メートルに代表される、単位系の国際規約のこと。通称は「SI」。

目次 起源 黎明期 国際単位系 SI以前の単位系との差 沿革 特徴 定数 基本単位 組立単位 独自の名前を記号を持つSI組立単位 基本単位で表わすSI組立単位 独自の記号を持つSI組立単位 非SI単位 非SI単位の併用 第9版 SI接頭語

起源

黎明期

1875(明治8)年にメートルに関する国際条約(メートル条約)が締結され、世界的にメートル法での採用の統一が図られた。日本も含め世界各国がこれを採用した。

しかし技術が進むにつれ、長さ=メートル以外の単位系の統一も必要となった。少なくとも、長さに加えて重さも標準が無ければ、日常でさえ困ることは容易に推測できる。

国際単位系

そこで当時、メートル法としてCGS系やMKS系などが混在していたものも含め、これを更に合理的なものに整理するという目的でSIという単位系が開発され、1960(昭和35)年に第11回国際度量衡総会(CGPM)で採択されて以来、国際的に使用が推奨されている。

1973(昭和48)年にISO 1000が制定され、日本でも1974(昭和49)年にJIS Z 8203:1974「国際単位系(SI)及びその使い方」が制定された。

SI以前の単位系との差

かつて使われた、長さ・重量・時間の基本単位にcm・g・sを用いる単位系をcgs単位系という。

一方で、m・kg・sを用いる単位系をMKS単位系と呼び、MKSに電流(A)を加えたものをMKSA単位系と呼ぶ。

国際単位系はMKSA単位系を発展させたもので、MKSA単位系から作ることができない温度(K)、物質量(mol)、光度(cd)、角度(rad)、立体角(sr)を追加して拡張したものが基本となっている。

沿革

• 1875(明治8)年: メートルに関する国際条約締結
• 1960(昭和35)年: SIが第11回国際度量衡総会(CGPM)で採択
• 1973(昭和48)年: ISO 1000が制定される
• 1974(昭和49)年: JIS Z 8203:1974「国際単位系(SI)及びその使い方」が制定される
• 2019(令和元)年: キログラム、アンペア、ケルビン、モルの定義が大変更され、ついにキログラム原器依存が廃止される

特徴

定数

SIでは、次の7つの定数を定義することによって、SI単位を定義する。それまで、観測から求められる誤差を含んだ定義がなされていたものも含め、それを無視して定数として再定義することで、組み合わせと計算のみで基本単位を定義することができるようになった。

SI第9版の表1では次のように定義する。

定数
	記号	定義値	単位
セシウムの超微細遷移周波数	ΔνCs	9192631770	Hz
真空中の光速度	c	299792458	m・s−1
プランク定数	h	6.62607015×10−34	J・s
電気素量	e	1.602176634×10−19	C
ボルツマン定数	k	1.380649×10−23	J・K−1
アボガドロ定数	NA	6.02214076×1023	mol−1
発光効率	Kcd	683	lm・W−1

基本単位

基本単位として、次の7種類を定める。

時間: 秒 (単位記号: s)

セシウム133の原子の基底状態の二つの超微細構造単位の間の遷移に対する放射の周期の9,192,631,770倍の周期の継続時間

長さ: メートル (単位記号: m)

真空中で光が1秒の299,792,458分の1の時間に伝わる長さ

質量: キログラム (単位記号: kg)

プランク定数を正確に6.62607015×10⁻³⁴J・sと定義することで定まる質量

電流: アンペア (単位記号: A)

電気素量を正確に1.602176634×10⁻¹⁹クーロンと定義とすることによって定まる電流

熱力学温度: ケルビン (単位記号: K)

ボルツマン定数を正確に1.380649×10⁻²³J・K⁻¹と定義とすることによって定まる温度

物質量: モル (単位記号: mol)

6.02214076×10²³(アボガドロ定数)個の要素粒子を含む系の物質量

光度: カンデラ (単位記号: cd)

周波数540THzの単色放射を放射し、所定の方向での放射の強さが1/683ワット毎ステラジアンである放射体(光源)のその方向での光度

組立単位

一つの物理量には単一のSI単位が対応するように決められているが、7種類以外については、組立単位という規定により表現される。

大きく、基本単位を用いて表わされるものと、独自の記号で表わされるものとがある。

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独自の名前を記号を持つSI組立単位

ここでは、力のニュートン、圧力のパスカル、熱量のジュールなどのように、よく用いるが、しかし基本単位だけで表わすと繁雑となるものに対して、便利なようにSI単位を組み立てた式の別名として定義している。

SI第9版の表4では22種類が定義されている。

組立量	SI組立単位
	名称	記号	SI基本単位での表現	他のSI単位での表現
平面角	ラジアン	rad	m・m−1
立体角	ステラジアン	sr	m2・m−2
周波数	ヘルツ	Hz	s−1
力	ニュートン	N	kg・m・s−2
圧力・応力	パスカル	Pa	kg・m−1・s−2	N/m2
エネルギー・熱量	ジュール	J	kg・m2・s−2	N・m
仕事率・工率	ワット	W	kg・m2・s−3	J/s
電荷・電気量	クーロン	C	A・s
電位差・起電力	ボルト	V	kg・m2・s−3・A−1	W/A
電気容量	ファラッド	F	kg−1・m−2・s4・A2	C/V
電気抵抗	オーム	Ω	kg・m2・s−3・A−2	V/A
コンダクタンス	ジーメンス	S	kg−1・m−2・s3・A2	A/V または 1/Ω
磁束	ウェーバー	Wb	kg・m2・s−2・A−1	V・s
磁束密度	テスラ	T	kg・s−2・A−1	Wb/m2
インダクタンス	ヘンリー	H	kg・m2・s−2・A−2	Wb/A
セルシウス温度	セルシウス度	℃	K
光束	ルーメン	lm	cd・sr
照度	ルクス	lx	cd・sr・m−2	lm/m2
放射能	ベクレル	Bq	s−1
吸収線量	グレイ	Gy	m2・s−2	J/kg
線量当量	シーベルト	Sv	m2・s−2	J/kg
触媒活性	カタール	kat	mol・s−1

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基本単位で表わすSI組立単位

SI第9版の表5では13種類が定義されている。記号については、典型的な記号として記載するのみで、定義はされていない。

組立量	SI組立単位
	名称	記号	SI基本単位での表現
面積	平方メートル	A	m2
体積	立方メートル	V	m3
速度	メートル毎秒	v	m・s−1
加速度	メートル毎秒毎秒	a	m・s−2
波数	毎メートル	σ	m−1
密度(質量密度)	キログラム毎立方メートル	ρ	kg・m−3
面密度	キログラム毎平方メートル	ρA	kg・m−2
質量体積(比容積)	立方メートル毎キログラム	v	m3・kg−1
電流密度	アンペア毎平方メートル	j	A・m−2
磁界の強さ	アンペア毎メートル	H	A・m−1
(物質量の)濃度	モル毎立方メートル	c	mol・m−3
質量濃度	キログラム毎立方メートル	ρ, γ	kg・m−3
輝度	カンデラ毎平方メートル	Lv	cd・m−2

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独自の記号を持つSI組立単位

SI第9版の表6では24種類が定義されている。

組立量	SI組立単位
	名称	記号	SI基本単位での表現
動粘度	パスカル秒	Pa・s	kg・m−1・s−1
力のモーメント	ニュートンメートル	N・m	kg・m2・s−2
表面張力	ニュートン毎メートル	N・m−1	kg・s−2
角速度・角周波数	ラジアン毎秒	rad・s−1	s−1
角加速度	ラジアン毎秒毎秒	rad/s2	s−2
熱流密度・放射照度	ワット毎平方メートル	W/m2	kg・s−3
熱容量・エントロピー	ジュール毎ケルビン	J・K−1	kg・m2・s−2・K−1
比熱容量・比エントロピー	ジュール毎キログラムケルビン	J・K−1kg−1	m2・s−2・K−1
比エネルギー	ジュール毎キログラム	J・kg−1	m2・s−2
熱伝導率	ワット毎メートルケルビン	W・m−1K−1	kg・m・s−3・K−1
エネルギー密度	ジュール毎立方メートル	J・m−3	kg・m−1・s−2
電界強度	ボルト毎メートル	V・m−1	kg・m・s−3・A−1
電荷密度	クーロン毎立方メートル	C・m−3	A・s・m−3
表面電荷密度	クーロン毎平方メートル	C・m−2	A・s・m−2
磁束密度・電気変位	クーロン毎平方メートル	C・m−2	A・s・m−2
誘電率	ファラッド毎メートル	F・m−1	kg−1・m−3・s4・A2
透磁率	ヘンリー毎メートル	H・m−1	kg・m・s−2・A−2
モルエネルギー	ジュール毎モル	J・mol−1	kg・m2・s−2・mol−1
モルエントロピー・モル熱容量	ジュール毎モルケルビン	J・K−1・mol−1	kg・m2・s−2・mol−1・K−1
(X線、γ線)照射線量	クーロン毎キログラム	C・kg−1	A・s・kg−1
吸収線量率	グレイ毎秒	Gy・s−1	m2・s−3
放射強度	ワット毎ステラジアン	W・sr−1	kg・m2・s−3
放射輝度	ワット毎平方メートルステラジアン	W・sr−1・m−2)	kg・s−3
触媒活性濃度	カタール毎立方メートル	kat・m−3	mol・s−1・m−3

