Размер и значение на физическа величина. Размер на количеството
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.
всеки физическо количествоима 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“ позволява 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 за физически величини бяха избрани независимо една от друга и освен това бяха различни в различните страни и 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, образуван от уравнения на връзката между величините (метър за секунда, килограм за кубичен метър, нютон, джаул, ват и др.).
За удобство при изразяване на количества, многократно по-големи или по-малки от единиците на физическите величини, ние 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, къртица – 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 открити широко приложениена практика десетични кратни и подкратни на изброените единици.
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 | Конзола | Префиксно обозначение | Десетичен множител | Конзола | Префиксно обозначение | ||
| междун. | рус | междун. | рус | ||||
| 10 24 | йота | Y | И | 10 –1 | деци | д | д |
| 10 21 | зета | З | З | 10 –2 | centi | ° С | с |
| 10 18 | exa | д | д | 10 –3 | Мили | м | м |
| 10 15 | пета | П | П | 10 –6 | микро | µ | мк |
| 10 12 | тера | T | T | 10 –9 | нано | н | н |
| 10 9 | гига | Ж | Ж | 10 –12 | пико | стр | П |
| 10 6 | мега | М | М | 10 –15 | фемто | f | f |
| 10 3 | килограм | к | Да се | 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.
8. Истинска, действителна и измерена стойност на физическа величина.
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.
Истинската стойност 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.
Реална стойност на физическа величина- това е стойност на величина, установена експериментално и толкова близка до истинската стойност, че за дадена цел може да се използва вместо нея.
Измерена стойност на физична величина- 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-точно определяне на момента 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, измерването на линейния размер на произведен продукт при нормална температура може да се счита за статично, тъй като температурните колебания в цеха на ниво десети от градуса въвеждат грешка в измерването не повече от 10 μm/m, което е незначително в сравнение с до производствена грешка на частта. 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.
Според съществуващите набори от измерени стойностиНа електрически (ток, напрежение, мощност) , механичен (маса, брой продукти, усилие); , термична 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-високата точност на възпроизвеждане на установени единици от физически величини, и в допълнение измервания на физически константи, предимно универсални (например абсолютната стойност на ускорението на гравитацията, жиромагнитно отношение на протон 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 производствения процес в машиностроителни предприятия, на разпределителни табла на електроцентрали 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
Концепцията за физическа величина е често срещана във физиката и метрологията и се използва за описание на материални системи от обекти.
Физическо количество,както бе споменато по-горе, това е характеристика, която е обща в качествен смисъл за много обекти, процеси, явления, а в количествен смисъл - индивидуална за всеки от тях. Например, всички тела имат собствена маса и температура, но числените стойности на тези параметри за различни теласа различни. Количественото съдържание на това свойство в даден обект е размерът на физическото количество, числена оценка на неговия размер Наречен стойността на физическо количество.
Физическа величина, която изразява едно и също качество в качествен смисъл, се нарича хомогенен (със същото име ).
Основна задача на измерванията - получаване на информация за стойностите на физическо количество под формата на определен брой единици, приети за него.
Стойностите на физическите величини са разделени на истински и реални.
Истинският смисъл - това е смисълът по идеален начинотразяващи качествено и количествено съответните свойства на обекта.
Реална стойност - това е стойност, открита експериментално и толкова близка до истинската, че може да бъде взета вместо нея.
Физическите величини се класифицират според редица характеристики. Различават се следните: класификации:
1) по отношение на информационните сигнали за измерване физическите величини са: активен - количества, които могат да бъдат преобразувани в измервателен информационен сигнал без използване на спомагателни енергийни източници; пасивен нов - количества, които изискват използването на спомагателни енергийни източници, чрез които се създава измервателен информационен сигнал;
2) въз основа на адитивността физическите величини се разделят на: добавка , или обширни, които могат да бъдат измерени на части, а също и точно възпроизведени с помощта на многозначна мярка въз основа на сумирането на размерите на отделните мерки; Не добавка, или интензивни, които не се измерват директно, а се преобразуват в измерване на величина или измерване чрез косвени измервания. (Адитивността (лат. additivus - добавен) е свойство на количествата, състоящо се в това, че стойността на количество, съответстващо на целия обект, е равна на сумата от стойностите на количествата, съответстващи на неговите части).
