Физическата величина е едно от свойствата на физическия обект (явление, процес), което е качествено общо за много физически обекти, като същевременно се различава по количествена стойност.

Целта на измерванията е да се определи стойността на физическа величина - определен брой единици, приети за нея (например резултатът от измерване на масата на продукт е 2 kg, височината на сградата е 12 m и т.н. ).

В зависимост от степента на подход към обективността се разграничават истинските, действителните и измерените стойности на физическата величина.

Това е стойност, която идеално отразява съответното свойство на обекта в качествено и количествено отношение. Поради несъвършенството на средствата и методите за измерване, истинските стойности на количествата практически не могат да бъдат получени. Те могат да се представят само теоретично. И стойностите на количеството, получени по време на измерването, само в по-голяма или по-малка степен се доближават до истинската стойност.

Това е стойността на количество, открито експериментално и толкова близко до истинската стойност, че може да се използва вместо това за тази цел.

Това е стойността, получена чрез измерване с помощта на специфични методи и измервателни уреди.

9. Класификация на измерванията според зависимостта на измерената стойност от времето и според съвкупността от измерените стойности.

По характер на изменението на измерената стойност - статични и динамични измервания.

Динамично измерване - измерване на количество, чийто размер се променя с течение на времето.Бърза промяна в размера на измерената стойност изисква измерването й с най-точно определяне на момента във времето. Например, измерване на разстоянието до нивото на земната повърхност от балон или измерване на постоянно напрежение на електрически ток. По същество динамичното измерване е измерване на функционалната зависимост на измерваната величина във времето.

Статично измерване - измерване на количество, което е прието в в съответствие със зададената задача за измерване, за да не се променя през периода на измерване.Например, измерването на линейния размер на произведен продукт при нормална температура може да се счита за статично, тъй като температурните колебания в цеха на ниво от десети от градуса въвеждат грешка при измерване от не повече от 10 µm/m, което е незначително в сравнение с производствената грешка на детайла. Следователно в тази измервателна задача измереното количество може да се счита за непроменено. При калибриране на линейна мярка за дължина на държавния първичен стандарт, термостатирането осигурява стабилност на поддържане на температурата на ниво от 0,005 °C. Такива температурни колебания причиняват хиляди пъти по-малка грешка при измерване - не повече от 0,01 µm/m. Но в тази измервателна задача това е от съществено значение и отчитането на температурните промени в процеса на измерване става условие за осигуряване на необходимата точност на измерване. Следователно тези измервания трябва да се извършват по метода на динамичните измервания.

Според установените набори от измерени стойностина електрически (ток, напрежение, мощност) , механичен (маса, брой продукти, усилия); , топлинна мощност(температура, налягане); , физически(плътност, вискозитет, мътност); химически(състав, химични свойства, концентрация) , радиотехникаи т.н.

Класификация на измерванията според метода на получаване на резултата (по вид).

Според метода на получаване на резултатите от измерването се различават: преки, косвени, кумулативни и съвместни измервания.

Директните измервания са тези, при които желаната стойност на измерената величина се намира директно от експерименталните данни.

Непреките измервания са тези, при които желаната стойност на измерената величина се намира на базата на известна връзка между измерената величина и величините, определени чрез директни измервания.

Агрегатните измервания са тези, при които се измерват едновременно няколко едноименни величини и определената стойност се намира чрез решаване на система от уравнения, която се получава на базата на директни измервания на едноименните величини.

Съвместните измервания се наричат ​​две или повече различни величини, за да се намери връзката между тях.

Класификация на измерванията според условията, които определят точността на резултата и според броя на измерванията за получаване на резултата.

Според условията, които определят точността на резултата, измерванията са разделени на три класа:

1. Измервания с възможно най-висока точност, постижима при текущото състояние на техниката.

Те включват на първо място еталонни измервания, свързани с максимално възможната точност на възпроизвеждане на установените единици физически величини, и в допълнение, измервания на физически константи, предимно универсални (например абсолютната стойност на ускорението на гравитацията, жиромагнитното съотношение на протона и др.).

Към този клас принадлежат и някои специални измервания, изискващи висока точност.

2. Контролно-проверителни измервания, чиято грешка с определена вероятност не трябва да надвишава определена определена стойност.

Те включват измервания, извършвани от лаборатории за държавен надзор върху прилагането и спазването на стандартите и състоянието на средствата за измерване и заводски измервателни лаборатории, които гарантират грешката на резултата с определена вероятност, не надвишаваща определена предварително определена стойност.

3. Технически измервания, при които грешката на резултата се определя от характеристиките на измервателните уреди.

Примери за технически измервания са измервания, извършвани по време на производствения процес в машиностроителни предприятия, на разпределителни табла на електроцентрали и др.

Според броя на измерванията измерванията се делят на единични и многократни.

Едно измерване е измерване на едно количество, направено веднъж. Единичните измервания на практика имат голяма грешка, в тази връзка се препоръчва измервания от този тип да се извършват най-малко три пъти, за да се намали грешката, и да се вземе тяхното средноаритметично като резултат.

Множество измервания са измервания на едно или повече количества, направени четири или повече пъти. Множественото измерване е поредица от единични измервания. Минималният брой измервания, за които едно измерване може да се счита за множествено, е четири. Резултатът от множество измервания е средноаритметичната стойност на резултатите от всички направени измервания. При многократни измервания грешката се намалява.

Класификация на случайните грешки при измерване.

Случайна грешка - компонент на грешката в измерването, който се променя произволно при многократни измервания на едно и също количество.

1) Груб - не надвишава допустимата грешка

2) Мис - груба грешка, зависи от човека

3) Очаквано – получено в резултат на експеримента при създаване. условия

Концепцията за метрология

метрология- науката за измерванията, методите и средствата за осигуряване на тяхното единство и начините за постигане на необходимата точност. Той се основава на набор от термини и понятия, най-важните от които са дадени по-долу.

