1.2 Фізична величина

1.2 Фізична величина

Теорія і практика метрології базується на 2 поняттях: величина і вимірювання. Всі інші поняття метрології пояснюють та деталізують ці два поняття. Між поняттями величина і вимірювання існує тісний взаємозв’язок: величина є предметом вимірювання.

1.2. 1 Поняття про фізичну величину

Фізична величина - це властивість загальна у якісному відношенні множини об’єктів (систем, їхніх станів, процесів, які відбуваються в них тощо) і індивідуальна у кількісному відношенні для кожного з них.

Наприклад: маса атома й маса планети.

Розрізнюють основні і похідні фізичні величини.

Основна фізична величина - це фізична величина, умовно прийнята як незалежна від інших величин даного розділу знань.

Практично як основні фізичні величини вибирають величини, які можна відтворити і виміряти з найбільш високою точністю. Наприклад: для системи механічних величин як незалежні в різний час були прийняті маса, довжина, час. а для системи електричних величин - ампер.

Похідна фізична величина - це фізична величина, що визначається через основні величини даної системи фізичних величин. Наприклад: швидкість в системі механічних величин.

1.1.2. Розмір і розмірність фізичної величини

Розмір фізичної величини - це кількісний вміст у даному об'єкті властивості, що відповідає поняттю даної фізичної величини.

Розмірність фізичної величини є її якісною характеристикою. Розмірності основних фізичних величин відповідають їх назві: довжині — метр (м), часу – секунда (с), маси – кілограм (кг), струму – ампер (А). Наприклад: маса - 1 кг, струм - 5 А.

Розмірності похідних величин визначаються на основі відповідних рівнянь, що зв'язують їх з основними величинами. Наприклад: розмірність швидкості V = Δl/Δt [м/с], розмірність прискорення a = Δl/Δt² [м/с²].

Більшість величин, що вимірюються, є розмірними. Однак в метрології використовуються і безрозмірні (відносні) величини, які є відношенням даної фізичної величини до однойменної величини, що використовується як похідна або опорна. Наприклад: коефіцієнт підсилення за напругою, коефіцієнт трансформації.

1.1.3. Одиниці фізичних величин. Системи одиниць

Виміряти будь-яку величину означає знайти дослідним шляхом відношення даної величини до відповідної одиниці вимірювання. Звідси витікає необхідність використовувати в метрології поняття одиниці фізичної величини, під якою розуміється фізична величина, розміру якої за визначенням надано числове значення. Відповідно до поділу фізичних величин на основні і похідні, одиниці фізичних величин також поділяється на основні і похідні, їх сукупність, побудована у відповідності з прийнятим принципом складає систему одиниць. В Україні як базовою була прийнята система СІ.

Одиниця фізичної величини - фізична величина, якій за визначенням надано значення, яке дорівнює одиниці.

Кількісна оцінка конкретної фізичної величини, виражена у вигляді деякого числа одиниць даної величини, називається "значенням фізичної величини". Відвернуте число, що входить в "значення величини", називається числовим значенням.

ДСТУ 3651.097 „Метрологія. Одиниці фізичних величин. Основні одиниці фізичних величин Міжнародної системи одиниць. Основні назви, положення та позначення”, прийнятий у 1997 р., (на заміну прийнятого в СРСР ГОСТ 8.417-81) встановлює сім основних фізичних величин - довжина, маса, час, термодинамічна температура, кількість речовини, сила світла, сила струму; і дві додаткові - плоский і тілесний кути, за допомогою яких утворюються твірні фізичні величини.

Одиниці фізичних величин (ДСТУ 3651.097) визначені Міжнародною системою одиниць (СІ), яка складається з семи основних:

- метр - м (довжина),

- кілограм - кг (маса),

- секунда - с (час),

- ампер - А (сила електричного струму),

- кельвін - К (термодинамічна температура),

- моль - моль (кількість речовини),

- кандела - Кд (сила світла);

та двох додаткових:

- радіан - рад (плоский кут),

- стерадіан - ср (тілесний кут).

