Физични величини. Физическа величина и нейното измерване
Физическо количествоНаречен физическа собственостматериален обект, процес, физическо явление, характеризиращо се количествено.
Стойността на физическо количествоизразено с едно или повече числа, характеризиращи тази физическа величина, указващи мерната единица.
Размерът на физическото количествоса стойностите на числата, фигуриращи в значението на физическата величина.
Мерни единици на физични величини.
Единицата за измерване на физическа величинае стойност с фиксиран размер, на която е присвоена числова стойност, равна на единица. Използва се за количествено изразяване на еднородни с него физични величини. Система от единици от физически величини е набор от основни и производни единици, базирани на определена система от величини.
Само няколко системи единици са получили широко разпространение. В повечето случаи много държави използват метричната система.
Основни единици.
Измерване на физическо количество -означава да го сравните с друга подобна физическа величина, взета за единица.
Дължината на обекта се сравнява с единица дължина, теглото на тялото - с единица тегло и т.н. Но ако един изследовател измерва дължината в сажени, а друг във футове, ще им бъде трудно да сравнят тези две стойности. Следователно всички физически величини по света обикновено се измерват в едни и същи единици. През 1963 г. е приет Международна система SI единици (Международна система - SI).
За всяка физична величина в системата от единици трябва да се предвиди подходяща мерна единица. Стандартен единицие неговата физическа реализация.
Стандартът за дължина е метър- разстоянието между два удара, нанесени върху специално оформен прът, изработен от сплав от платина и иридий.
Стандартен времее продължителността на всеки правилно повтарящ се процес, който е избран като движение на Земята около Слънцето: Земята прави едно завъртане годишно. Но единицата за време не е година, а дай ми секунда.
За единица скороствземете скоростта на такава униформа праволинейно движение, при което тялото се премества 1 m за 1 s.
Използва се отделна мерна единица за площ, обем, дължина и т.н. Всяка единица се определя при избора на един или друг стандарт. Но системата от единици е много по-удобна, ако само няколко единици са избрани като основни, а останалите се определят чрез основните. Например, ако единицата за дължина е метър, тогава единицата за площ е такава квадратен метър, сила на звука - кубичен метър, скорост - метър в секунда и др.
Основни единициФизическите величини в Международната система от единици (SI) са: метър (m), килограм (kg), секунда (s), ампер (A), келвин (K), кандела (cd) и мол (mol).
|
Основни единици SI |
|||
|
Стойност |
Мерна единица |
Обозначаване |
|
|
Име |
Руски |
международни |
|
|
Сила електрически ток |
|||
|
Термодинамична температура |
|||
|
Силата на светлината |
|||
|
Количество вещество |
|||
Има и производни единици на SI, които имат собствени имена:
|
SI производни единици със собствени имена |
||||
|
Мерна единица |
Израз на производна единица |
|||
|
Стойност |
Име |
Обозначаване |
Чрез други единици SI |
Чрез основни и допълнителни единици SI |
|
налягане |
m -1 ChkgChs -2 |
|||
|
Енергия, работа, количество топлина |
m 2 ChkgChs -2 |
|||
|
Сила, енергиен поток |
m 2 ChkgChs -3 |
|||
|
Количество електричество, електрически заряд |
||||
|
Електрическо напрежение, електрически потенциал |
m 2 ChkgChs -3 CHA -1 |
|||
|
Електрически капацитет |
m -2 Chkg -1 Hs 4 CHA 2 |
|||
|
Електрическо съпротивление |
m 2 ChkgChs -3 CHA -2 |
|||
|
електропроводимост |
m -2 Chkg -1 Hs 3 CHA 2 |
|||
|
Поток на магнитна индукция |
m 2 ChkgChs -2 CHA -1 |
|||
|
Магнитна индукция |
kghs -2 CHA -1 |
|||
|
Индуктивност |
m 2 ChkgChs -2 CHA -2 |
|||
|
Светлинен поток |
||||
|
осветяване |
m 2 ChkdChsr |
|||
|
Активност на радиоактивен източник |
бекерел |
|||
|
Погълната доза радиация |
||||
Иизмервания. За да се получи точно, обективно и лесно възпроизводимо описание на физическа величина, се използват измервания. Без измервания физическото количество не може да бъде количествено определено. Дефиниции като "ниско" или "високо" налягане, "ниска" или "висока" температура отразяват само субективни мнения и не съдържат сравнение с референтни стойности. При измерване на физична величина й се приписва определена числена стойност.
Измерванията се извършват с помощта на измервателни уреди.Има доста голям бройизмервателни инструменти и приспособления, от най-простите до най-сложните. Например, дължината се измерва с линийка или ролетка, температурата с термометър, ширината с дебеломер.
