пособие по физике формат pdf / Приложение СИ

Приложение

Единицы измерения физических величин в СИ

Основных единиц СИ всего семь: секунда для времени, метр для длины, килограмм для массы, ампер для силы тока, кельвин для термодинамической температуры, моль для количества вещества, кандела для силы света.

1. (Время t) 1c секунда есть время, равное 9 192 631 770

периодам излучения, соответствующего переходу между двумя
сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
2.	(длина		r		)	1м	метр равен расстоянию, которое проходит
свет в вакууме за время t							1		секунды.
								299 792 458
3.	(масса m)					1кг		международный		прототип	(эталон)
килограмма хранится							в Международном			бюро мер	и весов

(расположено в г. Севр близ Парижа) и представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39.17 мм из платино-иридиевого сплава (90 % платины, 10 % иридия). Первоначально 1кг определялся как масса одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре 4 °C и стандартном атмосферном давлении на уровне моря.

4. (сила тока I ) 1A ампер есть сила неизменяющегося тока,

который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10−7

ньютона.

5.1моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов (эти элементы могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц), сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг.

6.(термодинамическая температура T ) 1K один кельвин

	есть	1	температуры тройной точки воды (0,008оС, пересчёт
		273,16

в градусы Цельсия: °С = K−273,15), с содержанием по изотопам: 0,00015576 моля 2Н на один моль 1Н; 0,0003799 моля 17О на один моль 16О; 0,0020052 моля 18О на один моль 16О.

242

		Приложение
7.	(сила света J ) 1кд одна кандела (свеча) есть	сила света в

заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила света которого в

этом направлении составляет

1

Вт

(ватт на стерадиан).

683 ср

Дополнительные единицы СИ в механике

dr

м

dV

d 2r

м

скорость V

,

( ускорение а)

а

,

dt

с

dt

dt2

с2

м

(F

ma) 1Н

1кг

сила, с которой тело массой 1кг

с2

приобретает ускорение 1

м

,

с2

м2

( работа A F

r )

1Дж

1Н

м

1кг

,

с2

(мощность N )

1Вт

1

Дж

1Н

м

1кг

м2

работа в

с

с

с3

единицу времени.

Дополнительные единицы СИ в молекулярной физике и термодинамике

(Молярная масса М )

1

кг

1а.е.м (атомная единица

кмоль

массы соответствует 1,66 10

27 кг),

N A 6,02 10

23

моль

1

число Авогадро,

k 1,38 10

23 Дж

К

i

постоянная Больцмана

Ек

kT

,

R

N A k

2

8,3145

Дж

универсальная газовая постоянная,

моль К

243

Приложение

(давление Р) 1Па 1

Н

1

Дж

,

удельный объём v

V

1

м3

,

м2

м3

m

кг

плотность

1

1

кг

,

v

м3

( удельные cp , cv , c

теплоёмкости,

R

R

газовая постоянная, s

энтропия)

1

Дж

,

M

кг

К

удельная теплота q

Q

1

Дж

,

m

кг

(D

коэффициент диффузии,

кинематическая вязкость,

м2

а

температуропроводность) 1

,

v

с

динамическая вязкость

1

кг

,

м с

(теплопрово дность

с

a )

1

Дж

1

Н

.

v

v

м с К

с К

Дополнительные единицы СИ в электростатике

(Заряд q в один кулон) 1Кл

А с

6,24151 1018 е,

(потенциал

, напряжение U,

электродви жущая

сила

)

1В

1

Дж

1

кг м2

,

(напряжённо сть

Кл

Кл

с2

В

Н

кг м

электрического поля E)

1

1

1

,

м

Кл

Кл

с2

кг

м

3

(

поток вектора Е напряжённости ) 1В

м

1

,

е

Кл с2

244

Приложение

Кл

Кл2

с2

(электроёмкость С в фарадах)

1Ф 1

1

,

В

кг

м2

электрическая постоянная

8,854 10

12 Ф

Кл2 с2

,

0

м

кг

м3

(объёмная

плотность энергии

w

0E2

электрического

поля

2

вакууме) 1

В 2

Кл / В В2

1

А с В

1

Вт с

1

Дж

,

м м

м

м2

м3

м3

м3

(электрическая индукция D

E)

1

Ф

Н

1

Н

0

м Кл

м В

1

Кл Н

1

Кл

.

