Для количественного выражения однородных физических величин применяется

Обновлено: 22.12.2024

1. Метрология и ее значение в научно-техническом прогрессе.

2. Физические величины и единицы их измерений. Физические величины. Понятие о системе физических величин.

3.Принципы построения Международной системы единиц.

4. Преимущества Международной системы единиц

Оглавление

1. Метрология и ее значение в научно-техническом прогрессе

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы, дают количественную характеристику окружающего нас мира, помогают раскрыть действующие в природе закономерности. Они дают возможность обеспечить взаимозаменяемость узлов и деталей, совершенствовать технологию, безопасность труда и других видов человеческой деятельности, улучшать качество продукции.

Круг величин, подлежащих измерению, определяется разнообразием явлений, с которыми приходится сталкиваться человеку. Сравнение опытным путем измеряемой величины с другой, подобной ей и принятой за единицу, составляет общую основу любых измерений.

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

В метрологии решаются следующие основные задачи:

  • разработка общей теории измерений физических величин и их систем;
  • разработка методов и средств измерений;
  • разработка методов определения точности измерения;
  • разработка основ обеспечения единства и единообразия средств измерений;
  • разработка эталонов и образцовых средств измерений;
  • разработка методов передачи размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений к рабочим средствам измерений.

2. Физические величины и единицы их измерений

1.2.1 Физические величины

Физическая величина – это характеристика одного из свойств физического объекта (явления или процесса), общая в качественном отношении многим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта.

Значение физической величины – это оценка ее величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц или числа по принятой для нее шкале.

Измерением физической величины называют совокупность опера­ций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу или воспроизводящего шкалу физической величины, заключающихся в сравнении (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей или шкалой с целью получения значения этой величины в форме, удобной для использования.

В теории измерений принято, в основном, пять типов шкал: наимено­вания, порядка, интервалов, отношений и абсолютная.

Шкала наименования характеризуется только отношением эквива­лентности. По своей сути она является качественной, не содержит пуля и единицы измерения (шкала оценки цвета).

Шкалы порядка характеризуются отношением эквивалентности и порядка. Для практического использования такой шкалы необходимо установить ряд эталонов. Классификация объектов осуществляется сравнением интенсивности оцениваемого свойства с его эталонным значени­ем (шкала землетрясений, шкала силы ветра, шкала твердости тел и т.п.).

Шкала разностей характеризуется тем, что к отношениям эквива­лентности и порядка добавляется эквивалентность интервалов (разно­стей) между различными качественными проявлениями свойства. Она имеет условные нулевые значения, а величина интервалов устанавлива­ется по согласованию (шкала интервалов времени).

Шкалы отношений описывают свойства, к которым применимы отношения эквивалентности, порядка и суммирования (вычитания, умно­жения). Эти шкалы имеют естественное нулевое значение, а единицы измерений устанавливаются по согласованию. Для шкалы отношений достаточно одного эталона, чтобы распределить все исследуемые объекты по интенсивности измеряемого свойства (шкала массы).

Абсолютные шкалы обладают всеми признаками шкал отношений, но дополнительно в них существует естественное однозначное определение единицы измерения. Такие шкалы соответствуют относительным величинам (отношениям одноименных физических величин, описываемых шкалами отношений). Среди них выделяются абсолютные шкалы, значения которых находятся в пределах от 0 до 1 (КПД).

Практическая реализация шкал конкретных свойств достигается путем стандартизации единиц измерений, шкал и (или) способов и условий их однозначного воспроизведения.

Из всего разнообразия физических величин можно выделить три вида величин, измерение которых осуществляется по различным правилам,

К первому виду относятся физические величины, на множестве размеров которых определены лишь отношения порядка и эквивалентности («мягче», «тверже», «теплее», «холоднее» и т.д.).

Для второго вида физических величин отношение порядка и эквивалентности имеет место как между размерами, так и между разностями в парах их размеров. Так, разности интервалов времени считаются раины ми, если расстояния между соответствующими отметками равны.

Третий вид составляют аддитивные физические величины. Это величины, на множестве размеров которых определены не только отношении порядка и эквивалентности, но операции сложения и вычитания. К таким величинам относятся длина, масса, сила тока и др. Их можно измерять по частям, а также воспроизводить с помощью многозначной меры, осно­ванной на суммировании отдельных мер (сумма масс двух тел - это масса такого тела, которое уравновешивает на равноплечих весах первые два).

1.2.2 Понятие о системе физических величин

Система физических величин – это совокупность взаимосвязанных физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются функциями независимых величин. Система содержит основные физические величины, условно принятые в качестве независимых от других величин этой системы, и производные физические величины, определяемые через основные величины этой системы и образованные с помощью уравнений, связывающих их с основными величинами.

Единица физической величины – физическая величина фиксиро­ванного размера, которой условно присвоено значение, равное единице, и которая применяется для количественного выражения однородных физических величин.

Размерность физической величины – выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных физических величин в различных степенях, которое отражает связь данной величины с основными физическими величинами, принятыми в данной системе, с коэффициентом пропорциональности, равным единице.

Размерность величин обозначают знаком dim.

Например, dimX = L l • М т •Т t

где L ,М ,Т — символы величин длины, массы, времени, принятые за основные;

l ,m ,t - показатели размерности основных величин, которые могут быть целыми или дробными, положительными или отрицательными вещественными числами.

Показатель размерности физической величины – показатель степени, в которую возведена размерность основной физической величины, входящей в размерность производной физической величины.

3. Принципы построения Международной системы единиц

Международная система единиц (СИ) была утверждена XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г.

В России система СИ принята на уровне стандарта в 1981 году. В 2002 году принята новая версия стандарта: ГОСТ 8.417-2002 «ГСИ. Единицы физических величин». Стандарт устанавливает единицы физических величин, наименования, обозначения, определения и правила применения этих единиц. Стандарт не устанавливает единицы величин, оцениваемых по условным шкалам, единицы количества продукции, а также обозначения единиц физических величин для печатающих устройств с ограниченным набором знаков (ГОСТ 8.430).

В СИ в качестве основных приняты семь единиц: в механике - единицы длины (метр), массы (килограмм), времени (секунда); в электричестве - единица силы электрического тока (ампер); в теплоте - единица термодинамической температуры (Кельвин); в оптике - единица силы света (кандела); в молекулярной физике, термодинамике и химии - единица количества вещества (моль).

Основные физические величины отображают наиболее естественные для современного человека свойства окружающего мира. Размеры единиц физических величин выбраны такими, чтобы они комфортно воспринимались органами чувств человека. Основные величины, согласно классификации СИ, приведены в табл. 1.1.

Единица длины (метр) – длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

Единица массы (килограмм) – масса, равная массе международного прототипа килограмма.

Единица времени (секунда) – продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтон­кими уровнями основного состояния атома ЦЕЗИЯ -133.

Читайте также: