По принцип можете да си представите всичко голям бройразлични системи от единици, но само няколко са широко използвани. По целия свят метричната система се използва за научни и технически измервания и в повечето страни в промишлеността и ежедневието.

Основни единици.

В системата от единици за всяка измерена физична величина трябва да има съответна мерна единица. Така е необходима отделна мерна единица за дължина, площ, обем, скорост и т.н., като всяка такава единица може да се определи чрез избор на един или друг стандарт. Но системата от единици се оказва много по-удобна, ако в нея само няколко единици са избрани като основни, а останалите се определят чрез основните. Така че, ако единицата за дължина е метър, чийто стандарт се съхранява в Държавната метрологична служба, тогава единицата за площ може да се счита за квадратен метър, единицата за обем - кубичен метър, единица за скорост – метър в секунда и др.

Удобството на такава система от единици (особено за учени и инженери, които се занимават с измервания много по-често от други хора) е, че математическите връзки между основните и производните единици на системата се оказват по-прости. В този случай единица скорост е единица разстояние (дължина) за единица време, единица ускорение е единица промяна на скоростта за единица време, единица сила е единица ускорение за единица маса и т.н. В математическа нотация изглежда така: v = л/t, а = v/t, Е = ма = мл/t 2. Представените формули показват „размерността” на разглежданите величини, установявайки връзки между единиците. (Подобни формули ви позволяват да определяте единици за количества като налягане или сила електрически ток.) Такива отношения са от общ характер и се извършват независимо от това в какви единици (метър, фут или аршин) се измерва дължината и какви единици са избрани за други количества.

В технологията основната единица за измерване на механичните величини обикновено се приема не като единица за маса, а като единица за сила. Така, ако в най-често използваната система в физически изследвания, метален цилиндър се приема като еталон на масата, тогава в техническата система той се разглежда като еталон на силата, която балансира силата на гравитацията, действаща върху него. Но тъй като силата на гравитацията не е една и съща в различни точки на земната повърхност, спецификацията на местоположението е необходима за точното прилагане на стандарта. В исторически план местоположението е било на морското равнище географска ширина 45° Понастоящем такъв стандарт се определя като силата, необходима за придаване на определен цилиндър на определено ускорение. Вярно е, че в технологиите измерванията се извършват по правило не така висока точност, така че трябва да се погрижите за промените в гравитацията (освен ако не говорим за калибриране на измервателни уреди).

Има много объркване около понятията маса, сила и тегло. Факт е, че има единици и на тези три величини, които имат еднакви имена. Масата е инерционна характеристика на тялото, показваща колко трудно е да се изведе от състояние на покой или равномерно и линейно движение от външна сила. Единица сила е сила, която, действайки върху единица маса, променя скоростта си с една единица скорост за единица време.

Всички тела се привличат. Така всяко тяло близо до Земята се привлича към нея. С други думи, Земята създава силата на гравитацията, действаща върху тялото. Тази сила се нарича неговото тегло. Силата на тежестта, както е посочено по-горе, не е еднаква в различни точки на повърхността на Земята и на различни височининад морското равнище поради разликите в гравитационното привличане и в проявлението на въртенето на Земята. Въпреки това, общата маса на дадено количество вещество остава непроменена; тя е еднаква както в междузвездното пространство, така и във всяка точка на Земята.

Точните експерименти показват, че силата на гравитацията, действаща върху различни тела(т.е. тяхното тегло) е пропорционално на тяхната маса. Следователно масите могат да се сравняват в мащаб и масите, които се оказват еднакви на едно място, ще бъдат същите на всяко друго място (ако сравнението се извършва във вакуум, за да се изключи влиянието на изместения въздух). Ако определено тяло се претегля на пружинна везна, балансирайки силата на гравитацията със силата на разтегната пружина, тогава резултатите от измерването на теглото ще зависят от мястото, където се правят измерванията. Следователно пружинните везни трябва да се регулират на всяко ново място, така че да показват правилно масата. Простотата на самата процедура на претегляне беше причината силата на гравитацията, действаща върху стандартната маса, да бъде приета като независима мерна единица в технологията.

ТОПЛИНА.

Метрична система от единици.Метрична система

е общото наименование на международната десетична система от единици, чиито основни единици са метърът и килограмът. Въпреки че има някои разлики в детайлите, елементите на системата са еднакви в целия свят.

История.

Метричната система произлиза от разпоредбите, приети от Френското национално събрание през 1791 г. и 1795 г., определящи метъра като една десетмилионна част от земния меридиан от Северния полюс до екватора.

Ясно е, че определяйки метъра като десетмилионна част от една четвърт от земния меридиан, създателите на метричната система са се стремили да постигнат неизменност и точна възпроизводимост на системата. Те взеха грама като единица маса, определяйки го като масата на една милионна част от кубичен метър вода при максималната й плътност. Тъй като не би било много удобно да се извършват геодезически измервания на една четвърт от земния меридиан с всяка продажба на метър плат или да се балансира кошница с картофи на пазара със съответното количество вода, бяха създадени метални стандарти, които възпроизвеждат тези идеални определения с изключителна точност.

Скоро стана ясно, че стандартите за дължина на метала могат да се сравняват един с друг, внасяйки много по-малко грешки, отколкото при сравняването на всеки такъв стандарт с една четвърт от земния меридиан. Освен това стана ясно, че точността на сравняване на стандартите за метална маса един с друг е много по-висока от точността на сравняване на всеки такъв стандарт с масата на съответния обем вода.

В тази връзка Международната комисия по метъра през 1872 г. решава да приеме „архивния“ метър, съхраняван в Париж, „както е“ като стандарт за дължина. По същия начин членовете на Комисията приеха архивния платинено-иридиев килограм като еталон за маса, „като се има предвид, че простата връзка, установена от създателите на метричната система между единицата за тегло и единицата за обем, е представена от съществуващия килограм с точност, достатъчна за обикновени приложения в промишлеността и търговията, а точните науки не се нуждаят от проста числена връзка от този вид, а от изключително съвършена дефиниция на тази връзка. През 1875 г. много страни по света подписват Споразумението за метър и това споразумение установява процедура за координиране на метрологичните стандарти за световната научна общност чрез Международното бюро за мерки и теглилки и Генералната конференция по мерки и теглилки.

Новата международна организация веднага започва да разработва международни стандарти за дължина и маса и да изпраща копия от тях на всички участващи страни.

