Единицы измерения физических величин

В соответствии с Положением о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации, единица времени год (так же, как и, например, неделя, месяц, тысячелетие) с кратными и дольными приставками не применяется.

5.Температура Температу́ра (от лат. temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние) —скалярная физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Температура всех частей системы, находящейся в равновесии, одинакова. Если система не находится в равновесии, то между её частями, имеющими различную температуру, происходит теплопередача (переход энергии от более нагретых частей системы к менее нагретым), приводящая к выравниванию температур в системе. Температура определяет: распределение образующих систему частиц по уровням энергии (см. Статистика Максвелла — Больцмана) и распределение частиц по скоростям (см. Распределение Максвелла); степень ионизации вещества (см. Уравнение Саха); спектральную плотность излучения (см. Формула Планка); полную объёмную плотность излучения (см. Закон Стефана — Больцмана) и т. д. Температуру, входящую в качестве параметра в распределение Больцмана, часто называют температурой возбуждения, в распределение Максвелла — кинетической температурой, в формулу Саха — ионизационной температурой, в закон Стефана — Больцмана — радиационной температурой. Поскольку для системы, находящейся в термодинамическом равновесии, все эти параметры равны друг другу, их называют просто температурой системы. Температура относится к интенсивным величинам, не зависящим от массы системы. Более строгие определения температуры, даваемые ей в различных разделах физики. Интуитивно понятие температура появилось как мера градации наших ощущений тепла и холода; на бытовом уровне температура воспринимается как параметр, служащий для количественного описания степени нагретости материального объекта. В Международной системе величин (англ. International System of Quantities, ISQ) термодинамическая температура выбрана в качестве одной из семи основных физических величин системы. Соответственно, в Международной системе единиц (СИ), основанной на Международной системе величин, единица этой температуры — кельвин — является одной из семи основных единиц СИ. Недостатком современного определения кельвина является то, что при практической реализации величина кельвина оказывается зависящей от чистоты и изотопного состава используемой воды. Исходя из стремления устранить этот недостаток, XXIV Генеральная конференция по мерам и весам, состоявшаяся 17—21 октября 2011 года, приняла резолюцию, в которой, в частности, предложено в будущей ревизии Международной системы единиц переопределить кельвин, связав его величину со значением постоянной Больцмана. При этом предполагается, что значение постоянной Больцмана будет зафиксировано, то есть будет считаться определённым точно. В связи с этим в резолюции XXIV ГКМВ по поводу кельвина сформулировано: Кельвин останется единицей термодинамической температуры; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Больцмана равным в точности 1,380 6X·10⁻²³, когда она выражена единицей СИ м⁻²·кг·с⁻²·К⁻¹, что эквивалентно Дж·К⁻¹. Таким образом, будет выполняться точное равенство k=1,380 6X·10⁻²³ Дж/К. Следствием этого явится то, что кельвин станет равным изменению температуры, которое приводит к изменению энергии, приходящейся на одну степень свободы kT, то есть к 1,380 6X·10⁻²³ Дж. В своей резолюции XXIV Генеральная конференция по мерам и весам отметила также, что непосредственно после предполагаемого переопределения кельвина температура тройной точки воды останется равной 273,16 К, но при этом её значение приобретёт погрешность и в дальнейшем будет определяться экспериментально. Кроме термодинамической температуры в СИ используется температура Цельсия, её единицей является градус Цельсия, входящий в состав производных единиц СИ, имеющих специальные наименования и обозначения, и по размеру равный кельвину. На практике часто применяют градусы Цельсия из-за исторической привязки к важным характеристикам воды — температуре таяния льда (0 °C) и температуре кипения (100 °C). Это удобно, так как большинство климатических процессов, процессов в живой природе и т. д. связаны с этим диапазоном. Изменение температуры на один градус Цельсия тождественно изменению температуры на один кельвин. Поэтому после введения в 1967 г. нового определения кельвина, температура кипения воды перестала играть роль неизменной реперной точки и, как показывают точные измерения, она уже не равна 100 °C, а близка к 99,975 °C. Из того, что температура — это кинетическая энергия молекул, ясно, что наиболее естественно измерять её в энергетических единицах (то есть в системе СИ в джоулях). Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах — градусах. 1848 Уильям Томсон(Лорд Кельвин) в своей работе «Об абсолютной термометрической шкале» («On an Absolute Thermometric Scale») пишет о необходимости шкалы, нулевая точка которой будет соответствовать предельной степени холода (абсолютному нулю), а ценой деления будет градус Цельсия^[2]. Эта абсолютная шкала на сегодняшний день известна как термодинамическая шкала Кельвина. Значение «минус 273» было получено как обратное от 0,00366 — коэффициента расширения газа на градус Цельсия, что точно соответствует текущему принятому значению. 1954 Третья резолюция Х Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ) дала шкале Кельвина современное определение, взяв температуру тройной точки воды в качестве второй опорной точки и приняв, что её значение составляет ровно 273,16 кельвина. 1967/1968 В соответствии с третьей резолюцией XIII Генеральной конференции по мерам и весам единица измерения термодинамической шкалы была переименована в «кельвин», а обозначением стал «К» (ранее единица называлась «градус Кельвина», её обозначением был «°K»). Кроме того величина единицы была определена более явно — как равная 1/273,16. 2005 В обязательном Техническом приложении к тексту Международной температурной шкалы МТШ‑90 Консультативный комитет по термометрии установил требования к изотопному составу воды при реализации температуры тройной точки воды. Международный комитет мер и весов подтвердил, что определение кельвина относится к воде, чей изотопный состав определён следующими соотношениями:

