Основные определения. Физические величины и их единицы

Физические величины и их единицы

МЕТРОЛОГИЯ

Как отмечалось ранее, под измерениями понимают способ количественного познания свойств физических объектов. Согласно МИ 2247 – 93 измерение – совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить и получить искомое значение величины. Это значение называют результатом измерений. Человек в процессе познания физических объектов выделяет некоторое ограниченное количество свойств, общих в качественном отношении для ряда объектов, но индивидуальных для каждого из них в количественном отношении. Такие свойства получили название физических величин.

Таким образом, физической величиной называется одно из свойств физического объекта (явления, процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Количественное содержание этого свойства в объекте является размером физической величины, а числовую оценку ее размера называют значением физической величины. Физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице, называют единицей физической величины.

В Российской Федерации действует ГОСТ 8.417-82 «ГСИ. Единицы физических величин», согласно которому в нашей стране введена к обязательному применению Международная система единиц СИ (SI). Представление результатов измерений в узаконенных единицах является первым условием обеспечения единства измерений.

Несмотря на принятую всеми Международную систему единиц как обязательную или рекомендуемую существует большое количество внесистемных единиц физических величин. Например, на автодорогах США и Канады знаки ограничения скорости указывают не в км/час, а в милях в час. На всех морских судах скорость движения измеряется в узлах (1 узел равен 1 морской миле в час). При этом необходимо знать, что в первом случае применяется сухопутная миля, равная примерно 1609 м, а во втором – морская миля, равная 1852 м.

Физическую величину характеризует ее истинное значение, которое идеальным образом отражает в количественном и качественном отношениях соответствующее свойство объекта. Действительным называют значение физической величины, найденное экспериментально и настолько приближающаяся к истинному значению, что для данной цели оно может быть использовано вместо него.

Результат измерения практически всегда отличается от истинного значения физической величины. Это отличие объясняется несовершенством средств измерения, несовершенством способов их использования, влиянием внешних условий, участием человека с ограниченными возможностями и т.д.

Отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины называется погрешностью измерения:

= X – X_И(X_Д),

где X– измеренное значение, X_И – истинное значение,

X_Д – действительное значение.

Совокупность величин, связанных между собой зависимостями, образуют систему физических величин. Существующие зависимости между физическими величинами представляют рядом независимых уравнений, причем число уравнений m всегда меньше числа величины n. Поэтому m величины данной системы определяют через другие величины, а n-m величин – независимо от других. Последние величины называют основными физическими величинами, а остальные – производными физическими величинами. В качестве основных выбирают такие, которые можно воспроизвести и измерить с наибольшей точностью. В области электротехники основными приняты длина L, масса М, время T и сила электрического тока I.

Зависимость каждой производной величины от основных изображается размерностью. Размерность величины представляет собой произведение обозначений основных величин, возведенных в соответствующие степени, и является ее качественной характеристикой. Размерности величин определяют на основе соответствующих уравнений физики.

Пример. Определяющее уравнение силы F

F = m,

где m – масса тела, – ускорение.

Размерность силы

[F] = [m]^.[] = LMT ^-2.

Измерение физической величины производится путем ее сравнения в ходе физического эксперимента с величиной, принятой за единицу физической величины. Если имеется некоторая величина X, принятая для нее единица измерения равна [X], то значение физической величины

X = q[X],

где q – числовое значение величины X.

Это уравнение называется основным уравнением измерений, показывающим, что числовое значение величины зависит от размера принятой единицы измерения. Например, за единицу измерения напряжения электрического тока принят 1В. Тогда значение напряжения электрической сети U=q[U]=220[1B]=220B. Здесь числовое значение q=220. Но если за единицу напряжения принять [1кВ], то U=q[U]=0,22[1кВ]=0,22кВ, т.е. числовое значение q=0,22.

В связи с тем, что физические величины бывают основными и производными, соответствующие им единицы измерения также разделяются на основные и производные.

Дата добавления: 2014-01-07