Какво е определението на физическите величини. Физични величини и техните измервания

Физическо количество

Физическо количество- физическо свойство на материален обект, физическо явление, процес, което може да се характеризира количествено.

Физическа стойност на количеството- едно или повече (в случай на тензорна физическа величина) числа, характеризиращи тази физическа величина, указващи мерната единица, въз основа на която са получени.

Размерът на физическото количество- стойностите на числата, които се появяват в стойност на физическото количество.

Например една кола може да се характеризира с такава физическо количествокато маса. при което, стойносттова физическо количество ще бъде например 1 тон и размерът- номер 1, или стойностще бъде 1000 килограма, и размерът- номер 1000. Същата кола може да се характеризира с друга физическо количество- скорост. при което, стойносттова физическо количество ще бъде, например, вектор с определена посока 100 km / h, и размерът- номер 100.

Размерност на физическото количество- мерна единица, която се появява в стойност на физическото количество... По правило една физическа величина има много различни измерения: например дължина - нанометър, милиметър, сантиметър, метър, километър, миля, инч, парсек, светлинна година и др. Някои от тези мерни единици (без да се вземат предвид техните десетични фактори) могат да влизат в различни системи от физически единици - SI, CGS и др.

Често една физическа величина може да бъде изразена чрез други, по-фундаментални физически величини. (Например силата може да бъде изразена чрез телесна маса и ускорение). Така, съответно и измерениетотакава физическа величина може да бъде изразена чрез размерите на тези по-общи величини. (Измерението на силата може да бъде изразено чрез размери на масата и ускорението). (Често такова представяне на размерността на някои физически величини чрез размерите на други физически величини е независим проблем, който в някои случаи има собствен смисъл и цел.)Размерите на такива по-общи величини често са вече основни единициедна или друга система от физически единици, тоест такива, които сами по себе си вече не се изразяват чрез други, още по-общовеличини.

Пример.
Ако физическата величина мощност е записана като

П= 42,3 × 10³ W = 42,3 kW, Ре общоприетото буквално обозначение на това физическо количество, 42,3 × 10³ W- стойността на това физическо количество, 42,3 × 10³- размерът на това физическо количество.

Уе съкращение един отмерни единици на тази физическа величина (ватове). писмо Да сее обозначението за десетичния множител на Международната система от единици (SI) "кило".

Размерни и безразмерни физически величини

• Размерна физическа величина- физическа величина, за да се определи стойността на която е необходимо да се приложи някаква мерна единица на тази физическа величина. По-голямата част от физическите величини са размерни.
• Безразмерно физическо количество- физическа величина, за да се определи стойността на която е достатъчно само да се посочи нейният размер. Например, относителната диэлектрична проницаемост е безразмерна физическа величина.

Адитивни и неадитивни физични величини

• Добавяне на физическо количество- физическа величина, чиито различни стойности могат да бъдат сумирани, умножени по числов коефициент, разделени една на друга. Например масата на физическото количество е добавена физическа величина.
• Неаддитивно физическо количество- физическа величина, за която сумирането, умножаването с числов коефициент или деленето едно на друго на нейните стойности няма физическо значение. Например температурата на физическото количество е неаддитивна физическа величина.

Обширни и интензивни физически количества

Физическата величина се нарича

• обширна, ако стойността на нейната стойност е сумата от стойностите на тази физическа величина за подсистемите, които съставляват системата (например обем, тегло);
• интензивен, ако стойността му не зависи от размера на системата (например температура, налягане).

Някои физически величини, като ъглов импулс, площ, сила, дължина, време, не са нито екстензивни, нито интензивни.

Производните количества се образуват от някои обширни количества:

• специфичниколичеството е количество, разделено на маса (например специфичен обем);
• моларенколичеството е количество, разделено на количеството на веществото (например моларен обем).

Скаларни, векторни, тензорни количества

В най-общия случайможем да кажем, че една физическа величина може да бъде представена с помощта на тензор с определен ранг (валентност).

Система от единици физически величини

Системата от единици за физически величини е съвкупност от мерни единици за физически величини, в която има определен брой т. нар. основни мерни единици, а останалите мерни единици могат да бъдат изразени чрез тези основни единици. Примери за системи от физически единици - Международна система от единици (SI), CGS.

Символи на физически величини

литература

• RMG 29-99метрология. Основни термини и дефиниции.
• Бурдун Г.Д., Базакуца В.А. Физически единици... - Харков: Училище Вища,.

В науката и техниката се използват мерни единици за физически величини, които образуват определени системи. Наборът от единици, установени от стандарта за задължителна употреба, се основава на мерните единици на Международната система (SI). В теоретичните раздели на физиката широко се използват единиците на CGS системите: CGSE, CGSM и симетричната Gaussian CGS система. Блоковете на техническата система ICGSS и някои несистемни възли също намират определено приложение.

