Что называется физической величиной и как они классифицируются

Классификация физических величин

Реальные и идеальные величины

Величины разделяются на два вида: реальные и идеальные (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Классификация величин

Идеальные величины главным образом относятся к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятии. Они вычисляются тем или иным способом.

Физические и нефизические

Измеряемые и оцениваемые величины

Нефизические величины, для которых единица измерения в принципе не может быть введена, могут быть только оценены. Следует отметить, что оценивание нефизических величин не входит в задачи теоретической метрологии.

Для более детального изучения ФВ необходимо классифицировать, выявить общие метрологические особенности их отдельных групп. Возможные классификации ФВ показаны на рис. 3.2.

Рис. 3.2 Классификация физических величин

По видам явления

По видам явлений они делятся на следующие группы:

По принадлежности к различным группам физических процессов

По принадлежности к различным группам физических процессов ФВ делятся на пространственно-временные, механические, тепловые, электрические и магнитные, акустические, световые, физико-химические, ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики.

По степени условной независимости от других величин

По степени условной независимости от других величин данной группы ФВ делятся на основные (условно независимые), производные (условно зависимые) и дополнительные. В настоящее время в системе СИ используется семь физических величин, выбранных в качестве основных: длина, время, масса, температура, сила электрического тока, сила света и количества вещества. К дополнительным физическим величинам относятся плоский и телесный углы. Подробно деление ФВ по этому признаку рассмотрено в гл. лекции

По наличию размерности

По наличию размерности ФВ делятся на размерные, т.е. имеющие размерность, и безразмерные.

Источник

Виды физических величин и их единицы измерения

Физические величины — что под этим понимается

Физические величины — это понятие в физике описывает характеристики тел или процессов, которые могут быть измерены на опыте с использованием измерительных методов и приборов.

Физическая величина — это одно из свойств материальных объектов (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но по количественной характеристике индивидуальное для каждого из них.

Значение физической величины выражается одним или несколькими числами, характеризующими необходимую физическую величину, у которой обязательно должна быть указана размерность.

Размер физической величины — это значения чисел, указанные в значении физической величины.

Описание основных физических величин в системе СИ, единицы их измерения, обозначения и формулы

Основными физическими величинами в Международной системе единиц (СИ) являются: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, количество вещества, сила света.

Единицы измерения основных физических величин в системе СИ

Время в системе СИ измеряется в секундах (с).

Расчет величины секунды основан на фиксировании численного значения частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 при температуре 0 °К, равной в точности 9 192 631 770 Гц.

Солнечные сутки разбираются на 24 часа, каждый час разбирается на 60 минут, а каждая минута состоит из 60 секунд. Таким образом, секунда — это 1 / ( 24 * 60 * 60 ) = 1 / 86400 от солнечных суток.

Единица длины по системе СИ — это метр (м). Величина метра определяется фиксацией численного значения скорости света в вакууме, равной 299 792 458 м/с.

Единицей измерения термодинамической температуры является Кельвин (K). В 1967-2019 годах Кельвин определялся как 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Шкала Кельвина использует тот же шаг, что и шкала Цельсия. 0 °K — это температура абсолютного нуля, а не температура плавления льда. Согласно современному определению что такое Кельвин, 0 °C установлены таким образом, что температура тройной точки воды на фазовой диаграмме равна 0,01 °C. В итоге шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15 °.

Табл.1. Основные физические величины, их обозначения и единицы измерения.

Производные единицы СИ, имеющие собственные наименования

Производные единицы СИ — это единицы измерения, которые исходят от семи основных единиц, определенных Международной системой единиц (СИ).

Такие единицы либо безразмерные, либо могут быть выражены с помощью различных математических операций из основных единиц СИ.

Пространство и время

Единиц измерения, входящих в систему СИ и имеющих собственные названия, которые относятся к пространству и времени — нет.

Периодические явления, колебания и волны, акустика

Частота — это число колебаний совершаемых за одну секунду. Единица измерения названа в честь физика Генриха Герца и обозначается Гц.

Тепловые явления

Энергия — это физическая величина, показывающая какую работу может совершить тело. Измеряется в джоулях (Дж).