Еволюция на развитиетосистеми физически единици.
Метрична система- първата система от единици на физическите величини
е приет през 1791 г. от френското Национално събрание. Включва единици за дължина, площ, обем, капацитет и тегло , които се основават на две единици - метър и килограм . Тя беше различна от използваната сега система от единици и все още не беше система от единици в съвременния смисъл.
Абсолютна системаединици физически величини.
Методът за построяване на система от единици като набор от основни и производни единици е разработен и предложен през 1832 г. от немския математик К. Гаус, наричайки я абсолютна система. Той взе за основа три независими една от друга величини - маса, дължина, време .
За основното единици той прие тези количества милиграм, милиметър, секунда , като се приеме, че останалите единици могат да бъдат определени с тях.
По-късно се появяват редица системи от единици от физически величини, изградени на принципа, предложен от Гаус, и базирани на метричната система от мерки, но различни в основните единици.
В съответствие с предложения принцип на Гаус, основните системи от единици от физически величини са:
GHS система, в която основните единици са сантиметърът като единица за дължина, грамът като единица за маса и секундата като единица за време; е инсталиран през 1881 г.;
MKGSS система. Използването на килограма като единица за тегло, а по-късно като единица за сила като цяло, доведе в края на 19 век. към формирането на система от единици от физични величини с три основни единици: метър - единица за дължина, килограм - сила - единица за сила, секунда - единица за време;
5. MKSA система- Основните единици са метър, килограм, секунда и ампер. Основите на тази система са предложени през 1901 г. от италианския учен Г. Джорджи.
Международните отношения в областта на науката и икономиката изискваха уеднаквяване на мерните единици, създаване на единна система от единици на физически величини, обхващаща различни отрасли на измервателната област и запазваща принципа на съгласуваност, т.е. равенство на коефициента на пропорционалност на единица в уравненията на връзката между физическите величини.
СистемаSI. През 1954 г. комисията за разработване на единен Междунар
система от единици предложи проект на система от единици, който беше одобрен през 1960 г. XI Генерална конференция по мерки и теглилки. Международната система от единици (съкратено SI) носи името си от началните букви на френското име System International.
Международната система от единици (SI) включва седем основни (Таблица 1), две допълнителни и редица несистемни мерни единици.
Таблица 1 - Международна система единици
|
Физични величини, които имат официално одобрен стандарт |
Мерна единица |
Съкратено обозначение на единица физическо количество |
|
|
международни |
|||
|
килограм | |||
|
Сила на електрически ток | |||
|
температура | |||
|
Осветителна единица | |||
|
Количество вещество | |||
Източник: Тюрин Н.И.Въведение в метрологията. М.: Издателство "Стандарти", 1985 г.
Основни единици измерванияфизическите величини в съответствие с решенията на Генералната конференция по мерки и теглилки се определят, както следва:
метър - дължината на пътя, който светлината изминава във вакуум за 1/299 792 458 от секундата;
килограм е равен на масата на международния прототип на килограма;
една секунда е равна на 9 192 631 770 периода на излъчване, съответстващи на прехода между две свръхфини нива на основното състояние на атома Cs 133;
Ампер е равен на силата на постоянен ток, който при преминаване през два успоредни прави проводника с безкрайна дължина и пренебрежимо малко кръгло сечение, разположени на разстояние 1 m един от друг във вакуум, предизвиква взаимодействие сила върху всеки участък от проводника с дължина 1 m;
кандела е равна на светлинния интензитет в дадена посока на източник, излъчващ йонно-защитно лъчение, чийто енергиен светлинен интензитет в тази посока е 1/683 W/sr;
един келвин е равен на 1/273,16 от термодинамичната температура на тройната точка на водата;
мол е равно на количество вещества на системата, съдържащи същия брой структурни елементи, колкото има атоми в C 12 с тегло 0,012 kg 2.
Допълнителни единици Международна система от единици за измерване на равнинни и плътни ъгли:
радиан (rad) - плосък ъгъл между два радиуса на окръжност, дъгата между които е равна по дължина на радиуса. В градуси един радиан е равен на 57°17"48"3;
стерадиан (sr) - плътен ъгъл, чийто връх е разположен в центъра на сферата и който изрязва върху повърхността на сферата площ, равна на площта на квадрат с дължина на страната, равна на радиуса на сферата .
Допълнителни единици SI се използват за формиране на единиците за ъглова скорост, ъглово ускорение и някои други величини. Радианите и стерадианите се използват за теоретични конструкции и изчисления, тъй като повечето практически стойности на ъгли в радиани, които са важни за практиката, се изразяват като трансцендентални числа.
Несистемни единици:
Една десета от бялото се приема като логаритмична единица - децибел (dB);
Диоптър - сила на светлината за оптични инструменти;
Реактивна мощност-вар (VA);
Астрономическа единица (AU) - 149,6 милиона км;
Светлинна година е разстоянието, което един светлинен лъч изминава за 1 година;
Капацитет - литър (l);
Площ - хектар (ха).
Логаритмичните единици се делят на абсолютен,които представляват десетичен логаритъмсъотношението на физическа величина към стандартизирана стойност и роднина,образуван като десетичен логаритъм от съотношението на произволни две хомогенни (еднакви) величини.
Единиците извън SI включват градуси и минути. Останалите единици са производни.
Производни единици SIсе образуват с помощта на най-простите уравнения, които свързват количества и в които числовите коефициенти са равни на единица. В този случай се извиква производната единица съгласуван.
Измерение е качествен дисплей на измерените величини. Стойността на дадена величина се получава в резултат на нейното измерване или изчисляване в съответствие с основно уравнение отизмервания:Q = р * [ Q]
където Q - стойност на количеството; р- числена стойност на измерваната величина в условни единици; [Q] - единицата, избрана за измерване.
Ако дефиниращото уравнение включва числов коефициент, тогава за формиране на производна единица, такива числени стойности на първоначалните количества трябва да бъдат заменени в дясната страна на уравнението, така че числената стойност на определяната производна единица да е равна на единица .
(Например, 1 ml се приема като мерна единица за масата на течността, така че на опаковката е посочено: 250 ml, 750 и т.н., но ако се вземе 1 литър като мерна единица, тогава същото количество течност ще бъде посочено съответно 0,25 литра.
Като един от начините за образуване на кратни и подкратни се използва десетичната кратност между главни и малки единици, възприета в метричната система от мерки. В табл 1.2 предоставя множители и префикси за формиране на десетични кратни и подкратни и техните имена.
Таблица 2 - Фактори и префикси за образуване на десетични кратни и подкратни и техните имена
|
Фактор |
Конзола |
Префиксно обозначение |
|
|
международни |
|||
(Екзабайт е единица за измерване на количеството информация, равна на 1018 или 260 байта. 1 EeV (екзаелектронволт) = 1018 електронволт = 0,1602 джаула)
Трябва да се има предвид, че при формиране на множество и подкратни единици за площ и обем с помощта на префикси може да възникне двойно четене в зависимост от това къде е добавен префиксът. Например 1 m2 може да се използва като 1 квадратен метър и като 100 квадратни сантиметра, което не е едно и също нещо, защото 1 квадратен метър е 10 000 квадратни сантиметра.
Съгласно международните правила кратните и подкратните на площ и обем трябва да се формират чрез добавяне на префикси към оригиналните единици. Степените се отнасят до онези единици, които се получават чрез прикачване на префикси. Например 1 km 2 = 1 (km) 2 = (10 3 m) 2 == 10 6 m 2.
За да се осигури еднородност на измерванията, е необходимо да има идентични единици, в които са калибрирани всички измервателни уреди на една и съща физическа величина. Единството на измерванията се постига чрез съхраняване, точно възпроизвеждане на установени единици от физически величини и прехвърляне на техните размери към всички работещи измервателни уреди с помощта на стандарти и еталонни измервателни уреди.