Физическо количество- свойство, което е качествено общо за много физически обекти, но количествено индивидуално за всеки обект. Физическите величини са дължина, маса, плътност, сила, налягане и др.

Единица за физическа величинатази стойност се разглежда, на която по дефиниция се приписва стойност, равна на 1. Например масата е 1 kg, силата е 1N, налягането е 1Pa. В различните системи от единици единиците от едно и също количество могат да се различават по размер. Например, за сила от 1kgf ≈ 10N.

Стойността на физическо количество– числена оценка на физическата стойност на даден обект в приетите единици. Например, стойността на масата на тухла е 3,5 кг.

Техническо измерение- определяне на стойностите на различни физически величини чрез специални технически методи и средства. В хода на лабораторните изпитвания се определят стойностите на геометричните размери, масата, температурата, налягането, силата и др. Всички технически измервания трябва да отговарят на изискванията за еднородност и точност.

Директно измерване– експериментално сравнение на дадена стойност с друга, взета като единица, чрез отчитане по скалата на уреда. Например, измерване на дължина, маса, температура.

Индиректни измервания– резултати, получени с помощта на резултатите от директни измервания чрез изчисления по известни формули. Например, определяне на плътността, здравината на материала.

Единство на измерванията- състоянието на измерванията, при което резултатите им са изразени в законни единици и грешките в измерването са известни с дадена вероятност. Единството на измерванията е необходимо, за да може да се сравняват резултатите от измерванията, направени на различни места, в различно време, с помощта на различни инструменти.

Точност на измерванията– качеството на измерванията, отразяващо близостта на получените резултати до истинската стойност на измерената величина. Правете разлика между истинската и действителната стойност на физическите величини.

истинска стойностфизическото количество идеално отразява в качествено и количествено отношение съответните свойства на обекта. Истинската стойност е без грешки при измерване. Тъй като всички стойности на физическа величина се намират емпирично и съдържат грешки в измерването, истинската стойност остава неизвестна.

Истинска стойностфизическите величини се намират експериментално. То е толкова близко до истинската стойност, че за определени цели може да се използва вместо това. При технически измервания за реална стойност се приема стойността на физическа величина, намерена с грешка, позволена от техническите изисквания.

Грешка в измерването– отклонение на резултата от измерването от истинската стойност на измерената величина. Тъй като истинската стойност на измерената величина остава неизвестна, на практика грешката на измерването се оценява само приблизително чрез сравняване на резултатите от измерването със стойността на същото количество, получена с няколко пъти по-висока точност. Така че грешката при измерване на размерите на пробата с линийка, която е ± 1 mm, може да бъде оценена чрез измерване на пробата с шублер с грешка не повече от ± 0,5 mm.

Абсолютна грешкаизразено в единици от измереното количество.

Относителна грешка- съотношението на абсолютната грешка към действителната стойност на измерената величина.

Средства за измерване - технически средства, използвани при измервания и притежаващи нормализирани метрологични свойства. Измервателните уреди се делят на мерки и средства за измерване.

Измерете- измервателен уред, предназначен да възпроизвежда физическа величина с определен размер. Например теглото е мярка за маса.

Измервателен уред- измервателен уред, който служи за възпроизвеждане на измервателна информация във форма, достъпна за възприятието на наблюдателя. Най-простите измервателни уреди се наричат ​​измервателни уреди. Например линийка, шублер.

Основните метрологични показатели на средствата за измерване са:

Стойността на деление на скалата е разликата в стойностите на измерената стойност, съответстваща на две съседни скални марки;

Началната и крайната стойност на скалата - съответно най-малката и най-голямата стойност на измерената стойност, посочена на скалата;

Диапазон на измерване - диапазонът от стойности на измерваната величина, за която се нормализират допустимите грешки.

Грешка в измерването- резултат от взаимното наслагване на грешки, причинени от различни причини: грешката на самите измервателни уреди, грешките, които възникват при използване на устройството и отчитане на резултатите от измерването и грешки от неспазване на условията на измерване. При достатъчно голям брой измервания средноаритметичната стойност на резултатите от измерването се доближава до истинската стойност и грешката намалява.

Систематична грешка- грешка, която остава постоянна или редовно се променя при многократни измервания и възниква по добре известни причини. Например отместването на скалата на инструмента.

Случайна грешка - грешка, при възникването на която няма редовна връзка с предишни или последващи грешки. Появата му е причинена от множество случайни причини, чието влияние върху всяко измерение не може да се вземе предвид предварително. Причините, водещи до появата на случайна грешка, включват например нехомогенност на материала, нарушения при вземане на проби и грешка в показанията на инструмента.

Ако т.нар груба грешка, което значително увеличава очакваната грешка при дадени условия, то такива резултати от измерване се изключват от разглеждане като ненадеждни.

Единството на всички измервания се осигурява от установяването на мерни единици и разработването на техните стандарти. От 1960 г. действа Международната система от единици (SI), която замени сложен набор от системи от единици и отделни несистемни единици, развили се на базата на метричната система от мерки. В Русия системата SI е приета като стандарт и използването й е регламентирано в областта на строителството от 1980 г.

Лекция 2. ФИЗИЧЕСКИ ВЕЛИЧИНИ. МЕРНИ ЕДИНИЦИ

2.1 Физически величини и скали

2.2 Единици за физическа величина

2.3. Международна система от единици (система SI

2.4 Физически величини на технологичните процеси

хранителна продукция

2.1 Физически величини и скали

Физическата величина е свойство, което е качествено общо за много физически обекти (физически системи, техните състояния и протичащи в тях процеси), но количествено индивидуално за всеки от тях.

