Что называется системой единиц физических величин

Система физических величин

Система физических величин (далее СФВ) — совокупность взаимосвязанных физических величин, образованная по принципу, когда одни физические величины являются независимыми (основными физическими величинами), а другие являются их функциями (производными физическими величинами). СФВ представляет собой структурную схему связей физических величин. Эти связи описываются математическими выражениями, называемыми определяющими уравнениями.

С понятием СФВ тесно связано понятие систем единиц физических величин (СЕФВ). Система единиц называется когерентной для данной системы величин, если единицы измерения производных величин (производные единицы) в системе единиц когерентны, то есть представляют собой произведения степеней единиц основных величин (основных единиц) с коэффициентом пропорциональности, равным единице.

На практике термин «СФВ» применяется редко. Обычно говорят о формулах в системах единиц (СИ, СГС и т. д.), даже если в исследовании единицы измерения и числовые значения величин не используются.

Примеры

В качестве основных физических величин в ISQ используются:

Когерентной системой единиц для ISQ является Международная система единиц (СИ).

2. Абсолютная электростатическая система величин. Электрическая постоянная принимается за безразмерную единицу, запись формул не рационализирована. Когерентной системой единиц является СГСЭ.

3. Абсолютная электромагнитная система величин. Магнитная постоянная принимается за безразмерную единицу, запись формул не рационализирована. Когерентной системой единиц является СГСМ.

4. Система величин Гаусса — Максвелла. Электрические величины определяются по формулам электростатической системы, магнитные — по формулам абсолютной электромагнитной системы. Когерентной системой единиц является СГС-гауссова.

5. Система величин Лоренца — Хевисайда. Отличается от предыдущей рационализированной записью формул.

6. Система величин с нерационализированной записью формул и размерными электрической и магнитной постоянными (любая из них может быть принята за основную, тогда другая будет производной). Когерентными системами единниц являются СГСε и СГСμ.

СФВ тесно связаны с задачами моделирования и описания физической реальности на языке Verilog-AMS.

Примечания

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Система физических величин» в других словарях:

система физических величин — система величин Совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин. Примечание. В названии системы величин… … Справочник технического переводчика

Система физических величин — 2.6. Система физических величин Система величин D. Grofiensystem E. System of physical quantities F. Systeme de grandeurs physiques Совокупность физических величин, связанных между собой зависимостями. Примечание. Для обозначения системы … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

СИСТЕМА ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН — система величин, совокупность взаимосвязанных физических величин, используемая в той или иной области естествознания. Для обозначения С. ф. в. обычно используют группу символов (обозначений) осн. величин системы,например Imt в механике, lmtITnJ… … Большой энциклопедический политехнический словарь

система единиц физических величин — система единиц Совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин. Пример. Международная система единиц (СИ), принятая в 1960 г. XI ГКМВ и уточненная на… … Справочник технического переводчика

Система единиц физических величин — совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин. Источник: РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕЖГОСУДАРСТВЕННОЙ СТАНДАРТИЗАЦИИ. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ… … Официальная терминология

СИСТЕМА ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН — совокупность основных (независимых) и производных единиц физических (см.), отражающая существующие в природе связи между ними и образованная в соответствии с принятыми принципами. Часто систему единиц обозначают по начальным буквам её основных… … Большая политехническая энциклопедия

Система единиц физических величин — (система единиц) – совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с принятыми принципами. [СН 528 80] Рубрика термина: Общие термины Рубрики энциклопедии: Абразивное… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН — конкретные физ. величины, к рым по определению присвоены числовые значения, равные единице. Многие Е. ф. в. воспроизводятся мерами, применяемыми для измерений (напр., метр, килограмм). Исторически сначала появились Е. ф. в. для измерения длины,… … Физическая энциклопедия

единицы физических величин — конкретные физические величины, которым по определению присвоены числовые значения, равные 1. Ряд единиц физических величин воспроизводится мерами, применяемыми для измерений (например, метр, килограмм). Единицы физических величин делятся на… … Энциклопедический словарь

