2.単位|電気電子の基礎講座

みなさんこんにちは!

計測に必要な電気・電子の基礎講座へようこそ。

二回目となる今回は、【単位とは】 【単位の定義】 【国際単位系(SI)とは】

この3テーマについて学びましょう。

勉強をする女性のイラスト画像

【単位とは】

突然ですが、りんごとみかんではどちらが重いでしょうか?

何となくりんごのほうが重そうな気がしますが、詳細はわかりません。

りんごとみかんにも個体差がありますし、りんご何個分といってもりんごの大きさは毎回変わってしまいます。

このように、基準をそろえなければ比較をすることは非常に難しいのです。

そこで、その基準をそろえようと誰かが言い出し、生まれたのが単位というわけです。

みかんとりんごの重さを天秤で比べているイラスト画像

【単位の定義】

さて、皆様もご存じの通り、計測を行う際に単位を無視することはできません。

日本産業規格(JIS)のZ8103において用語の定義がされていますので、引用します。

単位とは「取決めによって定義し採用する、実数のスカラーの量であって、同じ種類の他のどの量もそれと比較することができ、それら二つの量の比を数値として表すことができるもの。」

当たり前ですが、1mの長さと30kgの重さではどちらが大きいかなどは比較することはできません。

しかし、1mの長さと3mの長さは比較することができますね? 

簡単に言ってしまえば、単位とは、ばらばらだった量を数値で表すための基準となる、約束された一定量を定義したもののことです。

どの方法で計測をすればよいか迷う男性のイラスト画像

実を言うと計測の単位は、単独では成り立ちません。

ここでは単位の一つ、kgを例にします。

1kgの定義が初めてなされたのは18世紀のフランスでした。

当時は、「1kgは1Lの水の質量と等しい」と定義されていました。

しかし、1Lの水の体積は、気圧や温度の影響を受けます。

絶対的な単位を定めるというのは、簡単なことではないのです。

その後、 1889年に1kgの定義はプラチナとイリジウムからなる、合金製のキログラム原器と呼ばれる物の重さに等しいこととなりました。

しかし、それも物質である以上完全なものではなく、徐々に気体などの付着で重量が変化するため、2019年5月20日に「プランク定数を十の三十四乗分の六・六二六〇七〇 一五ジュール秒とすることによって定まる質量 」という定義が適用されて今に至ります。

単位の定義が変わってしまうと様々な分野で支障が出るため、今日においてはできる限り不変のものを使用し、厳密に定められているのです。

メートル原器のイラスト画像

【国際単位系(SI)とは】

では、これらはどこで定義されるのでしょう。

それは、4年に1度、フランスのパリで開催される国際度量衡総会(CGPM)というところです。

そのなかで、先ほどの例で出てきたkgを含む国際単位系(SI)を、決議によって定めています。

国際単位系は、SI基本単位と呼ばれる7種類の単位と、

それをもとに導き出せる組立単位及び、大きさと小ささを表す10の累乗からなるSI接頭語から構成されます。

以下にSI基本単位と、その定義を載せます。

SI基本単位の説明表

定義を見ても何のことだか全く意味が分からない方が大半だと思います。

しかし、このようにして日々正確な単位の測定をしようとしている方々のおかげで、現在の我々が使用している便利な単位というものはなりたっているのです。

このほかにも組立単位や接頭語はたくさんあります。

これらは増えることもあり、2022年には新たなSI接頭語が31年ぶりに追加されました。

さらに興味のある方は、理科年表などの文献を参照してみてください。