Физиката, както вече установихме, изучава общи закономерности в света около нас. За целта учените провеждат наблюдения на физически явления. Въпреки това, когато се описват явления, е обичайно да се използва не ежедневен език, а специални думи, които имат строго определено значение - термини. Вече срещнахте някои физически термини в предишния параграф. Много термини просто трябва да научите и да запомните значенията им.

Освен това физиците трябва да опишат различни свойства(характеристики) на физическите явления и процеси и ги характеризира не само качествено, но и количествено. Да дадем пример.

Да проучим зависимостта на времето на падане на камък от височината, от която пада. Опитът показва: колкото по-голяма е височината, толкова повече времепада. Това е качествено описание, то не ни позволява да опишем резултата от експеримента в детайли. За да разберете модела на такова явление като падане, трябва да знаете например, че когато височината се увеличи четири пъти, времето, необходимо на камъка да падне, обикновено се удвоява. Това е пример за количествена характеристика на свойствата на дадено явление и връзката между тях.

За да се опишат количествено свойствата (характеристиките) на физически обекти, процеси или явления, се използват физични величини. Примери за познати ви физични величини са дължина, време, маса, скорост.

Физическите величини описват количествено свойствата на физическите тела, процеси и явления.

Срещали сте някои количества и преди. В уроците по математика при решаване на задачи сте измервали дължините на отсечките и сте определяли изминатото разстояние. В този случай сте използвали същата физическа величина - дължина. В други случаи сте намерили продължителността на движение на различни обекти: пешеходец, кола, мравка - и също сте използвали само една физическа величина за това - време. Както вече забелязахте, за различни обекти е необходимо едно и също физическо количество различни значения. Например, дължините на различните сегменти може да не са еднакви. Следователно същата стойност може да приеме различни значенияи да се използва за характеризиране на голямо разнообразие от обекти и явления.

Необходимостта от въвеждане на физични величини се състои и в това, че законите на физиката са написани с тяхна помощ.

Във формулите и изчисленията физическите величини се обозначават с букви от латинската и гръцката азбука. Има общоприети обозначения, например дължина - l или L, време - t, маса - m или M, площ - S, обем - V и т.н.

Ако запишете стойността на физическо количество (същата дължина на сегмент, получена в резултат на измерване), ще забележите: тази стойност не е просто число. След като казахме, че дължината на сегмента е 100, е необходимо да се изясни в какви единици се изразява: в метри, сантиметри, километри или нещо друго. Следователно те казват, че стойността на физическото количество е наименувано число. Може да бъде представено като число, последвано от името на единицата на тази величина.

Стойността на физическа величина = Число * Единица за количество.

Единиците на много физически величини (например дължина, време, маса) първоначално са възникнали от нуждите на ежедневието. За тях в различни временаРазличните народи измислиха различни единици. Интересно е, че имената на много единици за количества имат различни нацииса еднакви, тъй като при избора на тези единици са използвани размерите на човешкото тяло. Например, единица за дължина, наречена "лакът", беше използвана в Древен Египет, Вавилон, арабския свят, Англия, Русия.

Но дължината се измерваше не само в лакти, но и във вершокове, футове, лиги и т.н. Трябва да се каже, че дори с едни и същи имена единиците с еднакъв размер бяха различни при различните народи. През 1960 г. учените разработиха Международната система от единици (SI или SI). Тази система е приета от много страни, включително Русия. Следователно използването на единици от тази система е задължително.
Обичайно е да се прави разлика между основни и производни единици на физическите величини. В SI основните механични единици са дължина, време и маса. Дължината се измерва в метри (m), времето в секунди (s), масата в килограми (kg). Производните единици се образуват от основните, като се използват връзки между физическите величини. Например единицата за площ е квадратен метър(m 2) - равна на площта на квадрат с дължина на страната един метър.

Когато измерваме и изчисляваме, често трябва да се занимаваме с физически величини, числови стойностикоито се различават многократно от единичната стойност. В такива случаи към името на единицата се добавя префикс, което означава умножение или деление на единицата с определено число. Много често се използва умножаването на приетата единица по 10, 100, 1000 и т.н. (множество стойности), както и разделянето на единицата на 10, 100, 1000 и т.н. (множество стойности, т.е. дроби). Например хиляда метра е един километър (1000 m = 1 km), префиксът е kilo-.

Префиксите, означаващи умножение и деление на единици физически величини на десет, сто и хиляди, са дадени в таблица 1.
Резултати

Физическата величина е количествена характеристика на свойствата на физически обекти, процеси или явления.

Физическата величина характеризира едно и също свойство на голямо разнообразие от физически обекти и процеси.

Стойността на физическото количество е наименувано число.
Стойността на физическа величина = Число * Единица за количество.

Въпроси

1. За какво се използват физическите величини? Дайте примери за физични величини.
2. Кои от следните термини са физични величини и кои не са? Линийка, кола, студ, дължина, скорост, температура, вода, звук, маса.
3. Как се записват стойностите на физическите величини?
4. Какво е SI? за какво е
5. Кои единици се наричат ​​основни и кои производни? Дайте примери.
6. Масата на тялото е 250 g. Изразете масата на това тяло в килограми (kg) и милиграми (mg).
7. Изразете разстоянието 0,135 km в метри и милиметри.
8. На практика често се използва несистемна единица за обем - литър: 1 l = 1 dm 3. В SI единицата за обем се нарича кубичен метър. Колко литра има в един кубичен метър? Намерете обема на водата, съдържаща се в куб с ръб 1 см, и изразете този обем в литри и кубични метри, като използвате необходимите префикси.
9. Назовете физичните величини, които са необходими за описание на свойствата на такива физическо явлениекато вятъра. Използвайте наученото в час по природни науки, както и вашите наблюдения. Планирайте физически експеримент за измерване на тези количества.
10. Какви древни и съвременни единици за дължина и време познавате?

Физични величини

Физическо количество– това е характеристика на физически обекти или явления от материалния свят, обща за много обекти или явления в качествен смисъл, но индивидуална в количествен смисъл за всеки от тях. Например маса, дължина, площ, температура и др.

Всяка физическа величина има своя собствена качествени и количествени характеристики .