Единицы физических величин — конкретные физические величины, которым по определению присвоены числовые значения, равные 1. Многие Е. ф. в. воспроизводятся мерами (См. Меры), применяемыми для измерений (например, Метр, Килограмм). На ранних стадиях развития… … Большая советская энциклопедия

Источник

Системы единиц физических величин: понятие

В мире существовало и существует до сих пор множество различных систем измерения величин. Они служат для того, чтобы люди могли обмениваться различной информацией, например, при совершении сделок, назначении препаратов или разработке руководств к использованию техники. Для того чтобы не возникало путаницы, была разработана Интернациональная система измерения физических величин.

Что такое система измерения физических величин?

Такое понятие, как система единиц физических величин, или просто система СИ, часто может встретиться не только на школьных уроках физики и химии, но и в повседневной жизни. В современном мире люди как никогда нуждаются в том, чтобы определенная информация – например, время, вес, объем – была выражена наиболее объективно и структурировано. Именно для этого и была создана единая система измерений – совокупность официально принятых единиц измерений, рекомендуемых для использования в быту и науке.

Какие системы измерения существовали до появления системы СИ

Вам будет интересно: Античный Рим: история, культура, религия

Конечно, потребность в мерах существовала у человека всегда, однако, как правило, эти меры не были официальными, определялись через подручные материалы. А значит, не имели эталона и могли различаться от случая к случаю.

Ярким примером может служить принятая на Руси система мер длины. Пядь, локоть, аршин, сажень – все эти единицы изначально были привязаны к частям тела – ладони, предплечью, расстоянию между раскинутыми руками. Конечно, в результате конечные измерения были неточными. Впоследствии государство прилагало усилия, чтобы стандартизировать эту систему измерения величин, но она все равно оставалась неидеальной.

В других странах существовали свои системы измерения физических величин. Например, в Европе была распространена английская система мер – футы, дюймы, мили и др.

Зачем нужна система СИ?

В XVIII-XIX веках процесс глобализации стал активным. Все больше стран начали устанавливать международные контакты. Кроме того, своего апогея достигла научно-техническая революция. Ученые по всему миру не могли эффективно обмениваться результатами своих научных изысканий из-за того, что они пользовались разными системами измерения физических величин. Во многом из-за таких нарушений связей внутри мирового научного сообщества многие физические и химические законы «открывались» несколько раз разными учеными, что сильно тормозило развитие науки и техники.

Таким образом, сформировалась потребность в единой системе измерения физических единиц, которая бы не только позволила ученым по всему миру сверять результаты своих трудов, но и оптимизировала процесс мировой торговли.

История возникновения Международной системы измерения

Для того чтобы структурировать физические величины и измерение физических величин, система единиц, единая для всего мирового сообщества, стала необходима. Однако создать такую систему, которая бы отвечала всем требованиям и была наиболее объективной, – это действительно трудная задача. Основой будущей системы СИ стала метрическая система, которая получила свое распространение в XVIII веке после Великой французской революции.

Точкой отсчета, с которой началось развитие и совершенствование Интернациональной системы измерения физических величин, можно считать 22 июня 1799 года. Именно в этот день были утверждены первые эталоны – метр и килограмм. Они были выполнены из платины.

Несмотря на это, официально Международная система единиц была принята только в 1960 году на 1-й генеральной конференции по мерам и весам. В нее были включены 6 основных единиц измерения физических величин: секунда (время), метр (длина), килограмм (масса), кельвин (термодинамическая температура), ампер (сила тока), кандела (сила света).

В 1964 году к ним была добавлена седьмая величина – моль, которой измеряется количество вещества в химии.

Кроме того, существуют также производные единицы, которые могут быть выражены через основные с помощью простейших алгебраических действий.

Основные единицы измерения в системе СИ

Так как основные единицы системы физических величин должны были быть максимально объективными и не зависеть от внешних условий, таких как давление, температура, расстояние от экватора и другие, то к формулированию их определений и эталонов нужно было отнестись фундаментально.

