Das SI

Das internationale Einheitensystem (SI)

Mit der Einführung des mit "Le Système International d'Unités" bezeichnendem System (in allen Sprachen mit SI abgekürzt) im Jahr 1960 endete die jahrhundertelange Suche nach einem weltweit einheitlichen System der Maßeinheiten. Das SI entstammt den Bedürfnissen der Wissenschaft, ist aber mittlerweile auch das vorherrschende Maßsystem der internationalen Wirtschaft. In Deutschland sind die SI-Einheiten als gesetzliche Einheiten für den amtlichen und geschäftlichen Verkehr eingeführt. Um die nationale und internationale Einheitlichkeit der Maße zu sichern, sind die Aufgaben der Darstellung, Bewahrung und Weitergabe der Einheiten im Messwesen der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), dem nationalen Metrologieinstitut Deutschlands, übertragen worden. Einzelheiten hierzu sind im Einheitengesetz und in der Einheitenverordnung formuliert.

Die SI-Basiseinheiten und deren gegenseitige Abhängigkeiten durch die im Jahr 2012 gültigen Definitionen

Die sieben SI-Basiseinheiten:

Die abgeleiteten SI-Einheiten werden kohärent aus den Basiseinheiten abgeleitet. Das heißt, man benötigt keine Umrechnungsfaktoren. Schlichtes Multiplizieren oder Dividieren von Basiseinheiten genügt. Dabei werden für die Einheiten die gleichen algebraischen Beziehungen verwendet, die auch für die jeweils zugeordneten Größen gelten. Zum Beispiel ist die Geschwindigkeit gleich Länge durch Zeit. Die SI-Einheit der Geschwindigkeit ist demnach gleich dem Quotienten aus den SI-Einheiten Länge und Zeit: Meter durch Sekunde. Verschiedene abgeleitete Einheiten haben besondere Namen erhalten (z. B. Hertz, Newton, Volt, Ohm). Sie können ihrerseits wieder dazu verwendet werden, weitere abgeleitete Einheiten auf einfachere Weise zu bilden, als wenn man von den Basiseinheiten ausgeht.

Wenn man nur die kohärenten SI-Einheiten verwendet, kommen bei Größenangaben sehr große oder sehr kleine Zahlenwerte vor. Um die Zahlenwerte in einer praktikablen Größenordnung zu halten, hat man Vorsätze zur Bezeichnung dezimaler Vielfache und Teile von Einheiten geschaffen.

SI-Vorsätze:
Potenz Name Zeichen   Potenz Name Zeichen
1024 Yotta Y   10-1 Dezi d
1021 Zetta Z   10-2 Zenti c
1018 Exa E   10-3 Milli m
1015 Peta P   10-6 Mikro µ
1012 Tera T   10-9 Nano n
109 Giga G   10-12 Piko p
106 Mega M   10-15 Femto f
103 Kilo k   10-18 Atto a
102 Hekto h   10-21 Zepto z
101 Deka da   10-24 Yokto y


Geschichtliches

Das SI ist ein metrisches, dezimales und kohärentes Einheitensystem. Durch das SI werden physikalische Einheiten zu ausgewählten Größen festgelegt. Die Auswahl erfolgt – unter Berücksichtigung der geltenden wissenschaftlichen Theorien – nach praktischen Gesichtspunkten. Das SI beruht auf sieben (per Konvention festgelegten) Basiseinheiten zu entsprechenden Basisgrößen.

1790 erhielt die französische Akademie der Wissenschaften von der damaligen französischen Nationalversammlung den Auftrag, ein einheitliches System von Maßen und Gewichten zu entwerfen. Sie folgte dabei den Prinzipien, die Grundeinheiten aus naturgegebenen Größen abzuleiten, alle anderen Einheiten darauf zurückzuführen und alle, mit Ausnahme der Zeit, dezimal zu vervielfachen und zu unterteilen. Als Grundeinheiten wurden gewählt:

1861-1867 beschäftigte sich ein Ausschuss der British Association for the Advancement of Science (BAAS) mit der Definition elektrischer und magnetischer Einheiten ausgehend von den Arbeiten von Gauß und Weber, jedoch mit den Basiseinheiten m, g, s. Wegen der Unhandlichkeit dabei erhaltener Einheiten wurden zusätzlich die praktischen Einheiten Ampere, Volt (ungefähre Spannung des Daniell-Elementes), Ohm (ungefährer Widerstand einer 1 m langen Quecksilbersäule von 1 mm2 Querschnitt) und das heutige Mikrofarad eingeführt und beschlossen, dass diese genaue dezimale Vielfache der Grundeinheiten sein müssen.

1889 wurden auf der ersten Tagung der CGPM die angefertigten Urmaße für das Meter und das Kilogramm anerkannt, von denen sich aber herausstellte, dass das Urmeter um etwa 0,2 mm kürzer war und das Urkilogramm um etwa 0,027 g mehr Masse hatte, als nach den ursprünglichen Definitionen. Die Urmaße wurden jedoch in dieser Form als bindend erklärt und das MKS-Einheitensystem mit den drei Basiseinheiten Meter (m), Kilogramm (kg) und Sekunde (s) begründet.

1901 schlug Giovanni Giorgi ein System vor, welches alle auf A, V, s beruhenden Einheiten mit denen des MKS-Systems zu einem einheitlichen System von Maßeinheiten mit ganzzahligen Exponenten der Grundeinheiten zusammenfasste, was aber zunächst wenig beachtet wurde.
1935 nahm in Scheveningen die Internationale elektrotechnische Kommission (IEC) einer Plenartagung folgend das Giorgi-System international an, wobei die Frage nach der vierten Grundeinheit zunächst unbeantwortet blieb.
1939 wurde die Erweiterung des MKS-Systems um eine vierte Basiseinheit, das Ampere (A), vorgeschlagen, wodurch der Begriff MKSA-System entstand.
1948 wurde die Basiseinheit Ampere (A) in der heute gültigen Form definiert.
1954 kam das Ampere auf der 10. CGPM offiziell zum MKS-System hinzu, gemeinsam mit der Basiseinheit für die thermodynamische Temperatur, die zunächst als Grad Kelvin (°K) bezeichnet wurde, sowie die Candela (cd).

Im Oktober 2005 beschloss das Internationale Komitee für Maß und Gewicht (CIPM) die Vorbereitungen für eine Neudefinition der Einheiten Kilogramm, Ampere, Kelvin und Mol zu treffen, basierend auf Naturkonstanten, um diese auf der nächsten Generalkonferenz im Jahr 2011 beschließen zu können. Daraufhin wurde im Jahr 2006 ein Vorschlag zur Umsetzung veröffentlicht. Gemäß diesem Vorschlag wäre das Ampere definiert durch den Fluss einer bestimmten Menge von Partikeln mit der Elementarladung pro Zeit.

Weitere Informationen:

Die Broschüre "Die gesetzlichen Einheiten in Deutschland" können Sie kostenlos bei der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit der Physikalisch Technischen Bundesanstalt bestellen oder von dort (PTB) herunterladen (PDF, 44 kB).


 
Quelle: PTB Braunschweig
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Datum der letzten Änderung : Jena, den: 22.09. 2016