หน่วยฐาน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ไปยังการนำทาง ไปยังการค้นหา
หน่วยกำกับทั้ง 7 ในหน่วยฐานในระบบอนุพัทธ์เอสไอ : เมตร ในการวัด ความยาว, มวลสาร หรือน้ำหนัก คือ กิโลกรัม วินาที ในการวัด เวลา, ส่วน แอมแปร์ และ แคนเดลา ทั้งคู่สัมพันธ์กับหน่วยพลังงาน อันประกอบด้วย กระแสไฟฟ้า และ ความเข้มของการส่องสว่าง และ สุดท้ายคือ โมล สำหรับ ปริมาณมวลสาร.

หน่วยฐาน หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า "หน่วยพื้นฐาน" คือ หน่วยวัดที่ใช้สำหรับวัดค่าปริมาณฐาน ปริมาณฐานเป็นหนึ่งในกลุ่มย่อยที่ได้รับเลือกตามอัตภาพของปริมาณทางกายภาพ ซึ่งจะไม่มีการระบุปริมาณในกลุ่มย่อยในแง่ของตัวแปรอื่น ๆ หน่วยฐาน (อังกฤษ:Base Units) ที่กำหนดขึ้นโดยองค์กรระหว่างชาติเพื่อการมาตรฐาน (ตัวย่อ:ISO อังกฤษ:International Organization for Standardization) หน่วยฐานเป็นหน่วยหลักของระบบหน่วยระหว่างชาติ หรือ หน่วยอนุพัทธ์เอสไอ (SI:International System of Units หรือ Systeme - International d’ Unites) ประกอบด้วยทั้งหมด 7 หน่วย ดังนี้ ปริมาตร หรือ ปริมาณ (Quantities) อันประกอบด้วย ความยาว (Length), มวลสาร (Mass), เวลา (Time), กระแสไฟฟ้า (Electric Current), อุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิกส์ (Thermodynamic Temperature), ความเข้มของการส่องสว่าง (Luminous Intensity), และ ปริมาณมวลสาร (Amount of Substance) ทั้งนี้หน่วยฐานจะมีความสัมพันธ์กับหน่วยอนุพัทธ์ (Derived Units) โดยจะมีหน่วยฐานหลายหน่วยมาเกี่ยวข้องกัน เช่น หน่วยของความเร็วเป็น เมตร/วินาที ซึ่งมีหน่วยกำกับหมวดเวลา ที่มีหน่วยกำกับเป็น วินาที และ หมวดความยาว ที่มีหน่วยกำกับเป็น เมตร ประกอบขึ้นเป็นหน่วยอนุพัทธ์ ใน "หมวดของความเร็ว" เป็น "เมตรต่อวินาที" หรือ "เมตร/วินาที" นอกจากนี้ยังมี หน่วยเสริม (Supplimentary Units) แยกออกเป็นสาขาต่างๆ เช่น สาขาฟิสิกส์ ปรกอบด้วยหน่วยเสริม 2 หน่วยคือ เรเดียน (อังกฤษ:Radian สัญลักษณ์:rad) เป็นหน่วยวัดมุมในระนาบ และ สเตอเรเดียน (อังกฤษ:Steradian สัญลักษณ์:sr) เป็นหน่วยวัดมุมตัน เป็นต้น

ประวัติความเป็นมา[แก้]

ระบบของหน่วยฐานเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2503 โดยการประชุมร่วมกันของนักวิทยาศาสตร์ จากหลากหลายประเทศ เพื่อตกลงให้มีระบบการวัดปริมาณต่างๆ ให้เป็นระบบมาตรฐานระหว่างชาติเพื่อใช้อย่างสากล ตัวอย่างในอดีต มาตราวัดความยาวที่ประเทศไทยใช้คือ วา โดย 1 วา มีค่าเท่ากับ 2 เมตร และ 1 ตารางวา มีค่าเท่ากับ 4 ตารางเมตร เทียบเท่ากับ พื้นที่ 1 ไร่ มี 400 ตารางวา เป็นต้น[1] ตั้งแต่ปีการประชุมระบบเมตริกในปี พ.ศ. 2418 เป็นต้นมามีการปรับปรุงนิยามของเอสไอและเพิ่มจำนวนหน่วยฐานเอสไอหลายครั้ง หลังจากที่มีการเปลี่ยนนิยามหน่วยเมตรใหม่ในปี พ.ศ. 2503 หน่วยกิโลกรัม จึงเป็นหน่วยเดียวที่นิยามจากสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้น ทั้งๆ ที่หน่วยอื่นๆ จะนิยามจากคุณสมบัติทางธรรมชาติ แต่ว่าหน่วยโมล แอมแปร์ และ แคนเดลา ก็มีนิยามที่ขึ้นต่อหน่วยกิโลกรัมด้วย ทำให้นักมาตรวิทยาหลายคนพยายามหาวิธีการนิยามหน่วยกิโลกรัมใหม่จากค่าคงที่พื้นฐานในธรรมชาติ เช่น เดียวกับการที่หน่วยเมตรถูกนิยามโดยผูกติดกับความเร็วของแสง