Рассмотрим каждую из основных единиц системы измерения физических величин подробнее.

Приставки, принятые в системе СИ и что они означают

Для удобства использования основных единиц физических величин в системе СИ на практике был принят перечень универсальных приставок, с помощью которых образуются дробные и кратные единицы.

Производные единицы

Очевидно, что существует намного больше семи физических величин, а значит, нужны и единицы, в которых эти величины должны измеряться. Для каждой новой величины выводится новая единица, которая может быть выражена через основные с помощью простейших алгебраических действий, например деления или умножения.

Интересно, что, как правило, производные единицы называются в честь великих ученых или исторических лиц. К примеру, единица измерения работы – Джоуль или единица измерения индуктивности – Генри. Существует множество производных единиц – всего более двадцати.

Внесистемные единицы

Несмотря на широкое распространение и повсеместное применение единиц системы физических величин СИ, во многих отраслях все еще применяются на практике внесистемные единицы измерения. Например, в судоходстве – морская миля, в ювелирном деле – карат. В повседневной жизни нам известны такие внесистемные единицы, как сутки, процент, диоптрия, литр и многие другие.

Нужно помнить, что, несмотря на их привычность, при решении физических или химических задач внесистемные единицы нужно обязательно переводить в единицы измерения физических величин в системе СИ.

Источник

Системы единиц физических величин

Система единиц — это совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин, построенная в соответствии с принятыми принципами.
Исторически первой системой единиц физических величин была принятая в 1791 г. Национальным собранием Франции метрическая система мер.

Она не являлась еще системой единиц в современном понимании, а включала в себя единицы длин, площадей, объемов, вместимостей и веса, в основу которых были положены две единицы: метр и килограмм. В 1832 г. немецкий математик К.Гаусс предложил методику построения системы единиц как совокупности основных и произ­водных.

За основу были приняты три независимые друг от друга единицы: миллиметр — единица длины; миллиграмм — единица массы; секунда — единица времени. Все остальные единицы мож­но было определить с помощью этих трех. Такую систему единиц, связанных определенным образом с тремя основными единицами длины, массы и времени, Гаусс назвал абсолютной систе­мой.

В дальнейшем с развитием науки и техники появился ряд систем единиц физических величин, построенных по принципу, предло­женному Гауссом, базирующихся на метрической системе мер, но отличающихся друг от друга основными единицами.

Система СГС. Система единиц физических величин СГС, в ко­торой основными единицами являются с антиметр как единица длины, грамм как единица массы и секунда как единица времени, была принята в 1881 г. Первым международным конгрессом электриков. Конгресс основывался на принципах, предложенных Гауссом, и ввел наименование для двух важнейших производных единиц: дина — для измерения силы и эрг — работы. Для из­мерения мощности в системе СГС применяется эрг в секунду, ки­нетической вязкости — стокс, динамической — пуаз.

Давление в системе СГС измеряют в динах на квадратный сан­тиметр. Эта единица в прошлом называлась бар, однако в связи с переименованием в бар единицы давления, равной 105 Н/м2, для единиц давления СГС иногда применяют наименование барий и одновременно микробар (так как она равна одной миллионной нового бара).

Исторически сложилось так, что для них к настоящему времени существует семь видов системы СГС для электрических и магнитных величин, из которых наиболее распространены три:

Система МКГСС. В период установления метрической системы мер, в конце XVIII в., килограмм был принят как единица веса. Применение килограмма как единицы веса, а в последующем как единицы силы вообще, привело в конце XIX в. к формированию системы единиц физических величин с тремя основными единица­ми: метр — единица длины, килограмм ­сила — единица силы и секунда — единица времени (система МКГС).

Килограмм­сила (кгс) — это сила, которая сообщает массе, равной массе междуна­родного прототипа килограмма, ускорение 9,80665 м/с2 (нормальное ускорение свободного падения).
Эта система единиц широко распространилась в механике и технике, получив неофициальное наименование «техническая». Одной из причин распространения системы МКГСС явилось удоб­ство выражения сил в единицах веса и удобный размер основной единицы силы — килограмм­силы.

