Определение физической величины

Содержание

Классификация физических величин

Определение физической величины

Все объекты окружающего мира характеризуются своими свойствами. Свойство – философская категория, выражающая такую сторону объекта (явления, процесса), которая обуславливает его различие или общность с другими объектами (явлениями, процессами) и обнаруживается в его отношениях к ним. Свойство – категория качественная.

Для количественного описания различных свойств процессов и физических тел вводится понятие величины. Величина – это свойство чего-либо, которое 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.

Реальные и идеальные величины

Величины разделяются на два вида: реальные и идеальные (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Классификация величин

Идеальные величины главным образом относятся к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятии. Они вычисляются тем или иным способом.

Физические и нефизические

Реальные величины в свою очередь делятся на физические и нефизические.

Физическая величина в общем случае может быть определена как величина, свойственная материальным объектам (процессам, явлениям), изучаемым в естественных (физика, химия) и технических науках.

К нефизическим следует отнести величины, присущие общественным (нефизическим) наукам – философии, социологии, экономике и т.п.

Стандарт ГОСТ 16263-70 трактует физическую величину, как одно ил 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 одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для другого.

Таким образом, физические величины – это измеренные свойства физических объектов или процессов, с помощью которых они могут быть изучены.

Измеряемые и оцениваемые величины

Физические величины целесообразно разделить на измеряемые и оцениваемые. Измеряемые ФВ могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения. Возможность введения и использования последних является важным отличительным признаком измеряемых ФВ.

Физические величины, для которых по тем или иным причинам не может быть введена единица измерения, могут быть только оценены. Под оценизанием в таком случае понимается операция приписывания данной величине определенного числа, проводимая по установленным правилам. Оценивание величины осуществляется при помощи шкал.

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

Нефизические величины, для которых единица измерения в принципе не может быть введена, могут быть только оценены. Следует отметить, что оценивание нефизических величин не входит в задачи теоретической метрологии.

Для более детального изучения ФВ необходимо классифицировать, выявить общие метрологические особенности их отдельных групп. Возможные классификации ФВ показаны на рис. 3.2.

Рис. 3.2 Классификация физических величин

По видам явления

По видам явлений они 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 ФВ называют пассивными. Для их измерения необходимо использовать вспомогательный источник энергии, с помощью которого формируется сигнал измерительной информации. При этом пассивные ФВ 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 вида спектральные характеристики, корреляционные функции и др.

По принадлежности к различным группам физических процессов

По принадлежности к различным группам физических процессов ФВ делятся на пространственно-временные, механические, тепловые, электрические и магнитные, акустические, световые, физико-химические, ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики.

По степени условной независимости от других величин

По степени условной независимости от других величин данной группы ФВ делятся на основные (условно независимые), производные (условно зависимые) и дополнительные.

В настоящее время в системе СИ используется семь физических величин, выбранных в качестве основных: длина, время, масса, температура, сила электрического тока, сила света и количества вещества.

К дополнительным физическим величинам относятся плоский и телесный углы. Подробно деление ФВ по этому признаку рассмотрено в гл. лекции

По наличию размерности

По наличию размерности ФВ делятся на размерные, т.е. имеющие размерность, и безразмерные.

Похожие материалы

Источник: https://www.metalcutting.ru/content/klassifikaciya-fizicheskih-velichin

Международная система единиц физических величин: понятие физической величины, способы определения

Определение физической величины

2018 год можно назвать судьбоносным в метрологии, потому что это время настоящей технологической революции в международной системе единиц физических величин СИ. Речь о пересмотре определений главных физических величин. Будет ли теперь килограмм картошки в супермаркете весить по-новому? C картошкой будет по-прежнему. Изменится другое.

Что было до системы СИ

Общие стандарты в мерах и весах понадобились еще в древние времена. Но особенно нужными общие правила измерений стали с вместе с появлением научно-технического прогресса. Ученым нужно было разговаривать на общем языке: один фут – это сколько сантиметров? И что такое сантиметр во Франции, когда он не совпадает с итальянским?

Францию вполне можно назвать почетным ветераном и победителем исторических метрологических баталий. Именно во Франции в 1791 году была официально утверждена система измерений и их единиц, а определения главных физических величин были описаны и завизированы в качестве государственных документов.

Французы первыми поняли, что физические величины должны быть привязаны к природным объектам. Например, один метр был описан как 1/40000000 часть длины меридиана с севера на юг к экватору. Он был привязан, таким образом, к размерам Земли.

Один грамм также привязали к природным явлениям: его определили как массу воды в кубическом сантиметре при уровне температуры, близкой к нулевому (плавления льда).

Но, как оказалось, Земля вовсе не является идеальным шаром, а вода в кубике может иметь самые разные свойства, если в ней есть примеси. Поэтому размеры этих величин в разных точках планеты немного отличались друг от друга.

