Физические величины и их единицы

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В ОБЛАСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

В рамках законодательной метрологии для всех объектов измерений установлено единое обобщенное понятие – физическая величина, под которой понимается свойство, общее в качественном отношении для многих физических объектов (физические системы, их состояния и происходящие в них процессы), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.

В соответствии с этим определением в каждой физической величине могут быть выделены две стороны – качественная и количественная. Если первая из них определяет "вид" величины (например, температура, масса и т.д.), то вторая – ее "размер".

Размер физической величины – это ее количественная определен­ность, присущая конкретному предмету, системе, явлению или про­цессу. Благодаря индивидуальности размеров физической величины для конкретных физических объектов возникает принципиальная возможность различать эти объекты и сравнивать их между собой (по массе, длине, температуре и другим свойствам).

В зависимости от того, меняется ли размер физической величины в процессе ее измерения, различают переменные и постоянные величины.

Различают также истинное и действительное значения физической величины. Первое представляет собой значение, идеальным образом отражающее в качественном и количественном отношениях соответствующие свойства объекта, а второе – значение, найденное экспериментально и достаточно (с точки зрения поставленной измерительной задачи) близкое к истинному значению, хотя и отличающееся от него.

Физическую величину, которую в рамках соответствующей измерительной задачи надлежит измерить, называют измеряемой физической величиной. Если же физическая величина не измеряется, но оказывает влияние на средство и объект измерений, искажая их результат, то такая физическая величина называется влияющей.

Для характеристики частных особенностей измеряемой физической величины используют понятие физический параметр. Например, амплитуда и частота являются параметрами напряжения переменного тока. В зависимости от конкретной измерительной задачи тот или иной физический параметр может измеряться, и тогда его называют измеряемым параметром, либо не измеряться (неизмеряемый параметр).

Бесконечному разнообразию свойств окружающего нас мира соответствует бесконечное множество физических величин. Однако для описания важнейших свойств и явлений в определенной области науки можно ограничиться минимально необходимым числом физических величин, называемых основными. Например, для механики основными физическими величинами являются длина, время и масса. Через основные величины, используя соответствующие уравнения связи, можно получить ряд производных физических величин. Примером таких величин может служить скорость равномерного прямолинейного движения, определяемая как частное от деления длины пройденного пути на время движения.

Важной качественной характеристикой физической величины является ее размерность, дающая представление о виде величины, ее природе и соотношении с другими физическими величинами.

Размерность физической величины представляет собой произведение обобщенных символов основных величин, возведенных в различные степени. Определение размерностей осуществляют на основе соответствующих физических уравнений. Так, например, размерность (dim – от латинского dimension) скорости V прямолинейного равномерного движения определяется как путь L, деленный на время Т, или dimV=LT ^–1.

Часть физических величин являются относительными и потому безразмерными. Например, коэффициент полезного действия, относительная диэлектрическая проницаемость и другие.

Значение физической величины представляет собой оценку физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, условно принятая для сравнения с ней однородных величин, ей по определению присваивается числовое значение, равное единице. Например, 1 м – единица длины, 1 Па – единица давления.

Следует понимать, что единицы физических величин – это лишь специально созданный вспомогательный аппарат, используемый для изучения объектов действительности, сами же они таковыми объектами не являются.

Как и физические величины, их единицы делятся на основные и производные. Совокупность указанных единиц, выбранная в соответствии с определенными принципами, образует систему единиц.

Основная единица – это единица величины, выбранная произвольно при построении системы единиц и условно принимаемая независимой от других единиц этой системы.

Производная единица – единица производной физической величины, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или же с основными и имеющимися производными или дополнительными единицами.

Если производная единица связана с другими единицами системы уравнением, в котором числовой коэффициент равен 1, то такая единица физической величины называется когерентной.

Принципы построения системы единиц как совокупности основ­ных и производных были впервые обоснованы в 1832 г. К. Гауссом. В предложенной им системе за основу были приняты три произвольные, независимые основные единицы длины (миллиметр), массы (миллиграмм) и времени (секунда). Из этих трех определялись все остальные (производные единицы). Проблема унификации единиц и их систем была окончательно решена только в 1960 г., когда Одиннадцатая Генеральная конференция по мерам и весам утвердила Международную систему единиц СИ (System International d'Unites – SI). Эту систему отличают универсальность, унифицированность по отношению ко всем областям измерений, удобные для практики размеры единиц, возможность воспроизведения основных единиц с большой точностью, когерентность производных единиц. Вот почему в настоящее время ее применение стало практически повсеместным.

Единицы физических величин, не входящие ни в одну из принятых систем единиц, называются внесистемными. По отношению к единицам СИ эти единицы подразделяют следующим образом:

• допускаемые к применению во всех областях без ограничения срока (например, тонна – единица массы);

• допускаемые к применению в специальных областях без ограничения срока (например, парсек в астрономии);

• временно допускаемые к применению (например, карат в качестве единицы массы);

• подлежащие изъятию из употребления (например, единица длины – ангстрем, единица магнитного потока – максвелл и др.).

Дата добавления: 2014-12-24