За единицу массы в системе МКГСС принята масса тела, получающего ускорение 1 м/с2 под действием приложенной силы 1 кгс. Эта единица (килограмм­ сила­ секунда в квадрате на метр) иногда называется технической единицей массы или инертной, хотя оба эти наименования не установлены ни в одной из рекомендаций на единицы физических величин. Единица массы МКГСС — 1 кгс с2/м 9,81 кг — единицы массы системы СИ. Широко при­ менялись в технике единицы работы и энергии МКГСС — кило­ грамм­сила­метр (кгс­м) и единица мощности — килограмм­сила­ метр в секунду (кгс м/с).

Система МТС. В системе единиц МТС основными единицами являются: единица длины — метр, единица массы — тонна и единица времени — секунда. Эта система единиц впервые была установлена в 1919 г. во Фран­ции, где была принята в законоположении о единицах измерений. В 1927—1933 гг. система МТС была рекомендована советскими стандартами на механические единицы.

Выбор тонны в качестве основной единицы массы казался удачным, так как достигалось соответствие между единицами длины и объема, с одной стороны, и единицей массы — с другой (с точностью, достаточной для боль­шинства технических расчетов, 1 т соответствует массе 1 м3 воды). Кроме того, единица работы и энергии в этой системе (килоджоуль) и единица мощности (киловатт) совпадали с соответствующими кратными практическими электрическими единицами.

В системе МТС единицей силы служит с тен (сн), равный силе, сообщающей массе 1 т ускорение 1 м/с2, единицей давления — пьеза — 1 сн/м2. Абсолютная практическая система электрических единиц. Эта система была установлена в 1881 г. первым Международным конгрессом электриков в качестве производной от системы СГСМ и предназначалась для практических измерений в связи с тем, что электрические и магнитные единицы системы СГСМ оказались неудобными для практики (одни слишком велики, другие слишком малы).

В числе первых практических электрических единиц были приняты:

Второй Международный конгресс электриков в 1889 г. включил в список практических электрических единиц еще три:

В дальнейшем решениями МЭК и ГКМВ были установлены другие практические электрические и магнитные единицы (напри­мер, вебер, сименс, тесла). Международные электрические единицы, отличавшиеся от единиц абсолютной практической системы электрических единиц тем, что они базировались не на теоретическом определении еди­ниц, а на их эталонах, были приняты в 1893 г. в Чикаго Третьим международным конгрессом электриков.

Конгресс установил три основные международные электриче­ские единицы: международный ом, для определения которо­го использовали ртутный эталон, международный ампер, определяемый с помощью серебряного вольтметра, и междуна­родный вольт, определяемый по элементу Кларка. Остальные электрические единицы (международный кулон, фарад и др.) были определены как производные от них.

Завершением работы по установлению международных элек­трических единиц и четкому разграничению абсолютных практи­ческих единиц и международных явились решения Международной Лондонской конференции электриков в 1908 г. В качестве единиц, которые с достаточным приближением при практических измере­ниях и для законодательных целей воспроизводят электрические единицы, конференция рекомендовала принять международный ом, международный ампер, международный вольт и международный ватт.

Система МКСА. Основы этой системы были предположены в 1901 г. итальянским ученым Дж.Джорджи, поэтому система имеет и второе наименование, принятое в 1958 г. МЭК — «система Джор­джи», но не получившая, однако, распространения. Основными единицами системы МКСА являются метр, килограмм, секунда и ампер. В системе МКСА сила измеряется в ньютонах, работа и энергия — джоулях, мощность — ваттах.

В системе МКСА механические единицы полностью согласованы с единицами абсолютной практической системы электрических и магнитных единиц — ампером, вольтом, омом, кулоном и др. Си­стема МКСА является частью Международной системы единиц СИ.
Внесистемные единицы.