Еталони за дължина и маса, международни прототипи.

Международните прототипи на стандартите за дължина и маса - метър и килограм - са депозирани в Международното бюро за мерки и теглилки, разположено в Севър, предградие на Париж. Стандартът на метъра беше линийка, изработена от платинова сплав с 10% иридий, на чието напречно сечение беше дадена специална X-образна форма, за да се увеличи твърдостта на огъване с минимален обем метал. В жлеба на такъв владетел имаше надлъжен равна повърхност, а метърът се определя като разстоянието между центровете на две линии, начертани през линийката в нейните краища, при стандартна температура от 0 ° C. Международният прототип на килограма се приема за масата на цилиндър, направен от същата платинено-иридиева сплав като стандартния метър, височина и диаметър от около 3,9 см. Теглото на тази референтна маса, равно на 1 кг на морско ниво на ширина 45°, понякога се нарича килограмова сила. По този начин тя може да се използва или като еталон за маса за абсолютна система от единици, или като еталон за сила за техническа система от единици, в която една от основните единици е единицата за сила.

Международните прототипи бяха избрани от голяма партида идентични стандарти, произведени едновременно. Други стандарти от тази партида бяха прехвърлени на всички участващи страни като национални прототипи (първични държавни стандарти), които периодично се връщат на Международното бюро за сравнение с международните стандарти. Сравненията, извършени в различни временаоттогава те показват, че не откриват отклонения (от международните стандарти) извън границите на точността на измерване.

Международна система SI.

Метричната система беше много благоприятно приета от учените от 19 век. отчасти защото е предложена като международна система от единици, отчасти защото теоретично се приема, че нейните единици са независимо възпроизводими, а също и поради нейната простота. Учените започнаха да разработват нови единици за различните физически величини, с които се занимаваха, въз основа на елементарните закони на физиката и свързването на тези единици с метричните единици за дължина и маса. Последният все повече завладява различни европейски страни, в които преди това са били използвани много несвързани единици за различни количества.

Въпреки че всички страни, приели метричната система от единици, имаха почти идентични стандарти за метрични единици, различни несъответствия в производните единици възникнаха между различните страни и различни дисциплини. В областта на електричеството и магнетизма възникват две отделни системи от производни единици: електростатична, базирана на силата, с която два електрически заряда действат един върху друг, и електромагнитна, базирана на силата на взаимодействие между два хипотетични магнитни полюса.

Ситуацията се усложни още повече с навлизането на системата на т.нар. практични електрически единици, въведени в средата на 19 век. от Британската асоциация за напредък на науката, за да отговори на изискванията на бързо развиващата се телеграфна технология. Такива практически единици не съвпадат с единиците на двете системи, споменати по-горе, но се различават от единиците на електромагнитната система само с коефициенти, равни на цели степени на десет.

По този начин за такива често срещани електрически величини като напрежение, ток и съпротивление имаше няколко варианта за приети мерни единици и всеки учен, инженер и учител трябваше сам да реши коя от тези опции е най-добра за него. Във връзка с развитието на електротехниката през втората половина на 19 и първата половина на 20в. Практическите единици се използват все повече и в крайна сметка доминират в полето.

За да се премахне такова объркване в началото на 20в. беше направено предложение за комбиниране на практически електрически единици със съответните механични, базирани на метрични единици за дължина и маса, и изграждане на някакъв вид съгласувана система. През 1960 г. XI Генерална конференция по мерки и теглилки прие единна международна система от единици (SI), определи основните единици на тази система и предписа използването на определени производни единици, „без да се засягат други, които могат да бъдат добавени в бъдеще .” Така за първи път в историята международна съгласувана система от единици беше приета с международно споразумение. Сега тя е приета като законова система от мерни единици от повечето страни по света.

Международната система от единици (SI) е хармонизирана система, която предоставя една и само една мерна единица за всяка физическа величина, като дължина, време или сила. На някои от единиците са дадени специални имена, например единицата за налягане паскал, докато имената на други произлизат от имената на единиците, от които произлизат, например единицата за скорост - метър в секунда. Основните единици, заедно с две допълнителни геометрични, са представени в табл. 1. Производните единици, за които са приети специални имена, са дадени в табл. 2. От всички производни механични единици най-много важноЕдиницата за сила е нютон, единицата за енергия е джаул, а единицата за мощност е ват. Нютон се определя като силата, която придава ускорение от един метър в секунда на квадрат на маса от един килограм. Джаул е равен на извършената работа, когато точката на приложение на сила, равна на един нютон, се премести на разстояние от един метър в посоката на силата. Един ват е мощността, при която един джаул работа се извършва за една секунда. Електрически и други производни единици ще бъдат обсъдени по-долу. Официалните дефиниции на големи и второстепенни единици са както следва.

Един метър е дължината на пътя, изминат от светлината във вакуум за 1/299 792 458 от секундата. Това определение е прието през октомври 1983 г.

Един килограм е равен на масата на международния прототип на килограма.

Секунда е продължителността на 9 192 631 770 периода на радиационни трептения, съответстващи на преходи между две нива на свръхфината структура на основното състояние на атома цезий-133.

Келвин е равен на 1/273,16 от термодинамичната температура на тройната точка на водата.

Един мол е равен на количеството вещество, което съдържа същия брой структурни елементи като атомите в изотопа въглерод-12 с тегло 0,012 kg.

Радианът е плосък ъгъл между два радиуса на окръжност, дължината на дъгата между които е равна на радиуса.

Стерадианът е равен на телесния ъгъл с върха в центъра на сферата, изрязвайки областта на нейната повърхност, равен на площтаквадрат със страна, равна на радиуса на сферата.

За образуване на десетични кратни и подкратни се предписват редица префикси и множители, посочени в таблицата. 3.

Така един километър (km) е 1000 m, а един милиметър е 0,001 m (Тези префикси се отнасят за всички единици, като киловати, милиампери и т.н.)

Първоначално се предвиждаше една от основните единици да бъде грамът и това беше отразено в имената на единиците за маса, но в наши дни основната единица е килограмът. Вместо името мегаграм се използва думата „тон“. Във физическите дисциплини, като измерване на дължината на вълната на видима или инфрачервена светлина, често се използва милионна част от метър (микрометър). В спектроскопията дължините на вълните често се изразяват в ангстрьоми (Å); Един ангстрьом е равен на една десета от нанометъра, т.е. 10 - 10 m. За излъчване с по-къса дължина на вълната, като рентгенови лъчи, в научните публикации се допуска използването на пикометър и х-единица (1 х-единица = 10–13 m). Обем, равен на 1000 кубични сантиметра (един кубичен дециметър), се нарича литър (L).

