
- •Часть 1. Теоретические основы
- •Метрология-наука о измерениях
- •1.1.Общие сведения о метрологии и измерениях
- •1.2 Метрология, ее разделы и функции
- •Д.И. Менделеев
- •2. Физические величины и измерения
- •2.1. Физические величины, их характеристики и классификации
- •2.2 Единицы физических величин и системы физических величин
- •Что может случиться за 1 секунду?
- •Системные единицы физических величин -единицы физических величин, входящие в принятую систему единиц.
- •1 Квадратный километр 1000 квадратным метрам!
Что может случиться за 1 секунду?
свет пробегает 299 792 458 м в вакууме (см. Скорость света);
на сетчатку глаза падает 550 трлн световых волн зелёного цвета;
Земля проходит по орбите вокруг Солнца 29 785,9 м
кристаллы, на которых работают кварцевые часы, колеблются 32 768 раз;
Ампер равен силе не изменяющегося тока, который при прохождении по двум прямолинейным параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2· 10-7 Н
Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды
Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-2 массой 0,012 кг
Кандела равна силе света в заданном направлении от источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.
Наряду с основными величинами были введены две дополнительные:
-радиан (для измерения плоского угла); Рад (rad)
-стерадиан (для измерения телесного угла) Ср (Sr)
С 1995 г. с целью упрощения системы эти единицы были переведены в категорию безразмерных производных единиц.
Единица плоского угла - радиан (рад) - угол между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу. В градусном исчислении радиан равен 57°17'48".
Стерадиан (ср), принимаемый за единицу телесного угла, - телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, по длине равной радиусу сферы.
Дополнительные
единицы СИ использованы для образования
единиц угловой скорости, углового
ускорения и некоторых других величин.
Сами по себе радиан и стерадиан применяются
в основном для теоретических построений
и расчетов, так как большинство важных
для практи-ки значений углов (полный
угол, прямой угол и т.д.) в радианах
выражаются трансцендентными числами
(
,
и
т.д.).
Относительные и логарифмические единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ, и их определение
Наименование относительных и логарифмических единиц |
Обозначение |
Определение |
|
международное |
русское |
||
Относительные единицы |
|||
Единица (число 1) |
— |
— |
1 |
Миллионная доля |
ppt |
млн-1 |
10-6 |
Промилле |
‰ |
‰ |
10-3 |
Процент |
% |
% |
10-2 |
Логарифмическая единица |
|||
Бел |
В |
Б |
Число N белов, соответствующее отношению двух энергетических величин P1 и P2 (к которым относятся мощность, энергия, плотность энергии и т.д.), выражается формулой N = lg (P1/P2), а для "силовых" величин F1 и F2 (напряжения, силы тока, давления, напряжённости поля и др.) N = 2lg (F1/F2). |
Размерность физической величины показывает, как единица измерения этой величины выражается через единицы, которые приняты за основные.
Или :
Размерность физической величины - выражение: - имеющее вид степенного одночлена, составленного из произведений символов(букв) основных физических величин в различных степенях; и отражающее связь конкретной физической величины с основными физическими величинами выбранной системы физических величин.
Поясняя п.3. «преимущества СИ»
Основным достоинством СИ является ее когерентность (согласованность), т.е. все производные единицы в ней получены с помощью определяющих формул (так называемых формул размерности):
(1)
Например, для единицы скорости она имеет следующий вид:
v = kLT-1;
где k — коэффициент пропорциональности, равный 1,
L — длина пути, Т — время.
Если вместо L и Т подставить наименования единиц измерения длины и времени в системе СИ, получим формулу размерности единицы скорости в этой системе:
v = м/с,
или
v = мс-1.
Итак,
Если единицы, входящие в соотношение размерностей, выбраны так, что никакого другого числового множителя, кроме 1, не требуется, единицы измерения называются согласованными (когерентными) по отношению к исходному уравнению для рассматриваемых величин.
Или:
В СИ коэффициенты пропорциональности в физических уравнениях, определяющих производные единицы, равны безразмерной единице.
Когерентная производная единица физической величины -производная единица физической величины, связанная с другими единицами системы единиц уравнением, в котором числовой коэффициент принят равным 1
Когерентная система единиц физических величин - система единиц физических величин, состоящая из основных единиц и когерентных производных единиц.
Примечание - Кратные и дольные единицы от системных единиц не входят в когерентную систему
Если физическая величина представляет собой отношение двух размерных величин одной природы, то она не имеет размерности. Такими безразмерными величинами являются, например, коэффициент преломления, массовая или объемная доля вещества, относительная влажность воздуха, коэффициент трансформации, кпд и др.
Производные единицы, наиболее часто употребляемые в электротехнике, радиотехнике и электронике
(выражаются из основных величин)
Величина |
Единица |
||||
Название |
Размерность |
Название |
Укр. обознач |
Междунар. обозначение |
|
период |
Т |
с |
секунда |
с |
s |
Частота периодического процесса |
Т-1 |
с-1 |
герц |
Гц |
Hz |
Сила* |
MLT-2 |
|
ньютон |
Н |
N |
Работа, энергия,количество теплоты |
ML2T-2 |
|
джоуль |
Дж |
J |
Мощность |
ML2T-3 |
Дж/с |
ватт |
Вт |
W |
Электрическое напряжение, электрический потенциал, электродви-жущая сила, разность электрических потенциалов
|
ML2T-3I-1 |
Вт/А |
вольт |
В |
V |
Электрическое сопротивление |
ML2T-3I-2 |
В/А |
ом |
Ом |
|
И так далее… В конце в приложении любой книги по метрологии есть таблица с тем или иным количеством производных величин. |
* При образовании производных единиц иногда возникают единицы с громоздкими наименованиями, неудобные для применения в письме и устной речи, например килограмм-метр на секунду в квадрате. Чтобы устранить это неудобство, некоторым из них присвоены специальные наименования (часто по именам ученых, которые первыми вывели эту величину), люмен, ньютон, ампер, ом и другие. Наравне с основными эти единицы используются для образования производных единиц СИ, например- ом на метр (Ом* м), джоуль на секунду (Дж/с) и т.д. (в сокращенном названии единицы, названной в честь ученого единица пишется с большой буквы, а в полном названии –с маленькой!)
Размерность не полностью отражает все качественные особенности физических величин. Встречаются различные величины, имеющие одинаковую размерность (работа и момент силы, время и период, сила тока и магнитодвижущая сила). Следовательно, размерность дает лишь частичное представление о характере физической величины, но вместе с тем понятие размерность дает возможность проверить правильность сложных расчетных формул, выяснения зависимости между величинами
Т.е анализ размерностей в уравнении служит средством проверки этого уравнения. Правильное соотношение между физическими величинами должно удовлетворять следующим условиям:
размерности левой и правой частей равенства должны быть одинаковыми;
складываемые или вычитаемые величины должны иметь одинаковую размерность;
показатели степени и аргументы математических функций должны быть безразмерными.