מערכת היחידות הבינלאומית

שבע היחידות הבסיסיות

מערכת היחידות הבינלאומית (בצרפתית: Système international d'unités, בקיצור: SI) היא מערכת יחידות מידה רציונלית וקוהרנטית, שנמצאת בשימוש נרחב בפיזיקה ובשאר ענפי המדע. מקורה של מערכת SI במערכת יחידות MKS (מטר-קילוגרם-שנייה) ההיסטורית, שהתפתחה על בסיס מערכת היחידות המטרית. במערכת SI יש שבע יחידות בסיסיות ומגוון יחידות שנגזרות מהיחידות הבסיסיות. בין היחידות הבסיסיות, יחידת המידה לאורך היא המטר; הזמן נמדד בשנייה, והמסה בקילוגרם.

פרט לארצות הברית, מיאנמר (בורמה) וליבריה, כל המדינות בעולם משתמשות ביחידות מדידה על בסיס מטרי, אם כי אנגליה ואזורים מסוימים בקנדה עוד לא השלימו את המעבר (ראו מעבר לשיטה המטרית).

המקור

היחידות השונות נקבעו על ידי ועידות בינלאומיות, אשר אורגנו על ידי הלשכה הבינלאומית למידות ולמשקלות (Bureau international des poids et mesures). השיטה קיבלה את שמה לראשונה בשנת 1960, והתוספת האחרונה הייתה בשנת 1971.

מערכת היחידות SI מורכבת מ־7 יחידות בסיסיות כמו הקילוגרם והמטר. הן משמשות להגדרת יחידות המשנה. כמו כן, SI מגדירה גם את התחיליות השונות המוצמדות ליחידות השונות, לדוגמה: מגה, קילו, מיקרו וכו'.

שיטת הרישום ב־SI

• ראשי תיבות ליחידות נכתבים באות קטנה באנגלית, פרט למקרה שבו היחידה זהה לשמו של אדם מסוים, כמו במקרה של יחידת הלחץ פסקל (Pa), הקרויה על שמו של בלז פסקל. למרות זאת, את היחידה רושמים באות קטנה בהתחלה - pascal. מקרה יוצא דופן נוסף הוא ליטר, אשר ניתן לקצרו באות גדולה או קטנה.
• היחידות נכתבות ביחיד. 30 קילוגרם (kg) ולא קילוגרמים (kgs)
• חייב להיות רווח בין המספרים ליחידות, לדוגמה: $\ 45 \ \mbox{kg}$.
• ב־SI משתמשים במרווחים על מנת להפריד בין ספרותיו של מספר גדול, לדוגמה:234 252 245 - ולא בנקודות או פסיקים, כמו בשיטות אחרות, למשל: 435,908.
• ב־SI פסיק או נקודה עשרונית יפרידו בין מספר שלם לשבר עשרוני. לדוגמה, 45.8. בעולם מקובל הפסיק להפרדת השברים העשרוניים, פרט לארצות דוברות האנגלית, שבהן מקובל להפריד את המספרים בנקודה (בישראל נוהגים על־פי הארצות דוברות האנגלית).

כל המדינות יכולות להשתמש בשיטה זו באופן חוקי. במדינות שאינן משתמשות בה (כמו ארצות הברית ואנגליה) יש טבלאות המראות את הגדלים המקומיים במונחים של יחידות SI. כלל זה נקבע בוועידה ה-11 של הלשכה הבינלאומית למידות ומשקלות.

יחידות בסיסיות

מתוך היחידות הבסיסיות ניתן לגזור את כל היחידות שמשתמשים בהן בפיזיקה. לדוגמה - יחידת המהירות היא מטר לשנייה.

השימוש ביחידות SI הוא טבעי ונפוץ בחלק מענפי הפיזיקה, כמו מכניקה, אך פחות מקובל בענפים אחרים, כגון פיזיקה גרעינית, שבהם קיימות יחידות נוחות יותר שאינן חלק ממערכת SI הבסיסית.

