Относительные и логарифмические величины
Все системные относительные величины выражаются в безразмерных единицах.
Безразмерная единица равная относительной величине, равной 1.
Кроме безразмерной единицы относительные величины могут выражаться во внесистемных относительных единицах: процентах, промилях и миллионных долях.
Процент (%) – единица относительной величина, равная одной сотой безразмерной единицы 1% = 10-2.
Промилле (‰) – единица относительной величины, равная одной тысячной безразмерной единицы 1‰=10-3.
Миллионная доля (ppm, млн-1) – единица относительной величины, равная одной миллионной безразмерной единицы 1ppm=10-6.
В ряде случаев оказывается целесообразным введение логарифмических величин.
Логарифмической величиной называют величину, равную логарифму безразмерного отношения физической величины к однородной величине, принятой за исходную.
Логарифмические величины выражаются во внесистемных логарифмических единицах – беллах, децибеллах и неперах.
Бел (Б) – единица десятичной логарифмической величины.
Для энергетических величин (мощности, энергии, плотности энергии, абсорбции и т.д.) бел – это логарифм безразмерного отношения измеряемой величины Р2 к однородной величине Р1, принятой за исходную:
1Б = lg(P2/P1), при Р2 = 10Р1
При Р2>P1 логарифм отношения мощности положителен, что соответствует усилению, а при Р2<P1 – логарифм отрицателен, что соответствует ослаблению.
Для силовых величин (напряжения, силы света, силы тока и т.д.) бел – это 2 логарифм отношения измеряемой величины F2 к однородной величине F1, принятой за исходную.
1Б = 2 lg(F2/F1),
при
Например, абсорбция – потеря (ослабление) мощности светового потока на 1Б соответствует уменьшению мощности его в 10 раз, а ослабление силы света на 1Б соответствует уменьшению этой величины в 3,162 раза.
Децибел 1 дБ = 0,1 Б
Для энергетических
величин 1 дБ = 10 lg(P2/P1),
при
.
Для силовых величин
1 дБ = 20 lg(F2/F1),
при
.
Непер (Нп) – единица натуральной логарифмической величины.
Для энергетических
величин 1Нп = 0,5 ln(P2/P1),
при
.
Для силовых величин
1Нп = 20 ln(F2/F1),
при
.
Таким образом, один непер для энергетической величины соответствует ослаблению (увеличению) энергии в 7,39 раза, а для силовых величин – соответственно в 2,718 раз.
Между логарифмическими единицами имеется следующая связь:
1Нп = 8,68 дБ = 0,868 Б
Ряд соотношений между относительным изменением энергетических и силовых величин в долях, Белах и децибелах приведены в таблице .
Б |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
1 |
1,3 |
2 |
3 |
4 |
5 |
дБ |
1 |
2 |
3 |
10 |
13 |
20 |
30 |
40 |
50 |
Р2/Р1 |
1,26 |
1,59 |
2 |
10 |
20 |
100 |
1000 |
104 |
105 |
F2/F1 |
1,12 |
1,26 |
1,41 |
3,16 |
4,47 |
10 |
31,6 |
100 |
316 |