Какво се нарича физични величини? Основни физични величини и техните мерни единици

Необходимо е да се провери качеството на превода и да се приведе статията в съответствие със стилистичните правила на Уикипедия. Можете да помогнете... Уикипедия

Тази статия или раздел се нуждае от преразглеждане. Моля, подобрете статията в съответствие с правилата за писане на статии. Физически... Уикипедия

Физическата величина е количествена характеристика на обект или явление във физиката или резултат от измерване. Размерът на физическото количество е количественото определяне на физическото количество, присъщо на конкретен материален обект, система, ... ... Wikipedia

Този термин има други значения, вижте Фотон (значения). Фотон Символ: понякога... Уикипедия

Този термин има и други значения, вижте Роден. Макс Борн Макс Борн ... Уикипедия

Примери за различни физични явленияФизика (от старогръцки φύσις ... Уикипедия

Символ на фотон: понякога излъчвани фотони в кохерентен лазерен лъч. Състав: Семеен ... Уикипедия

Този термин има други значения, вижте Маса (значения) . Маса Размер M SI единици kg ... Wikipedia

Ядреният реактор CROCUS е устройство, в което управлявана верига ядрена реакция, съпроводено с отделяне на енергия. Първо ядрен реакторпостроен и пуснат на вода през декември 1942 г. в ... Wikipedia

Книги

• Хидравлика. Учебник и практикум за академична бакалавърска степен Кудинов В. А. Учебникът очертава основните физични и механични свойства на течностите, въпросите на хидростатиката и хидродинамиката, дава основите на теорията на хидродинамичното подобие и математическото моделиране...
• Хидравлика 4-то изд., прев. и допълнителни Учебник и семинар за ОКС "бакалавър", Едуард Михайлович Карташов. Учебникът очертава основните физични и механични свойства на течностите, въпроси на хидростатиката и хидродинамиката, дава основите на теорията на хидродинамичното подобие и математическото моделиране...

Физическо количество

Физическо количество - физическа собственостматериален обект, физическо явление, процес, който може да се характеризира количествено.

Стойност на физическото количество- едно или повече (в случай на тензорна физическа величина) числа, характеризиращи тази физическа величина, указващи мерната единица, въз основа на която са получени.

Размер на физическото количество- значенията на числата, които се появяват в стойност на физическото количество.

Например, автомобил може да се характеризира с това физическо количество, като маса. при което, значениеот това физическо количество ще бъде например 1 тон и размер- номер 1, или значениеще бъде 1000 килограма, и размер- номер 1000. Същата кола може да се характеризира с помощта на друга физическо количество- скорост. при което, значениеот това физическо количество ще бъде например вектор с определена посока от 100 km/h и размер- номер 100.

Размерност на физическа величина- мерна единица, която се появява в стойност на физическото количество. По правило физическата величина има много различни измерения: например дължината има нанометър, милиметър, сантиметър, метър, километър, миля, инч, парсек, светлинна година и т.н. Някои от тези мерни единици (без да се вземат предвид техните десетични множители) могат да бъдат включени в различни системи от физически единици - SI, GHS и др.

Често една физическа величина може да бъде изразена чрез други, по-фундаментални физични величини. (Например силата може да бъде изразена чрез масата на тялото и неговото ускорение.) Което означава съответно измерениетотакава физическа величина може да бъде изразена чрез размерите на тези по-общи величини. (Измерението на силата може да бъде изразено чрез размерите на масата и ускорението.) (Често такова представяне на размерността на определена физическа величина чрез размерите на други физични величини е самостоятелна задача, която в някои случаи има свой собствен смисъл и цел.)Размерите на такива по-общи количества често вече са основни единициедна или друга система от физически единици, тоест тези, които сами по себе си вече не се изразяват чрез други, още по-общоколичества.

Пример.
Ако физическата величина мощност се запише като

У- това е съкращение един отмерни единици на това физическо количество (ват). Литера Да сее обозначението на Международната система единици (SI) за десетичния фактор "кило".

