Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Б.Л. Герике Единицы физических величин

.pdf
Скачиваний:
19
Добавлен:
19.08.2013
Размер:
200.71 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра стационарных и транспортных машин

ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

ОСНОВНЫЕ, ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ И ПРОИЗВОДНЫЕ ЕДИНИЦЫ. ЕДИНИЦЫ, НЕ ВХОДЯЩИЕ В СИСТЕМУ СИ. КРАТНЫЕ И ДОЛЬНЫЕ ЕДИНИЦЫ. ПРАВИЛА ОБОЗНАЧЕНИЯ ЕДИНИЦ

Методические указания к практическому занятию № 1 по курсу «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов направления 550900 «Промышленная теплоэнергетика»

Составители Б. Л. Герике Р. Ю. Замараев

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 198 от 22.04.02

Рекомендованы к печати методической комиссией направления 550900 Протокол № 173 от 25.12.02

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2003

1

1. Цель работы

Ознакомиться с системой единиц физических величин СИ, структурой ее построения, образованием производных величин, применением дольных и кратных величин, уяснить связь единиц физических величин системы СИ с единицами других систем измерения и внесистемными единицами.

2. Теоретические положения

Настоящие методические указания составлены на основе государственного стандарта Государственной системы обеспечения единства измерений ГОСТ 8.417-81 «Единицы физических величин». Данный стандарт устанавливает единицы физических величин (далее – единицы), применяемые в России, их наименования, обозначения и правила применения этих единиц. Стандарт не распространяется на единицы, применяемые в научных исследованиях и при публикациях их результатов, если в них не рассматривают и не используют результаты измерений конкретных физических величин, а также на единицы величин, оцениваемых по условным шкалам.

3. Порядок применения единиц физических величин

Единицы Международной системы единиц (СИ), а также десятичные кратные и дольные от них подлежат обязательному применению.

Допускается применять наравне с единицами по п. 4 единицы, не входящие в СИ (внесистемные и относительные), их сочетания с единицами СИ, а также некоторые нашедшие широкое применение на практике десятичные кратные и дольные от вышеперечисленных единиц.

Временно допускается применять наравне с единицами по пп. 4 и 5 единицы, не входящие в СИ, а также некоторые другие1, получившие распространение на практике, кратные и дольные от них, сочетания этих единиц с единицами СИ, десятичными кратными и дольными от них.

Во вновь разрабатываемой или пересматриваемой документации, а также публикациях значения величин должны выражаться в единицах СИ, десятичных кратных и дольных от них и (или) в единицах в соответствии с п. 4.

1 ГОСТ 8.417-81 «Единицы физических величин»

2

Допускается также в указанной документации применять единицы по п. 6, срок изъятия которых будет установлен в соответствии с международными соглашениями.

Во вновь утверждаемой нормативно-технической документации на средства измерений должна предусматриваться их градуировка в единицах СИ, десятичных кратных и дольных от них или в единицах, допускаемых к применению в соответствии с п. 4.

Вновь разрабатываемая нормативно-техническая документация по методам и средствам поверки должна предусматривать поверку средств измерений, проградуированных во вновь вводимых единицах.

Единицы СИ, установленные настоящим стандартом, и единицы, допускаемые к применению пп. 4 и 5, должны применяться в учебных процессах всех учебных заведений, в учебниках и учебных пособиях.

Пересмотр нормативно-технической, конструкторской, технологической и другой технической документации, в которой применяются единицы, не предусмотренные настоящим стандартом, осуществляют в соответствии с РД 50-160-79.

При договорно-правовых отношениях по сотрудничеству с зарубежными странами, при участии в деятельности международных организаций, а также в поставляемой за границу вместе с экспортной продукцией (включая транспортную и потребительскую тару) технической и другой документации применяют международные обозначения единиц.

Вдокументации на экспортную продукцию, если эта документация не отправляется за границу, допускается применять русские обозначения единиц.

Внормативно-технической, конструкторской, технологической и другой технической документации на различные виды изделий и продукции, используемой только в России, применяют предпочтительно русские обозначения единиц.

При этом независимо от того, какие обозначения использованы в документации на средства измерений, при указании единиц физических величин на табличках, шкалах и щитках этих средств измерений применяют международные обозначения единиц.

Впечатных изданиях допускается применять либо международные, либо русские обозначения единиц. Одновременное применение обоих видов обозначений в одном и том же издании не допускается, за исключением публикаций по единицам физических величин.