Качествени характеристики се определя от това какво свойство на материалния обект или каква характеристика на материалния свят характеризира тази величина. По този начин свойството "якост" количествено характеризира материали като стомана, дърво, плат, стъкло и много други, докато количествената стойност на якостта за всеки от тях е напълно различна

За идентифициране на количествената разлика в съдържанието на свойство във всеки обект, отразено от физическо количество, се въвежда понятието размер на физическото количество . Този размер се задава по време на процеса измервания- набор от операции, извършвани за определяне на количествената стойност на дадено количество (Федерален закон „За осигуряване на еднаквостта на измерванията“

Целта на измерванията е да се определи стойността на физическо количество - определен брой единици, приети за него (например резултатът от измерването на масата на продукт е 2 kg, височината на сграда е 12 m и др. ). Между размерите на всяка физическа величина има връзки под формата на числови форми (като „повече“, „по-малко“, „равенство“, „сума“ и др.), които могат да служат като модел на тази величина.

В зависимост от степента на доближаване до обективността те разграничават истински, действителни и измерени стойности на физическа величина .

Истинската стойност на физическото количество етова е стойност, която идеално отразява съответното свойство на даден обект в качествено и количествено отношение. Поради несъвършенството на инструментите и методите за измерване е практически невъзможно да се получат истинските стойности на количествата. Те могат да се представят само теоретично. И стойностите, получени по време на измерването, се доближават само до истинската стойност в по-голяма или по-малка степен.

Действителната стойност на физическото количество етова е стойност на величина, намерена експериментално и толкова близка до истинската стойност, че може да се използва вместо нея за дадена цел.

Измерена стойност на физическа величина -това е стойността, получена чрез измерване с помощта на специфични методи и измервателни уреди.

Когато планирате измервания, трябва да се стремите да гарантирате, че обхватът на измерените количества отговаря на изискванията на задачата за измерване (например по време на контрола измерените количества трябва да отразяват съответните показатели за качество на продукта).

За всеки параметър на продукта трябва да бъдат изпълнени следните изисквания:

Правилността на формулирането на измерената стойност, изключвайки възможността различни интерпретации(например, необходимо е ясно да се дефинира в какви случаи се определя "масата" или "теглото" на продукта, "обемът" или "вместимостта" на съда и т.н.);

Сигурността на свойствата на обекта за измерване (например „температурата в помещението не е по-висока от ... ° C“ дава възможност за различни тълкувания. Необходимо е да се промени формулировката на изискването, така че че е ясно дали това изискване е установено за максимум или за средна температурапомещения, които ще бъдат взети предвид по-късно при извършване на измервания);

Използване на стандартизирани термини.

Физически единици

Физическа величина, на която по дефиниция е приписана числова стойност, равна на единица, се нарича единица физическа величина.

Много единици от физически величини се възпроизвеждат чрез мерки, използвани за измерване (например метър, килограм). В ранните етапи от развитието на материалната култура (в робовладелските и феодалните общества) е имало единици за малък диапазон от физически величини - дължина, маса, време, площ, обем. Единиците на физическите величини бяха избрани без връзка помежду си и освен това различни различни държавии географски области. Ето как възникна голям бройчесто еднакви по име, но различни по големина – лакти, стъпала, килограми.

С разширяването на търговските връзки между народите и развитието на науката и технологиите броят на единиците на физическите величини се увеличава и все повече се усеща необходимостта от обединяване на единици и създаване на системи от единици. Започнаха да се сключват специални международни споразумения относно единиците на физическите величини и техните системи. През 18 век Във Франция беше предложена метричната система от мерки, която по-късно получи международно признание. На негова основа са изградени редица метрични системи от единици. Понастоящем се извършва по-нататъшно подреждане на единици от физически величини на базата на Международната система от единици (SI).

Единиците на физическите величини се делят на системен, т.е. тези, включени във всяка система от единици, и несистемни единици (например mmHg, конски сили, електрон-волт).

Системни единицифизическите величини се делят на основен, избран произволно (метър, килограм, секунда и т.н.) и производни, образувани от уравнения на връзката между величините (метър в секунда, килограм на кубичен метър, нютон, джаул, ват и др.).

За удобство при изразяване на величини, които са многократно по-големи или по-малки от единиците на физическите величини, използваме кратни на единици (например километър - 10 3 m, киловат - 10 3 W) и субкратни (например милиметър е 10 -3 m, милисекунда е 10-3 s)..

В метричните системи от единици кратните и дробните единици на физическите величини (с изключение на единиците за време и ъгъл) се образуват чрез умножаване на системната единица по 10 n, където n е положително или отрицателно цяло число. Всяко от тези числа съответства на един от десетичните префикси, приети за образуване на кратни и единици.

През 1960 г. на XI Генерална конференция по мерки и теглилки на Международната организация по мерки и теглилки (IOWM) се приема Международна системаединици(SI).

Основни единици в международната система единициса: метър (m) – дължина, килограм (kg) – маса, второ (s) – време, ампер (A) – сила електрически ток, келвин (K) – термодинамична температура, кандела (cd) – интензитет на светлината, бенка – количество вещество.

Наред със системите от физически величини в измервателната практика все още се използват така наречените несистемни единици. Те включват например: единици за налягане - атмосфера, милиметър живачен стълб, единица за дължина - ангстрьом, единица за топлина - калория, единици за акустични величини - децибел, фон, октава, единици за време - минута и час и т.н. , в В момента се наблюдава тенденция те да бъдат сведени до минимум.

Международната система от единици има редица предимства: универсалност, унификация на единиците за всички видове измервания, кохерентност (последователност) на системата (коефициенти на пропорционалност в физични уравнениябезразмерни), по-добро взаимно разбиране между различни специалистив процеса на научно-технически и икономически връзки между страните.

Понастоящем използването на единици физически величини в Русия е легализирано от Конституцията на Руската федерация (член 71) (стандартите, стандартите, метричната система и изчисляването на времето са под юрисдикцията на руска федерация) И федерален закон„За осигуряване на еднаквост на измерванията“. Член 6 от закона определя използването в Руската федерация на единици за количества от Международната система от единици, приети от Генералната конференция по мерки и теглилки и препоръчани за използване от Международната организация по законова метрология. В същото време в Руската федерация несистемните единици за количества, чието име, обозначение, правила за писане и прилагане са установени от правителството на Руската федерация, могат да бъдат приети за използване на равна основа със SI единици за количества.

В практическите дейности трябва да се ръководи от единиците на физическите величини, регулирани от GOST 8.417-2002 „ Държавно устройствоосигуряване на еднаквост на измерванията. Количествени единици."

