ระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ

"SI" เปลี่ยนทางมาที่นี่ สำหรับสัญลักษณ์ธาตุ Si ดูที่ ซิลิกอน

มีเพียงสามประเทศที่ยังไม่ใช้หน่วยเอสไอเป็นมาตรฐานของหน่วยวัด ได้แก่ ไลบีเรีย, พม่า และ สหรัฐอเมริกา

ระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ หรือ ระบบเอสไอ (อังกฤษ: International System of Units; ฝรั่งเศส: Système international d'unités: SI) เป็นระบบการวัดที่ปรับปรุงมาจากระบบเมตริก โดยเน้นการสร้างมาจากหน่วยฐานทั้งเจ็ดหน่วยและใช้ระบบเลขฐานสิบ ซึ่งถือว่าเป็นระบบการวัดที่ใช้แพร่หลายที่สุดในโลกทั้งในชีวิตประจำวันและทางวิทยาศาสตร์

ระบบเมตริกแต่เดิมนั้นแบ่งออกเป็นหลายกลุ่ม โดยระบบเอสไอได้รับการพัฒนามาจากระบบหน่วยเมตร-กิโลกรัม-วินาที (meter-kilogram-second: MKS) ในปี 1960 และได้ปรับเปลี่ยนนิยามรวมถึงเพิ่มลดหน่วยฐานเอสไอมาตลอดตามการพัฒนาเทคโนโลยีทางด้านการวัด เพื่อเพิ่มความเที่ยงตรงในการวัดมากขึ้น

ระบบเอสไอเป็นระบบที่ใช้กันเกือบทั้งโลก มีเพียงสามประเทศที่ยังไม่ใช้หน่วยเอสไอเป็นมาตรฐานของหน่วยวัด ได้แก่ ไลบีเรีย พม่า และ สหรัฐอเมริกา แม้ในอังกฤษเองได้ยอมรับให้ใช้ระบบเอสไออย่างเป็นทางการ แม้ว่าจะไม่สามารถทดแทนระบบดั้งเดิมได้ทั้งหมด

ประวัติ

ระบบเมตริกถือกำเนิดขึ้นจากการรวบรวมหน่วยวัดต่างๆ โดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ซึ่งได้รับการแต่งตั้งให้เป็นคณะกรรมการจากสภาผู้แทนราษฎรฝรั่งเศสและพระเจ้าหลุยส์ที่ 16 ให้สร้างระบบการวัดที่เป็นสากลและเหมาะสม (ซึ่งหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์กลุ่มนั้นคือ อ็องตวน ลาวัวซีเย ผู้ได้รับฉายาว่าเป็น "บิดาแห่งเคมีสมัยใหม่") ในวันที่ 1 สิงหาคม ค.ศ. 1793 สมัชชาแห่งชาติฝรั่งเศส ได้ให้นิยามของหน่วยเมตรใหม่และกำหนดความยาวมาตรฐานรวมถึงหน่วยวัดฐานสิบอื่นๆ ในวันที่ 7 เมษายน ค.ศ. 1795 ได้กำหนดหน่วยวัดมาตรฐานไว้ห้าหน่วยในกฎหมาย Loi du 18 germinal, an III ได้กำหนดนิยามของหน่วยกรัม ขึ้นมาแทนหน่วย grave ที่มีอยู่แต่เดิม จนในวันที่ 10 ธันวาคม 1799 (ภายหลังการรัฐประหารของนโปเลียน 1 เดือน) ระบบเมตริกในฝรั่งเศสก็ใช้ได้อย่างสมบูรณ์

ปีที่แต่ละประเทศเปลี่ยนมาใช้ระบบเมตริก

ความต้องการในการร่วมมือระหว่างประเทศในด้านมาตรวิทยานำไปสู่การเซ็นสนธิสัญญาเมตริก 20 พฤษภาคม พ.ศ. 2418 (ค.ศ. 1875) ที่กรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส ซึ่งทำให้เกิดการจัดตั้งสำนักงานชั่ง ตวง วัดระหว่างประเทศ (BIPM) เพื่อกำหนดหน่วยวัดสากล คณะกรรมการมาตรวิทยาสากล (CIPM) และการประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศ (CGPM) ซึ่งจัดประชุมทุกๆ 4-6 ปี

