국제관측단위계(SI unit)에 대해 기술하라.1. SI란 무엇인가?SI란 불어 Le System International d'Unites에서 온 약어로 '국제 단위계'를 나타 낸다. 이는 현재 세계 대부분의 국가에서 채택하여 국제 공동으로 사용되고있는 단 위계이며, 우리가 '미터계'(또는 '미터법')라고 부르고 사용하여 오던 단위계가 현대 화 된 것으로 생각하면 된다.'국제 단위계'라는 명칭과 그 약칭'SI'는 1960년 제11차 국제 도량형총회(CGPM)에 서 채택 결정된 것이다.1) SI의 배경 및 발달고대의 측정 단위들은 어떤 계획에 의해서 이루어진 단위체계가 아니었고 각기 필 요에 다라 생긴 것이었으므로 분야에 따라서 사용되는 단위도 자연 다르게 마련이 었다. 점차 인류 생활이 복잡해지고 사회가 발전함에 따라 고대 단위로부터 발전되 어 체계를 이루게 된 것이 동양에서는 '척관계'이며, 서양에서는 '피트,파운드계 '(foot-pound system)이다. 이들은 현대 SI가 공시화 되기까지 오랜동안 사용되어 왔고, 아직도 사용되고 있다.SI의 시초는 1970년경 프랑스에서 발명된 '미터계'이며, 이 미터계는 1875년 17개국이 미터협약(Meter Convention)에 조인함으로써 공시화 되었다. 이 미터계로부터 분야에 따라 여러개의 하부 단위계가 생겼으며 이에 따라 많은 단위들이 나타나게 되었는데, 그 한 예가 1881년 과학분야에서 사용하기 위해 만든 CGS계이며, 이는 센티미터(㎝), 그램(g) 및 초(second)에 바탕을 두고있다.1900년경에는 실용적인 측정이 미터(m)-킬로그램(kg)-초(second)에 (MKS계) 바탕을 두어 행하여지게 되었다. 1901년에 Giovanni Guiorgi가 전기 기본단위 하나를 새로 도입하면 전기단위들이 통합된 일관성 있는 체계를 형성할 수 있다고 제의하였고 1935년 국제전기학술위원회(IEC)가 전기단위로 Ampere, Coulomb, Ohm, Volt 중 하나를 채택하여 역학의 MKS와 통합할 것을 일관성 있는 단위 계를 채택하였고, 1960년 제11차 CGPM에서 이 단위계에 공식적인 명칭 '국제단위 계'를 부여하였고, 또한 약칭 'SI'를 부여하여 모든 언어에서 사용하도록 하였다.1967년 온도의 단위가 캘빈(K)으로 바뀌고, 1971년 7번째의 기본단위인 몰(mole)이 추가되어 현재의 SI의 기초가 되었다.2) SI의 특징전 세계가 공통으로 사용할 수 있는 단위계를 형성하기 위하여 시작되어 국제적인 공동노력의 결과로 이루어진 이 SI는 다음과 같은 장점을 가지고 있다.(1) 각 속성(또는 물리량)에 대하여 한가지 단위만 사용한다.예로서 길이에 대하여는 미터만 사용하며, 자 또는 피트(foot)같은 단위를 사용 하지 않기 때문에 전체적으로 볼때 단위의 수가 대폭 감소된다.(2) 모든 활동 분야에 적용된다.과학이나 기술 또는 상업 등 모든 분야에 적용될 뿐만아니라 전 세계가 같은 방법으로 사용하여 상호 교류,이해를 쉽게한다.(3) 일관성있는 체계이다.몇 가지 기본단위를 바탕으로 하여 이들의 곱이나 비의 형식으로 모든 물리량을 일관성 있는 체계로 형성함으로 다른 체계와의 혼합에서 오는 공식내의 인자들이 없어지게 된다.(4) 배우고 사용하기가 쉽다.위에 설명한 특징을 갖고있기 때문에 일정한 규칙만 알고 그에 따라 적용하면 되므로 배우기와 사용하기가 용이하다. 