Средствата за измерване се класифицират: според метода на представяне на информацията (показващи или записващи), според метода на измерване (пряко действие и сравнение), според формата на представяне на показанията (аналогови и цифрови) и др.
Измервателните уреди се характеризират със следните параметри:
Обхват на измерване- диапазонът от стойности на измереното количество, на който устройството е проектирано по време на нормалната му работа (с дадена точност на измерване).
Праг на чувствителност- минималната (прагова) стойност на измерваната стойност, разграничена от уреда.
Чувствителност- свързва стойността на измерения параметър и съответната промяна в показанията на инструмента.
точност- способността на уреда да показва истинската стойност на измервания показател.
Стабилност- способността на устройството да поддържа зададена точност на измерване за определено време след калибриране.
Физическо количество - свойство на физически обекти, което е качествено общо за много обекти, но количествено индивидуално за всеки от тях. Качествената страна на понятието "физично количество" определя неговия вид (например електрическото съпротивление като обща собственостпроводници на електричество) и количествено - неговият "размер" (стойността на електрическото съпротивление на конкретен проводник, например R \u003d 100 Ohm). Числената стойност на резултата от измерването зависи от избора на единица на физичната величина.
Физическите величини са присвоени азбучни символи, използвани във физическите уравнения, изразяващи връзки между физическите величини, които съществуват във физическите обекти.
Размерът на физическото количество - количествена сигурност на стойността, присъща на определен обект, система, явление или процес.
Стойността на физическо количество- оценка на размера на физическо количество под формата на определен брой мерни единици, приети за него. Числова стойност на физична величина- абстрактно число, изразяващо отношението на стойността на физическо количество към съответната единица на дадено физическо количество (например 220 V е стойността на амплитудата на напрежението, а самото число 220 е числова стойност). Именно понятието „стойност” следва да се използва за изразяване на количествената страна на въпросното имущество. Неправилно е да се казва и пише "текуща стойност", "стойност на напрежение" и т.н., тъй като токът и напрежението сами по себе си са величини (правилното използване на термините "текуща стойност", "стойност на напрежението" ще бъде правилно).
С избраната оценка на физична величина тя се характеризира с истински, реални и измерени стойности.
Истинската стойност на физическо количество посочете стойността на физическо количество, което в идеалния случай би отразявало съответното свойство на обекта в качествено и количествено отношение. Невъзможно е да се определи експериментално поради неизбежни грешки в измерването.
Тази концепция се основава на два основни постулата на метрологията:
§ действителната стойност на определената величина съществува и тя е постоянна;
§ истинската стойност на измереното количество не може да бъде намерена.
На практика те оперират с концепцията за реална стойност, чиято степен на приближение до истинска стойностзависи от точността на измервателния уред и грешката на самите измервания.
Действителната стойност на физическа величина назовете неговата стойност, намерена експериментално и толкова близка до истинската стойност, че за определена цел може да се използва вместо нея.
Под измерена стойностразбират стойността на количеството, отчитано от индикаторното устройство на измервателния уред.
Единица за физическа величина - стойността на фиксиран размер, на която условно се присвоява стандартна цифрова стойност, равна на единица.
Единиците на физическите величини се разделят на основни и производни и се комбинират в системи от единици физически величини. За всяка от физическите величини се определя мерната единица, като се отчита фактът, че много величини са свързани помежду си чрез определени зависимости. Следователно само част от физическите величини и техните единици се определят независимо от другите. Такива количества се наричат основен. Други физични величини - производнии се намират с помощта на физични закони и зависимости чрез основните. Съвкупността от основни и производни единици на физични величини, формирани в съответствие с приетите принципи, се нарича система от единици за физични величини. Единицата на основната физическа величина е основна единицасистеми.
Международна система единици (система SI; SI - френски. Systeme International) е приет от XI Генерална конференция по мерки и теглилки през 1960 г.
Системата SI се основава на седем основни и две допълнителни физически единици. Основни единици: метър, килограм, секунда, ампер, келвин, мол и кандела (Таблица 1).
Таблица 1. Единици на международната система SI
|
Име |
Измерение |
Име |
Обозначаване |
|
|
международни |
||||
|
Основен |
||||
|
килограм |
||||
|
Силата на електрическия ток |
||||
|
температура |
||||
|
Количество вещество |
||||
|
Силата на светлината |
||||
|
Допълнителен |
||||
|
плосък ъгъл |
||||
|
Плътен ъгъл |
стерадиан |
Метъре равно на разстоянието, изминато от светлината във вакуум за 1/299792458 от секундата.
килограм- единица за маса, дефинирана като масата на международния прототип на килограма, представляващ цилиндър, изработен от сплав от платина и иридий.
