Internationales Einheitensystem

Das Internationale Einheitensystem, auch einfach SI (internationale Abk. für frz.: Système International d'Unités) genannt, verkörpert das moderne metrische System und ist das am weitesten verbreitete Einheitensystem für physikalische Einheiten. Es entstammt ursprünglich den Bedürfnissen der Wissenschaft und Forschung, ist aber mittlerweile auch das vorherrschende Einheitensystem für Wirtschaft und Handel. In Deutschland und den meisten anderen Staaten ist die Benutzung des SI im amtlichen oder geschäftlichen Schriftverkehr gesetzlich vorgeschrieben.

Inhaltsverzeichnis
1 Grundlegendes
2 Anwendungsbereich
3 Geschichte
4 Entwicklung
5 Umgangssprache
6 Notwendigkeit
7 Systematik
8 Schreibweisen
9 Basiseinheiten
10 Siehe auch
11 Weblinks

Grundlegendes

Durch das SI werden physikalische Einheiten zu ausgewählten Größen festgelegt. Die Auswahl erfolgt – unter Berücksichtigung der geltenden wissenschaftlichen Theorien – nach praktischen Gesichtspunkten.
Nicht-physikalische Größen (beispielsweise wirtschaftliche oder sozialwissenschaftliche Größen) werden im SI nicht definiert.

Das SI wurde 1954 beschlossen und beruht heute auf sieben per Konvention festgelegten Basiseinheiten zu sieben entsprechenden Basisgrößen. Zur Überwachung der Konsistenz und Eindeutigkeit des SI wurde das BIPM eingerichtet. In Deutschland pflegt die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) und in der Schweiz das Bundesamt für Metrologie und Akkreditierung die SI-Einheiten.

Grundsätzlich können physikalische Größen auch in anderen als SI-Einheiten angegeben werden. In Teilgebieten von Forschung und Wirtschaft sind diese heute weiterhin gebräuchlich und je nach Gesetzeslage teilweise zulässig. Einheiten aus unterschiedlichen Einheitensystemen sollten jedoch nach Möglichkeit nicht gemischt verwendet werden.

Anwendungsbereich

Internationale Normen, wie die ISO 1000 oder entsprechende EWG-Richtlinien, haben das SI übernommen. In Deutschland wurden die darin festgelegten Einheiten mit dem Gesetz über Einheiten im Messwesen (Einheitengesetz, 1969) als gesetzliche Einheiten für den amtlichen und geschäftlichen Verkehr eingeführt. Die Ausführungsverordnung zu diesem Gesetz (1970) verweist auf DIN 1301. Seit 1978 ist die Verwendung von alten Einheiten im amtlichen oder geschäftlichen Schriftverkehr in Deutschland verboten.

Jedoch werden in Luft- und Seeluftfahrt Einheiten aus dem angloamerikanischen Maßsystem angewendet.

Geschichte

Das Vorhaben, ein metrisches System zu schaffen, kam in Frankreich im Verlauf des 18. Jahrhunderts auf. Die ersten Schritte zum heutigen Einheitensystem wurden 1795 gegangen, als die Französische Nationalversammlung nach der Französischen Revolution das Meter und das Kilogramm als Normale festlegte; sie wurden 1799 als Prototypen angefertigt. Das hehre Ziel für die zukünftige Gültigkeit dieses metrischen Systems lautete „Für alle Welt, für alle Völker“. Es setzte sich tatsächlich nach und nach in den Nachbarländern durch – in Deutschland 1870.

Eine dezimale Einteilung der Zeit hat sich dagegen nicht bewährt und daher nicht durchsetzen können.

1874 wurde in Großbritannien das kohärente CGS-System mit drei Basiseinheiten, abgeleiteten Einheiten und den Präfixen micro bis mega festgelegt. Da sich die bisherigen Einheiten als zu kompliziert erwiesen hatten, wurden 1880 für die Gebiete der Elektrizität und des Magnetismus zusätzlich „praktische Einheiten“ eingeführt, darunter Ohm, Volt und Ampere.