Размерни и безразмерни физични величини

• Размерна физическа величина- физическо количество, за да се определи стойността на което е необходимо да се приложи някаква мерна единица на това физическо количество. По-голямата част от физическите величини са размерни.
• Безразмерна физическа величина- физическа величина, за определяне на стойността на която е достатъчно да се посочи нейният размер. Например, относителната диелектрична константа е безразмерна физическа величина.

Адитивни и неадитивни физични величини

• Адитивно физическо количество- физическо количество, различни значениякоито могат да бъдат сумирани, умножени по цифров коефициент, разделени един на друг. Например физическото количество маса е адитивно физическо количество.
• Неадитивно физическо количество- физическа величина, за която сумирането, умножаването с числен коефициент или взаимното деление нямат значение физически смисъл. Например физическата величина температура е неадитивна физическа величина.

Екстензивни и интензивни физични величини

Физическата величина се нарича

• обширен, ако величината на неговата стойност е сумата от стойностите на това физическо количество за подсистемите, които съставляват системата (например обем, тегло);
• интензивен, ако величината на стойността му не зависи от размера на системата (например температура, налягане).

Някои физически величини, като ъглов момент, площ, сила, дължина, време, не са нито екстензивни, нито интензивни.

Производните количества се формират от някои обширни количества:

• специфиченколичеството е количество, разделено на маса (например специфичен обем);
• кътникколичеството е количество, разделено на количеството вещество (например моларен обем).

Скаларни, векторни, тензорни величини

В най-общия случайможем да кажем, че една физическа величина може да бъде представена чрез тензор от определен ранг (валентност).

Система от единици за физични величини

Система от единици за физически величини е набор от единици за измерване на физически величини, в които има определен брой така наречени основни мерни единици, а останалите мерни единици могат да бъдат изразени чрез тези основни единици. Примери за системи от физически единици са Международната система единици (SI), GHS.

Символи на физическите величини

Литература

• RMG 29-99Метрология. Основни термини и определения.
• Бурдун Г. Д., Базакуца В. А. Единици за физически величини. - Харков: Vishcha school, .

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 физическо количество.

Мерни единици на физични величини.

Единица за измерване на физическа величинае стойност с фиксиран размер, която се присвоява числова стойност, равно на едно. 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 са получили широко разпространение системи от единици. 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 физическа величина в системата от единици трябва да има съответна мерна единица. Стандартен 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 дай ми секунда.

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 - кубичен метър, скорост - метър в секунда и др.

Основни единицифизическите величини в Международна системаЕдиниците (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 бройизмервателни инструменти 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:

Обхват на измерване- диапазонът от стойности на измереното количество, за което 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.

Физическо количество- това е свойство, което е качествено общо за много обекти (системи, техните състояния и процеси, протичащи в тях), но количествено индивидуално за всеки обект.

Индивидуалността в количествено отношение трябва да се разбира в смисъл, че едно свойство може да бъде за един обект определен брой пъти по-голямо или по-малко от това за друг.

По правило терминът "количество" се използва по отношение на свойства или техните характеристики, които могат да бъдат количествено определени, т.е. измерени. Има свойства и характеристики, които все още не сме се научили да оценяваме количествено, но се стремим да намерим начин да ги определим количествено, например мирис, вкус и т.н. Докато не се научим да ги измерваме, трябва да ги наричаме не количества, а но свойства.

Стандартът съдържа само термина "физична величина", а думата "количество" е дадена като съкратена форма на основния термин, който е разрешен за използване в случаи, които изключват възможността за различни тълкувания. С други думи, можете накратко да наречете физическо количество количество, ако дори и без прилагателно е очевидно, че говорим за физическо количество. В останалата част от тази книга кратка формаТерминът "количество" се използва само в посочения смисъл.

В метрологията на думата „количество“ се придава терминологично значение чрез налагане на ограничение под формата на прилагателното „физическо“. Думата "количество" често се използва за изразяване на размера на дадено физическо количество. Казват: количеството налягане, количеството скорост, количеството напрежение. Това е неправилно, тъй като налягането, скоростта, напрежението в правилното разбиране на тези думи са количества и е невъзможно да се говори за величината на количеството. В горните случаи използването на думата „магнитуд“ не е необходимо. Наистина, защо да говорим за голяма или малка „величина“ на налягането, когато можете да кажете: голямо или малко налягане и т.н.

