Според тяхното предназначение и изисквания се разграничават следните видове стандарти.
Основен стандарт –осигурява възпроизвеждане и съхраняване на единица физическа величина с най-висока точност в страната (в сравнение с други еталони за същата величина). Първичните стандарти са уникални измервателни системи, създадени, като се вземат предвид най-новите постижения на науката и технологиите и осигуряват еднаквостта на измерванията в страната.
Специален стандарт -осигурява възпроизвеждането на единица физическа величина при специални условия, при които не е възможно директно прехвърляне на размера на единицата от първичния стандарт с необходимата точност, и служи като основен стандарт за тези условия.
Първичният или специален еталон, официално утвърден като източник за страната, се нарича държавен еталон. Държавните стандарти се одобряват от Госстандарт и за всеки от тях е одобрен държавен стандарт. Държавните стандарти се създават, съхраняват и прилагат от централните научни метрологични институти на страната.
Вторичен стандарт –съхранява размерите на единица от физическа величина, получена чрез сравнение с първичния стандарт на съответната физическа величина. Вторичните стандарти се отнасят до подчинените средства за съхраняване на единици и прехвърляне на техните размери по време на проверката и гарантират безопасността и най-малкото износване на държавните първични стандарти.
Според тяхното метрологично предназначение вторичните еталони се разделят на еталони за копиране, еталони за сравнение, еталони за свидетели и еталони за работа.
Референтно копие –предназначен да предаде размера на единица физическа величина като работен стандарт за голям обем работа по проверка. Това е копие на държавния първичен еталон само за метрологични цели, но не винаги е физическо копие.
Стандарт за сравнение –използвани за сравняване на стандарти, които по една или друга причина не могат да се сравняват директно един с друг.
Стандартен свидетел –предназначен да провери безопасността и неизменността на държавния стандарт и да го замени в случай на повреда или загуба. Тъй като повечето държавни стандарти са създадени въз основа на използването на най-стабилните физически явления и следователно са неразрушими, в момента само стандартът за килограм има стандарт за свидетели.
Работен стандарт –използва се за предаване на размера на единица физическа величина с помощта на работещ измервателен уред. Това е най-често срещаният тип стандарти, които се използват за работа по проверка от териториални и ведомствени метрологични служби. Работните стандарти са разделени на категории, които определят реда на тяхното подчинение в съответствие със схемата за проверка.
Еталони на основните единици SI.
Стандартна единица време. Единицата за време - секундата - отдавна се определя като 1/86400 от средния слънчев ден. По-късно беше открито, че въртенето на Земята около оста й се извършва неравномерно. Тогава определението за единица време се основаваше на периода на въртене на Земята около Слънцето - тропическата година, т.е. интервалът от време между две пролетни равноденствия, следващи едно след друго. Размерът на секундата беше определен като 1/31556925.9747 от тропическа година. Това даде възможност да се повиши точността на определяне на единицата време почти 1000 пъти. Въпреки това през 1967 г. 13-та Генерална конференция по мерки и теглилки прие нова дефиниция на секундата като интервал от време, през който възникват 9192631770 трептения, съответстващи на резонансната честота на енергийния преход между нивата на свръхфината структура на основното състояние на атома цезий-133 при липса на смущение от външни полета. Това определение се изпълнява с помощта на еталонни честоти на цезий.
През 1972 г. е извършен преходът към системата за универсално координирано време. От 1997 г. държавният първичен контрол и схемата за държавна проверка на инструментите за измерване на времето и честотата се определят от правилата на междудържавната стандартизация PMG18-96 „Междудържавна схема за проверка на инструментите за измерване на времето и честотата“.
Държавният първичен стандарт на единица време, състоящ се от набор от измервателни уреди, осигурява възпроизвеждането на единици време със стандартно отклонение на резултата от измерването, което не надвишава 1 * 10 -14 за три месеца.
Стандартна единица за дължина.През 1889 г. метърът е приет като равен на разстоянието между две линии, отбелязани върху метален прът с X-образно напречно сечение. Въпреки че международните и националните еталони за метър са направени от сплав от платина и иридий, която се отличава със значителна твърдост и голяма устойчивост на окисление, не е напълно сигурно, че дължината на еталона няма да се промени с времето. В допълнение, грешката при сравняване на платинено-иридиеви линейни измервателни уреди един с друг е + 1,1 * 10 -7 m (+0,11 микрона) и тъй като линиите имат значителна ширина, точността на това сравнение не може да бъде значително увеличена.
След изследване на спектралните линии на редица елементи беше установено, че оранжевата линия на изотопа криптон-86 осигурява най-голяма точност при възпроизвеждане на единица дължина. През 1960 г. 11-та Генерална конференция по мерки и теглилки прие изразяването на размера на метъра в тези дължини на вълните като негова най-точна стойност.
