Каждое измерение - это сравнение измеряемой величины с другой, однородной с ней величиной, которую считают единичной. Теоретически единицы для всех величин в физике можно выбрать независимыми друг от друга. Но это крайне неудобно, так как для каждой величины следовало бы ввести свой эталон. Кроме этого во всех физических уравнениях, которые отображают связь между разными величинами, возникли бы числовые коэффициенты.
Основная особенность используемых в настоящее время систем единиц состоит в том, что между единицами разных величин имеются определенные соотношения. Эти соотношения установлены теми физическими законами (определениями), которыми связываются между собой измеряемые величины. Так, единица скорости выбрана таким образом, что она выражается через единицы расстояния и времени. При выборе единиц скорости используется определение скорости. Единицу силы, например, устанавливают при помощи второго закона Ньютона.
При построении определенной системы единиц, выбирают несколько физических величин, единицы которых устанавливают независимо друг от друга. Единицы таких величин называют основными. Единицы остальных величин выражают через основные, их называют производными.
Количество основных единиц и принцип их выбора может быть разным для разных систем единиц. Основными физическими величинами в Международной системе единиц (СИ) являются: длина ($l$); масса ($m$); время ($t$); сила электрического тока ($I$); температура по шкале Кельвина (термодинамическая температура) ($T$); количество вещества ($\nu $); сила света ($I_v$).
Таблицы единиц измерения
Основными единицами в системе СИ стали единицы выше названных величин:
\[\left=м;;\ \left=кг;;\ \left=с;;\ \left=A;;\ \left=K;;\ \ \left[\nu \right]=моль;;\ \left=кд\ (кандела).\]
Для основных и производных единиц измерения в системе СИ используют дольные и кратные приставки в таблице 1 приведены некоторые из них
В таблице 2 сведена главная информация об основных единицах системы СИ.
В таблице 3 приведем некоторые производные единицы измерения системы СИ.
и многие другие.
В системе СИ существуют производные единицы измерения, которые имеют собственные названия, которые на самом деле являются компактными формами комбинаций основных величин. В таблице 4 приведены примеры подобных единиц системы СИ.
Для каждой физической величины имеется только одна единица СИ, но одна и та же единица может применяться для нескольких величин. Например, в джоулях измеряют работу и энергию. Существуют безразмерные величины.
Имеются некоторые величины, которые не входят в СИ, но широко используются. Так, единицы времени такие как минута, час, сутки являются частью культуры. Не которые единицы используют по исторически сложившимся причинам. При использовании единиц, которые не принадлежат системе СИ необходимо указывать способы их перевода в единицы СИ. Пример единиц указан в табл.5.
Примеры задач с решением
Пример 1.
Задание. За единицу силы в системе СГС (сантиметр, грамм, секунда) принимают дину. Дина - это сила, которая сообщает телу массой 1 г ускорение в 1 $\frac{см}{с^2}$. Выразите дину в ньютонах.
Решение. Единицу измерения силы устанавливают при помощи второго закона Ньютона:
\[\overline{F}=m\overline{a}\left(1.1\right).\]
Это означает, что единицы измерения силы получают, используя единицы измерения массы и ускорения:
\[\left=\left\left\ \left(1.2\right).\]
В системе СИ ньютон получается равным:
\[Н=кг\cdot \frac{м}{с^2}\ \left(1.3\right).\]
В системе СГС единица измерения силы (дина) равна:
\[дин=г\cdot \frac{см}{с^2}\ \left(1.4\right).\]
Переведем метры в сантиметры, а килограммы в граммы в выражении (1.3):
Ответ. $1Н={10}^5дин.$
Пример 2.
Задание. Автомобиль двигался со скоростью $v_0=72\ \frac{км}{ч}$. При аварийном торможении он смог остановиться через $t=5\ c.$ Каков тормозной путь автомобиля ($s$)?
Решение.