справка - средство за измерване, което осигурява съхранението и възпроизвеждането на легализирана единица физическа величина, както и прехвърлянето на нейния размер към други средства за измерване.
Създаването, съхранението и използването на стандарти, наблюдението на тяхното състояние се подчиняват на единни правила, установени от GOST „GSI. Еталони на единици физически величини. Ред за разработване, утвърждаване, регистриране, съхраняване и прилагане.”
По субординация стандартите са разделенина първични и вторични и имат следната класификация.
Основен стандарт осигурява съхранение, възпроизвеждане на единици и предаване на размери с най-високата точност в страната, постижима в тази област на измерване:
- специални първични стандарти- са предназначени да възпроизвеждат единицата в условия, при които директното предаване на размера на единицата от първичния стандарт с необходимата точност е технически неосъществимо, например за ниско и високо напрежение, микровълни и HF. Те са одобрени като държавни стандарти. С оглед на особеното значение на държавните стандарти и за да им се даде силата на закона, GOST е одобрен за всеки държавен стандарт. Държавният комитет по стандартизация създава, одобрява, съхранява и прилага държавните стандарти.
Вторичен стандарт възпроизвежда единицата в специални условияи замества основния стандарт при тези условия. Той е създаден и одобрен, за да осигури най-малкото износване на държавния стандарт. Вторичните стандарти на свой ред разделени според предназначението:
Копиране на стандарти - предназначени за прехвърляне на размери на единици към работни стандарти;
Еталони за сравнение - предназначени да проверят безопасността на държавния еталон и да го заменят в случай на повреда или загуба;
Свидетелски стандарти - използват се за сравнение на стандарти, които по една или друга причина не могат да се сравняват директно един с друг;
Работни стандарти - възпроизвеждат единица от вторични стандарти и служат за прехвърляне на размера към стандарт от по-нисък ранг. Вторичните стандарти се създават, утвърждават, съхраняват и използват от министерства и ведомства.
Единичен стандарт - едно средство или набор от измервателни уреди, които осигуряват съхранение и възпроизвеждане на единица с цел предаване на нейния размер на подчинени измервателни уреди в схемата за проверка, направени по специална спецификация и официално одобрени по предписания начин като стандарт.
Възпроизвеждането на единици, в зависимост от техническите и икономическите изисквания, се извършва от двама начини:
- централизиран- използване на единен държавен стандарт за цялата страна или група държави. Всички основни единици и повечето от производните се възпроизвеждат централно;
- децентрализирана- приложимо за производни единици, чийто размер не може да бъде предаден чрез директно сравнение със стандарта и осигурява необходимата точност.
Стандартът установява многоетапна процедура за прехвърляне на размерите на единица физическа величина от държавния стандарт към всички работни средства за измерване на дадено физическо количество, като се използват вторични стандарти и примерни средства за измерване на различни категории от най-високото първо до най-ниското. и от образцови средства към работещи.
Прехвърлянето на размера се извършва чрез различни методи за проверка, главно чрез добре известни методи за измерване. Прехвърлянето на размера поетапно е придружено от загуба на точност, но многоетапното ви позволява да запазвате стандарти и да прехвърляте размера на единицата към всички работещи измервателни уреди.
Обект на метрологията са физическите величини. Има различни физически обекти, имащи разнообразни физични свойства, чийто брой е неограничен. Човек, в желанието си да познае физически обекти - обекти на познание - идентифицира определен ограничен брой свойства, които са общи за редица обекти в качествен смисъл, но индивидуални за всеки от тях в количествен смисъл. Такива свойства се наричат физически величини. Понятието „физическо количество“ в метрологията, тъй като във физиката физическото количество се тълкува като свойство на физически обекти (системи), което е качествено общо за много обекти, но количествено индивидуално за всеки обект, т.е. като свойство, което може да бъде за един обект определен брой пъти по-голямо или по-малко от това за друг (например дължина, маса, плътност, температура, сила, скорост). Количественото съдържание на свойството, съответстващо на понятието "физическа величина" в даден обект, е размерът на физическата величина. Размерът на физическото количество съществува обективно, независимо от това какво знаем за него.