Международната система (SI) е изградена от 6 основни единици (метър, килограм, секунда, келвин, ампер, кандела) и 2 допълнителни единици (радиан, стерадиан). Окончателната версия на проекта на стандарт „Единици за физически величини” съдържа: SI единици; единици, разрешени за използване наравно с единиците SI, например: тон, минута, час, градус по Целзий, градус, минута, секунда, литър, киловатчас, оборот в секунда, оборот в минута; единици на системата CGS и други единици, използвани в теоретичните раздели по физика и астрономия: светлинна година, парсек, хамбар, електрон волт; временно разрешени за употреба единици като: ангстрьом, килограм-сила, килограм-сила-метър, килограм-сила на квадратен сантиметър, милиметър живак, конски сили, калория, килокалория, рентген, кюри. Най-важните от тези единици и връзката между тях са показани в таблица А1.

Съкратените обозначения на единици, дадени в таблиците, се използват само след числовата стойност на количеството или в заглавията на колоните на таблиците. Не могат да се използват съкращения вместо пълни имена на единици в текста без числова стойност. Когато се използват както руски, така и международни обозначения на единици, се използва директен шрифт; обозначенията (съкратени) единици, чиито имена са дадени от имената на учени (Нютон, Паскал, Ват и др.), трябва да се изписват с главна буква (H, Pa, W); в обозначението на единиците точката не се използва като знак за съкращение. Обозначенията на единиците, включени в продукта, са разделени с точки като знаци за умножение; наклонена черта обикновено се използва като знак за разделяне; ако знаменателят включва произведение на единици, тогава той е затворен в скоби.

Десетичните префикси се използват за образуване на кратни и подмножители (вижте таблица A2). Особено се препоръчва използването на префикси, които представляват степен 10 с степен, кратна на три. Препоръчително е да се използват подмножители и кратни, получени от SI единици и водещи до числови стойности между 0,1 и 1000 (например: 17 000 Pa трябва да се запише като 17 kPa).

Не е позволено да се прикрепят два или повече префикси към една единица (например: 10 –9 m трябва да се изпише като 1 nm). За образуването на единици за маса, префиксът е прикрепен към основното име „грам“ (например: 10 –6 kg = = 10 –3 g = 1 mg). Ако комплексното име на оригиналната единица е продукт или фракция, тогава префиксът се прикрепя към името на първата единица (например kN ∙ m). Ако е необходимо, е позволено да се използват дробни единици за дължина, площ и обем в знаменателя (например V / cm).

Таблица A3 изброява основните физически и астрономически константи.

Таблица P1

ЕДИНИЦИ ЗА ИЗМЕРВАНЕ НА ФИЗИЧЕСКИ ВЕЛИЧИНИ В СИСТЕМАТА SI

И ОТНОШЕНИЯТА СИ С ДРУГИ ЗВЕНИ

Име на количествата	Единици	Съкратено обозначение	Размерът	Коефициент за преобразуване в SI единици
GHS	MKGSS и несистемни звена
Основни единици
Дължина	метър	м		1 cm = 10 –2 m	1 Å = 10 -10 m 1 светлинна година = 9,46 × 10 15 m
Тегло	килограм	килограма		1g = 10 –3 kg
Време	второ	с			1 h = 3600 s 1 min = 60 s
температура	келвин	ДА СЕ			1 0 С = 1 К
Сила на тока	ампер	А		1 СГСЭ I = = 1/3 × 10 –9 А 1 СГСМ I = 10 А
Силата на светлината	кандела	cd
Допълнителни единици
Плосък ъгъл	радиан	радвам се			1 0 = p / 180 rad 1 ¢ = p / 108 × 10 –2 rad 1² = p / 648 × 10 –3 rad
Пълен ъгъл	стерадиан	ср			Пълен плътен ъгъл = 4p sr
Производни единици
Честота	херц	Hz	от –1

Продължение на таблица P1

Ъглова скорост	радиани в секунда	радвам/с	от –1		1 rpm = 2p rad / s 1 rpm = = 0,105 rad / s
Сила на звука	кубичен метър	м 3	м 3	1 cm 2 = 10 -6 m 3	1 l = 10 -3 m 3
Скорост	метър в секунда	Госпожица	m × s –1	1 cm / s = 10 -2 m / s	1 km/h = 0,278 m/s
Плътност	килограм на кубичен метър	кг/м3	kg × m –3	1 g / cm 3 = = 10 3 kg / m 3
Сила	Нютон	н	kg × m × s –2	1 дина = 10 -5 N	1 kg = 9,81N
Работа, енергия, количество топлина	джаул	J (N × m)	kg × m 2 × s –2	1 ерг = 10 -7 J	1 kgf × m = 9,81 J 1 eV = 1,6 × 10 –19 J 1 kW × h = 3,6 × 10 6 J 1 кал = 4,19 J 1 kcal = 4,19 × 10 3 J
Мощност	ват	W (J/s)	kg × m 2 × s –3	1erg / s = 10 -7 W	1hp = 735W
налягане	паскал	Pa (N / m 2)	kg ∙ m –1 ∙ s –2	1din / cm 2 = 0.1Pa	1 atm = 1 kgf / cm 2 = = 0,981 ∙ 10 5 Pa 1 mm Hg = 133 Pa 1 atm = = 760 mm Hg = = 1,013 ∙ 10 5 Pa
Момент на сила	нютон метър	N ∙ m	kgm 2 × s –2	1 дина × cm = = 10 –7 N × m	1 kgf × m = 9,81 N × m
Момент на инерция	килограм метър на квадрат	кг × m 2	кг × m 2	1 g × cm 2 = = 10 –7 kg × m 2
Динамичен вискозитет	паскал – втори	Pa × s	kg × m –1 × s –1	1P / равновесие / = = 0,1Pa × s