• 0,000 155 76 моля ²H на один моль ¹Н

• 0,000 379 9 моля ¹⁷О на один моль ¹⁶О

• 0,002 005 2 моля ¹⁸О на один моль ¹⁶О

Шкала Цельсия В технике, медицине, метеорологии и в быту в качестве единицы измерения температуры используется шкала Цельсия. В настоящее время в системе СИ термодинамическую шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: t(°С) = Т(К) — 273,15 (точно), т. е. цена одного деления в шкале Цельсия равна цене деления шкалы Кельвина. По шкале Цельсия температура тройной точки воды равна приблизительно 0,008 °C и, следовательно, точка замерзания воды при давлении в 1 атм очень близка к 0 °C. Шкала Цельсия очень удобна с практической точки зрения, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия — особая точка для метеорологии, поскольку связана с замерзанием атмосферной воды. Шкала предложена Андерсом Цельсием в 1742 г. Шкала Фаренгейта В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а 100 градусов Цельсия — 212 градуса Фаренгейта. В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F — 32), t °F = 9/5 t °С + 32. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724 году. 6.Количество вещества Количество вещества — физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц, содержащихся в веществе. Под структурными единицами понимаются любые частицы, из которых состоит вещество (атомы, молекулы, ионы, электроны или любые другие частицы. Единица измерения количества вещества в Международной системе единиц (СИ) и в системе СГС — моль. 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. Из определения моля непосредственно следует, что молярная масса углерода-12 равна 12 г/моль точно. Количество специфицированных структурных элементов в одном моле вещества называется постоянной Авогадро (числом Авогадро), обозначаемой обычно как N_A. Таким образом, в углероде-12 массой 0,012 кг содержится N_A атомов. Значение постоянной Авогадро, рекомендованное Комитетом по данным для науки и техники (CODATA) в 2010 году, равно 6,02214129(27)·10²³ моль⁻¹. 1/12 массы атома углерода-12 называют атомной единицей массы (обозначение а. е. м.). Отсюда следует, что 1 а. е. м. = 0,001/N_A кг. Из определения а. е. м. вытекает, что молярная масса вещества, выраженная в граммах на моль, численно равна массе молекулы этого вещества, выраженной в атомных единицах массы. При нормальных условиях объём одного моля идеального газа составляет 22,413 996(39) л

7.Сила тока Электрическим током (I) называется направленное движение электрических зарядов (ионов — в электролитах, электронов проводимости в металлах). Необходимым условием для протекания электрического тока является замкнутость электрической цепи. Электрический ток измеряется в амперах (А). Современное определение ампера было предложено Международным комитетом мер и весов в 1946 году и принято IX Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в1948 году.

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.

Иллюстрация к определению ампера.

