Физические величины



Скачать 171.79 Kb.
Дата05.05.2013
Размер171.79 Kb.
ТипДокументы
    1. Физические величины




      1. Физические величины как объект измерений



Величина – это свойство чего-либо, что может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Величина не существует сама по себе, она имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной.

Величины можно разделить на два вида: реальные и идеальные. Идеальные величины главным образом относятся к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий (см. рис.1.1)

Реальные величины делятся на физические и нефизические. Физическая величина в общем случае может быть определена как величина, свойственная материальным объектам (процессам, явлениям), изучаемым в естественных и технических науках. К нефизическим следует отнести величины, присущие общественным (нефизическим) наукам – философии, социологии, экономике и др.

ВЕЛИЧИНЫ




Реальные

Идеальные



Физические

Нефизические

Математические



Оцениваемые


Измеряемые


Рис.1.1 Классификация величин

Рекомендации РМГ 29-99 трактуют физическую величину, как одно из свойств физического объекта, в качественном отношении общее для многих физических объектов, а в количественном – индивидуальное для каждого из них. Индивидуальность в количественном отношении понимают в том смысле, что свойство может быть для данного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем у другого. Таким образом, физические величиныэто измеренные свойства физических объектов и процессов, с помощью которых они могут быть изучены.

Физические величины бывают:

  • измеряемые;

  • оцениваемые.

Измеряемые физические величины могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения. Физические величины, для которых по тем или иным причинная не может быть введена единица измерения, могут быть только оценены. Величины оценивают при помощи шкал.

Шкала величины – упорядоченная последовательность ее значений, принятая по соглашению на основании результатов точных измерений.


Для более детального изучения физических величин необходимо классифицировать и выявить общие метрологические особенности их отдельных групп.

По видам явлений физические величины делятся на следующие группы:

  • вещественные, т.е. описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них. К этой группе относятся масса, плотность, электрическое сопротивление, емкость, индуктивность и др. Иногда указанные физические величины называют пассивными. Для их измерения необходимо использовать дополнительный источник энергии, с помощью которого формируется сигнал измерительной информации. При этом пассивные физические величины преобразуются в активные, которые и измеряются;

  • энергетические, т.е. величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии. К ним относятся ток, напряжение, мощность, энергия. Эти величины называют активными. Они могут быть преобразованы в сигналы измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии;

  • характеризующие протекание процессов во времени. К этой группе относятся различного рода спектральные характеристики, корреляционные функции и др.

По принадлежности к различным группам физических процессов физические величины делятся:

  • пространственно-временные;

  • механические;

  • тепловые;

  • электрические;

  • магнитные;

  • акустические;

  • световые;

  • физико-химические;

  • ионизирующих излучений;

  • атомной и ядерной физики.

По степени условной независимости от других величин

  • основные (условно не зависимые),

  • производные (условно зависимые),

  • дополнительные.

В настоящее время в системе SI используется семь физических величин, выбранных в качестве основных: длина, время, масса, температура, сила электрического тока, сила света и количество вещества. К дополнительным физическим величинам относятся плоский и телесный угол.

Единица физической величины – это физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение равное единице. Единица физической величины применяется для количественного выражения однородных физических величин.

Значение физической величины – это оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц (Q).

Числовое значение физической величины (q) – это отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице данной физической величины.

Уравнение Q=q[Q] называют основным уравнением измерения. Суть простейшего измерения состоит в сравнении физической величины Q с размерами выходной величины регулируемой многозначной меры q[Q]. В результате сравнения устанавливают, что q[Q] ‹ Q ‹ (q+1)[Q].

      1. Системы единиц физических величин


Совокупность основных и производных единиц называется системой единиц физических величин.

Первой системой единиц считается метрическая система, где за основную единицу длины был принят метр, за единицу веса – 1 см3 химически чистой воды при температуре около +40оС. В 1799 году были изготовлены первые прототипы (эталоны) метра и килограмма. Кроме этих двух единиц метрическая система в своем первоначальном варианте включала еще и единицы площади (ар - площадь квадрата со стороной 10 м), объема (стер - объем куба с ребром 10 м), вместимости (литр, равный объему куба с ребром 0,1 м). В метрической системе еще не было четкого разделения единиц на основные и производные.


Рис.1.2. Классификация физических величин

Понятие системы единиц, как совокупности основных и производных, впервые было предложено немецким ученым Гауссом в 1832 г. В качестве основных в этой системе были приняты: единица длины – миллиметр, единица массы – миллиграмм, единица времени – секунда. Эту систему назвали абсолютной.

В 1881 г. была принята система СГС (сантиметр-грамм-секунда), в начале ХХ века существовала и система итальянского ученого Джорджи – МКСА (метр, килограмм, секунда, ампер). Существовали и другие системы единиц. Даже в настоящее время некоторые страны не отошли от исторически сложившихся единиц измерения. В Великобритании, США, Канаде единицей массы является фунт, причем его размер различен.

