一、單位符号和名稱的用途
單位符号和數字書寫的一般原則是由第九屆國際計量大會(1948年,7号決議)首次提出的,ISO、IEC和其他國際組織随後詳細制定規則。因此,現在對于單位符号和名稱,包括詞頭符号和名稱及數量符号的書寫和使用,以及數量的值應該如何表達,形成了一種普遍的共識。遵守這些規則和風格習慣,其中最重要的在本文中做出介紹,以支持科學和技術論文的可讀性。
(一)單位符号
單位符号用正直字體打印,而不考慮周圍文本中使用的類型。它們是用小寫字母印刷的,除非其源自于一個專有名稱,則第一個字母是大寫字母。
第16屆國際計量大會(1979年,6号決議)通過一個例外,即允許“升”采用大寫字母L或小寫字母 l,以避免數字1(1)和小寫字母 l (el)之間可能的混淆。
如果使用一個倍數或分數詞頭,則作為單位的一部分,并且放在沒有分隔符的單位符号之前。詞頭永遠不會單獨使用,複合詞頭也從不使用。
單位符号是數學的字符實體而不是縮寫詞。因此,除了一句話結束之外,單位符号後不加句号,并且在一個表達式中既不能使用單位複數也不能混合單位符号和單位名稱,因為名稱不是數學的字符實體。
在單位符号的乘積和商的形成中,通常應用代數乘法或除法的規則。乘法必須用一個空格或一個半高(居中)點(∙)表示,否則,有些詞頭可能會被誤解為單位符号。除法是由一條水平線,或由一個斜線(斜體筆畫,/)或負指數表示。當幾個單位符号被組合在一起時,應該注意避免含糊不清,例如使用括号或負指數。在沒有使用括号的情況下,任一給定的表達式中使用斜線不得超過一次,以消除歧義。
不允許使用單位符号或單位名稱的縮寫詞,例如:sec (要麼s或秒second), sq. mm (要麼mm2或平方毫米),cc (要麼Cm3或立方厘米),或mps (要麼m/s或米每秒)。如SI手冊(第九版)前幾章所列的,對于SI單位和常規單位,使用正确的符号是強制性的,這樣就避免了數量上的歧義和誤解。
(二)單位名稱
單位名稱通常用正直字體打印,它們被當作普通名詞。在英語中,單位名稱以小寫字母開頭(即使當單位的符号以大寫字母開始),除非在句子的開頭或大寫的材料中,如标題。按照這個規則, 正确的拼寫單位名稱與符号°C是“攝氏度”(單位度degree用小寫的d開始,修飾語攝氏Celsius用大寫的C 開始,因為它是一個專有名稱)。
雖然數量的值通常用數字符号和單位符号表達,但如果由于某種原因,單位名稱比單位符号更恰當,那麼單位名稱應該全部拼寫出來。當一個單位名稱和倍數或分數詞頭組合在一起時,詞頭與單位名稱之間不使用空格或連字符。詞頭和單位名稱的組合是一個單獨詞。當導出單位的名稱是由單個單位通過乘法構成時,要麼用一空格,要麼用一連字符來分隔單個單位的名稱。
(三)表示數量值的規則和樣式約定
1.一個量的值和數值以及量算法的應用
量的符号通常是用設置為斜體字體的單個字母,盡管它們可能通過下标、上标或括号中的進一步信息來限制。例如,C是熱容的推薦符号,Cm為摩爾熱容,Cm, p 為恒壓下摩爾熱容,Cm,V 為恒容摩爾熱容。
在許多标準參考文獻中都列出了量的推薦名稱和符号,例如:ISO和IEC 80000系列标準《量和單位》,國際理論與應用物理學聯合會原子質量和基本常量委員會紅皮書《物理學中符号、單位和術語》,以及國際理論和應用化學聯合會綠皮書《物理化學中的量、單位和符号》。但是,量的符号是推薦性的(與此相反,使用單位符号的正确形式是強制性的)。在特定情況下,作者可能希望使用自己選擇的符号表示一個量,例如:為了避免兩個不同量由于使用相同符号而産生沖突。在任何這種情況下,符号的含義必須清楚地說明。然而,無論是量的名稱還是用來表示量的符号,都不應該意味着對單位的任何特定選擇。
單位符号被視為數學實體。将一個量值表示為數值和單位的乘積時,數值和單位都可以用平常的代數規則來處理。這個過程被描述為量算法的應用或數量的代數。例如:等式p=48kPa可以等價地寫成p/kPa=48。把一個量和一個單位的商寫在一個表格标題欄這種方法是習慣做法,以便表中的記錄是簡單的數字。例如:速度平方對壓力的表可以格式化成如表1所示。