Стандартна заедно със задължителна употреба основни и производни единици от Международната система от единици, както и десетични кратни и подкратни на тези единици, е разрешено да се използват някои единици, които не са включени в SI, техните комбинации с единици SI, както и някои десетични кратни и подкратни на изброени единици, които се използват широко в практиката.

Стандартът определя правилата за формиране на имена и обозначения на десетични кратни и подкратни на SI единици с помощта на множители (от 10 –24 до 10 24) и префикси, правилата за писане на обозначения на единици, правилата за формиране на кохерентни производни SI единици

Коефициентите и префиксите, използвани за образуване на имената и обозначенията на десетични кратни и подкратни на единици SI, са дадени в таблица.

Коефициенти и префикси, използвани за образуване на имена и обозначения на десетични кратни и подкратни на SI единици

Десетичен множител	Префикс	Префиксно обозначение	Десетичен множител	Префикс	Префиксно обозначение
междун.	рус	междун.	рус
10 24	йота	Y	И	10 –1	деци	d	d
10 21	зета	З	З	10 –2	centi	c	с
10 18	exa	д	д	10 –3	Мили	м	м
10 15	пета	П	П	10 –6	микро	µ	мк
10 12	тера	Т	Т	10 –9	нано	п	п
10 9	гига	Ж	Ж	10 –12	пико	стр	п
10 6	мега	М	М	10 –15	фемто	f	f
10 3	килограм	к	до	10 –18	atto	а	А
10 2	хекто	ч	Ж	10 –21	зепто	z	ч
10 1	звукова дъска	да	да	10 –24	iocto	г	и

Кохерентни производни единициМеждународната система от единици, като правило, се формира с помощта на най-простите уравнения на връзките между количествата (дефиниращи уравнения), в които числовите коефициенти са равни на 1. За да се образуват производни единици, обозначенията на количествата в уравненията на връзката се заменят чрез обозначенията на единиците SI.

Ако уравнението на свързване съдържа числов коефициент, различен от 1, тогава, за да се образува кохерентна производна на SI единица, нотацията на количества със стойности в SI единици се замества в дясната страна, като след умножение по коефициента се получава a обща числена стойност, равна на 1.

1.2. Физични величини

1.2.1. Физическите величини като обект на измерване

величина- това е свойство на нещо, което може да бъде разграничено от другите свойства и оценено по един или друг начин, включително количествено. Едно количество не съществува само по себе си; то съществува само доколкото има обект със свойства, изразени от дадено количество.

Ценностите могат да бъдат разделени на два вида: реални и идеални. Идеални стойностисе отнасят главно до математиката и са обобщение (модел) на конкретни реални понятия (виж фиг. 1.1)

Реални ценностисе делят на физически и нефизически. Физическо количествов общия случай може да се определи като количествена характеристика на материалните обекти (процеси, явления), изучавани в природните и техническите науки. Към нефизическитрябва да включва величини, присъщи на социалните (нефизическите) науки – философия, социология, икономика и др.

Фиг.1.1 Класификация на величините

Препоръки RMG 29-99 интерпретират физическо количество като едно от свойствата физически обект, в качествен смисъл общ за много физически обекти, а в количествен смисъл - индивидуален за всеки от тях . Индивидуалността в количествено отношение се разбира в смисъл, че едно свойство може да бъде за даден обект определен брой пъти по-голямо или по-малко от това на друг. по този начин физични величини – това са измерените свойства на физически обекти и процеси, чрез които те могат да бъдат изследвани.

Физическите величини са:

· измерими;

· оценени.

Измерените физични величини могат да бъдат изразени количествено чрез определен брой установени мерни единици. Физическите величини, за които по една или друга причина не може да се въведе мерна единица, могат само да бъдат оценени. Стойностите се оценяват с помощта на скали .

Магнитудна скала– подредена последователност от неговите стойности, приета по споразумение въз основа на резултатите от точни измервания.

За по-подробно изследване на физическите величини е необходимо да се класифицират и идентифицират общи метрологични характеристики на отделните им групи.

Според видовете явления физичните величини се делят на следните групи :

· истински, т.е. описващ физически и физически химични свойствавещества, материали и продукти, произведени от тях. Тази група включва маса, плътност, електрическо съпротивление, капацитет, индуктивност и др. Понякога тези физически величини се наричат ​​пасивни. За измерването им е необходимо да се използва допълнителен източник на енергия, с помощта на който се генерира сигнал за измервателна информация. В този случай пасивните физични величини се преобразуват в активни, които се измерват;

· енергиявеличини, които описват енергийните характеристики на процесите на трансформация, пренос и използване на енергия. Те включват ток, напрежение, мощност, енергия. Тези количества се наричат ​​активни. Те могат да бъдат преобразувани в измервателни информационни сигнали без използването на спомагателни енергийни източници;

· характеризиращи протичането на процесите във времето. Тази група включва различни видовеспектрални характеристики, корелационни функции и др.

Според принадлежност към различни групи физични процесифизическите величини се разделят:

· пространствено-времеви;

· механични;

· термични;

· електрически;

· магнитни;

· акустични;

· светлина;

· физико-химични;

· йонизиращи лъчения;

· атомна и ядрена физика.

Според степента на условна независимост от други величини

основен (условно независим),

· производни (условно зависими),

· допълнителни.

В момента системата SI използва седем физически величини, избрани като основни: дължина, време, маса, температура, електрически ток, светлинен интензитет и количество материя. Допълнителните физически величини включват равнинни и плътни ъгли.

Единица за физическа величинае физическа величина с фиксиран размер, на която условно се приписва числова стойност, равна на единица. Единица физическа величина се използва за количествено изразяване на еднородни физични величини.

Стойност на физическото количествое оценка на неговия размер под формата на определен брой приети за него единици (Q).

Числова стойност физическо количество (р)е абстрактно число, изразяващо съотношението на стойността на дадена величина към съответната единица на дадена физическа величина.

Уравнение Q=q[Q]наречен основно уравнение за измерване. Същността на най-простото измерване е да се сравни физическо количество Qс размерите на изходната стойност на регулируема многозначна мярка q[Q]. В резултат на сравнението се установява, че q[Q] ‹ Q ‹ (q+1)[Q].

1.2.2. Системи единици за физични величини

Съвкупността от основни и производни единици се нарича система от единици за физични величини.

