千克，是完美的球体，纯度极高，99.99%的材料是一种称为硅28的硅同位素。德国不伦瑞克的科学家将从现在开始对纯硅体实施数千次实验，以测算制成它的硅原子数量。

电流强度：安培

安培是电流的国际单位，简称为安，符号为A，定义为：在真空中相距为1米的两根无限长平行直导线，通以相等的恒定电流，当每米导线上所受作用力为2×10-7N时，各导线上的电流为1安培。 1安培: 截面每秒通过的电量是1库仑。比安培小的电流可以用毫安、微安等单位表示。1安(A) = 1000毫安(mA) 1毫安(mA) = 1000微安(μA) 在电池上常见的单位为 mAH （毫安·小时），例如500mAH 代表这颗电池能够提供 500mA×1hr = 1800库仑的电子，亦即提供一耗电量为 500mA 的电器使用一小时的电量。此单位是以法国物理学家安德烈-玛丽·安培的名字命名的。

热力学温度：开尔文

开氏温度标度是用一种理想气体来确立的，它的零点被称为绝对零度。根据动力学理论，当温度在绝对零度时，气体分子的动能为零。为了方便起见。开氏温度计的刻度单位与摄氏温度计上的刻度单位相一致，也就是说，开氏温度计上的一度等于摄氏温度计上的一度，水的冰点摄氏温度计为0℃，开氏温度计为273.15°K。

物质的量：摩尔

旧称克分子、克原子.物质的量的单位，符号为 mol。一摩尔任何物质所包含的结构粒子的数目都等于0.０１２ｋｇ^12 C（碳）所包含的碳原子的个数，即6.021367x10^23 个.结构粒CF子。可以是分子、原子、离子、电子或其他粒子，以及这些粒子的特定组合.有时，把一摩尔物质的质量称为该物质的摩尔质量，用符号μ表示.如氢Ｈ２的μ=202x10-3kg。质量F 为Ｍ的物质，Ｍ与μ之比称为该物质的物质的量（又

称摩尔数），＝Ｍμ。例如M=404x10-3kg 氢 H2 的＝２。一摩尔物质所占的体积 Vm，称为摩尔体积.气体的摩尔体积依赖于温度和压强.标准状态下，理想气体的 Vm=2241410L。Fmol-1。固态和液态物质的摩尔体积与温度、压强的关系较小. 摩尔是表示物质的量的单位，每摩尔物质含有阿伏加德罗常数个微粒。根据科学实验的精确测定，知道12g相对原子质量为12的碳中含有的碳原子数约6.02×10^23。

科学上把含有6.02×10^23个微粒的集体作为一个单位，称为摩尔，它是表示物质的量（符号是n）的单位，简称为摩，单位符号是mol。

发光强度：坎德拉

发光强度的单位。代号cd。是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540×10的12次方赫兹的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1／683瓦特每球面度。发光强度单位最初是用蜡烛来定义的，单位为烛光。1948年第九届国际计量大会上决定采用处于铂凝固点温度的黑体作为发光强度的基准，同时定名为坎德拉，曾一度称为新烛光。1967年第十三届国际计量大会又对坎德拉作了更加严密的定义。由于用该定义复现的坎德拉误差较大，1979年第十六届国际计量大会决定采用现行的新定义。

发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写cd。Lcd是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。光源辐射是均匀时，则光强为I=F/Ω，Ω为立体角，单位为球面度（sr）,F为光通量，单位是流明，对于点光源由I=F/4 。光亮度是表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比，单位是坎德拉/平方米。对于一个漫散射面，尽管各个方向的光强和光通量不同，但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏就是近似于这样的漫散射面，所以从各个方向上观看图像，都有相同的亮度感。以下是部分光源的亮度值：单位cd/㎡;

太阳：1.5E+5 ；日光灯：(5—10)E+1;；月光（满月）：2.5E-1;黑白电视机荧光屏：120左右；彩色电视机荧光屏：80左右。

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