Механика

Плоский угол — это часть плоскости, ограниченная двумя лучами, выходящими из одной точки. В системе СИ измеряется в радианах (рад).

Телесный угол — часть пространства, ограниченная некоторой конической поверхностью. Измеряется в системе СИ в стерадианах (ср).

Молекулярная физика

Давление — это скалярная физическая величина равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади этой поверхности. Единицей измерения в системе СИ является паскаль (Па).

Активность катализатора — характеристика, показывающая насколько катализатор активен в процессе своей работы.

Электричество и магнетизм

Сила — физическая величина, которая характеризует действие на тело других тел, в результате чего у тела изменяется скорость или оно деформируется. Измеряется в ньютонах (Н).

Мощность — это физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, за который совершенна эта работа. В Международной системе (СИ) единицей измерения мощности является ватт (Вт).

Электрический заряд — это физическая величина, характеризующая свойство тел или частиц входить в электромагнитные взаимодействия и определяющая значение сил и энергий этих взаимодействий. Единица измерения в системе СИ — это кулон (Кл).

Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при перемещении положительного заряда из начальной точки в конечную к величине этого заряда. Измеряется в вольтах (В).

Сопротивление — физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению тока. Единица измерения — Ом. Источник электрической энергии является проводником и всегда имеет некоторое сопротивление, поэтому ток выделяет в нем тепло. Такое сопротивление называется внутренним. Если оно очень мало, то ток короткого замыкания будет большим, что может вывести источник тока из строя.

Емкость — это физическая величина, которая характеризует способность накапливать электрический заряд на одной из металлических обкладок конденсатора, равная отношению заряда к напряжению и измеряется в фарадах (Ф).

Конденсатор — это совокупность двух проводников, находящихся на малом расстоянии друг от друга и разделенных слоем диэлектрика. На значение емкости влияют геометрические размеры и среда. Материал, из которого сделаны обкладки конденсатора, может быть разным.

Электрическая проводимость (электропроводность) — это способность веществ пропускать электрический ток под действием электрического напряжения. Электрическая проводимость — величина, обратная сопротивлению. Измеряется в сименсах (См).

Характер электропроводности может быть разный, поэтому вещества делятся на электролиты (вещества, растворы и расплавы, проводящие электрический ток) и неэлектролиты (вещества, растворы и расплавы, которые не проводят электрический ток).

Оптика, электромагнитное излучение

Световой поток — величина, измеряемая количеством энергии, которую излучает источник света за единицу времени. В системе СИ единицей измерения светового потока является люмен (лм).

Освещенность — это величина светового потока, приходящаяся на единицу площади освещаемой поверхности. Освещенность измеряется в люксах.

Магнитный поток — физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь контура и на косинус угла между нормалью к контуру и вектором магнитной индукции. Единицей измерения магнитного потока в системе СИ является вебер (Вб).

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, модуль которой численно равен максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока. Единичный элемент тока — это проводник длиной 1 м и силой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является тесла (Тл).

Индуктивность — это физическая величина, характеризующая способность проводника с током создавать магнитное поле. Единица измерения — генри (Гн).

Радиоактивность — это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Различают радиоактивность естественную – для существующих в природе неустойчивых изотопов, а также искусственную — для изотопов, полученных с использованием ядерных реакций. Единицей измерения радиоактивности является беккерель (Бк).

Поглощенная доза ионизирующего излучения — величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм, и имеет специальное название — грей (Гр).

Эффективная доза ионизирующего излучения — величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв).

Собственные наименования имеют 22 производные единицы измерения, которые представлены в таблице 2.

Таблица 2. Таблица с произвольными единицами измерения в системе СИ, которые имеют собственные названия.

Преобразование единиц измерения

Рассмотрим в этом пункте только способы преобразования основных единиц измерения в системе СИ, а именно длины (м), массы (кг), времени (с), силы электрического тока (А), термодинамической температуры (К), количества вещества (моль).
Длина:

1 м = 0,001 км = 10 дм =100 см = 1000 мм

1 кг = 0,001 т = 0,01 ц = 1000 г = 1000000 мг

Источник

Физические величины. Определение. Классификация физических величин по видам явлений.