Разглежда се първата система от единици метрична система, където метърът е взет като основна единица за дължина, а 1 cm3 е взет като единица за тегло химически чиста водапри температура около +40°C. През 1799 г. са направени първите прототипи (еталони) на метъра и килограма. В допълнение към тези две единици, метричната система в първоначалната си версия също включва единици за площ (ap - площта на квадрат със страна 10 m), обем (ster - обемът на куб с ръб на 10 m), капацитет (литър, равен на обема на куб с ръб 0,1 m). Метричната система все още не е имала ясно разделение на единиците на основни и производни.

Фиг.1.2. Класификация на физическите величини

Концепцията за система от единици, като набор от основни и производни, е предложена за първи път от немския учен Гаус през 1832 г. Основните в тази система са: единицата за дължина - милиметър, единицата за маса - милиграм, единицата за време - секунда. Тази система се наричаше абсолютен.

През 1881 г. е приет GHS система(сантиметър-грам-секунда), в началото на ХХ век съществува и система на италианския учен Джорджи - MCSA (метър, килограм, секунда, ампер). Имаше и други системи от единици. Дори и днес някои страни не са се отдалечили от исторически установените мерни единици. Във Великобритания, САЩ, Канада единицата за маса е паунд, като размерът му варира.

Най-широко използваните в света Международна система единициSI –SystemeМеждународен.

Генералната конференция по мерки и теглилки (GCPM) през 1954 г. дефинира шест основни единици физически величини за използване в международните отношения: метър, килограм, секунда, ампер, келвин, свещ. Впоследствие системата е допълнена с един основен, допълнителни и производни звена. Освен това са разработени дефиниции на основните единици.

Единица за дължина - метър– дължината на пътя, който светлината изминава във вакуум за 1/2 от секундата.

Единица за маса – килограм– маса, равна на масата на международния прототип на килограма.

Единица за време – секунда– продължителността на периодите на излъчване, съответстващи на прехода между две нива на свръхфината структура на основното състояние на атома цезий-133 при липса на смущения от външни полета.

Единицата за електрически ток е ампер.- силата на непроменлив ток, който при преминаване през два успоредни проводника с безкрайна дължина и незначително кръгло сечение, разположени на разстояние 1 m един от друг във вакуум, би създал сила между тези проводници, равна на 2 10-7 N на метър дължина.

Единицата за термодинамична температура е келвин.– 1/273,16 част от термодинамичната температура на тройната точка на водата. Използването на скалата по Целзий също е разрешено.

Единица за количество вещество – мол– количеството вещество в система, съдържаща същото количество структурни елементи, колко атома се съдържат в нуклид въглерод-12 с тегло 0,012 kg.

Единицата за интензитет на светлината е кандела.– интензитетът на светлината в дадена посока на източник, излъчващ монохроматично лъчение с честота 540·1012 Hz, чийто енергиен интензитет в тази посока е 1/683 W/sr2.

Дадените определения са доста сложни и изискват достатъчно ниво на познания, предимно по физика. Но те дават представа за естественото, естествен произходприети единици.

Международната система SI е най-модерната и универсална в сравнение с предшествениците си. В допълнение към основните единици системата SI има допълнителни единици за измерване на равнинни и телесни ъгли - съответно радиани и стерадиани, както и голям брой производни единици за пространство и време, механични величини, електрически и магнитни величини, топлинни, светлинни и акустични величини, както и йонизиращо лъчение (Таблица 1.2.) Единната международна система от единици е приета от XI Генерална конференция по мерки и теглилки през 1960г. На територията на нашата страна системата от единици SI е в сила от 1 януари 1982 г. в съответствие с GOST 8.417-81. Системата SI е логическо развитиесистемите GHS и MKGSS, които го предхождат. Предимствата и предимствата на системата SI включват:

· универсалност, т.е. обхващане на всички области на науката и технологиите;

· унифициране на всички области и видове измервания;

· съгласуваност на количествата;

· възможност за възпроизвеждане на единици с висока точност в съответствие с тяхната дефиниция;

· опростяване на писането на формули поради липсата на коефициенти на преобразуване;

· намаляване на броя на разрешените единици;

· единна системакратни и подкратни;

Таблица 1.1

Основни и допълнителни единици на физичните величини

величина
	Наименование
Име	Измерение		Име		Международен
Основен
			килограм
Сила на електрически ток
Термодинамична температура
Количество вещество
Силата на светлината
	Допълнителна
Плосък ъгъл
Плътен ъгъл			стерадиан

Производна единицае единица от производна на физическа величина от система от единици, образувана в съответствие с уравнения, свързващи я с основните единици или с основните и вече дефинирани производни. Производните единици на системата SI, които имат собствено име, са показани в таблица 1.2.

За установяване на производни единици:

· избират физически величини, чиито мерни единици се приемат за основни;

· задайте размера на тези единици;

· изберете определящо уравнение, което свързва величини, измерени чрез основни единици, с величината, за която е установена производна единица. В този случай символите на всички количества, включени в дефиниращото уравнение, трябва да се разглеждат не като самите количества, а като техните именувани числени стойности;

· приравняване на единица (или друго постоянно число) на коефициента на пропорционалност k, включен в определящото уравнение. Това уравнение трябва да бъде написано под формата на явна функционална зависимост на производната величина от основните величини.

Производните единици, установени по този начин, могат да се използват за въвеждане на нови производни единици.

Единиците на физическите величини се делят на системни и несистемни. Системен блок– единица физическа величина, включена в една от приетите системи. Всички основни, производни, кратни и подкратни единици са системни. Несистемна единицае единица за физическа величина, която не е включена в нито една от приетите системи от единици. Несистемните единици по отношение на системните единици SI са разделени на четири типа:

Таблица 1.2.