Криптонният метър направи възможно увеличаването на точността на възпроизвеждане на единица дължина с порядък. По-нататъшните изследвания обаче направиха възможно получаването на по-точен стандарт на измервателния уред, базиран на дължината на вълната във вакуум на монохроматично лъчение, генерирано от стабилизиран лазер. Разработването на нови референтни комплекси за възпроизвеждане на метъра доведе до дефинирането на метъра като разстоянието, което светлината изминава във вакуум за 1/299792458 от секундата. Това определение на измервателния уред е заложено в закона през 1985 г.
Новият стандартен комплекс за възпроизвеждане на измервателния уред, в допълнение към повишаването на точността на измерване в необходимите случаи, също така позволява да се следи постоянството на платиново-иридиевия стандарт, който сега се превърна във вторичен стандарт, използван за предаване на размера на единица като работен стандарт.
Стандартна единица за маса.При установяването на метричната система от мерки за единица време се приема масата на един кубичен дециметър чиста вода при температура на най-високата му плътност (4 0 C).
През този период бяха направени прецизни определяния на масата на известен обем вода чрез последователно претегляне на празен бронзов цилиндър във въздух и вода, чиито размери бяха внимателно определени.
Въз основа на тези претегляния, първият прототип на килограма е платинена цилиндрична тежест с височина 39 mm, равна на неговия диаметър. Подобно на прототипа на измервателния уред, той беше прехвърлен в Националния архив на Франция за съхранение. През 19-ти век бяха повторени няколко внимателни измервания на масата на един кубичен дециметър чиста вода при температура 4 0 C. Установено е, че тази маса е малко (приблизително 0,028 g) по-малка от прототипа на килограма от архива. За да не се променя стойността на първоначалната единица за маса по време на по-нататъшни, по-точни претегляния, Международната комисия за прототипите на метричната система през 1872 г. беше решено да се вземе масата на прототипа на килограма на Архива като единица маса.
При производството на платинено-иридиеви килограмови еталони за международен прототип беше взет този, чиято маса се различаваше най-малко от масата на прототипа на архивния килограм.
Поради възприемането на конвенционалния прототип на единицата за маса, литърът се оказа не равен на кубичния дециметър. Стойността на това отклонение (1l=1,000028 dm 3) съответства на разликата между масата на международния прототип на килограм и масата на кубичен дециметър вода. През 1964 г. 12-та Генерална конференция по мерки и теглилки реши да приравни обема от 1 литър към 1 dm 3.
Трябва да се отбележи, че по времето, когато е създадена метричната система от мерки, не е имало ясно разграничение между понятията маса и тегло, поради което международният прототип на килограма се счита за стандарт на единицата за тегло. Въпреки това, вече с одобрението на международния прототип на килограма на Първата генерална конференция по мерки и теглилки през 1889 г., килограмът е одобрен като прототип на масата.
Ясно разграничение между килограма като единица за маса и килограма като единица за сила е дадено в решенията на 3-та Генерална конференция по мерки и теглилки (1901 г.).
Държавният първичен стандарт и схемата за проверка на средствата за промяна на масата се определят от GOST 8.021 - 84. Държавният стандарт се състои от набор от мерки и измервателни уреди:
· национален прототип на килограма - екземпляр № 12 от международния прототип на килограма, който представлява тежест от платиново-иридиева сплав и е предназначен да пренася размера на единица маса към тежестта R1;
· национален прототип на килограма - екземпляр № 26 от международния прототип на килограма, който представлява тежест от платиново-иридиева сплав и е предназначен за проверка на неизменността на размера на единица маса, възпроизведен от националния прототип на килограма - екземпляр № 12, и заместващ последния при сравненията му в Международното бюро за мерки и везни;
· теглилки R1 и набор от теглилки, изработени от платиново-иридиева сплав и предназначени за прехвърляне на размера на единица маса към еталони - копия;
· стандартни везни.
Номиналната стойност на масата, възпроизведена от стандарта, е 1 kg. Държавният първичен стандарт осигурява възпроизвеждането на единица маса със стандартно отклонение на резултата от измерването в сравнение с международния прототип на килограма, което не надвишава 2 * 10 -3 mg.
Стандартните везни, които се използват за сравняване на стандарта за маса, с диапазон на претегляне 2 * 10 -3 ... 1 kg имат стандартно отклонение на резултата от наблюдението на везните от 5 * 10 -4 ... 3 * 10 -2 мг.
Изследването на физическите явления и техните модели, както и използването на тези модели в човешката практическа дейност, е свързано с измерването на физически величини.
Физическото количество е свойство, което е качествено общо за много физически обекти (физически системи, техните състояния и процеси, протичащи в тях), но количествено индивидуално за всеки обект.
