Международная система единиц (система СИ)
Единицы физических величин
Единица физической величины (ЕФВ) – фиксированное значение величины, которое принято за единицу данной величины и применяется для количественного выражения однородных с ней величин.
Требования к ЕФВ, применяемым в РФ, устанавливает ГОСТ 8.417.2002 «ЕДИНИЦЫ ВЕЛИЧИН». Введен в действие с 1 сентября 2003 г.
Различают основные, производные, кратные, дольные, когерентные, системные, внесистемные единицы.
Основной называется единица физической величины, входящая в систему и условно принятая в качестве не зависящей от других величин этой системы.
Производными называются единицы, которые образуются с помощью каких-либо уравнений из других единиц этой системы.
Кратной единицей физической величины называется единица, которая в целое число раз больше системной или внесистемной единицы. Поддольной единицей физической величины понимают такую единицу, которая в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы. Для образования кратных и дольных единиц физических величин используют приставки, приведенные в табл. 2.1.
Системная единица физической величины – основная или производная единица системы, входящая в данную систему.
Внесистемная единица физической величины – единица физической величины, не входящая ни в одну из существующих систем.
К внесистемным относятся:
– единицы величин, характеризующих отношение одноименных физических величин (процент, децибел, промилле);
– единицы различного происхождения, находящиеся в десятичном отношении к единицам СИ (тонна, центнер, гектар, литр);
– единицы длины и скорости, применяемые в навигации (морская миля, узел);
– единицы давления (миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба, бар, техническая атмосфера);
– единица количества теплоты (калория);
– единица мощности (лошадиная сила)
и т. д.
| Десятичный множитель | Приставка | Обозначение приставки | Десятичный множитель | Приставка | Обозначение приставки | ||
| международное | русское | международное | русское | ||||
| 1024 | иотта | Y | И | 10–1 | деци | d | д |
| 1021 | зетта | Z | З | 10–2 | санти | c | с |
| 1018 | экса | E | Э | 10–3 | милли | m | м |
| 1015 | пета | P | П | 10–6 | микро | µ | мк |
| 1012 | тера | T | Т | 10–9 | нано | n | н |
| 109 | гига | G | Г | 10–12 | пико | p | п |
| 106 | мега | M | М | 10–15 | фемто | f | ф |
| 103 | кило | k | к | 10–18 | атто | a | а |
| 102 | гекто | h | г | 10–21 | зепто | z | з |
| 101 | дека | da | да | 10–24 | иокто | y | и |
Таблица 2.1 — Множители и приставки, используемые для образования наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц СИ
С древних времен люди пользовались различными единицами для количественной оценки массы тел, расстояния, продолжительности дня и т. д. Развитие науки, техники, торговли настоятельно требовало упразднения многих единиц. Решение этой проблемы позволило создать метрическую систему мер, в основу которой были положены единицы длины, площади, объема, массы. Впервые понятие системы единиц физических величин было введено немецким математиком К. Гауссом (1832). Идея Гаусса состояла в следующем. Сначала выбирается несколько величин, не зависящих друг от друга. Величины эти называют основными, а их единицы – основными единицами системы единиц. Основные единицы выбираются таким образом, чтобы, пользуясь формулами, выражающими связь между физическими величинами, можно было образовывать единицы других величин. Основываясь на этом, К. Гаусс построил систему единиц магнитных величин. Основными единицами этой системы были выбраны: миллиметр, миллиграмм, секунда. Хотя система Гаусса и не получила широкого распространения, все последующие системы строились на предложенных им принципах.
Назовем наиболее важные метрические системы, применявшиеся ранее.
Система МКС – система единиц механических величин с основными единицами: метр, килограмм, секунда – была предложена итальянским физиком Дж. Джорджи в 1901 году и вошла в качестве основной части для механических измерений в Международную систему единиц.
Система СГС – система, в которой основными единицами являются сантиметр, грамм и секунда, была введена в 1881 году первым Международным конгрессом электриков. Кроме основных единиц, в нее входят ипроизводные единицы механических и акустических величин. Система СГС распространяется также на область тепловых и оптических величин.
Система МТС – система, в которой основными единицами этой системы являются метр, тонна и секунда, была разработана во Франции в 1919 году Система МТС была принята в СССР и применялась до 1955 года (более 20 лет).
Генеральная конференция по мерам и весам в 1960 году приняла Международную систему единиц физических величин, которая в нашей стране получила сокращенное название SI от начальных букв Systeme International, что означает Система интернациональная (или соответствующая буквам русского алфавита СИ. В нашей стране система СИ была введена в 1960 году в качестве предпочтительной, а с 1 января 1980 году она является обязательной. ГОСТ 8.417-2002 «ГСС. Единицы величин» устанавливает единицы физических величин, применяемые в РФ: наименования, обозначения, определения и правила применения этих единиц.