Продължение на таблица P1

Кинематичен вискозитет	квадратен метър в секунда	m 2 / s	m 2 × s –1	1St / stokes / = = 10 -4 m 2 / s
Топлинен капацитет на системата	джаул на келвин	J/C	kg × m 2 х х s –2 × К –1		1 кал / 0 C = 4,19 J / K
Специфична топлина	джаул на килограм-келвин	J / (kg × K)	m 2 × s –2 × К –1		1 kcal / (kg × 0 С) = = 4,19 × 10 3 J / (kg × K)
Електрически заряд	висулка	Cl	A × s	1СГСЭ q = = 1/3 × 10 –9 C 1СГСМ q = = 10 C
Потенциал, електрическо напрежение	волт	V (W/A)	kg × m 2 х х s –3 × А –1	1СГСЭ u = = 300 V 1СГСМ u = = 10 -8 V
Сила на електрическото поле	волта на метър	V/m	кг × m х х s –3 × А –1	1 SGSE E = = 3 × 10 4 V / m
Електрическо изместване (електрическа индукция)	висулка на квадратен метър	Cl / m 2	m –2 × s × A	1СГСЭ D = = 1 / 12p х х 10 –5 C / m 2
Електрическо съпротивление	ом	Ом (V/A)	kg × m 2 × s –3 x x A –2	1СГСЭ R = 9 × 10 11 Ohm 1СГСМ R = 10 -9 Ohm
Електрически капацитет	фарад	F (Cl / V)	kg –1 × m –2 x s 4 × А 2	1СГСЭ С = 1 cm = = 1/9 × 10 –11 F

Край на таблица P1

Магнитен поток	weber	Wb (B × s)	kg × m 2 × s –2 x x A –1	1СГСМ f = = 1 Ms (maxwell) = = 10 –8 Vb
Магнитна индукция	тесла	T (Wb / m 2)	kg × s –2 × A –1	1СГСМ В = = 1 G (гаус) = = 10 –4 T
Сила на магнитното поле	ампер на метър	А/м	m –1 × A	1СГСМ N = = 1E (оерстед) = = 1 / 4p × 10 3 A / m
Магнитомоторна сила	ампер	А	А	1СГСМ Fm
Индуктивност	Хенри	Gn (Wb / A)	kg × m 2 х х s –2 × А –2	1СГСМ L = 1 cm = = 10 –9 H
Светлинен поток	лумен	лм	cd
яркост	кандела на квадратен метър	cd / m2	m –2 × cd
Осветяване	лукс	Добре	m –2 × cd

Физическо количество - свойство на физическите обекти, качествено общо за много обекти, но количествено индивидуално за всеки от тях. Качествената страна на понятието "физическа величина" определя неговия вид (например електрическото съпротивление като общо свойство на електрическите проводници), а количествената - неговия "размер" (стойността на електрическото съпротивление на конкретен проводник, за например R = 100 ома). Числовата стойност на резултата от измерването зависи от избора на единицата на физическата величина.

Физическите величини са присвоени азбучни символи, използвани във физическите уравнения, изразяващи връзките между физическите величини, които съществуват във физическите обекти.

Размерът на физическото количество - количествена сигурност на стойност, присъща на конкретен обект, система, явление или процес.

Физическа стойност на количеството- оценка на размера на физическо количество под формата на определен брой мерни единици, приети за него. Числовата стойност на физическо количество- абстрактно число, изразяващо съотношението на стойността на физическа величина към съответната единица на дадена физическа величина (например 220 V е стойността на амплитудата на напрежението, а самото число 220 е числова стойност). Терминът "стойност" трябва да се използва за изразяване на количествения аспект на въпросния имот. Грешно е да се казва и пише "текуща стойност", "стойност на напрежението" и т.н., тъй като ток и напрежение сами по себе си са величини (правилно би било да се използват термините "текуща стойност", "стойност на напрежението").

С избраната оценка на физическата величина тя се характеризира с истински, реални и измерени стойности.

Истинската стойност на физическо количество се нарича стойност на физическо количество, което в идеалния случай би отразявало съответното свойство на обект в качествени и количествени аспекти. Невъзможно е да се определи експериментално поради неизбежните грешки в измерването.