หน่วยกำกับในหน่วยฐาน[แก้]

หน่วยกำกับ หรือหน่วยหลัก หน่วยที่ใช้กำกับหน่วยฐานทั้ง 7 ประกอบด้วย

  • ความยาว หน่วยกำกับชื่อ เมตร (meter) โดยมีคำย่อหรือสัญลักษณ์ของชื่อหน่วยกำกับของความยาว คือ "m"
  • มวลสาร หน่วยกำกับชื่อ กิโลกรัม (kilogram) โดยมีคำย่อหรือสัญลักษณ์ของชื่อหน่วยกำกับของมวลสาร คือ "kg"
  • เวลา หน่วยกำกับชื่อ วินาที (second) โดยมีคำย่อหรือสัญลักษณ์ของชื่อหน่วยกำกับของเวลา คือ "s"
  • กระแสไฟฟ้า หน่วยกำกับชื่อ แอมแปร์ (ampere) โดยมีคำย่อหรือสัญลักษณ์ของชื่อหน่วยกำกับของกระแสไฟฟ้า คือ "A"
  • อุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิกส์ หน่วยกำกับชื่อ เคลวิน (kelvin) โดยมีคำย่อหรือสัญลักษณ์ของชื่อหน่วยกำกับของอุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิกส์ คือ "K"
  • ความเข้มของการส่องสว่าง หน่วยกำกับชื่อ แคนเดลา (Candela) โดยมีคำย่อหรือสัญลักษณ์ของชื่อหน่วยกำกับของความเข้มของการส่องสว่าง คือ "cd"
  • ปริมาณมวลสาร หน่วยกำกับชื่อ โมล (mole) โดยมีคำย่อหรือสัญลักษณ์ของชื่อหน่วยกำกับของปริมาณมวลสาร คือ "mol"

นิยามโดยละเอียดของหน่วยกำกับหน่วยฐานในระบบหน่วยอนุพัทธ์เอสไอ[แก้]

ตารางแสดงนิยามของหน่วยกำกับระบบหน่วยอนุพัทธ์เอสไอ ทั้ง 7 โดยละเอียดมีดังนี้

หน่วยฐานระบบอนุพัทธ์เอสไอ
ชื่อหน่วย สัญลักษณ์ ปริมาณ นิยามเอสไอ นิยามดั้งเดิม
เมตร m ความยาว "หนึ่งเมตรคือความยาวที่แสงเดินทางได้ในสุญญากาศ ในช่วงเวลา 1/299 792 458 วินาที"

17th CGPM (1983, Resolution 1, CR, 97)

1/10,000,000 ของระยะทางจากเส้นศูนย์สูตรของโลกไปยังขั้วโลกเหนือวัดจากเส้นรอบวงที่ผ่านเมืองปารีส
กิโลกรัม kg มวล "หนึ่งกิโลกรัมคือมวลที่เท่ากับมวลต้นแบบกิโลกรัมสากล (ทรงกระบอกแพลทินัม-อิริเดียม) เก็บไว้ที่ Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), Sèvres, Paris"

(1st CGPM (1889), CR 34-38)

มวลของน้ำหนึ่งลิตรที่อุณหภูมิ 4 °C
วินาที s เวลา "หนึ่งวินาทีคือช่วงเวลา 9 192 631 770 เท่าของคาบการแผ่รังสีที่เกิดจากการเปลี่ยนสถานะระดับไฮเพอร์ไฟน์ของสถานะพื้นของอะตอมซีเซียม-133 ที่สถานะพื้น (ground state)"

(13th CGPM (1967-1968) Resolution 1, CR 103) "โดยนิยามดังกล่าวให้หมายถึงซีเซียมอะตอมที่หยุดนิ่งในอุณหภูมิ 0 เคลวิน" (เพิ่มเติมใน CIPM ปี 1997)

นิยามมาจากหนึ่งวันแบ่งออกเป็น 24 ชั่วโมง หนึ่งชั่วโมงแบ่งออกเป็น 60 นาที และหนึ่งนาทีแบ่งออกเป็น 60 วินาที ดังนั้นหนึ่งวินาทีจึงเท่ากับ 1/(24 × 60 × 60) ของหนึ่งวัน
แอมแปร์ A กระแสไฟฟ้า "หนึ่งแอมแปร์เท่ากับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่คงที่ที่ให้กับลวดตัวนำตรงและขนานกัน 2 เส้น ที่มีความยาวไม่จำกัดและมีพื้นที่หน้าตัดน้อยจนไม่ต้องคำนึงถึง และวางห่างกัน 1 เมตรในสุญญากาศแล้ว จะมีแรงระหว่างตัวนำทั้งสองเท่ากับ 2×10 −7 นิวตันต่อความยาว 1 เมตร"

