ระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ

"SI" เปลี่ยนทางมาที่นี่ สำหรับความหมายอื่น ดูที่ SI (แก้ความกำกวม)

ระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ หรือ ระบบเอสไอ (อังกฤษ: International System of Units)^[1] หรือ ซิสแตแม็งแตร์นาซียอนาลดูว์นีเต (ฝรั่งเศส: Système international d'unités: SI)^[2] เป็นระบบการวัดที่ปรับปรุงมาจากระบบเมตริก โดยเน้นการสร้างมาจากหน่วยฐานทั้งเจ็ดหน่วยและใช้ระบบเลขฐานสิบ^[3] ซึ่งถือว่าเป็นระบบการวัดที่ใช้แพร่หลายที่สุดในโลกทั้งในชีวิตประจำวันและทางวิทยาศาสตร์

หน่วยฐาน IS

สัญลักษณ์	ชื่อ	ปริมาณ
A	แอมแปร์	กระแสไฟฟ้า
K	เคลวิน	อุณหภูมิพลหวัติ
s	วินาที	เวลา
m	เมตร	ความยาว
kg	กิโลกรัม	มวล
cd	เคนเดลา	ความเข้มของการส่องสว่าง
mol	โมล	ปริมาณของสาร
bit	บิต	หน่วยข้อมูล

มีเพียงสามประเทศที่ยังไม่ใช้หน่วยเอสไอเป็นมาตรฐานของหน่วยวัด ได้แก่ ไลบีเรีย, พม่า และสหรัฐ

ระบบเมตริกแต่เดิมนั้นแบ่งออกเป็นหลายกลุ่ม โดยระบบเอสไอได้รับการพัฒนามาจากระบบหน่วยเมตร-กิโลกรัม-วินาที (meter-kilogram-second: MKS) ในปี ค.ศ. 1960 และได้ปรับเปลี่ยนนิยามรวมถึงเพิ่มลดหน่วยฐานเอสไอมาตลอดตามการพัฒนาเทคโนโลยีทางด้านการวัด เพื่อเพิ่มความเที่ยงตรงในการวัดมากขึ้น

ระบบเอสไอเป็นระบบที่ใช้กันเกือบทั้งโลก มีเพียงสามประเทศที่ยังไม่ใช้หน่วยเอสไอเป็นมาตรฐานของหน่วยวัด ได้แก่ ไลบีเรีย พม่า และสหรัฐ แม้ในอังกฤษเองได้ยอมรับให้ใช้ระบบเอสไออย่างเป็นทางการ แม้ว่าจะไม่สามารถทดแทนระบบดั้งเดิมได้ทั้งหมด

ประวัติ

ระบบเมตริกถือกำเนิดขึ้นจากการรวบรวมหน่วยวัดต่าง ๆ โดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ซึ่งได้รับการแต่งตั้งให้เป็นคณะกรรมการจากสภาผู้แทนราษฎรฝรั่งเศสและพระเจ้าหลุยส์ที่ 16 ให้สร้างระบบการวัดที่เป็นสากลและเหมาะสม^[4] (ซึ่งหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์กลุ่มนั้นคือ อ็องตวน ลาวัวซีเย ผู้ได้รับฉายาว่าเป็น "บิดาแห่งเคมีสมัยใหม่") ในวันที่ 1 สิงหาคม ค.ศ. 1793 สมัชชาแห่งชาติฝรั่งเศส ได้ให้นิยามของหน่วยเมตรใหม่และกำหนดความยาวมาตรฐานรวมถึงหน่วยวัดฐานสิบอื่น ๆ ในวันที่ 7 เมษายน ค.ศ. 1795 ได้กำหนดหน่วยวัดมาตรฐานไว้ห้าหน่วยในกฎหมาย Loi du 18 germinal, an III ได้กำหนดนิยามของหน่วยกรัม ขึ้นมาแทนหน่วย grave ที่มีอยู่แต่เดิม จนในวันที่ 10 ธันวาคม ค.ศ. 1799 (ภายหลังการรัฐประหารของนโปเลียน 1 เดือน) ระบบเมตริกในฝรั่งเศสก็ใช้ได้อย่างสมบูรณ์