שם היחידה	סמל היחידה	יחידה של	הגדרה
מטר	m	אורך	מטר אחד הוא המרחק שעוברת קרן אור בריק בזמן של 1 חלקי 299,792,458 שניות.
קילוגרם	kg	מסה	קילוגרם אחד הוא המסה של גליל סגסוגת האירידיום והפלטינה אשר שמור בלשכה הבינלאומית למידות ומשקלות. במקור הוגדר הקילוגרם כמסה של דצימטר מעוקב של מים מזוקקים בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס ובלחץ של אטמוספירה אחת.
שנייה	s	זמן	שנייה אחת היא הזמן שעובר ב-9 192 631 770 מחזורי קרינה אשר מראים מעבר בין שתי רמות אנרגיה באיזוטופ צסיום 133 (Cs).
אמפר	A	זרם חשמלי	אמפר אחד הוא עוצמת זרם קבועה, אשר אם יזרום בשני מוליכים מקבילים וישרים בעלי אורך אינסופי וחתך זניח אשר מונחים במרחק של מטר אחד מהשני בריק, יפיק כח של 2x10-7 ניוטון למטר בין שני המוליכים.
קלווין	K	טמפרטורה מוחלטת	קלווין אחד הוא 1 חלקי 273.16 (בדיוק) של טמפרטורת הנקודה המשולשת של מים.
מול	mol	כמות חומר	מול אחד הוא מספר אבוגדרו (כמות אטומי הפחמן ב-0.012 קילוגרם של פחמן 12 טהור) של חלקיקים. חלקיקים שנספרים במולים הם למשל אלקטרונים, אטומים או מולקולות. במול אחד יש כ-‎6.022×1023‎ חלקיקים.
קנדלה	cd	עוצמת הארה	קנדלה אחת היא: עוצמת הארה בכיוון נתון של מקור אור, המפיץ אור מונוכרומטי בתדירות של 540x 1012 הרץ ובעוצמה של 1/683 וואט רדיאן לסטרדיאן.

יחידות חצי בסיסיות

היחידות הבאות נתונות במחלוקת בין אם הן יחידות בסיסיות או משניות. הרוב מפרידים אותם לקבוצה נפרדת של "יחידות משניות חסרות מימד".

שם היחידה	סמל היחידה	יחידה של	הגדרה
רדיאן	rad	זווית	רדיאן אחד הוא כגודל הזווית המרכזית הנשענת על קשת שאורכה שווה לרדיוס המעגל הנתון.
סטרדיאן	sr	זווית מרחבית	סטרדיאן אחד היא הזווית המרחבית שיוצאת ממרכז כדור בעל רדיוס נתון r חלקי שטח הפנים השווה לr2 שהזווית מגדרת.

יחידות הנגזרות מיחידות הבסיס

להלן רשימת יחידות שיש להן שם מיוחד, והן מהוות מכפלה או חילוק של יחידות בסיס:

יחידה של	שם היחידה	סמל היחידה	סמל היחידה במונחי היחידות הבסיסיות
תדירות	הרץ	Hz	$s^{-1}$
כוח	ניוטון	N	$\frac {kg \cdot m}{s^2}$
אנרגיה	ג'ול	J	$N \cdot m = \frac {kg \cdot m^2}{s^2}$
הספק	ואט	W	$\frac{J}{s} = \frac{kg \cdot m^2}{s^3}$
לחץ	פסקל	Pa	$\frac{N}{m^2} = \frac{kg}{m \cdot s^2}$
שטף הארה	לומן	lm	$cd \cdot sr$
הארה (שטף ליחידת שטח)	לוקס	lx	$\frac{lm}{m^2}$
מטען חשמלי	קולון	C	$A \cdot s$
מתח חשמלי (הפרש פוטנציאלים)	וולט	V	$\frac{J}{C} = \frac{kg \cdot m^2}{A \cdot s^3}$
התנגדות חשמלית	אוהם	Ω	$\frac{V}{A} = \frac{kg \cdot m^2}{A^2 \cdot s^3}$
קיבול חשמלי	פאראד	F	$\frac{A^2 \cdot s^4}{kg \cdot m^2}$
שטף מגנטי	ובר	Wb	$\frac{kg \cdot m^2}{A \cdot s^2}$
עוצמת שדה מגנטי (לעתים קרויה "צפיפות שטף מגנטי")	טסלה	T	$\frac{Wb}{m^2} = \frac{kg}{A \cdot s^2}$
השראות	הנרי	H	$\frac{kg \cdot m^2}{A^2 \cdot s^2}$
מוליכות חשמלית	סימנס	S	$\Omega^{-1} = \frac{A^2 \cdot s^3}{kg \cdot m^2}$
פעילות גרעינית (פירוקים לשנייה)	בקרל	Bq	$s^{-1}$
קרינה מייננת (המנה המוחלטת שנספגה בגוף)	גריי	Gy	$\frac{J}{kg}$
קרינה מייננת (המנה היחסית שנספגה בגוף)	זיוורט	Sv	$\frac{J}{kg}$
פעילות קטליטית	קטל	kat	$\frac{mol}{s}$

