ReadyPlanet.com
dot
dot

dot
dot
dot
dot
dot


ID Line


ระบบ SI article

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 540x1012 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
 

ตารางที่ 1 หน่วยฐานเอสไอ (SI Base Units)

ปริมาณ
(QUANTITY)
หน่วยฐาน
(BASE UNIT)
สัญลักษณ์
(SYMBOL)
ความยาว
(length)
เมตร
(metre)
m
 
มวล
(mass)
กิโลกรัม
(kilogram)
kg
 
เวลา
(time)
วินาที
(second)
s
 
กระแสไฟฟ้า
(electric current)
แอมแปร์
(ampere)
A
 
อุณหภูมิอุณหพลวัต
(thermodynamic temperture)
เคลวิน
(kelvin)
K
 
ปริมาณสาร
(amount of substance)
โมล
(mole)
mol
 
ความเข้มของการส่องสว่าง
(luminous intensity)
แคนเดลา
(candela)
cd
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

หน่วยอนุพัทธ์เอสไอ (SI DERIVED UNITS)
        หน่วยอนุพัทธ์ คือหน่วยของการวัดของปริมาณอนุพัทธ์ในระบบของปริมาณที่กำหนด หน่วยอนุพัทธ์เอสไออนุพัทธ์มาจากหน่วยฐานเอสไอโดยเป็นไปตามการเชื่อมโยงทางกายภาพ (physical connection) ระหว่างปริมาณฐาน
ตัวอย่าง จากความเชื่อมโยงทางกายภาพระหว่างปริมาณของความยาวที่วัดในหน่วย เมตร และปริมาณของเวลาที่วัดในหน่วยวินาที สามารถอนุพัทธ์ปริมาณอัตราเร็วได้ในหน่วย เมตรต่อวินาที
        หน่วยอนุพัทธ์แสดงไว้ในรูปแบบของหน่วยฐานโดยการใช้สัญลักษณ์ทางคณิตศาสตร์ คือ สัญลักษณ์คูณ และสัญลักษณ์หาร ตัวอย่างแสดงไว้ในตารางที่ 2

 

ตารางที่ 2 ตัวอย่างของหน่วยอนุพัทธ์ SI ที่แสดงในรูปแบบหน่วยฐาน SI

ปริมาณอนุพัทธ์
(DERIVED QUANTITY)
หน่วยอนุพัทธ์
(DERIVED UNIT)
สัญลักษณ์
(SYMBOL)
พื้นที่
(area)
ตารางเมตร
(square metre)
 m2
 
ปริมาตร
(Volume)
ลูกบาศก์เมตร
(cubic metre)
 m3
 
อัตราเร็ว,ความเร็ว
(speed,velocity)
เมตรต่อวินาที
(metre per second)
 m·s-1
 
ความเร่ง
(acceleration)
เมตรต่อวินาทีกำลังสอง
(metre per second squared)
 m·s-2
 
ความเร็วเชิงมุม
(angular velocity )
เรเดียนต่อวินาที
(radian per second)
 rad·s-1
 
ความเร่งเชิงมุม
(angular acceleration)
เรเดียนวินาทีกำลังสอง
(radian per second squared)
 rad·s-2
 
ความหนาแน่น
(density)
กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร
(kilogram per cubic metre)
 kg·m-3
 
ความเข้มข้นสนามแม่เหล็ก
(megnetic field intensity)
แอมแปร์ต่อเมตร
(ampere per metre)
 A·m-1
 
ความหนาแน่นกระแส
(current density)
แอมแปร์ต่อลูกบาศก์เมตร
(ampere per cubic metre)
 A·m-3
 
โมเมนต์ของแรง
(moment of force)
นิวตันต่อเมตร
(newton per metre)

 N·m

ความแรงสนามไฟฟ้า
(electric field strength)
โวลต์ต่อเมตร
(volt per metre)
 V·m-1
 
สภาพให้ซึมผ่านได้
(permeability)
เฮนรีต่อเมตร
(henry per metre)
 H·m-1
 
สภาพยอม
(permittivity)
ฟารัดต่อเมตร
(farad per metre)
 F·m-1
 
ความจุความร้อนจำเพาะ
(specific heat capacity)
จูลต่อกิโลกรัมเคลเวิน
(joule per kilogram kelvin)
 J·kg-1·K-1
 
ความเข้มข้นเชิงปริมาณสาร
(amount-of-substance concentration)
โมลต่อลูกบาศก์เมตร
(mole per cubic metre)
 mol·m-3
 
ความส่องสว่าง
(luminance)
แคนเดลาต่อตารางเมตร
(candela per square metre)
 cd·m-2
 

 

