国际单位制

国际单位制（法语：Le Système International d'Unités，符号：SI）是由国际计量大会（CGPM）批准采用的基于国际量制的单位制，包括单位名称和符号、词头名称和符号及其使用规则。国际单位制源自公制或米制，旧称“万国公制”，是现时世界上最普遍采用的标准度量衡单位系统，采用十进制进位系统。

在大部分早期文明中，出于经济的需要，例如要定量测量土地面积、食物、水和材料的多少，并确定可靠的时间标度和历法，这就开始进入了计数和表示数目的制度。在十七世纪和十八世纪期间，各国领导阶层以及科学家们都越来越受到各种单位与计量制度的杂乱和无规律的扰乱。在1742年，一个科学家小组仔细比较了所谓“巴黎度量单位”和英国当时所用的那些单位。结果发现法国的“Pied”和“livre”分别比英国的“英尺”和“磅”大百分之六和百分之八。科学家们开始寻找一个适用的不分国际的通用单位，以便以它为基础得到一种在所有国家都相同的计量制度。对于长度的基本单位的选择，有两种完全不同的建议。第一个建议是秒摆的长度，由法国天文学家加布里埃尔·木桐（Gabriel Mouton）于1670年和克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huyghens）于1673年提出的，并且受到了英国皇家学会的支持。另一个是与子午线的一个弧度的长度相联系的一种基础长度。在法国，塔列朗（Talleyrand）于1790年就此问题向国民议会提出正式建议，采用秒摆的长度。但是法国科学院拒绝接受这一建议，其理由是众所周知的，即秒摆的长度依赖于重力加速度，并因此随在地球上各地方不同而不同。科学院赞成另一提议，在它的推荐下，国民代表大会于1791年采纳了只基于一个长度基本单位“米”的计量制度的原理。“米”被定义为等于地球子午线的1/4长度的一千万分之一。面积和体积的单位分别是平方米和立方米的十进倍数单位与分数单位。而重量（或质量）的单位是一立方分米的水在密度最大时温度（4°C）下的重量（或质量）。这种制度必须完全是十进的，利用milli（1/1 000），centi（1/100）、deci（1/10）和deca（10）、hecto（100）和kilo（1000）加在单位名称之前，而指示出分数单位和倍数单位。由于这种制度完全以米为基础，因此得名为“米制”。法国人开创了米制之后，米制即开始向全世界普及。早在1820年，米制就由欧洲几个低地国家（荷兰、比利时和卢森堡）所采用。接着是西班牙、哥伦比亚、墨西哥、葡萄牙、意大利以及很多其它国家相继采用。在1864年，英国允许米制单位同英制单位并用。过几年，德国采用了米制。

1867年巴黎世界博览会期间，在世界工业巨大发展的强烈影响下，一批科学家创建了度量衡和货币委员会，以建立这方面的世界统一为其专门任务。在这一良好开端之后，法国政府于1869年邀请了很多国家派代表到巴黎召开“国际米制委员会”。一共有24个国家派了代表，会议于1872年8月召开。大多数到会者认为，新原器应该参考“巴黎档案局”所保存的米和千克，而所制造的各种复制品应分发给与会的各个国家。遗憾的是，这项工作因法俄之战而中断；但在1872年，由代表30个国家的代表所组成的同一个委员会再次开会，并再次肯定了上次关于制造米和千克新原器并提供大量复制品的决议。所有这些原器全部用唯一的一种含10%钺[yuè]的熔融铂钺合金制造。米基准应为X形的线纹基准。新原器的值应以“档案局”米和千克为基准。

国际千克原器

1875年3月1日，法国政府召集了“米制外交会议”，20个国家派出了政府代表与科学家，并授权他们代表其政府签字。这些代表批准了委员会的建议，最后于1875年5月20日正式签署了“米制公约”。新成立的“国际计量委员会”集中全力准备米和千克原器和各种复制品的制造工作。在1899年第一届国际计量大会上，将国家原器分发下去，并对米和千克的这两个原器给予批准；这在后来都被认为是米制的基础。原器决定保存在国际计量局，国际计量局将成为以后国际比对的中心研究所，而且将成为传播米制的国际中心。