Второе равно на 9192631770 периода на излъчване, съответстващ на енергийния преход между две нива на свръхфината структура на основното състояние на атома цезий-133.
Ампер- силата на непроменлив ток, който, преминавайки през два успоредни праволинейни проводника с безкрайна дължина и незначителна площ на кръглото напречно сечение, разположени на разстояние 1 m един от друг във вакуум, би причинил сила на взаимодействие, равна на 210 - 7 N (нютона) на всеки участък от проводника с дължина 1 m.
Келвин- единица за термодинамична температура, равна на 1/273,16 от термодинамичната температура на тройната точка на водата, т.е. температурата, при която трите фази на водата - пара, течност и твърдо вещество - са в динамично равновесие.
къртица- количеството вещество, съдържащо толкова много структурни елементи, колко се съдържа във въглерод-12 с тегло 0,012 kg.
Кандела- силата на светлината дадено направлениеизточник, излъчващ монохроматично лъчение с честота 54010 12 Hz (дължина на вълната около 0,555 микрона), чиято енергийна сила на излъчване в тази посока е 1/683 W / sr (sr - стерадиан).
Допълнителни единици SI системите са само за формиране на единици ъглова скорости ъглово ускорение. Допълнителните физически величини на системата SI включват плоски и плътни ъгли.
радиан (радвам се) е ъгълът между два радиуса на окръжност, чиято дължина на дъгата е равна на този радиус. В практически случаи често се използват следните единици за измерване на ъглови стойности:
степен - 1 _ \u003d 2p / 360 rad \u003d 1.745310 -2 rad;
минута - 1 "= 1 _ / 60 = 2,9088 10 -4 рад;
второ - 1 "= 1" / 60 = 1 _ / 3600 = 4.848110 -6 rad;
радиан - 1 рад \u003d 57 _ 17 "45" \u003d 57.2961 _ \u003d (3.4378 10 3) "= (2.062710 5)".
Стерадиан (ср) е плътен ъгъл с връх в центъра на сферата, изрязващ върху повърхността си площ, равна на площта на квадрат със страна, равна на радиуса на сферата.
Измерете плътни ъгли с помощта на равнинни ъгли и изчисление
където b- плътен ъгъл; ° С- плосък ъгъл при върха на конуса, образуван вътре в сферата от даден телесен ъгъл.
Производните единици на системата SI се образуват от основни и допълнителни единици.
В областта на измерванията на електрически и магнитни величини има една основна единица - ампер (A). Чрез ампера и единицата за мощност - ват (W), обща за електрически, магнитни, механични и топлинни величини, могат да се определят всички останали електрически и магнитни единици. Днес обаче няма достатъчно точни средства за възпроизвеждане на ват чрез абсолютни методи. Следователно електрическите и магнитните единици се основават на единици ток и единица капацитет, фарад, получена от ампера.
Физическите величини, получени от ампера, включват също:
§ единица за електродвижеща сила (ЕМС) и електрическо напрежение - волт (V);
§ единица за честота - херц (Hz);
§ единица за електрическо съпротивление - ом (Ohm);
§ единица за индуктивност и взаимна индуктивност на две намотки - хенри (Н).
В табл. Таблици 2 и 3 показват производните единици, които най-често се използват в телекомуникационните системи и радиотехниката.
Таблица 2. Производни единици на SI
|
Стойност |
||||
|
Име |
Измерение |
Име |
Обозначаване |
|
|
международни |
||||
|
Енергия, работа, количество топлина |
||||
|
Сила, тегло |
||||
|
Сила, енергиен поток |
||||
|
Количеството електроенергия |
||||
|
Електрическо напрежение, електродвижеща сила (ЕМС), потенциал |
||||
|
Електрически капацитет |
L -2 M -1 T 4 I 2 |
|||
|
Електрическо съпротивление |
||||
|
електропроводимост |
L -2 M -1 T 3 I 2 |
|||
|
Магнитна индукция |
||||
|
Поток на магнитна индукция |
||||
|
Индуктивност, взаимна индуктивност |
Таблица 3. SI единици, използвани в измервателната практика
|
Стойност |
||||
|
Име |
Измерение |
мерна единица |
Обозначаване |
|
|
международни |
||||
|
Плътност на електрически ток |
ампер на квадратен метър |
|||
|
Сила на електрическото поле |
волт на метър |
|||
|
Абсолютна диелектрична проницаемост |
L 3 M -1 T 4 I 2 |
фарад на метър |
||
|
Специфично електрическо съпротивление |
ом на метър |
|||
|
Обща мощност на електрическата верига |
волт-ампер |
|||
|
Реактивна мощност на електрическа верига |
||||
|
Сила на магнитното поле |
ампер на метър |
Съкратените обозначения на единици, както международни, така и руски, кръстени на велики учени, се изписват с главни букви, например ампер - A; ом - Ом; волт - V; фарад - F. За сравнение: метър - m, секунда - s, килограм - kg.