3

4. Основные единицы физических величин

4.1. Основные единицы СИ

 

 

 

 

Таблица 1

 

 

 

 

 

Наименование

Размерность

Наименование

Обозначение

 

 

величины

 

единицы

междуна-

русское

 

 

измерения

родное

 

 

 

 

 

 

Длина

L

метр

m

м

 

 

 

 

 

Масса

М

килограмм

kg

кг

 

 

 

 

 

Время

Т

секунда

s

с

 

 

 

 

 

Сила электри-

I

ампер

А

А

ческого тока

 

 

 

 

Термодинами-

Θ

кельвин

К

К

ческая темпе-

 

 

 

 

ратура

 

 

 

 

Количество

N

моль

mol

моль

вещества

 

 

 

 

Сила света

J

кандела

cd

кд

 

 

 

 

 

Кроме температуры Кельвина (обозначение Т) допускается применять также температуру Цельсия (обозначение t), определяемую выражением t = T – Т0, где Т0 = 273,15 К по определению.

Температура Кельвина выражается в кельвинах, температура Цельсия – в градусах Цельсия (обозначение международное и русское °С). По размеру градус Цельсия равен кельвину.

Интервал или разность температур Кельвина выражают в кельвинах. Интервал или разность температур Цельсия допускается выражать как в кельвинах, так и в градусах Цельсия.

4

Обозначение Международной практической температуры в Международной практической температурной шкале 1968 г., если ее необходимо отличить от термодинамической температуры, образуется путем добавления к обозначению термодинамической температуры индекса «68» (например, Т68 или t68).

4.2. Определения основных единиц СИ Метр есть длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал

времени 1/299 792 458 с [XYII ГКМВ (1983 г.), Рез. 1].

Килограмм есть единица массы, равная международному прототипу килограмма [I ГКМВ (1889 г.) и III ГКМВ (1901 г.)].

Секунда есть время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 [XIII ГКМВ (1967 г.), Рез. 1].

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 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 10-7 Н [МКМВ (1946 г.), Резолюция 2, одобренная IX ГКМВ

(1948 г.)].

Кельвин есть единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды

[XIII ГКМВ (1967 г.), Рез. 4].

Моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц [XIV ГКМВ (1971 г.), Рез. 3].

Кандела есть сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683

Вт/ср [XVI ГКМВ (1979 г.), Рез. 3].

5

4.3. Дополнительные единицы СИ

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

 

 

 

Наименование

Размерность

Наименование

Обозначение

 

 

величины

 

единицы

междуна-

русское

 

 

измерения

родное

 

 

 

 

 

 

Плоский угол

-

радиан

rad

рад

 

 

 

 

 

Телесный угол

-

стерадиан

sr

ср

 

 

 

 

 

Ввиду того, что определения радиана и стерадиана содержат отношения одноименных величин (длины), то размерности они, соответственно, не имеют.

5. Производные единицы СИ

Производные единицы следует образовывать из основных и дополнительных единиц СИ по правилам образования когерентных производных единиц.

Электрические и магнитные единицы СИ следует образовывать в соответствии с рационализованной формой уравнений электромагнитного поля.

Производные единицы СИ, имеющие специальные наименования, также могут быть использованы для образования других производных единиц СИ. Производные единицы, имеющие специальные наименования, и примеры других производных единиц приведены в табл. 3 и 4.

5.1. Правила образования когерентных производных единиц СИ

Когерентные производные единицы (далее – производные единицы) Международной системы, как правило, образуют при помощи простейших уравнений связи между величинами (определяющих уравнений), в которых числовые коэффициенты равны 1.

6

Для образования производных единиц величины в уравнениях связи принимают равными единицам СИ.

Пример.

Единицу скорости образуют с помощью уравнения, определяющего скорость прямолинейно и равномерно движущейся точки

v = st ,

где v – скорость; s – длина пройденного пути; t – время движения точки.

Подстановка вместо s и t их единиц СИ дает

[v] = [[st]] =1 м/с.

Следовательно, единицей скорости СИ является метр в секунду. Он равен скорости прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой эта точка за время 1 с перемещается на расстояние 1 м.

Если уравнение связи содержит числовой коэффициент, отличный от 1, то для образования когерентной производной единицы СИ в правую часть подставляют величины со значениями в единицах СИ, дающими после умножения на коэффициент общее числовое значение, равное числу 1.

Пример.

Если для образования единицы энергии используют уравнение

E = 12 mv2 ,

где Е – кинетическая энергия; m – масса материальной точки; v – скорость движения точки, то когерентную единицу энергии СИ образуют, например, следующим образом:

[E]= 12 (2[m] [v]2 ) = 12 (2кг)(1мс)2 =1кг см2 м=1Н м=1Дж

или

[E]=

1

[m]( 2

[v])2

=

1

(1кг)( 2

м)2

=1кг

м

с=1Н м=1Дж.

