2. Основы измерения физических величин
2.1. Физические величины и методы их измерения
Сущность измерения. Процесс измерения – это восприятие физической величины и последующее ее нормирование, т.е. присвоение ей определенного числового значения (размера).
Размер величины Х – отношение измеряемой величины Х к единице измерения N
Единицы измерения должны быть установлены соглашением.
Величины и единицы их измерения, определяемые независимо друг от друга, называются основными.
Генеральная конференция по мерам и весам установила семь основных физических величин: длина, масса, время, температура, сила электрического тока, сила света и количество вещества.
Эталоны и единицы физических величин
Основными единицами международной системы единиц (Си) являются: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К), кандела (кд), моль (моль).
Длина
В 1960 г. на Х1 Генеральной конференции по мерам и весам было дано новое определение метра:
1м = 1650763,73 lо,
где lо – длина волны излучения, испускаемого атомами изотопа 86Кr в вакууме при переходе с уровня 2r10 на уровень 5d5. Этот эталон воспроизводится с погрешностью 10-9.
Для практического применения используются рабочие эталоны.
Масса
Эталон массы – платино-иридиевый цилиндр, так называемый международный прототип килограмма. Хранится в Национальном архиве Франции. В отдельных странах для практических целей хранятся эталоны-копии. Эти эталоны поверяются с помощью коромысловых весов с погрешностью, равной нескольким долям пикограмма.
Время
В 1964 г. секунда получила новое определение:
1с = 9192631770 t0
где t0 – период излучения, соответствующий переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атомов 133 Сs. Цезиевые резонаторы воспроизводят частоту с точностью лучше, чем 10-10.
Температура
Единица измерения 1К (1 кельвин) определена как 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. Было установлено равенство
10С (градус Цельсия)=1 К.
Таким образом,
Нулевая точка шкалы Цельсия лежит на 0,01 К ниже тройной точки воды.
Сила электрического тока.
Измеряется в амперах (А). Один ампер (1А) равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1м один от другого, вызывал на каждом участке проводника длиной в 1м силу взаимодействия, равную 2×10-7 Н.
Сила света
Кандела (кд) – сила света, испускаемого с площади сечения 1/600000 м2 сечения абсолютно черного тела в перпендикулярном к ее поверхности направлении при его температуре, равной температуре затвердевания платины при давлении 101325 Па (1 атмосфера).
Количество вещества
1 моль - количества вещества определенного состава, содержащее столько же частиц, сколько атомов содержится в углероде 12С массой 0,012 кг.
Остальные единицы физических величин являются производными.