На практика използването на цели числа не винаги е удобно, тъй като измерванията водят до много големи или много малки стойности. Следователно в системата SI се установяват нейните десетични кратни и подкратни, които се формират с помощта на множители. Кратните и частните единици на величини се пишат заедно с наименованието на основната или производната единица: километър (km), миливолт (mV); мегаом (MOhm).
Множествена единица физическа величина- единица, която е цяло число пъти по-голяма от системната единица, например килохерц (10 3 Hz). Субкратна единица на физическа величина- единица, която е цяло число пъти по-малка от системната единица, например микрохенри (10 -6 Gn).
Имената на кратните и подкратните единици на системата SI съдържат редица префикси, съответстващи на множители (Таблица 4).
Таблица 4. Множители и префикси за образуване на десетични кратни и подкратни на SI единици
|
Фактор |
Конзола |
Префиксно обозначение |
|
|
международни |
|||
Концепцията за физическа величина е често срещана във физиката и метрологията и се използва за описание на материалните системи от обекти.
Физическо количество,както бе споменато по-горе, това е характеристика, която е качествено обща за различни обекти, процеси, явления, а количествено - индивидуална за всеки от тях. Например, всички тела имат собствена маса и температура, но числови стойноститези опции за различни теларазлично. Количественото съдържание на това свойство в обекта е размерът на физическото количество, числена оценка на неговия размер Наречен стойността на физическото количество.
Физическа величина, която изразява едно и също качествено свойство, се нарича хомогенен (със същото име ).
Основната 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.
истинска стойност е стойност, която идеално отразява качествено и количествено съответните свойства на обекта.
Истинска стойност е стойност, открита експериментално и толкова близка до истинската, че може да бъде взета вместо нея.
Физическите величини се класифицират според редица критерии. Има следните класификация:
1) по отношение на сигналите за измерване на информация физическите величини са: активен - количества, които без използване на спомагателни енергийни източници могат да бъдат преобразувани в сигнал за измервателна информация; отговорност ние - количества, които изискват използването на спомагателни енергийни източници, чрез които се създава сигнал за измервателна информация;
2) въз основа на адитивността физическите величини се разделят на: добавка , или екстензивни, които могат да бъдат измерени на части, както 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 превръщат в измерване на количество или измерване чрез косвени измервания. (Адитивността (лат. additivus - добавен) е свойство на количествата, състоящо се в това, че стойността на количеството, съответстващо на целия обект, е равна на сумата от стойностите на количествата, съответстващи на неговите части).
Еволюция на развитиетосистеми от физически единици.
Метрика- първата система от единици на физическите величини
е приет през 1791 г. от Националното събрание на Франция. Тя включи единици за дължина, площ, обем, капацитет и тегло , които се основават на две единици - метър и килограм . Тя се различаваше от използваната сега система от единици и все още не беше система от единици в съвременния смисъл.
Абсолютна системаединици физически величини.
Методът за конструиране на система от единици като съвкупност от основни и производни единици е разработен и предложен през 1832 г. от немския математик К. Гаус, който я нарича абсолютна система. Като основа той взе три независими една от друга величини - маса, дължина, време .
За основното единици тези стойности той взе милиграм, милиметър, секунда , като се приеме, че останалите единици могат да бъдат определени с тях.
По-късно се появяват редица системи от единици физически величини, изградени според принципа, предложен от Гаус, и базирани на метрична системамерки, но се различават 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.;
ICSS 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 физически 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 Дж. Джорджи.
Международните отношения в областта на науката и икономиката изискват унификация на мерните единици, създаването единна системаединици от физични величини, обхващащи различни клонове от областта на измерване и запазващи принципа на кохерентност, т.е. равенство на единица на коефициента на пропорционалност 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) е взела 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 с официално одобрен стандарт |
Мерна единица |
Съкращение на единица физическо количество |
|
|
международни |
|||
|
килограм | |||
|
Силата на електрическия ток | |||
|
температура | |||
|
Осветителен блок | |||
|
Количество вещество | |||
Източник: Тюрин Н.И.Въведение в метрологията. Москва: Издателство на стандартите, 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;
килограмът е равен на масата на международния прототип на килограма;
една секунда е равна на 9 192 631 770 периода на излъчване, съответстващ на прехода между две свръхфини нива на основното състояние на атома Cs 133;
ампер е равен на силата на непроменлив ток, който при преминаване през два успоредни праволинейни проводника с безкрайна дължина и незначителна площ на кръгово сечение, разположени на разстояние 1 m един от друг във вакуум, предизвиква сила на взаимодействие върху всеки участък от проводника с дължина 1 m;
кандела е равна на интензитета на светлината в дадена посока на източник, излъчващ йонозащитно лъчение, чийто енергиен интензитет в тази посока е 1/683 W/sr;
келвин е равен на 1/273,16 от термодинамичната температура на тройната точка на водата;
един мол е равен на количеството вещество на система, съдържаща толкова структурни елементи, колкото има атоми в C 12 с тегло 0,012 kg 2.