Для решения задачи запишем кинематические уравнения движения, считая ускорение с которым автомобиль уменьшал скорость постоянным:
уравнение для скорости:
\[\overline{v}={\overline{v}}_0+\overline{a}t\ \left(2.1\right)\]
уравнение для перемещения:
\[\overline{s}={\overline{s}}_0+{\overline{v}}_0t+\frac{\overline{a}t^2}{2}\ \left(2.2\right).\]
В проекции на ось X и с учетом того, что конечная скорость автомобиля равна нулю, а торможение считаем автомобиль начал из начала координат выражения (2.1) и (2.2) запишем как:
\ \
Из формулы (2.3) выразим ускорение и подставим его в (2.4), получим:
Прежде чем проводить вычисления нам следует скорость $v_0=72\ \frac{км}{ч}$ перевести в единицы измерения скорости в системе СИ:
\[\left=\frac{м}{с}.\]
Для этого воспользуемся таблицей 1, где видим, что приставка кило означает умножение 1 метра на 1000, а так как в 1ч=3600 с (табл. 4), то в системе СИ начальную скорость будет равна:
Вычислим тормозной путь:
Справочник содержит данные по механическим, термодинамическим и молекулярно-кинетическим свойствам веществ, электрическим свойствам металлов, диэлектриков и полупроводников, магнитным свойствам диа-, пара- и ферромагнетиков, оптическим свойствам веществ, в том числе и лазерных, оптическим, рентгеновским и мёссбауэровским спектрам, нейтронной физике, термоядерным реакциям, а также геофизике и астрономии.
Материал представлен в виде таблиц и графиков, сопровождаемых краткими объяснениями и определениями соответствующих величин. Для удобства пользования приведены единицы измерения физических величин в различных системах и переводные множители.
Развитие физических наук в последние десятилетия характеризуется неудержимым увеличением потока информации. Эта информация нуждается в систематическом обобщении и концентрации Таблицы физических величин естественным образом концентрируют ту часть потока информации, которая допускает числовое выражение.
По отдельным узким разделам физики изданы и продолжают издаваться специализированные справочники и таблицы. К таким изданиям обычно обращаются специалисты.
Предлагаемые таблицы предназначены для широкого круга читателей, которым нужно получить информацию из областей физики, лежащих вне их более или менее узкой специальности. Поэтому в предлагаемых таблицах читатель не найдет, например, подробных данных ни о спектрах элементов, ни о свойствах растворов и т. п. «Таблицы физических величин» не претендуют на конкуренцию с такими многотомными изданиями, как знаменитый справочник Landolt-Bornstein либо Technical Tables и др. Для повседневного пользования обычно требуется широко доступный справочник умеренного объема. Удовлетворению этой потребности и призваны служить предлагаемые читателю таблицы.
Составители понимают, что таблицы далеки от совершенства, и надеются, что читатели своими критическими замечаниями будут способствовать улучшению этой книги в последующих изданиях.
ОГЛАВЛЕНИЕ
От редактора
I. ОБЩИЙ РАЗДЕЛ
Глава 1. Единицы измерения физических величин
Глава 2. Фундаментальные физические постоянные
Глава 3. Периодическая система элементов
II. МЕХАНИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
Глава 4. Механические свойства материалов
Глава 5. Плотность веществ
Глава 6. Сжимаемость веществ
Глава 7. Акустика
Глава 8. Термометрия
Глава 9. Температурные коэффициенты расширения и эффект Джоуля - Томсона
Глава 10. Теплоемкость
Глава 11. Фазовые переходы, плавление и кипение
Глава 12. Давление пара различных веществ
Глава 13. Критические параметры веществ и вириальные коэффициенты
Глава 14. Коэффициент поверхностного натяжения
III. КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Глава 15. Теплопроводность
Глава 16. Вязкость
Глава 17. Диффузии атомов и молекул
Глава 18. Эффективные размеры атомов и ионов
IV. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
Глава 19. Электрические свойства металлов и сплавов
Гланд 20. Электрические свойства диэлектриков
Глава 21. Электрические свойства полупроводников
Глава 22. Потенциалы ионизации и энергии диссоциации
Глава 23. Газовый разряд
Глава 24. Электронная эмиссия
Глава 25. Термоэлектрические явления
Глава 27. Магнитные свойства диа- и парамагнетиков
Глава 28. Магнитные свойства ферромагнетиков
Глава 29. Ферриты
Глава 30. Антиферромагнетики
V. ОПТИКА И РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Глава 31. Оптические свойства вещества
Глава 32. Спектры элементов и некоторые параметры молекул
Глава 33. Лазеры
Глава 34. Электро-, магнито- и пьезооптические эффекты
Глава 35. Рентгеновское излучение
VI. ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
Глава 36. Элементарные частицы
Глава 37. Ядерные свойства нуклидов
Глава 38. Мёссбауэровские ядра
Глава 39. Реакции под действием нейтронов
Глава 40. Реакции, приводящие к образованию нейтронов
Глава 41. Прохождение нейтронов через вещество
Глава 42. Деление ядер
Глава 43. Термоядерные реакции
Глава 44. Прохождение ионизирующего излучения через вещество
Глава 45. Космическое излучение
VII. АСТРОНОМИЯ И ГЕОФИЗИКА
Глава 46. Астрономия и астрофизика
Глава 47. Геофизика
Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Таблицы физических величин, Справочник, Кикоин И.К., 1976 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.