Набор от величини, свързани помежду си чрез зависимости, образуват система от физически величини. Обективно съществуващите връзки между физическите величини се представят чрез поредица от независими уравнения. Брой уравнения TВинаги по-малко числоколичества П.Ето защо Tколичествата на дадена система се определят чрез други величини, а величините i се определят независимо от останалите. Последните величини обикновено се наричат основни физични величини, а останалите - производни физични величини.
Наличието на редица системи от единици от физически величини, както и значителен брой несистемни единици и неудобството, свързано с преобразуването при преминаване от една система от единици към друга, изискваха унификация на мерните единици. Разрастването на научно-техническите и икономическите връзки между различни страниналожи такова обединение в международен мащаб.
Задължително една системаединици за физически величини, практически удобни и покриващи различни области на измерване. В същото време тя трябваше да поддържа принципа съгласуваност(равен на единица на коефициента на пропорционалност в уравненията на връзката между физическите величини).
През 1954 г. Десетата генерална конференция по мерки и теглилки установи шест основни единици (метър, килограм, секунда, ампер, келвин и свещ) от практическата система от единици. Системата, базирана на шест основни единици, одобрени през 1954 г., се нарича Международна система от единици, съкратено SI (SI-начални букви на френското име Systeme International di Unites). Утвърден е списък от шест основни, две допълнителни и първи списък от 27 производни единици, както и представки за образуване на кратни и подкратни.
В Русия е в сила GOST 8.417-2002, който предписва задължителното използване на SI. Той изброява мерните единици, дава техните руски и международни имена и установява правилата за тяхното използване. Съгласно тези правила е позволено да се използват само международни обозначения в международни документи и на инструментални везни. Във вътрешни документи и публикации можете да използвате международни или руски обозначения (но не и двете едновременно).
Основни единици SI със съкращения на руски и с латински буквиса дадени в табл. 9.1.
Дефинициите на основните единици съгласно решенията на Генералната конференция по мерки и теглилки са както следва.
Метърравна на дължината на пътя, изминат от светлината във вакуум
/299792458 D° lu SECUNDS.
килограмравна на масата на международния прототип килограм.
Второравно на 9192631770 периода на излъчване, съответстващи на прехода между две свръхфини нива на основното състояние на атома цезий-133.
Ампере равна на силата на непроменлив ток, който при преминаване през два успоредни прави проводника с безкрайна дължина и пренебрежимо малко кръгло напречно сечение, разположени на разстояние 1 m един от друг във вакуум, предизвиква във всяка секция на проводник с дължина 1 m сила на взаимодействие, равна на 2-10-7 N.
Келвинравна на 1/273,16 от термодинамичната температура на тройната точка на водата.
Къртицаравно на количеството вещество в система, съдържаща същото количество структурни елементи, колко атома има въглерод-12 с тегло 0,012 kg.
Канделаравен на светлинния интензитет в дадена посока на източник, излъчващ монохроматично лъчение с честота 540-10 12 Hz, чийто енергиен светлинен интензитет в тази посока е 1/683 W/sr.
Таблица 9.1Основни единици SI
Производните единици от Международната система единици се образуват с помощта на най-простите уравнения между величини, в които числовите коефициенти са равни на единица. Да, за линейна скоросткато определящо уравнение можете да използвате израза за скоростта на равномерното праволинейно движение v = l/t.
Като се има предвид дължината на изминатия път (в метри) и времето t, през което този път е изминат (в секунди), скоростта се изразява в метри в секунда (m/s). Следователно SI единицата за скорост е метър в секунда -е скоростта на праволинейно и равномерно движеща се точка, в която тя във времето Tсе движи на разстояние 1м.