Производни единици на систематаSI със специално име

величина
Име	Име	Наименование	Изразяване в единици SI
Сила. Тегло
Натиск, механично напрежение			m-1 kg s-2
енергия. Работа, количество топлина
Мощност
Количество електроенергия
Електрическо напрежение, електродвижеща сила			m2 kg s-3 A-1
Електрически капацитет			m-2 kg-1 s4 A2
Електрическо съпротивление			m2 kg s-3 A-2
Електрическа проводимост			m-2 kg-1 s3 A2
Поток на магнитна индукция			m2 kg s-2 A-1
Магнитна индукция			kg s-2 A-1
Индуктивност			m2 kg s-2 A-2
Светлинен поток
Осветеност			m-2 cd sr
Радионуклидна активност	бекерел
Абсорбирана доза йонизиращо лъчение
Еквивалентна доза радиация

· приема се наравно с единици SI, например единици за маса - тон; плосък ъгъл – градус, минута, секунда; обем - литър и др. Несистемните единици, разрешени за използване заедно с единиците SI, са дадени в таблица 1.3;

· разрешени за използване в специални области, например астрономическа единица - парсек, светлинна година - единици за дължина в астрономията; диоптър – единица за оптична сила в оптиката; електрон-волт е единица за енергия във физиката и др.;

· временно приети за използване наравно с единици SI, например, морска миля– в морското корабоплаване; карат – единица за маса в бижутата и др. Тези единици трябва да бъдат изтеглени от употреба в съответствие с международните споразумения;

· изтеглени от употреба например милиметър живачен стълб - единица за налягане; конски сили е единица за мощност и някои други.

Таблица 1.3

Разрешени за използване несистемни единици

наравно с единициС.И.

Име количества
Име	Наименование
единица атомна маса
Плосък ъгъл
	астрономическа единица
светлинна година
Оптична мощност	диоптър
	електрон-волт
Пълна мощност	волт-ампер
Реактивна мощност

Има кратни и подкратни единици на физическите величини .

Множествена единицае единица физическа величина, която е цял брой пъти по-голяма от системна или несистемна единица. подкратна единицае единица физическа величина, чиято стойност е цяло число пъти по-малка от системна или несистемна единица. Префиксите за образуване на кратни и подкратни са дадени в таблица 1.4.

Таблица 1.4

Префикси за образуване на десетични кратни

и подкратни единици и техните имена

Фактор	Префикс	Наименование конзоли	Фактор	Префикс	Наименование конзоли
народни		Народна

Размер на физическото количество– количествено определяне на физична величина, присъща на конкретен материален обект, система, явление или процес.

Понякога възразяват широко приложениедумата "размер", твърдейки, че се отнася само за дължина. Отбелязваме обаче, че всяко тяло има определена маса, в резултат на което телата могат да бъдат разграничени по тяхната маса, т.е. според размера на физичната величина, която ни интересува (маса). Разглеждане на предмети Аи IN,може например да се твърди, че те се различават една от друга по дължина или размер (напр. А > Б).По-точна оценка може да се получи само след измерване на дължината на тези обекти.

Често във фразата „размер на величина“ думата „размер“ се пропуска или заменя с фразата „стойност на величина“.

В машиностроенето терминът "размер" е широко използван, което означава значението на физическо количество - характеристиката на дължината на всяка част. Това означава, че за изразяване на едно понятие „стойността на физическа величина“ се използват два термина („размер“ и „стойност“), които не могат да допринесат за подреждането на терминологията. Строго погледнато, необходимо е да се изясни понятието "размер" в машиностроенето, така че да не противоречи на възприетото в метрологията понятие "размер на физическа величина". GOST 16263-70 дава ясно обяснение по този въпрос.

Количествена оценка на конкретна физическа величина, изразена под формата на определен брой единици от дадена величина, се нарича "стойността на физическа величина".

Абстрактно число, включено в „стойността“ на количество, се нарича числена стойност.

Има фундаментална разлика между размер и величина. Размерът на дадено количество наистина съществува, независимо дали го знаем или не. Можете да изразите размера на дадено количество, като използвате всяка една от единиците на дадено количество, с други думи, като използвате числова стойност.

Характерно за числова стойност е, че когато се използва различна единица, тя се променя, докато физически размерстойността остава непроменена.

Ако означим измерената величина с x, единицата за количество с x 1  и тяхното отношение с q 1, тогава x = q 1 x 1 .

Размерът на величината x не зависи от избора на единица, което не може да се каже за числовата стойност на q, която се определя изцяло от избора на единица. Ако за изразяване на размера на величина x вместо единицата x 1  използваме единицата x 2  , тогава непромененият размер x ще бъде изразен с различна стойност:

x = q 2 x 2  , където n 2 n 1 .

Ако използваме q= 1 в горните изрази, тогава размерите на единиците

x 1 = 1x 1 и x 2 = 1x 2 .

Размерите на различните единици от едно и също количество са различни. Така размерът на един килограм е различен от размера на един паунд; размерът на метър е от размера на крака и т.н.

1.6. Размерност на физическите величини

Размерност на физическите величини -това е отношението между единиците величини, включени в уравнението, което свързва дадена величина с други величини, чрез които тя се изразява.

Размерността на физичната величина се означава с dim А(от лат. dimension – измерение). Да приемем, че физическото количество Асвързани с X,Уравнение А = F(X, Y).След това количествата X, Y, Aмогат да бъдат представени във формата

X = x [X]; Y = y [Y];А = а [A],

Къде A, X, Y -символи, обозначаващи физическа величина; а, х, у -числени стойности на количества (безразмерни); [A];[X]; [Y]-съответстващи единици данни на физически величини.

Размерите на стойностите на физическите величини и техните единици съвпадат. Например:

A = X/Y; dim(a) = dim(X/Y) = [X]/[Y].

измерение -качествена характеристика на физическо количество, даваща представа за вида, характера на количеството, връзката му с други количества, чиито единици се приемат за основни.

Физическото количество е едно от свойствата на физически обект (явление, процес), което е качествено общо за много физически обекти, докато се различава по количествена стойност.

Целта на измерванията е да се определи стойността на физическо количество - определен брой единици, приети за него (например резултатът от измерването на масата на продукт е 2 kg, височината на сграда е 12 m и др. ).

В зависимост от степента на приближаване до обективността се разграничават истински, действителни и измерени стойности на физическо количество.

Това е стойност, която идеално отразява съответното свойство на даден обект в качествено и количествено отношение. Поради несъвършенството на инструментите и методите за измерване е практически невъзможно да се получат истинските стойности на количествата. Те могат да се представят само теоретично. И стойностите, получени по време на измерването, се доближават само до истинската стойност в по-голяма или по-малка степен.

Това е стойност на количество, намерено експериментално, което е толкова близко до истинската стойност, че може да се използва вместо нея за дадена цел.

Това е стойността, получена чрез измерване с помощта на специфични методи и измервателни уреди.

9. Класификация на измерванията според зависимостта на измерваната величина от времето и според набори от измерени стойности.

