מערכת היחידות הבין-לאומית

סמל מערכת היחידות הבין־לאומית

שבע היחידות הבסיסיות המוגדרות (מבנה פנימי) על פי שבעת הקבועים (מבנה חיצוני)

מערכת היחידות הבין־לאומית (בצרפתית: Système international d'unités, בקיצור: SI) היא מערכת יחידות מידה רציונלית וקוהרנטית הנמצאת בשימוש נרחב בפיזיקה ובשאר ענפי המדע. מקורה של מערכת SI במערכת יחידות MKS (מטר־קילוגרם־שנייה) ההיסטורית, שהתפתחה על בסיס מערכת היחידות המטרית.

במערכת SI יש שבע יחידות בסיסיות ומגוון יחידות שנגזרות מהיחידות הבסיסיות. בין היחידות הבסיסיות, יחידת המידה לאורך היא המטר; זמן נמדד בשנייה, ומסה בקילוגרם. חלק מהיחידות הבסיסיות עצמן נגזרות מקבועים פיזיקליים, למשל מהירות האור, קבוע פלאנק, ומטען יסודי.

פרט לארצות הברית, מיאנמר (בורמה) וליבריה, כל המדינות בעולם משתמשות ביחידות מדידה על בסיס מטרי, אם כי אנגליה ואזורים מסוימים בקנדה עוד לא השלימו את המעבר לשיטה המטרית.

המקור

היחידות השונות נקבעו על ידי ועידות בין-לאומיות, אשר אורגנו על ידי הלשכה הבין-לאומית למידות ולמשקלות (Bureau international des poids et mesures). השיטה קיבלה את שמה לראשונה בשנת 1960, והתוספת האחרונה הייתה בשנת 1971.

מערכת היחידות SI מורכבת מ־7 יחידות בסיסיות כמו הקילוגרם והמטר, והן משמשות להגדרת יחידות המשנה. SI מגדירה גם את התחיליות המוצמדות ליחידות השונות, כדוגמת מגה, קילו ומיקרו.

לאורך השנים השתנה בסיס מערכת היחידות מקבועים שרירותיים, ועבר להיות בחלקו יחידות הנגזרות מקבועים פיזיקליים, מפאת הסיבה שעד כמה שידוע לנו כיום הקבועים הפיזיקליים לא משתנים לעולם, ואפשר למדוד או לחשב אותם בכל מקום מאשר שהתקינה ליחידה היא עצם ממשי.

עד שנת 2019 נעשה שימוש במשקולת אשר שימשה כגורם יחוס של הקילוגרם ועל פיה הוא הוגדר. ב־20 במאי באותה שנה הוגדרה מחדש מערכת היחידות הבין-לאומית על־פי גדלים קבועים מראש ולא על־פי גורם ייחוס פיזי.

שיטת הרישום ב־SI

• ראשי תיבות ליחידות נכתבים באות קטנה באנגלית, פרט למקרה שבו היחידה זהה לשמו של אדם מסוים, כמו במקרה של יחידת הלחץ פסקל (Pa), הקרויה על שמו של בלז פסקל. למרות זאת, את היחידה רושמים באות קטנה בהתחלה – pascal. מקרה יוצא דופן נוסף הוא ליטר, אשר ניתן לקצרו באות גדולה או קטנה.
• היחידות נכתבות ביחיד, לדוגמה: 30 קילוגרם (kg) ולא קילוגרמים (kgs).
• חייב להיות רווח בין המספרים ליחידות, לדוגמה: 45 kg.
• ב־SI משתמשים במרווחים על מנת להפריד בין ספרותיו של מספר גדול, לדוגמה: 234 252 245. לא משתמשים בנקודות או פסיקים, כמו בשיטות אחרות (למשל, 245,252,234).
• ב־SI פסיק או נקודה עשרונית יפרידו בין מספר שלם לשבר עשרוני. לדוגמה, 45.8. בעולם מקובל הפסיק להפרדת השברים העשרוניים, פרט לארצות דוברות האנגלית, שבהן מקובל להפריד את המספרים בנקודה. בישראל נוהגים כבארצות דוברות האנגלית.

כל המדינות יכולות להשתמש בשיטה זו באופן חוקי. במדינות שאינן משתמשות בה (כמו ארצות הברית ואנגליה) קיימות טבלאות המציגות את הגדלים המקומיים במונחים של יחידות SI. כלל זה נקבע בוועידה ה־11 של הלשכה הבין-לאומית למידות ומשקלות.