Маса, дължина и време.

Всички основни единици SI, с изключение на килограма, понастоящем се дефинират от гледна точка на физически константи или явления, които се считат за неизменни и възпроизводими с висока точност. Що се отнася до килограма, все още не е намерен начин за прилагането му със степента на възпроизводимост, която се постига при процедурите за сравняване на различни стандарти за маса с международния прототип на килограма. Такова сравнение може да се направи чрез претегляне на пружинна везна, чиято грешка не надвишава 1H 10 –8. Еталоните на кратни и подкратни единици за килограм се установяват чрез комбинирано претегляне на везни.

Тъй като метърът се определя от гледна точка на скоростта на светлината, той може да бъде възпроизведен независимо във всяка добре оборудвана лаборатория. По този начин, използвайки метода на интерференция, мерките за дължина на линията и крайната дължина, които се използват в работилници и лаборатории, могат да бъдат проверени чрез директно сравняване с дължината на вълната на светлината. Грешката при такива методи е оптимални условияне надвишава една милиардна (1H 10 –9). С развитието на лазерната технология подобни измервания станаха много опростени и обхватът им се разшири значително.

По същия начин вторият, според съвременната му дефиниция, може да бъде реализиран независимо в компетентна лаборатория в съоръжение за атомен лъч. Атомите на лъча се възбуждат от високочестотен генератор, настроен на атомната честота, и електронна схемаизмерва времето чрез броене на периоди на трептене във веригата на генератора. Такива измервания могат да се извършват с точност от порядъка на 1H 10 -12 - много по-висока, отколкото беше възможно с предишните дефиниции на второто, базирано на въртенето на Земята и нейната революция около Слънцето. Времето и неговата реципрочна честота са уникални по това, че стандартите им могат да се предават по радиото. Благодарение на това всеки, който разполага с подходящо радиоприемателно оборудване, може да получава сигнали с точно време и референтна честота, които почти не се различават по точност от тези, предавани по въздуха.

Механика.

Температура и топлина.

Механичните единици не позволяват решаването на всички научни и технически проблеми без включването на други взаимоотношения. Въпреки че работата, извършена при преместване на маса срещу действието на сила, и кинетичната енергия на определена маса са еквивалентни по природа на топлинната енергия на веществото, по-удобно е температурата и топлината да се разглеждат като отделни величини, които не зависят от механичните.

Термодинамична температурна скала.

Единицата за термодинамична температура Келвин (K), наречена келвин, се определя от тройната точка на водата, т.е. температурата, при която водата е в равновесие с лед и пара. Тази температура се приема за 273,16 K, което определя термодинамичната температурна скала. Тази скала, предложена от Келвин, се основава на втория закон на термодинамиката. Ако има два термични резервоара с постоянна температура и обратима топлинна машина, пренасяща топлина от единия към другия в съответствие с цикъла на Карно, тогава отношението на термодинамичните температури на двата резервоара се дава от Т 2 /Т 1 = –Q 2 Q 1 където Q 2 и Q 1 – количеството топлина, предадено на всеки от резервоарите (знакът минус показва, че топлината се отнема от един от резервоарите). По този начин, ако температурата на по-топлия резервоар е 273,16 K, а топлината, отнета от него, е два пъти по-голяма от топлината, предадена на другия резервоар, тогава температурата на втория резервоар е 136,58 K. Ако температурата на втория резервоар е 0 К, тогава изобщо няма да се пренася топлина, тъй като цялата енергия на газа е преобразувана в механична енергия в секцията на адиабатното разширение на цикъла. Тази температура се нарича абсолютна нула. Термодинамичната температура, която обикновено се използва в научните изследвания, съвпада с температурата, включена в уравнението на състоянието идеален газ PV = RT, Къде П- налягане, V– обем и Р– газова константа. Уравнението показва, че за идеален газ произведението от обем и налягане е пропорционално на температурата. Този закон не е точно изпълнен за нито един от реалните газове. Но ако се направят корекции за вириалните сили, тогава разширяването на газовете ни позволява да възпроизведем термодинамичната температурна скала.

Международна температурна скала.

В съответствие с дефиницията, описана по-горе, температурата може да бъде измерена с много висока точност (до приблизително 0,003 K близо до тройната точка) чрез газова термометрия. Платинен съпротивителен термометър и резервоар за газ са поставени в термично изолирана камера. При нагряване на камерата се увеличава електрическото съпротивление на термометъра и се увеличава налягането на газа в резервоара (в съответствие с уравнението на състоянието), а при охлаждане се наблюдава обратната картина. Като измервате едновременно съпротивление и налягане, можете да калибрирате термометъра по налягане на газа, което е пропорционално на температурата. След това термометърът се поставя в термостат, в който течна водаможе да се поддържа в равновесие със своите твърди и парни фази. Чрез измерване на електрическото му съпротивление при тази температура се получава термодинамична скала, тъй като на температурата на тройната точка се приписва стойност, равна на 273,16 K.

Има две международни температурни скали - Келвин (K) и Целзий (C). Температурата по скалата на Целзий се получава от температурата по скалата на Келвин чрез изваждане на 273,15 K от последната.

Точните температурни измервания с помощта на газова термометрия изискват много труд и време. Затова през 1968 г. е въведена Международната практическа температурна скала (IPTS). Използвайки тази скала, термометри различни видовемогат да бъдат калибрирани в лабораторията. Тази скала е установена с помощта на платинен съпротивителен термометър, термодвойка и радиационен пирометър, използвани в температурните интервали между определени двойки постоянни референтни точки (температурни еталони). MPTS трябваше да съответства на термодинамичната скала с възможно най-голяма точност, но, както се оказа по-късно, нейните отклонения бяха много значителни.

Температурна скала по Фаренхайт.

Температурната скала на Фаренхайт, която се използва широко в комбинация с британската техническа системаединици, както и при ненаучни измервания в много страни, обикновено се определят от две постоянни референтни точки - температурата на топене на леда (32° F) и точката на кипене на водата (212° F) при нормално (атмосферно) налягане . Следователно, за да получите температурата по Целзий от температурата по Фаренхайт, трябва да извадите 32 от последната и да умножите резултата по 5/9.