Индивидуално в количествено отношениетрябва да се разбере, че едно и също свойство за един обект може да бъде определен брой пъти по-голямо или по-малко, отколкото за друг.

Обикновено терминът "физическо количество" се прилага за свойства или характеристики, които могат да бъдат количествено определени. Физичните величини включват маса, дължина, време, налягане, температура и т.н. Всички те определят физически свойства, които са общи в качествено отношение, количествените им характеристики могат да бъдат различни.

Препоръчително е да се разграничат физическите величини на измерими и оценени.Измерените FI могат да бъдат изразени количествено като определен брой установени мерни единици. Възможността за въвеждане и използване на последното е важна отличителна черта на измерената PV.

Има обаче свойства като вкус, мирис и др., за които не могат да се въвеждат единици. Такива количества могат да бъдат оценени. Стойностите се оценяват с помощта на скали.

от точност на резултатаИма три вида стойности на физическите величини: истински, реални, измерени.

Истинската стойност на физическо количество(истинска стойност на количество) - стойността на физическа величина, която в качествено и количествено отношение идеално би отразявала съответното свойство на обекта.

Постулатите на метрологията включват

Истинската стойност на определено количество съществува и е постоянна

Истинската стойност на измерената величина не може да бъде намерена.

Истинската стойност на една физическа величина може да бъде получена само в резултат на безкраен процес на измерване с безкрайно подобрение на методите и измервателните уреди. За всяко ниво на развитие на измервателната техника можем да знаем само действителната стойност на физическата величина, която се използва вместо истинската.

Действителната стойност на физическо количество- стойността на физическа величина, намерена експериментално и толкова близка до истинската стойност, че може да я замени за зададената измервателна задача. Типичен пример, илюстриращ развитието на измервателната техника, е измерването на времето. По едно време единицата време - секундата се определяше като 1/86400 от средния слънчев ден с грешка от 10 -7 . В момента секунда се определя с грешка от 10 -14 , т.е. 7 порядъка по-близо до истинската стойност на дефиницията на времето на референтното ниво.

Реалната стойност на физическа величина обикновено се приема като средноаритметичната стойност на поредица от стойности на количеството, получена при еднакво точни измервания, или средноаритметичната претеглена при неравномерни измервания.

Измерена стойност на физическа величина- стойността на физическа величина, получена с помощта на специфична техника.

По видове фотоволтаични явленияразделени на следните групи :

- истински , тези. описващи физичните и физико-химичните свойства на веществата. Материали и продукти от тях. Те включват маса, плътност и др. Това са пасивни PV, т.к. за измерването им е необходимо да се използват спомагателни източници на енергия, с помощта на които се формира сигнал за измервателна информация.

- енергия - описване на енергийните характеристики на процесите на преобразуване, предаване и използване на енергия (енергия, напрежение, мощност. Тези количества са активни. Могат да се преобразуват в сигнали за измерване на информация без използване на спомагателни източници на енергия;

- характеризиращ хода на времевите процеси . Тази група включва различни видове спектрални характеристики, корелационни функции и др.

Според степента на условна зависимост от други PV стойностиразделени на основни и производни

Основно физическо количествое физическа величина, включена в системата от величини и условно приета като независима от други величини на тази система.

Изборът на физични величини, взети като основни, и техният брой се извършва произволно. На първо място, като основни бяха избрани величините, характеризиращи основните свойства на материалния свят: дължина, маса, време. Останалите четири основни физически величини са избрани така, че всяка от тях да представлява един от разделите на физиката: сила на тока, термодинамична температура, количество материя, интензитет на светлината.

На всяка основна физическа величина от системата от величини е присвоен символ под формата на малка буква на латинската или гръцката азбука: дължина - L, маса - M, време - T, електрически ток - I, температура - O, количество вещество - N, интензитет на светлината - J. Тези символи са включени в името на системата от физични величини. Така системата от физически величини на механиката, чиито основни величини са дължина, маса и време, се нарича "LMT система".

Произведено физическо количествое физическа величина, включена в системата от величини и определена чрез основните величини на тази система.

1.3 Физични величини и техните измервания

Физическо количество - едно от свойствата на физическия обект (физическа система, явление или процес), което е качествено общо за много физически обекти, но количествено индивидуално за всеки от тях. Може също да се каже, че физическата величина е величина, която може да се използва в уравненията на физиката, освен това под физиката тук се разбира наука и технология като цяло.

дума " величина" често се използва в два значения: като свойство като цяло, за което е приложимо понятието повече или по-малко, и като количество от това свойство. Във втория случай би трябвало да се говори за „величина на величина”, следователно по-нататък ще говорим за величина именно като свойство на физически обект, във втория смисъл, като стойност на физическо количество.

Напоследък разделянето на количествата на физически и нефизически , въпреки че трябва да се отбележи, че досега няма строг критерий за подобно разделение на количествата. В същото време, под физически разбират величините, които характеризират свойствата на физическия свят и се използват във физическите науки и технологии. Те имат мерни единици. Физичните величини, в зависимост от правилата за тяхното измерване, се разделят на три групи:

Стойности, характеризиращи свойствата на обектите (дължина, маса);

величини, характеризиращи състоянието на системата (налягане,

температура);

Величини, характеризиращи процеси (скорост, мощност).

Да се нефизически отнасят се за количествата, за които няма мерни единици. Те могат да характеризират както свойствата на материалния свят, така и понятията, използвани в социалните науки, икономиката и медицината. В съответствие с това разделение на количествата е обичайно да се отделят измервания на физически величини и нефизични измервания . Друг израз на този подход са две различни разбирания на концепцията за измерване:

измерване в тесен смисъл като експериментално сравнение

една измерима величина с друга известна величина

същото качество, взето като единица;

измерване в широк смисъл как да намеря съвпадения

между числата и обектите, техните състояния или процеси според

известни правила.