יחידות בסיסיות

שם היחידה	סמל היחידה	סמל מידה	יחידה של	הגדרה
שנייה	s	t	זמן	שנייה אחת היא הזמן החולף במשך 9,192,631,770 מחזורי קרינה המייצגים את הפיצול העל־דק של רמת היסוד באטום של צסיום־133.
מטר	m	L	אורך	מטר אחד הוא המרחק שעובר אור בריק בזמן של 1299,792,458 שניות.
קילוגרם	kg	m	מסה	קילוגרם אחד הוא המסה השקולה לאנרגיה של ${\tfrac {{299,792,458}^{2}}{6.62607015\cdot {10}^{-34}}}$ פוטונים בעלי תדר של 1 הרץ.
אמפר	A	I	זרם חשמלי	אמפר אחד הוא ‎1.602176634×1019‎ יחידות מטען יסודי לשנייה.
קלווין	K	T	טמפרטורה	קלווין אחד הוא כמות השינוי בטמפרטורה המוחלטת שתוצאתה היא שינוי אנרגיה תרמית של ‎1.380649×10-23‎ ג'ול.
מול	mol	n	כמות חומר	מול אחד הוא ‎6.02214076×1023‎ חלקיקים (מספר אבוגדרו של חלקיקים).
קנדלה	cd	J	עוצמת הארה	קנדלה אחת היא עוצמת הארה בכיוון נתון של מקור אור, המפיץ אור מונוכרומטי עם תדר של ‎540×1012‎ הרץ ועם חוללות הארה (luminous efficacy) של 1683 ואט לסטרדיאן.

מתוך היחידות הבסיסיות ניתן לגזור את כל היחידות שמשתמשים בהן בפיזיקה. לדוגמה, יחידת המהירות היא מטר לשנייה.

יחידות חצי בסיסיות

היחידות הבאות נתונות במחלוקת בין אם הן יחידות בסיסיות או משניות. הרוב מפרידים אותם לקבוצה נפרדת של "יחידות משניות חסרות מימד".

שם היחידה	סמל היחידה	יחידה של	הגדרה
רדיאן	rad	זווית	רדיאן אחד הוא כגודל הזווית המרכזית הנשענת על קשת שאורכה שווה לרדיוס המעגל הנתון.
סטרדיאן	sr	זווית מרחבית	סטרדיאן אחד הוא הזווית המרחבית שיוצאת ממרכז כדור בעל רדיוס r ומגדירה עליו שטח הפנים השווה ל־r2.

יחידות הנגזרות מיחידות הבסיס

להלן רשימת יחידות שיש להן שם מיוחד, והן מהוות מכפלה או חילוק של יחידות בסיס:

יחידה של	שם היחידה	סמל היחידה	סמל היחידה במונחי היחידות הבסיסיות
תדירות	הרץ	Hz	$s^{-1}$
כוח	ניוטון	N	${\frac {kg\cdot m}{s^{2}}}$
אנרגיה ועבודה	ג'ול	J	$J={\frac {kg\cdot m^{2}}{s^{2}}}$
מומנט כוח	ניוטון מטר	N⋅m	$N\cdot m={\frac {kg\cdot m^{2}}{s^{2}}}$
הספק	ואט	W	${\frac {J}{s}}={\frac {kg\cdot m^{2}}{s^{3}}}$
לחץ	פסקל	Pa	${\frac {N}{m^{2}}}={\frac {kg}{m\cdot s^{2}}}$
שטף הארה	לומן	lm	$cd\cdot sr$
הארה (שטף ליחידת שטח)	לוקס	lx	${\frac {lm}{m^{2}}}$
מטען חשמלי	קולון	C	$A\cdot s$
מתח חשמלי (הפרש פוטנציאלים)	וולט	V	${\frac {J}{C}}={\frac {kg\cdot m^{2}}{A\cdot s^{3}}}$
התנגדות חשמלית	אוהם	Ωおめが	${\frac {V}{A}}={\frac {kg\cdot m^{2}}{A^{2}\cdot s^{3}}}$
קיבול חשמלי	פאראד	F	${\frac {A^{2}\cdot s^{4}}{kg\cdot m^{2}}}$
שטף מגנטי	ובר	Wb	${\frac {kg\cdot m^{2}}{A\cdot s^{2}}}$
שדה מגנטי (לעיתים קרויה "צפיפות שטף מגנטי")	טסלה	T	${\frac {Wb}{m^{2}}}={\frac {kg}{A\cdot s^{2}}}$
השראות	הנרי	H	${\frac {kg\cdot m^{2}}{A^{2}\cdot s^{2}}}$
מוליכות חשמלית	סימנס	S	$\Omega ^{-1}={\frac {A^{2}\cdot s^{3}}{kg\cdot m^{2}}}$
פעילות גרעינית (התפרקויות לשנייה)	בקרל	Bq	$s^{-1}$
קרינה מייננת (המנה המוחלטת שנספגה בגוף)	גריי	Gy	${\frac {J}{kg}}={\frac {m^{2}}{s^{2}}}$
קרינה מייננת (המנה היחסית שנספגה בגוף)	סיוורט	Sv	${\frac {J}{kg}}={\frac {m^{2}}{s^{2}}}$
פעילות קטליטית	קטל(אנ')	kat	${\frac {mol}{s}}$