表1
p /kPa
ν2 / (m/s)2
48.73
94766
72.87
94771
135.42
94784
坐标軸也可以用這種方式标記,以便刻度線隻用數字标記,如圖1所示。
圖1
2.量符号和單位符号
單位符号不應用來提供關于量的具體信息,也不應成為關于量的唯一信息來源。單位永遠不會被更多關于量性質的信息所限定,任何關于量性質的額外信息應該是附加在量符号,而非單位符号。
例如:最大電位差為Umax=1000V,但不是U=1000Vmax;矽樣品中銅的質量分數為w(Cu)=1.3×10−6,而不是1.3×10−6w/w。m=12.3g,這裡m是質量的符号;φ= 30°22′8″,這裡φ是平面角量的符号。
3.規定量值的格式
數值總是放在單位之前,并總是用一個空格把單位和數值隔開。因此量值是數字和單位的乘積,空格被視為一個乘号(正如單位之間的空格意味着乘法一樣)。唯一的例外是平面角的單位符号度、分和秒,分别為:°,′和″,在其數值和單位符号之間沒有空格。
這個規則意味着,當表示攝氏溫度t的值時,攝氏度符号°C之前是一個空格。例如:t = 30.2 °C,而不是t= 30.2°C或t= 30.2° C;
即使一個量值被用作形容詞時,在數值與單位符号之間仍要留一個空格。隻有當單位的名稱被拼寫出來時,普通的語法規則才會被應用,這樣在英語中一個連字符就會被用來把數與單位隔開。例如:一個10千歐姆電阻(a 10 kΩ resistor),一卷三十五毫米膠卷(a 35-millimeter film)。
在任何表達式中,隻使用一個單位,例如:l = 10.234 m,決不是l = 10 m 23.4 cm。這個規則的一個例外是用非SI單位表示時間和平面角的值。然而,對于平面角,通常最好采用小數除法。因此,除了在航海領域、地圖制作、天文學和從事測量很小角度之外,一個平面角量值會寫為22.20°而不是22°12′。
4.規定數字的格式與小數點标記
用于分隔數字的整數部分和小數部分的符号稱為小數點标記。在第22屆國際計量大會( 2003年,10号決議)之後,小數點标記“應該是在這行上的點或逗号。”所選擇的小數點标記應該是相關上下文中的習慣标記。
如果這個數在-1和 1之間,那麼小數點标記之前總是零(如:-0.234,不是-.234)。
在第九屆國際計量大會(1948年,7号決議)和第22屆國際計量大會(2003年,10号決議)之後,對于許多位數的數字,可以用一個窄空格将數字分為三個一組,以便于閱讀。在三個數字的組之間的空格中,既不插入用點也不插入逗号(如:43 279.168 29,不是 43,279.168,29)。然而,當小數點之前或之後隻有四位數字時,習慣上不使用空格分隔一位數字(如:3279.1683或 3 279.168 3任選其一)。以這種方式分組數字的做法是一個選擇的問題;在某些專門的應用程序中,例如工程制圖、财務報表和由計算機讀取的腳本,并不總是遵循這種規則。對于一個表格中的數字,在一列中使用的格式不應改變。
5.用量值表達測量不确定度
與一個量的估計值相關的不确定度,應按照JCGM 100:2008 (GUM 1995,有小修正)文件《測量數據的評估-測量不确定度表達指南》進行評估和表達。與量x有關的标準不确定度由u(x)表示。下面的例子中給出了表示标準不确定度的一種簡便方法:
mn=1.674 927 28 (29)×10–27 kg
mn在這裡是量的符号(這裡指中子的質量),括号中的數字是mn估計值的标準不确定度數值,它指的是引用值的最後一位數字;在本例中u(mn)= 0.000 000 29 ×10−27kg。如果用擴展不确定度U(x)來代替标準不确定度u(x),那麼就必須聲明包含概率p和包含因子k。
6.量符号、量值或數字的乘法或除法