Физическа величина е например масата. Маса имат различни физически обекти: всички тела, всички частици на материята, частици от електромагнитното поле и т.н. Качествено всички специфични реализации на масата, т.е. масите на всички физически обекти, са еднакви. Но масата на един обект може да бъде определен брой пъти по-голяма или по-малка от масата на друг. И в този количествен смисъл масата е свойство, което е индивидуално за всеки обект. Физични величини са още дължина, температура, напрегнатост на електрическото поле, период на трептене и др.
Специфичните реализации на една и съща физическа величина се наричат хомогенни величини. Например разстоянието между зениците на очите ви и височината на Айфеловата кула са специфични реализации на една и съща физическа величина – дължина, и следователно са хомогенни величини. Масата на тази книга и масата на спътника на Земята „Космос-897“ също са хомогенни физически величини.
Хомогенните физични величини се различават една от друга по размер. Размерът на физическото количество е
количественото съдържание в даден обект на свойство, съответстващо на понятието „физическа величина“.
Размерите на хомогенни физически величини на различни обекти могат да се сравняват помежду си, ако се определят стойностите на тези величини.
Стойността на физическото количество е оценка на физическо количество под формата на определен брой единици, приети за него (виж стр. 14). Например, стойността на дължината на определено тяло, 5 kg е стойността на масата на определено тяло и т.н. Абстрактно число, включено в стойността на физическа величина (в нашите примери 10 и 5), се нарича a числова стойност. Като цяло стойността X на определено количество може да се изрази като формула
където е числената стойност на количеството, неговата единица.
Необходимо е да се прави разлика между истинските и действителните стойности на дадено физическо количество.
Истинската стойност на физическо количество е стойността на количество, което в идеалния случай би отразявало съответното свойство на обекта в качествено и количествено отношение.
Действителната стойност на физическа величина е стойността на величина, открита експериментално и толкова близка до истинската стойност, че може да се използва вместо нея за дадена цел.
Експерименталното намиране на стойността на физическо количество с помощта на специални технически средства се нарича измерване.
Истинските стойности на физическите величини обикновено са неизвестни. Например, никой не знае истинските стойности на скоростта на светлината, разстоянието от Земята до Луната, масата на електрона, протона и други елементарни частици. Ние не знаем истинската стойност на нашия ръст и телесно тегло, не знаем и не можем да разберем истинската стойност на температурата на въздуха в стаята ни, дължината на масата, на която работим и т.н.
Но с помощта на специални технически средства е възможно да се определи действителното
стойностите на всички тези и много други величини. Освен това степента на приближаване на тези действителни стойности до истинските стойности на физическите величини зависи от съвършенството на използваните технически измервателни уреди.
Средствата за измерване включват мерки, измервателни уреди и др. Под мярка се разбира измервателен уред, предназначен да възпроизвежда физическа величина с даден размер. Например, теглото е мярка за маса, линийка с милиметрови деления е мярка за дължина, мерителна колба е мярка за обем (капацитет), нормален елемент е мярка за електродвижеща сила, кварцов осцилатор е мярка на честотата на електрическите трептения и др.
Измервателното устройство е измервателен уред, предназначен да генерира сигнал за измервателна информация във форма, достъпна за пряко възприемане чрез наблюдение. Средствата за измерване включват динамометър, амперметър, манометър и др.
Има преки и косвени измервания.
Директното измерване е измерване, при което желаната стойност на дадено количество се намира директно от експериментални данни. Директните измервания включват например измерване на маса на равнораменна скала, температура - с термометър, дължина - с мащабна линийка.
Непрякото измерване е измерване, при което желаната стойност на дадено количество се намира въз основа на известна връзка между него и количествата, подложени на преки измервания. Непреките измервания са например намиране на плътността на тяло по неговата маса и геометрични размери, намиране на електрическото съпротивление на проводник по неговото съпротивление, дължина и площ на напречното сечение.
Измерванията на физическите величини се основават на различни физични явления. Например за измерване на температура се използва топлинното разширение на телата или термоелектричният ефект, за измерване на масата на телата чрез претегляне, явлението гравитация и др. Съвкупността от физически явления, на които се основават измерванията, се нарича принцип на измерване. Принципите на измерване не са обхванати в това ръководство. Метрологията изучава принципите и методите на измерванията, видовете измервателни уреди, грешките на измерванията и други въпроси, свързани с измерванията.
Обектите на измерване са свойствата на обективните реалности (тела, вещества, явления, процеси). Свойството е израз на някакъв аспект на нещо или явление. Всяко нещо има много свойства, в които се проявява неговото качество. Някои свойства са съществени, други са маловажни. Промяната в основните свойства е еквивалентна на промяна в качественото състояние на нещо или явление.
Технологичната дейност на човека е свързана с измерването на различни физични величини.
Физическото количество е характеристика на едно от свойствата на физически обект (явление или процес), което е качествено общо за много физически обекти, но количествено индивидуално за всеки обект.