Второто определение се появи във връзка с неотдавнашното широко използване на измервания на нефизични величини, които се появяват в биомедицинските изследвания, по-специално в психологията, икономиката, социологията и други социални науки. В този случай би било по-правилно да се говори не за измерване, а за оценка на количествата , разбиране на оценката като установяване на качеството, степента, нивото на нещо в съответствие с установените правила. С други думи, това е операция на приписване чрез изчисляване, намиране или определяне на число на стойност, която характеризира качеството на даден обект, съгласно установените правила. Например, определяне на силата на вятър или земетресение, оценяване на скейтърите или оценяване на знанията на учениците по петобална скала.

концепция оценкавеличините не трябва да се бъркат с концепцията за оценяване на величини, свързана с факта, че в резултат на измерванията всъщност получаваме не истинската стойност на измерената величина, а само нейната оценка, до известна степен близка до тази стойност.

Концепцията, обсъдена по-горе измерване“, предполагащ наличието на мерна единица (мярка), съответства на понятието мярка в тесен смисъл и е по-традиционна и класическа. В този смисъл ще се разбира по-долу – като измерване на физически величини.

Следните са за основни понятия свързани с физическа величина (по-нататък всички основни понятия на метрологията и техните дефиниции са дадени съгласно горепосочената препоръка за междудържавна стандартизация RMG 29-99):

- размера на физическо количество - количествена сигурност на физическа величина, присъща на конкретен материален обект, система, явление или процес;

- стойност на физическо количество - изразяване на размера на физическа величина под формата на определен брой единици, приети за нея;

- истинската стойност на физическото количество - стойността на физическа величина, която идеално характеризира съответната физическа величина в качествен и количествен аспект (може да се съпостави с концепцията за абсолютна истина и получена само в резултат на безкраен процес на измерване с безкрайно усъвършенстване на методите и измервателните уреди) ;

действителна стойност на физическо количество  стойността на физична величина, получена експериментално и толкова близка до истинската стойност, че може да се използва вместо нея в зададената измервателна задача;

единица за измерване на физическа величина  физическо количество с фиксиран размер, на което условно се приписва числова стойност, равна на 1, и се използва за количествено определяне на физични величини, хомогенни с нея;

система от физически величини  набор от физични величини, образувани в съответствие с приетите принципи, когато някои величини се приемат като независими, а други се определят като функции на тези независими количества;

главен физическо количество – физическа величина, включена в система от величини и условно приета като независима от други величини на тази система.

производно физическо количество – физическа величина, включена в системата от величини и определена чрез основните величини на тази система;

единична система от физически единици - съвкупност от основни и производни единици физически величини, формирани в съответствие с принципите за дадена система от физични величини.

Размерът на физическо количество- количествена сигурност на физическа величина, присъща на конкретен материален обект, система, явление или процес.

Широкото използване на думата "размер" понякога се възразява, като се твърди, че се отнася само до дължината. Отбелязваме обаче, че всяко тяло има определена маса, в резултат на което телата могат да бъдат разграничени по тяхната маса, т.е. от размера на физическото количество (маса), което ни интересува. Гледайки нещата НОи AT,може например да се твърди, че те се различават един от друг по дължина или размер на дължина (напр. A > B).По-точна оценка може да се получи само след измерване на дължината на тези обекти.

Често във фразата „размер на количество“ думата „размер“ се пропуска или заменя с фразата „стойност на количество“.

В машиностроенето широко се използва терминът "размер", който означава стойността на физическа величина - дължината, присъща на която и да е част. Това означава, че два термина („размер“ и „стойност“) се използват за изразяване на едно понятие „стойността на физическо количество“, което не може да допринесе за подреждането на терминологията. Строго погледнато, необходимо е да се изясни понятието "размер" в машиностроенето, така че да не противоречи на концепцията за "размер на физическа величина", приета в метрологията. GOST 16263-70 дава ясно обяснение по този въпрос.

Количествената оценка на конкретна физическа величина, изразена като определен брой единици от дадено количество, се нарича "стойността на физическо количество".

Абстрактно число, включено в "стойността" на дадена величина, се нарича числова стойност.

Има фундаментална разлика между размера и стойността. Размерът на едно количество наистина съществува, независимо дали го знаем или не. Можете да изразите размера на дадено количество, като използвате някоя от единиците на дадено количество, с други думи, като използвате числова стойност.

За числова стойност е характерно, че когато се използва различна единица, тя се променя, докато физическият размер на количеството остава непроменен.

Ако обозначим измерената стойност чрез x, единицата за величина - чрез x 1  и тяхното съотношение чрез q 1, тогава x = q 1 x 1  .

Размерът на x не зависи от избора на единица, което не може да се каже за числената стойност на q, която се определя изцяло от избора на единица. Ако за да изразите размера на количеството x вместо единицата x 1 , използвайте единицата x 2  , тогава непромененият размер x ще бъде изразен с различна стойност:

x = q 2 x 2  , където n 2 n 1 .

Ако в горните изрази се използва q = 1, тогава размерите на единиците

x 1 = 1x 1  и x 2 = 1x 2 .

Размерите на различните единици с една и съща стойност са различни. По този начин размерът на килограм е различен от размера на килограм; размерът на метър е от размера на крак и т.н.

1.6. Размерност на физическите величини

Размерност на физическите величини -това е съотношението между единиците величини, включени в уравнението, свързващо даденото количество с други величини, чрез които се изразява.

Размерността на физическа величина се означава като дим А(от лат. измерение - измерение). Да приемем, че физическото количество НОсвързани с х,Уравнение А = F(X, Y).След това количествата X, Y, Aможе да се представи като

X = х [Х]; Y=y [Y];А = а [A],

където A, X, Y -символи, обозначаващи физическа величина; а, х, у -числени стойности на количествата (безразмерни); [A];[Х]; [Y]-съответните единици данни за физически величини.