Единици за топлина.

Тъй като топлината е форма на енергия, тя може да се измерва в джаули и тази метрична единица е приета с международно споразумение. Но тъй като количеството топлина някога се определяше от промяната в температурата на определено количество вода, единица, наречена калория, стана широко разпространена и е равна на количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на един грам вода с 1 ° C. Поради факта, че топлинният капацитет на водата зависи от температурата, трябваше да изясня стойността на калориите. Появиха се поне двама различни калории– “термохимичен” (4,1840 J) и “пара” (4,1868 J). „Калорията“, използвана в диетологията, всъщност е килокалория (1000 калории). Калорията не е единица SI и вече не се използва в повечето области на науката и технологиите.

Електричество и магнетизъм.

Всички общоприети електрически и магнитни мерни единици се основават на метричната система. В съответствие с съвременни дефинициивсички електрически и магнитни единици са производни единици, получени съгласно определени физически формули от метричните единици за дължина, маса и време. Тъй като повечето електрически и магнитни величини не са толкова лесни за измерване с помощта на споменатите стандарти, беше установено, че е по-удобно да се установят чрез подходящи експерименти производни стандарти за някои от посочените величини и да се измерват други с помощта на такива стандарти.

SI единици.

По-долу е даден списък на SI електрически и магнитни единици.

Амперът, единица за електрически ток, е една от шестте базови единици на SI. Ампер е силата на постоянен ток, който при преминаване през два успоредни прави проводника с безкрайна дължина с пренебрежимо малка кръгова площ напречно сечение, разположени във вакуум на разстояние 1 m един от друг, биха предизвикали върху всеки участък от проводник с дължина 1 m сила на взаимодействие, равна на 2H 10 - 7 N.

Волт, единица за потенциална разлика и електродвижеща сила. Волт е електрическото напрежение в участък от електрическа верига с постоянен ток 1 A с консумация на енергия 1 W.

Кулон, единица за количество електричество ( електрически заряд). Кулон - количеството електричество, преминаващо през напречното сечение на проводник при постоянен ток от 1 A ​​за 1 s.

Фарад, единица за електрически капацитет. Фарад е капацитетът на кондензатор, върху чиито плочи при зареждане при 1 C се появява електрическо напрежение от 1 V.

Хенри, единица за индуктивност. Хенри е равна на индуктивността на веригата, в която възниква самоиндуктивна едс от 1 V, когато токът в тази верига се променя равномерно с 1 A за 1 s.

Единица на Вебер за магнитен поток. Вебер е магнитен поток, когато той намалее до нула, в свързаната към него верига протича електрически заряд, равен на 1 C, който има съпротивление 1 Ohm.

Тесла, единица за магнитна индукция. Тесла - магнитна индукция на хомогенна магнитно поле, при което магнитният поток през плоска площ от 1 m2, перпендикулярна на индукционните линии, е 1 Wb.

Практически стандарти.

Светлина и осветление.

Единиците за светлинен интензитет и осветеност не могат да бъдат определени въз основа само на механични единици. Можем да изразим енергийния поток в светлинна вълна във W/m2, а интензитета на светлинната вълна във V/m, както в случая с радиовълните. Но възприемането на осветеност е психофизичен феномен, при който не само интензитетът на светлинния източник е значим, но и чувствителността на човешкото око към спектралното разпределение на този интензитет.

По международно споразумение единицата за светлинен интензитет е канделата (преди наричана свещ), равна на светлинния интензитет в дадена посока на източник, излъчващ монохроматично излъчване с честота 540H 10 12 Hz ( л= 555 nm), чиято енергийна сила на светлинно излъчване в тази посока е 1/683 W/sr. Това приблизително съответства на интензитета на светлината на спермацетова свещ, която някога е служила за стандарт.

Ако светлинният интензитет на източника е една кандела във всички посоки, тогава общият светлинен поток е 4 стрлумени. Така, ако този източник е разположен в центъра на сфера с радиус 1 m, тогава осветеността вътрешна повърхностсфера е равна на един лумен на квадратен метър, т.е. един апартамент.

Рентгеново и гама лъчение, радиоактивност.

Рентгеновото лъчение (R) е остаряла единица експозиционна доза на рентгеново, гама и фотонно лъчение, равно на количеството лъчение, което, като се вземе предвид вторичното електронно лъчение, образува йони в 0,001 293 g въздух, които носят заряд равен на една единица от GHS заряда на всеки знак. Единицата SI за погълната доза радиация е грей, равен на 1 J/kg. Стандартът за абсорбирана радиационна доза е инсталация с йонизационни камери, които измерват йонизацията, произведена от радиацията.

Физически размере едно от свойствата на физически обект (явление, процес), което е качествено общо за много физически обекти, докато се различава в количествена стойност.

Всяка физическа величина има свои собствени качествени и количествени характеристики. Качествената характеристика се определя от това какво свойство на материалния обект или каква характеристика на материалния свят характеризира това количество. По този начин свойството "якост" количествено характеризира материали като стомана, дърво, плат, стъкло и много други, докато количествената стойност на якостта за всеки от тях е напълно различна. За да се изрази количественото съдържание на свойство на конкретен обект, се използва понятието „размер на физическото количество“. Този размер се задава по време на процеса на измерване.

Целта на измерванията е да се определи стойността на физическо количество - определен брой единици, приети за него (например резултатът от измерването на масата на продукт е 2 kg, височината на сграда е 12 m и др. ).

В зависимост от степента на приближаване до обективността се разграничават истински, действителни и измерени стойности на физическо количество. Истинската стойност на физическото количество етова е стойност, която идеално отразява съответното свойство на даден обект в качествено и количествено отношение. Поради несъвършенството на инструментите и методите за измерване е практически невъзможно да се получат истинските стойности на количествата. Те могат да се представят само теоретично. И стойностите, получени по време на измерването, се доближават само до истинската стойност в по-голяма или по-малка степен.

Реална стойностфизическо количество -това е стойност на величина, намерена експериментално и толкова близка до истинската стойност, че може да се използва вместо нея за дадена цел.

Измерената стойност на физическа величина е стойността, получена чрез измерване с помощта на специфични методи и измервателни уреди.

Когато планирате измервания, трябва да се стремите да гарантирате, че обхватът на измерените количества отговаря на изискванията на задачата за измерване (например по време на контрола измерените количества трябва да отразяват съответните показатели за качество на продукта).

За всеки параметър на продукта трябва да бъдат изпълнени следните изисквания: - правилно формулиране на измерената стойност, изключваща възможността за различни тълкувания (например, необходимо е ясно да се определи в какви случаи "масата" или "теглото" на продукта , „обема“ или „вместимостта“ на съда и т.н.);

Сигурността на свойствата на обекта за измерване (например „температурата в помещението не е по-висока от ... ° C“ дава възможност за различни тълкувания. Необходимо е да се промени формулировката на изискването, така че че е ясно дали това изискване е установено за максималната или средната температура на помещението, което ще бъде допълнително взето предвид при извършване на измервания)

Използване на стандартизирани термини (специфичните термини трябва да бъдат обяснени при първото им споменаване).

Има няколко дефиниции на понятието "измерения", всяка от които описва някои характерна особеносттози многостранен процес. В съответствие с GOST 16263-70 "GSI. Метрология. Термини и определения" измерване -Това е експериментално намиране на стойността на физическо количество с помощта на специални технически средства. Тази широко приета дефиниция за измерване отразява неговата цел и също така изключва възможността за използване на тази концепция извън връзката с физически експеримент и технология за измерване. Физическият експеримент се разбира като количествено сравнение на две хомогенни величини, едното от които се приема за единица, което „свързва“ измерванията с размерите на единиците, възпроизведени от стандартите.

Интересно е да се отбележи тълкуването на този термин от философа П. А. Флоренски, което е включено в изданието на „Техническата енциклопедия“ от 1931 г. „Измерването е основният познавателен процес на науката и техниката, чрез който неизвестно количество се сравнява количествено с друг, хомогенен с него и считан за известен.

Измерванията, в зависимост от метода за получаване на числената стойност на измерената стойност, се разделят на преки и непреки.

Директни измервания -измервания, при които желаната стойност на дадено количество се намира директно от експериментални данни. Например измерване на дължина с линийка, температура с термометър и др.

Косвени измервания -измервания, при които желаните

стойността на дадено количество се намира въз основа на известната връзка между това количество и количествата, подложени на директни измервания. Например, площта на правоъгълник се определя чрез измерване на страните му (s=l.d), плътност твърдоопределя се от резултатите от измерванията на неговата маса и обем (p = m/v) и др.

Най-разпространена в практически дейностиполучи директни измервания, т.к те са прости и могат да бъдат изпълнени бързо. Косвените измервания се използват, когато не е възможно да се получи стойността на дадено количество директно от експериментални данни (например определяне на твърдостта на твърдо вещество) или когато инструментите за измерване на количества, включени във формулата, са по-точни, отколкото за измерване на желаното количество .

Разделянето на измерванията на преки и непреки ви позволява да използвате определени методи за оценка на грешките на техните резултати.

Физически размере физическо свойство на материален обект, процес, физическо явление, характеризиращо се количествено.

Стойност на физическото количествоизразено с едно или повече числа, характеризиращи тази физическа величина, указващи мерната единица.

Размерът на физическото количествоса стойностите на числата, които се появяват в стойността на физическа величина.

Мерни единици на физични величини.

Единица за измерване на физическа величинае количество с фиксиран размер, на което се приписва числова стойност, равна на единица. Използва се за количествено изразяване на еднородни с него физични величини. Система от единици от физически величини е набор от основни и производни единици, базирани на определена система от величини.

Само няколко системи единици са получили широко разпространение. В повечето случаи много държави използват метричната система.

Основни единици.

Измерете физическо количество -означава да го сравните с друго подобно физическо количество, взето като единица.

Дължината на обекта се сравнява с единица дължина, масата на тялото с единица тегло и т.н. Но ако един изследовател измерва дължината във фатоми, а друг във футове, ще им бъде трудно да сравнят двете стойности. Следователно всички физически величини по света обикновено се измерват в едни и същи единици. През 1963 г. е приета Международната система единици SI (System international - SI).

За всяка физична величина в системата от единици трябва да се предвиди съответна мерна единица. Стандартен мерни единицие неговото физическо изпълнение.

Стандартът за дължина е метър- разстоянието между два удара, нанесени върху специално оформен прът, изработен от сплав от платина и иридий.

Стандартен времеслужи като продължителност на всеки редовно повтарящ се процес, за който е избрано движението на Земята около Слънцето: Земята прави едно завъртане годишно. Но единицата време се приема не като година, а второ.

За единица скороствземете скоростта на такова равномерно праволинейно движение, при което тялото се премества 1 m за 1 s.

Използва се отделна мерна единица за площ, обем, дължина и т.н. Всяка единица се определя при избора на определен стандарт. Но системата от единици е много по-удобна, ако само няколко единици са избрани като основни, а останалите се определят чрез основните. Например, ако единицата за дължина е метър, тогава единицата за площ ще бъде квадратен метър, обем ще бъде кубичен метър, скорост ще бъде метър в секунда и т.н.

Основни единицифизическите величини в Международната система от единици (SI) са: метър (m), килограм (kg), секунда (s), ампер (A), келвин (K), кандела (cd) и мол (mol).

Има и производни SI единици, които имат свои собствени имена:

Иизмервания. За да се получи точно, обективно и лесно възпроизводимо описание на физическа величина, се използват измервания. Без измервания физическото количество не може да бъде характеризирано количествено. Дефиниции като „ниско” или „високо” налягане, „ниска” или „висока” температура отразяват само субективни мнения и не съдържат сравнения с референтни стойности. При измерване на физична величина й се приписва определена числена стойност.

Измерванията се извършват с помощта на измервателни уреди.Има доста голям брой измервателни уреди и устройства, от най-простите до най-сложните. Например, дължината се измерва с линийка или ролетка, температурата с термометър, ширината с дебеломер.

Измервателните уреди се класифицират: по метода на представяне на информация (показване или запис), по метода на измерване (пряко действие и сравнение), по формата на представяне на показанията (аналогови и цифрови) и др.

Следните параметри са типични за измервателните уреди:

Диапазон на измерване- диапазонът от стойности на измерената стойност, за които устройството е проектирано по време на нормалната му работа (с дадена точност на измерване).

Праг на чувствителност- минималната (прагова) стойност на измерваната стойност, разграничена от уреда.

Чувствителност- свързва стойността на измервания параметър и съответната промяна в показанията на уреда.

