หน่วย ในระบบนานาชาติ
ระบบ SI คือ อะไร
ระบบ SI คือ ระบบของการวัดแบบเมตริก สมัยใหม่ ย่อมาจากคำว่า The International Sytem of Units (ซึ่งแปลมาจากภาษาฝรั่งเศส Le Systéme International ď Unités ) เป็นระบบการวัดทางวิทยาศาสตร์ที่ถูกใช้อย่างแพร่หลายมาช้านานและปัจจุบันก็มีที่ใช้ในทางการค้าระหว่างประเทศทั่วโลกและประเทศส่วนใหญ่แทบจะไม่ได้นิยามหน่วยวัดอื่นใดนอกเหนือไปจากระบบ SI อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดที่เห็นได้ชัดก็คือประเทศสหรัฐอเมริกา ที่ยังใช้หน่วยแบบอังกฤษดั้งเดิม (Customary, English, Imperial หรือ American Unit) อยู่ เช่น หน่วย ฟุต ไมล์ ฟาเรนไฮต์ ปอนด์ เป็นต้น อย่างไรก็ตาม การใช้หน่วย SI ก็เพิ่มมากขึ้นในวงการวิทยาศาสตร์ การแพทย์ รัฐบาล และหลาย หน่วยงานในภาคอุตสาหกรรม
ความเป็นมา
ระบบเมตริกได้ถือกำเนิดขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่ง (ซึ่งหนึ่งในนั้น คือ ) Antoine –Laurant Lavoisier, ซึ่งเป็นที่รู้จักในนาม “บิดาแห่งเคมีสมัยใหม่”) ที่ได้รับการแต่งตั้งโดยกษัตริย์หลุยส์ที่ 16 ของฝรั่งเศส เพื่อทำให้ระบบการวัดมีมาตรฐานเป็นอันหนึ่งอันเดียวกัน และระบบเมตริกถูกประกาศให้ใช้อย่างเป็นทางการในประเทศฝรั่งเศส หลังจากการปฏิวัติฝรั่งเศส เมื่อวันที่ 10 ธันวาคม ค.ศ.1799 หลังจากนั้นระบบเมตริกก็ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายทั่วโลก แต่อย่างไรก็ตามพบว่าหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 ระบบของการวัดทั่วโลกยังคงมีหลากหลายรูปแบบ บางระบบก็เป็นแบบเมตริก บ้างก็เป็นแบบดั้งเดิมของประเทศนั้นๆอยู่ ดังนั้น เพื่อเป็นการส่งเสริมให้มีระบบการวัดที่ใช้อย่างเป็นสากล การประชุมทั่วไปว่าด้วยการชั่ง ตวง วัด ครั้งที่ 9 [9thGeneral Conference on Weights and Measures (CGPM)] ในปี ค.ศ. 1948 จึงมอบหมายให้คณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยการชั่งตวงวัด [Comit International des Poids et Measures (CIPM)] ทำการศึกษาการวัดที่จำเป็นในด้านวิทยาศาสตร์ ด้านเทคนิค และในวงการวิชาการ และผลสืบเนื่องมาจากการศึกษานี้ การประชุม CGPM ครั้งที่ 10 ในปี ค.ศ. 1954 ได้ข้อสรุปร่วมกันว่าระบบการวัดสากลน่าจะมีทั้งหมด 6 หน่วย เพื่อให้ครอบคลุมการวัดทางด้านอุณหภูมิและการแผ่รังสีเชิงแสง (Optical Radiation) นอกเหนือไปจากปริมาณเชิงกลและทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีอยู่เดิม หน่วยทั้ง 6 ได้แก่ เมตร (metre) กิโลกรัม(kilogram) วินาที (Second) แอมแปร์(ampere) เคลวิน (kelvin) และ แคนเดลา (candela) ในปี ค.ศ. 1960 จากการประชุม CGPM ครั้งที่ 11 หน่วยทั้ง6 ได้รับการสถาปนาให้เป็นหน่วยวัดสากลที่เรียกว่า SI และหน่วยวัดที่ 7 ซึ่งคือ โมล (mole) ได้ถูกเพิ่มเข้าไปใน SI ในปี ค.ศ. 1971 ในการประชุม CGPM ครั้งที่ 14
หน่วยฐานเอสไอ (SI BASE UNITS)
หน่วยฐานคือหน่วยของการวัดของปริมาณฐานในระบบของปริมาณที่กำหนดไว้ดังที่แสดงไว้ในตารางที่1 นิยามและการทำให้เป็นจริงของหน่วยฐานเอสไอแต่ละหน่วยได้มีการปรับปรุงเปลี่ยนแปลงเรื่อยมาตามความก้าวหน้าของงานวิจัยเชิงมาตรวิทยาซึ่งได้ค้นพบความเป็นไปได้ที่จะทำให้ได้มาซึ่งนิยามและการทำให้เป็นจริงที่แม่นยำมากยิ่งขึ้น