Скачать файл № 1 - zip
Скачать файл № 2 - djvu
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.
Физические величины
Физическая величина – это характеристика физических объектов или явлений материального мира, общая для множества объектов или явлений в качественном отношении, но индивидуальная в количественном отношении для каждого из них . Например, масса, длина, площадь, температура и т.д.
Каждая физическая величина имеет свои качественную и количественную характеристики .
Качественная характеристика определяется тем, какое свойство материального объекта или какую особенность материального мира эта величина характеризует. Так, свойство "прочность" в количественном отношении характеризует такие материалы, как сталь, дерево, ткань, стекло и многие другие, в то время как количественное значение прочности для каждого из них совершенно разное
Для выявления количественного различия содержания свойства в каком-либо объекте, отображаемого физической величиной, вводится понятие размера физической величины . Этот размер устанавливается в процессе измерения - совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины (ФЗ «Об обеспечении единства измерений»
Целью измерений является определение значения физической величины - некоторого числа принятых для нее единиц (например, результат измерения массы изделия составляет 2 кг, высоты здания -12 м и др.). Между размерами каждой физической величины существуют отношения в виде числовых форм (типа «больше», «меньше», «равенства», «суммы» и т.п.), которые могут служить моделью этой величины.
В зависимости от степени приближения к объективности различают истинное, действительное и измеренное значения физической величины .
Истинное значение физической величины - это значение, идеально отражающее в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Из-за несовершенства средств и методов измерений истинные значения величин практически получить нельзя. Их можно представить только теоретически. А значения величины, полученные при измерении, лишь в большей или меньшей степени приближаются к истинному значению.
Действительное значение физической величины - это значение величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.
Измеренное значение физической величины - это значение, полученное при измерении с применением конкретных методов и средств измерений.
При планировании измерений следует стремиться к тому, чтобы номенклатура измеряемых величин соответствовала требованиям измерительной задачи (например, при контроле измеряемые величины должны отражать соответствующие показатели качества продукции).
Для каждого параметра продукции должны соблюдаться требования:
Корректность формулировки измеряемой величины, исключающая возможность различного толкования (например, необходимо четко определять, в каких случаях определяется "масса" или "вес" изделия, "объем" или "вместимость" сосуда и т.д.);
Определенность подлежащих измерению свойств объекта (например, "температура в помещении не более...°С " допускает возможность различного толкования. Необходимо так изменить формулировку требования, чтобы было ясно, установлено ли это требование к максимальной или к средней температуре помещения, что будет в дальнейшем учтено при выполнении измерений);
Использование стандартизованных терминов.
Физические единицы
Физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице, называетсяединицей физической величины.
Многие единицы физических величин воспроизводятся мерами, применяемыми для измерений (например, метр, килограмм). На ранних стадиях развития материальной культуры (в рабовладельческих и феодальных обществах) существовали единицы для небольшого круга физических величин - длины, массы, времени, площади, объёма. Единицы физических величин выбирались вне связи друг с другом, и притом различные в разных странах и географических районах. Так возникло большое количество часто одинаковых по названию, но различных по размеру единиц - локтей, футов, фунтов.
По мере расширения торговых связей между народами и развития науки и техники количество единиц физических величин увеличивалось и всё более ощущалась потребность в унификации единиц и в создании систем единиц. О единицах физических величин и их системах стали заключать специальные международные соглашения. В 18 в. во Франции была предложена метрическая система мер, получившая в дальнейшем международное признание. На её основе был построен целый ряд метрических систем единиц. В настоящее время происходит дальнейшее упорядочение единиц физических величин на базе Международной системы единиц (СИ).
Единицы физических величин делятся на системные, т. е. входящие в какую-либо систему единиц, и внесистемные единицы (например, мм рт. ст., лошадиная сила, электрон-вольт).
Системные единицы физических величин подразделяются на основные , выбираемые произвольно (метр, килограмм, секунда и др.), и производные , образуемые по уравнениям связи между величинами (метр в секунду, килограмм на кубический метр, ньютон, джоуль, ватт и т. п.).
Для удобства выражения величин, во много раз больших или меньших единиц физических величин, применяются кратные единицы (например, километр - 10 3 м, киловатт - 10 3 Вт) и дольные единицы (например, миллиметр - 10 -3 м, миллисекунда - 10-3 с)..