В начале 19 века в дело вступили немцы во главе с математиком Карлом Гауссом. Он предложил обновить систему мер «сантиметр-грамм-секунда», и с тех пор метрические единицы пошли в мир, науку и были признаны международным сообществом, образовалась международная система единиц физических величин.

Длину меридиана и массу кубика воды решили заменить эталонами, которые хранились в Бюро мер и весов в Париже, с раздачей копий по странам – участницам метрической конвенции.

Килограмм, например, выглядел цилиндром из сплава платины и иридия, что в итоге тоже не стало идеальным решением.

Международная система единиц физических величин SI была образована в 1960 году. Сначала в нее входили шесть основных величин: метры и длина, килограммы и масса, время в секундах, сила тока в амперах, термодинамическая температура в кельвинах и сила света в канделах. Через десять лет к ним добавилась еще одна – количество вещества, измеряемое в молях.

Важно знать, что все остальные единицы измерения физических величин международной системы считаются производными от основных, то есть могут быть вычислены математически с помощью основных величин системы СИ.

Прочь от эталонов

Физические эталоны оказались не самой надежной системой измерений. Сам эталон килограмма и его копии по странам периодически сверяют друг с другом.

Сверки показывают изменения масс этих эталонов, что происходит по разным причинам: пыль при поверке, взаимодействие с подставкой или что-то другое. Ученые заметили эти неприятные нюансы давно.

Наступило время пересмотра параметров единиц физических величин международной системы в метрологии.

Поэтому некоторые определения величин постепенно менялись: ученые старались уйти от физических эталонов, которые так или иначе со временем меняли свои параметры. Лучшим способом является выведение величин через неизменные свойства, как, например, скорость света или изменения в структуре атомов.

Накануне революции в системе СИ

Принципиальные технологические изменения в международной системе единиц физических величин проводятся через ание членов Международного бюро мер и весов на годовой конференции. При положительном решении изменения вступают в силу через несколько месяцев.

Все это чрезвычайно важно для ученых, в чьих исследованиях и экспериментах нужна предельная точность измерений и формулировок.

Новые эталоны образца 2018 года помогут достичь высочайшего уровня точности в любых измерениях в любом месте, времени и масштабе. И все это без каких-либо потерь в точности.

Переопределение величин в системе СИ

Оно касается четырех из семи действующих основных физических величин. Было решено переопределить следующие величины с единицами измерений:

  • килограмм (масса) с использованием в выражении единиц постоянной Планка;
  • ампер (сила тока) с измерением величины заряда;
  • кельвин (термодинамическая температура) с выражением единицы с помощью постоянной Больцмана;
  • моль через постоянную Авогадро (количество вещества).

В отношении остальных трех величин будет изменена формулировка определений, но их суть останется неизменной:

  • метр (длина);
  • секунда (время);
  • кандела (сила света).

Изменения с ампером

То, что представляет собой ампер как единица физических величин в международной системе СИ сегодня, было предложено еще в 1946 году.

Определение было привязано к силе тока между двумя проводниками в вакууме на расстоянии одного метра с уточнением всех нюансов этого сооружения.

Неточность и громоздкость измерения – вот две главных характеристики этого определения с сегодняшней точки зрения.

В новом определении ампер – это электрический ток, равный потоку фиксированного числа электрических зарядов в секунду. Единица выражается в зарядах электрона.

Для определения обновленного ампера нужен всего один инструмент – так называемый одноэлектронный насос, который способен перемещать электроны.

Новый моль и чистота кремния 99,9998 %

Старое определение моля связано с количеством вещества, равным числу атомов в изотопе углерода с массой 0,012 кг.

В новой версии это количество вещества, которое содержится в точно определенном количестве специфицированных структурных единиц. Эти единицы выражаются с помощью постоянной Авогадро.

С числом Авогадро тоже немало забот. Для его вычисления было решено создать сферу из кремния-28. Данный изотоп кремния отличается своей точной до идеальности кристаллической решеткой. Поэтому в нем можно точно подсчитать число атомов с помощью лазерной системы, измеряющей диаметр сферы.

Можно, конечно, возразить в том, что нет принципиальной разница между сферой из кремния-28 и нынешним сплавом из платины и иридия. И то, и другое вещество теряет атомы во времени. Теряет, верно. Но кремний-28 теряет их с предсказуемой скоростью, поэтому в эталон будут постоянно вноситься коррективы.

Самый чистый кремний-28 для сферы получили совсем недавно в США. Его чистота составляет 99,9998 %.

Кельвин является одной из единиц физических величин в международной системе и служит для измерения уровня термодинамической температуры. «По-старому» он равен 1/273,16 части температуры тройной точки воды. Тройная точка воды – чрезвычайно интересная составляющая. Это уровень температуры и давления, при котором вода находится сразу в трех состояниях – «пар, лед и вода».

