国際単位系

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国際単位系(こくさいたんいけい、: Système International d'unités: International System of Units、略称:SI)とは、メートル法の後継として国際的に定めた単位系である。略称の SI はフランス語に由来するが、これはメートル法がフランスの発案によるという歴史的経緯による。SI は国際単位系の略称であるため「SI 単位系」というのは誤った用語である。ただし「SI 単位」(: unité(s) du SI: SI unit(s))は国際単位系の単位という意味で正しい用語である。 なお以下の記述や表(番号を含む。)などは国際単位系の国際文書第 8 版日本語版[1]による。

国際単位系 (SI) は、メートル条約に基づきメートル法のなかで広く使用されていたMKS単位系(長さの単位にメートル m、質量の単位にキログラム kg、時間の単位に s を用い、この 3 つの単位の組み合わせでいろいろな量の単位を表現していたもの)を拡張したもので、1954年の第10回国際度量衡総会 (CGPM) で採択された。

なお、国際単位系 (SI) はメートル法が発展したものであるが、メートル法系の単位系の亜流として「工学単位系(重力単位系)」「CGS単位系」などがあり、これらを区別する必要がある。

SI単位を表したロゴ

SIの定義[編集]

国際単位系(SI)は

である単位系である[2]。 ここで、ヘルツ(記号: Hz)、ジュール(記号: J)、クーロン(記号: C)、ルーメン(記号: lm)、ワット(記号: W)は、(記号: s)、メートル(記号: m)、キログラム(記号: kg)、アンペア(記号: A)、ケルビン(記号: K)、モル(記号: mol)、カンデラ(記号: cd)と、 Hz = s−1、J = kg m2 s−2、C = A s、lm = cd m2 m−2 = cd sr、W = kg m2 s−3 で関係付けられている。 7つの定義定数の数値には不確かさはない。

この定義ではそれぞれの定数の値を対応するSI単位で表現したときの厳密な数値を定めている。 定数の値は数値と単位の積であるため、厳密な数値を固定することによって単位を定めることができる。 7つの定数はすべてのSI単位がこれらの積と比によって表すことができるように選ばれている。

表1. SIの7つの定義定数とこれらに定義される7つの対応する単位[2]
定義定数 記号 数値 単位
セシウムの超微細遷移の振動数 ΔνCs 9192631770 Hz
真空における光速度 c 299792458 m s−1
プランク定数 h 6.62607015×10−34 J s
電気素量 e 1.602176634×10−19 C
ボルツマン定数 k 1.380649×10−23 J K−1
アボガドロ定数 NA 6.02214076×1023 mol−1
発光効率 Kcd 683 lm W−1

SI単位[編集]

現行のSIでは、7つの定義定数の数値を固定することでSIを定義しており、すべてのSI単位が定義定数から直接に構成されるため、基本単位と組立単位の区別の必要性がない。 しかし、基本単位と組立単位の考え方は便利であり、定着しているため現行のSIでも維持されている。

SI 基本単位[編集]

7つの定義定数の数値の固定によるSIの定義では、SI基本単位の定義は定義定数を用いて導き出される。

SI基本単位メートル m、キログラム kg、 s、アンペア A、ケルビン K、モル mol、カンデラ cd であり、対応する基本量はそれぞれ長さ質量時間電流熱力学温度物質量光度である。

この7つの基本単位のうち、キログラム kg、アンペア A、ケルビン K、モル mol の4つについては2018年11月16日の国際度量衡総会(CGPM)においてその定義が根本的に改定された。残りのメートル m、 s、カンデラ cd については定義は本質的にはこれまでと同じであるが、表現が改められた。基本単位の新しい定義は、2019年5月20日に発効された。詳細はSI基本単位の再定義 (2019年)を参照。

基本単位 定義
名称 記号
長さ メートル(metre) m 真空中で1間の299792458 分の1の時間にが進む行程の長さ。
質量 キログラム(kilogram) kg プランク定数6.62607015×10−34 ジュール秒とすることによって定まる質量。
時間 (second) s セシウム133原子の基底状態の2つの超微細構造準位(F = 4, M = 0 および F = 3, M = 0)間の遷移に対応する放射の周期の9192631770倍に等しい時間。
電流 アンペア(ampere) A 電気素量1.602176634×10−19 クーロンとすることによって定まる電流。
熱力学温度 ケルビン(kelvin) K ボルツマン定数1.380649×10−23 ジュールケルビンとすることによって定まる温度。
物質量 モル(mole) mol 6.02214076×1023アボガドロ定数)の要素粒子又は要素粒子の集合体(組成が明確にされたものに限る)で構成された系の物質量。
モルを使うときは、要素粒子 (entités élémentaires) が指定されなければならないが、それは原子分子イオン電子、そのほかの粒子またはこの種の粒子の特定の集合体であってよい。
光度 カンデラ(Candela,) cd 周波数 540 × 1012ヘルツの単色放射を放出し、所定の方向におけるその放射強度が 1/683ワットステラジアンである光源の、その方向における光度。