Несмотря на определенные преимуще­ства, которые дает применение единиц, определяемых той или иной системой, до настоящего времени широко распространены раз­личные единицы, не укладывающиеся ни в одну из систем. Число так называемых внесистемных единиц довольно велико, и от мно­гих из них нельзя отказаться ввиду удобства их применения в определенных областях, другие из них сохранились в силу истори­ческих традиций.

Так, исторически возникла единица давления — атмосфера, равная давлению, производимому силой 1 кгс на площадь 1 см2, ибо атмосфера близка по размеру к среднему давлению атмосферного воздуха на уровне моря.

Источник

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ, ЕДИНИЦЫ И СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

ЕДИНИЦЫ И СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Понятие «величина» как оценка размеров какого-либо объекта появилось еще до математики, а математическое понятие «величина» на сегодняшний день связывают с числом. В физике и математике укоренился подход, в соответствии с которым существуют «размерные» и «безразмерные» величины. При этом «величина» рассматривается как число, наименование единицы – как «размерность». В метрологии эти понятия имеют принципиально иное значение, из-за чего иногда возникают недоразумения и путаница.

Применяемое для количественной оценки определенного свойства в математике и часто в физике понятие «величина» идеально – это абстрактная количественная оценка величины любого вида (физической либо нефизической), определяемая числом как номинальное или абсолютно точное значение. В метрологии документом РМГ 29–99 введено понятие «физическая величина» (величина) – одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. В «Международном словаре основных и общих терминов метрологии» (VIM—93) понятие величина (измеримая)раскрывается как «характерный признак (атрибут) явления, тела или вещества, которое может выделяться качественно и определяться количественно».

Понятие «физическая величина» (сюда же включаются и «химические» либо иные величины) настолько фундаментально, что дать ему корректное определение практически невозможно. Понятно что физическая величина –свойство, присущее реальным объектам, которое на множестве свойств объектов может быть индивидуальным в количественном отношении, то есть иметь разные уровни интенсивности. Если уровни свойств доступны количественной оценке аппаратурными методами, их изучением занимается метрология.

Необходимость оценивания уровней интенсивности таких свойств привела к появлению в РМГ 29–99 ряда базовых терминов и определений:

· размер физической величины (размер величины) – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу;

· 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;

· истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину.

Примечание – Истинное значение физической величины может быть соотнесено с понятием абсолютной истины. Оно может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений.

Здесь и далее курсивом выделены материалы, заимствованные из метрологических нормативных документов. Иногда в скобках приводятся краткие формы терминов, которые можно использовать, если контекстная информация исключает возможность неправильного толкования.

Для количественной оценки значений физических величин применяют единицы соответствующих физических величин. Поскольку существуют объективные связи между физическими величинами, очевидно, что единицы физических величин не могут назначаться произвольно. Логика требует объединения единиц физических величин в достаточно строгую систему.

Система (от древнегреческого σ?στημα – соединенное в одно целое из многих частей) – множество закономерно соединенных между собой элементов, образующих определенную целостность, единство.

В определении следует обратить внимание на три важных момента: наличие элементов, их закономерное объединение и вновь образованное благодаря этому качество соединения – его целостность. Элементами системы могут выступать предметы, явления, процессы, принципы, теории; связями – объективно существующие или искусственно созданные закономерности.

Поскольку физические величины существуют как объективные свойства, а числовые значения единиц назначают, единицы вторичны по отношению к физическим величинам. В соответствии с данным положением для получения системы единиц физических величин теоретически правильным представляется предварительное создание системы физических величин.

Система физических величин – совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин. В этих системах выбранные независимые величины называют основными, а прочие, получаемые с их использованием, – производными.

На базе системы физических величин создают систему единиц физических величин. Главной характеристикой системы единиц физических величин является наличие системно связанных значений каждой из величин, принятых за единицу. Единицы независимых величин устанавливают конвенционально (по договоренности), это основные единицы системы. Остальные единицы системы – производные – получают из физических формул (количественных уравнений связи между величинами).