Определение «хромало на обе ноги» по следующей причине: величина кельвина зависит в первую очередь от состава воды с теоретически известным соотношением изотопов. Но на практике получить воду с такими характеристиками было невозможно.

Новый кельвин будет определяться так: один кельвин равен изменению тепловой энергии на 1,4 × 10−23дж. Единицы выражаются с помощью постоянной Больцмана. Теперь уровень температуры можно будет измерять с помощью фиксации скорости звука в газовой сфере.

Килограмм без эталона

Мы уже знаем, что в Париже находится эталон из платины с иридием, который так или иначе изменил свой вес за время использования в метрологии и системе единиц физических величин.

Новое определение килограмма звучит так: один килограмм выражается в величине постоянной Планка, разделенной на 6,63 × 10−34 м2·с−1.

Измерение массы теперь можно производить на «ваттовых» весах. Пусть это название не вводит вас в заблуждение, это не привычные весы, а электроэнергия, которой хватит, чтобы приподнять предмет, лежащий на другой чаше весов.

Изменения в принципах построения единиц физических величин и их системе в целом нужны, прежде всего, в теоретических областях науки. Главными факторами в обновленной системе теперь являются естественные постоянные величины.

Это закономерное завершение многолетней деятельности международной группы серьезных ученых, чьи усилия в течение долгого времени были направлены на поиск идеальных измерений и определений единиц на основе законов фундаментальной физики.

Источник: https://FB.ru/article/415751/mejdunarodnaya-sistema-edinits-fizicheskih-velichin-ponyatie-fizicheskoy-velichinyi-sposobyi-opredeleniya

Основные понятия метрологии Физические величины, единица физической величины, система единиц физических величин

Определение физической величины
sh: 1: –format=html: not found

Все объекты окружающего мира характеризуются своими свойствами.

Свойство – философская категория, выражающая такую сторону объекта (явления, процесса), которая обусловливает его различие или общность с другими объектами (явлениями, процессами) и обнаруживается в его отношениях к ним.

Свойство – это качественная категория. Для количественного описания различных свойств процессов и физических тел вводится понятие величины.

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 в основном относятся к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий.

Реальные величины делятся, в свою очередь, на физические и нефизические.

К нефизическим относятся величины, присущие общественным (нефизическим) наукам – философии, социологии, экономике и т.д. Нефизические величины, для которых единица измерения в принципе не может быть введена, могут быть только оценены. Но оценивание нефизических величин не входит в задачи теоретической метрологии.

Физическая величина – одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Например, свойство “прочность” в качественном отношении характеризует такие материалы, как металл, дерево, стекло и т.д.; в то время как степень (количественное значение) прочности – величина для каждого из них разная.

Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин.

В 1960 г. XI Международная конференция по мерам и весам приняла Международную систему единиц физических величин, получившую у нас в стране сокращённое название СИ (от начальных букв System Internationale d’Unites – Международная система единиц). В нашей стране Международная система мер является обязательной с 1 января 1980 г.

Физические величины принято делить на основные и производные.

Основные физические величины не зависимы друг от друга, но они могут служить основой для установления связей с другими физическими величинами, которые называют производными от них.

Например, в формуле Эйнштейна E = mc2 (m – масса, с – скорость света) масса – основная единица, которая может быть измерена взвешиванием; энергия (Е) – производная единица.

Основным величинам соответствуют основные единицы измерений, а производным – производные единицы измерений.

Таким образом, система единиц физических величин (система единиц) – совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами, положенными в основу данной системы физических величин.

Первой системой единиц считается метрическая система.

Основные и дополнительные единицы СИ

ВеличинаЕдиница измеренияСокращенное обозначение
РусскоеМеждународное
Основные
Длинаметрмm
Массакилограммкгkg
Времясекундасs
Сила электрического токаамперАA
Термодинамическая температуракельвинКK
Сила светаканделлакдcd
Количество веществамольмольmol
Дополнительные
Плоский уголрадианрадrad
Телесный уголстерадиансрcr

Метр – длина пути, которую проходит свет в вакууме за 1 / 299 792 458 долю секунды. Килограмм – масса, равная массе международного прототипа килограмма (платиновая цилиндрическая гиря, высота и диаметр которой равны по 39 мм).

Секунда – продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей.

Ампер – сила не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 2×10–7 Н на каждый метр длины. Кельвин – 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.

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

Кандела – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540×1012 Гц.

Производные единицы Международной системы единиц образуются с помощью простейших уравнений между величинами, в которых числовые коэффициенты равны единице.

Например, для линейной скорости в качестве определяющего уравнения можно воспользоваться выражением для скорости равномерного прямолинейного движения v = l / t.