В метрических системах единиц кратные и дельные единицы физических величин (за исключением единиц времени и угла) образуются умножением системной единицы на 10 n , где n - целое положительное или отрицательное число. Каждому из этих чисел соответствует одна из десятичных приставок, принятых для образования кратных и дельных единиц.
В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам Международной организации мер и весов (МОМВ) была принята Международная системаединиц (SI).
Основными единицами в международной системе единиц являются: метр (м) – длина, килограмм (кг) – масса, секунда (с) – время, ампер (А) – сила электрического тока, кельвин (К) – термодинамическая температура, кандела (кд) – сила света, моль – количество вещества.
Наряду с системами физических величин в практике измерений по-прежнему используются так называемые внесистемные единицы. К их числу относятся, например: единицы давления – атмосфера, миллиметр ртутного столба, единица длины – ангстрем, единица количество теплоты – калория, единицы акустических величин – децибел, фон, октава, единицы времени – минута и час и т. п. Однако в настоящее время наметилась тенденция к их сокращению до минимума.
Международная система единиц имеет целый ряд достоинств: универсальность, унификация единиц для всех видов измерений, когерентность (согласованность) системы (коэффициенты пропорциональности в физических уравнениях безразмерны), лучшее взаимопонимание между различными специалистами в процессе научно-технических и экономических связей между странами.
В настоящее время применение единиц физических величин в России узаконено Конституцией РФ (ст. 71) (стандарты, эталоны, метрическая система и исчисление времени находятся в ведении Российской Федерации) и федеральным законом "Об обеспечении единства измерений". Статья 6 Закона определяет применение в Российской Федерации единиц величин Международной системы единиц, принятых Генеральной конференцией по мерам и весам и рекомендованные к применению Международной организацией законодательной метрологии. В то же время в Российской Федерации могут быть допущены к применению наравне с единицами величин СИ внесистемные единицы величин, наименование, обозначения, правила написания и применения которых устанавливаются Правительством Российской Федерации.
В практической деятельности следует руководствоваться единицами физических величин, регламентированных ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин».
Стандартом наряду с обязательным применением основных и производных единиц Международной системы единиц, а также десятичных кратных и дольных этих единиц допускается применять некоторые единицы, не входящие в СИ, их сочетания с единицами СИ, а также некоторые нашедшие широкое применение на практике десятичные кратные и дольные перечисленных единиц.
Стандарт определяет правила образования наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц СИ с помощью множителей (от 10 –24 до 10 24) и приставок, правила написания обозначений единиц, правили образования когерентных производных единиц СИ
Множители и приставки, используемые для образования наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц СИ приведены в табл.
Множители и приставки, используемые для образования наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц СИ
| Десятичный множитель | Приставка | Обозначение приставки | Десятичный множитель | Приставка | Обозначение приставки | ||
| межд. | рус | межд. | русс | ||||
| 10 24 | иотта | Y | И | 10 –1 | деци | d | д |
| 10 21 | зетта | Z | З | 10 –2 | санти | c | с |
| 10 18 | экса | E | Э | 10 –3 | милли | m | м |
| 10 15 | пета | P | П | 10 –6 | микро | µ | мк |
| 10 12 | тера | T | Т | 10 –9 | нано | n | н |
| 10 9 | гига | G | Г | 10 –12 | пико | p | п |
| 10 6 | мега | M | М | 10 –15 | фемто | f | ф |
| 10 3 | кило | k | к | 10 –18 | атто | a | а |
| 10 2 | гекто | h | г | 10 –21 | зепто | z | з |
| 10 1 | дека | da | да | 10 –24 | иокто | y | и |
Когерентные производные единицы Международной системы единиц, как правило, образуют с помощью простейших уравнений связи между величинами (определяющих уравнений), в которых числовые коэффициенты равны 1. Для образования производных единиц обозначения величин в уравнениях связи заменяют обозначениями единиц СИ.
Если уравнение связи содержит числовой коэффициент, отличный от 1, то для образования когерентной производной единицы СИ в правую часть подставляют обозначения величин со значениями в единицах СИ, дающими после умножения на коэффициент общее числовое значение, равное 1.
В науке и технике используются единицы измерения физических величин, образующие определенные системы. В основу совокупности единиц, устанавливаемой стандартом для обязательного применения, положены единицы Международной системы (СИ). В теоретических разделах физики широко используются единицы систем СГС: СГСЭ, СГСМ и симметричной Гауссовой системы СГС. Определенное применение находят также единицы технической системы МКГСС и некоторые внесистемные единицы.