Стойността на физическа величина е оценка на нейната величина под формата на определен брой единици, приети за нея, или число в приета за нея скала. Например 120 mm е линейна стойност; 75 kg е стойността на телесното тегло, HB190 е числото на твърдостта по Бринел.
Прави се разлика между истинската стойност на физична величина, която идеално отразява свойствата на измервания обект в качествен и количествен смисъл, и реалната стойност, установена експериментално, но която е достатъчно близка до истинската стойност на физичната величина. и може да се използва вместо истинската.
Измерването на физическа величина е набор от операции, извършвани с помощта на техническо средство, което съхранява единица или възпроизвежда мащаба на физическа величина, състоящ се от сравняване (явно или косвено) на измерената величина с нейната единица или скала, за да се получи стойността на това количество в най-удобния за използване вид.
В теорията на измерването има основно пет вида скали: имена, ред, интервали, съотношения и абсолютни.
Скалите за именуване се характеризират само с отношения на еквивалентност. В основата си той е качествен и не съдържа нули или мерни единици. Пример за такава скала е оценката на цвета по име (цветни атласи). Тъй като всеки цвят има много вариации, такова сравнение може да бъде направено само от опитен експерт с подходящи зрителни способности.
Подредените скали се характеризират с отношението на еквивалентност и ред. За практическото използване на такава скала е необходимо да се установят редица стандарти. Класификацията на обектите се извършва чрез сравняване на интензитета на оценяваното свойство с неговата референтна стойност. Подредените скали включват например скалата на земетресението, скалата на силата на вятъра, скалата на твърдостта и т.н.
Скалата на разликите се различава от скалата на реда по това, че в допълнение към отношенията на еквивалентност и ред се добавя еквивалентността на интервали (разлики) между различни количествени прояви на свойството. Има условни нулеви стойности, а размерът на интервалите се определя по споразумение. Типичен пример за такава скала е скалата на времевия интервал. Интервалите от време могат да се сумират (извадят).
Скалите на съотношението описват свойства, към които се прилагат отношенията на еквивалентност, ред и сумиране и следователно изваждане и умножение. Тези скали имат естествена нулева стойност, а мерните единици се установяват по споразумение. За съотношителна скала един стандарт е достатъчен, за да разпредели всички изследвани обекти според интензитета на измерваното свойство. Пример за съотношителна скала е масовата скала. Масата на два обекта е равна на сбора от масите на всеки от тях.
Абсолютните скали притежават всички характеристики на скалите за отношение, но освен това имат естествено, недвусмислено определение на мерната единица. Такива скали съответстват на относителни количества (съотношения на едни и същи физически величини, описани от скали на съотношения). Сред абсолютните скали се разграничават абсолютни скали, чиито стойности са в диапазона от 0 до 1. Такава стойност е например коефициентът на ефективност.
Повечето свойства, разглеждани в метрологията, се описват с едномерни скали. Има обаче свойства, които могат да бъдат описани само с помощта на многомерни скали. Например триизмерни цветни скали в колориметрията.
Практическото прилагане на скали със специфични свойства се постига чрез стандартизиране на мерни единици, скали и (или) методи и условия за тяхното недвусмислено възпроизвеждане. Концепцията за мерна единица, която е непроменена за всяка точка от скалата, има смисъл само за скали на съотношения и интервали (разлики). В скалите за поръчка можете да говорите само за числа, присвоени на конкретни прояви на дадено свойство. Невъзможно е да се каже, че такива числа се различават с такъв и такъв брой пъти или с такъв и такъв процент. За съотношението и диференциалните скали понякога не е достатъчно да зададете само мерната единица. Така че дори за такива величини като време, температура, интензитет на светлината (и други светлинни величини), които в Международната система от единици (SI) съответстват на основните единици - секунда, келвин и кандела, практическите системи за измерване също разчитат на специални скали . В допълнение, самите единици SI в някои случаи се основават на фундаментални физически константи.
В тази връзка могат да се разграничат три вида физически величини, чието измерване се извършва по различни правила.
Първият тип физични величини включва величини, върху множеството от размери на които са определени само отношения на ред и еквивалентност. Това са отношения като „по-меко“, „по-твърдо“, „по-топло“, „по-студено“ и т.н.
Величините от този вид включват например твърдостта, дефинирана като способността на едно тяло да устои на проникването на друго тяло в него; температура като степен на нагряване на тялото и др.
Наличието на такива връзки се установява теоретично или експериментално с помощта на специални средства за сравнение, както и въз основа на наблюдения на резултатите от влиянието на физическо количество върху всякакви обекти.
За втория вид физични величини отношението на ред и еквивалентност възниква както между размерите, така и между разликите в двойките на техните размери. По този начин разликите във времевите интервали се считат за равни, ако разстоянията между съответните марки са равни.