오늘날 세계 대부분의 국가에서 SI를 채택하여 사용하고 있으며 종래의 단위계에 너무 오래 익숙하여 즉시 바꿀수 없는 나라에서는 장기계획을 세워서 점차적으로 바꾸고있는 중이다. 한마디로 SI는 그 명칭이 뜻하는 데로 '국제단위계'이다. 위에 설명한 특징을 갖고있기 때문에 일정한 규칙만 알고 그에따라 적용하면 되므로 배우기와 사용하기가 용이하다.2. SI의 구조국제단위계 SI는 국제단위, 유도단위, 보조단위의 세가지 부류로 형성되어있다.과학적인 관점에서 볼 때 SI단위를 이와같이 세 부류로 나누는 것은 어느정도 임의 적이라 할 수 있다. 왜냐하면, 이들이 물리학적인 필수성 에의해 나탄난 것은 아니고, 다는데 이들이 기본단위이며 미터, 킬로그램, 초, 암페어, 켈빈, 몰, 칸델라 의 7개 단위가있다. 보조단위에 속하는 단위는 라디안과 스테라디안의 2개이며, 평면각과 입체각을 나타내는 단위이다.위에서 설명한 세부류의 SI단위들이 문자그대로 '일관성'있는 단위의 집합을 형성 한다. 즉 아무 수치적 인자없이 순전히 곱하기와 나누기에 의하여 이루어진 단위의 체계이다.여기서 한가지 강조할 것은 한 SI단위가 몇가지 다른 형태로 표기될수 있어도 한 물리량은 단 하나인 SI단위만을 갖는다는 점이다. 그러나 그역은 사실이 아니다.즉, 동일한 SI단위가 몇개의 다른양에 해당될 수 있다.3.SI의 기본단위 및 보조단위1) SI기본단위기본단위는 SI의 가장 기본이되는 7개의 단위로서 독립적인 차원을 갖도록 정의 되어 있으며, [표1]에 이들의 명칭 및 기호가 나타나 있다.?현재는 이들중 질량의 단위인 킬로그램(㎏)만 인공적으로 만든 국제원기에 의하여 정의되어 있고 나머지 6개는 모든 물리적인 실험에 의하여 정의되어 있다. 이들 정의들은 과학기술의 발달에 따라 바뀌어왔고 CGPM에 의해서 결정되는데 현재 각 기본단위의 정의를 살펴보면 다음과 같다.양명 칭기 호길 이미 터m질 량킬로그램㎏시 간초s전 류암 페 어A열역학적 온도켈 빈K물 질 량몰㏖광 도칸 델 라㏅[표1] SI 기본단위(1) 길이의 단위(m)"미터(meter)는 진공에서 빛이 1/299,792,458초 동안 진행한 경로의 길이이다." (1983년 제17차 CGPM) 이에 따라서 빛의 속력은 정확히 299,792,458m/s 이며, 길이의 단위가 독립적으로 정의되었을 때처럼 오차를 포함하지 않는 상수이다.(2) 질량의 단위(㎏)"킬로그램(kilogram)은 질량의 단위이며, 국제 킬로그램 원기의 질량과 같다." (1901년 제3차 CGPM)? 여기서 질량의 단위라고 강조한 것은 흔히 중량(무게)의 뜻과 혼동되어서 사용되어 왔기 때문에 이를 중지시키고 질량을 뜻함을 명백히 하기 위한 것이다.(3) 시간의 단위(s)"초(sec 무시할 수 있을 만큼 작은 원형단면적을 가진 두개의 평행한 직선 도체가 진공중에서 1m 간격으로 유지될 때, 두 도체 사이에 매 미터당 2×10-7뉴턴(N)의 힘을 생기게하는 일정한 전류이다."(1948년 제9차 CGPM)(5) 열역학적 온도의 단위(K)"켈빈(kelvin)은 열역학적 온도의 단위로 몰의 삼중점의 열역학적 온도의 1/273.16 이다." (1976년 제13차 CGPM) 이에 부가하여 다음 식으로 정의된 섭씨(기호 t, 단위 ℃)도 사용한다.(6) 물질량의 단위(㏖)① 몰은 탄소 12dml 0.012㎏에 있는 원자의 개수와 같은 수의 구성요소를 포함한 어떤계의 물질량이다.