Размерите на стойностите на физическите величини и техните единици са еднакви. Например:

A=X/Y; дим(а) = дим(X/Y) = [х]/[Y].

Измерение -качествена характеристика на физическа величина, даваща представа за вида, естеството на количеството, връзката му с други величини, чиито единици се приемат като основни.

Физиката, както вече установихме, изучава общите закономерности в света около нас. За да направят това, учените провеждат наблюдения на физически явления. Въпреки това, когато се описват явления, е обичайно да се използва не ежедневен език, а специални думи, които имат строго определено значение - термини. Някои физически термини вече са ви срещнали в предишния параграф. Много термини, които просто трябва да научите и да запомните техните значения.

Освен това физиците трябва да опишат различни свойства (характеристики) на физическите явления и процеси и да ги характеризират не само качествено, но и количествено. Да вземем пример.

Изследваме зависимостта на времето на падане на камъка от височината, от която пада. Опитът показва: колкото по-голяма е височината, толкова по-дълго е времето за падане. Това е качествено описание, то не позволява подробно описание на резултата от експеримента. За да разберете редовността на такова явление като падане, трябва да знаете, например, че при четирикратно увеличение на височината времето, необходимо за падане на камък, обикновено се удвоява. Това е пример за количествени характеристики на свойствата на едно явление и връзката между тях.

За да се опишат количествено свойствата (характеристиките) на физическите обекти, процеси или явления, се използват физически величини. Примери за познати ви физически величини са дължина, време, маса, скорост.

Физичните величини описват количествено свойствата на физическите тела, процеси, явления.

Някои от количествата, които сте срещали преди. В уроците по математика при решаване на задачи измервахте дължините на отсечките, определяхте изминатото разстояние. В този случай сте използвали едно и също физическо количество - дължина. В други случаи сте открили продължителността на движението на различни обекти: пешеходец, кола, мравка - и също така сте използвали само една физическа величина за това - време. Както вече сте забелязали, за различни обекти една и съща физическа величина приема различни стойности. Например, дължините на различните сегменти може да не са еднакви. Следователно една и съща стойност може да придобие различни стойности и да се използва за характеризиране на голямо разнообразие от обекти и явления.

Необходимостта от въвеждане на физически величини се крие и във факта, че те се използват за записване на законите на физиката.

Във формулите и изчисленията физическите величини се означават с букви от латинската и гръцката азбука. Има общоприети обозначения, например дължина - l или L, време - t, маса - m или M, площ - S, обем - V и т.н.

Ако запишете стойността на физическо количество (същата дължина на сегмента, след като сте го получили в резултат на измерването), ще забележите, че тази стойност не е просто число. След като казахме, че дължината на отсечката е 100, е наложително да се изясни в какви единици се изразява: в метри, сантиметри, километри или нещо друго. Затова те казват, че стойността на физическа величина е наименувано число. Тя може да бъде представена като число, последвано от името на единицата на това количество.

Стойността на физическо количество = Число * Единица количество.

Единиците за много физически величини (например дължина, време, маса) първоначално са възникнали от нуждите на ежедневния живот. За тях в различно време са измислени различни единици от различни народи. Интересно е, че имената на много единици за количества са еднакви при различните народи, тъй като при избора на тези единици са използвани размерите на човешкото тяло. Например, единица за дължина, наречена "лакът", е била използвана в древен Египет, Вавилон, арабския свят, Англия, Русия.

Но дължината се измерваше не само в лакти, но и в инчове, футове, лиги и т. н. Трябва да се каже, че дори с едни и същи имена единиците с еднакъв размер са били различни за различните народи. През 1960 г. учените разработиха Международната система от единици (SI, или SI). Тази система е възприета от много страни, включително Русия. Следователно използването на единици от тази система е задължително.
Обичайно е да се прави разлика между основни и производни единици за физически величини. В SI основните механични единици са дължина, време и маса. Дължината се измерва в метри (m), времето - в секунди (s), масата - в килограми (kg). Производните единици се образуват от основните, като се използват съотношенията между физическите величини. Например, единица площ - квадратен метър (m 2) - е равна на площта на квадрат със страна от един метър.

При измервания и изчисления често се налага да работим с физически величини, чиито числови стойности се различават многократно от единицата за величина. В такива случаи към името на единицата се добавя префикс, което означава умножение или деление на единицата с определено число. Много често използват умножението на приетата единица по 10, 100, 1000 и т.н. (множествени стойности), както и деление на единицата на 10, 100, 1000 и т.н. (множествени стойности, т.е. дроби). Например, хиляда метра е един километър (1000 m = 1 km), префиксът е​​кило-.

Префиксите, означаващи умножението и разделянето на единици физически величини на десет, сто и една хиляда, са показани в таблица 1.
Резултати

Физическата величина е количествена характеристика на свойствата на физически обекти, процеси или явления.

Физическата величина характеризира едно и също свойство на различни физически обекти и процеси.

Стойността на физическо количество е наименувано число.
Стойността на физическо количество = Число * Единица количество.

Въпроси

1. За какво са физическите величини? Дайте примери за физически величини.
2. Кои от следните термини са физически величини и кои не са? Линийка, кола, студ, дължина, скорост, температура, вода, звук, маса.
3. Как се записват физическите величини?
4. Какво е SI? За какво е?
5. Кои единици се наричат ​​основни и кои са производни? Дай примери.
6. Масата на тялото е 250 г. Изразете масата на това тяло в килограми (kg) и милиграми (mg).
7. Изразете разстоянието 0,135 km в метри и милиметри.
8. На практика често се използва извънсистемна единица за обем - литър: 1 l \u003d 1 dm 3. В SI единицата за обем се нарича кубичен метър. Колко литра има в един кубичен метър? Намерете обема на водата, съдържащ се в куб с ръб от 1 см, и изразете този обем в литри и кубични метри, като използвате необходимите представки.
9. Назовете физическите величини, които са необходими за описание на свойствата на такова физическо явление като вятъра. Използвайте информацията, получена в уроците по природни науки, както и резултатите от вашите наблюдения. Планирайте физически експеримент за измерване на тези количества.
10. Какви древни и съвременни единици за дължина и време знаете?