Третият тип се състои от адитивни физически величини.
Допълнителните физически величини са величини, върху набор от размери, на които са дефинирани не само отношенията на ред и еквивалентност, но и операциите на събиране и изваждане. Такива количества включват дължина, маса, ток и т.н. Те могат да бъдат измерени на части, а също и възпроизведени с помощта на многозначна мярка, базирана на сумирането на отделни мерки. Например, сумата от масите на две тела е масата на тялото, която уравновесява първите две на равнораменни везни.
В науката и технологиите се използват единици за измерване на физически величини, които образуват определени системи. Наборът от единици, установени от стандарта за задължително използване, се основава на единиците на Международната система (SI). В теоретичните раздели на физиката се използват широко единици от системите SGS: SGSE, SGSM и симетричната система на Гаус SGS. До известна степен се използват и звена от техническата система на МКГСС и някои несистемни звена.
Международната система (SI) се състои от 6 основни единици (метър, килограм, секунда, келвин, ампер, кандела) и 2 допълнителни (радиан, стерадиан). Окончателният вариант на проекта на стандарт „Единици за физични величини” съдържа: единици SI; единици, разрешени за използване заедно с единици SI, например: тон, минута, час, градус по Целзий, градус, минута, секунда, литър, киловатчас, обороти в секунда, обороти в минута; единици от системата GHS и други единици, използвани в теоретичните раздели на физиката и астрономията: светлинна година, парсек, хамбар, електронволт; единици, временно разрешени за използване като: ангстрьом, килограм-сила, килограм-сила-метър, килограм-сила на квадратен сантиметър, милиметър живачен стълб, конски сили, калории, килокалории, рентген, кюри. Най-важните от тези единици и връзките между тях са дадени в таблица A1.
Съкратените обозначения на единиците, дадени в таблиците, се използват само след числовата стойност на количеството или в заглавията на колоните на таблицата. Не можете да използвате съкращения вместо пълни наименования на мерни единици в текста без числовата стойност на количествата. Когато се използват както руски, така и международни символи на единици, се използва прав шрифт; обозначенията (съкратени) на единици, чиито имена са дадени от имената на учени (нютон, паскал, ват и др.), се пишат с главна буква (N, Pa, W); В обозначенията на единиците точката не се използва като знак за съкращение. Обозначенията на единиците, включени в продукта, са разделени с точки като знаци за умножение; Наклонената черта обикновено се използва като знак за разделяне; Ако знаменателят включва произведение от единици, тогава той се огражда в скоби.
За формиране на кратни и подкратни се използват десетични префикси (вижте таблица A2). Особено се препоръчва да се използват префикси, които представляват степен на 10 с показател, който е кратен на три. Препоръчително е да използвате кратни и кратни на единици, получени от единици SI и водещи до числени стойности, лежащи между 0,1 и 1000 (например: 17 000 Pa трябва да се запише като 17 kPa).
Не е позволено да се прикрепят две или повече приставки към едно устройство (например: 10 –9 m трябва да се запише като 1 nm). За да се образуват единици за маса, към основното име „грам“ се добавя префикс (например: 10 –6 kg = 10 –3 g = 1 mg). Ако сложното име на оригиналната единица е продукт или фракция, тогава префиксът е прикрепен към името на първата единица (например kN∙m). В необходимите случаи е позволено да се използват подкратни единици за дължина, площ и обем в знаменателя (например V/cm).
Таблица A3 показва основните физически и астрономически константи.