ปีที่แต่ละประเทศเปลี่ยนมาใช้ระบบเมตริก

ความต้องการในการร่วมมือระหว่างประเทศในด้านมาตรวิทยานำไปสู่การเซ็นสนธิสัญญาเมตริก 20 พฤษภาคม พ.ศ. 2418 (ค.ศ. 1875) ที่กรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส ซึ่งทำให้เกิดการจัดตั้งสำนักงานชั่ง ตวง วัดระหว่างประเทศ (BIPM) เพื่อกำหนดหน่วยวัดสากล คณะกรรมการมาตรวิทยาสากล (CIPM) และการประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศ (CGPM) ซึ่งจัดประชุมทุก ๆ 4–6 ปี

หลังจากสงครามโลกครั้งที่ 2 ระบบมาตรวัดยังคงไม่เป็นมาตรฐาน ทั้งความหลากหลายที่เกิดจากระบบเมทริกเอง และความหลากหลายที่เกิดจากระบบมาตรวัดแบบดั้งเดิม ในการประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศครั้งที่ 9 ในปี ค.ศ. 1948 จึงกำหนดให้คณะกรรมการมาตรวิทยาสากลสร้างหลักสูตรการศึกษาทางด้านมาตรวิทยาในระดับสากลขึ้นเพื่อใช้ในด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และการศึกษา

เพื่อที่จะสร้างหลักสูตรนี้ การประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศครั้งที่ 10 จึงเห็นสมควรที่จะสร้างระบบสากลขึ้นมาจากหน่วยฐานทั้งหก โดยเพิ่มการวัดอุณหภูมิและการส่องสว่างจากแต่เดิมที่สร้างหน่วยวัดแค่ระบบกลศาสตร์และแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ เมตร กิโลกรัม วินาที แอมแปร์ องศาเคลวิน (ซึ่งภายหลังได้ตัดคำว่า "องศา" ทิ้งไป) และแคนเดลา การประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศครั้งที่ 11 ปี ค.ศ. 1960 จึงได้กำหนดชื่อระบบใหม่นี้ว่า "ระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ" หรือที่ย่อเป็น "ระบบเอสไอ" จากชื่อระบบในภาษาฝรั่งเศสที่ว่า Système international d'unités และมีการเพิ่มหน่วยโมลเข้าเป็นหน่วยฐานในการประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศครั้งที่ 14 ปี ค.ศ. 1971

ระบบที่เกี่ยวข้อง

มาตรฐานระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศให้เป็นไปตามนี้

• นิยามคำศัพท์ทางด้าน "ปริมาณ" "หน่วย" ไดเมนชัน ฯลฯ ในด้านมาตรวิทยาของระบบเอสไอเป็นไปตามศัพท์มาตรวิทยาสากล (International Vocabulary of Metrology: IVM)
• ปริมาณและสมการที่ใช้การนิยามระบบเอสไอถูกอ้างอิงไว้ในระบบของปริมาณระหว่างประเทศ (International System of Quantities: ISQ) และถูกระบุไว้ใน ISO/IEC 80000

นิยาม

ตั้งแต่ปีค.ศ. 2019(พ.ศ. 2562) หน่วยเอสไอถูกนิยามโดยค่าคงตัว 7 ค่า

ค่าคงตัวนิยามเอสไอ

สัญลักษณ์	ค่าคงตัวที่ใช้นิยาม	ค่าแม่นตรง
ΔνCs	ความถี่ของซีเซียม	9192631770 Hz
c	อัตราเร็วของแสง	299792458 m/s
h	ค่าคงตัวของพลังค์	6.62607015×10−34 J⋅s
e	ประจุมูลฐาน	1.602176634×10−19 C
k	ค่าคงตัวบ็อลทซ์มัน	1.380649×10−23 J/K
NA	เลขอาโวกาโดร	6.02214076×1023 mol−1
Kcd	ประสิทธิภาพการส่องสว่างของรังสี 540 THz	683 lm/W

หน่วยเอสไอ

ระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ ประกอบไปด้วยชุดของหน่วยวัดเอสไอ และชุดของคำนำหน้าเอสไอ หน่วยวัดเอสไอเองแบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ หน่วยฐานเอสไอและหน่วยอนุพัทธ์เอสไอ

หน่วยฐาน

บทความหลัก: หน่วยฐานเอสไอ

หน่วยฐานเอสไอ

หน่วย		มิติ	ชื่อปริมาณ
วินาที	s	T	เวลา	t
เมตร	m	L	ความยาว	l, x, r ฯลฯ
กิโลกรัม	kg	M	มวล	m
แอมแปร์	A	I	กระแสไฟฟ้า	I, i
เคลวิน	K	Θ	อุณหภูมิอุณหพลวัติ	T
แคนเดลา	cd	J	ความเข้มของการส่องสว่าง	Iv
โมล	mol	N	ปริมาณของสาร	n