Допълнителни единици Международна система от единици за измерване на плоски 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 57°17"48"3;
стерадиан (sr) - телесен ъгъл, чийто връх се намира в центъра на сферата и който се изрязва върху повърхността област на сферата, равна на площта на квадрат със страни, равни по дължина на радиуса на сферата.
Допълнителни единици SI се използват за образуване на единици за ъглова скорост, ъглово ускорение и някои други величини. Радианите и стерадианите се използват за теоретични конструкции и изчисления, тъй като повечето от практическите стойности на ъглите в радиани се изразяват в трансцендентални числа.
Извънсистемни единици:
Една десета от бела се приема като логаритмична единица - децибел (dB);
Диоптър - интензитет 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 подразделят на абсолютен,които представляват десетичен логаритъмсъотношението на физическото количество към нормализираната стойност и роднина,образува се като десетичен логаритъм от съотношението на произволни две хомогенни (с едно и също име) количества.
Единиците извън SI са градуси и минути. Останалите единици са производни.
Производни единици SIсе образуват с помощта на най-простите уравнения, които свързват количества и в които числените коефициенти са равни на единица. В този случай се извиква производната единица съгласуван.
Измерение е качествен дисплей на измерените стойности. Стойността на дадена величина се получава в резултат на нейното измерване или изчисляване в съответствие с главно уравнение отизмервания:Q = р * [ Q]
където Q - стойността на количеството; р- числена стойност на измерената стойност в условни единици; [Q] - единицата, избрана за измерване.
Ако дефиниращото уравнение включва числов коефициент, тогава за формиране на производна единица дясната страна на уравнението трябва да бъде заменена с такива числени стойности на първоначалните количества, така че числената стойност на определяната производна единица да е равна на единица .
(Например, 1 ml се приема като единица за измерване на масата на течност, следователно на опаковката е посочено: 250 ml, 750 и т.н., но ако 1 литър се приема като единица за измерване, тогава същото количеството течност ще бъде посочено съответно 0,25 л., 075 литра).
Като един от начините за образуване на кратни и подкратни се използва десетичната кратност между по-големи и по-малки единици, възприета в метричната система от мерки. В табл. 1.2 предоставя множители и префикси за образуване на десетични кратни и подкратни и техните имена.
Таблица 2 - Множители и префикси за формиране 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 електронволта = 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 m 2 може да се използва като 1 квадратен метър и като 100 квадратни сантиметра, което далеч не е едно и също нещо, защото 1 квадратен метър е 10 000 квадратни сантиметра.
Съгласно международните правила кратните и подкратните на единиците за площ и обем трябва да се образуват чрез добавяне на префикси към оригиналните единици. Степените се отнасят до онези единици, които се получават в резултат на добавяне на префикси. Например, 1 km 2 \u003d 1 (km) 2 = (10 3 m) 2 = = 10 6 m 2.
За да се осигури еднаквост на измерванията, е необходима идентичност на единиците, в които са калибрирани всички измервателни уреди на едно и също физическо количество. Единството на измерванията се постига чрез съхраняване, точно възпроизвеждане на установените единици от физически величини и прехвърляне на техните размери към всички работещи измервателни уреди, използващи стандарти и примерни 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, контролът на тяхното състояние се подчиняват на единни правила, установени от GOST „GSI. Еталони на единици физически величини. Редът за разработване, одобрение, регистрация, съхранение и прилагане.
По субординация стандартите са подразделенина първични и вторични и имат следната класификация.
първичен стандарт осигурява съхранение, възпроизвеждане на единицата и предаване на размери с най-висока точност в страната, постижима в тази област на измерване:
- специални първични стандарти- предназначени за възпроизвеждане на единица в условия, при които директното прехвърляне на размера на единицата от първичния стандарт с необходимата точност е технически неосъществимо, например за ниско и високо напрежение, микровълнова и висока честота. 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. Създава, одобрява, съхранява и прилага държавни стандарти Държавен комитет по стандарти.