Таблица P1
ИЗМЕРНИ ЕДИНИЦИ НА ФИЗИЧНИ ВЕЛИЧИНИ В СИСТЕМАТА SI
И ОТНОШЕНИЕТО ИМ С ДРУГИ ЕДИНИЦИ
| Наименование на количествата | Мерни единици | Съкращение | Размер | Коефициент за превръщане в единици SI | ||
| GHS | MKGSS и несистемни единици | |||||
| Основни единици | ||||||
| Дължина | метър | м | 1 cm=10 –2 m | 1 Å=10 –10 m 1 светлинна година=9,46×10 15 m | ||
| Тегло | килограми | кг | 1g=10 –3 кг | |||
| време | второ | с | 1 час=3600 s 1 min=60 s | |||
| температура | келвин | ДО | 1 0 C=1 K | |||
| Текуща сила | ампер | А | 1 SGSE I = =1/3×10 –9 A 1 SGSM I =10 A | |||
| Силата на светлината | кандела | cd | ||||
| Допълнителни единици | ||||||
| Плосък ъгъл | радиан | радвам се | 1 0 =p/180 rad 1¢=p/108×10 –2 rad 1²=p/648×10 –3 rad | |||
| Плътен ъгъл | стерадиан | ср | Пълен плътен ъгъл=4p sr | |||
| Производни единици | ||||||
| Честота | херц | Hz | s –1 | |||
Продължение на таблица P1
| Ъглова скорост | радиани в секунда | рад/сек | s –1 | 1 r/s=2p rad/s 1 rpm= =0,105 rad/s | |
| Обем | кубичен метър | м 3 | м 3 | 1 cm 2 =10 –6 m 3 | 1 l=10 –3 m 3 |
| Скорост | метър в секунда | m/s | m×s –1 | 1cm/s=10 –2 m/s | 1km/h=0,278 m/s |
| Плътност | килограм на кубичен метър | кг/м3 | kg×m –3 | 1 g/cm 3 = =10 3 kg/m 3 | |
| Сила | нютон | Н | kg×m×s –2 | 1 дин=10 –5 Н | 1 кг=9.81N |
| Работа, енергия, количество топлина | джаул | J (N×m) | kg×m 2 ×s –2 | 1 erg=10 –7 J | 1 kgf×m=9,81 J 1 eV=1,6×10 –19 J 1 kW×h=3,6×10 6 J 1 cal=4,19 J 1 kcal=4,19×10 3 J |
| Мощност | ват | W (J/s) | kg×m 2 ×s –3 | 1erg/s=10 –7 W | 1hp=735W |
| налягане | паскал | Pa (N/m2) | kg∙m –1 ∙s –2 | 1 дин/cm 2 =0,1 Pa | 1 atm=1 kgf/cm 2 = =0,981∙10 5 Pa 1 mm.Hg.=133 Pa 1 atm= =760 mm.Hg.= =1,013∙10 5 Pa |
| момент на сила | нютон метър | N∙m | kgm 2 ×s –2 | 1 дин×cm= =10 –7 N×m | 1 kgf×m=9,81 N×m |
| Инерционен момент | килограм-метър на квадрат | kg×m 2 | kg×m 2 | 1 g×cm 2 = =10 –7 kg×m 2 | |
| Динамичен вискозитет | паскал-секунда | Pa×s | kg×m –1 ×s –1 | 1P/поаз/==0,1Pa×s |
Продължение на таблица P1
| Кинематичен вискозитет | квадратен метър в секунда | m 2 /s | m 2 ×s –1 | 1St/Стокс/= =10 –4 m 2 /s | |
| Топлинна мощност на системата | джаул на келвин | J/C | kg×m 2 x x s –2 ×K –1 | 1 кал/0 C = 4,19 J/K | |
| Специфична топлина | джаул на килограм-келвин | J/ (kg×K) | m 2 ×s –2 ×K –1 | 1 kcal/(kg × 0 C) = =4,19 × 10 3 J/(kg × K) | |
| Електрически заряд | висулка | кл | А×с | 1SGSE q = =1/3×10 –9 C 1SGSM q = =10 C | |
| Потенциал, електрическо напрежение | волт | V (W/A) | kg×m 2 x x s –3 ×A –1 | 1SGSE u = =300 V 1SGSM u = =10 –8 V | |
| Сила на електрическото поле | волт на метър | V/m | kg×m x x s –3 ×A –1 | 1 SGSE E = =3×10 4 V/m | |
| Електрическо изместване (електрическа индукция) | висулка на квадратен метър | C/m 2 | m –2 × s × A | 1SGSE D = =1/12p x x 10 –5 C/m 2 | |
| Електрическо съпротивление | ом | Ом (V/A) | kg×m 2 ×s –3 x x A –2 | 1SGSE R = 9×10 11 Ohm 1SGSM R = 10 –9 Ohm | |
| Електрически капацитет | фарад | F (Cl/V) | kg –1 ×m –2 x s 4 ×A 2 | 1SGSE S = 1 cm = =1/9×10 –11 F |
Край на таблица P1
| Магнитен поток | weber | Wb (W×s) | kg×m 2 ×s –2 x x A –1 | 1SGSM f = =1 Mks (maxvel) = =10 –8 Wb | |
| Магнитна индукция | тесла | Tl (Wb/m2) | kg×s –2 ×A –1 | 1SGSM V = =1 G (гаус) = =10 –4 T | |
| Сила на магнитното поле | ампер на метър | Превозно средство | m –1 ×A | 1SGSM N = =1E(ерстед) = =1/4p×10 3 A/m | |
| Магнитодвижеща сила | ампер | А | А | 1SGSM Fm | |
| Индуктивност | Хенри | Gn (Wb/A) | kg×m 2 x x s –2 ×A –2 | 1SGSM L = 1 cm = =10 –9 Hn | |
| Светлинен поток | лумен | лм | cd | ||
| Яркост | кандела на квадратен метър | cd/m2 | m –2 ×cd | ||
| Осветеност | лукс | добре | m –2 ×cd |
Физическо количество - свойство на физически обекти, което е качествено общо за много обекти, но количествено индивидуално за всеки от тях. Качествената страна на понятието „физична величина“ определя неговия вид (например електрическото съпротивление като общо свойство на електрическите проводници), а количествената страна определя неговия „размер“ (стойността на електрическото съпротивление на конкретен проводник, например R = 100 Ohm). Числената стойност на резултата от измерването зависи от избора на единица физическа величина.