Ако дефиниращото уравнение включва числов коефициент, тогава за формиране на производна единица, такива числени стойности на първоначалните количества трябва да бъдат заменени в дясната страна на уравнението, така че числената стойност на определяната производна единица да е равна на единица .
Конзолиможе да се използва преди имена на мерни единици; те означават, че една мерна единица трябва да бъде умножена или разделена на определено цяло число, степен 10. Например префиксът „кило“ означава умножение по 1000 (километър = 1000 метра). SI префиксите се наричат също десетични префикси.
В табл 9.2 предоставя множители и префикси за образуване на десетични кратни и подкратни и техните имена.
Таблица 9.2Образуване на десетични кратни Илобарен мерни единици
10^-18_________________|ато _______________|____________А ____________|_____________А _____________
Трябва да се има предвид, че при формиране на множество и подкратни единици за площ и обем с помощта на префикси може да възникне двойно четене в зависимост от това къде е добавен префиксът. По този начин съкратеното обозначение I km 2 може да се тълкува както като 1 квадратен километър, така и като 1000 квадратни метра, което очевидно не е едно и също нещо (1 квадратен километър = 1 000 000 квадратни метра). В съответствие с международните правила кратните и подкратните единици за площ и обем трябва да се образуват чрез добавяне на префикси към оригиналните единици. По този начин градусите се отнасят до онези единици, които се получават в резултат на прикачване на префикси. Следователно 1 km 2 - 1 (km) -= (10 3 m) 2 = 10 6 m 2.
Производни единицисе получават от основните с помощта на алгебрични операции като умножение и деление. Някои от производните единици в системата SI имат собствени имена.
Физическите величини, в зависимост от разнообразието от размери, които могат да имат при промяна в ограничен диапазон, се разделят на непрекъснати (аналогови) и квантувани (дискретни) по размер (ниво).
Една аналогова величина може да има безкраен брой размери в рамките на даден диапазон. Това е огромният брой физически величини (напрежение, ток, температура, дължина и др.). Квантованото количество има само изброим набор от размери в даден диапазон. Пример за такова количество би бил малък електрически заряд, чийто размер се определя от броя на електронните заряди, включени в него. Размерите на квантуваната величина могат да съответстват само на определени нива - нива на квантуване. Разликата между две съседни нива на квантуване се нарича ниво на квантуване (квант). Стойността на аналогова величина се определя чрез измерване с неизбежна грешка. Квантуваната величина може да се определи чрез преброяване на нейните кванти, ако те са постоянни.
Физическите величини могат да бъдат постоянни или променливи във времето. При измерване на постоянна във времето величина е достатъчно да се определи една от нейните моментни стойности. Променливите във времето величини могат да имат квазидетерминиран или случаен характер на промяна. Квазидетерминирана физическа величина е величина, за която е известен типът на зависимостта от времето, но измереният параметър на тази зависимост е неизвестен. Случайна физическа величина е величина, чийто размер се променя произволно във времето. Като частен случай на променливи във времето величини можем да разграничим дискретните времеви величини, т.е. величини, чиито размери са различни от нула само в определени моменти от времето.
Физическите величини се делят на активни и пасивни. Активните величини (например механична сила, едс на източник на електрически ток) могат да създават информационни сигнали за измерване без допълнителни източници на енергия. Самите пасивни величини (например маса, електрическо съпротивление, индуктивност) не могат
създават информационни сигнали за измерване. За да направите това, те трябва да бъдат активирани с помощта на спомагателни източници на енергия, например, когато измервате съпротивлението на резистор, токът трябва да тече през него. В зависимост от обектите на изследване те говорят за електрически, магнитни или неелектрически величини.
Физическа величина, на която по дефиниция е приписана числова стойност, равна на единица, се нарича единица физическа величина. Размерът на единица физическа величина може да бъде всякакъв. Измерванията обаче трябва да се извършват в общоприети единици. Еднаквостта на единиците в международен мащаб се установява с международни споразумения.
Физическо количество
Физическо количество - физическа собственостматериален обект, физическо явление, процес, който може да се характеризира количествено.