точност- способността на уреда да показва истинската стойност на измервания показател.

Стабилност- способността на устройството да поддържа зададена точност на измерване за определено време след калибриране.

Физични величини. Единици за величини

Физическо количество- това е свойство, което е качествено общо за много физически обекти, но количествено индивидуално за всеки от тях.

Стойност на физическото количество- това е количествена оценка на размера на физическо количество, представено под формата на определен брой единици, приети за него (например стойността на съпротивлението на проводника е 5 ома).

Разграничете вярностойността на физическа величина, която идеално отразява свойството на даден обект, и истински, установено експериментално, че е достатъчно близко до истинската стойност, за да може да се използва вместо него, и измереностойност, измерена от отчитащото устройство на измервателния уред.

Набор от величини, свързани помежду си чрез зависимости, образуват система от физически величини, в която има основни и производни величини.

Основенфизическо количество е количество, включено в една система и условно прието като независимо от други количества на тази система.

Производнафизическо количество е количество, включено в една система и определено чрез основните количества на тази система.

Важна характеристикана физическа величина е нейната размерност (dim). Измерение- това е израз под формата на степенен моном, съставен от произведения на символи на основни физични величини и отразяващ връзката на дадено физическо количество с физическите величини, приети в дадена система от количества като основни с коефициент на пропорционалност, равен на един.

Единица за физическа величина -това е специфична физическа величина, дефинирана и съгласувана, с която се сравняват други величини от същия вид.

В съответствие с установената процедура е позволено да се използват единици за количества от Международната система от единици (SI), приета от Генералната конференция по мерки и теглилки, препоръчана от Международната организация по законова метрология.

Има основни, производни, множествени, подмножествени, кохерентни, системни и несистемни единици.

Основна единица на системата от единици- единица на основна физическа величина, избрана при конструирането на система от единици.

Метър- дължината на пътя, изминат от светлината във вакуум за времеви интервал от 1/299792458 от секундата.

килограм- единица за маса, равна на масата на международния прототип на килограма.

Второ- време, равно на 9192631770 периода на излъчване, съответстващо на прехода между две свръхфини нива на основното състояние на атома Цезий-133.

Ампер- силата на постоянен ток, който при преминаване през два успоредни прави проводника с безкрайна дължина и пренебрежимо малко кръгло напречно сечение, разположени във вакуум на разстояние 1 m един от друг, би предизвикал сила на взаимодействие, равна на до 2 ∙ 10 на всеки участък от проводника с дължина 1 m -7 N.

Келвин- единица за термодинамична температура, равна на 1/273,16 от термодинамичната температура на тройната точка на водата.

къртица- количеството вещество на система, съдържаща същия брой структурни елементи, колкото има атоми във въглерод-12 с тегло 0,012 kg.

Кандела- интензитетът на светлината в дадена посока на източник, излъчващ монохроматично лъчение с честота 540 ∙ 10 12 Hz, чийто енергиен интензитет на светлина в тази посока е 1/683 W/sr.

Осигурени са и две допълнителни единици.

радиан- ъгълът между два радиуса на окръжност, дължината на дъгата между които е равна на радиуса.

Стерадиан- плътен ъгъл с връх в центъра на сферата, изрязващ площ на повърхността на сферата, равна на площта на квадрат със страна, равна на радиуса на сферата.

Производна единица на система от единици- единица от производна на физическа величина от система от единици, образувана в съответствие с уравнение, свързващо я с основните единици или с основните и вече определени производни. Например единицата за мощност, изразена в единици SI, е 1W = m 2 ∙ kg ∙ s -3.

Наред с единиците SI Законът „За осигуряване на единството на измерванията“ позволява използването на несистемни единици, т.е. единици, които не са включени в нито една от съществуващите системи. Обичайно е да се разграничават няколко вида несистемниединици:

Единици, приети наравно с единиците SI (минута, час, ден, литър и т.н.);

Единици, използвани в специални области на науката и технологиите
(светлинна година, парсек, диоптър, електронволт и др.);

Пенсионирани единици (mm живак,
конски сили и др.)

Несистемните единици също включват множество и подмножествени мерни единици, които понякога имат свои собствени имена, например единицата за маса - тон (t). IN общ случайДесетичните числа, кратните и подкратните се образуват с помощта на множители и префикси.

Измервателни инструменти

Под измервателен уред(SI) се разбира като устройство, предназначено за измервания и притежаване стандартизирани метрологичнихарактеристики.

от функционално предназначение SI се делят на: мерки, измервателни уреди, измервателни преобразуватели, измервателни инсталации, измервателни системи.

Измерете- измервателен уред, предназначен да възпроизвежда и съхранява физическо количество от един или повече размери с необходимата точност. Мярката може да бъде представена като тяло или устройство.

Метър(IP) - измервателен уред, предназначен да извлича и преобразува информация за измерване
във форма, достъпна за пряко възприятиеоператор Измервателните инструменти, като правило, включват
мярка. Въз основа на принципа на работа захранващите устройства се разграничават на аналогови и цифрови. Според метода на представяне на измервателната информация средствата за измерване биват показващи или записващи.

В зависимост от метода на преобразуване на измервателния информационен сигнал се прави разлика между устройства за директно преобразуване (директно действие) и устройства за балансиране на преобразуватели (сравнение). В устройствата за директно преобразуване измервателният информационен сигнал се преобразува необходимия брой пъти в една посока без използване на обратна връзка. В устройствата за балансиращо преобразуване, заедно с веригата за директно преобразуване, има верига за обратно преобразуване и измерената стойност се сравнява с известна стойност, която е хомогенна с измерената стойност.

В зависимост от степента на осредняване на измерената стойност, има устройства, които дават показания на моментни стойности на измерената стойност, и интегриращи устройства, чиито показания се определят от времевия интеграл на измерената стойност.

Трансдюсер- измервателен уред, предназначен да преобразува измерена стойност в друга стойност или измервателен сигнал, удобен за обработка, съхранение, по-нататъшни трансформации, индикация или предаване.

В зависимост от местоположението им в измервателната верига се разграничават първични и междинни преобразуватели. Първичните преобразуватели са тези, към които се подава измерената стойност. Ако първичните конвертори са поставени директно върху обекта на изследване, отдалечен от мястото на обработка, тогава те понякога се извикват сензори.