非SI単位

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非SI単位の併用

例えば、SI単位の時間は、あくまで秒(s)である。しかし、1時間を3.6ksなどと表現するのは日常では不便であり非現実的であるので、分・時・日などの一般的に日時を表現する単位はSIと併用して利用できる。

角度の度・分・秒や、体積のリットル、容積のトンも同様である。

電子ボルトや天文単位なども、実験的に数値が示されているものは、その分野に限定して利用が許される。

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第9版

SI第9版の表8に残されている、SI単位系で併用が許されている非SI単位は次の通り。古い版では様々な単位が書かれていたが、現在ではこれしか残されていない。

量	名称	記号	SI単位による値
時間	分	min	1min=60s
	時	h	1h=60min=3 600s
	日	d	1d=24h=86 400s
長さ	天文単位	au	1au=149 597 870 700m
平面角	度	°	1°=(π/180)rad
	分	′	1′=1/60°=(π/10 800)rad
	秒	″	1″=1/60′=(π/648 000)rad
面積	ヘクタール	ha	1ha=1hm2=104m2
体積	リットル	l または L	1l=1L=1dm3=103cm3=10−3m3
容積	トン	t	1t=103kg
質量	ダルトン	Da	1Da=1.660 539 066 60(50)×10−27kg
エネルギー	電子ボルト	eV	1eV=1.602 176 634×10−19J
比の対数	ネーパー	Np	※1Np=1
	ベル	B	※1B=(1/2)ln10 Np
	デシベル	dB	※1dB=(1/10)B

ダルトン(Da)と統一原子質量単位(u)は等価である。1u=1Daである。

ネーパー、ベル、デシベルについては、説明のみで定義に値は書かれていない。上記は参考である。

SI接頭語

単位に接頭語を付けることで、巨大な値または微小な値を簡潔に表現することができる。

但し実際に使われるものは限定されており、どちらかというと日常用のもの。科学の世界ではべき乗で表示することが多い。例えば、42.195kmではなく4.2195×10⁴m。

SI第9版の表7では10^±24までの単位が定義されている。

1,000,000,000,000,000,000,000,000		1024 ヨタ yotta (Y)
1,000,000,000,000,000,000,000		1021 ゼタ zetta (Z)
1,000,000,000,000,000,000		1018 エクサ exa (E)
1,000,000,000,000,000		1015 ペタ peta (P)
1,000,000,000,000		1012 テラ tera (T)
1,000,000,000		109 ギガ giga (G)
1,000,000		106 メガ mega (M)
1,000		103 キロ kilo (k)
100		102 ヘクト hecto (h)
10		101 デカ deca (da)
10−1 デシ deci (d)	0	.1
10−2 センチ centi (c)	0	.01
10−3 ミリ milli (m)	0	.001
10−6 マイクロ micro (μ)	0	.000 001
10−9 ナノ nano (n)	0	.000 000 001
10−12 ピコ pico (p)	0	.000 000 000 001
10−15 フェムト femto (f)	0	.000 000 000 000 001
10−18 アト atto (a)	0	.000 000 000 000 000 001
10−21 ゼプト zepto (z)	0	.000 000 000 000 000 000 001
10−24 ヨクト yocto (y)	0	.000 000 000 000 000 000 000 001

恐らく2022(令和4)年に、大きい方と小さい方それぞれ二つずつ新たなSI接頭語が増える見込みである。それぞれQ/R、q/rが予定されている。

リンク

用語の所属
単位系
SI
関連する用語
メートル法
cgs単位系
MKS単位系
MKSA単位系
SI接頭語
単位接頭語
プランク単位系
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