SI-süsteemi põhiühikud

SI-süsteemi põhiühikud on rahvusvahelise mõõtühikute süsteemi mõõtühikud, millel põhinevad kõik teised füüsikaliste suuruste ühikud selles süsteemis.

Vastavalt Kaalude ja Mõõtude Peakonverentsi (CGPM) 1960. ja 1971. a otsustele on füüsikalised põhisuurused mõõdetavad järgmiste põhiühikutega:

aja mõõtühik sekund, tähis s
pikkuse mõõtühik meeter, tähis m
massi mõõtühik kilogramm, tähis kg
elektrivoolu tugevuse mõõtühik amper, tähis A
termodünaamilise temperatuuri mõõtühik kelvin, tähis K
ainehulga mõõtühik mool, tähis mol
valgustugevuse mõõtühik kandela, tähis cd

Põhiühikuid defineeritakse ehk määratletakse sobivalt valitud füüsikakonstantide fikseeritud arvväärtuste alusel. Fikseeritud väärtused (seega ilma mõõtemääramatuseta) on kehtestatud selleks, et põhiühikute arvväärusi saaks täpselt väljendada. Fikseeritud on iga konstandi niisugune arvväärtus, mis kehtestamise ajal vastas kõige paremini mõõtmistulemustele. Konstantide fikseeritud arvvääruste ja nende mõõtühikute omavahelise seose kaudu saab põhiühikuid kirjeldada ja matemaatiliselt avaldada.^[1]

Põhiühikute defineerimiseks vajalike füüsikakonstantide fikseeritud väärtused (20.05.2019)

Tseesium-133 aatomi häirimata põhioleku ülipeenstruktuuri kahe energiataseme vahelise ülemineku sagedus: $\Delta \nu _{\text{Cs}}=9\,192\,631\,770\;\,{\frac {1}{\text{s}}}$
Valguse kiirus vaakumis: $c=299\,792\,458\,\;{\frac {\text{m}}{\text{s}}}$
Plancki konstant: $h=6{,}626\,070\,15\cdot 10^{-34}\;\mathrm {J\,s}$
Elementaarlaeng: $e=1{,}602\,176\,634\cdot 10^{-19}\;\mathrm {A\,s}$
Boltzmanni konstant: $k_{\mathrm {B} }=1{,}380\,649\cdot 10^{-23}\,\;{\frac {\mathrm {kg\,m} ^{2}}{{\text{s}}^{2}\;{\text{K}}}}$
Avogadro arv: $N_{\mathrm {A} }=6{,}022\,140\,76\cdot 10^{23}\,\;{\frac {1}{\mathrm {mol} }}$
540 THz sagedusega monokromaatilise kiirguse valgusviljakus

$K_{\mathrm {cd} }(540\cdot 10^{12}\,{\text{Hz}})=683\;\,{\frac {\text{lm}}{\text{W}}}$

Põhiühikute definitsioonid

Sekund

Sekundi määratlus põhineb tseesium-133 aatomi põhioleku peenstruktuuri kahe energiataseme vahelise ülemineku sageduse $\Delta \nu _{\text{Cs}}$ fikseeritud arvväärtusel

1\,\mathrm {s} =9\,192\,631\,770\,{\frac {1}{\Delta \nu _{\text{Cs}}}}

Meeter

Meetri määratlus põhineb vaakumis levival valguse kiiruse $c$ fikseeritud arvväärtusel

1\,{\text{m}}={\frac {c}{299\,792\,458}}\;{\text{s}}={\frac {9192631770}{299792458}}\,{\frac {c}{\Delta \nu _{\text{Cs}}}}

Kilogramm

Kilogrammi määratlus põhineb Plancki konstandi $h$ fikseeritud arvväärtusel: $1\,{\text{kg}}={\frac {h}{6{,}626\,070\,15\cdot 10^{-34}}}\,{\frac {\text{s}}{{\text{m}}^{2}}}={\frac {299\,792\,458^{2}}{9\,192\,631\,770\cdot 6{,}626\,070\,15}}\cdot 10^{34}\,{\frac {h\cdot \Delta \nu _{\text{Cs}}}{c^{2}}}$

Amper

Ampri määratlus põhineb elementaarlaengu $e$ fikseeritud arvväärtusel:

1\,{\text{A}}={\frac {e}{1{,}602\,176\,634\cdot 10^{-19}}}\,{\frac {1}{\text{s}}}={\frac {10^{8}}{9{,}192\,631\,770\cdot 1{,}602\,176\,634}}\,\Delta \nu _{\text{Cs}}\cdot e

Kelvin

Kelvini määratlus põhineb Boltzmanni konstandi $k_{\mathrm {B} }$ fikseeritud arvväärtusel ja sellest tulenevalt sekundil, meetril ja kilogrammil:

1\,{\text{K}}={\frac {1{,}380\,649\cdot 10^{-23}}{k_{\mathrm {B} }}}\,{\frac {{\text{kg}}\cdot {\text{m}}^{2}}{{\text{s}}^{2}}}={\frac {1{,}380\,649}{9{,}192\,631\,770\cdot 6{,}62607015}}\cdot 10^{-11}\,{\frac {\Delta \nu _{\text{Cs}}\cdot h}{k_{\mathrm {B} }}}

Mool

Mooli määratlus põhineb Avogadro arvul $N_{\mathrm {A} }$ :

1\,{\text{mol}}=6{,}022\,140\,76\cdot 10^{23}\,{\frac {1}{N_{\mathrm {A} }}}

Kandela

Kandela määratlus põhineb 540 THz sagedusega monokromaatilise kiirguse valgusviljakuse $K_{\mathrm {cd} }$ fikseeritud arvväärtusel 683 luumenit vati kohta.