Физическите величини са присвоени азбучни символи, използвани във физическите уравнения, изразяващи връзки между физическите величини, които съществуват във физическите обекти.
Размер на физическото количество - количествено определяне на стойност, присъща на конкретен обект, система, явление или процес.
Стойност на физическото количество- оценка на размера на физическо количество под формата на определен брой мерни единици, приети за него. Числова стойност на физична величина- абстрактно число, изразяващо отношението на стойността на физическо количество към съответната единица на дадено физическо количество (например 220 V е стойността на амплитудата на напрежението, а самото число 220 е числова стойност). Терминът "стойност" трябва да се използва за изразяване на количествената страна на разглеждания имот. Неправилно е да се казва и пише „стойност на тока“, „стойност на напрежението“ и т.н., тъй като токът и напрежението сами по себе си са величини (правилното използване на термините „стойност на тока“, „стойност на напрежението“).
При избрана оценка на физическа величина тя се характеризира с истински, действителни и измерени стойности.
Истинската стойност на физическо количество Те наричат стойността на физическо количество, което в идеалния случай би отразявало съответното свойство на даден обект в качествено и количествено отношение. Невъзможно е да се определи експериментално поради неизбежни грешки в измерването.
Тази концепция се основава на два основни постулата на метрологията:
§ истинската стойност на определяното количество съществува и е постоянна;
§ истинската стойност на измереното количество не може да бъде намерена.
На практика те оперират с концепцията за реална стойност, чиято степен на приближаване до истинската зависи от точността на измервателния уред и грешката на самите измервания.
Действителната стойност на физическо количество те го наричат стойност, открита експериментално и толкова близка до истинската стойност, че за определена цел може да се използва вместо нея.
Под измерена стойностразбират стойността на величината, измерена от индикаторното устройство на измервателния уред.
Единица за физическа величина - стойност с фиксиран размер, на която условно се присвоява стандартна числена стойност, равна на единица.
Единиците на физическите величини се разделят на основни и производни и се комбинират в системи от единици физически величини. За всяка от физическите величини се установява мерната единица, като се отчита фактът, че много величини са свързани помежду си чрез определени зависимости. Следователно само някои от физичните величини и техните единици се определят независимо от останалите. Такива количества се наричат основен. Други физични величини - производнии се намират с помощта на физични закони и зависимости чрез основните. Нарича се набор от основни и производни единици на физически величини, формирани в съответствие с приетите принципи система от единици за физични величини. Единицата за основна физическа величина е основна единицасистеми.
Международна система единици (система SI; SI - френски. Systeme International) е приет от XI Генерална конференция по мерки и теглилки през 1960 г.
Системата SI се основава на седем основни и две допълнителни физически единици. Основни единици: метър, килограм, секунда, ампер, келвин, мол и кандела (Таблица 1).
Таблица 1. Международни единици SI
|
Име |
Измерение |
Име |
Наименование |
|
|
международни |
||||
|
Основен |
||||
|
килограм |
||||
|
Сила на електрически ток |
||||
|
температура |
||||
|
Количество вещество |
||||
|
Силата на светлината |
||||
|
Допълнителна |
||||
|
Плосък ъгъл |
||||
|
Плътен ъгъл |
стерадиан |
Метърравно на разстоянието, изминато от светлината във вакуум за 1/299792458 от секундата.
килограм- единица за маса, определена като масата на международния прототип килограм, представляващ цилиндър, изработен от сплав от платина и иридий.
Второе равно на 9192631770 периода на излъчване, съответстващ на енергийния преход между две нива на свръхфината структура на основното състояние на атома цезий-133.
Ампер- силата на постоянен ток, който, преминавайки през два успоредни прави проводника с безкрайна дължина и пренебрежимо малко кръгово сечение, разположени на разстояние 1 m един от друг във вакуум, би предизвикал сила на взаимодействие, равна на 210 -7 N (нютон) на всеки участък от проводника с дължина 1 m.
Келвин- единица за термодинамична температура, равна на 1/273,16 от термодинамичната температура на тройната точка на водата, т.е. температурата, при която трите фази на водата - пара, течност и твърдо вещество - са в динамично равновесие.
къртица- количеството вещество, съдържащо толкова структурни елементи, колкото се съдържат във въглерод-12 с тегло 0,012 kg.
