Международная система единиц физических величин.

Основным предметом измерения в метрологии является физическая величина. Она применяется для описания систем и объектов, относящихся к любым наукам и сферам деятельности.

Физическая величина — одно из свойств физического объекта (системы, явления, процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Значение физической величины — это оценка её величины в виде некоторого числа принятых для неё единиц или числа по принятой для неё шкале.

Например, 120 мм — значение линейной величины; 75 кг — значение массы тела; HB 190 — значение единиц твердости по шкале Бриннеля.

Измерением физической величины называют совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу иди воспроизводящего шкалу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с её единицей и получения значения этой величины.

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

Единица измерения физической величины — это физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин.

Значение физической величины получают в результате её измерения или вычисления в соответствии с уравнением:

, (2.1).

где Q — значение физической величины — это оценка её размера в виде некоторого числа принятых для неё единиц; q — числовое значение физической величины — отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице данной физической величины; [Q] — выбранная для измерения единица физической величины.

Это уравнение называется основным уравнением метрологии. Из уравнения (2.1) вытекает:

, (2.2)

во сколько раз значение измеряемой величины больше некоторого значения принятого за единицу.

Одной из важнейших задач метрологии как науки в области практической деятельности является обеспечение единства измерений.

Единство измерений — такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в указанных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные (допускаемые) пределы.

Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использованием разных методов и средств измерений.

Примером физической величины является плотность разных веществ, каждое из которых имеет вполне определенное значение. У воды при 20° C равна 0,988 г/см³, а у ртути — 13,540 г/см³. Отсюда следует, что одна и та же физическая величина при равных единицах измерения для разных веществ будет отличаться размером.

Множество физических величин представляют собой некоторую систему, в которой отдельные величины связаны между собой системой уравнений.

Система физических величин — это совокупность взаимосвязанных физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются функциями независимых величин.

Система физических величин содержит основные физические величины, условно принятые в качестве независимых от других величин этой системы, и производные физические величины, определяемые через основные величины этой системы.

Основная физическая величина — это физическая величина, входящая в систему единиц и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

Производная единица системы единиц — единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим её с основными единицами.

Примером производной величины механики является сила F, определяемая по уравнению:

,

где m — масса тела, a — ускорение тела, вызванное действием силы F.

В Российской Федерации применяется международная система единиц СИ, используемая в большинстве стран мира, которая была принята на XI Генеральной конференции по мерам и весам в 1960 г.

В качестве основных единиц физических величин системы СИ приняты метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин и кандела, которые приведены в таблице 8.1.

Производные единицы системы СИ, имеющие специальное название, приведены в таблице 8.2.

Таблица 8.1

Таблица 8.2

Важной характеристикой физической величины является её размерность. В соответствии с международным стандартом ИСО 310, размерность величин следует обозначать знаком dim (dimension — размер).

Размерность физической величины — выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных физических величин в различных степенях и отражающие связь данной величины с физическими величинами, принятыми в данной системе величин за основные, и коэффициентом пропорциональности, равным единице (см. табл. 8.2).

В системе LMT размерность величины X будет:

, (2.3)

где L, M, T — символы величин, принятые за основные (соответственно, длины, массы и времени);

i, m, t — целые или дробные, положительные или отрицательные показатели размерности физической величины X.

Помимо семи основных единиц физических величин предусмотрены две дополнительные единицы:

§ радиан (рад; rad) — единица плоского угла, равная углу между двумя радиусами окружности, длина дуги которой равна радиусу.

§ стерадиан (ср; sr) — единица телесного угла с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

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

Размерность широко используют при образовании производных единиц и проверки однородности уравнений.

Размерной физической величиной называется физическая величина, в размерности которой хотя бы одна из основных физических величин возводится в степень, не равную нулю.

Безразмернойназывается такая физическая величина, в размерности которой все основные физические величины имеют показатели степени, равные нулю.

Различают кратные и дольные единицы физических величин. В таблице 8.3 приведены некоторые множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц.

Кратная (дольная) единица — единица физической величины, в целое число раз превышающая (уменьшающая) системную или внесистемную единицу.

Широко применяются десятичные кратные и дольные единицы, которые получаются умножением исходных единиц на число 10, возведенное в степень.

Внесистемные единицы — это такие единицы физических величин, которые не входят в принятую систему единиц. Они подразделяются на:

§ допускаемые к применению наравне с единицами СИ (например, плоский угол: минута,секунда, градус);

§ допускаемые к применению в специальных областях

§ временно допускаемые

§ устаревшие (не допускаемые)).

Таблица 8.3