Тази концепция се основава на два основни постулата на метрологията:

§ истинската стойност на определеното количество съществува и е постоянна;

§ Истинската стойност на измерената величина не може да бъде намерена.

На практика те оперират с концепцията за реална стойност, чиято степен на приближаване до истинската стойност зависи от точността на измервателния уред и грешката на самите измервания.

Действителната стойност на физическото количество наричат ​​неговата стойност, установена експериментално и толкова близка до истинската стойност, че за конкретна цел може да се използва вместо нея.

Под измерена стойностразбиране на стойността на количеството, измерено от индикаторното устройство на измервателния уред.

Физическа единица - стойност с фиксиран размер, на която условно се присвоява стандартна числова стойност, равна на един ..

Единиците за физически величини се разделят на основни и производни и се комбинират в системи от единици физически величини... Мерната единица се задава за всяка от физическите величини, 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 основното... Други физически величини - производнии те се намират с помощта на физически закони и зависимости чрез основните. Съвкупността от основни и производни единици физически величини, образувани в съответствие с приетите принципи, се нарича система от единици физически величини... Единицата на основната физическа величина е основна единицасистеми.

Международна система от единици (система SI; SI - френски. Международната система) 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
международен
Основното
		килограм
Сила на електрическия ток
температура
Количеството вещество
Силата на светлината
Допълнителен
Плосък ъгъл
Пълен ъгъл		стерадиан

метъре равно на разстоянието, изминато от светлината във вакуум за 1/299792458 от секундата.

килограм- единица за маса, определена като масата на международния прототип килограм, представляващ цилиндър, изработен от сплав от платина и иридий.

Второе равно на 9192631770 периода на излъчване, съответстващи на енергийния преход между две нива на свръхфината структура на основното състояние на атома цезий-133.

ампер- силата на постоянен ток, който, преминавайки през два успоредни праволинейни проводника с безкрайна дължина и незначително кръгло напречно сечение, разположени на разстояние 1 m един от друг във вакуум, би предизвикал сила на взаимодействие, равна на 210 - 7 N (нютон) във всяка секция на проводника с дължина 1 m.

Келвин- единица за термодинамична температура, равна на 1 / 273,16 от термодинамичната температура на тройната точка на водата, тоест температурата, при която трите фази на водата - пара, течност и твърдо вещество - са в динамично равновесие.

Молец- количеството вещество, съдържащо толкова структурни елементи, колкото се съдържа във въглерод-12 с тегло 0,012 kg.

Кандела- интензитет на светлината в дадена посока на източник, излъчващ монохроматично излъчване с честота 54010 12 Hz (дължина на вълната около 0,555 микрона), чиято енергийна интензивност на излъчване в тази посока е 1/683 W / sr (sr - стерадиан).

Допълнителни единици SI системите са предназначени само за формиране на единици за ъглова скорост и ъглово ускорение. Допълнителните физически величини в 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 ъглови стойности:

степен - 1 _ = 2p / 360 rad = 1,745310 -2 rad;

минута - 1 "= 1 _ / 60 = 2,9088 10 -4 rad;

второ - 1 "= 1" / 60 = 1 _ / 3600 = 4,848110 -6 rad;

радиан - 1 rad = 57 _ 17 "45" = 57,2961 _ = (3,4378 10 3) "= (2,062710 5)".

Стерадиан (ср) е плътен ъгъл с връх в центъра на сферата, който изрязва на 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 б- плътен ъгъл; ° Се равнинният ъгъл при върха на конуса, образуван вътре в сферата от даден твърд ъгъл.

Производните единици на системата SI се образуват от основни и допълнителни единици.

В областта на измерването на електрически и магнитни величини има една основна единица - ампер (А). Чрез ампера и единицата за мощност - ват (W), еднакви за електрически, магнитни, механични и топлинни величини, могат да се определят всички други електрически и магнитни единици. Днес обаче няма достатъчно точни средства за възпроизвеждане на ват по абсолютни методи. Следователно електрическите и магнитните единици се основават на единиците за ампераж и производната на ампера на единицата за капацитет - фарада.

Физическите количества, получени от ампери, включват също:

§ единица за електродвижеща сила (ЕДС) и електрическо напрежение - волт (V);

§ единица за честота - херц (Hz);

§ единица за електрическо съпротивление - ом (ом);

§ единица за индуктивност и взаимна индуктивност на две намотки - Хенри (Н).

Таблица 2 и 3 са показани най-използваните производни единици в телекомуникационните системи и радиотехниката.

Таблица 2. Производни SI единици

Величината
име	Измерение	име	Обозначаване
международен
Енергия, работа, количество топлина
Сила, тегло
Мощност, енергиен поток
Количество електроенергия
Електрическо напрежение, електродвижеща сила (EMF), 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

Величината
име	Измерение	мерна единица	Обозначаване
международен
Плътност на електрическия ток		ампер на квадратен метър
Сила на електрическото поле		волта на метър
Абсолютна диелектрична константа	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 електрическата верига
Сила на магнитното поле		ампер на метър

Съкратените обозначения на единици, както международни, така и руски, кръстени на велики учени, се пишат с главни букви, например ампер - A; ом - ом; волта - V; фарад - F. За сравнение: метър - m, секунда - s, килограм - кг.

