单位制的发展与应用

在古代，人体的一部分常被用作长度单位。如三国时期(公元三世纪初)王肃编撰的《孔子家语》一书记载:“布指寸，手知尺，肘知搜。“手臂伸出八英尺长，这是一个搜索。也有记载说:“十尺为一丈，人长八尺，故称夫。“可见，在古代，寸与指、尺与手、搜与体是一一对应的。

所谓“腕尺”，约52 ~ 53 cm，是古代西方国家常用的，与手的中指尖到肘部的长度密切相关。

也有实物作为长度单位的基础。例如，英制中的英寸来自于三个圆形干燥的大麦颗粒一个接一个排列的长度。

多年来，世界各国都在使用多种长度单位，甚至一个国家或地区在不同时期也采用不同的长度单位，混乱不堪，极不一致，给商品流通带来许多麻烦。所以随着科技的进步，长度的单位逐渐趋于统一，这个过程从几百年前就开始了。

1790年，法国国民议会通过决议，指示法国科学院研究如何建立长度、质量等基本物理量的基准，为统一计量单位打下坚实基础。次年，决定以穿过巴黎的地球子午线的四分之一的十分之一作为长度单位，并选用古希腊语中的“metron”一词作为这一单位的名称，后来演变为“米”，在汉语中翻译为“米”或“米”。从1792年开始，法国天文学家花了7年时间测量地球经过巴黎的子午线，并根据测量结果制作了一台米的白金原型机，一直保存在巴黎档案馆。

法国人首创公制后，由于这一制度科学且易于使用，欧洲大陆各国纷纷采用。

后来做了测量，发现一米原始人并不完全等于地球子午线的四分之一，而是大了0.2毫米。相信以后测量技术会不断进步，偏差会重新找回来的。与其修改米原的长度，不如以这个白金米原为基准，统一所有长度测量。

1875年5月20日，法国政府出面，召开了20国政府代表会议，正式签署了公制公约，承认公制是国际通用的计量单位。同时决定成立国际计量委员会和国际计量局。截至6月1985和6月10日，公制公约共有47个成员。中国参与1977。

国际计量局经过几年的研究，精心设计制造了30个横截面为X形的大米原始装置，其中90%为铂，10%为铱。这种形状最坚固，最节省材料，铂铱合金的特点是膨胀系数非常小。这30款米原器件与白金米原器件进行了对比，经过评选，其中一款被评为国际米原器件。1889年，国际计量委员会批准了这项工作，宣布1米的长度等于这个X形铂铱合金直尺在熔点温度下两端划线标记之间的距离。

其他一些大米原型与国际大米原型进行对比，大部分后来分发给成员国，成为各国的国家基准。今后应每隔几十年进行定期检定，以保证长度基准的一致性。

但实际上，原米给出的长度不一定正好是1m。由于划片技术、测量方法等原因，数值的复现总是存在误差，不小于0.1微米，也就是说相对误差可以达到1×10e(-7)。时间久了，很难保证米原装置本身不会发生变化，米原装置随时有被破坏的危险。因此，随着科技的发展，人们越来越希望将长度建立在更加科学、方便、可靠的基础上，而不是一个物体的大小。光谱学研究表明可见光的波长是一些非常精确和稳定的长度，可以作为长度的基准。在19结束时，实验中发现了天然镉(Cd)的红色谱线，具有非常好的清晰度和重现性。在15摄氏度的干燥空气中，其波长等于Y = 6438.4696×10e(-10)米。

根据1927国际协议，决定用这条谱线作为光谱学的长度标准，确定1米= 155164438+03 YCD，人们第一次找到了可以用来定义米的无形标准。

科学家继续研究，后来发现氪(86 Kr)的橙色谱线优于镉的红色谱线。1960年，在第11届国际计量大会上，决定用氪(86Kr)的橙线代替镉的红线，米的定义改为:“米的长度等于辐射波长的1650763.73倍相当于真空中氪(86Kr)原子的2P10和5d5能级之间的跃迁。”

该基准的精度相当高，相对误差小于4×10e(-9)？，相当于1 km长度测量中不小于4 mm。

但是原子光谱的波长太短，不可避免的会受到电流、温度等因素的影响，所以复现的精度还是有限的。20世纪60年代以后，由于激光的出现，人们发现了一种优越的光源。用激光代替氪光谱可以使长度测量更精确。只要确定了某个时间间隔，就可以从光速和这个时间间隔的乘积来定义长度的单位。20世纪80年代，用激光测量了真空中光速C，得到C = 299，792，458米/秒..

1983 10第十七届国际计量大会通过了米的新定义:“米是光在真空中1/299792458秒的时间间隔内所行进的距离的长度”。水稻的新定义具有重大的科学意义。从此，光速c成为了一个精确的数值。通过将长度单位统一到时间，我们可以使用高度精确的时间测量，并大大提高长度测量的精度。

质量单位

古代质量单位和长度单位的情况也差不多，有各种形式。比如波斯使用加拉萨作为质量单位，约为0.834kg，埃及使用盖德，约为9.33g..按照中国秦朝的度量衡制，1石= 4钧，1钧= 30斤，1斤= 16两。与现代国际单位制相比，1斤约为0？256公斤。英制的单位是磅、盎司、德拉姆和格令:1磅= 16盎司= 265德拉姆= 7000格令。