МЕТР (міжнародне позначення - m, українське - м) - одиниця довжини, що дорівнює шляху, який проходить у вакуумі світло за 1/299792458 частки секунди;

КІЛОГРАМ (kg, кг) - одиниця маси, що дорівнює масі міжнародного прототипу кілограма;

СЕКУНДА (s, с) - одиниця часу, яка дорівнює 9192631770 періодам випромінювання, відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133;

АМПЕР (А, А) - одиниця сили електричного струму. Ампер дорівнює силі струму, що не змінюється і, проходячи по двох паралельних провідниках нескінченної довжини і занадто малої площі кругового перетину, розташованим у вакуумі на відстані 1 м один від одного, викликав би на кожній ділянці провідника завдовжки 1 м силу взаємодії, що дорівнює 2·10^-7 Н.

КЕЛЬВІН (К, К) - одиниця термодинамічної температури рівна 1/273,16 частині термодинамічної температури потрійної точки води;

КАНДЕЛА (cd, Кд) - одиниця сили світла. Кандела дорівнює силі світла, що випромінюється з площі у 1/600000 м² перерізу повного випромінювача у перпендикулярному до цього перерізу напрямку при температурі затвердіння платини та тиску 101 325 Па;

МОЛЬ (mol, міль) - одиниця кількості речовини. Моль рівний кількості речовини, що містить стільки ж структурних елементів (атомів, молекул і ін. частинок), скільки атомів міститься в 0,012 кг вуглецю-12.

РАДІАН (rad, рад) - одиниця плоского кута, рівна внутрішньому куту між двома радіусами кола, довжина дуги між якими дорівнює радіусу;

СТЕРАДІАН (sr, ср) - одиниця тілесного кута. Стерадіан рівний тілесному куту з вершиною в центрі сфери, що вирізає на поверхні цієї сфери площу, рівну площі квадрата зі стороною, рівною радіусу сфери.

17 твірних одиниць мають спеціальне призначення.

Твірні одиниці СІ утворюються з основних і додаткових за правилами утворення когерентних твірних одиниць, тобто пов’язані з ними співвідношенням [Q]=м^a · кг^b · с^y...

Наприклад: Па = м ^-1 · кг ·с^-2 ( тиск);

Дж = м ² · кг · с^-2 (робота);

Вт = м² · кг · с^-3 (міцність).

Кратні одиниці і частини одиниць утворюються шляхом множення їх на число 10 у відповідному ступені. Десяткові кратні та часткові одиниці утворюються за допомогою множників і префіксів (таблиця 4.1).

Кратні та часткові одиниці вибирають звичайно так, щоб числове значення величини знаходилося в діапазоні від 0,1 до 1000. Від цього правила відступають в тих областях, де традиційно застосовується конкретна одиниця (наприклад, лінійні розміри на машинобудівних кресленнях завжди виражаються в мм). Правила написання позначень одиниць СІ регламентовані ГОСТ 8417-81.

Вибір десяткової кратної або частки одиниці від одиниць СІ викликано перш за все зручністю застосування. Отже, кратні і частки одиниці вибирають таким чином, щоб числові значення величин знаходились у діапазоні від 0,1 до 1000.

Таблиця 1 - Префікси

Множник	Приставка
	Найменування	Позначення
		міжнародне	українське
1018	экса	E	Е
1015	пета	Р	П
1012	тера	Т	Т
109	гіга	G	Г
106	мега	М	М
103	кіло	k	к
102	гекто	h	г
101	дека	da	да
10-1	деци	d	g
10-2	санти	с	с
10-3	міллі	m	м
10-6	мікро	µ	мк
10-9	нано	n	н
10-12	піко	p	п
10-15	фемто	f	ф
10-18	атто	а	а