Физическата величина показва свойства на обекти, които могат да бъдат изразени количествено в приети единици. Всяко измерване прилага операцията за сравняване на хомогенни свойства на физическите величини на базата на „повече или по-малко“. В резултат на сравнението на всеки размер на измереното количество се приписва положително реално число:

x = q[x], (1.1)

където q - числената стойност на количество или резултат от сравнение; [Х] - единица величина.

Единица за физическа величина- физическа величина, на която по дефиниция се дава стойност, равна на единица. Можем също така да кажем, че единица физическа величина е нейната стойност, която се взема като основа за сравняване на физически величини от същия вид с нея, когато се определят количествено.

Уравнение (1.1) е основното уравнение за измерване. Числената стойност на q се намира, както следва

следователно зависи от приетата мерна единица.

1. Системи единици за физични величини

При извършване на измервания измереното количество се сравнява с друго хомогенно количество, взето като единица. За да се конструира система от единици, няколко физически величини се избират произволно. Те се наричат ​​основни. Величините, определени чрез фундаментални величини, се наричат ​​производни. Съвкупността от основни и производни величини се нарича система от физични величини.

IN общ изгледвръзка между производното количество Зи основните могат да бъдат представени със следното уравнение:

З = Л  М  T  аз    Дж  ,

Където Л, М, Т,аз, ,Дж- основни величини;, , , , ,  - размерни показатели. Тази формула се нарича формула за измерение. Една система от величини може да се състои както от размерни, така и от безразмерни величини. Размерна величина е величина, в размерността на която поне една от основните величини е възведена на степен, различна от нула. Безразмерна величина е величина, чиято размерност включва основните величини до степен, равна на нула. Безразмерна величина в една система от величини може да бъде размерна величина в друга система. Система от физични величини се използва за изграждане на система от единици от физични величини.

Единица на физическо количество е стойността на това количество, взета като основа за сравняване с него на стойностите на количества от същия вид при количественото им определяне. По дефиниция му се присвоява числова стойност, равна на 1.

Единиците за основни и производни величини се наричат ​​съответно основни и производни единици, а тяхната комбинация се нарича система от единици. Изборът на единици в системата е до известна степен произволен. Основните единици обаче са тези, които, първо, могат да бъдат възпроизведени с най-висока точност, и второ, са удобни в практиката на измерванията или тяхното възпроизвеждане. Единиците за количества, включени в системата, се наричат ​​системни единици. В допълнение към системните единици се използват и несистемни единици. Несистемните единици са единици, които не са част от системата. Те са удобни за определени области на науката и технологиите или региони и затова са получили широко разпространение. Несистемните единици включват: захранващ блок - Конски сили, единица енергия - киловатчас, единици за време - час, ден, единица за температура - градус Целзий и много други. Те са възникнали в процеса на разработване на измервателна технология за задоволяване на практически нужди или са въведени за лесна употреба по време на измервания. За същите цели се използват кратни и подкратни единици на величини.

Множествена единица е тази, която е цяло число пъти по-голяма от системна или извънсистемна единица: килохерц, мегават. Дократна единица е тази, която е цяло число пъти по-малка от системна или извънсистемна единица: милиампер, микроволт. Строго погледнато, много несистемни единици могат да се разглеждат като кратни или подкратни.

В науката и техниката също така широко се използват относителни и логаритмични величини и техните единици, които характеризират усилването и затихването на електрическите сигнали, коефициентите на модулация, хармониците и др. Относителните стойности могат да бъдат изразени в безразмерни относителни единици, като процент или в ppm. Логаритмичното количество е логаритъмът (обикновено десетичен в радиоелектрониката) на безразмерното съотношение на две величини със същото име. Единицата за логаритмична стойност е bel (B), определена от връзката:

н = lg П 1/ / П 2 = 2 lg Е 1 / Е 2 , (1.2)

Където П 1 ,П 2 - енергийни количества със същото име (стойности на мощността, енергията, потока на плътността на мощността и др.); Е 1 , Е 2 - мощностни величини със същото име (напрежение, ток, напрежение електромагнитно полеи така нататък.).

