Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы и средства измерений. Учебное пособие для поверителей средств теплотехнических и физико-химических измерений
.pdf
дольная единица площади «квадратный миллиметр».
Если исходная единица представляет собой произведение нескольких единиц, то приставку присоединяют к наименованию
первой единицы. Например: исходная единица момента силы
«ньютон-метр», кратная единица «килоньютон-метр»
1 кНм = 103 Нм.
При написании значений физических величин необходимо
правильно оставлять пробелы. Например, значение температуры
правильно писать 20 °С и неправильно писать 20°С или 20° С.
Если указывается диапазон изменений физической величины, то
необходимо применять скобки. Например, для обозначения диапазона температур, при которых разрешается применять данный
прибор, правильно писать (20 ± 2) °С и неправильно 20 ± 2 °С.
1.3. Физические величины в теплотехнических и физико-
химических измерениях
1.3.1. Средства теплотехнических и физико-химических
измерений
В программу обучения специалистов по специализации «Поверка и калибровка средств теплотехнических измерений» входит
изучение методов и средств поверки и калибровки средств измерений температуры, давления, расхода и количества жидких и газообразных сред.
В основной перечень средств теплотехнических измерений
давления входят жидкостные мановакуумметры; деформационные приборы давления, грузопоршневые приборы давления; измерительные преобразователи давления с унифицированными
выходными параметрами. К средствам измерений температуры
относятся стеклянные жидкостные термометры, манометрические термометры; термопреобразователи сопротивления; термоэлектрические преобразователи; магнитоэлектрические логометры, пирометрические милливольтметры, автоматические мосты,
автоматические потенциометры, цифровые приборы температуры. Для измерения расхода и количества применяют расходомеры жидких и газообразных сред, счетчики газа и жидкости.
В период обучения по специализации «Поверка и калибровка
средств физико-химических измерений» слушатели изучают вопросы поверки и калибровки средств измерений, применяемых
при осуществлении электрохимических измерений, измерений
вязкости и плотности, оптико-физических, газоаналитических
и хроматографических измерений, измерений влажности.
В основной перечень средств физико-химических измерений
входят рН-метры и иономеры, кондуктометры, вискозиметры,
ареометры, фотоэлектроколориметры, спектрофотометры, рефрактометры, интерферометры, поляриметры, сахариметры, влагомеры и гигрометры, газоанализаторы, хроматографы.
1.3.2. Характеристика физических величин в области
теплотехнических и физико-химических измерений
В данном параграфе приведены основные сведения о физических величинах, измерение которых входит в задачу средств измерений, перечень которых приведен в п. 1.3.1.
Длина
Длина — физическая величина, характеризующая расстояние
между двумя точками пространства, а также протяженность, удаленность и перемещение тел или их частей вдоль заданной линии.
Длина является основной физической величиной.
Единица длины — метр.
Метр — длина пути, проходимого в вакууме светом
за 1/299 792 458 секунды.
Время
Время — физическая величина, характеризующая последовательную смену явлений и состояний материи, а также длительность существования этих явлений и состояний.
Время является основной физической величиной.
Единица времени — секунда, с.
Секунда — время, равное 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими
уровнями основного состояния атома цезия-133.
Допущены к применению также единицы времени: минута
(60 с), час (3600 с), сутки (86 400 с).
Масса
Масса — физическая величина, характеризующая любой материальный объект и являющаяся мерой его инертности и гравитации.
В механике введено понятие материальной точки как точки,
обладающей массой. Любой тело или вещество составляет меха-
ническую систему как совокупность материальных точек. В этом
случае массой механической системы называют сумму масс материальных точек, образующих систему.
Масса является основной физической величиной.
Единица массы — килограмм, кг.
Килограмм — масса, равная массе международного прототипа килограмма.
Допущены к применению также единицы массы: тонна
(103 кг), атомная единица массы (1,6605402 · 10
–27
кг).
Сила
Сила — векторная физическая величина, являющаяся мерой
механического действия одного материального тела на другое.
Сила может проявляться при действии поля гравитации или электромагнитного поля, создаваемого телами.
Характеристиками силы в каждый момент времени служат
направление в пространстве, размер и точка приложения.
По характеру проявления сила бывает внешней, внутренней,
поверхностной и массовой.
Внешняя сила — такая сила, которая воздействует на какойлибо объект или материальную точку данной механической системы со стороны объектов, не входящих в данную систему.
Внутренняя сила действует в рамках одной механической
системы в виде взаимодействия материальных точек, принадлежащих данной системе.
Поверхностными называют силы, которые действуют на поверхности материального тела.
Массовые силы — силы, действие которых на каждую частицу материального тела пропорционально массе каждой частицы.
При действии на данную механическую систему нескольких
сил, говорят о системе сил.
Сила является производной физической величиной.
Единица силы — Ньютон, Н.
Ньютон — сила, сообщающая телу массой 1 килограмм
ускорение 1 метр в секунду в направлении действия силы.
Допущены к применению также единицы силы: дина (10–5 Н),
килограмм-сила (9,80665 Н), грамм-сила (9,80665 · 10–3 Н).