Стойност на физическото количество- едно или повече (в случай на тензорна физическа величина) числа, характеризиращи тази физическа величина, указващи мерната единица, въз основа на която са получени.
Размер на физическото количество- значенията на числата, които се появяват в стойност на физическото количество.
Например, една кола може да се характеризира с физическо количество, като маса. при което, значениеот това физическо количество ще бъде например 1 тон и размер- номер 1, или значениеще бъде 1000 килограма, и размер- номер 1000. Същата кола може да се характеризира с помощта на друга физическо количество- скорост. при което, значениеот това физическо количество ще бъде например вектор с определена посока от 100 km/h и размер- номер 100.
Размерност на физическа величина- мерна единица, която се появява в стойност на физическото количество. По правило физическото количество има много различни измерения: например дължината има нанометър, милиметър, сантиметър, метър, километър, миля, инч, парсек, светлинна година и т.н. Някои от тези мерни единици (без да се вземат предвид техните десетични множители) могат да влязат различни системифизически единици - SI, GHS и др.
Често една физическа величина може да бъде изразена чрез други, по-фундаментални физични величини. (Например силата може да бъде изразена чрез масата на тялото и неговото ускорение.) Което означава съответно измерениетотакава физическа величина може да бъде изразена чрез размерите на тези по-общи величини. (Измерението на силата може да бъде изразено чрез размерите на масата и ускорението.) (Често такова представяне на размерността на определена физическа величина чрез размерите на други физични величини е самостоятелна задача, която в някои случаи има свой собствен смисъл и цел.)Размерите на такива по-общи количества често вече са основни единициедна или друга система от физически единици, тоест тези, които сами по себе си вече не се изразяват чрез други, още по-общоколичества.
Пример.
Ако физическата величина мощност се запише като
У- това е съкращение един отмерни единици на това физическо количество (ват). Литера Да сее обозначението на Международната система единици (SI) за десетичния фактор "кило".
Размерни и безразмерни физични величини
- Размерна физическа величина- физическо количество, за да се определи стойността на което е необходимо да се приложи някаква мерна единица на това физическо количество. По-голямата част от физическите величини са размерни.
- Безразмерна физическа величина- физическа величина, за определяне на стойността на която е достатъчно да се посочи нейният размер. Например, относителната диелектрична константа е безразмерна физическа величина.
Адитивни и неадитивни физични величини
- Адитивно физическо количество- физическо количество, различни значениякоито могат да бъдат сумирани, умножени по цифров коефициент, разделени един на друг. Например физическото количество маса е адитивно физическо количество.
- Неадитивно физическо количество- физическа величина, за която сумирането, умножаването с числен коефициент или взаимното деление нямат значение физически смисъл. Например физическата величина температура е неадитивна физическа величина.
Екстензивни и интензивни физични величини
Физическата величина се нарича
- обширен, ако величината на неговата стойност е сумата от стойностите на това физическо количество за подсистемите, които съставляват системата (например обем, тегло);
- интензивен, ако величината на стойността му не зависи от размера на системата (например температура, налягане).
Някои физични величини, като ъглов момент, площ, сила, дължина, време, не са нито екстензивни, нито интензивни.
Производните количества се формират от някои обширни количества:
- специфиченколичеството е количество, разделено на маса (например специфичен обем);
- кътникколичеството е количество, разделено на количеството вещество (например моларен обем).
Скаларни, векторни, тензорни величини
В най-общия случайможем да кажем, че една физическа величина може да бъде представена чрез тензор от определен ранг (валентност).
Система от единици за физични величини
Система от единици за физически величини е набор от единици за измерване на физически величини, в които има определен брой така наречени основни мерни единици, а останалите мерни единици могат да бъдат изразени чрез тези основни единици. Примери за системи от физически единици са Международната система единици (SI), GHS.
Символи на физическите величини
Литература
- RMG 29-99Метрология. Основни термини и определения.
- Бурдун Г. Д., Базакуца В. А. Единици за физически величини. - Харков: Vishcha school, .