В зависимост от вида на входния сигнал преобразувателите се делят на аналогови, аналогово-цифрови и цифро-аналогови. Широко използвани са мащабни измервателни преобразуватели, предназначени да променят размера на дадена величина с определен брой пъти.

Настройка за измерванее набор от функционално обединени средства за измерване (мерки, измервателни уреди, измервателни преобразуватели) и спомагателни устройства (интерфейс, захранване и др.), предназначени за една или повече физически величини и разположени на едно място.

Измервателна система- набор от функционално комбинирани мерки, измервателни преобразуватели, компютри и други технически средства, разположени в различни точки на контролирания обект с цел измерване на една или повече физически величини.

Видове и методи на измерване

В метрологията измерването се дефинира като набор от операции, извършвани с помощта на технически+ средства, които съхраняват единица физическа величина, което позволява да се сравни измерената величина с нейната единица и да се получи стойността на тази величина.

Класификацията на видовете измервания според основните критерии за класификация е представена в таблица 2.1.

Таблица 2.1 – Видове измервания

Директно измерване- измерване, при което първоначалната стойност на дадено количество се намира директно от експериментални данни в резултат на извършване на измерване. Например измерване на ток с амперметър.

Косвениизмерване - измерване, при което желаната стойност на дадено количество се намира въз основа на известна връзка между това количество и количествата, които са обект на директни измервания. Например, измерване на съпротивлението на резистор с помощта на амперметър и волтметър, използвайки връзка, която свързва съпротивлението с напрежението и тока.

Съвместноизмерванията са измервания на две или повече величини с различни имена, за да се намери връзката между тях. Класически примерсъвместни измервания е да се намери зависимостта на съпротивлението на резистора от температурата;

Агрегатизмерванията са измервания на няколко величини със същото име, при които желаните стойности на количествата се намират чрез решаване на система от уравнения, получена чрез директни измервания и различни комбинации от тези количества.

Например, намиране на съпротивленията на два резистора въз основа на резултатите от измерване на съпротивленията на серийни и паралелни връзки на тези резистори.

Абсолютноизмервания - измервания, базирани на директни измервания на едно или повече количества и използване на стойности на физически константи, например измервания на ток в ампери.

Относителноизмервания - измерване на съотношението на стойността на физическо количество към едноименно количество или промяна в стойността на количество по отношение на едноименно количество, взето за първоначално.

ДО статиченизмерванията включват измервания, при които SI работи в статичен режим, т.е. когато неговият изходен сигнал (напр. отклонение на стрелката) остава непроменен по време на измерване.

ДО динамиченизмерванията включват измервания, извършвани от SI в динамичен режим, т.е. когато неговите показания зависят от динамични свойства. Динамичните свойства на SI се проявяват във факта, че нивото на променливо влияние върху него във всеки момент от времето определя изходния сигнал на SI в следващ момент от време.

Измервания с възможно най-висока точностпостигнато при сегашното ниво на развитие на науката и технологиите. Такива измервания се извършват при създаване на стандарти и измерване на физически константи. Характерно за такива измервания е оценката на грешките и анализът на източниците на тяхното възникване.

техническиизмерванията са измервания, извършвани при определени условия по специфична методология и извършвани във всички сектори на националната икономика, с изключение на научните изследвания.

Наборът от техники за използване на принципа и измервателните инструменти се нарича метод на измерване(фиг. 2.1).

Всички методи за измерване без изключение се основават на сравнение на измерената стойност със стойността, възпроизведена от мярката (еднозначна или многозначна).

Методът на директна оценка се характеризира с това, че стойностите на измерваната величина се отчитат директно от четящото устройство измервателен уредпряко действие. Скалата на инструмента се калибрира предварително с помощта на многозначна мярка в единици на измерената стойност.

Методите за сравнение с мярка включват сравнение на измерената стойност и стойността, възпроизведена от мярката. Най-често срещаните методи за сравнение са: диференциал, нула, заместване, съвпадение.

Фигура 2.1 – Класификация на методите за измерване

При нулевия метод на измерване разликата между измерената стойност и известната стойност се намалява до нула по време на процеса на измерване, което се записва от високочувствителен нулев индикатор.

При диференциалния метод разликата между измерената стойност и стойността, възпроизведена от мярката, се отчита по скалата на измервателния уред. Неизвестното количество се определя от известното количество и измерената разлика.

Методът на заместване включва алтернативно свързване на измерените и известни количества към входа на индикатора, т.е. измерванията се извършват на два етапа. Най-малката грешка при измерване се получава, когато в резултат на избор на известна стойност индикаторът дава същото показание, както при неизвестна стойност.

Методът на съвпадението се основава на измерване на разликата между измерената стойност и стойността, възпроизведена от мярката. При измерване се използват съвпадения на скални знаци или периодични сигнали. Методът се използва например при измерване на честота и време с помощта на еталонни сигнали.

Измерванията се извършват с единични или многократни наблюдения. Наблюдението тук се отнася до експериментална операция, извършена по време на процеса на измерване, в резултат на която се получава една стойност на величина, която винаги е произволна по природа. Когато се правят измервания с множество наблюдения, е необходима статистическа обработка на резултатите от наблюдението, за да се получи резултатът от измерването.

СИСТЕМА ЗА ДЪРЖАВНА СИГУРНОСТ
МЕРНИ ЕДИНИЦИ

ЕДИНИЦИ ЗА ФИЗИЧНИ ВЕЛИЧИНИ

ГОСТ 8.417-81

(ST SEV 1052-78)

ДЪРЖАВЕН КОМИТЕТ ПО СТАНДАРТИ НА СССР

Москва

ДЪРЖАВЕН СТАНДАРТ НА СЪЮЗА НА СССР

от 01.01.1982г

Този стандарт установява единици за физически величини (наричани по-нататък единици), използвани в СССР, техните наименования, обозначения и правила за използване на тези единици. Стандартът не се прилага за единици, използвани в научните изследвания и при публикуването на техните резултати , ако не вземат предвид и не използват резултатите от измерванията на конкретни физични величини, както и единици величини, оценени по конвенционални скали*. * Конвенционалните скали означават например скалите за твърдост на Рокуел и Викерс, фоточувствителността на фотографските материали. Стандартът отговаря на ST SEV 1052-78 по отношение на общи разпоредби, единици на международната система, единици, които не са включени в SI, правила за формиране на десетични кратни и подкратни, както и техните имена и обозначения, правила за писане на обозначения на единици, правила за формиране на съгласувани производни единици SI (виж справката Приложение 4).

