물리학 I(4) - SI 단위계

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SI 단위계(International System Units)

 국제단위계(International System Units) 또는 SI 단위계는 각 나라별로 상이한 도량형을 전세계의 과학자들이 미터법을 이용해 합의를 이루어 만든 국제적인 표준이 되는 도량형으로, 7개의 기본 단위를 기본으로 한다. 기본 단위의 목록은 아래와 같다.

기본 단위

 국제 도량형 총회에서 결정한 7개의 기본량의 단위이다.

물리량	길이	질량	시간	전류	온도	물질량	광도
이름	미터 (meter)	킬로그램 (kilogram)	초 (second)	암페어 (ampere)	켈빈 (kelvin)	몰 (mole)	칸델라 (candela)
기호	\( \mathrm{ m } \)	\( \mathrm{ kg } \)	\( \mathrm{ s } \)	\( \mathrm{ A } \)	\( \mathrm{ K } \)	\( \mathrm{ mol } \)	\( \mathrm{ cd } \)

기본 단위의 정의

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기본 단위의 정의

>>> 1미터 - 빛이 진공에서 \( 1/299 792 458 \)초 동안 진행한 경로의 길이.

>>> 1킬로그램 - 플랑크 상수 \( h \)가 \( 6.626 070 15 \times 10^{-34} \mathrm{ J } \cdot \mathrm{ s } \)의 고정값을 취하도록 하는 질량.

>>> 1초 - 섭동하지 않는 세슘-133 원자의 바닥 상태에 있는 두 초미세 준위 사이의 전이에 대응하는 복사선의 \( 9 192 631 770 \)주기의 지속 시간.

>>> 1암페어 - 1초 동안 \( 1/1.602 176 634 \times 10^{-19} \)만큼의 기본 전하 \( e \)가 흐르는 전류

>>> 1켈빈 - 볼츠만 상수 \( k \)가 1.380 649 \times 10^{-23} \mathrm{J} \cdot \mathrm{K}^{-1}이 되도록 하는 온도.

>>> 1몰 - 아보가드로 상수 N_{A}가 6.022 140 76 \times 10^{23} \mathrm{mol}^{-1}되도록 하는 물질량.

>>> 1칸델라 - 진동수 540 \times 10^{12} \mathrm{Hz}인 단색광을 방출하는 광원의 복사도가 어떤 주어진 방향으로 스테라디안당 1/683 와트일 때 이 방향에 대한 광도.

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무차원 단위

 SI 단위계에서는 기본 단위 이외에도 2개의 무차원 단위를 같이 사용한다. 

물리량	평면각	입체각
이름	라디안 (radian)	스테라디안 (steradian)
기호	\( \mathrm{ rad } \)	\( \mathrm{ sr } \)

무차원 단위의 정의

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무차원 단위의 정의

>>> 1라디안 - 반지름이 r인 한 원의 원주에서 그 원의 반지름과 같은 길이를 가지는 호의 길이에 대한 중심각.

>>> 1스테라디안 - 반지름이 r인 구의 표면에서 r^{2}인 면적( r^{2}인 구면 위의 넓이)에 해당하는 입체각.

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 위에서 설명한 기본 단위 이외에 필요한 다른 물리량의 단위는 기본 단위를 이용해 유도하여 사용한다. 이러한 단위를 유도 단위라고 한다. 위의 무차원 단위 또한 유도 단위이다. 아래는 대표적인 유도 단위이다.

유도 단위

이름	유도량	기호	SI 단위
세제곱미터 (cubic meter)	부피	\( \mathrm{m}^{3} \)	\( \mathrm{m}^{3} \)
미터 매 초 (meter per second)	속도, 속력	\( \mathrm{m/s} \)	\( \mathrm{m} / \mathrm{s} = \mathrm{m} \cdot \mathrm{s}^{-1} \)
헤르츠 (hertz)	주파수	\( \mathrm{Hz} \)	\( \mathrm{s}^{-1} \)
뉴턴 (newton)	힘	\( \mathrm{N} \)	\( \mathrm{kg} \cdot \mathrm{m} / \mathrm{s}^{2} = \mathrm{kg} \cdot \mathrm{m} \cdot \mathrm{s}^{-2} \)
파스칼 (pascal)	압력	\( \mathrm{Pa} \)	\( \mathrm{N} \cdot \mathrm{m}^{-2} = \mathrm{kg} / \mathrm{m} / \mathrm{s}^{2} = \mathrm{kg} \cdot \mathrm{m}^{-1} \cdot \mathrm{s}^{-2} \)
줄 (joule)	에너지, 일, 열량	\( \mathrm{J} \)	\( \mathrm{N} \cdot \mathrm{m} = \mathrm{kg} \cdot \mathrm{m}^{2} \cdot \mathrm{s}^{-2} \)
와트 (watt)	일률, 전력, 동력	\( \mathrm{W} \)	\( \mathrm{J} \cdot \mathrm{s}^{-1} = \mathrm{kg} \cdot \mathrm{m}^{2} \cdot \mathrm{s}^{-3} \)
쿨롱 (coulomb)	전하량, 전기량	\( \mathrm{C} \)	\( \mathrm{A} \cdot \mathrm{s} \)

 

 

 

이제 물리학에서 새롭게 발견될 것은 아무것도 없다. 측정을 더욱 정밀하게 하면 될 뿐이다.

-윌리엄 톰슨(켈빈 남작 윌리엄 톰슨)

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