На практика използването на цели единици не винаги е удобно, тъй като в резултат на измерванията се получават много големи или много малки стойности. Следователно в системата SI се установяват нейните десетични кратни и подмножители, които се формират с помощта на множители. Множествени и дробни единици за величини се записват заедно с името на основната или производната единица: километър (km), миливолт (mV); мегаом (мегаом).

Множество единица физическа величина- единица, по-голяма с цяло число пъти системата, например килохерц (10 3 Hz). Дробна единица физическа величина- единица, която е по-малко от цяло число от системната единица, например микрохенри (10 -6 H).

Имената на кратни и подмножители на системата SI съдържат редица представки, съответстващи на факторите (Таблица 4).

Таблица 4. Фактори и представки за образуване на десетични кратни и подмножители на SI единици

Фактор	Префикс	Префиксно обозначение
международен

Физическо количествое свойство, което е качествено общо за много обекти (системи, техните състояния и протичащи в тях процеси), но количествено е индивидуално за всеки обект.

Индивидуалността в количествено отношение трябва да се разбира в смисъл, че дадено свойство може да бъде за един обект в определен брой пъти повече или по-малко, отколкото за друг.

По правило терминът "количество" се използва по отношение на свойства или техните характеристики, които могат да бъдат количествено определени, тоест измерени. Има такива свойства и характеристики, които все още не са се научили да определят количествено, но се опитват да намерят начин да ги определят количествено, например мирис, вкус и т. н. Докато не се научим да ги измерваме, трябва да ги наричаме не количества, а Имоти.

В стандарта има само термина "физическо количество", а думата "количество" е дадена като кратка форма на основния термин, който е разрешен да се използва в случаи, изключващи възможността за различно тълкуване. С други думи, можете да наречете физическа величина накратко величина, ако дори без прилагателно е очевидно, че говорим за физическа величина. В останалата част от тази книга кратката форма на термина "количество" се използва само в посочения смисъл.

В метрологията на думата „количество“ се придава терминологично значение чрез налагане на ограничение под формата на прилагателното „физически“. Думата "количество" често се използва за изразяване на размера на дадено специфично физическо количество. Казват: величината на налягането, величината на скоростта, величината на напрежението. Това е погрешно, тъй като налягането, скоростта, напрежението в правилното разбиране на тези думи са количества и е невъзможно да се говори за величината на една величина. В горните случаи използването на думата "величина" е излишно. Наистина, защо да говорим за голям или малък "величина" на налягането, когато можете да кажете: високо или ниско налягане и т.н.

Физическата величина показва свойствата на обектите, които могат да бъдат изразени количествено в приети единици. Всяко измерване реализира операцията за сравнение на хомогенни свойства на физичните величини на базата на "повече или по-малко". В резултат на сравнението на всеки размер на измерената стойност се присвоява положително реално число:

x = q [x], (1.1)

където q - числова стойност на количество или резултат от сравнението; [NS] - единица величина.

Физическа единица- физическа величина, на която по дефиниция е дадена стойност, равна на единица. Може също да се каже, че единица от физическа величина е такава стойност, която се взема за основа за сравняване на физически величини от същия вид с нея при количественото им определяне.

Уравнение (1.1) е основното уравнение за измерване. Числовата стойност на q се намира, както следва

следователно зависи от приетата мерна единица.

1. Системи от единици за физически величини

При извършване на каквито и да е измервания, измерената стойност се сравнява с друга хомогенна стойност, взета като единица. За да се конструира система от единици, произволно се избират няколко физически величини. Те се наричат ​​основни. Величините, определени чрез главните, се наричат ​​производни. Съвкупността от основни и производни величини се нарича система от физически величини.

В общи линии връзката между получената величина Зи основният може да бъде представен със следното уравнение:

З = Л  М  T  аз    Дж  ,

където Л, М, Т,аз, ,Дж- основни величини; , , , , ,  - индикатори за размерност. Тази формула се нарича формула за измерение. Системата от величини може да се състои както от размерни, така и от безразмерни величини. Размерен е величина, в чието измерение поне една от основните величини се повишава до степен, която не е равна на нула. Безразмерна е величина, в чието измерение се включват основните величини в степен, равна на нула. Безразмерно количество от една система от величини може да бъде размерно количество в друга система. Системата от физически величини се използва за изграждане на система от единици физически величини.

Единицата на физическа величина е стойността на това количество, взета като основа за сравняване на стойностите на количества от същия вид с нея при количественото им определяне. По дефиниция му е присвоена числова стойност 1.