厘米-克-秒单位制（centimetre–gram–second system of units，CGS），最初是1832年德国数学家卡尔·弗里德里希·高斯（Carl Friedrich Gauss）提出的一个建议，即基于长度，质量和时间三个基本单位的绝对单位系统。1873年，英国科学促进会的一个委员会，包括物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）和威廉·汤姆森（William Thomson），建议普遍采用厘米、克和秒作为基本单位，并使用前缀“CGS单位-”来表示这些基本单位的所有派生电磁单位。1874年，英国科学促进协会（BAAS）引入了CGS系统。CGS系统在20世纪得到了广泛的应用。CGS系统是公制的一种变体，它以厘米为长度单位，克为质量单位，秒为时间单位。所有CGS力学单位都明确地由这三个基本单位衍生而来，CGS系统有几种不同的扩展方式，以涵盖电磁学。

19世纪中叶，科学家们要求定义一个相干单位制。相干单位制是指所有单位都直接来自一组基本单位，而不需要任何转换因子的单位制。1875年《米制公约》之后，开始了以千克和米为原型的国际单位制制定工作，并于1889年由国际计量大会（CGPM）正式批准，从而正式确定了以千克和米作为基本单位的MKS系统。1901年，乔瓦尼·乔治（Giovanni Giorgi）向意大利电子技术协会（AEI）提议MKS系统，扩展了第四个单元，例如伏特、欧姆或安培，该单元取自电磁学的实用际单位，用于创建相干单位制。该单位制得到了电气工程师乔治·坎贝尔（George A. Campbell）的大力推广。1921年，公约适用范围扩大至所有物理量，包括最早于1893年定义的各种电单位。MKS系统在20世纪得到了广泛的应用，主要用于商业和工程等实际领域。国际电工委员会（IEC）于国际电工委员会（IEC）于1935年采纳了乔瓦尼·乔治的提议，将其纳入MKS系统，但没有具体说明哪个电磁单位将是第四个基本单位。1939年，电力咨询委员会（CCE）建议采纳乔瓦尼·乔治的提议，使用安培作为第四个基本单位。随后在1954年获得了CGPM的批准。以安培作为第四个基本单元的MKS系统，称为MKSA系统。该系统在1960年通过添加开尔文和坎德拉作为基本单位进行了扩展，从而形成了国际单位制。1971年，摩尔被添加为第七基本单位。

随着科学技术和社会经济的发展，一些新的测量单位不断出现，形成了适用于各个领域的单位制。例如，厘米·克·秒制、米·千克·秒制、绝对静电单位制、绝对电磁单位制和高斯单位制等。这些单位制之间往往不能交叉使用，以至出现了一个物理量存在多个单位的局面，例如，压力就有千克力每平方米、达因每平方米、标准大气压、毫米汞柱和巴等。为了进一步统一计量制度，1948年召开的第九届国际计量大会要求国际计量委员会创立一种简单、科学、通用的实用单位制。1954年第十届国际计量大会决定采用米、千克、秒、安培、开尔文和坎德拉作为基本单位。

1960年第十一届计量大会决定将以上6个单位为基本单位的实用计量单位制命名为“国际单位制”，并规定其国际符号为“SI”，取自法文Le Systeme International d'Unites的字头。1971年第十四届国际计量大会决定将物质的量的单位摩尔增加为基本单位。目前国际单位制共有7个基本单位。

自从1960年重新定义米之后，千克便一直是唯一一个依赖某件人造物体来定义的国际单位制基本单位：全球各地的千克标准都须定期与位于法国塞夫尔的国际千克原器进行比较。2007年第23届国际计量大会建议国际计量委员会进一步研究，如何通过固定物理常数的数值来定义基本单位，从而代替现用的国际千克原器，并使国际单位制的宗旨从“单位之定义”转移至“物理常数之定义”。2010年，单位顾问委员会在英国召开的会议通过了《国际单位制手册》的修订草案，同年呈交至国际计量委员会。此项草案建议：