Кандела- интензитетът на светлината в дадена посока на източник, излъчващ монохроматично лъчение с честота 54010 12 Hz (дължина на вълната около 0,555 μm), чийто енергиен интензитет на излъчване в тази посока е 1/683 W/sr (sr - стерадиан).
Допълнителни единициСистемите SI са предназначени само за формиране на единици за ъглова скорост и ъглово ускорение. Допълнителните физически величини на системата SI включват равнинни и плътни ъгли.
радиан (радвам се) - ъгълът между два радиуса на окръжност, чиято дължина на дъгата е равна на този радиус. В практическите случаи често се използват следните единици за измерване на ъглови величини:
степен - 1 _ = 2p/360 rad = 1.745310 -2 rad;
минута - 1" = 1 _ /60 = 2,9088 10 -4 рад;
второ - 1"= 1"/60= 1 _ /3600 = 4.848110 -6 rad;
радиан - 1 рад = 57 _ 17 "45" = 57,2961 _ = (3,4378 10 3)" = (2,062710 5)".
Стерадиан (ср) - плътен ъгъл с връх в центъра на сферата, изрязващ площ на повърхността му, равна на площта на квадрат със страна, равна на радиуса на сферата.
Измерете плътни ъгли с помощта на равнинни ъгли и изчисление
Къде b- плътен ъгъл; ц- плосък ъгъл при върха на конус, образуван вътре в сфера от даден телесен ъгъл.
Производните единици на системата SI се формират от основни и допълнителни единици.
В областта на измерването на електрически и магнитни величини има една основна единица - ампер (А). Чрез ампера и единицата за мощност - ват (W), обща за електрически, магнитни, механични и топлинни величини, могат да се определят всички останали електрически и магнитни единици. Днес обаче няма достатъчно точни средства за възпроизвеждане на ватове с помощта на абсолютни методи. Следователно електрическите и магнитните единици се основават на единици за ток и получената от ампер единица за капацитет, фарад.
Физическите величини, получени от ампер, също включват:
§ единица за електродвижеща сила (ЕМС) и електрическо напрежение - волт (V);
§ единица за честота - херц (Hz);
§ единица за електрическо съпротивление - ом (Ohm);
§ единица за индуктивност и взаимна индуктивност на две бобини - хенри (Н).
В табл 2 и 3 показват производните единици, използвани най-често в телекомуникационните системи и радиотехниката.
Таблица 2. Производни SI единици
|
величина |
||||
|
Име |
Измерение |
Име |
Наименование |
|
|
международни |
||||
|
Енергия, работа, количество топлина |
||||
|
Сила, тегло |
||||
|
Сила, енергиен поток |
||||
|
Количество електроенергия |
||||
|
Електрическо напрежение, електродвижеща сила (ЕМС), потенциал |
||||
|
Електрически капацитет |
L -2 M -1 T 4 I 2 |
|||
|
Електрическо съпротивление |
||||
|
Електрическа проводимост |
L -2 M -1 T 3 I 2 |
|||
|
Магнитна индукция |
||||
|
Поток на магнитна индукция |
||||
|
Индуктивност, взаимна индуктивност |
Таблица 3. SI единици, използвани в измервателната практика
|
величина |
||||
|
Име |
Измерение |
Мерна единица |
Наименование |
|
|
международни |
||||
|
Плътност на електрически ток |
ампер на квадратен метър |
|||
|
Сила на електрическото поле |
волт на метър |
|||
|
Абсолютна диелектрична константа |
L 3 M -1 T 4 I 2 |
фарад на метър |
||
|
Електрическо съпротивление |
ом на метър |
|||
|
Обща мощност на електрическата верига |
волт-ампер |
|||
|
Реактивна мощност на електрическа верига |
||||
|
Сила на магнитното поле |
ампер на метър |
Съкращенията за единици, както международни, така и руски, кръстени на велики учени, се пишат с главни букви, например ампер - А; ом - Ом; волт - V; фарад - F. За сравнение: метър - m, секунда - s, килограм - kg.
На практика използването на цели единици не винаги е удобно, тъй като в резултат на измерванията се получават много големи или много малки стойности. Следователно системата SI има своите десетични кратни и подкратни, които се образуват с помощта на множители. Кратните и частните единици на величини се пишат заедно с наименованието на основната или производната единица: километър (km), миливолт (mV); мегаом (MΩ).
Множествена единица физическа величина- единица, по-голяма от цяло число пъти системната единица, например килохерц (10 3 Hz). Дократна единица на физичната величина- единица, която е цял брой пъти по-малка от системната, например микрохенри (10 -6 Hn).
Имената на кратните и подкратните единици на системата SI съдържат редица префикси, съответстващи на факторите (Таблица 4).
Таблица 4. Фактори и префикси за образуване на десетични кратни и подкратни на SI единици
|
Фактор |
Префикс |
Префиксно обозначение |
|
|
международни |
|||