Из определения ампера следует, что магнитная постоянная   равна  Гн/ м или, что то же самое,  Н/А² (точно). Это утверждение становится понятным, если учесть, что сила взаимодействия двух расположенных на расстоянии   друг от друга бесконечных параллельных проводников, по которым текут токи   и , приходящаяся на единицу длины, выражается соотношением:

Магнитодвижущая сила 1 ампер (ампер-виток) — это такая магнитодвижущая сила, которую создает замкнутый контур, по которому протекает ток, равный 1 амперу.

Производными единицами измерения тока являются: 1 килоампер (кА) = 1000 А; 1 миллиампер (мА) 0,001 А; 1 микроампер (мкА) = 0,000001 А. Человек начинает ощущать проходящий через его тело ток в 0,005 А. Ток больше 0,05 А опасен для жизни человека. 8.Сила света Си́ла све́та Iv — физическая величина, одна из основных световых фотометрических величин. Канде́ла (от лат. candela — свеча) — единица силы света, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ). Определена как «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»^]. Принята в качестве единицы СИ в 1979 г. XVI Генеральной конференцией по мерам и весам. Международное обозначение — cd, русское — кд.Из определения следует, что значение спектральной световой эффективности монохроматического излучения для частоты 540·10¹² Гц равно 683 лм/Вт = 683 кд^.ср/ Вт (точно). В 2011 г. XXIV Генеральная конференция по мерам и весам приняла резолюцию, в которой, в частности, предложено в будущей ревизии Международной системы единиц принять новое определение канделы. Предполагаемое новое определение, квалифицируемое в резолюции, как полностью эквивалентное существующему, сформулировано следующим образом. «Кандела, символ cd, является единицей силы света в данном направлении; её величина определена путём установления численного значения световой эффективности монохроматического излучения с частотой 540·10¹² Гц в точности равным 683, если оно выражено единицей СИ м⁻²·кг⁻¹·с³·кд·ср, или кд·ср·Вт⁻¹, которая равна лм·Вт⁻¹». Выбранная частота соответствует длине волны 555,016 нм в воздухе при стандартных условиях и находится вблизи максимума чувствительности человеческого глаза, располагающегося на длине волны 555 нм. Если излучение имеет другую длину волны, то для достижения той же силы света требуется бо́льшая энергетическая сила света. Люмен (лм, lm) — единица измерения светового потока в СИ. Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света, равной одной канделе, в телесный угол величиной в один стерадиан. Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен 4? люменам. Обычная лампа накаливания мощностью 100 Вт создаёт световой поток, равный примерно 1300 лм. Компактная люминисцентная лампа дневного света мощностью 26 Вт создаёт световой поток, равный примерно 1600 лм. Люмен - Полный световой поток от источника. Однако, это измерение обычно не принимает во внимание сосредотачивающую эффективность отражателя или линзы и поэтому не является прямым параметром оценки яркости или полезной производительности луча фонаря. У широкого светового луча может быть тот же самый показатель люмен, как и у узкосфокусированного. Люмены не могут использоваться, чтобы определить интенсивность луча, потому что оценка в люменах включает в себя весь рассеянный, бесполезный свет. Люкс (обозначение: лк, lx) — единица измерения освещённости в системе СИ. Люкс равен освещённости поверхности площадью 1 м? при световом потоке падающего на неё излучения, равном 1 люмен . 100 люменов собрали и спроецировали на 1-метровую квадратную область.  Освещенность области составит 100 люкс. Те же самые 100 люменов направленные на 10 квадратных метров дадут освещенность 10 люкс. 12.Новый облик СИ

Предполагается, что после реализации сформулированного подхода в своём окончательном виде СИ будет системой единиц, в которой:

• частота сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 в точности равна 9 192 631 770 Гц;

• скорость света в вакууме c в точности равна 299 792 458 м/с;

• постоянная Планка h в точности равна 6,626 06X·10⁻³⁴ Дж·с;

• элементарный электрический заряд e в точности равен 1,602 17X·10⁻¹⁹ Кл;

• постоянная Больцмана k в точности равна 1,380 6X·10⁻²³ Дж/К;

• число Авогадро N_A в точности равно 6,022 14X·10²³ моль⁻¹;

• световая эффективность k_cd монохроматического излучения частотой 540·10¹² Гц в точности равна 683 лм/Вт