2

2

с2

 

 

 

 

 

с

 

 

Следовательно, единицей энергии СИ является джоуль (равный ньютон метр). В приведенных примерах он равен кинетической энергии тела массой 2 кг, движущегося со скоростью 1 м/с, или же тела массой 1 кг, движущегося со скоростью 2 м/с.

7

Таблица 3

Примеры когерентных производных единиц СИ, наименования которых образованы из наименований основных и дополнительных единиц

Величина

Единица

 

 

 

 

 

 

Наименование

 

Наименование

Обозначение

Размерность

 

 

 

 

 

междуна–

русское

 

 

 

родное

 

1

2

3

4

5

Площадь

L2

квадратный

m2

м2

 

 

метр

 

 

Объем,

L3

кубический метр

m3

м3

вместимость

 

 

 

 

Скорость

LT-1

метр в секунду

m/s

м/с

 

 

 

 

 

Угловая

Т-1

радиан в секун-

rad/s

рад/с

скорость

 

ду

 

 

Ускорение

LT-2

метр на секунду

m/s2

м/с2

 

 

в квадрате

 

 

Угловое

Т-2

радиан на се-

rad/s2

рад/с2

ускорение

 

кунду в квадрате

 

 

Волновое чис-

L-1

метр в минус

m-1

м-1

ло

 

первой степени

 

 

Плотность

L-3M

килограмм на

kg/m3

кг/м3

 

 

кубический метр

 

 

Удельный

L3M-1

кубический метр

M3/kg

м3/кг

объем

 

на килограмм

 

 

Плотность

L-2I

ампер на квад-

А/m2

А/м2

электрическо-

 

ратный метр

 

 

го тока

 

 

 

 

8

Продолжение табл. 3

1

2

3

4

5

Напряжен-

L-1I

ампер на метр

А/m

А/м

ность

 

 

 

 

магнитного

 

 

 

 

поля

 

 

 

 

Молярная

L-3 N

моль на кубиче-

mol/m3

моль/м3

концентрация

 

ский метр

 

 

Яркость

L-2J

кандела на квад-

cd/m2

кд/м2

 

 

ратный метр

 

 

 

 

 

 

Таблица 4

Производные единицы СИ, имеющие специальные наименования

Величина

 

Единица

 

 

 

 

Обозначение

Выражение

Наименование

Размер-

Наиме-

между-

рус-

через ос-

 

ность

нование

народ-

ское

новные и до-

 

 

 

ное

 

полнительные

 

 

 

 

 

единицы СИ

1

2

3

4

5

6

Частота

Т-1

герц

Hz

Гц

s-1

Сила, вес

LMT-2

ньютон

N

H

m kg s-2

 

 

 

 

 

 

Давление, ме-

L-1MT-2

паскаль

Pa

Па

m-1 kg s-2

ханическое на-

 

 

 

 

 

пряжение

 

 

 

 

 

Энергия, рабо-

L2MT-2

джоуль

J

Дж

m2 kg s-2

та, количество

 

 

 

 

 

теплоты

 

 

 

 

 

Мощность, по-

L2MT-3

ватт

W

Вт

m2 kg s-3

ток энергии

 

 

 

 

 

9

Продолжение табл. 4

1

2

3

4

5

6

Электрический

TI

кулон

С

Кл

s A

заряд (количе-

 

 

 

 

 

ство электриче-

 

 

 

 

 

ства)

 

 

 

 

 

Электрическое

L2MT-3I-1

вольт

V

В

m2 kg s-3 A-1

напряжение,

 

 

 

 

 

электрический

 

 

 

 

 

потенциал,

 

 

 

 

 

разность элек-

 

 

 

 

 

трических по-

 

 

 

 

 

тенциалов

 

 

 

 

 

Электрическая

L-2M-1T4I2

фарад

F

Ф

m-2 kg-1 s4 A2

емкость

 

 

 

 

 

Электрическое

L2MT-3I-2

ом

Ом

m2 kg s-3 A-2

сопротивление

 

 

 

 

 

Электрическая

L-2M-1T3I2

сименс

S

См

m-2 kg-1 s3 A2

проводимость

 

 

 

 

 

Поток магнит-

L2MT-2I-1

вебер

Wb

Вб

m2 kg s-2 A-1

ной индукции,

 

 

 

 

 

магнитный по-

 

 

 

 

 

ток

 

 

 

 

 

Плотность маг-

MT-2I-1

тесла

T

Тл

kg s-2 A-1

нитного пото-

 

 

 

 

 

ка, магнитная

 

 

 

 

 

индукция

 

 

 

 

 

Индуктивность,

L2MT-2I-2

генри

H

Гн

m2 kg s-2 A-2

взаимная ин-

 

 

 

 

 

дуктивность

 

 

 

 

 

Световой поток

J

люмен

lm

лм

cd sr

Освещенность

L-2J

люкс

lx

лк

m-2 cd sr