До начала глубокого исследования этой проблемы метрологами системы физических величин в явном виде не рассматривались, а проявлялись как побочный продукт эмпирически создаваемых систем единиц. Системы единиц предназначались для обслуживания конкретных областей физики, например, системы МТС (метр-тонна-секунда) или СГС (сантиметр-грамм-секунда) для механики, а для обеспечения механических и электрических измерений использовалась система МКСА (метр-килограмм-секунда-ампер).

Наличие множества разнообразных единиц для измерений одной физической величины, например, работы и энергии (эрг, джоуль, калория), приводит к необходимости пересчета числовых значений при переходе от одной системы к другой. Такие преобразования не только требовали выполнения лишней работы, но и приводили к частому появлению механических ошибок. Кооперация научно-технических областей, в которых применяли разные единицы, привела пользователей к выводу о необходимости создания универсальной системы единиц, которая позволяет избавиться от перерасчетов. Такая система требует соответствующей основы – универсальной системы физических величин.

Универсальная система физических величин должна охватывать максимум величин, с которыми имеют дело большинство потребителей в своей научной и производственной деятельности. Они и будут использовать единицы универсальной системы, образованной на базе соответствующей системы величин. Наряду с этим не отрицается возможность создания специальных систем единиц для конкретных узких областей.

В системах величин как в любых системах присутствуют элементы (физические величины) и связи между ними (уравнения связи между величинами). Уравнениями связи называют соотношения между величинами, записанные в качественной форме, например, скорость равна частному от деления расстояния (длины) на время, за которое это расстояние пройдено

Возможны еще две трансформированные формы этого уравнения связи (T = L/V и L = VT), но из всех этих трех выражений независимым уравнением связи можно назвать только одно (любое на выбор), поскольку все они несут одну и ту же информацию.

Строгость системы обеспечивается включением в нее только величин, связанных известными физическими законами. При этом число независимых связей оказывается меньше числа величин, поэтому для выражения неизвестных величин требуются дополнительные шаги, в частности назначение «основных величин», условно принимаемых за известные.

Для создания системы физических величин следует:

· выбрать область распространения системы и определить полный набор входящих в систему величин (m штук);

· составить систему уравнений, включающую все независимые уравнения связи между величинами (n уравнений);

· определить необходимое число основных величин системы (k штук);

· определить (выбрать и назначить) конкретные основные величины системы, назначить их размерности;

· определить размерности производных величин через размерности основных, решая независимые уравнения связи между величинами.

Если в результате корректно выполненных действий однозначно определены размерности всех входящих в систему величин, то действительно создана строгая система физических величин.

Минимально необходимое число основных величин системы определяют как разность числа всех входящих в систему величин и числа независимых уравнений связи между величинами (k = m – n). Минимально необходимое и достаточное для создания системы число основных величин определяется расчетом, но выбор конкретных величин, теоретическими положениями не определяется.

Прагматические соображения при выборе основных величин могут быть основаны на попытке представить систему в наиболее логичном виде, либо на предположениях о реализации будущей системы единиц физических величин. Очевидно, что за основные принимают величины, наиболее изученные и наиболее часто встречающиеся в уравнениях связи. Но в предположении будущего эталонирования иногда преимущество отдают тем из альтернативных величин, которые позволят создать более точную, лучше воспроизводимую и более стабильную единицу. Сторонников любого набора основных величин можно обвинить в субъективном подходе, что вполне резонно для случаев экспертного выбора.

Назначение размерностей основных величин и определение через них размерностей производных можно рассматривать как чисто формальную процедуру. Размерности основных физических величин назначают произвольно, например, базой для Международной системы единиц физических величин (SI) является система величин «длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, количество вещества, сила света» с размерностями основных величин LMTIΘNJ.

Размерность dim х любой производной физической величины х, которую определяют через уравнения связи между величинами, в общем виде можно записать как

Нежелательным результатом могут быть несколько отличающихся выражений для размерности одной и той же производной величины. Такая ситуация теоретически недопустима, поскольку свидетельствует об избыточном числе основных величин в системе. Иначе говоря, нарушение теоретических принципов при выборе числа основных величин приводит к созданию недостаточно строгой системы физических величин. Однако такие системы могут создаваться и использоваться из чисто прагматических соображений.

