Il S.I. è:

completo: tutte le grandezze fisiche considerate si possono ricavare dalle grandezze fondamentali tramite relazioni analitiche;

coerente: le relazioni analitiche che definiscono le unità delle grandezze derivate non contengono fattori di proporzionalità diversi da 1;

decimale (tranne che per la misura degli intervalli di tempo): multipli e sottomultipli delle unità di misura sono potenze di 10.

Il S.I. codifica anche

le norme di scrittura dei nomi e dei simboli delle grandezze fisiche

l'uso dei prefissi moltiplicativi secondo multipli di 1000.

Enti normativi

Le ricerche sul continuo aggiornamento del S.I. sono affidate all' Ufficio Internazionale dei Pesi e Misure (B.I.P.M., Bureau International des Poids et Mesures) con sede a Sèvres, presso Parigi.
Il B.I.P.M. è controllato dalla Conferenza Generale dei Pesi e Misure (C.G.P.M.), che si riunisce di regola ogni 4 anni. Le decisioni della C.G.P.M. vengono rese operative dal Comitato Internazionale dei Pesi e Misure (C.I.P.M.).

Un ente internazionale che svolge un ruolo notevole per l'unificazione di norme e procedure in campo scientifico e tecnologico, incluse le norme relative al Sistema Internazionale, è l'International Organisation for Stantardisation (I.S.O.).
Negli U.S.A. un ruolo analogo èsvolto dal National Instruments Standard Techniq 525d31f ues (N.I.S.T.), noto in passato come National Bureau of Standards (N.B.S.).

In Italia la divulgazione e il controllo dell'applicazione del S.I. sono affidati all' Ente Nazionale per l'Unificazione (U.N.I.).
I campioni nazionali delle unità di misura sono realizzati in parte presso l'Istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris, in parte presso l'Istituto di Metrologia Gustavo Colonnetti, con sede entrambi a Torino.

STORIA

SI - GRANDEZZE FONDAMENTALI

Il S.I. prevede 7 grandezze fondamentali e ne definisce le unità di misura

Definizioni delle unità di misura

Nella Tabella seguente sono riportate le definizioni delle unità di misura delle grandezze fondamentali.
Per ogni unità di misura viene indicata la Conferenza Generale dei Pesi e Misure (GCPM) che l'ha introdotta.

Il ¹³³Cs ha un nucleo formato da 55 protoni e 78 neutroni. Lo stato fondamentale è lo stato in cui un atomo ha la configurazione elettronica di minima energia. La suddivisione dello stato fondamentale in livelli iperfini è dovuta all'interazione degli elettroni con il momento magnetico del nucleo; la differenza in energia DE tra i livelli iperfini è molto piccola rispetto alla differenza in energia tra i livelli principali dell'atomo.
Durante la transizione tra due livelli di energia l'atomo emette onde elettromagnetiche di frequenza n DE/h, corrispondente ad una lunghezza d'onda l=c/n e un periodo T=1/n; h è la costante di Planck e c è la velocità delle onde elettromagnetiche nel vuoto.
La radiazione emessa dal ¹³³Cs durante la transizione in questione ha frequenza n =10¹⁰ Hz e lunghezza d'onda l = 3 cm (cade quindi nella regione delle microonde). Il secondo è pertanto definito come un multiplo intero del periodo T=1/n della radiazione emessa dal cesio.
Il campione primario del secondo è costituito da un orologio al cesio. Un orologio al cesio può commettere un errore massimo relativo di 1x10^-12, equivalente a 1 ms ogni 12 giorni.

La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto (velocità della luce) è una costante fondamentale della Fisica. Con la definizione del metro introdotta nel 1983, il suo valore è assunto come esatto (cioè privo di incertezza) e immodificabile: c = 299 792 458 m/s.
Per la realizzazione pratica del campione di metro, è raccomandato l'uso della radiazione monocromatica emessa da un laser ad elio-neon nella regione del rosso visibile (lunghezza d'onda l= 633 nm).

E` l'unica unità fondamentale del SI basata su un campione artificiale. Si tratta di un cilindro di platino-iridio di 38 mm di diametro e di altezza, custodito in una tripla teca sotto vuoto insieme ad altre 6 copie di riscontro.
La precisione relativa del campione è dell'ordine di 10^-9.
E' allo studio la possibilità di introdurre un campione naturale di massa basato su proprietà atomiche.

