4.2 Определение наиболее распространенных шкал

Шкалы времени. Время, как физическая величина, относится к шкале интервалов. Система измерения интервалов времени полностью задается основной единицей – секундой. Для фиксации событий во времени выбирается условный нуль – начало отсчета шкалы. В настоящее время параллельно действуют следующие шкалы времени:

1. Шкала атомного времени, воспроизводимая эталоном времени и частоты.

2. Астрономическая шкала. Ведется по астрономическим наблюдениям. Более неравномерная, чем атомная, в силу неравномерности вращения Земли.

3. Атомная координированная, периодически синхронизируемая с астрономической с тем, чтобы разница между этими шкалами не превышала 0,9 с. Передаваемые по радио сигналы точного времени относятся к этой шкале.

К шкалам измерения времени можно отнести календари, определяющие порядок отсчета дней в году. Построение календарей осложняется тем, что в году содержится дробное число суток – 365,2422. в существующем грегорианском календаре ошибка в одни сутки накапливается за 3280 лет. Единый всемирный календарь еще предстоит установить.

Шкалы температуры. Единица измерения температуры – кельвин – определяет шкалу отношений, имеющую физически определенный нуль. На практике используется международная практическая температурная шкала МТШ – 90, введенная решением международных метрологических организаций, опирающаяся на изученные реперные температурные точки.

Применяются также температурные шкалы интервалов Цельсия, Реомюра и Фаренгейта.

Шкала световых величин. Строится на базе использования условной световой единицы – канделлы. Применяется для оптических излучений с любым спектральным распределением.

Шкала цвета. Цветовые (колориметрические) измерения используют шкалу наименований в виде стандартного атласа цветов, содержащего 1000 цветовых образцов. Для решения частных задач могут использоваться частные цветовые шкалы в виде ограниченной выборки из атласа.

Существуют и инструментальные методы измерения цвета при помощи спектрорадиометров или трехканальных колориметров.

Шкалы твердости. Имеются несколько шкал порядка для измерения твердости различных тел (минералов, металлов, пластмасс и т.д.). Под твердостью понимают сопротивление внедрению в его поверхность другого, более твердого тела определенной формы и размера. Таким образом, шкалы твердости опираются на стандартные методики. Примерами таких шкал являются шкала Бринелля для металлов, шкала Виккерса для металлов, шкала Роквелла для пластмасс и т.д.

Акустические шкалы. Шкалы определения громкости звуков опираются на стандартные кривые равной громкости (изофоны) и кривую нормального порога слышимости чистых тонов. Шкала уровней может задаваться в фонах (нормальных) и децибелах (логарифмических единицах). Стандизованных логарифмических шкал громкости существует четыре: А, В, С и Д. А – для малых уровней громкости, Д – для самых больших (двигатели самолета). К обозначению единицы измерения – дб – добавляют символ шкалы, например, 10 дб (А).

В медицинской практике используется своя, аудиометрическая шкала громкости звуков.

Шкалы измерения ионизирующих излучений реализуются на базе стандартных и рекомендуемых ядерных констант. Единица биологического действия ионизирующего излучения определена экспериментально для различных видов и энергий излучения.

Шкалы землетрясений. Силу землетрясения измеряют в шкалах порядка путем оценки по бальной системе. Наиболее распространена 12-бальная шкала, основанная на результатах многолетних наблюдений.

Шкалы силы ветра относятся к шкалам порядка. Одна из них – шкала Бофорта содержит 12 баллов силы от штиля до урагана.

Шкала рН водных растворов. Водородный показатель – рН – десятичный логарифм концентрации ионов водорода в растворе, взятый с обратным знаком: рН = - lgC_н, где С_н выражено в грамм-ионах на литр. При температуре 22⁰С водородный показатель чистой воды и других нейтральных растворов равен 7. При рН < 7 раствор обладает кислотной реакцией, при рН > 7 – щелочной. Для реализации шкалы измерения существуют международно рекомендованные государственный эталон и методика поверки.