當量符号相乘或相除時,可以使用下列任何一種方式:ab;a b;a⋅b;a × b;a/b;ba;a b−1。例如:力等于質量乘以加速度F = ma。
當量值相乘時,既可采用乘法符号×,也可使用括号,不能用一個半高(居中)的圓點,如:(53m/s)×10.2s或(53m/s)(10.2s)。數字相乘時,應該使用乘法符号×,如:25×60.5,但不是25·60.5。
當量值相除時,采用一個斜線和括号,以消除歧義。如:(20m)/(5s)=4 m/s;(a/b)/c不是a/b/c。
7.将量值表示為純數字
通常任何量Q的量綱是用量綱積的形式表示,如
量綱 Q = Tα LβM γ Iδ Θε Nζ Jη
上面等式中指數α, β, γ, δ, ε, ζ, η通常是小整數,可以是正數、負數,或為零,被稱為量綱指數。在量綱Q的等式中所有量綱指數都是零時,量綱Q=1。量綱為1的量又稱為無量綱量。單位1的量值簡單地表示為數字,如:n = 1.51不是 n = 1.51×1,這裡n是折射率的量符号。單位符号1或單位名稱“1”沒有明确顯示,因為SI的詞頭符号既不能連接到符号1,也不能連接到名稱“1”上,所以10的幂被用來表示特别大或小的值。
同一類量的數量之比(長度比、量分數等),可以選擇用單位(m/m, mol/mol)去表示,來幫助理解數量的表達,也允許使用SI詞頭。如果這個(μm/m, nmol/mol)是可取的,與計數有關的數量沒有這個選項,它們隻是數字。
國際公認的符号%(百分比)可以與SI一起使用。使用時,一個空格将數字和符号%分隔。應該使用符号%,而不是名稱“百分比”。然而,在書面文本中,符号%通常表示“百分之一”的含義。不得使用諸如“質量百分比”、“體積百分比”或“物質的量百分比”等用語,關于量的額外信息,應該在量的描述和符号中傳達。
術語“ppm”意味着10−6相對值,或1/106,或百萬分之一。這與百分數的意思類似。術語“十億分之一”和“萬億分之一”,以及它們各自的縮寫詞“ppb”和“ppt”也被使用,但它們的含義依賴于語言。因此,應避免使用縮寫詞ppb和ppt(注:在講英語的國家,現在一般認為10億是109,1萬億是1012;然而, 10億有時可能還被理解為1012,1萬億當作1018。縮寫ppt有時也被讀為千分之一,添加更多的困惑)。
8.平面角、立體角和相位角
平面角和相位角的一貫SI單位是弧度,單位符号rad,而立體角的一貫SI單位是立體弧度(球面度),單位符号sr。
從一個公共點出發的兩條直線之間的平面角,用弧度表示,就是從這個公共點出發的半徑為r的直線掃過上述兩條直線之間的圓弧長度s除以半徑向量的長度,θ=s/r rad。相位角(通常被稱為“相位”)是任何複數的參數,它是正實軸與複數在複平面上的極坐标表示的半徑之間的夾角。
一個弧度對應s=r的角度,因此1rad=1。直角的度數恰好等于數π/2。曆史慣例是度。弧度和角度之間的轉換遵從360°=2πrad的關系。注意這裡借助于符号“°”的度不是SI單位。
立體角,用球面度表示,對應于半徑r的一個球體表面積A 與該半徑的平方之比值,Ω = A/r2 sr。一個球面度對應于A = r2的立體角,因此1 sr= 1。
單位rad和sr分别相當于兩個長度之比和兩個長度的平方值之比。但是,應該強調是,rad和sr隻能用于表示角度和立體角,而不能表示長度和長度的平方之比值。
注:當1960年第11屆國際計量大會批準國際單位制(SI)時,創建了一種輔助單位以适應弧度和球面度,數十年後,國際計量大會決定:(1)在國際單位制中解釋輔助單位,換句話說弧度和球面度作為無量綱導出單位,其中的名稱和符号可以,但不需要,用于其他SI導出單位的表達式,是方便的;(2)消除單獨的輔助單位類别(1995年第20屆國際計量大會第8号決議)。(SI手冊第九版系列介紹之三)
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