вторичен стандарт възпроизвежда единицата при специални условия и 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 размерите 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 сравняване на стандарти, които по една или друга причина не могат да бъдат директно сравнени един с друг;
Работни стандарти - възпроизвеждат единицата от вторичните 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.
препратка към единица - едно средство или набор от измервателни уреди, които осигуряват съхранението и възпроизвеждането на единицата, за да прехвърлят нейния размер към измервателните уреди от по-ниско ниво съгласно схемата за проверка, изработени 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 прехвърлен 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 примерни средства към работници.
Прехвърлянето на размера се извършва чрез различни методи за проверка, главно известни методи за измерване. Прехвърлянето на размера по стъпков начин е придружено от загуба на точност, но многостепенното ви позволява да запазвате стандарти и да прехвърляте размера на единица към всички работещи измервателни уреди.
Ученето физични явленияи техните закони, както и използването на тези закони в практическата човешка дейност е свързано с измерването на физическите величини.
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 обект.
Физическа величина е например масата. Различните физически обекти имат маса: всички тела, всички частици на материята, частиците на електромагнитното поле и т.н. Качествено всички специфични реализации на масата, т.е. масите на всички физически обекти, са еднакви. Но масата на един обект може да бъде определен брой пъти по-голяма или по-малка от масата на друг. И в този количествен смисъл масата е свойство, което е индивидуално за всеки обект. Физични величини са още дължина, температура, напрегнатост на електрическото поле, период на трептене и др.
Специфичните реализации на една и съща физическа величина се наричат хомогенни величини. Например разстоянието между зениците на очите ви и височината на Айфеловата кула са конкретни реализации на една и съща физическа величина – дължина, и следователно са хомогенни величини. Масата на тази книга и масата на спътника на Земята Космос-897 също са хомогенни физически величини.
Хомогенните физични величини се различават една от друга по размер. Размерът на физическото количество е
количествено съдържание в този обект на свойство, съответстващо на понятието "физическо количество".
Размерите на хомогенни физически величини на различни обекти могат да се сравняват помежду си, ако се определят стойностите на тези величини.
Стойността на физическата величина е оценка на физическа величина под формата на определен брой единици, приети за нея (виж стр. 14). Например стойността на дължината на определено тяло, 5 kg е стойността на масата на определено тяло и т.н. Абстрактно число, включено в стойността на физическа величина (в нашите примери 10 и 5), се нарича a числова стойност. В общия случай стойността X на определено количество може да се изрази като формула
където е числената стойност на количеството, неговата единица.
Необходимо е да се прави разлика между истинските и действителните стойности на дадено физическо количество.
Истинската стойност на физическото количество е стойността на количеството, което в идеалния случай би отразявало съответното свойство на обекта в качествено и количествено отношение.
Действителната стойност на физическа величина е стойността на величината, намерена експериментално и толкова близка до истинската стойност, че може да се използва вместо нея за дадена цел.
Намиране на стойността на физическа величина емпирично с помощта на специални технически средстванаречено измерване.
Истинските стойности на физическите величини по правило са неизвестни. Например, никой не знае истинските стойности на скоростта на светлината, разстоянието от Земята до Луната, масата на електрона, протона и други. елементарни частици. Ние не знаем истинската стойност на нашия ръст и телесно тегло, не знаем и не можем да разберем истинската стойност на температурата на въздуха в стаята ни, дължината на масата, на която работим и т.н.
Но с помощта на специални технически средства е възможно да се определи действителното
всички тези и много други ценности. В същото време степента на сближаване на тези действителни стойности с истинските стойности на физическите величини зависи от съвършенството на използваните в този случай технически средства за измерване.
Средствата за измерване включват мерки, измервателни уреди и др. Под мярка се разбира измервателен уред, предназначен да възпроизвежда физическа величина с даден размер. Например, теглото е мярка за маса, линийка с милиметрови деления е мярка за дължина, мерителна колба е мярка за обем (капацитет), нормален елемент е мярка за електродвижеща сила, кварцов осцилатор е мярка на честотата на електрическите трептения и др.
Измервателното устройство е измервателен уред, предназначен да генерира сигнал за измервателна информация във форма, достъпна за пряко възприятиенаблюдение. Средствата за измерване включват динамометър, амперметър, манометър и др.
Има преки и косвени измервания.
Директното измерване е измерване, при което желаната стойност на дадено количество се намира директно от експериментални данни. Директните измервания включват например измерване на маса на равнораменна скала, температура - с термометър, дължина - с мащабна линийка.
Непрякото измерване е измерване, при което желаната стойност на дадена величина се намира на базата на известна връзка между нея и величините, подложени на преки измервания. Непреките измервания са например намиране на плътността на тяло по неговата маса и геометрични размери, намиране на електрическото съпротивление на проводник по неговото съпротивление, дължина и площ на напречното сечение.