หลังจากสงครามโลกครั้งที่ 2 ระบบมาตรวัดยังคงไม่เป็นมาตรฐาน ทั้งความหลากหลายที่เกิดจากระบบเมทริกเอง และความหลากหลายที่เกิดจากระบบมาตรวัดแบบดั้งเดิม ในการประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศครั้งที่ 9 ในปี 1948 จึงกำหนดให้คณะกรรมการมาตรวิทยาสากลสร้างหลักสูตรการศึกษาทางด้านมาตรวิทยาในระดับสากลขึ้นเพื่อใช้ในด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และการศึกษา

เพื่อที่จะสร้างหลักสูตรนี้ การประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศครั้งที่ 10 จึงเห็นสมควรที่จะสร้างระบบสากลขึ้นมาจากหน่วยฐานทั้งหก โดยเพิ่มการวัดอุณหภูมิและการส่องสว่างจากแต่เดิมที่สร้างหน่วยวัดแค่ระบบกลศาสตร์และแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ เมตร กิโลกรัม วินาที แอมแปร์ องศาเคลวิน (ซึ่งภายหลังได้ตัดคำว่า "องศา" ทิ้งไป) และ แคนเดลา การประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศครั้งที่ 11 ปี 1960 จึงได้กำหนดชื่อระบบใหม่นี้ว่า "ระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ" หรือที่ย่อเป็น "ระบบเอสไอ" จากชื่อระบบในภาษาฝรั่งเศสที่ว่า Système international d'unités และมีการเพิ่มหน่วยโมล เข้าเป็นหน่วยฐานในการประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศครั้งที่ 14 ปี 1971

ระบบที่เกี่ยวข้อง

มาตรฐานระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศให้เป็นไปตามนี้

• นิยามคำศัพท์ทางด้าน "ปริมาณ" "หน่วย" ไดเมนชัน ฯลฯ ในด้านมาตรวิทยาของระบบเอสไอเป็นไปตามศัพท์มาตรวิทยาสากล (International Vocabulary of Metrology: IVM)
• ปริมาณและสมการที่ใช้การนิยามระบบเอสไอถูกอ้างอิงไว้ในระบบของปริมาณระหว่างประเทศ (International System of Quantities: ISQ)และถูกระบุไว้ใน ISO/IEC 80000

หน่วยเอสไอ

ดูบทความหลักที่ หน่วยฐานเอสไอ, หน่วยอนุพันธ์เอสไอ และ คำนำหน้าหน่วยเอสไอ

ระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศประกอบไปด้วยชุดของหน่วยวัดเอสไอและชุดของคำนำหน้าเอสไอ หน่วยวัดเอสไอเองแบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือหน่วยฐานเอสไอและหน่วยอนุพันธ์เอสไอ

หน่วยฐานเอสไอ

ชื่อหน่วยวัด	สัญลักษณ์หน่วยวัด	ชื่อปริมาณ	สัญลักษณ์ปริมาณ
เมตร	m	ความยาว	l (L ตัวเล็ก)
กิโลกรัม	kg	มวล	m
วินาที	s	เวลา	t
แอมแปร์	A	กระแสไฟฟ้า	I (i ตัวใหญ่)
เคลวิน	K	อุณหภูมิอุณหพลวัติ	T
แคนเดลา	cd	ความเข้มของการส่องสว่าง	Iv (i ตัวใหญ่ห้อยด้วยตัว v เล็ก)
โมล	mol	ปริมาณของสาร	n

เราสามารถสร้างหน่วยอนุพันธ์เอสไอได้ไม่จำกัดจากการนำหน่วยฐานเอสไอทั้งเจ็ดมาคูณหรือหารกัน ตัวอย่างเช่นหน่วยอนุพันธ์ของเอสไอเกี่ยวกับความเร็วคือเมตรต่อวินาที (m/s) หน่วยอนุพันธ์บางหน่วยอาจมีชื่อเฉพาะเนื่องจากมีการใช้บ่อยๆ เช่นโอห์ม หน่วยของความต้านทานซึ่งมีสัญลักษณ์ Ω สามารถนิยามได้จาก Ω = m²·kg·s⁻³·A⁻² อันมีผลมาจากนิยามเกี่ยวกับความต้านทานไฟฟ้าโดยตรง