Обект на метрологията са физическите величини. Има различни физически обекти, които имат различни физически свойства, чийто брой е неограничен. Човек в желанието си да познава физически обекти - обекти на познание - идентифицира определен ограничен брой свойства, които са общи за редица обекти в качествен смисъл, но индивидуални за всеки от тях в количествен смисъл. Такива свойства се наричат ​​физически величини. Понятието "физическо количество" в метрологията, както и във физиката, физическата величина се тълкува като свойство на физически обекти (системи), което е качествено общо за много обекти, но количествено индивидуално за всеки обект, т.е. като свойство, което може да бъде за един обект един или друг брой пъти повече или по-малко, отколкото за друг (например дължина, маса, плътност, температура, сила, скорост). Количественото съдържание на свойството, съответстващо на понятието "физическо количество" в този обект, е размерът на физическото количество. Размерът на физическото количество съществува обективно, независимо какво знаем за него.

Набор от величини, свързани помежду си чрез зависимости, образуват система от физически величини. Обективно съществуващите зависимости между физическите величини се представят с редица независими уравнения. Брой уравнения Tвинаги по-малко от броя на стойностите П.Ето защо Tколичествата на дадена система се определят чрез други величини, а i величини - независимо от другите. Последните величини обикновено се наричат ​​основни физически величини, а останалите - производни физически величини.

Наличието на редица системи от единици физически величини, както и значителен брой несистемни единици, неудобството, свързано с преизчисляването по време на прехода от една система от единици към друга, изискваше унифициране на мерните единици. Разрастването на научните, технически и икономически връзки между различните страни наложи такова обединение в международен мащаб.

Изисква се единна система от единици физически величини, практически удобна и обхващаща различни области на измерване. В същото време тя трябваше да запази принципа съгласуваност(равенство на единство на коефициента на пропорционалност в уравненията на връзката между физическите величини).

През 1954 г. 10-та генерална конференция по мерки и теглилки установява шестте основни единици (метър, килограм, секунда, ампер, келвин и свещ) на практическа система от единици. Системата, базирана на шестте основни единици, одобрени през 1954 г., беше наречена Международна система от единици, съкратено SI (SI-начални букви на френското име Systeme International di Unites). Утвърден е списък от шест основни, две допълнителни и първия списък от 27 производни единици, както и представки за образуване на кратни и подмножители.

В Русия има GOST 8.417-2002, който предписва задължителното използване на SI. Той изброява мерните единици, дава техните руски и международни имена и установява правилата за тяхното използване. Съгласно тези правила е позволено да се използват само международни обозначения в международни документи и на инструментални везни. Във вътрешни документи и публикации могат да се използват както международни, така и руски обозначения (но не и двете едновременно).

Основните SI единици със съкращения на руски и латински букви са дадени в табл. 9.1.

Определенията на базовите единици, в съответствие с решенията на Генералната конференция по мерки и теглилки, са както следва.

метъре равна на дължината на пътя, изминат от светлината във вакуум

/299792458 За няколко секунди.

килограмравна на масата на международния прототип на килограма.

Второе равно на 9192631770 периода на излъчване, съответстващи на прехода между две свръхфини нива на основното състояние на атома цезий-133.

амперравна на силата на непроменен ток, който при преминаване през два успоредни праволинейни проводника с безкрайна дължина и пренебрежимо малка площ на напречното сечение, разположени на разстояние 1 m един от друг във вакуум, предизвиква сила на взаимодействие, равна на 2- 10-7 във всяка секция на проводника с дължина 1 m N.

Келвинсе равнява на 1/273,16 от термодинамичната температура на тройната точка на водата.

къртицае равно на количеството вещество на система, съдържаща толкова структурни елементи, колкото има атоми във въглерод-12 с тегло 0,012 kg.

Канделаравна на светлинния интензитет в дадена посока на източник, излъчващ монохроматично излъчване с честота 540-10 12 Hz, чийто интензитет на светлината в тази посока е 1/683 W/sr.

Таблица 9.1Основни SI единици

Производните единици от Международната система от единици се формират с помощта на най-простите уравнения между величини, в които числовите коефициенти са равни на единица. Така че, за линейна скорост, като определящо уравнение, можете да използвате израза за скоростта на равномерно праволинейно движение v = l/t.

С дължината на изминатия път (в метри) и времето t, за което е изминат този път (в секунди), скоростта се изразява в метри в секунда (m/s). Следователно SI единицата за скорост е метър в секундае скоростта на праволинейно и равномерно движеща се точка, при която тя за времето Tсе движи на разстояние 1 м.

Ако в дефиниращото уравнение е включен числов коефициент, тогава, за да се образува производна единица, такива числови стойности на началните количества трябва да бъдат заместени в дясната страна на уравнението, така че числовата стойност на получената единица, която се определя, да бъде равна до един.

Префиксиможе да се използва преди имена на единици; те означават, че мерната единица трябва да бъде умножена или разделена на конкретно цяло число, степен 10. Например, префиксът "кило" означава умножение по 1000 (километър = 1000 метра). SI префиксите се наричат ​​още десетични префикси.

В табл. 9.2 предоставя множители и префикси за образуване на десетични кратни и подмножители и техните имена.