По видам явлений они делятся на следующие группы:

— общественные, т.е. описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них. К этой гуппе относятся масса, плотность, электрическое сопротивление, емкость, индуктивность и др. Иногда указанные ФВ называют пассивными. Для их измерения необходимо использовать вспомогательный источник энергии, с помощью которого формируется сигнал измерительной информации. При этом пассивные ФВ преобразуются в активные, которые и измеряются;

* энергетические, т.е. величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии. 1C ним относятся ток, напряжение, мощность, энергия. Эти величины называют активными. Они могут быть преобразованы в сигналы измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии;

• характеризующие протекание процессов во времени. К этой группе относятся различного вида спектральные характеристики, корреляционные функции и др.

Физические величины. Определение. Классификация физических величин по принадлежности к различным группам физических процессов.

По принадлежности к различным группам физических процессов ФВ делятся на пространственно-временные, механические, тепловые, электрические и магнитные, акустические, световые, физико-химические, ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики.

Физические величины. Определение. Классификация физических величин по наличию размерности

Источник

Классификация физических величин.

Классификация физических величин.

Для более детального изучения физических величин необходимо классифицировать и выявить общие метрологические особенности их отдельных групп. По видам явлений физические величины делятся на следующие группы:

• вещественные, то есть описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них. К этой группе относятся масса, плотность, электрическое сопротивление, емкость, индуктивность и др.

• энергетические, то есть величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использовании энергии. К ним относятся ток, напряжение, мощность, энергия. Эти величины называют активными. Они могут быть преобразованы в сигналы

измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии;

• характеризующие протекание процессов во времени. К этой группе относятся различного рода спектральные характеристики, корреляционные функции и др.

По принадлежности к различным группам физических процессов физические величины:

электрические и магнитные,

атомной и ядерной физики.

По степени условной независимости от других величин данной группы физические величины: основные (условно независимые),

производные (условно зависимые)

По наличию размерности физические величины:

3. Метрические шкалы: общая характеристика, примеры.

Шкала физической величины – упорядоченная совокупность значений физической величины, служащая исходной основой для измерений данной величины.

Шкала интервалов

Q=Q0+q[Q], где Q0 — начальное значение, [Q] — единица измерения, а q — числовое значение.

Задаётся Q и Q0 [предел величины] — это реперные точки. Это шкалы температуры (цельсий, фаренгейт, риомер) Единица восприятия как интервал, тогда размер — некая доля (число) интервалов. Начало отсчёта выбирают по-разному. Применяются для объектов, свойств коих удволетворяют понятиям эквивалентности, порядка и аддитивности.

Отличительные особенности шкалы:

•нулевая точка произвольная;

•есть единицы измерения;

•можно оценить результат измерения;

•можно складывать, вычитать и делить интервалы.

Шкала отношений

Шкалой отношений измеряют физические величины, для которых возможны арифметические действия. В них есть однозначный критерий нулевого количественного проявления. Кроме того, есть единицы измерений, устанавливаемые по соглашению, и естестввенное начало отсчёта. Формально, это шкала интервалов с ествественным началом отсчёта.

Q=m[Q], где m — значение, [Q] — единица измерения.

Пример: масса, сила тока, направление, термодинамическая температура.

Абсолютная шкала

Это шкалы относительных величин (коэффициенты усиления, преломления и пр.). Имеют естественное и однозначное определение единицы и не зависят от принятой системы единиц измерения.

4. Неметрические шкалы: общая характеристика, примеры.

Условная шкала физической величины – шкала физической величины, исходные значения которой выражены в условных единицах. Нередко условные шкалы называют неметрическими шкалами. Шкала твердости минералов Мооса, шкалы твердости металлов (Бринелля, Виккерса, Роквелла и др.).

Шкала наименований

Основана на приписывании объекту цифр и знаков, играющих роль простых имён. Это нужно для их нумерации с целью их идентификации. Для составления создаются экспертные оценки.

Шкала порядка

Описывает свойство, для которого имеет смысл не только отношение эквивалентности, но и шкала порядка по возрастанию-убыванию. Шкала приниципиально нелинейна, вид нелинейности неизвестен. Одно и то же свойство можно описать несколькими разными шкалами.