Единиците на основни и производни величини се наричат ​​съответно основни и производни единици, тяхната съвкупност се нарича система от единици. Изборът на единици в системата е донякъде произволен. Въпреки това, като основни единици се избират тези, които, първо, могат да бъдат възпроизведени с най-висока точност, и второ, са удобни при практиката на измервания или тяхното възпроизвеждане. Единиците на стойностите, включени в системата, се наричат ​​системни единици. В допълнение към системните единици се използват и несистемни единици. Несистемните единици са единици, които не са част от системата. Те са удобни за специфични области на науката и технологиите или региони и поради това са широко използвани. Несистемните единици включват: мощност - конски сили, енергийна единица - киловатчас, единици за време - час, ден, единица температура - градус по Целзий и много други. Те са възникнали в процеса на разработване на измервателна техника за задоволяване на практическите нужди или са въведени за удобство на използването им при измервания. За същите цели се използват кратни и подмножители.

Множествена единица е тази, която е цяло число пъти по-голяма от системната или несистемната единица: килохерц, мегават. Дробна единица е тази, която е цяло число пъти по-малко от системната или несистемната единица: милиампер, микроволт. Строго погледнато, много несистемни единици могат да се разглеждат като кратни или подмножители.

В науката и техниката също са широко разпространени относителните и логаритмичните величини и техните единици, които характеризират усилването и затихването на електрически сигнали, коефициенти на модулация, хармоници и др. Относителните стойности могат да бъдат изразени в безразмерни относителни единици, в проценти, в ppm. Логаритмичната величина е логаритъмът (обикновено десетичен в електрониката) на безразмерното съотношение на две едноименни величини. Единицата на логаритмичната стойност е bel (B), определена от съотношението:

н = lg П 1/ / П 2 = 2 lg Ф 1 / Ф 2 , (1.2)

където П 1 ,П 2 - едноименни енергийни количества (стойности на мощност, енергия, поток на плътност на мощността и др.); Ф 1 , Ф 2 - едноименни мощности (напрежение, сила на тока, сила на електромагнитно поле и др.).

Като правило се използва дробна единица bel, наречена децибел, равна на 0,1 B. В този случай във формула (1.2) след знаците за равенство се добавя допълнителен фактор 10. Например съотношението на напрежението U 1 / U 2 = 10 съответства на логаритмична единица от 20 dB ...

Има тенденция да се използват естествени системи от единици, базирани на универсални физически константи (константи), които могат да се приемат като основни единици: скорост на светлината, константа на Болцман, константа на Планк, електронен заряд и т.н. ... Предимството на такава система е постоянството на основата на системата и високата стабилност на константите. В някои стандарти вече се използват такива константи: стандартът за единица за честота и дължина, стандартът за единицата за постоянно напрежение. Но размерите на единиците за величини, базирани на константи, при настоящото ниво на развитие на технологиите, са неудобни за практически измервания и не осигуряват необходимата точност за получаване на всички изведени единици. Въпреки това, такива предимства на естествената система от единици като неразрушимост, неизменност във времето, независимост от местоположението стимулират работата за изследване на възможността за тяхното практическо приложение.

За първи път набор от основни и производни единици, които образуват система, е предложен през 1832 г. от C.F. Gauss. Като основни единици в тази система са взети три произволни единици - дължина, маса и време, съответно равни на милиметър, милиграм и секунда. По-късно са предложени и други системи от единици за физически величини, базирани на метричната система от мерки и различаващи се в основните единици. Но всички те, удовлетворявайки някои специалисти, предизвикаха възражения от други. Това наложи създаването на нова система от единици. До известна степен беше възможно да се разрешат съществуващите противоречия след приемането през 1960 г. от XI Генерална конференция по мерки и теглилки на Международната система от единици, съкратена като SI (SI). В Русия първоначално е прието като предпочитано (1961 г.), а след това, след въвеждането на GOST 8.417-81 „GSI. Единици физически величини ”- и като задължителни във всички области на науката, технологиите, националната икономика, както и във всички образователни институции.

Следните седем единици са избрани като основни в Международната система от единици (SI): метър, килограм, секунда, ампер, келвин, кандела, мол.

Международната система от единици включва две допълнителни единици - за измерване на равнинни и плътни ъгли. Тези единици не могат да бъдат включени в категорията на основните, тъй като се определят от съотношението на две величини. В същото време те не са производни единици, тъй като не зависят от избора на основните единици.

Радиан (rad) - ъгълът между два радиуса на окръжност, дъгата между която е равна по дължина на радиуса.

Стерадиан (cf) - плътен ъгъл, чийто връх е разположен в центъра на сферата и който е издълбан на повърхността. сфера е площ, равна на площта на квадрат с дължина на страната, равна на радиуса на сферата.

В съответствие със Закона за осигуряване на еднаквост на измерванията в Руската федерация, по установения ред, единиците от Международната система от единици, приета от Генералната конференция по мерки и теглилки, препоръчана от Международната организация по законова метрология, са разрешени да се използват.