4.3 Международная система единиц физических величин

Системой единиц физических величин называется совокупность основных (выбранных независимо друг от друга) и производных единиц, образованная в соответствии с принятыми принципами. Исторически существовало несколько систем единиц, но мировая экономика требовала унификации единиц измерения.

Международная система единиц физических величин (СИ) принята в 1960 году Генеральной конференцией по мерам и весам. В этой системе было определено шесть основных единиц для их использования в международных отношениях: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин и канделла. В последующие годы были приняты некоторые изменения и уточнения, в результате чего основных единиц в системе стало семь и появились дополнительные единицы: плоский и телесный угол. Международная система СИ считается наиболее совершенной и универсальной по сравнению с предшествовавшими ей. Система СИ в большинстве стран, в том числе в Украине, введена в соответствующие метрологические стандарты и обязательна для применения. Вместе с тем применяются и внесистемные единицы, например, литр, тонна, гектар, сутки и др.

ГКМВ разработала следующие определения основных единиц СИ:

• Метр равен длине пути, проходимого в вакууме светом за 1/299792458 долю секунды;

• Килограмм равен массе международного прототипа килограмма;

• Секунда равна 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя уровнями состояния атома цезия – 133;

• Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды;

• Ампер равен силе постоянного тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2·10^-7 Н;

• Канделла равна силе света источника монохроматического излучения частотой 540·10¹² Гц, энергетическая сила света которого в направлении излучения составляет 1/683 Вт/ср.

• Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода 12 массой 0,012 кг.

Толкование единиц измерения уточняется по мере развития науки.

Основные единицы СИ рекомендованные к применению представлены в табл.4.1.

Единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ, приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.1 – Единицы СИ

Величина	Единица			Размерность
	Наименование	Обозначение
		Русское	Международное
1	2	3	4	5
Механические величины.
Плотность	килограмм на кубический метр	кг/м3	kg/m3	кг/м3
Сила	ньютон	Н	N	кг∙м∙с2
Давление	паскаль	Па	Pa	Н м2
Основные единицы
Длина, L	метр	м	m
Масса, М	килограмм	кг	kg
Время, t	секунда	с	s
Электрический ток, i	ампер	А	A
Температура, θ	кельвин	К	K
Количество вещества, N	моль	моль	mol
Сила света, Iv	кандела	кд	kd
Дополнительные единицы
Плоский угол	радиан	рад	rad
Телесный угол	стерадиан	ср	sr
Производные единицы
Количество электричества,Q	кулон	Кл	C	с А
Электрическое напряжение,U, E	вольт	В	V	м2кг с-3 А-1
Электрическое сопротивление, R, X, Z	ом	Ом	Ω	м2 кг с-2 А2

Таблица 4.1(продолжение)

1	2	3	4	5
Электрическая проводимость, G, B, Z	сименс	См	S	м2кг-1с3А2
Электрическая емкость, С	фарада	Ф	F	м-2кг-1с4А2
Индуктивность,L	генри	Гн	H	м2кг с-2 А-1
Магнитный поток, Ф	вебер	Вб	Wb	м2кг с-2 А-2
Магнитная индукция, В	тесла	Тл	T	кг с-2 А-1
Активная мощность, Р	ватт	Вт	W	м2 с-3кг
Реактивная мощность, Q	вар	вар	var	м2 с-3 кг
Полная мощность, S	вольт-ампер	ВА	VA	м2 с-3 кг
Электромагнит-ная энергия, работа	джоуль	Дж	J	м2 с-2 кг
Частота колебаний, F	герц	Гц	Hz	с-1
Напряженность магнитного поля, Н	ампер на метр	А/м	A/m	А м-1
Магнитная проницаемость, μ	генри на метр	Гн/м	H/m	м кг с-2 А-2
Диэлектрическая проницаемость, ε	фарада на метр	Ф/м	F/m	м-3 кг-1с4А2
Оптические единицы
Световой поток	люмен	лм	lm	кд ср
Освещенность	люкс	лк	lx	м2 кд ср