Единицы измерения нет, нулевой элемент возможен, вопрос «больше или меньше» применим, в отличие от «во сколько раз» — отсутствие арифметических действий и погрешности. Отсутствует и среднее арифметическое (например, шкалы вязкости, сложности пожаров, оценки событий на АЭС). Это неметрические шкалы, они могут быть дискретными или непрерывными.

5. Размерные физические величины: единица физической величины, значение ФВ, числовые значения ФВ,размер, размерность ФВ.

Значение физической величины – выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Числовое значение физической величины – отвлеченное число, входящее в значение величины.

Размер физической величины – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Размерность физической величины — выражение, показывающее связь данной величины с физическими величинами, положенными в основу системы единиц.

Основные и дополнительные единицы ФВ системы СИ.

Основные единицы измерения СИ и их величины:

Килограмм для массы, M

Секунда для времени, T

Ампер для силы электрического тока, I

Кельвин для термодинамической температуры, Θ

Моль для количества вещества. N

Кандела для силы света, K

К дополнительным физическим величинам относятся:

плоский и телесный углы (радиан и стерадиан)

Международная система единиц (система СИ), принципы построения; достоинства и преимущества.

Международная система единиц, СИ — система единиц физических величин, современный вариант метрической системы. СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике.

Принцип построения:удобен такойвыбор единиц измерения, при котором произвольно и независимо друг от друга устанавливаются единицы измерения для сравнительно небольшого числа величин, а все остальные единицы измерения устанавливаются на основе известных закономерностей, существующих между этими величинами.

Достоинства международной системы СИ (1960 г.):

• унификация областей и видов измерений;

• возможность высокоточного воспроизведения единиц в соответствии с их определением;

• упрощение записи формул в связи с отсутствием производных коэффициентов;

• одна система образования кратных и дольных единицы (основные единицы, производные, внесистемные, дополнительные, когерентная система единиц, когерентные производные, кратные идеальные единицы)

Эталоны. Свойства эталонов.

Эталон — средство измерений (или их комплекс), предназначенный для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи её размера нижестоящим по поверочной схеме средств измерения и утверждения в качестве эталона в установленном порядке.

Свойства эталонов:

• сличаемость (возможность сличения с эталоном других средств измерения в поверочной схеме с наивысшей точностью).

Эталоны длины и массы, хранящиеся в Международном бюро мер и весов в Севре.

Виды эталонов.

Первичный эталон — это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.

Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы.

Эталон сравнения — эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.

Исходный эталон — эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчинённым эталонам и имеющимся средствам измерений.

Рабочий эталон — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

Государственный первичный эталон — первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.

Международный эталон — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Постулаты метрологии.

Постулаты метрологии— требования или принципы, принимаемые бездоказательно или служащие основой для построения научной теории. При этом возникают определённые трудности с формулировкой основных постулатов метрологии: с одной стороны постулат объективен, а с другой — нет.

Постулат №1

«Истинное значение измеряемой физической величины постоянно. Для измерения переменной физической величины надо определить её постоянный параметр — измеряемую физическую величину»

Постулат №2

«Существует пороговое несоответствие измеряемой величины и измеряемого свойства объекта, оно ограничивает точность измерения.»

Следствие: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно

16. Принципы и методы выполнения измерений. (МВи=)

Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.

1. Применение эффекта Джозефсона для измерения электрического напряжения.

2. Применение эффекта Пельтье для измерения поглощенной энергии ионизирующих излучений.

3. Применение эффекта Доплера для измерения скорости.

4. Использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием.

Метод измерения — приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с принципом измерения.

•Физические принципы измеререний;

•Режим взаимодействия объекта и измерителя;

•Вид измерительных сигналов.

•Метод непосредственной оценки

•Метод сравнения с мерой

Наболее распространена классификация по совокупности приёмов и средств измерений.

Дифференциальный метод эффективен тогда, когда практическое значение измеряемой величины имеет отклонение от номинальной величины. Метод сочетает в себе часть признаков метода непосредственной оценки и может быть точным, если величины мало отличаются.

Нулевой метод — развитие дифференциального. В этом методе нет потребления мозности измерительной цепью. Также используются мостовые схемы (уравновешенные).

Метод замещения — поочерёдное измерение прибором шкалой величины и меры, однородной с измеряемой величиной. По результатам этих измерений искомая величина и вычисляется.