คำนำหน้าหน่วย (SI PREFIXES)
คำนำหน้าหน่วยในระบบเอสไอ คือ สัญลักษณ์ที่ถูกนำมาวางไว้หน้าหน่วย เช่นสัญลักษณ์ “µ” อ่านว่า ไมโคร (micro) แทนตัวเลข 10-6 หรือ “M” อ่านว่า เมกะ (mega) แทนตัวเลข 106
การใช้คำนำหน้าหน่วยมีจุดประสงค์เพื่อให้การแสดงปริมาณมีความกะทัดรัดมากขึ้น สัญลักษณ์เหล่านี้จะเข้าไปคูณกับหน่วย เช่นระยะทางจากจุด ก ไปจุด ข เท่ากับ 7,600,000 เมตร สามารถถูกแสดงในรูปที่สั้นกว่าเป็น 7.6 เมกะเมตร (7.6 Mm) เป็นต้น และ CGPM ได้ยอมรับและนำอนุกรมของคำนำหน้าหน่วยและสัญลักษณ์คำนำหน้าหน่วยตามที่แสดงในตารางที่ 3

กฎสำหรับการใช้คำนำหน้าชื่อหน่วยที่ถูกต้อง

1.   คำนำหน้าหน่วยใช้ในการอ้างอิงถึงกำลังของ 10 เท่านั้น (ไม่ใช้ในการอ้างอิงถึงกำลังของ 2)
 
ตัวอย่าง        หนึ่งกิโลบิตแทน 1000 bits                     ไม่ใช่ 1024 bits
 
2.   ต้องเขียนคำนำหน้าหน่วยโดยไม่มีช่องว่าข้างหน้าสัญลักษณ์ของหน่วย
 
ตัวอย่าง        เขียนเซนติเมตรเป็น cm                          ไม่ใช่ c m
 
3.   ไม่ใช้คำนำหน้าหน่วยรวมกัน
 
ตัวอย่าง        ต้องเขียน 10-6 kg เป็น 1 mg                    ไม่ใช่ 1 µkg
  
4.   ต้องไม่เขียนคำนำหน้าหน่วยโดยลำพัง
      ตัวอย่าง        ต้องไม่เขียน 109/m3                               เป็น G/m3

ตารางที่ 3 คำนำหน้าหน่วยเอสไอ (SI prefixes)

ตัวประกอบ
(FACTOR)
ชื่อคำนำหน้าหน่วย
(PREFIX NAME)
สัญลักษณ์
(SYMBOL)
ตัวประกอบ
(FACTOR)
ชื่อคำนำหน้าหน่วย
(PREFIX NAME)
สัญลักษณ์
(SYMBOL)
101 เดคะ (deca) da 10-1 เดซิ (deci) d
102 เฮกโต (hecto) h 10-2 เซนติ (centi) c
103 กิโล (kilo) k 10-3 มิลลิ (milli) m
106 เมกะ (mega) M 10-6 ไมโคร (micro) µ
109 จิกะ (giga) G 10-9 นาโน (nano) n
1012 เทระ (tera) T 10-12 พิโก (pico) p
1015 เพตะ (peta) P 10-15 เฟมโต (femto) f
1018 เอกซะ (exa) E 10-18 อัตโต (atto) a
1021 เซตตะ (zetta) Z 10-21 เซปโต (zepto) z
1024 ยอตตะ (yotta) Y 10-24 ยอกโต (yocto) y

 

หน่วยนอกระบบเอสไอ (Units outsides the SI)
          ถึงแม้ว่าหน่วยวัดระบบเอสไอจะได้รับการยอมรับและถูกใช้กันอย่างกว้างขวางในวงการวิทยาศาสตร์และมาตรวิทยา แต่ในบางสังคม และ/หรือ กลุ่มสาขาวิชาชีพ หน่วยวัดอื่นๆของปริมาณหลายชนิดก็ยังคงถูกนิยามใช้งานมากกว่าหน่วยวัดในระบบเอสไอ เช่นในเมืองไทยเรายังคงนิยมซื้อขายที่ดินเป็นตารางวามากกว่าที่จะใช้ตารางเมตร ซึ่งเป็นหน่วยในระบบเอสไอ หรือหน่วยของความดัน ก็มีการใช้มากมายหลายหน่วย ไม่ว่าจะเป็นมิลลิเมตรของปรอท (mm of Hg) ความดันบรรยากาศ (atm) เป็นต้น ซึ่งจะแสดงดังต่อไปนี้
ตารางที่ 4 แสดงหน่วยนอกเอสไอที่ได้รับการยอมรับให้ใช้ร่วมกับหน่วยเอสไอเพราะว่าหน่วยเหล่านั้นใช้งานอย่างกว้างขวาง หรือใช้ในสาขาเฉพาะทาง
ตารางที่ 5 แสดงตัวอย่างหน่วยที่ใช้เฉพาะในบางสาขาวิชา
ตารางที่ 6 แสดงหน่วยที่ใช้เฉพาะในบางสาขาวิชาและค่าของหน่วยหาได้จากทางการทดลองความไม่แน่นอนรวม (ตัวประกอบครอบคลุม k=1) บนเลขสองหลักสุดท้ายของค่าแสดงไว้ในวงเล็บ