Наиболее широкое распространение в мире получила Международная система единиц SISysteme International.

Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) в 1954 г. определила шесть основных единиц физических величин для их использования в международных отношениях: метр, килограмм, секунда, ампер, Кельвин, свеча. В последствии система была дополнена одной основной, дополнительными и производными единицами. Кроме того, были разработаны определения основных единиц.

Единица длины – метр – длина пути, которую проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

Единица массы – килограмм – масса, равная массе международного прототипа килограмма.

Единица времени – секунда – продолжительность 919263177 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей.

Единица силы электрического тока – ампер - сила не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого круглого сечения, расположенными на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 2·10-7 Н на каждый метр длины.

Единица термодинамической температуры – кельвин – 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается также применение шкалы Цельсия.

Единица количества вещества – моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода-12 массой 0,012 кг.

Единица силы света – кандела – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср2.

Приведенные определения довольно сложны и требуют достаточного уровня знаний, прежде всего в физике. Но они дают представление о природном, естественном происхождении принятых единиц.

Международная система SI является наиболее совершенной и универсальной по сравнению с предшествовавшими ей. Кроме основных единиц в системе SI есть дополнительные единицы для измерения плоского и телесного угла – радиан и стерадиан, соответственно, а также большое количество производных единиц пространства и времени, механических величин, электрических и магнитных величин, тепловых, световых и акустических величин, а также ионизирующих излучений (таблица 1.2.) Единая международная система единиц была принята ХІ Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году. На территории нашей страны система единиц SI действует с 1 января 1982 года в соответствии с ГОСТ 8.417-81. Система SI является логическим развитием предшествовавших ей систем СГС и МКГСС. К достоинствам и преимуществам системы SI относятся:

  • универсальность, т.е. охват всех областей науки и техники;

  • унификация всех областей и видов измерений;

  • когерентность величин;

  • возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с их определением;

  • упрощение записи формул в связи с отсутствием переводных коэффициентов;

  • уменьшение числа допускаемых единиц;

  • единая система кратных и дольных единиц;

  • лучшее взаимопонимание при развитии научно-технических и экономических связей между различными странами.

Таблица 1.1

Основные и дополнительные единицы физических величин


Величина

Единица




Обозначение

Наименование

Размерность

Рекомендуемое обозначение

Наименование


Русское

Международное

Основные

Длина

L

l

метр

М

m

Масса

M

m

килограмм

Кг

kg

Время

T

t

секунда

С

s

Сила электрического тока

I

I

ампер

А

А

Термодинамическая температура

Q

Т

кельвин

К

К

Количество вещества

N

n, v

моль

Моль

mol

Сила света

J

J

кандела

Кд

cd




Дополнительные

Плоский угол

-

-

радиан

Рад

rad

Телесный угол

-

-

стерадиан

Ср

sr


Производная единица – это единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнениями, связывающими ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными. Производные единицы системы SI, имеющие собственное название, приведены в таблице 1.2.

Для установления производных единиц следует:

  • выбрать физические величины, единицы которых принимаются в качестве основных;

  • установить размер этих единиц;

  • выбрать определяющее уравнение, связывающее величины, измеряемые основными единицами, с величиной, для которой устанавливается производная единица. При этом символы всех величин, входящих в определяющее уравнение, должны рассматриваться не как сами величины, а как их именованные числовые значения;

  • приравнять единице (или другому постоянному числу) коэффициент пропорциональности k, входящий в определяющее уравнение. Это уравнение следует записать в виде явной функциональной зависимости производной величины от основных величин.

Установленные таким образом производные единицы могут быть использованы для введения новых производных величин.

Единицы физических величин делятся на системные и внесистемные. Системная единица – единица физической величины, входящая в одну из принятых систем. Все основные, производные, кратные и дольные единицы являются системными. Внесистемная единица – это единица физической величины, не входящая ни в одну из принятых систем единиц. Внесистемные единицы по отношению к единицам системы SI разделяют на четыре вида:
Таблица 1.2.