Наименованията, обозначенията и правилата за изписване на единици за количества, както и правилата за тяхното прилагане на територията на Руската федерация, се установяват от правителството на Руската федерация, с изключение на случаите, предвидени в нормативни актове на руската федерация.

На правителството на Руската федерация може да бъде разрешено да използва несистемни единици за количества заедно с единиците от Международната система от единици.

Физиката, като наука, която изучава природните явления, използва стандартна изследователска методология. Основните етапи могат да се нарекат: наблюдение, хипотеза, експеримент, обосновка на теория. По време на наблюдението се установяват отличителните белези на явлението, протичането му, възможните причини и последствия. Хипотезата дава възможност да се обясни ходът на явлението, да се установят неговите закони. Експериментът потвърждава (или не потвърждава) валидността на хипотезата. Позволява ви да установите количествено съотношение на стойностите в хода на експеримента, което води до точно установяване на зависимости. Хипотезата, потвърдена в хода на експеримента, е в основата на научната теория.

Никоя теория не може да претендира за надеждна, ако не е получила пълно и безусловно потвърждение по време на експеримента. Извършването на последното е свързано с измерване на физични величини, характеризиращи процеса. е в основата на измерванията.

Какво е

Измерването се отнася до онези количества, които потвърждават валидността на хипотезата за модели. Физическата величина е научна характеристика на физическо тяло, чието качествено отношение е общо за много подобни тела. За всяко тяло такава количествена характеристика е чисто индивидуална.

Ако се обърнем към специалната литература, то в справочника на М. Юдин и др. (издание от 1989 г.) четем, че физическата величина е: „характеристика на едно от свойствата на физически обект (физическа система, явление или процес), качествено общ за много физически обекти, но количествено индивидуален за всеки обект.

Речникът на Ожегов (издание от 1990 г.) посочва, че физическата величина е „размерът, обемът, разширението на обекта“.

Например дължината е физическа величина. Механиката третира дължината като изминатото разстояние, електродинамиката използва дължината на проводника, в термодинамиката подобна стойност определя дебелината на стените на съдовете. Същността на понятието не се променя: единиците за количества могат да бъдат еднакви, но значението може да бъде различно.

Отличителна черта на физическа величина, да речем, от математическа, е наличието на мерна единица. Метър, фут, аршин са примери за единици за дължина.

Единици

За да се измери физическа величина, тя трябва да се сравни с величина, взета като единица. Спомнете си прекрасната карикатура "Четиридесет и осем папагала". За да установят дължината на боа, героите измерват дължината му в папагали, слонове, маймуни. В този случай дължината на боа констриктор беше сравнена с растежа на други анимационни герои. Резултатът беше количествено зависим от референтния.

Количествата са мярка за измерването му в определена система от единици. Объркването в тези мерки възниква не само поради несъвършенство, хетерогенност на мерките, но понякога и поради относителността на единиците.

Руска мярка за дължина - аршин - разстоянието между показалеца и палеца. Ръцете на всички хора обаче са различни и аршинът, измерен с ръката на възрастен мъж, се различава от аршина на ръката на дете или жена. Същото несъответствие между мерките за дължина важи и за фатом (разстоянието между върховете на пръстите, разположени отстрани на ръцете) и лакътя (разстоянието от средния пръст до лакътя на ръката).

Интересно е, че мъже с нисък ръст са били водени в магазините като чиновници. Хитрите търговци спасиха плат с помощта на няколко по-малки мерки: аршин, лакът, сатен.

Системи от мерки

Такова разнообразие от мерки съществуваше не само в Русия, но и в други страни. Въвеждането на мерни единици често беше произволно, понякога тези единици бяха въведени само поради удобството на тяхното измерване. Например, mmHg е въведен за измерване на атмосферното налягане. Известният, който използва тръба, пълна с живак, позволи въвеждането на такава необичайна стойност.

Мощността на двигателите беше сравнена с (което все още се практикува в наше време).

Различните физични величини направиха измерването на физическите величини не само трудно и ненадеждно, но и усложниха развитието на науката.

Единна система от мерки

Единна система от физически величини, удобна и оптимизирана във всяка индустриализирана страна, се превърна в спешна нужда. За основа беше взета идеята да се изберат възможно най-малко единици, с помощта на които други количества могат да бъдат изразени в математически отношения. Такива основни ценности не трябва да бъдат свързани помежду си, тяхното значение се определя недвусмислено и разбираемо във всяка икономическа система.

Различни държави се опитаха да решат този проблем. Създаването на единна SGS, ISS и други) беше предприемано многократно, но тези системи бяха неудобни или от научна гледна точка, или за домашна, промишлена употреба.

Проблемът, поставен в края на 19 век, е решен едва през 1958 година. Единна система беше представена на заседанието на Международния комитет по законова метрология.