יחידות לא-תקניות נפוצות

לצד יחידות ה-SI התקניות, בחיי היומיום נעשה שימוש גם ביחידות שאינן שייכות למערכת. להלן טבלת מעבר בין יחידות אלה ליחידות המשמשות במדע:

הגודל הנמדד	כדי לעבור מ-...	בשימוש ב-...	ל-...	יש להכפיל ב-...
אורך	פרמי	פיזיקת חלקיקים	מטר	10-15
	אנגסטרם	פיזיקה גרעינית, ספקטרוסקופיה, כימיה		10-10
	רגל	טיס		0.3048
	מייל ימי	ימאות		1852
	יחידה אסטרונומית	אסטרונומיה		1.496╳1011
	שנת אור			9.44╳1015
	פארסק			3.08╳1016
מסה	יחידת מסה אטומית	כימיה	קילוגרם	1.66╳10-27
	קרט	יהלומנות		2╳10-4
	גרם			10-3
	טון מטרי			103
זמן	דקה		שנייה	60
	שעה			3600
	יממה			86400
שטח	אר		מטר רבוע	100
	דונם			1000
	הקטאר			10000
נפח	ליטר		סמ"ק	1000
			מטר מעוקב	10-3
מהירות	קמ"ש		מטרים לשנייה	0.277
	קשר ימי	ימאות		0.5144
אנרגיה	אלקטרונוולט	פיזיקה גרעינית	ג'אול	1.6╳10-19
	קלוריה קטנה			4.187
	קלוריה גדולה (קילו-קלוריה)			4.187╳103
	קילוואט-שעה			3.6╳106
הספק	כוח סוס		ואט	745
לחץ	אטמוספירה		פסקל	1.013╳105
	בָּאר			105
	מילימטר כספית			133.289
זווית	מעלת קשת		רדיאן	$\frac{\pi}{180}$
	דקת קשת			$\frac{\pi}{10800}$
	שניית קשת			$\frac{\pi}{648000}$

מכפלות של יחידות

דוגמה עם טסלה:

מכפלה של טסלה	שם עברי	שם בינלאומי	סימון		מכפלה של טסלה	שם עברי	שם בינלאומי	סימון
100 = 1	טסלה	tesla	T
101	דקטסלה	decatesla	daT		10-1	דציטסלה	decitesla	dT
102	הקטוטסלה	hectotesla	hT		10-2	סנטיטסלה	centitesla	cT
103	קילוטסלה	kilotesla	kT		10-3	מיליטסלה	millitesla	mT
106	מגטסלה	megatesla	MT		10-6	מיקרוטסלה	microtesla	µT
109	ג'יגטסלה	gigatesla	GT		10-9	ננוטסלה	nanotesla	nT
1012	טרטסלה	teratesla	TT		10-12	פיקוטסלה	picotesla	pT
1015	פטרטסלה	petatesla	PT		10-15	פמטוטסלה	femtotesla	fT
1018	אקסטסלה	exatesla	ET		10-18	אטוטסלה	attotesla	aT
1021	זטאטסלה	zettatesla	ZT		10-21	זפטוטסלה	zeptotesla	zT
1024	יוטאטסלה	yottatesla	YT		10-24	יוקטוטסלה	yoctotesla	yT

ראו גם

• יחידות cgs
• יחידות פלאנק
• יחידות מידה לא תקניות
• מערכת היחידות הבריטית
• יחידות מידה על שם אישים
• תחיליות במערכת היחידות הבינלאומית

קישורים חיצוניים

• תחזוקת SI (דף הבית)
• SI reference
• פירוט של היחידות השונות
• פקודת המשקולות והמידות, 1947
• יחידות SI באתר NIST
• מחשבונים והמרת מידות שונות באתר zeleze.com