② 몰을 사용할때에는 구성요소를 반드시 명시해야하며 이 구성 요소는 원자, 분자, 이온, 전자, 기타입자 또는 이 입자들의 특정한 집합체가 될수있다. (1971년 제14차 CGPM)몰의 정의에서 탄소 12는 바닥상태에서 정지해 있으며 속박되어있지않은 원자를 가리킨다. 또한 이 정의는 몰의 단위를 가진 양의 특성을 부여하는 점에 주의 하여야 한다.(7) 광도의 단위(㏅)"칸델라(candela)는 주파수 540×1012 헤르츠인 단색광을 방출하는 광원의 복사도가 어떤 주어진 방향으로 매 스테라디안당 1/638 와트 일때, 이 방향에대한 광도이다." (1979년 제16차 CGPM)2) SI 보조단위현재, 순전히 기하학적으로 정의된 두개의 단위가 보조단위로 인정되어있고, [표2]에 나타나 있다.양명 칭기 호평 면 각라 디 안㎭입 체 각스테라디안㏛[표2] SI 보조단위(1) 라디안(㎭)"라디안(radian)은 한 원의 원둘레에서 그 원의 반지름과 같은 길이의 호를 자르는 두 반지름 사이의 평면각이다."다시 말해서 원의 반지름과 같은 길이의 원둘레에 대한 중심각이다. 예를 들어 직각은 p/2㎭ 가 되는데, 왜냐하면 원의 둘레가 반지름의 2p배이기 때문이다.(2) 스테라디안(㏛)"스테라디안(sterradian)은 한 공의 표면에서 그 공의 반지름의 제곱과 같은 넓이의 표면을 자르고 그 꼭지 당시에 이들 보조단위의 특성에 대한 문제는 미결 상태로 두었는데, 뒤에 평면각은 일반적으로 두 길이의 비로 입체각은 면적과 길이의 제곱과의 비로 표현된다는 것을 고려하여 이들은 무차원 유도단위로 간주 되어야 한다고 결정하였다. 그러므로 보조단위인 라디안과 스테라디안은 유도단위의 표현에 사용할수도 있는 무차원 유도단위로 간주된다.4. SI 유도단위유도단위는 기본단위나 보조단위를 간단히 물리법칙에 의해 대수적인 관계식으로 결합하여 나타내는 것이다. 이 유도단위의 표현에는 기본단위나 보조단위 외의 다른 인자가 나타나지 않으며, 이때문에 SI단위가 일관성을 갖게되고, 또한 계산할때 다른 환산 인자를 필요로 하지 않는 것이다.이 유도단위 중에서 19개는 편의상 특별한 명칭과 기호가 주어졌는데 이들이 나타나 있다. 어떤 유도단위는 명칭과 기호를 사용하는 것이 기본단위로만 표현하는 것보다 간단하고 이해하기 쉬워서 그렇게 나타낸다. 이렇게 여러가지 유도 단위가 만들어질 수 있는데, 기본단위로만 표현된 경우, 보조단위를 사용한 경우, 그리고 특별한 명칭을 가진 유도단위를 사용한 경우 등으로 분류할수 있다.5. SI접두어부 수접 두 어기 호부 수접 두 어기 호1024요 타(yotta)Y10-1데 시(deci)d1021제 타(zetta)Z10-2센 티(centi)c1018엑 사(exa)E10-3밀 리(milli)m1015페 타(peta)P10-6마이크로(micro)μ1012테 라(tera)T10-9나 노(nano)n109기 가(giga)G10-12피 코(pico)p106메 가(mega)M10-15펨 토(femto)f103킬 로(kilo)k10-18아 토(atto)a102헥 토(hecto)h10-21젭 토(zepto)z101데 카(deca)da10-24욕 토(yocto)y[표3] SI 접두어6. SI단위의 사용법1) SI접두어의 사용법⑴ 일반적으로 접두어는 크기정도를 나타내는 데 적합하도록 되어야한다. 따라서 유효숫자가 아닌 0들을 없애고, 계산할때 10의 멱수로 나타내는 대신에 있다.