Единица силы названа в честь английского физика и математика Исаака Ньютона.
Исаак Ньютон родился 4 января 1643 года в Вулсторпе
на восточном побережье Англии.
В возрасте 18 лет поступил в Тринити Колледж в Кембридже, где изучал математику, физику, теологию, классические
языки. Еще будучи студентом, Ньютон показал исключительные
способности и оригинальность в работе.
В 1669 г. Ньютон зачислен на должность профессора математики и физики и занимался преподавательской деятельностью в течение 27 лет. Параллельно он занимается собственными научными исследованиями.
Он увлекается оптикой, доказал разложение дневного света
на цветной спектр, объяснил причины различного цвета предметов, самостоятельно изготовил первый зеркальный телескоп
с увеличением в 40 раз. Телескоп был подарен Лондонскому королевскому обществу, которое через год избрало Ньютона действительным членом общества. Ньютоном была открыта интерференция света, названная впоследствии кольцами Ньютона.
Он предложил теорию о корпускулярной природе света.
С 1676 года Ньютон занимается изучением механики. В монументальном труде «Математические начала натуральной
философии» он изложил свои основные открытия в области механики. В первых двух томах этого труда изложены вопросы
теоретической механики. Третий том посвящен небесной механике. В данном произведении Ньютон впервые изложил знаменитые аксиомы о движении. Основное достижение в этом труде —
доказательство закона гравитации, который вытекал из приложения аксиом механики к движению небесных тел.
Ньютон отмечал, что в «Началах» он сконцентрировал знания о формах движения материи, накопленные наукой за тысячелетия.
Важнейшее значение для развития физики имело учение
Ньютона о пространстве, времени, массе и силе.
Умер Исаак Ньютон 31 марта 1727 г. Похоронен в Вестминстерском аббатстве.
Сила электрического тока
Электрический ток — явление направленного движения носителей зарядов (электронов, ионов и т.д.).
Различают постоянный, переменный и пульсирующий электрический ток.
Постоянным называют электрический ток, не изменяющийся
с течением времени ни по величине, ни по направлению. Возникает постоянный ток под действием постоянного напряжения.
Постоянный ток существует лишь в замкнутой цепи и во всех сечениях неразветвленной электрической цепи сила постоянного
тока одинакова.
Переменным в широком смысле называют ток, изменяющийся во времени. Обычно переменным называют периодический
ток, то есть такой ток, мгновенные значения которого повторяются через равные интервалы времени.
Переменный электрический ток, не изменяющий своего направления, называют пульсирующим.
Сила электрического тока — физическая величина, характеризующая электрический ток и равная отношению абсолютного
значения электрического заряда, который проходит за малый интервал времени через рассматриваемую поверхность (например,
поперечное сечение электрической цепи) к этому интервалу времени.
Сила электрического тока является основной физической величиной.
Единица силы тока — ампер, А.
Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенных на расстоянии 1 метр один от другого
в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу, рав-
ную 2·10–7 ньютона на каждый метр длины.
Единица силы тока названа в честь французского математика
и физика Андрэ Мари Ампера.
Андрэ Мари Ампер родился 22 января 1775 г. в семье лионского коммерсанта.
С детства он увлекался науками, в 16 лет изучил двадцатитомную «Энциклопедию Дидро и Даламбера», изучал ботанику,
химию, физику. В 18 лет знал латынь, итальянский и греческий
языки.
С 1801 года работал профессоров в Центральной школе
в Бурже, а затем с 1805 года — в Политехнической школе
в Париже. В этот период он публикует научные работы
по теории вероятности, проблемам механики и математического анализа. За научные достижения по теории дифференциальных уравнений в 1814 г. избран членом парижской Академии
наук.
Ампер более всего известен как ученый-физик. В 1820 г. он
сделал доклад на заседании Академии о своих открытиях в области воздействия электрического тока на магнитную стрелку.
Он предложил правило правой руки для определения отклонения
северного полюса магнитной стрелки, находящейся под проводником с электрическим током.
В 1826 г. Ампер выводит количественный закон взаимодействия электрических токов: Сила, с которой действуют друг на
друга два элемента тока, прямо пропорциональна сумме токов
и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Умер Ампер 10 июля 1836 г.
Электрическое активное сопротивление
Электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая противодействие проводника электрическому току.
Для электрической цепи электрическое сопротивление есть
характеристика, представляющая собой сопротивление, которое
оказывает электрическая цепь движущимся в ней электрическим
зарядам.
Электрическое сопротивление выражают отношением напряжения на участке пассивной электрической цепи к току в нем,
при отсутствии на участке электродвижущей силы.
Электрическое сопротивление является производной физической величиной.
Единица электрического сопротивления — ом, Ом.
Ом — сопротивление проводника, между концами которого при силе постоянного тока 1 ампер возникает напряжение 1 вольт.
Единица электрического напряжения названа в честь немецкого физика Георга Симона Ома.
Георг Симон Ом родился 16 марта 1787 г. в Эрлангане в семье мастера-слесаря. В раннем детстве он остался без матери.
Его отец самостоятельно изучал физику, математику и сумел
увлечь этими науками своего сына.