Измерванията на физическите величини се основават на различни физични явления. Например, за да измерите температурата, използвайте топлинно разширениетела или термоелектричен ефект, за измерване на масата на телата чрез претегляне - явлението гравитация и др. Съвкупността от физически явления, на които се основават измерванията, се нарича принцип на измерване. Принципите на измерване не са обхванати в това ръководство. Метрологията се занимава с изучаване на принципите и методите на измерване, видове измервателни уреди, грешки при измерване и други въпроси, свързани с измерванията.
ВЪВЕДЕНИЕ
Физическото количество е характеристика на едно от свойствата на физически обект (физическа система, явление или процес), което е качествено общо за много физически обекти, но количествено индивидуално за всеки обект.
Индивидуалността се разбира в смисъл, че стойността на дадено количество или размерът на дадено количество може да бъде за един обект определен брой пъти по-голям или по-малък от този за друг.
Стойността на физическото количество е оценка на неговия размер под формата на определен брой единици, приети за него, или число според приетия за него мащаб. Например 120 mm е стойността на линейна стойност; 75 кг е стойността на телесното тегло.
Има истински и реални стойности на физическо количество. Истинската стойност е стойност, която идеално отразява свойство на даден обект. Реална стойност - стойността на физическа величина, намерена експериментално, достатъчно близка до истинската стойност, която може да се използва вместо нея.
Измерването на физическо количество е набор от операции за използване на техническо средство, което съхранява единица или възпроизвежда скала на физическо количество, което се състои в сравняване (явно или косвено) на измереното количество с неговата единица или скала по ред да се получи стойността на това количество в най-удобния за използване вид.
Има три вида физически величини, чието измерване се извършва по коренно различни правила.
Първият тип физични величини включва величини, върху чието множество от измерения са дефинирани само отношенията на ред и еквивалентност. Това са отношения като „по-меко“, „по-твърдо“, „по-топло“, „по-студено“ и т.н.
Величините от този вид включват например твърдостта, дефинирана като способността на едно тяло да устои на проникването на друго тяло в него; температура, като степента на топлина на тялото и др.
Наличието на такива връзки се установява теоретично или експериментално с помощта специални средствасравнения, както и въз основа на наблюдения на резултатите от въздействието на физическо количество върху всякакви обекти.
За втория тип физични величини отношението на ред и еквивалентност се осъществява както между размерите, така и между разликите в двойките на техните размери.
Типичен пример е скалата на времевите интервали. Така че разликите във времевите интервали се считат за равни, ако разстоянията между съответните марки са равни.
Третият тип са адитивни физични величини.
Допълнителни физически величини се наричат количества, върху множеството от размери на които се определят не само отношенията на ред и еквивалентност, но и операциите на добавяне и изваждане
Такива количества включват например дължина, маса, сила на тока и др. Те могат да се измерват на части, а също и да се възпроизвеждат с помощта на многозначна мярка въз основа на сумирането на отделни мерки.
Сумата от масите на две тела е масата на такова тяло, което се уравновесява на първите две равнораменни везни.
Размерите на всеки две хомогенни PV или всеки два размера на една и съща PV могат да бъдат сравнени един с друг, т.е. да се намери колко пъти единият е по-голям (или по-малък) от другия. За да се сравнят m размери Q", Q", ..., Q (m) един с друг, е необходимо да се вземе предвид C m 2 на тяхната връзка. По-лесно е да сравним всеки от тях с един размер [Q] на хомогенна PV, ако го приемем за единица от размера на PV (съкратено като PV единица). В резултат на такова сравнение получаваме изрази за размерите Q", Q", ... , Q (m) под формата на някои числа n", n", .. . ,n (m) PV единици: Q" = n" [Q]; Q" = n"[Q]; ...; Q(m) = n(m)[Q]. Ако сравнението се извършва експериментално, тогава са необходими само m експеримента (вместо C m 2), а сравнението на размерите Q", Q", ... , Q (m) един с друг може да се извърши само от изчисления като
където n (i) / n (j) са абстрактни числа.
Типово равенство
се нарича основно уравнение за измерване, където n [Q] е стойността на размера на PV (съкратено като стойността на PV). Стойността на PV е наименувано число, съставено от числената стойност на размера на PV (съкратено като числената стойност на PV) и името на единицата PV. Например, с n = 3,8 и [Q] = 1 грам, размерът на масата Q = n [Q] = 3,8 грама, с n = 0,7 и [Q] = 1 ампер, размерът на силата на тока Q = n [Q ] = 0,7 ампера. Обикновено вместо „размерът на масата е 3,8 грама“, „размерът на тока е 0,7 ампера“ и т.н., те казват и пишат по-кратко: „масата е 3,8 грама“, „токът е 0,7 ампера " и т.н.
