単位系の基礎知識 (要約)






単位は、互いに独立した少数の基本的な量(一般的に長さ・質量・時間)について定めておけば、その他の物はこれらの組み合わせによって表すことが出来る。
この場合、基本的に選ばれた単位を基本単位、それらの組み合わせで作られた単位を組立単位と呼ぶ。
当然、基本単位から組み立てられない量については、新たに基本単位として定める必要がある(ex.温度・電流・・・etc.)。
また、基本・組立単位だけでは実用上不便な場合があり、その場合、これらの倍数・分数の値の単位を使用する。
このように、いくつかの基本単位を基礎として組立単位を作っていくことにより、ある一つの単位の系列ができる。この系列を単位系と呼ぶ。
現在の日本ではメートル法が義務づけられているが、その単位系には主に次の3つが挙げられる。

C. G. S単位系センチメートル[cm]、グラム[g]、秒[s]
M. K. S単位系メートル[m]、キログラム[kg]、秒[s]
重力単位系メートル[m]、重量キログラム[kgf]、秒[s]
国際的には、F. P.S単位系(フィート[f]、ポンド[p]、秒[s])等、多種存在する。

これらの単位系を国際的に統一するために、メートル条約の最高決議機関である国際度量衡総会(Conference Generale des Poids et Mesures / CGPM)において採択が可決されたのが国際単位系(Le Systeme International d'Unites / SI)であり、日本でも1974年4月以降導入となった。


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▼基本単位 (JIS Z 8203)▼


基本単位 定義
単位の名称 単位記号
1長さメートルm メートルは、1/299792458秒の時間に光が真空中を伝わる行程の長さ。
2質量キログラムkg キログラムは、(重力でも力でもない)質量の単位であって、それは国際キログラム原器の質量に等しい。
3時間s 秒は、セシウム133の原子の基底状態の2つの超微細準位の間の遷移に対応する放射の9192631770周期の継続時間。
4電流アンペアA アンペアは、真空中に1メートルの間隔で平行に置いた、無限に小さい円形断面積を有する無限に長い2本の直線状導体のそれぞれを流れ、これらの導体の長さ1メートルごとに2*10^(-7)ニュートンの力を及ぼし合う不変の電流。
5熱力学温度ケルビンK ケルビンは、水の3重点の熱力学温度の1/273.16。
6物質量モルmol モルは、0.012キログラムの炭素12の中に存在する原子の数と等しい数の要素粒子、または要素粒子の集合体(組成が明確にされた物に限る)で構成された系の物質量とし、要素粒子または要素粒子の集合体を特定して使用する。
7光度カンデラcd カンデラは、周波数540*10^12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ワット毎ステラジアンである光源の、その方向における強度。


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▼補助単位 (JIS Z 8203)▼


補助単位 定義
名称 記号
平面角ラジアンrad ラジアンは、円の周上でその半径の長さに等しい長さの弧を切り取る2本の半径の間に含まれる平面角である。
立体角ステラジアンsr ステラジアンは、球の中心を頂点とし、その球の半径を1辺とする正方形の面積と等しい面積をその球の表面上で切り取る立体角である。


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▼基本単位から出発して表される組立単位の例 (JIS Z 8203)▼


組立単位 組立単位
名称記号 名称記号
面積平方メートルm^2 電流密度アンペア毎平方メートルA/m^2
体積立方メートルm^3 磁界の強さアンペア毎メートルA/m
早さメートル毎秒m/s (物質量の)濃度モル毎立方メートルmol/m^3
加速度メートル毎秒毎秒m/s^2 比体積立方メートル毎キログラムm^3/kg
波数(※)毎メートルm^(-1) 輝度カンデラ毎平方メートルcd/m^2
密度キログラム毎立方メートルkg/m^3    
(※)ちなみに波数は、そっちの世界では「カイザー[cm^(-1)]」が一般的らしいですな。
波数をν、波長をλとして、ν=1/λの関係があります。もちろん、長さの単位は合わせましょう(笑)