Der Internationale Elektrische Kongress führte 1893 in Chicago „international“ genannte Einheiten für Spannung und Widerstand ein. Die Internationale Konferenz 1908 in London bestätigte die „internationalen“ Einheiten Ohm und Ampere.

Am 20. Mai 1875 wurde in Paris die Meterkonvention unterzeichnet, ein diplomatischer Vertrag unter den 17 führenden Industrienationen, die sich darin auf einheitliche Normale für die wichtigsten Größen einigten. Ohne diese Maßnahme wäre die weitere Entwicklung der industrialisierten Welt vielleicht unmöglich gewesen, weil national unterschiedliche Einheiten den internationalen Handel sowie wissenschaftlichen und technischen Austausch enorm erschwert hätten. Die Meterkonvention ist heute noch gültig und ist die Existenzgrundlage des SI.

Entwicklung

Mit der Pflege des in der Meterkonvention festgelegten Standards wurden mehrere Organe beauftragt:

Auf der ersten CGPM 1889 wurden Meter, Kilogramm und Sekunde als internationale Basiseinheiten festgelegt. Die Prototype für den Meter und das Kilogramm wurden genehmigt und an die Mitgliedstaaten verteilt. 1946 kam das Ampere als weitere Basiseinheit hinzu; 1954 folgten Kelvin und Candela. 1971 wurde als vorerst letzte Basiseinheit das Mol beschlossen. Die folgende Übersicht zeigt Beispiele dafür, durch welche Definitionen die heutigen SI-Basiseinheiten in der Vergangenheit festgelegt waren:

Größenwert Frühere Definitionen durch die CGPM
1 m 1795, Französisches Parlament: Zehnmillionster Teil eines Frankreich durchquerenden Viertels des Meridians;
1960: Länge, welche 1 650 763,73 Wellenlängen derjenigen Strahlung im Vakuum gleicht, die dem Übergang zwischen den Niveaus 2p10 und 5d5 des Krypton-86-Atoms entspricht.
1 s früher: 1/(86 400)ter Teil des mittleren Sonnentags;
1960: 1/(31 556 925.9747)ter Teil des tropischen Jahres für den 0. Januar 1900, 12 Uhr Ephemeridenzeit.
1 K 1954: [T] = 1 °K (Grad Kelvin, Grad Absolut)
1968: [T] = 1 K (Kelvin).
1 cd 1946/48: Lichtstärke senkrecht zu einer 1/600 000 Quadratmeter großen Oberfläche eines Schwarzen Körpers bei der Temperatur gefrierenden Platins bei einem Druck von 101 325 Newton pro Quadratmeter.

Seit 1954 existiert ein internationales Einheitensystem (damals mit sechs Basiseinheiten). Der heutige Name wurde 1960 festgelegt.

Umgangssprache

Im allgemeinen (nicht-wissenschaftlichen) deutschen Sprachgebrauch haben sich einige Schreib- und Sprechweisen eingebürgert, die nach dem SI falsch sind:

Notwendigkeit

Die internationale Vereinheitlichung des Einheitensystems verhindert Missverständnisse im Umgang mit Größen und Einheiten und macht Größenwerte unmittelbar exakt vergleichbar. Bedeutend ist dies sowohl für Wissenschaft und Technik als auch für Industrie und Handel und wirkt sich somit auf die Gesellschaft aus.

Sowohl für den internationalen als auch den lokalen wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Austausch ist ein einheitliches und konsistentes Einheitensystem von großem Nutzen, um z. B. fehlerträchtige Umrechnungen und Missverständnisse durch mehrdeutige Angaben zu vermeiden (beispielsweise existierten 1870 im Deutschen Reich noch 300 unterschiedliche Flächenmaße; auch gleichlautende Einheiten waren bzw. sind unterschiedlich, beispielsweise ist die deutsche Pferdestärke ungleich der britischen horsepower; für eine Meile existierten über Jahrhunderte hinweg unterschiedlichste Definitionen in den verschiedenen Anwendungsbereichen und Gegenden; bei den Temperaturen entspricht als Beispiel 100 °C einem Wert von 212 °F.

Die Grundlage für den richtigen Umgang mit den SI-Einheiten dient das Messwesen.

