Фізична величина
Фізична величина - це властивість, загальна в якісному відношенні багатьом об'єктам (системам, їхніх статків і від-хто приходив до них процесам), але в кількісному відношенні ін-індивідуальну для кожного об'єкта.
Індивідуальність в кількісному відношенні слід поні-мати в тому сенсі, що властивість може бути для одного об'єктивним та в певне число разів більше або менше, ніж для дру-гого.
Як правило, термін «величина» застосовують щодо властивостей або їх характеристик, які можна оцінити коли-кількісний, т. Е. Виміряти. Існують такі властивості і характери-стики, які ще не навчилися оцінювати кількісно, але прагнуть знайти спосіб їх кількісної оцінки, наприклад за-пах, смак і т. П. Поки не навчимося їх вимірювати, слід називати їх не величинами, а властивостями.
У стандарті є тільки термін «фізична величина», а сло-во «величина» дано як коротка форма основного терміну, кото-рую дозволяється застосовувати у випадках, що виключають можливість різного тлумачення. Іншими словами, можна називати фізкабінет-чний величину коротко величиною, якщо і без прикметника очевидно, що мова йде про фізичну величину. В подальшому тексті цієї книги коротка форма терміна «величина» при-змінюється тільки в зазначеному сенсі.
В метрології слову «величина» надано термінологічне зна-ня шляхом накладення обмеження у вигляді прикметника «фізкабінет-чна». Словом «величина» часто намагаються виразити розмір дан-ної конкретної фізичної величини. Кажуть: величина тиску-ня, величина швидкості, величина напруги. Це неправильно, так як тиск, швидкість, напруга в правильному розумінні цих слів є величинами, і говорити про величину величини не можна. У наведених вище випадках застосування слова «величина» є зайвим. Дійсно, навіщо говорити про великий або малої «величиною» тиску, коли можна сказати: велике або ма-лое тиск і т.п. [4].
Фізична величина відображає властивості об'єктів, які можна висловлювати кількісно в прийнятих одиницях. Будь-яке вимірювання реалі-зует операцію порівняння однорідних властивостей фізичних величин за ознакою "більше-менше". В результаті порівняння кожному розміру вимірюваної величини приписується позитивне дійсне число:
де q- числове значення величини або результат порівняння; [Х] - одиниця величини.
Одиниця фізичної величини - фізична величина, якій за визначенням надано значення, рівне одиниці. Можна сказати також, що одиниця фізичної величини - таке її значення, ко-лось приймають за основу для порівняння з ним фізичних величин того ж роду при їх кількісній оцінці.
Рівняння (1.1) є основним рівнянням вимірювання. Числове значення q знаходять наступним чином
отже, воно залежить від прийнятої одиниці виміру [5].
Системи одиниць фізичних величин
При проведенні будь-яких вимірювань яка вимірюється величина порівнюється з іншою однорідною з нею величиною, прийнятої за одиницю. Для побудови системи одиниць вибирають довільно кілька фізичних величин. Вони називаються основними. Величини, що визначаються через основні, називаючи-ються похідними. Сукупність основних і похідних величин називаючи-ється системою фізичних величин.
У загальному вигляді зв'язок між похідною величиною Z і основними мо-же бути представлена наступним рівнянням:
де L, М, Т, I, , J - основні величини; , , , , , - показники раз-мірності. Ця формула називається формулою розмірності. Система величин мо-же складатися як з розмірних, так і безрозмірних величин. Розмірної називається величина, в розмірності якої хоча б одна з основних величин зведена в ступінь, що не рівну нулю. Безрозмірною називається величина, в розмірність якої ос-новні величини входять в мірі, що дорівнює нулю. Безрозмірна величина однієї системи величин може бути розмірної величи-ною в іншій системі. Система фізичних величин використовується для побудови системи одиниць фізичних величин.
Одиниця фізичної величини є значення цієї величини, прийняте за основу для порівняння з нею значень величин того ж роду при їх кількісній оцінці. Їй за визначенням присвоєно числове зна-чення, рівне 1.
Одиниці основних і похідних величин називаються відповідно ос-основними і похідними одиницями, їх сукупність називається системою одиниць. Вибір одиниць в межах си-стеми в якійсь мірі довільний. Однак в якості основних одиниць вибирають такі, які, по-перше, можуть бути воспро-винищені з найвищою точністю, а по-друге, зручні в прак-тику вимірювань або їх відтворення. Одиниці величин, що входять у систему, називаються системними. Крім системних одиниць, застосовуються і позасистемні одиниці. Позасистемні одиниці - це одиниці, які входять в систему. Вони зручні для окремих областей науки і техніки або регіонів і тому отримали ши-рокое поширення. До позасистемних одиниць відносяться: одиниця потужності - кінська сила, одиниця енергії - кіловат-годину, одиниці часу - годину, добу, одиниця температури - градус Цельсія і багато інших [9]. Вони виникли в процесі розвитку техніки вимірювань для задоволення практичних потреб або введені для зручності користування ними при вимірах. З тими ж цілями застосовуються кратні і частинні одиниці величин.
