Что называют системой единиц измерения физических величин

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

Физические величины.

Физической величиной называется физическое свойство материального объекта, процесса, физического явления, охарактеризованное количественно.

Значение физической величины выражается одним или несколькими числами, характеризующими эту физическую величину, с указанием единицы измерения.

Размером физической величины являются значения чисел, фигурирующих в значении физической величины.

Единицы измерения физических величин.

Единицей измерения физической величины является величина фиксированного размера, которой присвоено числовое значение, равное единице. Применяется для количественного выражения однородных с ней физических величин. Системой единиц физических величин называют совокупность основных и производных единиц, основанную на некоторой системе величин.

Широкое распространение получило всего лишь некоторое количество систем единиц. В большинстве случаев во многих странах пользуются метрической системой.

Основные единицы.

Измерить физическую величину – значит сравнить ее с другой такой же физической величиной, принятой за единицу.

Для каждой физической величины в системе единиц должна быть предусмотрена соответствующая единица измерения. Эталоном единицы измерения является ее физическая реализация.

Эталоном длины является метр – расстояние между двумя штрихами, нанесенными на стержне особой формы, изготовленном из сплава платины и иридия.

Эталоном времени служит продолжительность какого-либо правильно повторяющегося процесса, в качестве которого выбрано движение Земли вокруг Солнца: один оборот Земля совершает за год. Но за единицу времени принимают не год, а секунду.

За единицу скорости принимают скорость такого равномерного прямолинейного движения, при котором тело за 1 с совершает перемещение в 1 м.

Отдельная единица измерения используется для площади, объема, длины и т. д. Каждая единица определяется при выборе того или иного эталона. Но система единиц значительно удобнее, если в ней в качестве основных выбрано всего несколько единиц, а остальные определяются через основные. Например, если единицей длины является метр, то единицей площади будет квадратный метр, объема – кубический метр, скорости – метр в секунду и т. д.

Основными единицами физических величин в Международной системе единиц (СИ) являются: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К), кандела (кд) и моль (моль).

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

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