Основными преимуществами системы СИ являются ее универсальность (она охватывает все области знаний), согласованность (все производные единицы образованы по единому правилу), возможность создания новых единиц по мере развития науки и техники на основе существующих единиц физических величин. Международная система единиц физических величин является когерентной системой, что позволяет максимально упростить расчетные формулы за счет освобождения их от переводных коэффициентов. Основные и дополнительные единицы системы СИ представлены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
| Величина | Единица | |||
| наименование | размерность | наименование | обозначение | |
| русское | международное | |||
| Основные | ||||
| Длина | L | метр | м | m |
| Масса | M | килограмм | кг | kg |
| Время | T | секунда | с | s |
| Сила электрического тока | I | ампер | А | A |
| Термодинами-ческая температура | O | кельвин | К | K |
| Количество вещества | N | моль | моль | mol |
| Сила света | J | кандела | кд | cd |
| Дополнительные | ||||
| Плоский угол | – | радиан | рад | rad |
| Телесный угол | – | стерадиан | ср | sr |
Метр (м) – длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299792458 с.
Килограмм (кг)–единица массы, равен массе международного прототипа килограмма. Эталоном является прототип килограмма N 12.
Секунда (с) – системная единица времени, равная 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Ампер (А)–единица силы электрического тока, равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 10-7 Н.
Кельвин (К)–единица термодинамической температуры, равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.
Моль (моль)– единица количества вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг.
Кандела (кд)– единица силы света, испускаемого с поверхности излучателя в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540×1012 Гц (энергетическая сила света источника в этом направлении соответствует 1/683 Вт/ср).
Радиан (рад)– единица плоского угла, равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.
Стерадиан (ср)– единица телесного угла, равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающего на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.
Производные единицы СИ образуются из основных и дополнительных единиц. Для их образования могут быть использованы и единицы, имеющие специальное наименование.
Примеры производных единиц СИ, образованных с использованием основных единиц СИ, приведены в таблице 2.
| Таблица 2 — Примеры производных единиц СИ, наименования и обозначения которых образованы с использованием наименований и обозначений основных единиц СИ Величина | Единица | |||
| Наименование | Размерность | Наименование | Обозначение | |
| международное | русское | |||
| Площадь | L2 | квадратный метр | m2 | м2 |
| Объем, вместимость | L3 | кубический метр | m3 | м3 |
| Скорость | LT –1 | метр в секунду | m/s | м/с |
| Ускорение | LT –2 | метр на секунду в квадрате | m/s2 | м/с2 |
| Волновое число | L–1 | метр в минус первой степени | m–1 | м–1 |
| Плотность | L–3M | килограмм на кубический метр | kg/m3 | кг/м3 |
| Удельный объем | L3M –1 | кубический метр на килограмм | m3/kg | м3/кг |
| Плотность электрического тока | L–2I | ампер на квадратный метр | A/m2 | А/м2 |
| Напряженность магнитного поля | L–1I | ампер на метр | A/m | А/м |
| Молярная концентрация компонента | L–3N | моль на кубический метр | mol/m3 | моль/м3 |
| Яркость | L–2J | кандела на квадратный метр | cd/m2 | кд/м2 |
2.4 Физические величины технологических процессов производства продуктов питания
В технологических процессах производства продуктов питания используют все основные физические величины системы СИ (длина, масса, температура, количество вещества), а также производные физические величины (давление, плотность, скорость и т. д.).
При контроле качества продукции и технологического процесса нередко определяют относительные физические величины, которые могут выражаться чаще всего в процентах. К относительным величинам относятся массовая доля, молярная доля, массовая и объемное соотношение.
Массовая доля компонента в веществе – это отношение массы данного компонента к общей массе вещества. Например, массовая доля поваренной соли в сельди соленой по ГОСТ 815-88 должна быть не более
9 %.
Молярной долей компонента в веществе называют отношение количества вещества компонента, содержащегося в веществе, к общему
количеству вещества. Например, молярная доля кислорода в воздухе – 0,209.
Объемной долей компонента в веществе называется отношение объема компонента вещества к общему объему вещества. Например, объемная доля воды в 1 м3 насыщенного раствора составляет 0.74.
Массовое отношение – это отношение массы (объема) одного вещества к массе (объему) другого вещества, входящих в данный комплекс. Например, массовое отношение плотной и жидкой частей в рыбных консервах в масле должно быть в пределах 25/75...10/90.
К относительным величинам можно отнести также кислотное, альдегидное, йодное число жира, общую кислотность консервов и т. д.
1.1011