Според характера на изменението на измерваната величина - статични и динамични измервания.

Динамично измерване - измерване на количество, чийто размер се променя с времето.Бързата промяна в размера на измерваното количество изисква измерването му с най-точното определениемомент във времето. Например, измерване на разстоянието до нивото на земната повърхност от балон с горещ въздухили измерване на постоянно напрежение на електрически ток. По същество динамичното измерване е измерване на функционалната зависимост на измереното количество от времето.

Статично измерване - измерване на количество, което се взема предвид в съответствие с възложената задача за измерване и не се променя през целия период на измерване.Например, измерване на линейния размер на произведен продукт, когато нормална температураможе да се счита за статичен, тъй като температурните колебания в цеха на ниво десети от градуса въвеждат грешка при измерване не повече от 10 μm/m, което е незначително в сравнение с производствената грешка на детайла. Следователно в тази задача за измерване измереното количество може да се счита за непроменено. При калибриране на мярка за дължина на линия спрямо държавния първичен стандарт, термостатирането осигурява стабилността на поддържане на температурата на ниво от 0,005 °C. Такива температурни колебания причиняват хиляда пъти по-малка грешка при измерване - не повече от 0,01 μm/m. Но в тази измервателна задача това е от съществено значение и отчитането на температурните промени по време на процеса на измерване става условие за осигуряване на необходимата точност на измерване. Следователно тези измервания трябва да се извършват с помощта на техниката на динамично измерване.

Въз основа на съществуващи набори от измерени стойностина електрически (ток, напрежение, мощност) , механичен (маса, брой продукти, усилие); , топлинна мощност(температура, налягане); , физически(плътност, вискозитет, мътност); химически(състав, химични свойства, концентрация) , радиотехникаи т.н.

Класификация на измерванията според метода на получаване на резултата (по вид).

Според метода на получаване на резултатите от измерванията се разграничават: преки, непреки, кумулативни и съвместни измервания.

Директни измервания са тези, при които желаната стойност на измерваното количество се намира директно от експериментални данни.

Косвените измервания са тези, при които желаната стойност на измереното количество се намира на базата на известна връзка между измереното количество и количествата, определени чрез директни измервания.

Кумулативните измервания са тези, при които няколко величини с едно и също име се измерват едновременно и определената стойност се намира чрез решаване на система от уравнения, която се получава на базата на директни измервания на величини с едно и също име.

Съвместните измервания са измерванията на две или повече количества с различни имена, за да се намери връзката между тях.

Класификация на измерванията според условията, които определят точността на резултата и броя на измерванията за получаване на резултата.

Според условията, които определят точността на резултата, измерванията се разделят на три класа:

1. Измервания с възможно най-висока точност, постижима със съществуващото ниво на технология.

Те включват, на първо място, стандартни измервания, свързани с възможно най-висока точност на възпроизвеждане на установени единици от физически величини, и в допълнение измервания на физически константи, предимно универсални (например абсолютната стойност на ускорението свободно падане, жиромагнитно отношение на протона и др.).

Този клас включва и някои специални измервания, които изискват висока точност.

2. Контролни и контролни измервания, чиято грешка с определена вероятност не трябва да надвишава определена определена стойност.

Те включват измервания, извършвани от лаборатории за държавен надзор на прилагането и спазването на стандартите и състоянието на измервателната техника и фабричните измервателни лаборатории, които гарантират грешката на резултата с определена вероятност, която не надвишава определена предварително определена стойност.

3. Технически измервания, при които грешката на резултата се определя от характеристиките на средствата за измерване.

Примери за технически измервания са измерванията, извършвани по време на производство в машиностроителни заводи, на разпределителни табла разпределителни устройстваелектроцентрали и др.

Въз основа на броя на измерванията измерванията се разделят на единични и многократни.

Еднократното измерване е измерване на едно количество, направено веднъж. На практика единичните измервания имат голяма грешка; следователно, за да се намали грешката, се препоръчва да се извършват измервания от този тип поне три пъти и да се вземе тяхното средно аритметично като резултат.

Многократните измервания са измервания на една или повече величини, извършени четири или повече пъти. Многократното измерване е поредица от единични измервания. Минималният брой измервания, при които едно измерване може да се счита за многократно, е четири. Резултатът от множество измервания е средната аритметична стойност на резултатите от всички направени измервания. При многократни измервания грешката намалява.

Класификация на случайните грешки при измерване.

Случайната грешка е компонент на грешката на измерване, който се променя произволно по време на повтарящи се измервания на едно и също количество.

1) Груб - не надвишава допустимата грешка

2) Пропускът е груба грешка, зависи от човека

3) Очаквано - получено в резултат на експеримента по време на създаването. условия

Понятие за метрология

Метрология– наука за измерванията, методите и средствата за осигуряване на тяхното единство и методите за постигане на необходимата точност. Базира се на набор от термини и понятия, най-важните от които са дадени по-долу.

Физическо количество- свойство, което е качествено общо за много физически обекти, но количествено индивидуално за всеки обект. Физическите величини са дължина, маса, плътност, сила, налягане и др.

Единица за физическа величинасе счита за количеството, на което по дефиниция се приписва стойност, равна на 1. Например маса 1 kg, сила 1 N, налягане 1 Pa. IN различни системиединици Единиците с еднакъв размер може да се различават по размер. Например за сила от 1 kgf ≈ 10 N.

Стойност на физическото количество– числена оценка на физическия размер на конкретен обект в приети единици. Например, масата на една тухла е 3,5 кг.

Техническо измерение– определяне на стойностите на различни физични величини с помощта на специални технически методи и средства. По време на лабораторните тестове се определят стойностите на геометричните размери, масата, температурата, налягането, силата и др. Всички технически измервания трябва да отговарят на изискванията за единство и точност.

Директно измерване– експериментално сравнение на дадена величина с друга, приета за единица, чрез отчитане по скалата на уреда. Например измерване на дължина, маса, температура.

Косвени измервания– резултати, получени с помощта на резултатите от директни измервания чрез изчисления по известни формули. Например определяне на плътността и якостта на материала.

Единство на измерванията– състояние на измерванията, при което техните резултати са изразени в законови единици и грешките на измерване са известни с дадена вероятност. Единството на измерванията е необходимо, за да могат да се сравняват резултатите от измерванията, направени на различни места, по различно време, с помощта на различни инструменти.