(9th CGPM (1948) Resolution 7, CR 70)

เดิมหนึ่งแอมแปร์ถูกนิยามจากไฟฟ้าเคมี ซึ่งเท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ทำให้เกิดโลหะเงินจำนวน 1.118 มิลลิกรัมต่อวินาทีจากสารละลายซิวเวอร์ไนเตรต ซึ่งแตกต่างจากแอมแปร์ตามนิยามของเอสไออยู่ประมาณ 0.015%
เคลวิน K อุณหภูมิอุณหพลวัติ หน่วยของอุณหภูมิอุณหพลวัติ (หรืออุณหภูมิสัมบูรณ์) มีค่าเท่ากับ 1/273.16 ของอุณหภูมิอุณหพลวัติของจุดร่วมสามสถานะของน้ำ

13th CGPM (1967/68, Resolution 4; CR, 104) "โดยนิยามดังกล่าวให้หมายถึงน้ำที่มีประกอบด้วยไอโซโทปตามสัดส่วนดังนี้พอดี 2H 0.000 155 76 โมลต่อ 1H หนึ่งโมล, 17O 0.000 379 9 โมลต่อ 16O หนึ่งโมล, และ 18O 0.002 005 2 โมลต่อ16O หนึ่งโมล (เพิ่มเติมใน CIPM ปี 2005)

เคลวินนำการวัดอุณหภูมิแบบองศาเซลเซียสมาประยุกต์ใช้ โดยเพิ่มเติมให้ 0 เคลวินเท่ากับศูนย์องศาสัมบูรณ์ โดยใช้สเกลเดียวกับองศาเซลเซียส


ข้อสังเกต: เคลวินเป็นหน่วยวัดอุณหภูมิเดียวที่ไม่ใช้คำว่าองศานำหน้าเหมือนองศาเซลเซียส

โมล mol ปริมาณของสาร "1. หนึ่งโมลเท่ากับปริมาณของสารซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบมูลฐานที่มีจำนวนเท่ากับจำนวนของอะตอมคาร์บอน-12 ปริมาณ 0.012 กิโลกรัม  / 2. เมื่อใช้หน่วยโมล ต้องระบุชนิดองค์ประกอบมูลฐาน ซึ่งอาจเป็นอะตอม, โมเลกุล, ไอออน, อิเล็กตรอน, หรือ อนุภาคอื่นๆ"


(14th CGPM (1971) Resolution 3, CR 78)
"โดยนิยามดังกล่าวให้หมายถึงอะตอมคาร์บอน-12 ที่เป็นอิสระ อยู่ในสถานะพื้น และหยุดนิ่ง
(เพิ่มเติมใน CIPM ปี 1980)

หนึ่งโมลหมายถึงปริมาณของสารที่มีมวล (ในหน่วยกรัม) เท่ากับมวลอะตอมหรือมวลโมเลกุลพอดี มีค่าประมาณ 6.02214199×1023 หน่วย (ดูเพิ่มที่ เลขอาโวกาโดร)
แคนเดลา cd ความเข้มของการส่องสว่าง "หนึ่งแคนเดลาเท่ากับความเข้มส่องสว่างในทิศที่กำหนดของแหล่งกำเนิดที่แผ่รังสีของแสงความถี่เดียวที่มีความถี่ 540×1012 เฮิรตซ์ และมีความเข้มของการแผ่รังสีในทิศทางนั้นเท่ากับ 1/683 วัตต์ต่อสเตอเรเดียน"

16th CGPM (1979, Resolution 3; CR, 100)

แคนเดลามาจากคำว่าแรงเทียน (Candle Power) ซึ่งประมาณความสว่างของเทียนหนึ่งเล่ม

คำอุปสรรค[แก้]

เมื่อคำในหน่วยฐานมีน้อยหรือมีมากเกินไปจนยากที่จะระบุเป็นตัวเลขจำนวนมาก เราอาจเขียนคำนั้นให้อยู่ในรูปของตัวเลข คูณด้วย ตัวพหุคูณ คือ เลขสิบยกกำลังบวกหรือลบ ได้ เพื่อความสะดวกในการแสดงผล

การเสนอแนะเพื่อปรับปรุงระบบมาตรฐาน[แก้]

ความสัมพันธ์ของหน่วยวัดในระบบอนุพัทธ์ใหม่:การพึ่งพาคำจำกัดความของหน่วยฐานในค่าคงที่ทางกายภาพ ด้วยค่าตัวเลขคงที่และหน่วยฐานอื่น ๆ ที่ได้มาจากชุดค่าคงที่เดียวกัน

อ้างอิง[แก้]

ดูเพิ่ม[แก้]

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]