Единицы физических величин. Система единиц СИ
Физические величины
ТЕМА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ЕДИНИЦЫ
Физические величины разделяют:
1) основные – физические величины, входящие в систему величин и условно принятые в качестве независимых от других величин этой системы (пример – масса m);
2) производные – физические величины, входящие в систему величин и определяемые через основные величины этой системы (пример – сила F = m·a).
К основным величинам относятся: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, количество вещества, сила света. К производным – такие, как сила, частота ит.д.
Единица измерения физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин.
Совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин называется системой единиц физических величин.
Единица физической величины, входящая в принятую систему единиц, называется системной.
В РФ используется международная система единиц СИ, устанавливаемая ГОСТ 8.417 – 2002 «ГСИ. Единицы величин».
Единицы, входящие в систему, делятся на основные (единица основной физической величины в данной системе) и производные (единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными).
Производные единицы бывают когерентными– производная единица физической величины, связанная с другими единицами системы единиц уравнением, в котором числовой коэффициент равен 1. Пример: единица «ньютон» является когерентной единицам «метр, килограмм, секунда»: 1 Н = м·кг·с-2.
Таблица 2.1 – Основные единицы системы СИ
Величина | Единица | ||
наименование | рекомендуе-мое обозна-чение | наименование | обозначение |
Длина | l | метр | м |
Масса | m | килограмм | кг |
Время | t | секунда | с |
Сила электрического тока | I | ампер | А |
Термодинамическая температура | T | кельвин | К |
Количество вещества | n, ν | моль | моль |
Сила света | J | кандела | кд |
Таблица 2.2 – Пример производных единиц системы СИ
Величина | Единица | ||
наименование | обозна-чение | выражение через основные единицы | |
Плоский угол | радиан | рад | м·м-1 = 1 |
Телесный угол | стерадиан | ср | м2·м-2 = 1 |
Частота | герц | Гц | с-1 |
Сила | ньютон | Н | м·кг·с-2 |
Давление | паскаль | Па | м-1·кг·с-2 |
Энергия, работа, количество теплоты | джоуль | Дж | м2·кг·с-2 |
Мощность | ватт | Вт | м2·кг·с-3 |
Электрическое напряжение, электрический потенциал, разность электрических потенциалов, ЭДС | вольт | В | м2·кг·с-3·А-1 |
Электрическая емкость | фарад | Ф | м-2·кг-1·с4·А2 |
Электрическое сопротивление | ом | Ом | м2·кг·с-3·А-2 |
ГОСТ 8.417 устанавливает разрешенные к применению наравне с единицами СИ единицы других систем и внесистемные единицы – единица физической величины, не входящая в принятую систему единиц (таблица 2.3).
Таблица 2.3 – Пример внесистемных единиц, допускаемых к применению наравне с единицами системы СИ
Величина | Единица | ||
наименование | обозна-чение | выражение через единицы СИ | |
Масса | тонна | т | 1·10-3 кг |
Объем, вместимость | литр | л | 1·10-3 м3 |
Энергия | киловатт-час | кВт·ч | 3,6·106 Дж |
Сила | дина | дин | 1·10-5 Н |
килограмм-сила | кгс | 9,80665 Н | |
Мощность | лошадиная сила | л.с. | 735,499 Вт |
Давление | бар | бар | 1·105 Па |
Также стандарт устанавливает кратные (единица физической величины, в целое число раз большая системной и внесистемной единицы) и дольные(единица физической величины, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы) (таблица 2.4).
Таблица 2.4 – Множители и приставки, используемые для образования наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц
Множитель | Приставка | Обозначение приставки | Множитель | Приставка | Обозначение приставки |
экса | Э | деци | д | ||
пета | П | санти | с | ||
тера | Т | милли | м | ||
гига | Г | микро | мк | ||
мега | М | нано | н | ||
кило | к | пико | п | ||
гекто | г | фемто | ф | ||
дека | да | атто | а |
Например, системная единица «метр» (м); кратная ей – «километр» (км), дольная – миллиметр «мм» (мм).
ТЕМА 3. ИЗМЕРЕНИЯ
3.1 Классификация измерений
Измерение физической величины– совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.
Измерения классифицируются по ряду признаков.
Признак 1.По общим приемам получения результатов измерений:
1) прямые –измерения, при которых искомое значение физической величины получают непосредственно. Примерами прямых измерений являются: измерения длины линейкой, т. е. путем сравнения искомой величины с мерой – линейкой и др.;
2) косвенные – измерения, при которых искомое значение величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Например, мощность электрической цепи постоянного тока в соответствии с формулой P = I·U можно определить, проведя прямые измерения силы тока и напряжения;
3) совокупные – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Пример: значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь;
4) совместные– проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними.
Признак 2. По отношению к изменению измеряемой величины:
1) статические – измерения физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения. Пример: измерение длины детали при нормальной температуре;
2) динамические – измерения изменяющейся по размеру физической величины.
Признак 3. По числу измерений:
1) однократные – измерения, выполненные один раз;
2) многократные – измерения физической величины одного и того же размера, результат которых получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. состоящие из ряда однократных измерений.
Признак 4. По способу выражения результатов измерений:
1) абсолютные – измерения, основанные на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Пример: измерение силы F = mg основано на измерении основной величины - массы m и использовании физической постоянной g (в точке измерения массы);
2) относительные – измерения отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. Пример: измерение плотности жидкости ареометром;
Признак 5.По характеристике точности:
1) равноточные – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью;
2) неравноточные – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.