Точност на измерване– качество на измерванията, отразяващо близостта на получените резултати до истинската стойност на измерената стойност. Правете разлика между истинските и действителните стойности на физическите величини.

Истинският смисълфизическото количество идеално отразява съответните свойства на обекта в качествено и количествено отношение. Истинската стойност не съдържа грешки в измерването. Тъй като всички стойности на дадено физическо количество се намират емпирично и съдържат грешки в измерването, истинската стойност остава неизвестна.

Реална стойностфизическите величини се намират експериментално. Тя е толкова близка до истинската стойност, че за определени цели може да се използва вместо нея. При техническите измервания, стойността на физическа величина, намерена с приемливо технически изискваниягрешка се приема като действителна стойност.

Грешка в измерването– отклонение на резултата от измерването от истинската стойност на измерената стойност. Тъй като истинската стойност на измерената величина остава неизвестна, на практика грешката на измерване се оценява само приблизително чрез сравняване на резултатите от измерването със стойността на същата величина, получена с няколко пъти по-висока точност. По този начин грешката при измерване на размерите на проба с линийка, която е ± 1 mm, може да бъде оценена чрез измерване на пробата с дебеломер с грешка не повече от ± 0,5 mm.

Абсолютна грешкаизразени в единици на измерваната величина.

Относителна грешка- отношението на абсолютната грешка към действителната стойност на измерената стойност.

Измервателни уреди – технически средства, използвани при измервания и притежаващи стандартизирани метрологични свойства. Измервателните уреди се делят на мерки и измервателни уреди.

Измерете– измервателен уред, предназначен да възпроизвежда физическа величина с даден размер. Например теглото е мярка за маса.

Метър– измервателен уред, който служи за възпроизвеждане на измервателна информация във форма, достъпна за възприемане от наблюдател. Най-простите измервателни уреди се наричат ​​измервателни уреди. Например линийка, дебеломер.

Основни метрологични показатели измервателни уредиса:

Стойността на разделението на скалата е разликата в стойностите на измерената стойност, съответстваща на две съседни марки на скалата;

Началните и крайните стойности на скалата са най-малки и най-висока стойностизмерена стойност, показана на скалата;

Диапазонът на измерване е диапазонът от стойности на измерената стойност, за които се нормализират допустимите грешки.

Грешка в измерването– резултат от взаимно наслагване на грешки, причинени от различни причини: грешки на самите измервателни уреди, грешки, възникващи при използване на устройството и отчитане на резултатите от измерването и грешки от неспазване на условията за измерване. Когато достатъчно голям бройизмервания, средноаритметичното на резултатите от измерването се доближава до истинската стойност и грешката намалява.

Систематична грешка- грешка, която остава постоянна или се променя естествено при многократни измервания и възниква по добре известни причини. Например изместването на скалата на инструмента.

Случайна грешка е грешка, при която няма естествена връзка с предишни или последващи грешки. Появата му е причинена от много случайни причини, чието влияние върху всяко измерване не може да бъде предварително отчетено. Причините, водещи до появата на случайна грешка, включват например хетерогенност на материала, нередности при вземането на проби и грешки в показанията на инструмента.

Ако по време на измерванията се получи т.нар груба грешка, което значително увеличава очакваната грешка при дадени условия, тогава такива резултати от измерване се изключват от разглеждане като ненадеждни.

Единството на всички измервания се осигурява чрез установяването на мерни единици и разработването на техните стандарти. От 1960 г. е в сила Международната система единици (SI), която замени сложен набор от системи единици и отделни несистемни единици, разработени на базата на метричната система от мерки. В Русия системата SI е приета като стандарт и нейното използване в областта на строителството е регулирано от 1980 г.

Лекция 2. ФИЗИЧНИ ВЕЛИЧИНИ. МЕРНИ ЕДИНИЦИ

2.1 Физични величини и мащаби

2.2 Единици за физически величини

2.3. Международна система единици (система SI)

2.4 Физични величини на технологичните процеси

производство на храни

2.1 Физични величини и мащаби

Физическото количество е свойство, което е качествено общо за много физически обекти (физически системи, техните състояния и процеси, протичащи в тях), но количествено индивидуално за всеки от тях.

Индивидуални в количествено отношениетрябва да се разбира по такъв начин, че едно и също свойство за един обект може да бъде определен брой пъти по-голямо или по-малко от това за друг.

Обикновено терминът "физична величина" се използва за обозначаване на свойства или характеристики, които могат да бъдат количествено определени. Физическите величини включват маса, дължина, време, налягане, температура и др. Всички те определят общите в качествено отношение физични свойства, техните количествени характеристики могат да бъдат различни.

Препоръчително е да се разграничат физическите величини на измерени и оценени.Измереният EF може да бъде изразен количествено под формата на определен брой установени мерни единици. Възможността за въвеждане и използване на последното е важна отличителна черта на измерената EF.

Има обаче свойства като вкус, мирис и др., за които не могат да се въвеждат единици. Такива количества могат да бъдат оценени. Стойностите се оценяват с помощта на скали.

от точност на резултатаИма три вида стойности на физическите величини: истински, действителни, измерени.

Истинската стойност на физическо количество(истинска стойност на величина) – стойността на физическа величина, която в качествено и количествено отношение по идеален начинще отразява съответното свойство на обекта.

Постулатите на метрологията включват

Истинската стойност на определено количество съществува и тя е постоянна

Истинската стойност на измереното количество не може да бъде намерена.

Истинската стойност на дадено физическо количество може да се получи само в резултат на безкраен процес на измерване с безкрайно усъвършенстване на методи и измервателни уреди. За всяко ниво на развитие на измервателната техника можем да знаем само действителната стойност на физическа величина, която се използва вместо истинската.

Реална стойност на физическа величина– стойността на физична величина, установена експериментално и толкова близка до истинската стойност, че може да я замени за дадената измервателна задача. Типичен пример, илюстриращ развитието на измервателната техника, е измерването на времето. По едно време единицата за време, секундата, беше определена като 1/86400 от средния слънчев ден с грешка от 10 -7 . В момента второто се определя с грешка 10 -14 , т.е. ние сме със 7 порядъка по-близо до истинската стойност на определяне на времето на референтно ниво.

Действителната стойност на физическа величина обикновено се приема като средноаритметично от поредица от стойности на количеството, получени с измервания с еднаква точност, или среднопретеглената аритметична стойност с измервания с неравна точност.