Systematik

Eine Einheit hat einen (ausgeschriebenen) Namen und ein Einheitenzeichen. Die Namen sind je nach Sprache mit unterschiedlichen Schreibweisen vorgesehen (z. B. dt. Grad Celsius, engl. degree Celsius, frz. degré Celsius). Die Einheitenzeichen sind international gleich (z. B. °C). Das Einheitenzeichen verknüpft den Größenwert mit der SI-Einheit

Schreibweisen

Einheitenzeichen werden in aufrechter Schrift gesetzt und folgen mit kleinem Zwischenraum dem Zahlenwert, auch bei Prozent und Temperaturangaben in Grad Celsius. Die Schreibweisen sind in DIN 1301 geregelt.


In eckigen Klammern stehen ausschließlich Formelzeichen (per Konvention kursiv geschrieben) oder der Name der Einheit. Man liest die Klammer folgendermaßen: Die Einheit (von) <Inhalt der Klammer> ist: .... Zulässige Schreibweisen sind zum Beispiel:

[v]=\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}\quad
bedeutet: "Die Einheit der Geschwindigkeit ist Meter durch Sekunde."
[P]_{\mathrm{SI}}=\frac{\mathrm{kg}\cdot\mathrm{m}^2}{\mathrm{s}^3}\quad
bedeutet: "Die SI-Einheit der Leistung ist Kilogramm-Quadratmeter durch Kubiksekunde."

Einheitenzeichen in eckigen Klammern führen zu einer falschen Aussage: Die eckigen Klammern dürfen nicht um Einheitenzeichen gesetzt werden. Angaben wie [kg] sind nicht zu verwenden, auch nicht zur Beschriftung von Koordinatenachsen in graphischen Darstellungen (s. DIN 1313).

Basiseinheiten

Die Basiseinheiten und -größen des SI werden nach praktischen und theoretischen Gesichtspunkten durch die CGPM festgelegt. Ihre Definitionen sind nicht endgültig, sondern werden in ständiger Arbeit mit dem fortschreitenden Stand der Messtechnik weitergeführt. Im SI entsprechen die sieben Basisgrößen den sieben Basiseinheiten.

Größe Formelzeichen Name Einheitenzeichen Definition
Länge l Meter m Länge der Strecke, die das Licht im Vakuum während der Dauer von (1/299 792 458) Sekunden durchläuft
Masse m Kilogramm kg Einheit der Masse; es ist gleich der Masse des Internationalen Kilogrammprototyps
Zeit t Sekunde s das 9 192 631 770fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung
Stromstärke I Ampere A Stärke eines konstanten Stromes, der, durch zwei parallele, geradlinige, unendlich lange und im Vakuum im Abstand von einem Meter voneinander angeordnete Leiter von vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern je einem Meter Leiterlänge die Kraft 2 · 10 −7 Newton hervorruft
Temperatur T Kelvin K der 273,16te Teil der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes des Wassers1
Stoffmenge n Mol mol die Stoffmenge eines Systems, das aus ebensoviel Einzelteilchen besteht, wie Atome in 0,012 Kilogramm des Kohlenstoffnuklids 12C enthalten sind. Bei Benutzung des Mol müssen die Einzelteilchen spezifiziert sein und können Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen sowie anderer Teilchen oder Gruppen solcher Teilchen genau angegebener Zusammensetzung sein.
Lichtstärke lV Candela cd Lichtstärke in einer bestimmten Richtung einer Strahlungsquelle, die monochromatische Strahlung der Frequenz 540 · 1012 Hertz aussendet und deren Strahlstärke in dieser Richtung (1/683) Watt durch Steradiant beträgt
1) Zwischen der thermodynamischen Temperatur T und der Celsiustemperatur t besteht der Zusammenhang: t/°C = T/K + 273,15

Zurzeit wird an einer neuen Definition der Masse gearbeitet, die auf der Atommasse und nicht mehr auf einem Prototyp beruhen soll.

Siehe auch

Weblinks


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See also: Internationales Einheitensystem, 1795, 1870, 1954, Abstand, Ampere (Einheit)