Тогда при длине пройденного пути l (в метрах) и времени t (в секундах) скорость выражается в метрах в секунду (м/с).

Поэтому единица скорости СИ – метр в секунду – это скорость прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой она за время 1 с перемещается на расстояние 1 м.

Кратные и дольные единицы СИ

Различают кратные и дольные единицы физической величины.

Кратная единица – единица физической величины, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы.

Дольная единица – единица физической величины, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы.

Наиболее прогрессивным способом образования кратных и дольных единиц является принятая в метрической системе мер десятичная кратность между большими и меньшими единицами. В соответствии с резолюцией XI Генеральной конференции по мерам и весам десятичные кратные и дольные единицы от единиц СИ образуются путём присоединения приставок.

Источник: http://elearn.oknemuan.ru/?id=235&mod=0&p=22

1 Физические величины и шкалы измерений

Определение физической величины

Метрология- наука обизмерениях, методах и средствахобеспечения их единства и требуемойточности.

Всемивопросами метрологии в России занимаетсяФедеральное агентство по техническомурегулированию и метрологии. Координируетдеятельность метрологических организацийразличных стран Международное бюро мери весов (МБМВ). Оно организовываетпериодическое сличение национальныхэталонов длины, массы, электрическогосопротивления и ряда других, а такжеведет координацию всемирного времени(с 1986 г.).

1.1 Определение и виды физических величин

Физическаявеличина (ФВ) – свойствокакого-либо объекта (явления, процесса),которое является общим в качественномотношении для многих физических объектов,но при этом отличается своим количественнымзначением. Например, все тела обладаютмассой и температурой, но для каждогоиз них количественная оценка массы итемпературы будет различной.

Напрактике достаточно часто стоит задачаопределения значения физическойвеличины.

Значениефизической величины– это оценка физической величины в виденекоторого числа принятых для нееединиц. Мы говорим, что величина Qизмерена,если известно, сколько раз вQсодержится некоторая единица. Это иесть числовое значение qвеличины Q. Если обозначить через Qединицу величины Q,то можно будет записать:

q= Q/[Q]

Это же соотношениеможно также задать в виде

Q= q[Q (1)

Указаниезначения величины Qвлечет за собой и необходимость указаниясоответствующей единицы.

Единицафизической величиныQ -это величина фиксированного размера,применяемая для количественноговыражения однородных величин. Какправило, ей присваивается числовоезначение, равное единице.

Физическиевеличины принято делить на основныеи производные.

Основныевеличины не зависимы друг от друга, нослужат основой при установлении связейс другими физическими величинами,которые называют производными.

Совокупностьосновных и производных единиц называетсясистемойединиц физических величин.

ВМеждународной системе единиц СИ, вкачестве основных единиц приняты:

Физическая величина

Международная система единиц СИ

Длина

метр

Масса

килограмм

Время

секунда

Сила электрического тока

ампмер

Термодинамическая температура

кельвин

Количество вещества

моль

Сила света

кандела

К производнымединицам физических величин относятся:

-площадь (м2);

-объем (м3);

– скорость (м/с);

-ускорение (м/с2)и т.п.

1.2 Правила образования производных единиц в системе си

При построениипроизводных единиц пользуются двумяуравнениями. Первое уравнение имеетвид

,

гдеХ12,…, Хm– величины, связанные с измеряемойвеличиной Хнекоторой зависимостью.

Например:

-сила – F= ma;

-площадь S= lh.

Второеуравнение имеет вид ,

гдеq– числовое значение;

–единицафизической величины.

Второйвид уравнения используется дляустановления единиц измерений

1.3 Измерение

Выражение(1) является основнымуравнением измерения.Из неговытекает определение измерения.

Измерение– это нахождениезначения физической величины опытнымпутем с помощью специальных техническихсредств, хранящих единицу величины,позволяющих сопоставить измеряемуювеличину с ее единицей и получить искомоезначение величины.

Истинноезначение физической величины– это значение физической величины,которое идеальным образом отражало быв качественном и количественномотношениях соответствующее свойствообъекта.

Определить экспериментальноего невозможно вследствие неизбежныхпогрешностей измерения.

Вместо истинногозначения при эксперименте получаютдействительное значение физическойвеличины, степень приближения которогок первому зависит от цели экспериментаи выбранной точности измерительногосредства.

Действительноезначение физической величины– это значение физической величины,найденное измерением и настолькоприближающееся к истинному значению,что для данной цели может быть использовановместо него. Для действительного значенияфизической величины всегда можно указатьграницы более или менее узкой зоны, впределах которой с заданной вероятностьюнаходится истинное значение физическойвеличины.

Сизмерением связаны такие понятия, как«шкала измерений», «виды измерений»,«методы измерений», «погрешностиизмерений».

Источник: https://StudFiles.net/preview/595266/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.