มีหน่วยพิเศษสองหน่วยคือเรเดียนและสเตอเรเดียน ที่เดิมถูกกำหนดให้เป็นหน่วยเสริม (Supplement Unit) ของระบบเอสไอ แต่ภายหลังได้รับการยกเลิกและจัดเป็นหน่วยอนุพันธ์ประเภทหนึ่งที่ไร้มิติ (Dimentionless) กล่าวคือไม่มีหน่วยแทน

คำนำหน้าหน่วยเอสไอเป็นคำที่ใช้เติมข้างหน้าหน่วยเอสไอเพื่อสร้างพหุคูณของหน่วยเอสไอเดิม พหุคูณของหน่วยเอสไอจะเป็นสิบยกกำลังด้วยจำนวนเต็มเท่าต่างๆ และนอกเหนือจากสิบเท่า ร้อยเท่า ส่วนสิบเท่า และส่วนร้อยเท่าแล้วจะเป็นพหุคูณของพันเท่าและส่วนพันเท่าทั้งหมด

คำนำหน้าหน่วยเอสไอ

ชื่อ		เดคา	เฮกโต	กิโล	เมกะ	จิกะ จิกะ	เทระ	เพนตะ	เอกซะ	เซตตะ	ยอตตะ
สัญลักษณ์		da	h	k	M	G	T	P	E	Z	Y
ตัวประกอบ	100	101	102	103	106	109	1012	1015	1018	1021	1024
ชื่อ		เดซิ	เซนติ	มิลลิ	ไมโคร	นาโน	พิโค	เฟมโต	อัตโต	เซปโต	ยอกโต
สัญลักษณ์		d	c	m	μ	n	p	f	a	z	y
ตัวประกอบ	100	10−1	10−2	10−3	10−6	10−9	10−12	10−15	10−18	10−21	10−24

นอกเหนือจากหน่วยเอสไอแล้ว ยังมีชุดของหน่วยที่ไม่ใช่เอสไอแต่ยอมรับให้ใช้ในระบบเอสไอซึ่งมักจะเป็นหน่วยที่ใช้เป็นประจำแต่ไม่ตกอยู่ในกฎของเอสไอเช่นหน่วยลิตร