После построения системы физических величин на ее базе можно построить систему единиц физических величин (рисунок 2.1). Система единиц физических величин (система единиц) – совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин.

Рисунок 2.1 – Схема построения системы единиц физических величин

Понятие «размерность величины» в метрологии имеет особый смысл – выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных физических величин в различных степенях и отражающее связь данной физической величины с физическими величинами, принятыми в данной системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности, равным 1.

Из определения следует, что метрологический термин размерность физической величины имеет смысл рассматривать при обсуждении систем физических величин, а не систем единиц физических величин, которые построены на их основе. Понятие «размерность» в системах единиц физических величин является избыточным, хотя может использоваться как вспомогательное.

При рассмотрении систем единиц физических величин размерность физической величины в некоторых ситуациях фактически осложняет понимание связи между производными и основными единицами. Если в обозначениях единиц момент силы представляется весьма логичным (произведение единиц силы и длины или ньютон на метр), то размерность (L 2 M T – 2 ) ясности не добавляет. Цепочки связей между некоторыми производными и основными величинами оказываются слишком протяженными и неочевидными. Примеры размерностей некоторых производных ФВ, образованных в соответствии с базовой для SI системой величин LMTIΘNJ, приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Примеры размерностей производных ФВ в системе LMTIΘNJ

Архаизмами можно считать такие стандартные термины в РМГ 29–99, как «размерная физическая величина» и «безразмерная физическая величина».

Приведенные термины некорректны с лингвистических позиций (напоминают выражение «безразмерные носки», что противоречит понятию «размер величины»), поскольку любая физическая величина имеет размер, характеризующий ее количественную определенность. По сути определений также возникают сомнения, поскольку в системы физических величин входят основные и производные величины, каждая из которых имеет размерность.

Не имеющие размерности («безразмерностные») физические величины, например относительные, следует рассматривать как внесистемные, поскольку они инвариантны по отношению к любой системе физических величин. Например, коэффициент полезного действия, относительная влажность, объемные или массовые доли компонента в растворе и подобные им величины фактически не входят ни в одну из систем физических величин, хотя характеризуют физические свойства. Однако следует иметь в виду, что, например выраженные в неименованных или именованных единицах (в процентах) коэффициенты полезного действия, могут быть рассчитаны на основе учета потерь в механических, термодинамических, электрических и других устройствах с различными исходными единицами.

В таблице 2.2 приведены основные единицы Международной системы единиц физических величин, и указаны годы утверждения их определений.

Таблица 2.2 – Основные единицы Международной системы единиц (SI)

Международная система единиц физических величин (для краткого обозначения используется международная аббревиатура SI – сокращение от «Система Интернациональная Единиц Физических Величин») применяется в большинстве стран мира, что зафиксировано в их основополагающих метрологических стандартах или иных НД по стандартизации в метрологии.

В основу Международной системы была положена система единиц физических величин Д.Джорджи (МКСА), которая первоначально содержала шесть основных единиц. SI была утверждена Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1960 году. С тех пор система несколько трансформировалась, в частности, добавлена седьмая основная единица (моль), ликвидированы «дополнительные единицы» (единицы плоского и телесного угла), изменились определения некоторых единиц.

Международная система единиц имеет ряд достоинств:

· универсальность (обеспечивает ее применение во всех отраслях производства и областях науки);

· унификация единиц физических величин;

· унификация механизма образования дольных и кратных единиц;

Унификация единиц физических величин, например давления, заключается в отказе от таких ранее использовавшихся единиц, как атмосфера физическая, атмосфера техническая, миллиметры водяного столба, миллиметры ртутного столба и др., образующих неоправданное разнообразие единиц.

Недостаточная строгость построения Международной системы единиц физических величин заключается в избыточном количестве основных единиц. Макс Планк установил, что для построения универсальной системы достаточно четырех основных единиц, а число основных единиц SI составляет семь. Последняя единица появилась существенно позже ранее выбранных, что подтверждает ее избыточность – ведь система была вполне работоспособной и без нее.