上の表の中には、単位の定義の中に別の単位を用いているものがある。例えば、メートルの定義には秒の定義が前提とされている。単位の定義に求められるのは何より実用性、すなわち現在の社会生活に必要かつ十分な精度を持ち、定義値が容易に実現できることである。このため、定義の独立性は意味を持たない。

なお、基本量の次元の記号には、サンセリフ立体を用いる[3]

次元と記号
次元 長さ 質量 時間 温度 物質量 電流 光度
記号 L M T Θ N I J

SI 組立単位[編集]

組立単位は基本単位の冪の積で定義される。このうち特に比例係数が1である組立単位を一貫性のある組立単位と言う。

SIにおいて、一貫性のある組立単位の一部には、固有の名称とその記号が与えられている。

SI 接頭辞[編集]

SI接頭辞は、SI単位の10進の倍量単位・分量単位を作るための接頭辞である。

SI 単位と併用される非 SI 単位[編集]

日々の生活で広く SI とともに用いられているため、CIPM により国際単位系と併用することが認められている非 SI 単位である。これらの使用は今後ずっと続くものと考えられ、SI 単位によって正確な定義が与えられている[4]。このうち、天文単位(au)は2014年3月の第103回CIPMによって、SI併用単位に採用されたものである。その記号は、au と定められた(2014年3月以前の記号は、ua であった)。

時間[編集]

これらの単位はSI接頭辞とは併用されない(1 kh などとはしない)。

  • (min, minute):1 min = 60 s
  • (h, hour):1 h = 60 min = 3600 s
  • (d, day):1 d = 24 h = 86400 s

平面角[編集]

これらの単位はSI接頭辞とは併用されない。

  • (°):1°= π/180 ラジアン (rad)
  • (′):1′= 1/60°= π/10800 ラジアン (rad)
  • (″):1″= 1/60′= 1/3600°= π/648000 ラジアン (rad)

その他[編集]

その他の非SI単位[編集]

以下は、様々な理由により特定の分野で使用されている非 SI 単位である。これらの単位を使用するときは対応するSI単位による定義を明示しなければならない。

SI併用単位にもなっていない非SI単位の例[編集]

以下は、非SI単位のうち、SI併用単位にもなっていないものの例である。これらの単位は、対応するSI単位による定義を明示しても利用することはできない。

  • 熱量
    • カロリー 「人若しくは動物が摂取する物の熱量又は人若しくは動物が代謝により消費する熱量の計量」(計量単位令第5条、別表第6の項番13)[1]に限定して使用できる。- できるだけ利用しない。もし使用する場合にはジュール(J)の値を併記する。
  • 面積

各国における国際単位系[編集]

現在では、世界のほとんどの国で合法的に使用でき、多くの国で使用することが義務づけられている。しかしアメリカなど一部の国では、それまで使用していた単位系の単位を使用することも認められている。

アメリカ合衆国[編集]

イギリス[編集]

カナダ[編集]

日本[編集]

日本は、1885年(明治18年)にメートル条約に加入、1891年(明治24年)施行の度量衡法尺貫法と併用することになり、1951年(昭和26年)施行の計量法で一部の例外を除きメートル法の使用が義務付けられた。 1991年(平成3年)には日本工業規格 (JIS) が完全に国際単位系準拠となり、JIS Z 8203「国際単位系 (SI) 及びその使い方」が規定された[5]

引用[編集]

  1. ^ 国際文書第 8 版国際単位系 日本語版 (2006)
  2. ^ a b 2.2 Definition of the SI, The InternationalSystem of Units (SI) 9th ed.
  3. ^ 国際文書第 8 版国際単位系 日本語版 (2006) p. 15, 1.3 量の次元。
  4. ^ 国際文書第 8 版国際単位系 日本語版 (2006) p. 36, 表6 SI 単位と併用される非 SI 単位。
  5. ^ 国際標準化機構(ISO)による ISO 1000 を翻訳した物。ISO 1000 は2009年に ISO 80000-1 に置き換えられ、JIS Z 8203 も2014年に ISO 80000-1 を翻訳した JIS Z 8000-1 に置き換えられた。

関連項目[編集]

参考文献[編集]

外部リンク[編集]