37

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова

Институт строительного материаловедения

Кафедра технологии цемента и композиционных материалов

Утверждено

научно-методическим советом университета

Методические указания к выполнению

лабораторных работ по дисциплине

«Метрология, стандартизация и сертификация»

для студентов специальности

240304 Технология цемента

Белгород 2011

УДК 389:69.

ББК 30.107

М54

Составители Шахова Л.Д., д-р. техн. наук, проф., Чернышева Е.В., канд. техн. наук, доц.,

Поспелова Е.А. канд. техн. наук, доц.

Рецензент Митякина Н.А. канд. техн. наук, доц.

М54 Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»

Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2011. с.

Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой дисциплины и содержат указания к выполнению лабораторных работ. Предназначены для студентов специальности 270014 и 270105

УДК 389:68

ББК 30.10я7

 Белгородский государственный

технологический университет

им. В.Г. Шухова

(БГТУ им. В.Г. Шухова ), 2011г

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРНОСТЕЙ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН,

ПЕРЕСЧЕТ ВНЕСИСТЕМНЫХ ВЕЛИЧИН

В МЕЖДУНАРОДНУЮ СИСТЕМУ ЕДИНИЦ

Теоретические сведения о системе физических величин и их единиц

В науке, технике и повседневной жизни человек имеет дело с разнообразными свойствами окружающих нас физических объек­тов. Эти свойства отражают процессы взаимодействия объектов между собой. Их описание производится посредством физических величин. Для того чтобы можно было установить для каждого объек­та различия в количественном содержании свойства, отображае­мого физической величиной, в метрологии введены понятия ее размера и значения.

Физическая величина (далее - ФВ) – это характеристика одного из свойств физического объекта (явления или процесса), общая в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта. Индивидуальность в количественном отношении понимают в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для другого. Таким образом, физические величины – это измеренные свойства физических объектов и процессов, с помощью которых они могут быть изучены.

Размер физической величины — это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «физи­ческая величина». Например, каждое тело обладает определенной массой, вследствие чего тела можно различать по их массе, т. е. по размеру интересующей нас ФВ.

Значение физической величины получают в результате ее изме­рения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения

Q=q · [Q] (1.1)

где Q – значение величины;

q- числовое значение измеряемой величины в принятой единице;

[Q]- выбранная для измерения единица.

Суть простого измерения состоит в сравнении ФВ Q с размерами выходной величины регулируемой многозначной меры q [Q].

В результате сравнения устанавливают, что измеряемая величина находится в пределах

q[Q]< Q<( q+1) [Q] (1.2)

В зависимости от размера единицы будет меняться числовое значе­ние ФВ, тогда как размер ее будет оставаться неизменным.

Множество ФВ представляют собой некоторую систему, в которой отдельные величины связаны между собой системой уравнений.

Система физических величин – это совокупность взаимосвязанных физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины приняты за независимые, а другие являются функциями независимых величин.

Основная ФВ – это физическая величина, входящая в систему единиц и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

Производная единица системы единиц – единица производной ФВ системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами.

Для каждой ФВ должна быть установлена единица измерения.

Единица ФВ – ФВ фиксированного размера, которой условно присвоено значение, равное единице, и применяемая для количественного выражения однородных ФВ.

Размер единиц ФВ устанавливается законодательно путем зак­репления определения метрологическими органами государства.

Важной характеристикой ФВ является ее размерность ФВ - выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных физических величин в различных степенях и отражающее связь данной величины с основными ФВ.

Степени символов основных величин, входящих в одночлен, могут быть целыми, дробными, положительными и отри­цательными вещественными числами. Показатель степени, в которую возведена размерность основной величины, называют показате­лем размерности. Если все показатели размерности равны нулю, то такую величину называют безразмерной.

Размерность величин обозначается знаком dim.

