Измерение физических величин

Сущность измерений единиц физических величин

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. Величина не существует сама по себе, она выражает свойства объекта.

Размер физической величины — количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Значение физической величины — выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

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

При измерениях используют понятия истинного и действительного значения физической величины. Истинное значение физической величины — значение величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину. Истинное значение физической величины может быть соотнесено с понятием абсолютной истины. Его можно получить только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений. Действительное значение физической величины — это значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Измерение физических величин.

Измерение — 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. Измерение – познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной ФВ с известной ФВ, принятой за единицу измерения. ФВ подразделяются на измеряемые количественно, в виде определенного числа установленных единиц измерения, и оцениваемые, которым приписываются определенные числа по установленным правилам.

Единица ФВ [Q] - это ФВ фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице.

Значение ФВ Q - это оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Числовое значение ФВ q - отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице данной ФВ.

Уравнение Q=q[Q] называют основным уравнением измерений.

Единицы ФВ в системе СИ. Единцы, образующие какую-нибудь систему, называют системными единицами, а единицы, не входящие ни в одну из систем, — внесистемными. Из всех систем предпочтение отдается основным, построенным на единицах длины, массы, времени. Одними из таких систем для метрических единиц являются системы МКС (метр, килограмм, секунда) и СГС (сантиметр, грамм, секунда). Раньше широко использовались также системы механических, тепловых, электрических, магнитных, световых величин и др. Большое число внесистемных единиц, неудобства, возникшие на практике в связи с пересчетами при переходе от одной системы к другой, — все это вызвало необходимость создания единой универсальной системы единиц. В 1960 г. Генеральная конференция по мерам и весам утвердила Международную систему единиц — СИ (SI — Systeme International). Система СИ включает в себя систему единиц МКС (механические единицы) и систему МКСА (электрические единицы).

Основные единицы. Воснову СИ положены семь основных единиц:

– метр (м) - единица длины. Метр равен длине пути, которую проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды;

– килограмм (кг) - единица массы. Килограмм равен массе международного прототипа килограмма (цилиндр из платиноиридия размером 39x39 мм).

В 1899 г. было изготовлено 43 образца, Россия получила два из них: №12 (государственный эталон) и N26 (эталон-копия);

– секунда (с) — единица времени. Секунда равна 9192631770
периодам излучения, соответствующего переходу между двумя
сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей;

– ампер (А) — единица силы электрического тока. Ампер равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2∙ 10 ^-7 Н;

– кельвин (К) — единица термодинамической температуры. Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды; допускается также применение шкалы Цельсия;

– моль (моль) — единица количества вещества. Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов (атомов, молекул, электронов и др.), сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг;

– кандела (кд) — единица света. Кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 • 10 ¹² Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Производные единицы. Кроме основных физических единиц, в систему СИ входят производные единицы, которые определяются с использованием физических законов и зависимостей через основные физические величины или через основные и уже определенные производные. К ним относятся единицы пространства и времени, механических, электрических и магнитных величин, тепловых, световых и акустических величин, величин ионизирующих излучений.

Внесистемные единицы. Внесистемные единицы ─ единицы физических величин, не входящие в принятую систему единиц. Внесистемные единицы (по отношению к единицам СИ) делят на четыре группы: 1 — допускаемые наравне с единицами СИ; 2 — допускаемые к применению в специальных областях; 3 — временно допускаемые; 4 — устаревшие (не допускаемые).