• 除光速与库仑常数以外，为四个物理常数——普朗克常数、基本电荷、玻尔兹曼常数及阿伏伽德罗常量——定义固定精确数值。
• 淘汰国际千克原器。
• 修订千克、安培、开尔文及摩尔的现用定义。
• 所有基本单位的定义措辞改为更加精简，并须反映出着重点从“单位之定义”转移至“物理常数之定义”。

2010年国际计量委员会会议审阅了确立各物理常数固定数值的进度，但认为“第23届国际计量大会所设下的条件仍未完全满足，因此本会目前不建议修订国际单位制。”在2011年第24届大会上，国际计量委员会从原则上赞成对定义进行必要的修订，并重申修订前必须达到的各项条件。2014年第25届大会召开时，第23届大会所设下的条件仍未满足，因此大会再次建议在确立物理常数固定值方面做进一步工作。2018年11月16日，国际单位制重新定义的提案在第26届大会上通过采纳。新定义将于2019年5月开始生效。科学技术数据委员会基本常数任务组已宣布将于该次大会上公布的数值的提交限期。

国际单位制基本单位

2018年，第26届国际计量大会（CGPM）全票通过关于“修订国际单位制（SI）”的1号决议，《国际单位制（第9版）》应运而生。

• 长度单位——米（m）

根据2018年11月第二十六届国际计量大会通过的决议，米的定义不变，但进行了新的表述：国际单位制中的长度单位，符号m。当真空中光速c以单位m·s表示时，将其固定数值取为299792458来定义米，其中秒用铯频率

定义。也就是说，米是由真空中光速c的固定数值299792458m·s来定义：m=（c/299792458）s此定义表示1米等于光在真空中行进（1/299792458）s时间的路径长度。

• 质量单位——千克（kg）

根据2018年11月第二十六届CCPM通过的决议，千克的最新定义是：国际单位制中的质量单位，符号kg。当普朗克常数h以单位J·s，即kg·m·s表示时，将其固定数值取为6.62607015×10来定义千克，其中米和秒用光速c和铯频率

定义。也就是说，取普朗克常数的固定数值h=6.62607015×10，普朗克常数的单位等效于kg·m·s，把这个关系反过来，就得到了千克的精确表达式：

千克原来的定义确定了国际千克原器的质量值m恰好等于1千克，普朗克常数h的值必须通过实验来确定，而目前的新定义准确地确定了h的数值，原来的国际千克原器的质量则需要通过实验来确定。

• 时间单位——秒（s）

根据2018年11月第二十六届国际计量大会通过的决议，秒的定义不变，但进行了新的表述：国际单位制中的时间单位，符号s。当绝频率

，也就是绝-133原子不受干扰的基态超精细跃迁频率以单位Hz即s表示时，将其固定数值取为9192631770来定义秒。也就是说，秒的最新表述是由绝–133原子不受干扰的基态超精细跃迁频率

=9192631770Hz的固定值来定义：

此定义表示1秒等于9192631770个辐射周期的持续时间，对应于绝-133原子不受干扰的基态的两个超精细能级之间的跃迁。

• 电流强度单位——安培（A）

根据2018年11月第二十六届国际计量大会通过的决议，安培的最新定义是：国际单位制中的电流单位，符号A。当基本电荷e以单位C，即A·s表示时，将其固定数值取为1.602176634×10来定义安培，其中秒用铯频率

定义。也就是说，安培是由固定数值元电荷的量e=1.602176634×10A·s来定义：

这个定义表示1安培是对应于每秒流过1/（1.602176634×10）基本电荷的电流。

• 热力学温度单位——开尔文（K）

根据2018年11月第二十六届国际计量大会通过的决议，开尔文的最新定义是：国际单位制中的热力学温度单位，符号K。当玻耳兹曼常数k以单位J·K即 kg·m.s·K表示时，将其固定数值取为1.380649×10来定义开尔文，其中千克、米和秒分别用普朗克常数h、光速c和铯频率