В 16 лет Ом поступил в Эрлангаский университет, где увлекся физикой, математикой и философией.
В 1813 г., получил докторский диплом. Вследствие материальных трудностей, сменив несколько учебных заведений, он, наконец, в 1817 г. переходит в гимназию в Кельне-на-Рейне. В достаточно скромном физическом кабинете гимназии, пользуясь
несовершенными приборами, Ом сделал свои самые важные открытия.
Ом определил, что электрический ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален величине, зависящей
от размеров и характера проводника. Это открытие он опубликовал в 1826 г. в научном труде «Определение закона, согласно
которому металлы проводят электричество». Через год он в капитальном труде «Гальванический контур, обработанный математически» он изложил теоретическое обоснование своего
закона. Этот закон впоследствии был назван законом Ома.
Ом, кроме того, доказал, что электрическое сопротивление
прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально его поперечному сечению и проводимости. Он также показал, что при установившемся токе заряд движется по всему
сечению проводника, а не только по его поверхности. Исследования Ома получили широкое признание и стали опорной точкой
для дальнейших исследований электродинамики.
Умер Ом 7 июля 1854 г.
Электрическая проводимость
Активная электрическая проводимость — физическая величина, характеризующая способность веществ (металлов, газов,
жидкостей и т.д.) проводить электрический ток под действием
внешнего источника электрического поля и равная обратному
значению активного сопротивления, т.е. величина, равная отношению силы электрического тока в участке к электрическому напряжению на концах участка.
Электрическая проводимость является производной величиной.
Единица электрической проводимости — сименс, См.
Сименс — электрическая проводимость проводника сопротивлением 1 Ом.
Электрическая проводимость водных растворов (электролитов) зависит от числа ионов в единице объема раствора, т.е. от концентрации. Следовательно, она может служить характеристикой
концентрации раствора электролита. В качестве характеристики
электролитов обычно применяется удельная электрическая про-
водимость.
Единица удельной электрической проводимости — сименс
на метр, См/м.
Сименс на метр — удельная электрическая проводимость, при которой цилиндрический прямолинейный про-
водник площадью поперечного сечения 1 м2 длиною 1 м имеет электрическую проводимость 1 См.
Единица электрической проводимости названа в честь немецкого инженера Вернера фон Сименса.
Вернер фон Сименс родился 13 декабря 1816 г. в Ленте близ
Ганновера в крестьянской семье. Его отец был мелким арендатором господской земли.
Он получил инженерно-техническое образование, окончив
высшую военно-артиллерийскую школу. По окончании школы занимался научными исследованиями. Осенью 1840 г. сумел гальваническим путем позолотить металлические предметы, затем
изобрел дифференциальный регулятор для паровой машины,
улавливатель искр для паровоза.
С 1846 г. занимается электрическим телеграфом, сконструировал ручной телеграф с собственным прерывателем. Вместе с университетским механиком Галске основал фирму «Сименс и Галске».
В период с 1849 г. осуществил большое количество изобретений в области электрической телеграфии. Осуществил
строительство индоевропейской телеграфной линии — работу,
ставшей технической сенсацией того времени.
Главной заслугой Сименса было открытие в 1866 г. динамоэлектрического принципа, согласно которому можно было возбудить электрический генератор остаточным магнетизмом.
Сименс использовал это открытие для производства электрических генераторов, применяемых для освещения.
Сименсу принадлежат многие технические разработки.
В 1865 г. он построил первую пневмопочту. Он усовершенствовал устройство водяного и спиртового ареометров. Совместно
с братом Фридрихом изобрел регенерационную систему отопления плавильных печей. Предложил собственную теорию укладки
подводных морских кабелей.
В 1871 г. Сименс впервые в мире изготовил термометр сопротивления, который применялся для измерения температуры
в печах.
За достижения в науке и технике Сименсу дважды присуждено звание почетного доктора. В 1873 г. он становится членом
Берлинской академии наук.
В 1888 г. Сименс получил дворянское звание. Он был дважды
женат, имел двух сыновей, которые после него возглавили его
фирму.
Умер Вернер фон Сименс 6 декабря 1892 г. в Берлине.
Напряжение электрического тока
Электрическое напряжение — физическая величина, равная
работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки электрической цепи в другую.
Напряжение электрического тока является производной величиной.
Единица напряжения электрического тока — вольт, В.
Вольт — электрическое напряжение на участке электрической цепи с постоянным током силой 1 ампер, в котором
затрачивается мощность 1 ватт.
Единица напряжения названа в честь итальянского физика
Алессандро Вольта.
Алессандро Вольта родился 10 февраля 1745 г. в итальянском городе Комо в дворянской семье.
С детства он интересовался естественными науками,
а в 19 лет уже преподавал физику в своем городе. Через 5 лет его
пригласили в университет Павии на должность профессора
физики.
Еще студентом Вольта написал свою первую научную работу «О силе притяжения электрического огня и явлениях, связанных с этим».
В 1791 г. Луиджи Гальвани предложил гипотезу «животного
электричества», проводя опыты с препарированными лягушачьими нервами и мышцами. Проверив опыты Гальвани, Вольта оп-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]