หน่วยอนุพัทธ์

บทความหลัก: หน่วยอนุพัทธ์เอสไอ

เราสามารถสร้างหน่วยอนุพัทธ์เอสไอได้ไม่จำกัดจากการนำหน่วยฐานเอสไอทั้งเจ็ดมาคูณหรือหารกัน ตัวอย่างเช่นหน่วยอนุพัทธ์ของเอสไอเกี่ยวกับความเร็วคือเมตรต่อวินาที (m/s) หน่วยอนุพัทธ์บางหน่วยอาจมีชื่อเฉพาะเนื่องจากมีการใช้บ่อย ๆ เช่นโอห์ม หน่วยของความต้านทานซึ่งมีสัญลักษณ์ Ω สามารถนิยามได้จาก Ω = m²·kg·s⁻³·A⁻² อันมีผลมาจากนิยามเกี่ยวกับความต้านทานไฟฟ้าโดยตรง

มีหน่วยพิเศษสองหน่วยคือเรเดียนและสเตอเรเดียน ที่เดิมถูกกำหนดให้เป็นหน่วยเสริม (supplement unit) ของระบบเอสไอ แต่ภายหลังได้รับการยกเลิกและจัดเป็นหน่วยอนุพัทธ์ประเภทหนึ่งที่ไร้มิติ (dimensionless) กล่าวคือไม่มีหน่วยแทน

ชื่อหน่วย	สัญลักษณ์	ปริมาณ	การแสดงออกในรูปหน่วยฐาน
องศาเซลเซียส	°C	อุณหภูมิอุณหพลวัต	K − 273.15
คาทัล	kat	อำนาจการเร่งปฏิกิริยา	mol/s = s−1·mol
นิวตัน	N	แรง	kg m s −2
สเตอเรเดียน	sr	มุมตัน	m2·m−2 (ไม่มีไดเมนชัน)
เรเดียน	rad	มุม	m·m−1 (ไม่มีไดเมนชัน)
ลูเมน	lm	ฟลักซ์ส่องสว่าง	cd sr = cd
เวเบอร์	Wb	ฟลักซ์แม่เหล็ก	kg m2 s−2 A−1
จูล	J	พลังงาน	N m = kg m2 s−2
คูลอมบ์	C	ประจุไฟฟ้า	A s
เฮนรี	H	ความเหนี่ยวนำไฟฟ้า	Ω s = kg m2 A−2 s−2
เทสลา	T	ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก	Wb/m2 = kg s−2 A−1
ลักซ์	lx	ความสว่าง	cd sr m−2
ซีเมนส์	S	ความนำ	Ω−1 = kg−1 m−2 A2 s3
เฮิรตซ์	Hz	ความถี่	s−1
โอห์ม	Ω	ความต้านทานไฟฟ้า	V/A = kg m2 A−2 s−3
โวลต์	V	ความต่างศักย์	J/C = kg m2 A−1 s−3
ปาสคาล	Pa	ความดัน	N/m2 = kg m −1 s−2
ฟารัด	F	ความจุไฟฟ้า	Ω−1 s = A2 s4 kg−1 m−2
เกรย์	Gy	ขนาดกำหนดของการดูดกลืนรังสี	J/kg = m2 s−2
ซีเวิร์ต	Sv	ขนาดกำหนดของกัมมันตภาพรังสี	J/kg = m2 s−2
วัตต์	W	กำลัง	J/s = kg m2 s−3
เบ็กแรล	Bq	กันมันตภาพรังสี	s−1

คำอุปสรรค

คำนำหน้าหน่วยเอสไอ (คำอุปสรรค) เป็นคำที่ใช้เติมข้างหน้าหน่วยเอสไอเพื่อสร้างพหุคูณของหน่วยเอสไอเดิม พหุคูณของหน่วยเอสไอจะเป็นสิบยกกำลังด้วยจำนวนเต็มเท่าต่าง ๆ และนอกเหนือจากสิบเท่า ร้อยเท่า ส่วนสิบเท่า และส่วนร้อยเท่าแล้วจะเป็นพหุคูณของพันเท่าและส่วนพันเท่าทั้งหมด