м Дж

м2

Дополнительные единицы СИ в электродинамике

Магнитная постоянная

4 10

7 Гн

кг

м ,

0

м

Кл2

1A

1

Кл

сила

тока

I

в

один

ампер,

c

(мощность тока N )

1Вт

1А В

1кг

м2

,

с3

сопротивления R

U

, X L

L, XC

1

1Ом

1

В

1

Гн

I

C

А

с

с

1

Вт

Дж

кг (м / с)2

кг м2

1

1

1

1

1

1

,

Ф

с 1 (Кл / В)

А2

Кл А

Кл (Кл / с)

Кл2 с

245

Приложение

(индуктивность L)

1Гн 1

В

с 1Ом с 1

кг

м2 , Скорость

А

Кл2

света в вакууме равна

c0

1

0

0

1

2,99792458 10

8

м

,

с

8,854

10

12

Ф

4

10

7 Гн

м

м

Н

кг

(магнитная индукция В в теслах)

1Тл 1

1

,

А м

Кл с

1Тл м2

Дж

кг м2

(магнитный поток

м

B

nS)

1

1

,

А

Кл

с

В2

(объёмная плотность энергии wм магнитного поля вакууме)

2 0

Тл2

Н 2

1

Дж2

Дж2

Дж

1

1

1

1

,

Гн / м

А2 м2 (В с / А) / м

м3Вт с

м3 Дж

м3

(объёмная плотность энергии w

0

EB электромагнитного поля

0

В

Кл / В В Н

А В Дж

Дж

в вакууме) 1

Тл

1

1

1

,

Гн

м

В с / А м А м

В м А м2

м3

1

1

м

Тл

(напряжённость Н

B магнитного поля)

0

Гн

1

м

Н

1

Н

1

Н

1

Н

Кл

В с / А А м

В с

( Дж / Кл) с

Н м с

1

Кл

1

А

.

м с

м

246

Приложение

Дополнительные единицы СИ в оптике

(Поток световой энергии

Ф

ЕВ

S cos , где

угол падения на

э

0

луча

на

площадь

S )

1

м

В

Тл м2

1

В

Н

м2

1

Н м

1Вт,

Гн м

В с / А А м

с

1

м В

Вт

вектор Умова

Пойтинга P

[E, B]

1

Тл

1

,

э

Гн м

м2

0

	волновое сопротивление в вакууме Z	0
		0

1 ГнФ 1Ом,

1 E2

(В / м)2

В А Вт

интенсивность света Iэ

0

1

1

1

,

2 Z

Ом

м2

м2

S

(изменение телесного угла

cos (

угол падения луча

R2

на элементарную площадку

S,

R расстояние от источника света

до точки падения луча) измеряется в стерадианах)

1ср,

(световой поток

1

(

)

J

(где

длина

э

A

волны в

нанометрах,

А

1,466 10

3 Вт

переводной

лм

коэффициент – механический эквивалент света, 0

( )

1

безразмерная

величина спектральной

световой

эффективности,

эпоток световой энергии в малом диапазоне [ , ]

длин волн, J сила света, измеряемая в канделах,	телесный угол
, измеряемый в стерадианах) измеряется	в люменах)

103

1лм 1,466 Вт 1кд ср,

247

							Приложение
					J
(освещённость						c o измеряетсяs	в люксах)
			S		R2
1лк 1	лм	,
	м2

~

(светимость M lim ~ , где S элемент площади источника

S 0 S

света, измеряется в люменах на квадратный метр площади источника)

1 лм ,

м2

(яркость L lim	J	,	~
	~		где S cos	площадь проекции
~	S cos
S 0

светящейся площадки на плоскость, перпендикулярную направлению, вдоль которого определяется яркость, измеряется в канделах на

кд

квадратный метр) 1 м2 .