ตารางที่ 4 แสดงหน่วยนอกเอสไอที่ได้รับการยอมรับ

ปริมาณ
(QUANTITY)
หน่วย
(UNIT)
สัญลักษณ์
(SYMBOL)
ค่าในหน่วยเอสไอ
(VALUE IN SI UNITS)
เวลา (time) นาที (minute) min 1 min = 60 s
  ชั่วโมง (hour) h 1 h = 60 min =3600 s
  วัน (day) d 1 d = 24 h
มุมระนาบ (plane angle) องศา (degree) º 1º = (¶/180) rad
  ลิปดา (minute) ' 1' = (1/60) rad = (¶/10 800) rad
  ฟิลิปดา (second) '' 1'' = (1/60) ' = (¶/648 000) rad
  แกร็ด (grad) gon 1 gon = (¶/200) rad
พื้นที่ (area) เฮกตาร์ (hectare) ha 1 ha = 1 hm2 = 104 m2
ปริมาตร (volume) ลิตร (litre) l,L 1 l = 1 dm3 = 10-3 m3
มวล (mass) ตัน (tonne) t 1 t = 103 kg

ตารางที่ 5 แสดงตัวอย่างหน่วยที่ใช้เฉพาะในบางสาขาวิชา

ปริมาณ
(QUANTITY)
หน่วย
(UNIT)
สัญลักษณ์
(SYMBOL)
ค่าในหน่วยเอสไอ
(VALUE IN SI UNITS)
 ความดัน (pressure) บาร์ (bar) bar 1 bar = 100 kPa = 105 Pa
 ความดันของของเหลวในร่างก่ายมนุษย์
 (pressure in human body fluids)
มิลลิเมตรของปรอท
(millimetres of mercury)
mmHg 1 mmHg = 133 322 Pa

 ความยาว (length)

อังสตรอม (ångström) Å 1 Å = 0.1 nm = 10-10 m
 ระยะทาง (distance) ไมล์ทะเล (nautical mile) M 1 M = 1852 m
 พื้นที่ (ภาคตัดขวาง)
 (area (cross-section))
บาร์น (barn) b 1 b = 10-28 m2
อัตราเร็ว (speed) นอต (knot) kn 1 kn = (1852/3600) m/s

 

ตารางที่ 6 แสดงหน่วยนอกไอเอสที่ยอมรับให้ใช้เฉพาะในบางสาขาวิชาและค่าของหน่วยหาได้จากทางการทดลอง

ปริมาณ
(QUANTITY)
หน่วย
(UNIT)
สัญลักษณ์
(SYMBOL)

นิยาม
(DEFINITION)

ค่าในหน่วยเอสไอ
(IN SI UNITS)
พลังงาน
(energy)
อิเล็กตรอน-โวลต์
(electron-volt)
eV 1 ev คือพลังงานจลน์
ของอิเล็กครอนที่วิ่ง
ผ่านความต่างศักย์ 1 V
ในสูญญากาศ
1 eV = 1.602 176 53 (14) ·10-19 J
มวล (mass) หน่วยมวลอะตอม
(atomic mass unit)
u
 
1 u เท่ากับ 1/12 ของมวลนิ่ง
ของอะตอมที่เป็นกลางของ
นิวไคลด์ 12C ในสถานะพื้น
1 u = 1.660 538 86 (28) ·10-27 kg
ความยาว
(length)
หน่วยดาราศาสตร์
(astronomical unit)
ua   1 ua = 1.495 978 706 91 (6)·1011m

 




E-Learning

ระบบมาตรวิทยากับการยอมรับในระดับสากล



Copyright © 2010 All Rights Reserved.

Calibration Center for Industry (Burapha University)
Faculty of Engineering, Burapha University, Saensook, Muang, Chonburi 20131
Tel: 0 3839 3913-4, 0 3839 3916, 0 3810 2222 Ext.3329 Fax: 0 3839 3915
Email: CIB_BUU@hotmail.com