1.5. Единицы измерения физических величин

Как уже было сказано, значение физической величины выражается в виде некоторого числа принятых для нее единиц, т.е. отсутствие единицы измерения или ошибка в ее выборе сводит информированность измерения на нет.

Выбор единиц измерения основывается на нескольких требованиях. Во-первых, желательно, чтобы единица измерения была удобной для данного объекта. Например, энергию электрона можно измерять в джоулях, однако, более удобной и наглядной является электрон-вольт. Размеры атома можно измерять в метрах, но более удачным является ангстрем. В то же время длину проводника удобнее измерять не в ангстремах, а в метрах.

Вторая особенность выбора единиц измерения заключается в том, что единицы объединяются в системыединиц или являютсявнесистемными.Работать в конкретной системе единиц гораздо удобнее: единица измерения результата вычислений автоматически предписывается системой.

Наиболее распространенными являются системы, построенные 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, световых и т.д. единиц. Большое число внесистемных единиц, неудобства, возникшие на практике в связи с перерасчетами при переходе от одной системы к другой – все это вызвало необходимость создания универсальной системы единиц. Такой системой стала система интернациональная – СИ (1961 г). В систему СИ вошли системы МКС (механические единицы) и МКСА (электрические единицы).

СИ строится из основных и произвольных единиц.

Основные единицыформируют минимальный набор независимых исходных единиц, апроизводные единицыпредставляют собой различные комбинации основных единиц.

Основные единицы.В основу 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 килограмм (цилиндр из платиноиридия 39 х 39 мм);

• секунда (с) – единица времени. Секунда равна 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя уровнями цезия – 133;

• 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 1 м силу взаимодействия 2 х 10^-7Н;

• кельвин (К) – единица термодинамической температуры. Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды;

• моль (моль) – единица количества вещества. Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных единиц (атомов, ионов, молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода – 12);

• кандела (кд) – единица силы света. Кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 х 10¹²Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

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 единицы. В Приложении 3 приведены производные единицы СИ и их обозначения.

Внесистемные единицы.В практике измерений часто используют внесистемные единицы. Внесистемные (по отношению к СИ) единицы делят на четыре группы:

1. допускаемые наравне с единицами СИ;

2. допускаемые к применению в специальных областях;

3. временно допускаемые;

4. устаревшие (недопускаемые).

В приложении 4 приведены основные внесистемные единицы, используемые наравне с единицами СИ.

В заключение данного раздела хочется дать совет: проводите все вычисления в системе СИ, а уж полученный результат можно выразить в удобных для данной величины единицах.