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▼固有の名称を持つ組立単位 (JIS Z 8203)▼


組立単位 基本単位もしくは補助単位による組立方、
または他の組立単位による組立方。
単位の名称単位記号
周波数ヘルツHz1[Hz]=1[s^(-1)]
ニュートンN1[N]=1[kg・m/s^2]
圧力・応力パスカルPa1[Pa]=1[N/m^2]
エネルギー・仕事・熱量ジュールJ1[J]=1[N・m]
仕事率・工率・動力・電力ワットW1[W]=1[J/s]
電荷・電気量クーロンC1[C]=1[A・s]
電位・電位差・電圧・超電力ボルトV1[V]=1[J/C]
静電容量・キャパシタンスファラドF1[F]=1[C/V]
(電気)抵抗オームΩ1[Ω]=1[V/A]
(電気の)コンダクタンスジーメンスS1[S]=1[Ω^(-1)]
磁束ウェーバWb1[Wb]=1[V・s]
磁束密度・磁気誘導テスラT1[T]=1[Wb/m^2]
インダクタンスヘンリーH1[H]=1[Wb/A]
セルシウス温度セルシウス度または度t[℃]=(t+273.15)[K]
光束ルーメンlm1[lm]=1[cd・sr]
照度ルクスlx1[lx]=1[lm/m^2]
放射能ベクレルBq1[Bq]=1[s^(-1)]
質量エネルギー分与・吸収線量グレイGy1[Gy]=1[J/kg]
線量当量シーベルトSv1[Sy]=1[J/kg]


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▼接頭語 (JIS Z 8203)▼


単位に乗ぜられる倍数 接頭語
名称 記号
10^18エクサE
10^15ペタP
10^12テラT
10^9ギガG
10^6メガM
10^3キロk
10^2ヘクトh
10デカda
10^(-1)デシd
10^(-2)センチc
10^(-3)ミリm
10^(-6)マイクロμ
10^(-9)ナノn
10^(-12)ピコp
10^(-15)フェムトf
10^(-18)アトa


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▼SI単位と併用できる単位 (JIS Z 8203)▼


単位の名称 単位記号 定義
時間min1min=60s
h1h=60min
d1d=24h
平面角°1°=(π/180)rad
1’=(1/60)°
1”=(1/60)’
体積リットルl 、 L1l=1dm^3
質量トンt1t=10^3kg


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▼SIと併用しない方が一般に望ましい固有の名称を有するC.G.S単位▼


名称 記号 SI単位での値
エルグerg1[erg]=10^(-7)[J]
ダインdyn1[dyn]=10^(-5)[N]
ポアズP1[P]=1[dyn・s/cm^2]=0.1[Pa・s]
ストークスSt1[St]=1[cm^2/s]=10^(-4)[m^2/s]
ガウスGs 、 G1[Gs]は10^(-4)[T]に相当する
エルステッドOe1[Oe]は(1000/4π)[A/m]に相当する
マクスウェルMx1[Mx]は10^(-8)[Wb]に相当する
スチルブsb1[sb]=1[cd/cm^2]=10^4[cd/m^2]
フォトph1[ph]=10^4[lx]


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▼その他一般的には推奨しがたい単位▼


名称 記号 SI単位での値
フェルミfm1[fm]=10^(-15)[m]
カラットcarat1[carat]=200[mg]=2*10^(-4)[kg]
トルTorr1[Torr]=(101325/760)[Pa]
重量キログラムkgf1[kgf]=9.80665[N]
カロリーcal1[cal]=4.1868[J]
ミクロンμ1[μ]=1[μm]=10^(-6)[m]
X線単位 近似的に1[X線単位]=1.002*10^(-4)[nm]
ステールst1[st]=1[m^3]
ガンマγ1[γ]=1[nT]=10^(-9)[T]
ガンマγ1[γ]=1[μg]=10^(-9)[kg]
ラムダλ1[λ]=1[μl]=10^(-9)[m^3]


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