Физические величины и их системы единиц

Общие сведения.

МЕТРОЛОГИЯ – наука об измерениях, методах, и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

ПРЕДМЕТ МЕТРОЛОГИИ – измерения, их единство и точность. При этом под единством измерений понимают такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью.

ОБЪЕКТАМИ МЕТРОЛОГИИ являются единицы величин, средства измерений, эталоны, методики выполнения измерений.

ОСНОВНОЙ ЦЕЛЬЮ метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью.

СРЕДСТВА МЕТРОЛОГИИ – совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование.

Основными задачами метрологии являются:

- обеспечение единства измерений;

- установление единиц физических величин;

- обеспечение единообразия средств измерений;

- установление государственных эталонов и рабочих эталонов, контроля и испытаний, а также передачи размеров единиц от установленных эталонов или рабочих эталонов рабочим средством измерений;

- установление номенклатуры, методов нормирования, оценки и контроля показателей точности результатов измерений и метрологических характеристик средств измерений;

- разработка оптимальных принципов, приемов и способов обработки результатов измерения и методов оценки погрешностей.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА – свойство, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуально для каждого объекта. Под физическим объектом понимают физические системы, их состояние, происходящие в них процессы, а также объекты химии и других наук, в которых используются физические методы.

РАЗМЕР ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ – количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «физическая величина».

ЕДИНИЦА ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ – это физическая величина, которой, по определению, приписано числовое значение, равное единице.

Простейший способ получения информации, позволяющий составить представление о размере измеряемой величины, заключается в сравнении его с другим по принципу «больше - меньше». Величины, которые можно сравнить по признаку «больше – меньше», называют ОДНОРОДНЫМИ.

Расположенные в порядке возрастания или убывания размеры измеряемых величин образуют шкалу 9 (рис.1.1). ШКАЛА ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ – это упорядоченная последовательность значений физической величины, принятая по результатам точных измерений. Операция расстановки размеров в порядке их возрастания или убывания для получения измерительной информации по шкале называют РАНЖИРОВАНИЕМ.

0 1 2 3

Рис.1.1.

Для измерений по шкале порядка ряд точек на ней можно зафиксировать цифрами в качестве ОТПРАВНЫХ ИЛИ РЕПЕРНЫХ. Из общего числа реперных точек выбирают две, размеры S₁ и S₀ которых относительно просто реализуются физически с высокой точностью. Эти точки называют ОПОРНЫМИ ТОЧКАМИ ИЛИ ОСНОВНЫМИ РЕПЕРНЫМИ. Интервал между размерами S₁ и S₀ называют ОСНОВНЫМ ИНТЕРВАЛОМ ШКАЛЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ. При этом один из размеров – S₀ принимают за начало отсчета, а некоторую n-ю долю этого интервала – за единицу физической величины. Таким образом, единицу физической величины определяют путем пропорционального деления основного интервала:

(1.1)

Где [S] – некоторый размер физической величины, называемый единицей данной физической величины.

ОТМЕТКА ШКАЛЫ – знак на шкале прибора (черточка, точка), соответствующий некоторому значению физической величины.

ЦЕНА ДЕЛЕНИЯ ШКАЛЫ – разность значений измеряемой величины, соответствующих соседним отметкам шкалы.

ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ - представляет собой оценку этой величины в виде некоторого числа принятых для ее единиц.

Различают истинное и действительное значения физической величины. ИСТИННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ – значение величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ – значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающее к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Между размером и значением величины есть принципиальная разница. Размер величины существует реально, независимо от того, знаем мы его или нет. Измерив величину, мы можем выразить ее размер при помощи любой из единиц данной величины. Числовое значение изменяется при применении другой единицы, а размер величины остается неизменным.

Единицы физических величин делят на основные и производные и объединяют по определенным принципам в СИСТЕМА ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.

В 1960 г. 11 Генеральной конференцией по мерам и весам была принята Международная система единиц СИ. В основе системы СИ выбраны 7 основных (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела - кд – сила света) и 2 дополнительные (радиан - рад, стерадиан - ср) физические величины. Производные единицы системы СИ образуется из основных и дополнительных единиц (например, скорость v=l/t=м/c).