Като правило се използва кратна единица на бялото, наречена децибел, равна на 0,1 B. В този случай във формула (1.2) след знаците за равенство се добавя допълнителен коефициент 10. Например съотношението на напрежение U 1 /U 2 = 10 съответства на логаритмична единица от 20 dB.

Съществува тенденция да се използват естествени системи от единици, базирани на универсални физически константи, които могат да се приемат като основни единици: скорост на светлината, константа на Болцман, константа на Планк, заряд на електрона и др. . Предимството на такава система е постоянството на основата на системата и високата стабилност на константите. В някои стандарти такива константи вече се използват: стандартът на единицата за честота и дължина, стандартът на единицата за постоянно напрежение. Но размерите на единиците величини, базирани на константи, при сегашното ниво на развитие на технологиите са неудобни за практически измервания и не осигуряват необходимата точност при получаване на всички производни единици. Въпреки това, такива предимства на естествената система от единици като неразрушимост, неизменност във времето и независимост от местоположението стимулират работата за проучване на възможността за тяхното практическо приложение.

За първи път набор от основни и производни единици, образуващи система, е предложен през 1832 г. от К. Ф. Гаус. Основните единици в тази система са три произволни единици - дължина, маса и време, съответно равни на милиметър, милиграм и секунда. По-късно бяха предложени други системи от единици на физически величини, базирани на метричната система от мерки и различаващи се в основните единици. Но всички те, макар да удовлетворяваха едни експерти, предизвикваха възражения у други. Това наложи създаването на нова система от единици. До известна степен беше възможно да се разрешат съществуващите противоречия след приемането през 1960 г. от XI Генерална конференция по мерки и теглилки на Международната система от единици, съкратено SI (SI). В Русия първо е прието като предпочитано (1961 г.), а след това след въвеждането на ГОСТ 8.417-81 „GSI. Единици за физични величини“ – и като задължителни във всички области на науката, техниката, народното стопанство, както и във всички образователни институции.

Седем са избрани като основни в Международната система единици (SI). следните единици: метър, килограм, секунда, ампер, Келвин, кандела, мол.

Международната система единици включва две допълнителни единици - за измерване на равнинни и плътни ъгли. Тези единици не могат да бъдат включени в категорията на основните, тъй като се определят от съотношението на две количества. В същото време те не са производни единици, тъй като не зависят от избора на основни единици.

Радиан (rad) - ъгълът между два радиуса на окръжност, дъгата между които е равна по дължина на радиуса.

Стерадиан (sr) е телесен ъгъл, чийто връх е разположен в центъра на сферата и който се изрязва върху повърхността. сферата има площ, равна на площта на квадрат със страна, равна на дължина на радиуса на сферата.

В съответствие със Закона за осигуряване на единството на измерванията в Руската федерация, единиците за количества от Международната система от единици, приети от Генералната конференция по мерки и теглилки, препоръчани от Международната организация по законова метрология, могат да се използват в предписаните начин.

Имената, обозначенията и правилата за писане на единици за количества, както и правилата за тяхното използване на територията на Руската федерация се установяват от правителството на Руската федерация, с изключение на случаите, предвидени от законодателни актове на Руската федерация. руската федерация.

Правителството на Руската федерация може да разреши използването на несистемни единици за количества наравно с единиците за количества от Международната система от единици.

Изучаването на физическите явления и техните модели, както и използването на тези модели в практически дейностиЧовекът се свързва с измерването на физически величини.

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

Физическа величина е например масата. Различните физически обекти имат маса: всички тела, всички частици на материята, частиците на електромагнитното поле и т.н. Качествено всички специфични реализации на масата, т.е. масите на всички физически обекти, са еднакви. Но масата на един обект може да бъде определен брой пъти по-голяма или по-малка от масата на друг. И в този количествен смисъл масата е свойство, което е индивидуално за всеки обект. Физични величини са още дължина, температура, опън електрическо поле, период на трептене и др.