ตัวอย่าง ในปี ค.ศ.1889 นิยามของเมตรตั้งอยู่บนพื้นฐานของไม้เมตรต้นแบบระหว่างประเทศ (International prototype) ที่ทำจาก แพลทินัม-อิริเดียม ที่เก็บไว้ที่กรุงปารีส ในปี ค.ศ. 1960 ได้มีการนิยามหน่วยเมตรใหม่เป็น 1 650 763.73 เท่าของความยาวคลื่นของเส้นสเปกตรัมจำเพาะของคริปตอน-86(krypton-86) ต่อมาภายในปี ค.ศ. 1983 นิยามดังกล่าวไม่พอเพียงอีกต่อไปและได้มีการตัดสินใจนิยามหน่วยเมตรใหม่เป็นระยะทางที่แสงเดินทางในสูญญากาศในช่วงเวลา 1/299 792 458 ของวินาที สามารถแสดงได้ในรูปแบบของความยาวคลื่นจากเลเซอร์ฮีเลียม-นีออนที่ถูกทำให้เสถียร โดยไอโอดีน คำนิยามใหม่นี้ทำให้ลดค่าความไม่แน่นอนจาก 10-7 เมตรเหลือเพียง 10-11 เมตร
นิยามของหน่วยฐานเอสไอ (SI base unit definition)
1. ความยาว (Length) หน่วย SI ของความยาวมีหน่วยเป็นเมตร meter (m) ซึ่งจำกัดความว่า 1 เมตร คือ ความยาวมาตรฐาน 1 เมตร เท่ากับความยาวของแสงที่เดินทางในสุญญากาศระหว่างช่วงเวลาของ 1/299 792 458 วินาที
2. มวล (Mass) หน่วย SI ของมวลมีหน่วยเป็น kilogram (kg) ซึ่งจำกัดความว่า กิโลกรัม คือ หน่วยของมวล ซึ่งเท่ากับมวลแบบประถมระหว่างประเทศของกิโลกรัม ทำด้วยโลหะผสมของ platinum 90% และ iridium 10% มีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอก สูง 39 mm และ เส้นผ่านศูนย์กลาง 39 mm ปัจจุบันเก็บไว้ที่สถาบัน BIPM ประเทศฝรั่งเศส
3. เวลา (Time)หน่วย SI ของเวลามีหน่วยเป็นวินาที second (s) ซึ่งจำกัดความว่า 1 วินาทีคือ ระยะเวลาเทียบเท่า 9 192 631 770 เท่าของคาบของคลื่นการแผ่รังสีที่เกิดจากการเปลี่ยนระดับชั้นพลังงานไฮเปอร์ไฟน์สองระดับของอะตอมของธาตุซีเซียม-133 (caesium-133) ซึ่งอยู่ที่สถานะพื้น (ground state)
4. กระแสไฟฟ้า (Electric Current) หน่วย SI ของกระแสไฟฟ้ามีหน่วยเป็นแอมแปร์ Ampere (A) ซึ่งจำกัดความว่า 1 แอมแปร์ คือ ขนาดของกระแสไฟฟ้าคงที่ซึ่งหากให้ไหลผ่านเส้นลวดตัวนำที่เป็นเส้นตรงสองเส้นที่มีความยาวเป็นอนันต์ และมีพื้นที่ภาคตัดขวางที่เล็กมากจนไม่ต้องคำนึงถึงและว่างขนานกันโดยให้ห่างกัน 1เมตรในสุญญากาศ จะทำให้เกิดแรงระหว่างเส้นสวดตัวนำทั้งสองนี้ขนาด2X10-7 นิวตันต่อความยาว 1 เมตร
5. อุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิกส์ (Thermodynamic Temperature) หน่วย SI ของอุณหภูมิมีหน่วยเป็นเคลวิน kelvin (K) ซึ่งจำกัดความว่า 1 Kelvin คือ หน่วยของอุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิกส์ ซึ่งเท่ากับ 1/273.16 ของอุณหภูมิเทอร์โมไดนามิกส์ของจุดสามสถานะ (triple point) ของน้ำ
6. ความเข้มการส่องสวาง (Luminous Intensity) หน่วย SI ของความเข้มการส่องสวาง มีหน่วยเป็นแคนเดลา candela (cd) ซึ่งจำกัดความว่า 1 Candela คือ ความเข้มของการส่องสวางในทิศทางที่กำหนดของแหล่งกำเนิดแสงที่แผ่รังสีของแสงความถี่เดียว (สีเดียว หรือโมโนโครม) ที่ความถี่ 540×1012 เฮริทซ์ และมีความเข้มของการแผ่รังสีในทิศทางนั้นซึ่งมีขนาด 1/683 วัตต์ต่อสตีเรเดียน (watt/steradian)
7. ปริมาณสาร หน่วยวัด SI ของปริมาณสารมีหน่วยเป็นโมล (mol) ซึ่งจำกัดความว่า 1 โมล คือ ปริมาณของสารในระบบหนึ่งซึ่งประกอบไปด้วยองค์ประกอบย่อยมูลฐาน (elementary entities) ที่มีจำนวนเท่ากับจำนวนอะตอมของคาร์บอน-12 ที่มีมวลรวมกันเท่ากับ 0.012 กิโลกรัม เมื่อใช้หน่วยโมล ต้องมีการระบุองค์ประกอบมูลฐานนี้อาจเป็นอะตอม ไอออน อิเล็กตรอน อนุภาคอื่นๆ หรือกลุ่มของอนุภาคอื่นๆ ตามแต่ระบุ
