4. Единицы физических величин. Система единиц физических величин. Кратные, дольные , основные , производные единицы

Впервые понятие системы единиц физических величин ввел К.Гаусс. Согласно его методу сначала устанавливаются (выбираются) несколько произвольных величин, независящих от других. Единицы этих величин называются основными. Основные единицы выбираются таким образом, чтобы, используя физические законы, можно было получить другие – производные единицы. Полная совокупность основных и производных единиц образуют систему единиц ФВ.

Основные единицы. Важным является выбор основных единиц. С одной стороны, выбор может быть произвольным, с другой, желательно, чтобы количество таких единиц было минимальным.

Такая неоднозначность заставляет ввести в закон Кулона дополнительный коэффициент, получивший название диэлектрическая проницаемость вакуума:

Очевидно, что новая независимая физическая величина введена в новой области физических знаний из соображения удобства. При этом из необходимости соблюдения единства описания всех физических процессов с помощью физических величин требуется введение физических констант – коэффициентов, обеспечивающих это единство.

Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью известных физических законов. Размерность производной единицы определяется математическим выражением, связывающим эту единицу с основными и показывающим во сколько раз изменится производная единица при изменении основных единиц.

Размерности обладают следующими свойствами:

1. Если числовое значение величины А равно произведению величин B и С, то размерность А равна произведению размерностей В и С – [А]=[В]·[С];

2. Если числовое значение величины А равно отношению величин B и С, то размерность А равна отношению размерностей В и С – [А]=[В]/[С];

3. Если числовое значение величины А равно степени n числового значения величины B, то размерность А равна степени n размерности В – [А]=

Кратные и дольные единицы

В десятичной системе исчисления кратные или дольные единицы получаются путем умножения или деление исходной единицы на число 10 в соответствующей степени. (мили, мега, гекса, пико и т.д.)

Относительные величины и единицы

Безразмерные : томные и молекулярные массы

Отношения величин выражаются:

• в безразмерных единицах, когда отношение равно единицам;

• в процентах, когда отношение находится в диапазоне до 10-2;

• в промилле, когда отношение находится в диапазоне до 10-3;

• в миллионных долях, при отношении в диапазоне до 10-6 и т.д.

Логарифмические величины и единицы

Единицей логарифмической величины является бел (Б), который выражается через логарифм отношения одноименных физических величин: 1Б = lg(Р1/Р2). Для образования логарифмической единицы может использоваться не только десятичный логарифм, а также натуральный или по основанию 2, если это удобно для решения практической задачи.

5. Эталоны физических величин, их виды. Стандартные образцы , их виды

В 1875 г. была созвана дипломатическая конференция, на которой 17 государств подписали Метрическую конвенцию. Были изготовлены образцы метра и килограмма из сплава платины и иридия. Прототип метра представлял собой платиноиридиевую штриховую меру общей длиной 102 см, на расстояниях 1 см от концов которой были нанесены штрихи, определяющие единицу длины – метр.

Единица длины. В 1983 г. на XVIII Генеральной конференции по мерам и весам было принято определение метра. По этому определению единица длины– метр – представляет собой расстояние, проходимое светом за 1/299792458 долю секунды.

Единица массы. В качестве основной механической единицы XI Генеральной конференцией по мерам и весам была утверждена единица массы – килограмм. Килограмм – масса вещества, равная массе прототипа килограмма.

Прототип килограмма находится в Международном бюро по мерам и весам в Севре под Парижем. Он представляет собой цилиндр из сплава 90% платины и 10% иридия диаметром 39 мм и такой же высоты.

Эталон единицы физической величины (эталон) – средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Конструкция эталона, его физические свойства и способ воспроизведения единицы определяются физической величиной, единица которой воспроизводится, и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений.

Эталон должен обладать следующими свойствами: неизменность, воспроизводимость, сличаемость. Неизменность – свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой единицы в течение длительного интервала времени.

Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы физической величины с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники. Сличаемость – возможность обеспечения сличения с эталоном других средств измерения, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующего уровня развития измерительной техники.

Различают первичный и вторичные эталоны.

Первичный эталон – эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью. Это уникальное средство измерений, часто представляющее собой сложный измерительный комплекс, созданное на основе новейших достижений науки и техники.

Вторичный эталон – эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размеров, предназначены для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона.

Государственный эталон – первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства. Утверждение производит главный метрологический орган страны. Точность воспроизведение единицы физической величины соответствует уровню новейших достижений науки и техники. Государственные эталоны подлежат периодическому сличению с первичным эталоном и государственными эталонами других стран

Вторичные эталоны по своему метрологическому назначению делятся на:

Эталон сравнения – эталон, предназначенный для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом;

Эталон-свидетель – предназначен для проверки сохранности и неизменности первичного или государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты;

Рабочий эталон – эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Рабочие эталоны применяются во многих территориальных метрологических органах, лабораториях министерств и ведомств.