Меню

Как могут быть выражены единицы измерения физических величин



Метрология, стандартизация и сертификация

Лекция 1. Метрология

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

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.

Источник

Физические величины.

Физической величиной называется физическое свойство материального объекта, процесса, физического явления, охарактеризованное количественно.

Значение физической величины выражается одним или несколькими числами, характеризующими эту физическую величину, с указанием единицы измерения.

Размером физической величины являются значения чисел, фигурирующих в значении физической величины.

Единицы измерения физических величин.

Единицей измерения физической величины является величина фиксированного размера, которой присвоено числовое значение, равное единице. Применяется для количественного выражения однородных с ней физических величин. Системой единиц физических величин называют совокупность основных и производных единиц, основанную на некоторой системе величин.

Широкое распространение получило всего лишь некоторое количество систем единиц. В большинстве случаев во многих странах пользуются метрической системой.

Основные единицы.

Измерить физическую величину – значит сравнить ее с другой такой же физической величиной, принятой за единицу.

Длину предмета сравнивают с единицей длины, массу тела – с единицей веса и т.д. Но если один исследователь измерит длину в саженях, а другой в футах, им будет трудно сравнить эти две величины. Поэтому все физические величины во всем мире принято измерять в одних и тех же единицах. В 1963 году была принята Международная система единиц СИ (System international — SI).

Для каждой физической величины в системе единиц должна быть предусмотрена соответствующая единица измерения. Эталоном единицы измерения является ее физическая реализация.

Эталоном длины является метр – расстояние между двумя штрихами, нанесенными на стержне особой формы, изготовленном из сплава платины и иридия.

Эталоном времени служит продолжительность какого-либо правильно повторяющегося процесса, в качестве которого выбрано движение Земли вокруг Солнца: один оборот Земля совершает за год. Но за единицу времени принимают не год, а секунду.

За единицу скорости принимают скорость такого равномерного прямолинейного движения, при котором тело за 1 с совершает перемещение в 1 м.

Отдельная единица измерения используется для площади, объема, длины и т. д. Каждая единица определяется при выборе того или иного эталона. Но система единиц значительно удобнее, если в ней в качестве основных выбрано всего несколько единиц, а остальные определяются через основные. Например, если единицей длины является метр, то единицей площади будет квадратный метр, объема – кубический метр, скорости – метр в секунду и т. д.

Основными единицами физических величин в Международной системе единиц (СИ) являются: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К), кандела (кд) и моль (моль).

Источник

Единицы измерения. Справочник

Единицы физических величин (единицы измерения), метрические системы, соотношения и переводы единиц измерения

Единицы физических величин. Общая информация

Единица физической величины (единица величины, единица, единица измерения) (англ. Measurement unit, unit of measurement, unit) — физическая величина фиксированного размера, которой условно по соглашению присвоено числовое значение, равное 1.

С единицей физической величины можно сравнить любую другую величину того же рода и выразить их отношение в виде числа. Применяется для количественного выражения однородных с ней физических величин.
Единицы измерения имеют присвоенные им по соглашению наименования и обозначения.

Различают основные и производные единицы.

Основные единицы в данной системе единиц устанавливаются для тех физических величин, которые выбраны в качестве основных в соответствующей системе физических величин. Так, Международная система единиц (СИ) основана на Международной системе величин (англ. International System of Quantities, ISQ), в которой основными являются семь величин: длина, масса, время, электрический ток, термодинамическая температура, количество вещества и сила света.
Соответственно, в СИ основными единицами являются единицы указанных величин.
Размеры основных единиц устанавливаются по соглашению в рамках соответствующей системы единиц и фиксируются либо с помощью эталонов (прототипов), либо путём фиксации численных значений фундаментальных физических постоянных.

Производные единицы определяются через основные путём использования тех связей между физическими величинами, которые установлены в системе физических величин.
Существует большое количество различных систем единиц, которые различаются как системами величин, на которых они основаны, так и выбором основных единиц.
Государство, как правило, законодательно устанавливает какую-либо систему единиц в качестве предпочтительной или обязательной для использования в стране.

