様々な基準のお話

2022 9/13

2022-09-13 2022-09-13

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・様々な基準がわかる

point
・国際単位の7種の基本単位は基準が厳格に定められている
・不変性，再現性，永久性の観点から基準は決められている

基準とは

なんでもそうなのですが，測定するにはある一定の基準が必要です。

長さにしろ，質量にしろ，時間にしろ全てにおいて基準が定められています。

時間の基準

時間は「秒」「s」で表記されます。

秒 (記号は s) は時間のSI単位であり，セシウム周波数 ΔVcs，即ちセシウム133原子の摂動を受けない基底状態の超微細構造遷移周波数を単位Hz(s⁻¹に等しい)で表したときに，その数値を9 192 631 770と定めることによって定義される。

時間の基準の変遷

1960年以前：平均太陽日の1/86400を1秒と定義
1960年：1900年1月0日12時から1太陽年の1/31556925.9747を1秒と定義
1967年：2つの基底状態セシウム133超微細準位間の繊維に対応する放射周期の9192631770倍に等しい時間を1秒と定義
1997年：0Kにおける静止したセシウム原子の時計

長さの基準

長さは「メートル」「m」と表記されます。

メートル (記号は m) は長さのSI単位であり，真空中の光の速さ Cを単位 ms⁻¹で表したときに，その数値を299 792 458と定めることによって定義される。ここで，秒はΔVcsによって定義される。

長さの基準の変遷

1795年：北極と赤道の間に挟まれる子午線のこの長さの千万分の1の長さ
1885年：国際メートル原器(温度0℃)を1mと定義
1960年：クリプトン86原子の発する橙色のスペクトル線が真空中に伝わる波長の1650763.73倍を1mと定義
1984年：1秒の299792458分の1の時間に光が真空中を伝わる長さと定義

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変遷から見て分かるように地球の大きさから人工物，そして自然物へと変化していることがわかります。
光は不変性，再現性，永久性という観点から採用されています。

質量の基準

質量は「キログラム」「kg」と表記されます。

※基本単位の中で唯一接頭辞「k」が使用されています。

キログラム (記号はkg)は質量のSI単位であり，プランク定数hを単位Js(kg m² s⁻¹に等しい)で表したときに，その数値を6.626 070 15×10⁻³⁴と定めることによって定義される。ここで，メートル及び秒は，それぞれc及びΔVcsを用いて定義される。

質量の基準の変遷

年次不明：水1リットルの質量と定義
1795年：大気圧下で氷の溶けつつある温度における水1リットルの質量と定義
※最大密度における蒸留水1立法デシメートルの質量と定義され直した
1799年：白金製のキログラム原器がさくせされそれをキログラムと定義
1889年：国際キログラム原器(プラチナ90%，イリジウム10%からなる合金)をキログラムと定義

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1899年か130年間は人工物の原器により，キログラムが定義されていました。

電流の基準

電流は「アンペア」「A」と表記されます。

アンペア (記号はA)は電流のSI単位であり，電気素量eを単位C(Asに等しい)で表したときに，その数値を1.602 176 634×10⁻¹⁹と定めることによって定義される。ここで，秒はΔVcsによって定義される。

熱力学温度の基準

熱力学温度は「ケルビン」「K」と表記されます。

ケルビン(記号はK)は熱力学温度のSI単位であり，ボルツマン定数kを単位JK⁻¹(kg m² s⁻² K⁻¹に等しい)で表したときに，その数値を1.380 649×10⁻²³と定めることによって定義される。ここで，キログラム，メートル，秒はそれぞれh，c，ΔVcsを用いて定義される。

物質量の基準

物質量は「モル」「mol」と表記されます。

モル (記号はmol)は物質量のSI単位であり，1モルには，厳密に6.022 140 76×10²³の要素粒子が含まれる。この数は，アボガドロ定数 N_Aを単位mol⁻¹で表した時の数値であり，アボガドロ数と呼ばれる。
系の物質量(記号はn)は，特定された要素粒子の数の尺度である。要素粒子は，原子，分子，イオン，電子，その他の粒子，あるいは粒子の集合体のいずれかであってもよい。

光度の基準

光度は「カンデラ」「cd」と表記されます。

カンデラ(記号はcd)は所定の方向における光度のSI単位であり，周波数540×10¹² Hzの単色放射の視感効果度K_cdを単位lm W⁻¹(cd sr W⁻¹あるいはcd sr kg⁻¹ m⁻² s³に等しい)で表したときに，その数値を683と定めることによって定義される。ここで，キログラム，メートル，秒はそれぞれ，h，c，Δν_Csによって定義される。