Per punto triplo di una sostanza si intende lo stato termodinamico in cui sono in equilibrio le tre fasi liquida, solida e gassosa. Il punto triplo dell'acqua si verifica ad una pressione di 610 Pa e (per
definizione) ad una temperatura di 273.16 K, pari a 0.01 °C.
La precisione della determinazione della temperatura del punto triplo dell'acqua è di circa 1x10^-6.
La temperatura termodinamica assoluta è definita in relazione al rendimento di un ciclo termodinamico ideale, il ciclo di Carnot; la sua misurazione è ricondotta alla misurazione di un rapporto tra quantità di calore, o più in generale di un rapporto tra due valori di un'altra grandezza direttamente misurabile.

Il ¹²C è l'isotopo più abbondante del carbonio: il nucleo atomico è composto da 6 protoni e 6 neutroni.
Quando si usa la mole è necessario specificare la natura delle entità elementari cui ci si riferisce: n mol di atomi, opp. di molecole, opp. di ioni, etc.
Il numero di entità elementari che costituiscono 1 mole è detto Numero di Avogadro; il suo valore approssimato è N_A= 6.022x10²³.

L'ampere è definito con riferimento alla legge che dà la forza di interazione F tra due conduttori paralleli
di lunghezza s posti a distanza d e percorsi rispettivamente dalle correnti I₁ e I₂:
F = 2 k_m I₁ I₂ s/d,
imponendo alla costante k_m il valore numerico 10^-7.
In genere k_m viene espresso in funzione della permeabilità magnetica del vuoto m : k_m=m p.
Secondo la definizione S.I., l'ampere può essere realizzato mediante un elettrodinamometro, ciè uno strumento che misura la forza tra due conduttori percorsi da corrente. Nella pratica si preferisce far ricorso alla legge di Ohm I=V/R e realizzare l'unità di corrente (ampere) come rapporto tra le unità di differenza di potenziale (volt) e di resistenza (ohm).
I campioni del volt e dell'ohm sono oggi realizzati ricorrendo a due fenomeni quantistici, rispettivamente l'effetto Josephson e l'effetto Hall quantistico.

La radiometria si occupa di misurare la potenza irradiata dalle sorgenti luminose, e non richiede unità di misura speciali.
La fotometria invece tiene conto anche dell'effetto che la radiazione luminosa ha sull'occhio umano medio, e richiede l'introduzione di grandezze e unità di misura ad hoc.
L'intensità luminosa è la grandezza fondamentale della fotometria.

Origine dei nomi delle unità di misura

SI - GRANDEZZE DERIVATE

Le unità di misura delle grandezze derivate si ottengono mediante semplici operazioni aritmetiche a partire dalle unità di misura delle grandezze fondamentali.
Non esistono fattori di conversione diversi da uno (il S.I. è coerente).

Nelle tabelle seguenti sono riportate le grandezze derivate con unità di misura dotate di nome proprio.

Angoli

L'11ma CGPM (1960) aveva creato per l'angolo piano e l'angolo solido una classe separata di grandezze, le grandezze supplementari. La 20ma CGPM (1995) ha soppresso la classe delle grandezze supplementari, inserendo l'angolo piano e l'angolo solido nella classe delle grandezze derivate.

Il radiante è l'angolo piano che sottende, su una circonferenza centrata nel suo vertice, un arco di lunghezza uguale al raggio.

Lo steradiante è l'angolo solido che sottende, su una sfera centrata nel suo vertice, una calotta sferica di area uguale al quadrato del raggio.

Grandezze definite in meccanica

Grandezze definite in termodinamica

Grandezze definite in elettromagnetismo

Grandezze definite in fotometria

Grandezze definite in dosimetria

SI - PREFISSI MOLTIPLICATIVI

Il S.I. codifica l'uso dei prefissi moltiplicativi secondo multipli di 1000.

SI - REGOLE DI SCRITTURA

Il S.I. codifica le norme di scrittura dei nomi e dei simboli delle grandezze fisiche.
Riportiamo qui le norme più importanti.