Соотношение единиц измерения

Меры длины
1 км = 1 000 м
1 дм = 10 см = 100 мм
1 м = 10 дм = 100 см
1 см = 10 мм
1 мм = 1 000 мк

Читайте также:  Нормы времени по обеспечению единства измерений

Меры площади
1 км 2 = 100 га = 10 000 а = 1 000 000 м2
1 га = 100 а = 10 000 м 2
1 а = 100 м 2 = 10 000 дм 2
1 м 2 = 100 дм 2 = 10 000 см2
1 дм 2 = 100 см 2 = 10 000 мм2
1 см 2 = 100 мм 2
1 мм 2 = 0,01 см 2

Меры объема
1 м 3 = 1 000 дм 3
1 дм 3 = 1 000 см 3
1 л = 1 дм 3
1 см 3 = 1 000 мм 3
1 мм 3 = 0,001 см 3

Меры веса
1 т = 10 ц = 1 000 кг
1 ц = 100 кг
1 кг = 1 000 г
1 г = 1 000 мг
1 мг = 0,001 г

Меры времени
1 век = 100 лет
1 год = 12 мес = 365 или 366 сут
1 мес = 30 сут или 31 сут (в феврале 28 или 29 сут)
1 неделя = 7 сут
1 сут = 24 ч= 86 400 сек
1 ч = 60 мин = 3 600 сек
1 мин = 60 с
1 сек = 1 000 мсек

Меры давления
1 ат = 1 кГ/см 2 = 735,66 мм рт. ст.
1 мм рт. ст. = 1,36 Г/см 2

Меры тока
1 ка = 1 000 а
1 а = 1 000 ма
1 ма = 1 000 мка

Меры напряжения и э.д.с.
1 кв. = 1 000 в
1 в = 1 000 мв
1 мв = 1 000 мкв

Меры мощности
1 квт = 1 000 вт
1 вт = 1 000 мвт
1 мвт = 1 000 мквт

Меры сопротивления
1 Мом = 1 000 ком
1 ком = 1 000 ом.
1 ом = 0,001 ком

Меры частоты
1 Мгц = 1 000 кгц
1кгц = 1 000 гц

Меры количества информации

1 байт = 8 бит
1 Кб (1 Килобайт) = 2 10 байт == 1024 байт (

10 3 байт)
1 Мб (1 Мегабайт) = 2 20 байт = 1024 килобайт (

10 6 байт)
1 Гб (1 Гигабайт) = 2 30 байт = 1024 мегабайт (

10 9 байт)
1 Тб (1 Терабайт) = 2 40 байт = 1024 гигабайт (

10 12 байт)
1 Пб (1 Петабайт) = 2 50 байт = 1024 терабайт (

10 15 байт)
1 Эксабайт = 2 60 байт = 1024 петабайт (

10 18 байт)
1 Зеттабайт = 2 70 байт = 1024 эксабайт (

10 21 байт)
1 Йоттабайт = 2 80 байт = 1024 зеттабайт (

Для единиц измерения информации степени двойки (2 10 , 2 20 и т.д.) являются точными значениями килобайт, мегабайт, гигабайт. А степени числа 10 (10 3 , 10 6 и т.п.) — приблизительные значения, округленные в сторону уменьшения.
Такое приближение (или округление) вполне допустимо и является общепринятым

Системы единиц измерения

Метрические системы

Метрическая система — общее название международной десятичной системы единиц, основанной на использовании метра и килограмма.
На протяжении двух последних веков существовали различные варианты метрической системы, различающиеся выбором основных единиц.

В настоящее время повсеместно признанной является Международная система единиц (СИ).
Метрическая система официально принята во всех государствах мира, кроме США, Либерии и Мьянмы (Бирма).

6 лучших онлайн-школ и сервисов

Инглекс
englex.ru
обучение английскому языку по скайпу- живое общение с преподавателем

Skyeng
skyeng.ru
одна из крупнейших онлайн школ английского для аудитории СНГ

Фоксфорд
foxford.ru
эффективные курсы с погружением в англоязычную среду

EnglishDom
englishdom.com
обучение английскому с использованием современных технологий

Puzzle English
puzzle-english.com
популярный онлайн-сервис для изучения английского языка

Lingualeo
lingualeo.com/ru
эффективный сервис для увлекательной практики языков

Основное отличие метрической системы от применявшихся ранее традиционных систем заключается в использовании упорядоченного набора единиц измерения. Для любой физической величины существует лишь одна главная единица и набор дольных и кратных единиц, образуемых стандартным образом с помощью десятичных приставок.
Тем самым устраняется неудобство от использования большого количества разных единиц (таких, например, как дюймы, футы, фадены, мили и т. д.) со сложными правилами преобразования между ними. В метрической системе преобразование сводится к умножению или делению на степень числа 10, то есть к простой перестановке запятой в десятичной дроби.