Измерена стойност на физична величина– стойността на физична величина, получена чрез специфична техника.

По вид фотоволтаични явленияразделени на следните групи :

- истински , тези. описващи физически и физични и химични свойствавещества. Материали и изделия от тях. Те включват маса, плътност и др. Това са пасивни PV, т.к за измерването им е необходимо да се използват спомагателни източници на енергия, с помощта на които се генерира сигнал за измервателна информация.

- енергия – описване на енергийните характеристики на процесите на преобразуване, пренос и използване на енергия (енергия, напрежение, мощност. Тези величини са активни. Те могат да бъдат преобразувани в измервателни информационни сигнали без използването на спомагателни енергийни източници;

- характеризиращи протичането на времеви процеси . Тази група включва различни видове спектрални характеристики, корелационни функции и др.

Според степента на условна зависимост от други стойности на PVразделени на основни и производни

Основна физична величина– физическа величина, включена в система от количества и условно приета като независима от другите величини на тази система.

Изборът на физическите величини, приети като основни, и техният брой се извършват произволно. На първо място, като основни бяха избрани количествата, които характеризират основните свойства на материалния свят: дължина, маса, време. Останалите четири основни физични величини са избрани по такъв начин, че всяка от тях да представлява един от клоновете на физиката: сила на тока, термодинамична температура, количество материя, интензитет на светлината.

На всяка основна физическа величина от система от величини е присвоен символ във формуляра малка букваЛатинска или гръцка азбука: дължина - L, маса - M, време - T, електрически ток - I, температура - O, количество вещество - N, светлинен интензитет - J. Тези символи са включени в името на системата от физични величини . Така системата от физически величини на механиката, чиито основни величини са дължина, маса и време, се нарича „LMT система“.

Производна физична величина– физическа величина, включена в система от величини и определена чрез основните величини на тази система.

1.3 Физични величини и техните измервания

Физическо количество – едно от свойствата на физически обект (физическа система, явление или процес), общо в качествено отношение за много физически обекти, но количествено индивидуално за всеки от тях. Можем също така да кажем, че физическото количество е количество, което може да се използва в уравненията на физиката, а под физика тук имаме предвид науката и технологиите като цяло.

дума " величина" често се използва в два смисъла: като общо свойство, към което е приложимо понятието повече или по-малко, и като количество на това свойство. В последния случай ще трябва да говорим за „величината на количеството“, така че по-нататък ще говорим за количеството точно като свойство на физически обект, а във втория смисъл като значението на физическо количество .

IN напоследъкРазделянето на количествата на физически и нефизически , въпреки че трябва да се отбележи, че няма строг критерий за такова разделение на ценностите. В същото време под физически разбират количествата, които характеризират свойствата физически святи се използват във физическите науки и технологиите. За тях има мерни единици. Физическите величини, в зависимост от правилата за тяхното измерване, се разделят на три групи:

Величини, характеризиращи свойствата на обектите (дължина, маса);

величини, характеризиращи състоянието на системата (налягане,

температура);

Величини, характеризиращи процеси (скорост, мощност).

ДО нефизически се отнасят за количества, за които няма мерни единици. Те могат да характеризират както свойствата на материалния свят, така и понятията, използвани в социалните науки, икономиката и медицината. В съответствие с това разделение на количествата е обичайно да се прави разлика между измервания на физически величини и нефизически измервания . Друг израз на този подход са две различни разбирания на концепцията за измерване:

измерване в в тесен смисъл като експериментално сравнение

едно измеримо количество с друго известно количество

същото качество, прието като единица;

измерване в в широк смисъл как да намерите съвпадения

между числата и обектите, техните състояния или процеси според

известни правила.

Второто определение се появи във връзка с неотдавнашното широко използване на измервания на нефизични величини, които се появяват в биомедицинските изследвания, по-специално в психологията, икономиката, социологията и други социални науки. В този случай би било по-правилно да се говори не за измерване, а за оценка на количествата , разбирайки оценката като установяване на качеството, степента, нивото на нещо в съответствие с установени правила. С други думи, това е операция за приписване, чрез изчисляване, намиране или определяне на число, на количество, характеризиращо качеството на даден обект, според установени правила. Например определяне на силата на вятъра или земетресението, оценяване на фигуристи или оценка на знанията на учениците по петобална скала.

Концепция оценкаколичествата не трябва да се бъркат с концепцията за оценка на количествата, която се свързва с факта, че в резултат на измерванията всъщност не получаваме истинската стойност на измереното количество, а само неговата оценка, в една или друга степен близка до това стойност.

Обсъдената по-горе концепция измерване“, което предполага наличието на мерна единица (мярка), отговаря на понятието за измерване в тесен смисъл и е по-традиционно и класическо. В този смисъл ще се разбира по-долу - като измерване на физични величини.

По-долу са около основни понятия , свързани с физическо количество (по-нататък всички основни понятия в метрологията и техните дефиниции са дадени съгласно горепосочената препоръка за междудържавна стандартизация RMG 29-99):

- размер на физическа величина - количествена сигурност на физична величина, присъща на конкретен материален обект, система, явление или процес;

- стойност на физическото количество - изразяване на размера на физическо количество под формата на определен брой единици, приети за него;

- истинска стойност на физическо количество - стойността на физическо количество, което идеално характеризира съответното физическо количество в качествено и количествено отношение (може да бъде свързано с концепцията за абсолютна истина и се получава само в резултат на безкраен процес на измерване с безкрайно усъвършенстване на методите и измервателните уреди );

действителна стойност на физическо количество  стойността на физична величина, получена експериментално и толкова близка до истинската стойност, че може да се използва вместо нея в дадената задача за измерване;

единица за измерване на физическо количество  физическа величина с фиксиран размер, на която условно се приписва числова стойност, равна на 1, и се използва за количествено изразяване на физически величини, подобни на нея;

система от физични величини  набор от физически величини, формирани в съответствие с приетите принципи, когато някои величини се приемат като независими, докато други се определят като функции на тези независими величини;

основен физическо количество – физическа величина, включена в система от количества и условно приета като независима от други величини на тази система.

получено физическо количество – физическа величина, включена в система от величини и определена чрез основните величини на тази система;

система от единици физически единици  набор от основни и производни единици на физични величини, формирани в съответствие с принципите за дадена система от физични величини.