1. ОБЩИ ПОЛОЖЕНИЯ

2. ЕДИНИЦИ НА МЕЖДУНАРОДНАТА СИСТЕМА

Таблица 1

68).

3 - 5. Забележка. Електрическите и магнитните единици SI трябва да се формират според рационализираната форма на уравненията на електромагнитното поле.

Таблица 3

кандела на квадратен метър

Таблица 4

Еквивалентна доза радиация

Таблица 5

3. ЕДИНИЦИ, КОИТО НЕ СА ВКЛЮЧЕНИ В SI

Таблица 6

Несистемни единици, разрешени за използване заедно с единици SI

2 Разрешено е да се използва наименованието „гон“ 3 Не се препоръчва да се използва за прецизни измервания. Ако е възможно обозначението l да се измести с цифрата 1, се допуска обозначението L.

Забележка. Единиците за време (минута, час, ден), равнинен ъгъл (градус, минута, секунда), астрономическа единица, светлинна година, диоптър и единица за атомна маса не могат да се използват с префикси

Натурален логаритъм на безразмерното съотношение на физична величина към едноименната физична величина, взета за оригинална

4. ПРАВИЛА ЗА ОБРАЗУВАНЕ НА ДЕСЕТНИЧНИ МНОЖЕСТВА И МНОЖЕСТВЕНИ ЕДИНИЦИ, КАКТО И ТЕХНИТЕ НАИМЕНОВАНИЯ И ОЗНАЧЕНИЯ

4.1. Десетичните кратни и подкратни, както и техните имена и обозначения, трябва да се образуват с помощта на множителите и префиксите, дадени в табл. 8.

, която е втората степен на единицата за дължина - метърът, към името на тази последна единица трябва да се добави префиксът: квадратен километър, квадратен сантиметър и т.н. 4.6. Обозначенията на кратни и подкратни единици на единица, повдигната на степен, трябва да се образуват чрез добавяне на подходящия степенен показател към обозначението на кратното или подкратното на тази единица, като степенният показател означава степенуването на кратната или подкратната единица (заедно с префикса). Примери: 1. 5 km 2 = 5(10 3 m) 2 = 5 × 10 6 m 2. 2. 250 cm 3 /s = 250(10 -2 m) 3 /(1 s) = 250 × 10 -6 m 3 /s. 3. 0,002 cm -1 = 0,002(10 -2 m) -1 = 0,002 × 100 m -1 = 0,2 m -1. 4.7. Препоръки за избор на десетични кратни и подкратни са дадени в Справочно приложение 3.

(например s -1, m -1, K -1; c -1, m -1, K -1), не е разрешено използването на наклонена или хоризонтална линия. 5.10. Когато се използва наклонена черта, символите на единиците в числителя и знаменателя трябва да бъдат поставени на една линия, а произведението на символите на единиците в знаменателя трябва да бъде оградено в скоби. 1

5.11. При посочване на производна единица, състояща се от две или повече единици, не се допуска комбиниране на буквени обозначения и имена на единици, т.е. За някои единици дайте обозначения, а за други имена.

Забележка. Разрешено е използването на комбинации от специални знаци...°,... ¢,... ¢ ¢, % и o / oo s

единици, например...°/ s и т.н. = ПРИЛОЖЕНИЕ,

Задължително единици, например...°/ s и т.н.ПРАВИЛА ЗА ОБРАЗУВАНЕ НА КОХЕРЕНТНИ ПРОИЗВОДНИ SI ЕДИНИЦИ sКохерентните производни единици (наричани по-нататък производни единици) на Международната система, като правило, се формират с помощта на най-простите уравнения на връзките между количествата (дефиниращи уравнения), в които числовите коефициенти са равни на 1. За формиране на производни единици, количествата в уравненията на връзката се приемат равни на единици SI. Пример. Единицата за скорост се формира с помощта на уравнение, което определя скоростта на праволинейно и равномерно движеща се точка ) също е възможно да се използва температура по Целзий (обозначение v sс/т ) също е възможно да се използва температура по Целзий (обозначениеКъде

[v] = [- скорост;]/[t- дължина на изминатия път;

Следователно единицата за скорост в SI е метър в секунда. Тя е равна на скоростта на праволинейно и равномерно движеща се точка, при която тази точка изминава разстояние от 1 m за време от 1 s. Ако свързващото уравнение съдържа числов коефициент, различен от 1, тогава, за да се образува кохерентна производна на SI единица, стойностите със стойности в SI единици се заместват в дясната страна, давайки, след умножение по коефициента, общия числова стойност, равно на числото 1. Пример. Ако уравнението се използва за образуване на единица енергия

Задължително д- кинетична енергия; m е масата на материалната точка; единици, например...°/ s и т.н.е скоростта на движение на точка, тогава кохерентната SI единица за енергия се формира, например, както следва:

Следователно единицата за енергия в SI е джаул (равен на нютон метър). В дадените примери тя е равна на кинетичната енергия на тяло с тегло 2 kg, движещо се със скорост 1 m / s, или на тяло с тегло 1 kg, движещо се със скорост

(например s -1, m -1, K -1; c -1, m -1, K -1), не е разрешено използването на наклонена или хоризонтална линия. 5.10. Когато се използва наклонена черта, символите на единиците в числителя и знаменателя трябва да бъдат поставени на една линия, а произведението на символите на единиците в знаменателя трябва да бъде оградено в скоби. 2

Информация

Корелация на някои несистемни единици с единици SI

(например s -1, m -1, K -1; c -1, m -1, K -1), не е разрешено използването на наклонена или хоризонтална линия. 5.10. Когато се използва наклонена черта, символите на единиците в числителя и знаменателя трябва да бъдат поставени на една линия, а произведението на символите на единиците в знаменателя трябва да бъде оградено в скоби. 3

Информация

Таблица 1

68).

(например s -1, m -1, K -1; c -1, m -1, K -1), не е разрешено използването на наклонена или хоризонтална линия. 5.10. Когато се използва наклонена черта, символите на единиците в числителя и знаменателя трябва да бъдат поставени на една линия, а произведението на символите на единиците в знаменателя трябва да бъде оградено в скоби. 4

Информация

ИНФОРМАЦИОННИ ДАННИ ЗА СЪОТВЕТСТВИЕ С GOST 8.417-81 ST SEV 1052-78