Единна система от мерки

През 1960 г. се провежда историческата Генерална конференция по мерки и теглилки. С решението на това почетно събрание беше приета уникална система, наречена "Systeme internationale d" обединява "(съкратено SI). В руската версия тази система се нарича Международна система (съкращение SI).

За основа се вземат 7 основни единици и 2 допълнителни. Тяхната числена стойност се определя като стандарт

SI таблица на физическите величини

Име на основното устройство	Измерена стойност	Обозначаване
		международен	Руски
Основни единици
килограм
	Сила на тока
	температура
	Количеството вещество
	Силата на светлината
Допълнителни единици
	Плосък ъгъл
Стерадиан	Пълен ъгъл

Самата система не може да се състои само от седем единици, тъй като разнообразието от физически процеси в природата изисква въвеждането на все повече и повече нови количества. Самата структура осигурява не само въвеждането на нови единици, но и връзката им под формата на математически съотношения (те по-често се наричат ​​формули за размери).

Единицата на физическа величина се получава чрез умножение и деление на основните единици във формулата за размерност. Липсата на числени коефициенти в такива уравнения прави системата не само удобна във всички отношения, но и кохерентна (последователна).

Производни единици

Мерните единици, които се образуват от седемте основни, се наричат ​​производни. В допълнение към основните и производните единици се наложи въвеждането на допълнителни (радиани и стерадиани). Тяхното измерение се счита за нула. Липсата на измервателни уреди за тяхното определяне прави невъзможно измерването им. Въвеждането им се дължи на приложението им в теоретичните изследвания. Например, физическата величина "сила" в тази система се измерва в нютони. Тъй като силата е мярка за взаимното действие на телата едно върху друго, което е причина за промяна на скоростта на тяло с определена маса, тя може да се определи като произведението на единица маса на единица скорост, разделено на единица време:

F = k٠M٠v / T, където k е коефициентът на пропорционалност, M е единицата за маса, v е единицата за скорост, T е единицата за време.

SI дава следната формула за размери: H = kg٠m / s 2, където се използват три единици. И килограмът, и метърът, и вторият са класифицирани като основни. Съотношението на страните е 1.

Възможно е въвеждане на безразмерни величини, които се определят като съотношение на хомогенни величини. Те включват, както е известно, равно на съотношението на силата на триене към силата на нормалното налягане.

Таблица на физическите величини, получени от осн

Име на единица	Измерена стойност	Формула за размери
		kg٠m 2 ٠s -2
	налягане	kg٠ m -1 ٠s -2
	магнитна индукция	kg ٠A -1 ٠s -2
	електрическо напрежение	kg ٠m 2 ٠s -3 ٠А -1
	Електрическо съпротивление	kg ٠m 2 ٠s -3 ٠А -2
	Електрически заряд
	мощност	kg ٠m 2 ٠s -3
	Електрически капацитет	m -2 ٠kg -1 ٠s 4 ٠A 2
Джаул към Келвин	Топлинен капацитет	kg ٠m 2 ٠s -2 ٠K -1
Бекерел	Активност на радиоактивно вещество
	Магнитен поток	m 2 ٠kg ٠s -2 ٠А -1
	Индуктивност	m 2 ٠kg ٠s -2 ٠А -2
	Абсорбирана доза
	Еквивалентна доза радиация
	Осветяване	m -2 ٠cd ٠sr -2
	Светлинен поток
	Сила, тегло	m ٠kg ٠s -2
	Електропроводимост	m -2 ٠kg -1 ٠s 3 ٠А 2
	Електрически капацитет	m -2 ٠kg -1 ٠s 4 ٠A 2

Несистемни единици

При измерване на величини е разрешено използването на исторически установени величини, които не са включени в SI или се различават само по числов коефициент. Това са несистемни единици. Например mm Hg, рентгенови лъчи и други.

Числените коефициенти се използват за въвеждане на подмножители и кратни. Представките съответстват на определено число. Примерите включват санти, килограми, дека, мега и много други.

1 километър = 1000 метра,

1 сантиметър = 0,01 метър.

Типология на количествата

Нека се опитаме да посочим няколко основни характеристики, които ни позволяват да установим вида на стойността.

1. Посока. Ако действието на физическа величина е пряко свързано с посоката, то се нарича вектор, други са скаларни.

2. Наличност на измерение. Наличието на формула за физическите величини дава възможност те да се нарекат размерни. Ако във формулата всички единици имат степен нула, тогава те се наричат ​​безразмерни. По-правилно би било да ги наричаме количества с размерност, равна на 1. В крайна сметка концепцията за безразмерна величина е нелогична. Основното свойство - измерение - не е отменено!

3. Ако е възможно, добавяне. Адитивна величина, чиято стойност може да се събира, изважда, умножава по коефициент и т.н. (например маса) е физическа величина, която може да се сумира.

4. Във връзка с физическата система. Обширен - ако неговата стойност може да бъде съставена от стойностите на подсистемата. Пример за това е площта, измерена в квадратни метри. Интензивна - стойност, чиято стойност не зависи от системата. Те включват температура.