大英帝国用纯铂金做了一个称重器，是一个纯铂金圆柱体，高约1.35英寸，直径1.1.5英寸。

原来的千克质量单位是18年底法国采用的长度单位米得来的。1立方分米纯水在最大密度下(温度约为4摄氏度)的质量确定为1 kg。

1799年期间，法国做了白金米样机，同时做了白金公斤基准，保存在巴黎档案局。

后来发现这个基准并不完全等于最大密度为1立方分米的纯水的质量，而是等于1？000028立方分米。于是在1875年公制大会后，也用含90%铂和10%铱的合金做原千克，一个* * *，做了三个，和巴黎档案局保存的铂原千克对比，选出其中一个作为国际原千克。原来的国际千克装置被国际计量局的专家小心翼翼地保存在一个专门的地方，上面覆盖了三层玻璃，最外层的玻璃被抽成真空，防止空气和杂质进入。随后复制了40个铂铱合金筒，与国际千克原装置进行比对后，作为国家基准发放给各成员国。和大米样机一样，千克样机也需要定期验证，以保证质量基准的稳定可靠。

时间单位

在人类观察到的自然现象中，天空中发生的事情是最明显、最有规律的，所以以地球自转的周期作为时间的计量是很自然的，这个周期就是太阳日。1秒= 1/86400平太阳日。由于地球自转是不均匀和不稳定的，1960年的国际计量大会确认时间标准应改为以地球绕太阳公转为基准，即秒应定义为1/365438+1900，这是地球在轨道上绕太阳公转一周所需的时间. 395438.00000000006这个数据之所以有这么高的精度，是因为这个结果是通过

但是按照这个定义，很难直接比较秒本身。就在这个时期，时间和频率的测量技术有了很大的发展。

1967第十三届国际计量大会重新定义了时间单位:“一秒是铯-133原子基态两个超细能级跃迁所对应的9192631770个辐射周期的持续时间。”

温标

在现行的国际单位制中，温度以开尔文(K)表示，这个度日也是基本单位。严格来说，degree-day的选择其实是一个温标的问题。在热学发展史上，有过华氏温标、圆柱温标、朗格温标、摄氏温标、气体温标和热力学温标。热力学温标最早由开尔文在1848年提出，热力学温标定义的热力学温度具有最严格的科学意义。其他的都属于经验温标，它们的共同特点是人为选择一个特定的温度计和几个温度固定点来定义温标，所以没有客观标准。这些经验温标已经成为历史，但它们与现代温标仍有一些渊源。

华氏温标是德国D.G.Fahrenheit在1710左右提出的，规定水的冰点是32度，水的沸点是212度。华氏仍然在英国、美国和其他国家流行。

Liech的温标是R.A.F.Reaumur在1730年提出的，规定水的冰点是零度，水的沸点是80度。Liesl量表曾在德国流行。

朗缪尔标度是由英国人兰金提出的，其定义是

tR=tF+459.67

其实朗格的温度就是以绝对零度为起点的华氏温度，表示为0R。现在在科技领域已经很少使用了。

摄氏温标是瑞典天文学家A .摄氏1742年提出的。他最初的计划是水的沸点是零，水的冰点是100度。第二年，法国人克里斯蒂安把两个音阶颠倒过来，成了现在通用的音阶。

用气体温度计校准温度形成的气体温标最接近热力学温标。由于气体温度计的再现性差，国际实用温标已被同意统一国际温度值。几经变化后，为此目的设定的温度尽可能接近热力学温度。

早在1887年，国际计量委员会就决定采用定容氢气温度计作为国际实用温度标准的基础。

1927第七届国际计量大会决定采用铂电阻温度计作为温度标准的内插法仪器，并规定在氧的冰点(-182.97摄氏度)和金的冰点(1063摄氏度)之间确定一系列可重复的温度或定点。

1948第11届国际计量大会对国际实用温标进行了一些重要的修订。比如用一个金融点代替黄金的冰点；用普朗克黑体辐射定律代替韦恩定律；引用更精确的常量值；计算公式更加准确；扩大了光学高温计的测量范围等等。

1960中增加了一个重要的修改，即把水的三相点作为唯一的定义点，规定其绝对温度为273.16(准确)，而不是原来规定水的冰点为0.00摄氏度(准确)。根据实测，水的冰点应为273.438+0.500±0.038+0K..用水的三相点作为唯一的定义点，是测温的一大进步，因为可以避免世界各地因冰点变化导致的测温差异。

1968年，国际实用温标再次修订，代号IPTS-68。其特点是采用了热力学的最新成果，使国际实用温标更接近热力学温标。这次还规定用符号K表示绝对温度，取消了原来的符号(K)，规定摄氏温度正好等于热力学温标的绝对度-日，摄氏温度为T =绝对温度T-273.15(精确)。

IPTS-68分别在1975和1976进行了修订和补充，温度范围下限由13.8K扩大到0.5K，但仍存在一些不足，主要是发现IPTS-68在某些温度区域与国际单位制定义的热力学温度有较大偏差。

国际度量衡委员会推荐的1988，第18届国际计量大会和第77届国际计量委员会作出决议，从10月1990 1起全世界采用修订后的国际温标，这次命名为1990国际温标，其代码为-90。与IPTS-68相比，100摄氏度时的温度低0.026摄氏度，即水在标准状态下的沸点是99.974摄氏度，而不是100摄氏度。

显然，ITS-90的实施将为精密测温带来好处，这是科技发展的又一标志。