Кратній одиницею називається така, яка в ціле число разів більше системної або позасистемної одиниці: кілогерц, мегават. Дольній одиницею називається така, яка в ціле число разів менше системної або позасистемної одиниці: міліампер, мікровольт. Строго кажучи, багато позасистемні одиниці можуть розглядатися як кратні або частинні одиниці.
В науці і техніці широко поширені також щодо відповідності Цінні та логарифмічні величини і їх одиниці, якими ха-рактерізует посилення і ослаблення електричних сигналів, коефіцієнти модуляції, гармонік і т.д. Відносні вели-чини можуть виражатися в безрозмірних відносних єдині-цах, у відсотках, в проміле. Логарифмічна величина пред-ставлять собою логарифм (в радіоелектроніці зазвичай десятич-ний) безрозмірного відносини двох однойменних величин. Одиницею логарифмічною величини є бел (Б), визна-ється співвідношенням:
де P1, P2 - однойменні енергетичні величини (значення потужності, енергії, потоку щільності потужності тощо.); F1, F2 - однойменні силові величини (напруга, сила струму, напруженість електромагнітного поля і т.п.).
Як правило, застосовують часткову одиницю від білого, звану децибелом, що дорівнює 0,1 Б. У цьому випадку у формулі (1.2) після знаків рівності додається додатковий множні-тель 10. Наприклад, ставлення напруг U1 / U2 = 10 відповід-ствует логарифмічною одиниці 20 дБ.
Є тенденція до застосування природних систем одиниць, заснованих на універсальних фізичних постійних (Констан-тах), які могли б бути прийняті в якості основних одиниць: швидкість світла, постійна Больцмана, постійна Планка, заряд електрона і т.п. [10]. Перевагою такої системи є-ється сталість підстави системи і висока стабільність кон-стант. У деяких стандартах такі постійні вже використовуються: еталон одиниці частоти і довжини, еталон одиниці постійного-ного напруги. Але простежуваними величин, заснованих на константах, на сучасному рівні розвитку техніки незручні для практичних вимірювань і не забезпечують необхідної точ-ності отримання всіх похідних одиниць. Однак такі досто-інства природної системи одиниць, як неразрушаемость, що не-змінити в часі, незалежність від місця розташування сти-муліруют роботи з вивчення можливості їх практичного застосування.
Вперше сукупність основних і похідних одиниць, що утворюють систему, запропонував в 1832 р К. Ф. Гаусс. В якості основних одиниць в цій системі прийняті три довільні оди-ниці-довжина, маса і час, відповідно рівні мілі-метру, міліграму і секунді. Пізніше були запропоновані й дру-Гії системи одиниць фізичних величин, які базуються на мет-рической системі заходів і розрізняються основними одиницями. Але всі вони, задовольняючи одних фахівців, викликали возра-вання інших. Це вимагало створення нової системи одиниць. В якійсь мірі вдалося вирішити існуючі суперечать-чия після прийняття в 1960 р XI Генеральною конференцією з мір та ваг Міжнародної системи одиниць, названої скорочено СІ (SI). ВУкаіни вона вна-чале була прийнята як краща (1961 г.), а потім по-сле введення в дію ГОСТ 8.417-81 «ГСИ. Одиниці фі-зичних величин »- і як обов'язкова в усіх областях науки, техніки, народного хо-дарства, а також у всіх навчальних закладах.
В якості основних в Міжнародній системі одиниць (СІ) обрані сім наступних одиниць: метр, кілограм, секунда, ампер, Кельвін, кандела, моль.
Міжнародна система одиниць включає в себе дві додаткового-тільні одиниці - для вимірювання плоского і тілесного кутів. Ці одиниці не можуть бути введені в розряд основних, так як вони визначаються відношенням двох величин. У той же час вони не яв-ляють похідними одиницями, тому що не залежать від вибору основних одиниць.
Радіан (рад) - кут між двома радіусами окружнос-ти, дуга між якими по довжині дорівнює радіусу.
Стерадіан (ср) - тілесний кут, вершина якого розташована в центрі сфери і який вирізає на поверхні. сфери площу, рівну площі квадрата зі стороною, по довжині рівний радіусу сфери [7].
Відповідно до Закону про забезпечення єдності вимірювань в Укаїни в установленому порядку допускаються до застосування одиниці ве-личин Міжнародної системи одиниць, прийнятої Генеральною конференцією з мір та ваг, ре-рекомендували Міжнародною організацією за-законодавче метрології.
Найменування, позначення і правила написа-ня одиниць величин, а також правила їх примі-вати на території Укаїни уста-встановлюються уряд Укаїни, за винятком випадків, передбачених акта-ми законодавства Укаїни.
Урядом Укаїни можуть бути допущені до застосування нарівні з єдині-цями величин Міжнародної системи одиниць позасистемні одиниці величин.