Таблица 9.2Образуване на десетични кратни идолина мерни единици

10^-18_________________|атто _______________|____________а ____________|_____________а _____________

Трябва да се има предвид, че при образуване на множество и подмножествени единици за площ и обем с помощта на префикси може да се получи двойно четене, в зависимост от това къде е добавен префиксът. Така че съкращението I km 2 може да се тълкува както като 1 квадратен километър, така и като 1000 квадратни метра, което очевидно не е едно и също нещо (1 квадратен километър = 1 000 000 квадратни метра). В съответствие с международните правила, кратни и подмножители на единици за площ и обем трябва да се образуват чрез добавяне на префикси към оригиналните единици. По този начин градусите се отнасят до онези единици, които се получават в резултат на добавянето на префикси. Следователно 1 km 2 - 1 (км) -= (10 3 m) 2 = 10 6 m 2.

Производни единицисе получават от основните с помощта на алгебрични операции като умножение и деление. Някои от производните единици в системата SI имат свои собствени имена.

Физическите величини, в зависимост от набора от размери, които могат да имат при промяна в ограничен диапазон, се разделят на непрекъснати (аналогови) и квантувани (дискретни) по размер (ниво).

Аналоговата стойност може да има безкраен брой размери в рамките на даден диапазон. Това е огромният брой физически величини (напрежение, ток, температура, дължина и т.н.). Квантованата стойност има само преброим набор от размери в дадения диапазон. Пример за такова количество може да бъде малък електрически заряд, чийто размер се определя от броя на електронните заряди, включени в него. Размерите на квантувана величина могат да отговарят само на определени нива – нива на квантуване. Разликата между две съседни нива на квантуване се нарича стъпка на квантуване (квант). Стойността на аналогова величина се определя чрез измерване с неизбежна грешка. Квантованата величина може да се определи чрез преброяване на нейните кванти, ако те са постоянни.

Физическите величини могат да бъдат постоянни или променливи във времето. При измерване на постоянна във времето величина е достатъчно да се определи една от нейните моментни стойности. Променливите във времето количества могат да имат квазидетерминистичен или случаен характер на промяна. Квазидетерминирана физическа величина е величина, за която е известен видът на зависимостта от времето, но измереният параметър на тази зависимост е неизвестен. Случайно физическо количество е количество, чийто размер се променя произволно във времето. Като частен случай на променливи във времето величини могат да се отделят дискретни във времето величини, т.е. величини, чиито размери са различни от нула само в определени моменти от времето.

Физическите величини се делят на активни и пасивни. Активните величини (например механична сила, ЕМП на източник на електрически ток) са способни да създават информационни сигнали за измерване без допълнителни източници на енергия. Пасивните величини (например маса, електрическо съпротивление, индуктивност) не могат сами по себе си

генерират информационни сигнали за измерване. За да направите това, те трябва да бъдат активирани с помощта на спомагателни източници на енергия, например, когато измервате съпротивлението на резистор, през него трябва да тече ток. В зависимост от обектите на изследване се говори за електрически, магнитни или неелектрични величини.

Физическа величина, на която по дефиниция се приписва числова стойност, равна на единица, се нарича единица от физическа величина. Размерът на единица физическа величина може да бъде всякакъв. Въпреки това, измерванията трябва да се извършват в общоприети единици. Общността от единици в международен мащаб се установява с международни споразумения.

Физически количества

Физическо количество– това е характеристика на физически обекти или явления от материалния свят, обща за много обекти или явления в качествено отношение, но индивидуална в количествено отношение за всеки от тях. Например маса, дължина, площ, температура и т.н.

Всяка физическа величина има своя собствена качествени и количествени характеристики .

Качествена характеристикасе определя от това какво свойство на материалния обект или каква характеристика на материалния свят характеризира тази стойност. По този начин свойството "сила" количествено характеризира такива материали като стомана, дърво, плат, стъкло и много други, докато количествената стойност на якостта за всеки от тях е напълно различна.

За да се идентифицира количествена разлика в съдържанието на дадено свойство във всеки обект, изобразена от физическа величина, се въвежда понятието размера на физическо количество . Този размер се задава по време на измервания- набор от операции, извършени за определяне на количествената стойност на дадена величина (FZ „За осигуряване на еднаквост на измерванията“

Целта на измерванията е да се определи стойността на физическа величина - определен брой единици, приети за нея (например резултатът от измерване на масата на продукт е 2 kg, височината на сградата е 12 m и т.н. ). Между размерите на всяка физическа величина има връзки под формата на числови форми (като "по-голямо от", "по-малко от", "равенство", "сума" и др.), които могат да служат като модел на тази величина .

В зависимост от степента на сближаване с обективността има истински, действителни и измерени стойности на физическа величина .

Истинската стойност на физическото количество -тази стойност, в идеалния случай отразяваща в качествено и количествено отношение съответното свойство на обекта. Поради несъвършенството на средствата и методите за измерване, истинските стойности на количествата практически не могат да бъдат получени. Те могат да се представят само теоретично. И стойностите на количеството, получени по време на измерването, само в по-голяма или по-малка степен се доближават до истинската стойност.

Действителната стойност на физическото количество -това е стойността на величина, намерена експериментално и толкова близка до истинската стойност, че може да се използва вместо нея за тази цел.

Измерена стойност на физическа величина -това е стойността, получена по време на измерването с помощта на специфични методи и измервателни уреди.

При планирането на измервания трябва да се стремим да се гарантира, че диапазонът на измерваните количества отговаря на изискванията на задачата за измерване (например при мониторинг измерените количества трябва да отразяват съответните показатели за качество на продукта).