Дополнительные единицы атомной и ядерной физики

(Все заряженные частицы имеют электрический заряд q, кратный

числу заряда электрона, и любой такой заряд измеряется этим числом)

1e 1,602 176 565(35)·10−19 Кл,

(энергию E элементарных частиц измеряют в электрон-вольтах) 1эв равен энергии, необходимой для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1B. Так как работа при переносе заряда q равна qU (где U

разность потенциалов), то 1эВ = 1,602 176 565(35)·10−19 Дж,

(в физике элементарных частиц в электрон-вольтах обычно

выражается не только энергия, но и масса m E / c 2	,	где	c	0
0

скорость света в вакууме, но этот множитель часто опускают (где не может возникнуть двусмысленности) и пишут эВ вместо

положенного эВ / c02 ) 1эВ = 1,782 661 845(39)·10−36 кг, и напротив,

1кг = 5,609 588 85(12)·1035 эВ, 1а.е.м. = 931,494 061(21)МэВ,

248

Приложение

(импульс элементарной частицы также может быть выражен в электрон-вольтах, строго говоря, в эВ / c0 )

(температура, которая является мерой средней кинетической энергии

	~	3
	частиц (в одноатомном идеальном газе Ek		kT ), также выражается
		2

в электрон-вольтах) 1 эВ = 11 604,519(11)К,

(в химии часто используется молярный эквивалент электрон-вольта). Если один моль электронов перенесён между точками с разностью потенциалов 1В, он приобретает (или теряет) энергию Q = 96 485,3365(21) Дж, равную произведению 1эВ на число Авогадро. Аналогично, если при химической реакции в одном моле вещества выделяется (или поглощается) энергия 96,5кДж, то соответственно каждая молекула теряет (или получает) около 1эВ.

(в электрон-вольтах измеряется также ширина распада

, где

время жизни частицы)

частица с шириной распада

1эВ имеет

время

жизни

6,582

119

28(15)·10−16с.

Аналогично

квантовомеханическое состояние со временем жизни

1с

имеет

ширину

6,582 119 28(15)·10−16эВ.

(постоянная

Планка

h

(квант

действия) — основная константа

квантовой теории, связывающая энергию

кванта электромагнитного

излучения

с

его

частотой)

E h ,

где

h

6,626 069 57(29) 10

34 Дж с

4,135 667 516(91)

10 15 эВ с,

(приведенная постоянная Планка

h

или постоянная Дирака)

2

1,054 571726(47)

10 34 Дж с

6,582119 28(15)

10 16 эВ с,

(экспозиционная доза излучения радиоактивного вещества - заряд всех ионов одного знака, образующийся в 1 кг вещества)

	1	Кл	3876 рентген,
		кг

249

Приложение

(поглощённая доза излучения равна отношению энергии, переданной ионизирующим излучением веществу, к массе вещества – единица

измерения в СИ грей) 1Гр 1	Дж	.
	кг

При облучении мягких тканей человека γ-лучами экспозиционной дозе 1 рентген соответствует 8,8 10 3 Гр.

Приставки для кратных единиц

Кратные единицы — единицы, которые в целое число раз превышают основную единицу измерения некоторой физической величины. Международная система единиц (СИ) рекомендует следующие десятичные приставки для обозначений кратных единиц:

Десятичный

Приставка

Обозначение

Пример

множитель

русская

международная

русское

международное

101

дека

deca

да

da

дал —

декалитр

102

гекто

hecto

г

h

гПа —

гектопаскаль

103

кило

kilo

к

k

кН —

килоньютон

106

мега

Mega

М

M

МПа —

мегапаскаль

109

гига

Giga

Г

G

ГГц —

гигагерц

1012

тера

Tera

Т

T

ТВ —

теравольт

1015

пета

Peta

П

P

Пфлопс —

петафлопс

экса

Exa

Э

E

ЭБ —

1018

эксабайт

1021

зетта

Zetta

З

Z

ЗВ —

зеттавольт

1024

йотта

Yotta

И

Y

ИБ —

йоттабайт

250

Приложение

Приставки для дольных единиц

Дольные единицы, составляют определённую долю (часть) от установленной единицы измерения некоторой величины. Международная система единиц (СИ) рекомендует следующие приставки для обозначений дольных единиц:

Приставка

Обозначение

Десятичный

Пример

множитель

русская

международная

русское

международное

дм —

10−1

деци

deci

д

d

дециметр

см —

10−2

санти

centi

с

c

сантиметр

мH —

10−3

милли

milli

м

m

миллиньютон

мкм —

10−6

микро

micro

мк

µ (u)

микрометр,

микрон

нм —

10−9

нано

nano

н

n

нанометр

пФ —

10−12

пико

pico

п

p

пикофарад

фс —

10−15

фемто

femto

ф

f

фемтосекунда

ас —

10−18

атто

atto

а

a

аттосекунда

зКл —

10−21

зепто

zepto

з

z

зептокулон

иг —

10−24

йокто

yocto

и

y

йоктограмм

251