Специфичните реализации на една и съща физическа величина се наричат ​​хомогенни величини. Например разстоянието между зениците на очите ви и височината Айфеловата кулаима специфични реализации на една и съща физична величина – дължина и следователно са еднородни величини. Масата на тази книга и масата на спътника на Земята „Космос-897“ също са хомогенни физически величини.

Хомогенните физични величини се различават една от друга по размер. Размерът на физическото количество е

количественото съдържание в даден обект на свойство, съответстващо на понятието „физическа величина“.

Размерите на хомогенни физически величини на различни обекти могат да се сравняват помежду си, ако се определят стойностите на тези величини.

Стойността на физическото количество е оценка на физическо количество под формата на определен брой единици, приети за него (виж стр. 14). Например стойността на дължината на определено тяло, 5 kg е стойността на масата на определено тяло и т.н. Абстрактно число, включено в стойността на физическа величина (в нашите примери 10 и 5), се нарича a числова стойност. Като цяло стойността X на определено количество може да се изрази като формула

където е числената стойност на количеството, неговата единица.

Необходимо е да се прави разлика между истинските и действителните стойности на дадено физическо количество.

Истинската стойност на физическо количество е стойността на количество, което в идеалния случай би отразявало съответното свойство на обекта в качествено и количествено отношение.

Действителната стойност на физическа величина е стойността на величина, открита експериментално и толкова близка до истинската стойност, че може да се използва вместо нея за дадена цел.

Експериментално намиране на стойността на физическо количество с помощта на специални технически средстванаречено измерване.

Истинските стойности на физическите величини обикновено са неизвестни. Например, никой не знае истинските стойности на скоростта на светлината, разстоянието от Земята до Луната, масата на електрона, протона и др. елементарни частици. Ние не знаем истинската стойност на нашия ръст и телесно тегло, не знаем и не можем да разберем истинската стойност на температурата на въздуха в стаята ни, дължината на масата, на която работим и т.н.

Но с помощта на специални технически средства е възможно да се определи действителното

стойностите на всички тези и много други величини. Освен това степента на приближаване на тези действителни стойности до истинските стойности на физическите величини зависи от съвършенството на използваните технически измервателни уреди.

Средствата за измерване включват мерки, измервателни уреди и др. Под мярка се разбира измервателен уред, предназначен да възпроизвежда физическа величина с даден размер. Например, теглото е мярка за маса, линийката с милиметрови деления е мярка за дължина, мерителната колба е мярка за обем (вместимост), нормален елемент е мярка електродвижеща сила, кварцов осцилатор - мярка за честотата на електрическите трептения и др.

Измервателното устройство е измервателен уред, предназначен да генерира сигнал за измервателна информация във форма, достъпна за пряко възприемане чрез наблюдение. Средствата за измерване включват динамометър, амперметър, манометър и др.

Има преки и косвени измервания.

Директното измерване е измерване, при което желаната стойност на дадено количество се намира директно от експериментални данни. Директните измервания включват например измерване на маса на равнораменна скала, температура - с термометър, дължина - с мащабна линийка.

Непрякото измерване е измерване, при което желаната стойност на дадено количество се намира въз основа на известна връзка между него и количествата, подложени на преки измервания. Непреките измервания са например намиране на плътността на тялото от неговата маса и геометрични размери, намиране на специфичните електрическо съпротивлениепроводник по неговото съпротивление, дължина и напречно сечение.

Измерванията на физическите величини се основават на различни физични явления. Например, за измерване на температурата се използва топлинно разширениетела или термоелектрически ефект, за измерване масата на телата чрез претегляне - явлението гравитация и др. Съвкупността от физически явления, на които се основават измерванията, се нарича принцип на измерване. Принципите на измерване не са обхванати в това ръководство. Метрологията се занимава с изучаването на принципите и методите на измерване, видовете измервателни уреди, грешките при измерване и други въпроси, свързани с измерванията.