Основная используемая система
СИ
Неиспользуемые или малоиспользуемые системы
СГС
МКС
МКГСС
МТС
МСК
МКСЛ

Системы естественных единиц измерения

Атомная система единиц
Планковские единицы
Геометризованная система единиц
Единицы Лоренца — Хевисайда

Традиционные системы мер

Русская система мер
Английская система мер
Французская система мер
Китайская система мер
Японская система мер
Давно устаревшие (древнегреческая, древнеримская, древнеегипетская, древневавилонская, древнееврейская)

Международная система единиц СИ

Международная система единиц СИ (фр. Système international d’unités, SI) — система единиц физических величин, современный вариант метрической системы.
СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы.
В этих немногих странах (например, в США) определения традиционных единиц были изменены таким образом, чтобы связать их фиксированными коэффициентами с соответствующими единицами СИ.

Полное официальное описание СИ вместе с её толкованием содержится в действующей редакции Брошюры СИ (фр. Brochure SI, англ. The SI Brochure) и в дополнении к ней, опубликованных Международным бюро мер и весов (МБМВ) и представленных на сайте МБМВ — bipm.org

Брошюра СИ издаётся с 1970 года, с 1985 года выходит на французском и английском языках, переведена также на ряд других языков, однако официальным считается текст только на французском языке.

Основные единицы СИ

Величина

Единица

Наименование

Символ
размерности

Наименование

Обозначение

русское

французское/
английское

Источник

Физические величины и их измерение

п.1. Физические величины

Физические тела могут отличаться своими размерами, весом, материалом, из которого изготовлены, и т.д. Физические явления также могут различаться своей продолжительностью, интенсивностью, скоростью и т.п.

Многие физические свойства мы измеряем, т.е. определяем их количественные величины: меряем длину в метрах, площадь – в квадратных метрах, время – в секундах, массу – в килограммах и т.п.

Примеры физических свойств и соответствующих им физических величин:
Физическое тело — стол

Плотность (древесины столешницы)

Читайте также:  Как измерить активную мощность прибор

Плотность (металла ножек)

Физическое явление – кипение воды

Длительность полного выкипания 1 кг воды на обычной конфорке (2,0 кВт)

п.2. Единицы измерения

«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры».

Примеры единиц измерения:

  • для расстояний – метры, километры, сантиметры;
  • для времени – секунды, минуты, часы;
  • для массы – килограммы, граммы, тонны.

Примеры размеров, выраженные в метрах:

  • радиус наблюдаемой части Вселенной – 10 26 м
  • среднее расстояние от Солнца до Земли – 1,5·10 11 м
  • средний рост ученика 7 класса – 1,5 м
  • средний размер вируса – 10 -7 м
  • радиус протона – 10 -15 м

п.3. Международная система единиц СИ

В современном мире система единиц измерения для науки, техники и быта устанавливается государством в специальных законах.
В большинстве государств используется Международная система единиц СИ.

СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г., изменялась и дополнялась на последующих конференциях (последние изменения внесены в 2019 г.).
В СИ определено семь основных единиц для семи физических величин.

Физическая величина Длина Время Масса Сила тока Температура Кол-во вещества Сила света
Ед. измерения Метр Секунда Килограмм Ампер Кельвин Моль Кандела

Остальные единицы СИ являются производными и образуются из основных с помощью уравнений.
Кроме того, существуют ещё кратные единицы, которые в разы больше, и дольные единицы, которые в разы меньше основных и производных единиц.
Названия кратных и дольных единиц формируются с помощью приставок «кило», «мега», «гига», «деци», «санти», «милли» и т.п.

Примеры кратных и дольных единиц для метра:
10 3 м=1000 м=1 км – километр
10 -1 м=0,1 м=1 дм – дециметр
10 -2 м=0,01 м=1 см – сантиметр
10 -3 м=0,001 м=1 мм – миллиметр
10 -6 м=0,000001 м=1 мк – микрометр
10 -9 м=0,000000001 м=1 нм – нанометр

Существуют также внесистемные единицы измерения, которые остаются в употреблении по традиции и потому что удобны. Например, тонна и центнер для массы, литр для объема, миля для расстояния и т.п.