定义。也就是说，开尔文是由玻尔兹曼常数k的固定数值1.380649×10J·K来定义：

• 物质的量单位——摩尔（mol）

根据2018年11月第二十六届国际计量大会通过的决议，摩尔的最新定义是：国际单位制中的物质的量的单位，符号mol。1mol精确包含6.02214076×10个基本单元，该数称为阿伏加德罗数，为以单位mo表示的阿伏加德罗常数N_A的固定数值。也就是说，摩尔是由阿伏伽德罗常数N_A的固定数值6.02214076×10来定义：

此定义表示，1摩尔正好含有6.02214076x10个基本单元。决议还特别说明：一个系统的物质的量，符号n，是该系统包含的特定基本单元数的量度。基本单元可以是原子、分子、离子、电子及其他任意粒子或粒子的特定组合。

• 发光强度单位——坎德拉 （cd）

根据2018年11月第二十六届国际计量大会通过的决议，坎德拉的定义不变，但进行了新的表述：国际单位制中的沿指定方向发光强度单位，符号cd。当频率为540×10Hz的单色辐射的光视效能K_cd以单位lm·W，即cd·sr·W或cd·sr·kg·m·s表示时，将其固定数值取为683来定义坎德拉，其中千克、米、秒分别用普朗克常数h、光速c和铯频率

定义。也就是说，坎德拉是由频率为

=540x10Hz的单色辐射光视效能的固定数值

的确切关系来定义：

此定义表示1坎德拉是指在指定方向上，发射频率为540×10Hz的单色辐射源的发光强度，并且在该方向上的辐射强度为（1/683）W·sr。

国际单位制是由SI基本单位、SI导出单位和SI单位的倍数单位及分数单位组成。SI导出单位又分为具有专门名称的SI导出单位（包括辅助单位）以及各种组合形式的SI导出单位。在实际应用中，基本单位、导出单位以及它们的倍数单位和分数单位可以单独、交叉或组合使用，从而构成了可以覆盖整个科学技术领域的测量单位体系。在应用单位时需要注意：单位符号除来源于人名的单位符号的首字母要大写外，其余均为小写字母（升的符号L例外）；不应在组合单位中同时使用单位符号和中文符号，如速度单位不能写成km/小时；单位符号必须是正体。

国际单位制选择了彼此独立的7个量作为基本量，即长度、质量、时间、电流、热力学温度、发光强度和物质的量。对每一个量分别定义了一个单位，称为基本单位，SI基本单位见表2-3。其中，圆括号（）中的名称或符号是它前面的名称或符号的同义词。方括号[]中的字在不致引起混淆、误解的情况下可省略。去掉方括号中的字即为其名称的简称。

SI基本单位

SI导出单位是按一贯性原则，由SI基本单位通过函数关系表示的单位。SI导出单位由两部分组成：一部分是包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位；另一部分是组合形式的SI导出单位。

具有专门名称的SI导出单位

（1）具有专门名称的SI导出单位包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位共有22个。由于SI导出单位中有的量的单位名称太长，读写都不方便，所以国际计量大会决定对常用的19个SI导出单位给予专门名称，这样读写都很方便。这些专门名称大多数是以科学家名字命名的。1984年我国公布法定计量单位时，将平面角弧度（rad）和立体角球面度（sr）称为SI辅助单位。1990年国际计量委员会规定它们是具有专门名称的SI导出单位的一部分。我国国家标准GB 3100—1993《国际单位制及其应用》也已将平面角弧度和立体角球面度列入了具有专门名称的SI导出单位。（2）组合形式的SI导出单位除上述由SI基本单位组合成具有专门名称的SI导出单位外，还有用SI基本单位通过函数关系构成的，或者SI基本单位和具有专门名称的SI导出单位的组合通过函数关系构成的，但没有专门名称的SI导出单位。如加速度单位m·s、面积单位m、力矩单位N·m、表面张力单位N·m等。