Производные единицы системы SI, имеющие специальное название


Величина

Единица

Название

Наименование

Обозначение

Выражение через единицы SI

Частота

герц

Гц

с-1

Сила. Вес

ньютон

Н

м·кг·с-2

Давление, механическое напряжение

паскаль

Па

м-1·кг·с-2

Энергия. Работа, количество теплоты

джоуль

Дж

м2·кг·с-2

Мощность

ватт

Вт

м2·кг·с-3

Количество электричества

кулон

Кл

сА

Электрическое напряжение, электродвижущая сила

вольт

В

м2·кг·с-3·А-1

Электрическая емкость

фарад

Ф

м-2·кг-1·с4·А2

Электрическое сопротивление

ом

Ом

м2·кг·с-3·А-2

Электрическая проводимость

сименс

См

м-2·кг-1·с3·А2

Поток магнитной индукции

вебер

Вб

м2·кг·с-2·А-1

Магнитная индукция

тесла

Тл

кг·с-2·А-1

Индуктивность

генри

Гн

м2·кг·с-2·А-2

Световой поток

люмен

лм

кд·ср

Освещенность

люкс

лк

м-2·кд·ср

Активность радионуклида

беккерель

Бк

с-1

Поглощенная доза ионизирующего излучения

грей

Гр

м2·с-2

Эквивалентная доза излучения

зиверт

Зв

м2·с-2




  • допускаемые наравне с единицами SI, например, единицы массы – тонна; плоского угла – градус, минута, секунда; объема – литр и др. Внесистемные единицы, допускаемые к применению наравне с единицами SI, приведены в таблице 1.3;

  • допускаемые к применению в специальных областях, например, астрономическая единица - парсек, световой год – единицы длины в астрономии; диоптрия – единица оптической силы в оптике; электрон-вольт – единица энергии в физике и т. д.;

  • временно допускаемые к применению наравне с единицами SI, например, морская миля – в морской навигации; карат – единица массы в ювелирном деле и др. Эти единицы должны изыматься из употребления в соответствии с международными соглашениями;

  • изъятые из употребления, например, миллиметр ртутного столба – единица давления; лошадиная сила – единица мощности и некоторые другие.



Таблица 1.3

Внесистемные единицы, допускаемые к применению

наравне с единицами SI


Наименование

величины

Единицы

Наименование

Обозначение

Масса

тонна

т

атомная единица массы

а.е.м.


Время

минута

мин.

час

ч

сутки

сут


Плоский угол

градус



минута



секунда

 

град

град

Объем

литр

л


Длина

астрономическая единица

а.е.

световой год

св. год

парсек

пк

Оптическая сила

диоптрия

дптр

Площадь

гектар

га

Энергия

электрон-вольт

эВ

Полная мощность

вольт-ампер

В·А

Реактивная мощность

вар

вар


Различают кратные и дольные единицы физических величин.

Кратная единица – это единица физической величины, в целое число раз превышающая системную или внесистемную единицу. Дольная единица – это единица физической величины, значение которой в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы. Приставки для образования кратных и дольных единиц приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4

Приставки для образования десятичных кратных

и дольных единиц и их наименований



Множитель


Приставка

Обозначение

приставки


Множитель


Приставка

Обозначение

приставки

Между-

народное

Русское

Между-

Народное

Русское

1018

экса

Е

Э

10-1

деци

d

д

1015

пета

Р

П

10-2

санти

c

с

1012

тера

Т

Т

10-3

милли

m

м

109

гига

G

Г

10-6

микро

µ

мк

106

мега

М

М

10-9

нано

n

н

103

кило

k

к

10-12

пико

p

п

102

гекто

h

г

10-15

фемто

f

ф

101

дека

da

да

10-18

атто

a

а

Похожие:

Физические величины iconФизические величины и их измерения vii—viii классы (68 ч)
Курс «Физические величины и их измерения» ставит своей це­лью дать возможность учащимся, интересующимся физикой, по­знакомиться с...
Физические величины iconПояснительная записка Курс «Физические величины и их измерения»
Курс «Физические величины и их измерения» ставит своей целью дать возможность учащимся, интересующимся физикой, познакомиться с основными...
Физические величины iconД. В. Геоpгиевский 1 год, 3 курс Физические величины. Размерные и безразмерные величины. Базис обезразмеривания. Формулировка Пи-теоремы. Примеры задач на применение Пи-теоремы. Задача
Физические величины. Размерные и безразмерные величины. Базис обезразмеривания. Формулировка Пи-теоремы. Примеры задач на применение...
Физические величины icon8 класс Физические диктанты 1 типа
...
Физические величины iconФизические основы измерений Как осуществляется выбор основных физических величин ?
Представьте размерность световой энергии через основные и дополнительные физические величины
Физические величины iconЗаконодательная метрология Физические величины 1 Физическая величина 2 Размер физической величины
Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности
Физические величины iconПрограмма курса "механика деформируемого твёрдого тела"
Физические величины. Размерные и безразмерные величины. Базис обезразмеривания. Формулировка Пи-теоремы. Примеры механических задач...
Физические величины iconФизические величины вида С=А/В
Этап-Организационный момент: Приветствие, сверка отсутствующих, проверка готовности к уроку
Физические величины iconФизические величины и их измерения
Твёрдое вещество, которое часто используют для изготовления школьных принадлежностей
Физические величины iconВведение. Элементы векторной алгебры
Все физические величины делятся с математической точки зрения на скалярные и векторные
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org