Размерите на ФВ най-често се намират в резултат на тяхното измерване. Измерването на размера на PV (съкратено измерване на PV) се състои в това, че опитно, с помощта на специални технически средства, се намира стойността на PV и близостта на тази стойност до стойността, която идеално отразява размерът на тази PV е оценен. Намерената по този начин PV стойност ще се нарича номинална.
Същото Q измерение може да бъде изразено различни стойностис различни числени стойности в зависимост от избора на фотоволтаичната единица (Q = 2 часа = 120 минути = 7200 секунди = = 1/12 дни). Ако вземем две различни единици и , тогава можем да запишем Q = n 1 и Q = n 2, откъдето
n 1 / n 2 \u003d /,
т.е. числените стойности на PV са обратно пропорционални на неговите единици.
От факта, че размерът на PV не зависи от избраната му единица, следва условието за еднозначност на измерванията, което се състои в това, че съотношението на две стойности на определена PV не трябва да зависи от това кои единици са били използвани при измерването. Например съотношението на скоростите на автомобила и влака не зависи от това дали тези скорости са изразени в километри в час или в метри в секунда. Това условие, което на пръв поглед изглежда безспорно, за съжаление все още не може да бъде изпълнено при измерване на някои PV (твърдост, фоточувствителност и др.).
1. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТ
1.1 Концепцията за физическа величина
Теглото на обектите от околния свят се характеризира с техните свойства. Собствеността е философска категория, която изразява такава страна на обект (явление, процес), която определя неговата разлика или прилика с други обекти (явления, процеси) и се намира в неговата връзка с тях. Имотът е категория качество. За количествено описание на различни свойства на процеси и физически тела се въвежда понятието количество. Стойността е свойство на нещо, което може да бъде разграничено от другите свойства и оценено по един или друг начин, включително количествено. Стойността не съществува сама по себе си, тя се осъществява само доколкото има обект със свойства, изразени от тази стойност.
Анализът на стойностите ни позволява да ги разделим (фиг. 1) на два вида: стойностите материална форма(реални) и стойности на идеални модели на реалността (идеални), които са свързани главно с математиката и са обобщение (модел) на конкретни реални понятия.
Реалните величини от своя страна се делят на физически и нефизични. Физическата величина в най-общия случай може да се определи като величина, присъща на материалните обекти (процеси, явления), изучавани в природните (физика, химия) и техническите науки. Към нефизичните величини следва да се причислят величини, присъщи на социалните (нефизическите) науки – философия, социология, икономика и др.
Ориз. 1. Класификация на величините.
Документът RMG 29-99 интерпретира физическото количество като едно от свойствата на физически обект, което е качествено общо за много физически обекти, но количествено индивидуално за всеки от тях. Индивидуалността в количествено отношение се разбира в смисъл, че едно свойство може да бъде за един обект определен брой пъти повече или по-малко, отколкото за друг.
Физични величинипрепоръчително е да се разделят на измерени и оценени. Измерените FI могат да бъдат изразени количествено като определен брой установени мерни единици. Възможността за въвеждане и използване на такива единици е важна отличителен белегизмерена PV. Физическите величини, за които по една или друга причина не може да се въведе мерна единица, могат само да бъдат оценени. Оценката се разбира като операция за присвояване на определено число на дадена стойност, извършвана съгласно установени правила. Оценката на стойността се извършва с помощта на скали. Скалата на величината е подреден набор от стойности на величина, който служи като начална основа за измерване на дадена величина.
Нефизичните величини, за които по принцип не може да се въведе мерна единица, могат само да бъдат оценени. Трябва да се отбележи, че оценката на нефизични величини не е включена в задачите на теоретичната метрология.
За по-подробно изследване на PV е необходимо да се класифицират, да се идентифицират общите метрологични характеристики на отделните им групи. Възможните класификации на FI са показани на фиг. 2.
Според видовете явления ФВ се разделят на:
Истински, т.е. величини, описващи физически и физикохимични свойствавещества, материали и изделия от тях. Тази група включва маса, плътност, електрическо съпротивление, капацитет, индуктивност и т.н. Понякога тези PV се наричат пасивни. За измерването им е необходимо да се използва спомагателен източник на енергия, с помощта на който се формира сигнал за измервателна информация. В този случай пасивните PV се преобразуват в активни, които се измерват;
Енергия, т.е. величини, описващи 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;
Характеризирайки хода на процесите във времето, Тази група включва различен видспектрални характеристики, корелационни функции и други параметри.