SI单位的倍数单位是指由SI词头加在SI基本单位或SI导出单位的前面所构成的单位，如千米（km）、吉赫（GHz）、毫伏（mV）、纳米（nm）等。但千克（kg）除外。SI词头一共有20个，从10~10，其中4个是十进位的，即百（10）、十（10）、分（10）和厘（10），其他16个词头都是千进位的。2022年11月19日，据美国全国公共广播电台报道，新增的4个词头分别是ronna、quetta、ronto和quecto。2023年5月20日，全国科学技术名词审定委员会、市场监管总局共同发布了四个国际单位制新词头中文名称：容[那]、柔[托]、昆[它]、亏[科托]。

国际单位制词头

制外单位是不属于给定单位制的测量单位。从理论上讲，国际单位制已经覆盖了科学技术的所有领域，可以取代其他所有的单位制。但在实际应用中，由于历史原因或在某些领域的重要作用，一些国际单位制以外的单位还在继续使用。因此，国际计量大会在公布国际单位制的同时，还确定了一些允许与SI并用的单位和暂时保留的非SI单位。（1）与SI并用的单位时间单位日（d）、时（h）、分（min）、平面角单位度（°）、[角]分（'）、[角]秒（"）、体积单位升（L，l）、质量单位吨（t）等属于应用范围很广泛的单位。质量单位的原子质量单位（u）、能的单位电子伏（eV）等则属于在某些领域中具有重要作用的单位。

可与国际单位制并用的非SI单位

（2）与SI暂时并用的单位考虑到一些国家以及某些领域内测量单位使用的现状，国际计量委员会提出了一些可以暂时并用的非SI单位。这些单位是考虑历史和习惯的原因而保留的，今后应逐渐减少它们的使用，直至完全不用。

与国际单位制暂时并用的非SI单位

国际计量委员会（CIPM）的单位咨询委员会 （CCU），负责“与国际单位制 （SI） 的发展有关的事项，编制 SI 手册，并就有关计量单位的事项向 CIPM 提供建议。所有关于单位的决定和建议都收集在一本名为《国际单位制》（SI）的小册子中，，该小册子由BIPM以法语和英语出版，并定期更新。SI 手册中使用的术语“数量”“单位”“尺寸”等定义是国际计量词汇中给出的定义。该手册为当地变化留下了一些余地，特别是关于不同语言的单位名称和术语。

数字、数量、单位和符号的书写原则构成了国际单位制的“语法”。标准参考文献来自国际计量局，国际标准ISO 80000-1：2009以及法国AFNOR文件手册FD X 02-003（2013年5月）。

