Единицы физических величин. Система единиц СИ

Физические величины

ТЕМА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ЕДИНИЦЫ

Традиционным объектом метрологии является 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.

Физические величины разделяют:

1) основные – физические величины, входящие в систему величин и условно принятые в качестве независи­мых от других величин этой системы (пример – масса m);

2) производные – физические величины, входящие в систему величин и определяемые через основные величины этой системы (пример – сила F = m·a).

К основным величинам относятся: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, количество вещества, сила света. К производным – такие, как сила, частота и т.д.

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

Совокупность основных и производных еди­ниц физических величин, образованная в соот­ветствии с принципами для заданной системы физических величин называется системой единиц физических величин.

Единица физической величины, входящая в принятую систему единиц, называется системной.

В РФ используется международная система единиц СИ, устанавливаемая ГОСТ 8.417 – 2002 «ГСИ. Единицы величин».

Единицы, входящие в систему, делятся на основные (единица основной физической величины в данной системе) и производные (единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными).

Производные единицы бывают когерентными – производная единица физической величины, связанная с другими единицами системы единиц уравнением, в котором числовой коэффициент равен 1. Пример: единица «ньютон» является когерентной единицам «метр, килограмм, секунда»: 1 Н = м·кг·с^-2.

Таблица 2.1 – Основные единицы системы СИ

Величина	Единица
наименование	рекомендуе-мое обозна-чение	наименование	обозначение
Длина	l	метр	м
Масса	m	килограмм	кг
Время	t	секунда	с
Сила электрического тока	I	ампер	А
Термодинамическая температура	T	кельвин	К
Количество вещества	n, ν	моль	моль
Сила света	J	кандела	кд

Таблица 2.2 – Пример производных единиц системы СИ

Величина	Единица
наименование	обозна-чение	выражение через основные единицы
Плоский угол	радиан	рад	м·м^-1 = 1
Телесный угол	стерадиан	ср	м^2·м^-2 = 1
Частота	герц	Гц	с^-1
Сила	ньютон	Н	м·кг·с^-2
Давление	паскаль	Па	м^-1·кг·с^-2
Энергия, работа, количество теплоты	джоуль	Дж	м^2·кг·с^-2
Мощность	ватт	Вт	м^2·кг·с^-3
Электрическое напряжение, электрический потенциал, разность электрических потенциалов, ЭДС	вольт	В	м^2·кг·с^-3·А^-1
Электрическая емкость	фарад	Ф	м^-2·кг^-1·с^4·А^2
Электрическое сопротивление	ом	Ом	м^2·кг·с^-3·А^-2

ГОСТ 8.417 устанавливает разрешенные к применению наравне с единицами СИ единицы других систем и внесистемные единицы – единица физической величины, не входящая в принятую систему единиц (таблица 2.3).

Таблица 2.3 – Пример внесистемных единиц, допускаемых к применению наравне с единицами системы СИ

Величина	Единица
наименование	обозна-чение	выражение через единицы СИ
Масса	тонна	т	1·10^-3 кг
Объем, вместимость	литр	л	1·10^-3 м3
Энергия	киловатт-час	кВт·ч	3,6·10^6 Дж
Сила	дина	дин	1·10^-5 Н
килограмм-сила	кгс	9,80665 Н
Мощность	лошадиная сила	л.с.	735,499 Вт
Давление	бар	бар	1·10^5 Па

Также стандарт устанавливает кратные (единица физической величины, в целое число раз большая системной и внесистемной единицы) и дольные (единица физической величины, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы) (таблица 2.4).

Таблица 2.4 – Множители и приставки, используемые для образования наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц

Множитель	Приставка	Обозначение приставки	Множитель	Приставка	Обозначение приставки
	экса	Э		деци	д
	пета	П		санти	с
	тера	Т		милли	м
	гига	Г		микро	мк
	мега	М		нано	н
	кило	к		пико	п
	гекто	г		фемто	ф
	дека	да		атто	а

Например, системная единица «метр» (м); кратная ей – «километр» (км), дольная – миллиметр «мм» (мм).

ТЕМА 3. ИЗМЕРЕНИЯ

3.1 Классификация измерений

Измерение физической величины – совокупность операций по применению тех­нического средства, хранящего единицу физичес­кой величины, обеспечивающих нахождение со­отношения (в явном или неявном виде) измеряе­мой величины с ее единицей и получение значе­ния этой величины.

Измерения классифицируются по ряду признаков.

Признак 1. По общим приемам получения результатов измерений:

1) прямые – измерения, при которых искомое значение физичес­кой величины получают непосредственно. Примерами прямых измерений являются: измере­ния длины линейкой, т. е. путем сравнения искомой величины с мерой – линейкой и др.;

2) косвенные – измерения, при которых искомое значение величи­ны определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функциональ­но связанных с искомой величиной. Например, мощность электрической цепи пос­тоянного тока в соответствии с формулой P = I·U можно определить, проведя прямые измерения силы тока и напряжения;

3) совокупные – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Пример: значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь;

4) совместные – проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними.

Признак 2. По отношению к изменению измеряемой величины:

1) статические – измерения физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения. Пример: измерение длины детали при нормальной температуре;

2) динамические – измерения изменяющейся по размеру физической величины.

Признак 3. По числу измерений:

1) однократные – измерения, выполненные один раз;

2) многократные – измерения физической величины одного и того же размера, результат которых получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. состоящие из ряда однократных измерений.

Признак 4. По способу выражения результатов измерений:

1) абсолютные – измерения, основанные на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Пример: измерение силы F = mg основано на измерении основной величины - массы m и использова­нии физической постоянной g (в точке измерения массы);

2) относительные – измерения отношения величины к одноимен­ной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. Пример: измерение плотности жидкости ареометром;

Признак 5. По характеристике точности:

1) равноточные – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинако­вой тщательностью;

2) неравноточные – ряд измерений какой-либо величины, вы­полненных различающимися по точности средства­ми измерений и (или) в разных условиях.

Дата добавления: 2014-01-06