Размерность ФВ является более общей характеристикой, чем представляющее ее уравнение связи, поскольку одна и та же раз­мерность может быть присуща величинам, имеющим разную ка­чественную природу и различающимся по форме определяющего уравнения. Например, работа силы F на расстоянии l описывает­ся уравнением A = F·l. Кинетическая энергия тела массой т, движущегося со скоростью v, равна E_k = mV² / 2 . Размерности этих качественно различных величин одинаковы.

Над размерностями можно производить действия умножения, деления, возведения в степень и извлечение корня. Понятие раз­мерности широко используется:

• для перевода единиц из одной системы в другую;

• для проверки правильности сложных расчетных формул, по­лученных в результате теоретического вывода;

• при выяснении зависимости между величинами;

• в теории физического подобия.

Описание свойства, характеризуемого данной ФВ, осуществ­ляется на языке других, ранее определенных величин. Эта воз­можность обусловливается наличием объективно существующих взаимосвязей между свойствами объектов, которые, будучи пере­веденными на язык величин, становятся моделями, образующи­ми в совокупности систему уравнений, описывающих данный раздел физики. Различают два типа таких уравнений:

1. Уравнения связи между величинами — уравнения, отражающие законы природы, в которых под буквенными символами по­нимаются ФВ. Они могут быть записаны в виде, не зависящем от набора единиц измерений входящих в них ФВ:

Q=KX^aY^bZ^d (1.3)

Коэффициент К не зависит от выбора единиц измерений, он определяет связь между величинами. Например, площадь треуголь­ника S равна половине произведения основания L на высоту h: S=0,5 ·L·h.

Коэффициент К= 0,5 появился в связи с выбором не единиц измерений, а формы самих фигур.

Т а б л и ц а 1.1 - Основные и дополнительные единицы

физических величин системы СИ

Величина		Единица
наименование	размерность	наименование		обозначение
				русское		международное
Длина	L	Метр		м		M
Масса	M	Килограмм		кг		Kg
Время	T	Секунда		с		s
Сила электрического тока	I	Ампер		А		A
Термодинамическая температура	Θ	Кельвин		К		K
Сила света	J	Кандела		кд		cd
Количество вещества	N	моль		моль		mol
Дополнительные единицы СИ
Плоский угол	-		Радиан		рад		rad
Телесный угол	-		стерадиан		ср		sr

Т а б л и ц а 1.2 - Производные единицы системы СИ,

имеющие специальное название

Величина		Единица
Наименование	Размерность	Наиме­нование	Обозначение	Выражение через единицы СИ
Частота	Т-1	герц	Гц	с-1
Сила,вес	LMT-2	ньютон	Н	м-1 кг с-2
Давление, механическое на­пряжение	L-1MT-2	паскаль	Па	м-1 кг с-2
Энергия, работа, количество теплоты	L2MT-2	джоуль	Дж	м2 кг с- 2
Мощность	L2MT-3	ватт	Вт	м2 кг с-3
Количество электричества	TI	кулон	Кл	с А
Электрическое напряжение, потенциал, электродвижу­щая сила	L-2M-1T4I2	вольт	В	м-2кг-1 с4А2
Электрическая емкость	L-2M-1T-4I2	фарад	Ф	м2кг-1с-4А2
Электрическое сопротивле­ние	L2MT-3I-2	ом	Ом	м2кг с-3А-2
Электрическая проводимость	L-2M-1T3I2	сименс	См	м-2 кг-1с3А2
Поток магнитной индукции	L2MT-2I-1	вебер	Вб	м2 кг с-2 А-1
Магнитная индукция	MT-2I-1	тесла	Тл	кг с-2 А-1
Индуктивность	L2MT-2I-2	генри	Гн	м2 кг с-2А-2
Световой поток	J	люмен	лм	кд ср
Освещенность	L-2J	люкс	лк	м-2кд ср
Активность радионуклида	T-1	беккерель	Бк	с-1
Поглощенная доза ионизи­рующего излучения	L2T-2	грей	гр	м2 с-2
Эквивалентная доза излуче­ния	L2T-2	зиверт	Зв	м2 с-2