คำนำหน้าหน่วยเอสไอ

ค.ศ. ที่เริ่มใช้ (พ.ศ.)	1795 (2338)			1873 (2416)	1960 (2503)		1975 (2518)		1991 (2534)		2022 (2565)
ชื่อ	เดคา	เฮกโต	กิโล[5]	เมกะ[5]	จิกะ[5] กิกะ[5]	เทระ[5]	เพนตะ	เอกซะ	เซตตะ	ยอตตะ	รอนนะ	เควตตะ
สัญลักษณ์	da	h	k	M	G	T	P	E	Z	Y	R	Q
ตัวประกอบ	101	102	103	106	109	1012	1015	1018	1021	1024	1027	1030
ชื่อ	เดซิ	เซนติ	มิลลิ	ไมโคร	นาโน	พิโค	เฟมโต	อัตโต	เซปโต	ยอกโต	รอนโต	เควกโต
สัญลักษณ์	d	c	m	μ	n	p	f	a	z	y	r	q
ตัวประกอบ	10−1	10−2	10−3	10−6	10−9	10−12	10−15	10−18	10−21	10−24	10-27	10-30

หน่วยที่ยอมรับให้ใช้

บทความหลัก: หน่วยที่ยอมรับให้ใช้แก่ระบบเอสไอ

นอกเหนือจากหน่วยเอสไอแล้ว ยังมีชุดของหน่วยที่ไม่ได้เป็นหน่วยเอสไอ แต่ยอมรับให้ใช้ในระบบเอสไอได้ ซึ่งมักจะเป็นหน่วยที่ใช้เป็นประจำแต่ไม่ได้จัดอยู่ในหน่วยเอสไอ เช่น หน่วยลิตร เป็นต้น

ชื่อ	สัญลักษณ์	ปริมาณ	หน่วยเอสไอเทียบเท่า
นาที	min	เวลา	1 min = 60 s
ชั่วโมง	h		1 h = 60 min = 3600 s
วัน	d		1 d = 24 h = 1440 min = 86400 s
หน่วยดาราศาสตร์	au[6][7][8]	ความยาว	1 au = 149597870700 m
องศา	°	มุม	1° = π/180 rad
ลิปดา	′		1′ = 1/60° = π/10800 rad
พิลิปดา	″		1″ = 1/60′ = 1/3600° = π/648000 rad
เฮกตาร์	ha	พื้นที่	1 ha = 100 a = 10000 m2= 1 hm2
ลิตร	l, L	ปริมาตร	1 L = 1 dm3 = 1000 cm3 = 0.001 m3
ตัน	t	มวล	1 t = 103 kg = 1 Mg
ดอลตัน	Da		1 Da = 1.66053906660(50)×10−27 kg
อิเล็กตรอนโวลต์	eV	พลังงาน	1 eV = 1.602176634×10−19 J
หน่วยวัดเชิงลอการิทึม
เนเปอร์	Np	อัตราส่วนปริมาณสนาม	LF = ln(F/F0) Np
		อัตราส่วนกำลัง	LP = 1/2ln(P/P0) Np
เบล, เดซิเบล	B, dB	อัตราส่วนปริมาณสนาม	LF = 2 log10(F/F0) B
		อัตราส่วนกำลัง	LP = log10(P/P0) B