Метод совпадений — разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой. Используют совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

Метод противопоставления — уравнение с мерой, где измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой одновременно воздействуют на прибор сравнения.

17. Сущность и особенность процесса измерений.

18. Результаты и условия измерений. Качество измерений.

По характеру проявления.

Классификация физических величин.

Для более детального изучения физических величин необходимо классифицировать и выявить общие метрологические особенности их отдельных групп. По видам явлений физические величины делятся на следующие группы:

• вещественные, то есть описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них. К этой группе относятся масса, плотность, электрическое сопротивление, емкость, индуктивность и др.

• энергетические, то есть величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использовании энергии. К ним относятся ток, напряжение, мощность, энергия. Эти величины называют активными. Они могут быть преобразованы в сигналы

измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии;

• характеризующие протекание процессов во времени. К этой группе относятся различного рода спектральные характеристики, корреляционные функции и др.

По принадлежности к различным группам физических процессов физические величины:

электрические и магнитные,

атомной и ядерной физики.

По степени условной независимости от других величин данной группы физические величины: основные (условно независимые),

производные (условно зависимые)

По наличию размерности физические величины:

3. Метрические шкалы: общая характеристика, примеры.

Шкала физической величины – упорядоченная совокупность значений физической величины, служащая исходной основой для измерений данной величины.

Шкала интервалов

Q=Q0+q[Q], где Q0 — начальное значение, [Q] — единица измерения, а q — числовое значение.

Задаётся Q и Q0 [предел величины] — это реперные точки. Это шкалы температуры (цельсий, фаренгейт, риомер) Единица восприятия как интервал, тогда размер — некая доля (число) интервалов. Начало отсчёта выбирают по-разному. Применяются для объектов, свойств коих удволетворяют понятиям эквивалентности, порядка и аддитивности.

Отличительные особенности шкалы:

•нулевая точка произвольная;

•есть единицы измерения;

•можно оценить результат измерения;

•можно складывать, вычитать и делить интервалы.

Шкала отношений

Шкалой отношений измеряют физические величины, для которых возможны арифметические действия. В них есть однозначный критерий нулевого количественного проявления. Кроме того, есть единицы измерений, устанавливаемые по соглашению, и естестввенное начало отсчёта. Формально, это шкала интервалов с ествественным началом отсчёта.

Q=m[Q], где m — значение, [Q] — единица измерения.

Пример: масса, сила тока, направление, термодинамическая температура.

Абсолютная шкала

Это шкалы относительных величин (коэффициенты усиления, преломления и пр.). Имеют естественное и однозначное определение единицы и не зависят от принятой системы единиц измерения.

4. Неметрические шкалы: общая характеристика, примеры.

Условная шкала физической величины – шкала физической величины, исходные значения которой выражены в условных единицах. Нередко условные шкалы называют неметрическими шкалами. Шкала твердости минералов Мооса, шкалы твердости металлов (Бринелля, Виккерса, Роквелла и др.).

Шкала наименований

Основана на приписывании объекту цифр и знаков, играющих роль простых имён. Это нужно для их нумерации с целью их идентификации. Для составления создаются экспертные оценки.

Шкала порядка

Описывает свойство, для которого имеет смысл не только отношение эквивалентности, но и шкала порядка по возрастанию-убыванию. Шкала приниципиально нелинейна, вид нелинейности неизвестен. Одно и то же свойство можно описать несколькими разными шкалами.

Единицы измерения нет, нулевой элемент возможен, вопрос «больше или меньше» применим, в отличие от «во сколько раз» — отсутствие арифметических действий и погрешности. Отсутствует и среднее арифметическое (например, шкалы вязкости, сложности пожаров, оценки событий на АЭС). Это неметрические шкалы, они могут быть дискретными или непрерывными.

5. Размерные физические величины: единица физической величины, значение ФВ, числовые значения ФВ,размер, размерность ФВ.

Значение физической величины – выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Числовое значение физической величины – отвлеченное число, входящее в значение величины.

Размер физической величины – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Размерность физической величины — выражение, показывающее связь данной величины с физическими величинами, положенными в основу системы единиц.

Источник