Кроме базисных основных и производных единиц используют также кратные и дольные единицы, образованные умножением базисной единицы на десять в целой положительной или отрицательной степени (в SI приняты модули показателей 1, 2, 3, и далее через 3 до 24). При образовании кратных и дольных единиц к базисным единицам добавляют приставки, наименования и обозначения которых приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 – Множители и приставки для образования кратных и дольных единиц SI

Не следует забывать, что фактически используемая номенклатура единиц физических величин значительно шире любой даже самой универсальной системы единиц. Наряду с единицами SI, положенной в основу стандартов на узаконенные единицы, широко используют также единицы, заимствованные из других систем или не входящие ни в какие системы (рисунок 2.2).

Широко известные примеры применения узаконенных единиц, заимствованных из других систем и разрешенных к применению наравне с единицами SI, таких как угловые градусы, минуты, секунды; единицы времени, кратные секунде (минута, час, сутки и другие).

Используют также внесистемные единицы уникального вида (например, парсек, карат), относительные, относительные логарифмические и условные единицы (процент, промилле, бел, единицы твердости, единицы светочувствительности фотоматериалов).

Рисунок 2.2 – Схема реализации единиц в рабочих средствах измерений

К «внесистемным единицам» можно отнести собственно внесистемные, которые не входят в строго выстроенные системы физических единиц величин, а также единицы, не входящие в данную систему, но заимствованные из других систем и имеющие иные системы собственного построения (миля-кабельтов, минута-час-сутки-неделя-месяц…). Одним из признаков внесистемных (по отношению к SI) единиц является кратность (дольность), не соответствующая десяти, например, кратностью 60 связаны угловые секунды, минуты и градусы, минута и час, секунда и минута.

Для измерений недостаточно назначить единицу физической величины и даже написать ее подробную спецификацию. Единицу следует воспроизвести с максимально возможной точностью, например, с помощью эталона, а затем передать рабочим средствам измерений с помощью эталонных (образцовых) средств измерений (см. схему на рисунке 2.2).

Кроме физических величин в практике приходится использовать множество других, которые тоже требуют количественной оценки. Например, счетом оценивают деньги, штучные товары, «объемы» произведений печати, количество записанной на носитель информации и многое другое. Оценка (измерение) значений таких величин может быть корректной в пределах принятых правил (счет денег, перевод их в иную валюту, определение объема текста в печатных знаках) или откровенно субъективной (экспертной).

Вполне реализуема аппаратурная оценка некоторых величин из этого ряда, например автоматический счет единиц продукции, определение количества информации в файле. В Приложении А ГОСТ 8.417 редакции 2002 г. представлены «единицы количества информации» бит и байт (1 байт равен 8 бит). Бит – единица информации в двоичной системе счисления, причем в соответствии со стандартом МЭК 60027-2 единицы бит и байт «можно применять с приставками SI». Однако фактически в вычислительной технике при использовании двоичной системы счисления для кратных приставок используют не 10 3 = 1000, а 2 10 = 1024, в результате килобайт равен 1024 байт (1 Кбайт = 1024 байт), мегабайт равен 1024 Кбайт, гигабайт равен 1024 мегабайт. При этом приставку «кило» в отличие от установленного в SI обозначения обозначают прописной, а не строчной буквой.

Свойства, которые не подлежат аппаратурной оценке из-за отсутствия объективно оцениваемого содержания, а также те, представления о физическом содержании которых на нынешнем этапе недостаточно корректно, относят к «нефизическим величинам». В отличие от метрологии, объектом которой являются аппаратурные измерения физических величин, экспертными оценками и повышением их объективности занимается квалиметрия. Квалиметрия успешно использует метрологические методы и приемы для аппаратурно оцениваемых свойств, а также разрабатывает собственные специфические методы оценивания. Существуют экспертные методы оценивания объема и качества интеллектуальной работы, знаний субъекта в определенной области, уровня художественных произведений, жесткости природных проявлений и ряда других сложных явлений.

Источник