การเขียนสัญลักษณ์ของปริมาณทางเอสไอ

• ปริมาณจะถูกเขียนตัวเลขและตามด้วยเว้นวรรคหนึ่งครั้ง (ซึ่งถือว่าแทนการคูณ) แล้วตามด้วยสัญลักษณ์ของหน่วยนั้น เช่น "2.21 kg", "7.3×10² m²", "22 K" ซึ่งรวมถึงหน่วยเปอร์เซ็นต์ (%) ข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้ได้แก่สัญลักษณ์ที่เป็นองศา ลิปดา และฟิลิปดา (°, ′ และ ″) ซึ่งจะเขียนติดกันไปโดยไม่ต้องเว้นวรรค
• หน่วยอนุพันธ์ที่คูณกันจะเชื่อมกันด้วยจุดกลาง (·) หรือเว้นวรรคโดยไม่แยกบรรทัดเช่น "N·m" หรือ "N m"
• หน่วยอนุพันธ์ที่หารกันจะเชื่อมกันด้วยเครื่องหมายทับ (⁄) หรือยกกำลังด้วยเลขติดลบ เช่นเมตรต่อวินาที สามารถเขียนในรูปแบบ "m⁄s", "m s⁻¹", "m·s⁻¹" หรือ $\textstyle\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$ โดยให้ใช้เครื่องหมายทับได้เพียงครั้งเดียวเช่น "kg⁄(m·s²)" หรือ "kg·m⁻¹·s⁻²" ก็ได้แต่ห้ามใช้ "kg⁄m⁄s²" ในคีย์บอร์ดคอมพิวเตอร์จะมีเครื่องหมาย / ซึ่งตรงกับรหัสยูนิโคดU+002F แต่ไม่ใช่เครื่องหมายทับที่ใช้กับหน่วยเอสไอซึ่งตรงกับรหัสยูนิโคด U+2044.
• สัญลักษณ์หน่วยจะถือความหมายเชิงคณิตศาสตร์ ไม่ใช่ตัวย่อ จึงไม่ลงท้ายด้วยจุดมหัพภาค (.)
• สัญลักษณ์เขียนด้วยตัวอักษรภาษาโรมันตัวตรงเช่น m หรือ s เพื่อให้แตกต่างจากตัวแปรซึ่งมักจะใช้ตัวเอียงเช่น m แทนมวลหรือ s แทนระยะกระจัดตามข้อตกลงของมาตรฐานสากล กฎข้อนี้ขึ้นอยู่กับแบบอักษรที่ใช้ในข้อความข้างเคียง
• สัญลักษณ์ของหน่วยจะถูกเขียนในรูปตัวพิมพ์เล็กเช่น "m", "s", "mol" ยกเว้นแต่สัญลักษณ์ที่ย่อมาจากชื่อบุคคล เช่นหน่วยของความดันถูกตั้งตามแบลส ปาสกาล ดังนั้นสัญลักษณ์แทนจึงเขียนด้วย "Pa" ในขณะที่หน่วยเต็มจะเขียนด้วย pascal
  • ข้อยกเว้นสำหรับการเขียนตัวพิมพ์เล็กในสัญลักษณ์คือลิตร "l" ดูคล้ายกับเลข "1" หรือตัวไอใหญ่ ในหลายประเทศจึงแนะนำให้ใช้ "L" ซึ่งได้รับการยอมรับการประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศในปี 1979 ในญี่ปุ่นและกรีซใช้ตัวเอลหวัด (ℓ) แทนลิตร แต่ไม่ได้ถูกกำหนดเป็นมาตรฐานแต่อย่างใด
• คำนำหน้าหน่วยให้เขียนติดกับหน่วยโดยไม่มีเครื่องหมายวรรคตอนมาคั่นเช่น "k" ใน "km", "M" ใน "MPa", "G" ใน "GHz") และห้ามใช้คำนำหน้าหน่วยซ้อนกันเช่นห้ามใช้ กิโลกิโลเฮิรตซ์ แต่ต้องใช้ จิกะเฮิรตซ์ และหากคำนำหน้าหน่วยไม่พอ ให้ใช้สัญกรณ์วิทยาศาสตร์หรือคำนำหน้าหน่วยและตัวเลขที่เหมาะสมแทนเช่น 600 นาโนเมตร หรือ 6×10⁻⁷ เมตร
• สัญลักษณ์คำหน้าหน่วยที่ใหญ่กว่า 10³ (kilo) ให้ใช้ตัวพิมพ์ใหญ่
• สัญลักษณ์ของหน่วยจะไม่เป็นพหูพจน์เช่น "25 kg" ไม่ใช่ "25 kgs".
• มติในการการประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศปี 2003 กำหนดให้สัญลักษณ์ของแยกทศนิยมเป็นจุดมหัพภาค (.) หรือจุลภาค (,) ก็ได้ โดยส่วนมากแล้วในประเทศที่ใช้ภาษาอังกฤษและประเทศในเอเซียส่วนใหญ่มักใช้จุดมหัพภาค (.) แต่ประเทศในยุโรปภาคพื้นทวีปหลายประเทศมักใช้จุลภาค (,)
• เราสามารถใช้การเว้นวรรคในการแยกเลขหลักพันเช่นหนึ่งล้านสามารถเขียนได้เป็น 1 000 000 เพื่อให้ต่างจากการใช้จุลภาคหรือมหัพภาคในการแยกทศนิยม และเพื่อให้แตกต่างจากประเทศที่ใช้การเว้นวรรคในการแยกคำ วรรคที่ใช้ในการแยกเลขหลักพันจะเล็กกว่าวรรคที่ใช้แยกคำเล็กน้อย (thin space)

แหล่งข้อมูลอื่น

• สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