יחידות לא־תקניות נפוצות

לצד יחידות ה־SI התקניות, בחיי היומיום נעשה שימוש גם ביחידות שאינן שייכות למערכת. להלן טבלת מעבר בין יחידות אלה ליחידות המשמשות במדע:

הגודל הנמדד	כדי לעבור מ־	בשימוש ב־	ל־	יש להכפיל ב־
אורך	פרמי	פיזיקת חלקיקים	מטר	‎10-15‎
	אנגסטרם	פיזיקה גרעינית, ספקטרוסקופיה, כימיה		‎10-10‎
	רגל	טיס		0.3048
	מייל ימי	ימאות		1852
	יחידה אסטרונומית	אסטרונומיה		‎1.496×1011‎
	שנת אור			‎9.44×1015‎
	פארסק			‎3.08×1016‎
מסה	יחידת מסה אטומית	כימיה	קילוגרם	‎1.66×10-27‎
	קרט	יהלומנות		‎2×10-4‎
	גרם			‎10-3‎
	טון מטרי			‎103‎
זמן	דקה		שנייה	60
	שעה			3600
	יממה			86400
שטח	אר		מטר רבוע	100
	דונם			1000
	הקטאר			10000
נפח	ליטר		סמ"ק	1000
			מטר מעוקב	‎10-3‎
מהירות	קילומטר לשעה (קמ"ש)		מטר לשנייה	0.277
	קשר ימי	ימאות		0.5144
אנרגיה	אלקטרון־וולט	פיזיקה גרעינית	ג'ול	‎1.6×10-19‎
	קלוריה קטנה			4.187
	קלוריה גדולה (קילו־קלוריה)			‎4.187×103‎
	קילוואט־שעה			‎3.6×106‎
הספק	כוח סוס		ואט	745
לחץ	אטמוספירה		פסקל	‎1.013×105‎
	בָּאר			‎105‎
	מילימטר כספית			133.289
	PSI	מדידת לחץ אוויר בצמיגי כלי רכב		‎6.894×103‎
זווית	מעלת קשת		רדיאן	${\frac {\pi }{180}}$
	דקת קשת			${\frac {\pi }{10800}}$
	שניית קשת			${\frac {\pi }{648000}}$

מכפלות של יחידות

דוגמה עם טסלה:

מכפלה של טסלה	שם עברי	שם בין-לאומי	סימון		מכפלה של טסלה	שם עברי	שם בין-לאומי	סימון
‎100‎‏ = 1	טסלה	tesla	T
‎101‎	דקטסלה	decatesla	daT		‎10-1‎	דציטסלה	decitesla	dT
‎102‎	הקטוטסלה	hectotesla	hT		‎10-2‎	סנטיטסלה	centitesla	cT
‎103‎	קילוטסלה	kilotesla	kT		‎10-3‎	מיליטסלה	millitesla	mT
‎106‎	מגטסלה	megatesla	MT		‎10-6‎	מיקרוטסלה	microtesla	µT
‎109‎	ג'יגטסלה	gigatesla	GT		‎10-9‎	ננוטסלה	nanotesla	nT
‎1012‎	טרטסלה	teratesla	TT		‎10-12‎	פיקוטסלה	picotesla	pT
‎1015‎	פטאטסלה	petatesla	PT		‎10-15‎	פמטוטסלה	femtotesla	fT
‎1018‎	אקסטסלה	exatesla	ET		‎10-18‎	אטוטסלה	attotesla	aT
‎1021‎	זטאטסלה	zettatesla	ZT		‎10-21‎	זפטוטסלה	zeptotesla	zT
‎1024‎	יוטאטסלה	yottatesla	YT		‎10-24‎	יוקטוטסלה	yoctotesla	yT

ראו גם

• יחידות cgs
• יחידות פלאנק
• יחידות מידה לא־תקניות
• מערכת היחידות הבריטית
• יחידות מידה על שם אישים
• תחיליות במערכת היחידות הבין-לאומית

קישורים חיצוניים

• להגדרות הרשמיות של יחידות SI
• תחזוקת SI (דף הבית)
• SI reference
• פירוט של היחידות השונות
• פקודת המשקולות והמידות, 1947, בספר החוקים הפתוח
• יחידות SI באתר NIST
• מחשבונים והמרת מידות שונות באתר zeleze.com
• ניו יורק טיימס, מדענים מפצחים הגדרה חדשה לשנייה (אבל את השעון לא תצטרכו להזיז), באתר הארץ, 15 במאי 2022
• מערכת היחידות הבין-לאומית, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• השיטה המטרית, דף שער בספרייה הלאומית