单位只能按名称或符号指定。不要混淆符号和单位名称。例如可以写“牛顿每公斤”或“N/kg”，但从不写“牛顿每kg”“牛顿/kg”“牛顿/千克”。禁止使用“dry”表示秒（s）、“mn”表示分钟（min）或“cc”表示立方厘米（cm）等缩写。如果单位名称来自专有名词，单位符号以大写字母开头，否则以小写字母开头，例如帕斯卡（Pa）和秒（s）的符号。此规则的唯一例外是升的符号，它可以写成“l”或“L”，以避免与数字1或i的大写字母（I）混淆，具体取决于使用的字体。单位符号始终以罗马字符书写，无论它们出现的文本字体如何：它们不是斜体；它们在语法上是不变的，后面没有句号（除非印刷需要，例如在句子的末尾）。按照惯例，所有单位（始终位于值的右侧）都用不可分割的空格与值分开（例如：30 cm），但六十进制角度单位的符号（例如：40°16′25′′）和酒精度数（例如：酒精度数为90°）除外。另一方面，单位的全名是一个普通名词：即使单位来源于专有名称，单位名称的第一个字母也始终是小写的（与其符号相反）；在全称中，单位名称是复数形式。与开尔文的情况不同，摄氏度（°C）的名称是复合的，符号°C由“°”和“C”组成，这两个符号是不可分割的。除法和乘法的符号适用于派生单位的符号。例如，我们可以写出米每秒m⋅s或m/s的符号，以及千瓦时kWh或kW⋅h的符号。当两个单位相乘时，在符号之间使用[⋅]或使用空格，以区分某些前缀和单位符号。就除法而言，任何具有负指数的东西都在正斜杠或单词“每”之后表示：因此，速度的SI单位是米每秒（m/s），形式“米秒”不正确（它将表示距离乘以持续时间）。为避免歧义符号，单位符号中不得使用超过一个斜杠，如A/m/s，对应于每米每秒的安培应写为A⋅m⋅s，如A/(m/s)，对应于每米安培秒应写为A⋅s⋅m或A⋅s/m。因此，导热系数用瓦特米/平方米开尔文W⋅m/(m⋅K)或瓦特/米开尔文W/(m⋅K)表示。对于单位的乘积，派生单位的名称与连字符或空格一起使用。因此，带有符号kWh的单位的正确拼写是“kilowatt-hour"和"kilowatt hour”。在这两种情况下，每个单位名称都是复数形式：kilowatt-hours或kilowatts hours。在没有连字符或空格的情况下，只有第二个单位名词采用复数标记：watts，voltamperes。当同一单位在产品中多次输入时，可以酌情在其名称后面加上形容词“square”“cube”或“double angle”，或者用表达“squared”“cubed”或“to the power of n”来表示： 平方米，符号m；复数：square meters； 立方米，符号m；复数：cubic meters； 米/平方秒，符号m/s ； 秒的负1次幂，符号s。不允许在单位符号中添加与所考虑的量或测量环境的特定性质相关的信息：应为U_eff=500 V，而不是U=500 V_eff。同样，不应使用术语“线性米”，因为形容词“线性”不会为单位添加任何附加概念。为了形成多个和多个子单位的名称，国际系统中的前缀只需放置在单位的左侧（没有空格或连字符），同样没有混合符号（数学实体）和单位和前缀的名称：公里（或公里）、毫秒（或毫秒）。不能将多个前缀附加到一个单位（例如纳米，而不是毫米微米）。因此，即使十进制（daN）是一个正确的单位（大致表示旧的千克力），千十牛顿（kdan，表示吨力）则是错误的。同样，百帕（hPa）是派生单位帕斯卡的正确倍数，但千百帕（khPa，大致相当于一个大气压）则是错误的。需要注意的是，就千克而言，由于历史原因，其名称中带有前缀“千”的基本单位，倍数和子倍数保持在克上。

此外，在使用SI制时，要注意词冠的使用方法，使用时应遵守下列规则：（1）词冠代号用正体，词冠代号和单位代号之间不留间隔，如1 km、1 Mm、1 mm等。（2）如带词冠的单位代号上有指数则表明倍数单位或分数单位的系数值，可由词冠自乘而得。例如，1cm=1cm=1×（10）m=10m。（3）不允许用两个以上SI词冠并列而成的组合词冠，如10g，可用1 Mg，不许用1 kkg。（4）选用SI制的倍数单位和分数单位，一般应使量的数值处于0.1~1000范围内，如12000 m可写成12 km；0.00394 m可写成3.94 mm；11401 Pa可写成11.401 kPa；1.2×10N可写成12 kN。

（1）两个以上单位的乘积用圆点作为乘号，当不致与其他单位代号混淆时，圆点可以省略，如N·m可以写成Nm但不能写成mN，因后者会误认为毫牛。（2）当导出单位系由一个单位被另一个单位除所构成时，可以用斜线、负数幂或水平线表示。如m/s、m·s或

。（3）除加括弧外，一个导出单位在同一行内只能用一条斜线。在复杂的情况下应该用负幂或括号，如kg/m·s或m·kg·s，不应写成kg/m/s。

中文中的国际单位制单位名称及词头都以汉字书写，而单位符号则用国际通用的拉丁或希腊字母书写，国际单位制单位及词头的译名由《中华人民共和国法定计量单位》所规定。19世纪中国在引进度量衡单位时，沿袭日文，创造出一系列多音节汉字（计量用汉字），如“瓩[qiānwǎ]”（读千瓦）、“糎[lí]”（读厘米）、“嗧[jiālún]”（读加仑）等等。但现在皆改用单音节汉字。