п.4. Измерительные приборы

В большинстве случаев мы измеряем физические величины с помощью приборов: длину – с помощью линейки, вес – с помощью весов, время – с помощью секундомера и т.д.

Примеры измерительных приборов для определения длины:


Линейка

Рулетка

Метр складной

Микрометр

Ручной лазерный дальномер

Купол астрономического лазерного дальномера

п.5. Задачи

Задача 1. Найдите длину брусков, приложенных к линейке (одно деление – 1 мм):

Чтобы найти длину бруска (l), нужно от измерения справа (x2) отнять измерение слева (x1):

Задача 2. Запишите длины в порядке убывания:
0,3 дм, 20 см, 450 мм, 540 мкм, 0,0001 км.

Выразим все длины через метры:
0,3 дм = 0,03 м
20 см = 0,2 м
450 мм = 0,45 м
540 мкм = 0,00054 м
0,0001 км = 0,1 м
Получаем:
0,45 м>0,2 м>0,1 м>0,03 м>0,00054 м
450 мм>20 см>0,0001 км>0,3 дм>540 мкм

Задача 3. Объем воды в аквариуме 5 л. Выразите этот объем в м 3 , дм 3 , см 3 .

5 л = 5 дм 3
5 л = 5 дм 3 = 5·(1 дм) 3 =5·(0,1 м) 3 =5·0,001 м 3 =0,005 м 3
5 л = 5 дм 3 = 5·(1 дм) 3 =5·(10 см) 3 =5·1000 (см) 3 =5000 (см) 3

Задача 4. Квадрат площадью 1 м 2 разрезали на квадратики площадью 1 см 2 и уложили их в ряд. Какой длины получился этот ряд?

Найдем, сколько в большом квадрате маленьких квадратиков:
1 м 2 =(1 м) 2 =(100 см) 2 =10 000 см 2
Получается 10 000 квадратиков 1х1 см. Из них получится ряд длиной:
10 000 см=100 м
Ответ: 100 м

Источник

Физическая величина и ее характеристика

Все объекты материального мира обладают рядом свойств, позволяющих отличать один объект от другого.

Свойство объекта – это объективная особенность, проявляющаяся при его создании, эксплуатации и потреблении.

Свойство объекта может быть выражено качественно — в виде словесного описания, и количественно — в виде графиков, цифр, диаграмм, таблиц.

Метрологическая наука занимается измерением количественных характеристик материальных объектов – физических величин.

Физическая величина – это свойство, в качественном отношении присущее многим объектам, а в количественном отношении индивидуально для каждого из них.

Например, массу имеют все материальные объекты, но у каждого из них величина массы индивидуальна.

Физические величины делятся на измеряемые и оцениваемые.

Измеряемые физические величины могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения.

Например, значение напряжения в сети составляет 220В.

Физические величины, которые не имеют единицы измерения, могут быть только оценены. Например, запах, вкус. Их оценка осуществляется дегустированием.

Некоторые величины можно оценить по шкале. Например: твердость материала — по шкале Викерса, Бринеля, Роквелла, силу землетрясения — по шкале Рихтера, температуру — по шкале Цельсия (Кельвина).

Физические величины можно квалифицировать по метрологическим признакам.

По видам явлений они делятся на

а) вещественные, описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них.

Например, масса, плотность, электрическое сопротивление (для измерение сопротивления проводника по нему должен проходить ток, такое измерение называют пассивным).

б) энергетические, описывающие характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии.

К ним относятся: ток, напряжение, мощность, энергия. Эти физические величины называют активными. Они не требуют вспомогательного источника энергии.

Есть группа физических величин, которые характеризуют протекание процессов во времени, например, спектральные характеристики, корреляционные функции.

По принадлежности к различным группам физических процессов, величины могут быть

Читайте также:  Прибор для измерения емкости заряда аккумулятора

· ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики.

По степени условной независимости физические величины делят на

По наличию размерности физические величины делят на размерные и безразмерные.

Примером размерной величины является сила, безразмерной – уровень звуковой мощности.

Чтобы оценить количественно физическую величину вводится понятие размерфизической величины.

Размер физической величины — это количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, процессу или явлению.

Например, каждое тело обладает определенной массой, следовательно, их можно различать по массе, т.е. по размеру физической величины.

Выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц определено как значение физической величины.

Значение физической величины — это выражение физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц измерения.