За всеки параметър на продукта трябва да бъдат изпълнени следните изисквания:

Правилността на формулировката на измерената стойност, изключваща възможността за различни интерпретации (например, необходимо е ясно да се определи в кои случаи „масата” или „теглото” на продукта, „обемът” или „капацитетът” на съдът и др.) се определят;

Сигурността на свойствата на обекта, който ще се измерва (например, "температурата в помещението не е повече от ... ° C" позволява различни интерпретации. Необходимо е да се промени формулировката на изискването по такъв начин че е ясно дали това изискване е установено за максималната или средната температура на помещението, което допълнително ще бъде взето предвид при извършване на измервания);

Използване на стандартизирани термини.

Физически единици

Извиква се физическа величина, на която по дефиниция се приписва числова стойност, равна на единица единица физическа величина.

Много единици физически величини се възпроизвеждат от мерките, използвани за измервания (например метър, килограм). В ранните етапи на развитието на материалната култура (в робовладелските и феодалните общества) е имало единици за малък диапазон от физически величини - дължина, маса, време, площ, обем. Единиците за физически величини бяха избрани без връзка помежду си и освен това различни в различните страни и географски райони. Така се появи голям брой често еднакви по име, но различни по размер единици - лакти, футове, паундове.

С разширяването на търговските връзки между народите и развитието на науката и техниката броят на единиците физически величини се увеличава и все повече се усеща необходимостта от обединяване на единиците и създаване на системи от единици. За единици физически величини и техните системи започнаха да сключват специални международни споразумения. През 18 век Във Франция беше предложена метричната система от мерки, която по-късно получи международно признание. На негова основа са изградени редица метрични системи от единици. В момента има по-нататъшно рационализиране на единиците за физически величини на базата на Международната система от единици (SI).

Единиците за физически величини се разделят на системен, т.е. единици, включени във всяка система, и несистемни единици (например mm Hg, конски сили, електрон волта).

Системни единицифизическите величини се разделят на главен, избрани произволно (метър, килограм, секунда и т.н.), и деривати, образувани според уравненията за връзка между величини (метър в секунда, килограм на кубичен метър, нютон, джаул, ват и др.).

За удобство да изразяваме количества, които са много пъти по-големи или по-малки от единиците физически величини, ние използваме множество единици (например километър - 10 3 m, киловат - 10 3 W) и подмножители (например милиметър е 10 -3 m, милисекунда е 10-3 s).

В метричните системи от единици кратните и единичните единици за физически величини (с изключение на единиците за време и ъгъл) се образуват чрез умножаване на системната единица по 10 n, където n е положително или отрицателно цяло число. Всяко от тези числа съответства на един от десетичните префикси, използвани за образуване на кратни и делителни единици.

През 1960 г. на XI Генерална конференция по мерки и теглилки на Международната организация по мерки и теглилки (MOMV) е приета Международната система единици(SI).

Основни единици в международната система от единициса: метър (m) - дължина, килограм (kg) - маса, второ (s) - време, ампер (A) - силата на електрическия ток, келвин (K) – термодинамична температура, кандела (cd) - интензитет на светлината, къртица - количество вещество.

Наред със системите от физически величини, в измервателната практика все още се използват т. нар. извънсистемни единици. Те включват например: единици за налягане - атмосфера, милиметър живачен стълб, единица за дължина - ангстрьом, единица за топлина - калория, единици за акустични величини - децибел, фон, октава, единици за време - минута и час и т.н. Въпреки това, в момента има тенденция те да бъдат сведени до минимум.

Международната система от единици има редица предимства: универсалност, унифициране на единиците за всички видове измервания, съгласуваност (последователност) на системата (коефициентите на пропорционалност във физическите уравнения са безразмерни), по-добро взаимно разбиране между различни специалисти в процеса на научни изследвания. , технически и икономически отношения между страните.

Понастоящем използването на единици физически величини в Русия е легализирано от Конституцията на Руската федерация (член 71) (стандартите, стандартите, метричната система и изчисляването на времето са под юрисдикцията на Руската федерация) и федералния закон „За Осигуряване на еднаквост на измерванията". Член 6 от закона определя използването в Руската федерация на единици от Международната система от единици, приета от Генералната конференция по мерки и теглилки и препоръчана за използване от Международната организация по законова метрология. В същото време в Руската федерация несистемни единици за количества, наименованието, обозначенията, правилата за писане и използване, които са установени от правителството на Руската федерация, могат да бъдат разрешени да се използват заедно с SI единици за количества .

На практика човек трябва да се ръководи от единиците за физически величини, регламентирани от GOST 8.417-2002 „Държавна система за осигуряване на еднаквост на измерванията. Единици за стойности.

Стандартно заедно със задължително приложение основни и производни единици от Международната система от единици, както и десетични кратни и подмножители на тези единици, е позволено да се използват някои единици, които не са включени в SI, техните комбинации с единици SI, както и някои десетични кратни и подмножители на изброени единици, които се използват широко в практиката.

Стандартът дефинира правилата за образуване на имена и символи за десетични кратни и подмножители на SI единици с помощта на множители (от 10 -24 до 10 24) и префикси, правила за писане на обозначения на единици, правила за образуване на кохерентни производни SI единици

Множителите и префиксите, използвани за формиране на имената и символите на десетични кратни и подмножители на SI единици, са дадени в табл.

Множители и префикси, използвани за образуване на имена и символи на десетични кратни и подмножители на SI единици

Кохерентни производни единициМеждународната система от единици, като правило, се формира с помощта на най-простите уравнения на връзката между величини (дефиниращи уравнения), в които числовите коефициенти са равни на 1. За да се образуват производни единици, обозначенията на величините в уравненията на връзката се заменят чрез обозначенията на SI единици.

Ако уравнението на връзката съдържа числов коефициент, различен от 1, тогава за образуване на кохерентна производна на единицата SI, обозначенията на величини със стойности в SI единици се заменят от дясната страна, давайки след умножение по коефициента a обща числова стойност, равна на 1.