การเขียนสัญลักษณ์ของปริมาณทางเอสไอ

• ปริมาณจะถูกเขียนตัวเลขและตามด้วยเว้นวรรคหนึ่งครั้ง (ซึ่งถือว่าแทนการคูณ) แล้วตามด้วยสัญลักษณ์ของหน่วยนั้น เช่น "2.21 kg", "7.3×10² m²", "22 K" ซึ่งรวมถึงหน่วยเปอร์เซ็นต์ (%) ข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้ได้แก่สัญลักษณ์ที่เป็นองศา ลิปดา และพิลิปดา (°, ′ และ ″) ซึ่งจะเขียนติดกันไปโดยไม่ต้องเว้นวรรค ^[9][10]
• หน่วยอนุพัทธ์ที่คูณกันจะเชื่อมกันด้วยจุดกลาง (·) หรือเว้นวรรคโดยไม่แยกบรรทัดเช่น "N·m" หรือ "N m"
• หน่วยอนุพัทธ์ที่หารกันจะเชื่อมกันด้วยเครื่องหมายทับ (⁄) หรือยกกำลังด้วยเลขติดลบ เช่นเมตรต่อวินาที สามารถเขียนในรูปแบบ "m⁄s", "m s⁻¹", "m·s⁻¹" หรือ ${\displaystyle \textstyle {\frac {\mathrm {m} }{\mathrm {s} }}}$ โดยให้ใช้เครื่องหมายทับได้เพียงครั้งเดียวเช่น "kg⁄ (m·s²) " หรือ "kg·m⁻¹·s⁻²" ก็ได้แต่ห้ามใช้ "kg⁄m⁄s²" ในคีย์บอร์ดคอมพิวเตอร์จะมีเครื่องหมาย / ซึ่งตรงกับรหัสยูนิโคดU+002F แต่ไม่ใช่เครื่องหมายทับที่ใช้กับหน่วยเอสไอซึ่งตรงกับรหัสยูนิโคด U+2044.
• สัญลักษณ์หน่วยจะถือความหมายเชิงคณิตศาสตร์ ไม่ใช่ตัวย่อ จึงไม่ลงท้ายด้วยจุดมหัพภาค (.)
• สัญลักษณ์เขียนด้วยตัวอักษรภาษาโรมันตัวตรงเช่น m หรือ s เพื่อให้แตกต่างจากตัวแปรซึ่งมักจะใช้ตัวเอียงเช่น m แทนมวลหรือ s แทนระยะกระจัดตามข้อตกลงของมาตรฐานสากล กฎข้อนี้ขึ้นอยู่กับแบบอักษรที่ใช้ในข้อความข้างเคียง^[11]
• สัญลักษณ์ของหน่วยจะถูกเขียนในรูปตัวพิมพ์เล็กเช่น "m", "s", "mol" ยกเว้นแต่สัญลักษณ์ที่ย่อมาจากชื่อบุคคล เช่นหน่วยของความดันถูกตั้งตามแบลส ปาสกาล ดังนั้นสัญลักษณ์แทนจึงเขียนด้วย "Pa" ในขณะที่หน่วยเต็มจะเขียนด้วย pascal ^[12]
  • ข้อยกเว้นสำหรับการเขียนตัวพิมพ์เล็กในสัญลักษณ์คือลิตร "l" ดูคล้ายกับเลข "1" หรือตัวไอใหญ่ ในหลายประเทศจึงแนะนำให้ใช้ "L" ซึ่งได้รับการยอมรับการประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศในปี ค.ศ. 1979 ในญี่ปุ่นและกรีซใช้ตัวเอลหวัด (ℓ) แทนลิตร แต่ไม่ได้ถูกกำหนดเป็นมาตรฐานแต่อย่างใด
• คำนำหน้าหน่วยให้เขียนติดกับหน่วยโดยไม่มีเครื่องหมายวรรคตอนมาคั่นเช่น "k" ใน "km", "M" ใน "MPa", "G" ใน "GHz") และห้ามใช้คำนำหน้าหน่วยซ้อนกันเช่นห้ามใช้ กิโลกิโลเฮิรตซ์ แต่ต้องใช้ จิกะเฮิรตซ์ และหากคำนำหน้าหน่วยไม่พอ ให้ใช้สัญกรณ์วิทยาศาสตร์หรือคำนำหน้าหน่วยและตัวเลขที่เหมาะสมแทนเช่น 600 นาโนเมตร หรือ 6×10⁻⁷ m
• สัญลักษณ์คำหน้าหน่วยที่ใหญ่กว่า 10³ (kilo) ให้ใช้ตัวพิมพ์ใหญ่ ^[13]
• สัญลักษณ์ของหน่วยจะไม่เป็นพหูพจน์เช่น "25 kg" ไม่ใช่ "25 kgs".^[11]
• มติในการการประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศปี ค.ศ. 2003 กำหนดให้สัญลักษณ์ของแยกทศนิยมเป็นจุดมหัพภาค (.) หรือจุลภาค (, ) ก็ได้ โดยส่วนมากแล้วในประเทศที่ใช้ภาษาอังกฤษและประเทศในเอเซียส่วนใหญ่มักใช้จุดมหัพภาค (.) แต่ประเทศในยุโรปภาคพื้นทวีปหลายประเทศมักใช้จุลภาค (, )
• เราสามารถใช้การเว้นวรรคในการแยกเลขหลักพันเช่นหนึ่งล้านสามารถเขียนได้เป็น 1,000,000 เพื่อให้ต่างจากการใช้จุลภาคหรือมหัพภาคในการแยกทศนิยม และเพื่อให้แตกต่างจากประเทศที่ใช้การเว้นวรรคในการแยกคำ วรรคที่ใช้ในการแยกเลขหลักพันจะเล็กกว่าวรรคที่ใช้แยกคำเล็กน้อย (thin space)