Процесс измерения – это процедура сравнения неизвестной величины с известной физической величиной (сравниваемой) и в этой связи вводится понятие истинное значение физической величины.

Истинное значение физической величины – это значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном соотношении соответствующую физическую величину.

Истинное значение независимых физических величин воспроизведено в их эталонах.

Истинное значение применяют редко, больше пользуются действительным значением физической величины.

Действительное значение физической величины – это значение, полученное экспериментальным путем и несколько близкое к истинному значению.

Раньше было понятие «измеряемые параметры», сейчас по нормативному документу РМГ 29-99 рекомендуется понятие «измеряемые величины».

Физических величин много и их систематизируют. Система физических величин — это совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми правилами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин.

В названии системы физических величин применяют символы величин, принятые как основные.

Например, в механике, где в качестве основных приняты длина — L, масса — m и время — t, название системы соответственно — Lm t.

Система основных величин, соответствующих международной системе единиц СИ выражается символами LmtIKNJ, т.е. применены символы основных величин: длина — L, масса — М, время — t , сила тока — I, температура — K, количество вещества — N, сила света — J.

Основные физические величины не зависят от значений других величин этой системы.

Производная физическая величина – это физическая величина, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы. Например, сила определяется как масса на ускорение.

3. Единицы измерения физических величин.

Единицей измерений физической величины называется величина, которой по определению присвоено численное значение равное 1 и которая применяется для количественного выражения однородных с ней физических величин.

Единицы физических величин объединяют в систему. Первая система была предложена Гауссом К (миллиметр, миллиграмм, секунда). Сейчас действует система СИ, ранее был стандарт стран СЭВ.

Единицы измерений делятся на основные, дополнительные, производные и внесистемные.

В системе СИ семь основных единиц:

· длина (метр),

· масса (килограмм),

· время (секунда),

· термодинамическая температура (кельвин),

· количество вещества (моль),

· сила электрического тока (ампер),

· сила света (кандела).

Обозначение основных единиц системы СИ

Физическая величина Единица измерений
Наименование Обозна-чение Наименование Обозначение
русское международное
основные
Длина L метр м m
Масса m килограмм кг kg
Время t секунда с s
Сила электрического тока I ампер А А
Термодинамическая температура Т кельвин К К
Количество вещества n, v моль моль mol
Cила света J кандела кд сd
дополнительные
Плоский угол радиан рад rad
Телесный угол стерадиан ср sr

Примечание. Радиан — это угол между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу. В градусном исчислении радиан равен 57 0 17 ’ 48 ’’ .

Стерадиан – это телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной по длине равной радиусу сферы. Измеряют телесный угол путем определения плоских углов и проведения дополнительных расчетов по формуле:

Q = 2p (1 — соsa/2),

где Q — телесный угол, a — плоский угол при вершине конуса, образованного внутри сферы данным телесным углом.

Телесному углу 1ср соответствует плоский угол, равный 65 0 32 ’ , углу p ср — плоский угол 120 0 , углу 2pср 180 0 .

Дополнительные единицы СИ использованы для образования единиц угловой скорости, углового ускорения и некоторых других величин.

Сами по себе радиан и стерадиан применяются в основном для теоретических построений и расчетов, т.к. большинство важных для практики значений углов (полный угол, прямой угол и т.д.) в радианах выражаются трансцендентными числами (2p, p/2).

Производными называют единицы измерения, получаемые с помощью уравнений связи между физическими величинами. Например, единица сила в СИ – ньютон (Н):

Н = кг∙м/с 2 .

Несмотря на то, что система СИ универсальна, она разрешает применять некоторые внесистемные единицы, которые нашли широкое практическое применение (например, гектар).

Внесистемными называют единицы, не вошедшие ни в одну из общепринятых систем единиц физических величин.

Для многих практических случаев выбранные размеры физических величин неудобны — слишком малы или велики. Поэтому в практике измерений часто пользуются кратными и дольными единицами.

Кратной называется единица в целое число раз больше системной или внесистемной единицы. Например, кратная единица 1км = 1000 м.

Дольной называется единица, в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы. Например, дольная единица 1 см = 0,01 м.

После принятия метрической системы мер была принята десятичная система образования кратных и дольных единиц, соответствующая десятичной системе нашего числового счета. Например, 10 6мега, а 10 -6микро.

Источник