Международная система (СИ) построена на 6 основных единицах (метр, килограмм, секунда, кельвин, ампер, кандела) и 2 дополнительных (радиан, стерадиан). В окончательной редакции проекта стандарта “Единицы физических величин” приведены: единицы системы СИ; единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ, например: тонна, минута, час, градус Цельсия, градус, минута, секунда, литр, киловатт–час, оборот в секунду, оборот в минуту; единицы системы СГС и другие единицы, применяемые в теоретических разделах физики и астрономии: световой год, парсек, барн, электронвольт; единицы, временно допускаемые к применению такие, как: ангстрем, килограмм–сила, килограмм–сила–метр, килограмм–сила на квадратный сантиметр, миллиметр ртутного столба, лошадиная сила, калория, килокалория, рентген, кюри. Важнейшие из этих единиц и соотношения между ними приведены в табл.П1.
Сокращенные обозначения единиц, приведенные в таблицах, применяются только после числового значения величины или в заголовках граф таблиц. Нельзя применять сокращенные обозначения вместо полных наименований единиц в тексте без числового значения величин. При использовании как русских, так и международных обозначений единиц используется прямой шрифт; обозначения (сокращенные) единиц, названия которых даны по именам ученых (ньютон, паскаль, ватт и т.д.) следует писать с заглавной буквы (Н, Па, Вт); в обозначениях единиц точку как знак сокращения не применяют. Обозначения единиц, входящих в произведение, разделяются точками как знаками умножения; в качестве знака деления применяют обычно косую черту; если в знаменатель входит произведение единиц, то оно заключается в скобки.
Для образования кратных и дольных единиц используются десятичные приставки (см. табл. П2). Особенно рекомендуется применение приставок, представляющих собой степень числа 10 с показателем, кратным трем. Целесообразно использовать дольные и кратные единицы, образованные от единиц СИ и приводящие к числовым значениям, лежащим между 0,1 и 1000 (например: 17 000 Па следует записать как 17 кПа).
Не допускается присоединять две или более приставок к одной единице (например: 10 –9 м следует записать как 1 нм). Для образования единиц массы приставку присоединяют к основному наименованию “грамм” (например: 10 –6 кг= =10 –3 г=1 мг). Если сложное наименование исходной единицы представляет собой произведение или дробь, то приставку присоединяют к наименованию первой единицы (например кН∙м). В необходимых случаях допускается в знаменателе применять дольные единицы длины, площади и объема (например В/см).
В табл.П3 приведены основные физические и астрономические постоянные.
Таблица П1
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В СИСТЕМЕ СИ
И ИХ СООТНОШЕНИЕ С ДРУГИМИ ЕДИНИЦАМИ
| Наименование величин | Единицы измерения | Сокращенное обозначение | Размер | Коэффициент для приведения к единицам СИ | ||
| СГС | МКГСС и внесистемные единицы | |||||
| Основные единицы | ||||||
| Длина | метр | м | 1 см=10 –2 м | 1 Å=10 –10 м 1 св.год=9,46×10 15 м | ||
| Масса | килогамм | кг | 1г=10 –3 кг | |||
| Время | секунда | с | 1 ч=3600 с 1 мин=60 с | |||
| Температура | кельвин | К | 1 0 С=1 К | |||
| Сила тока | ампер | А | 1 СГСЭ I = =1/3×10 –9 А 1 СГСМ I =10 А | |||
| Сила света | кандела | кд | ||||
| Дополнительные единицы | ||||||
| Плоский угол | радиан | рад | 1 0 =p/180 рад 1¢=p/108×10 –2 рад 1²=p/648×10 –3 рад | |||
| Телесный угол | стерадиан | ср | Полный телесный угол=4p ср | |||
| Производные единицы | ||||||
| Частота | герц | Гц | с –1 | |||
Продолжение табл.П1
| Угловая скорость | радиан в секунду | рад/с | с –1 | 1 об/с=2p рад/с 1об/мин= =0,105 рад/с | |
| Объем | кубический метр | м 3 | м 3 | 1см 2 =10 –6 м 3 | 1 л=10 –3 м 3 |
| Скорость | метр в секунду | м/с | м×с –1 | 1см/с=10 –2 м/с | 1км/ч=0,278 м/с |
| Плотность | килограмм на куби-ческий метр | кг/м 3 | кг×м –3 | 1г/см 3 = =10 3 кг/м 3 | |
| Сила | ньютон | Н | кг×м×с –2 | 1 дин=10 –5 Н | 1 кг=9,81Н |
| Работа, энергия, количество тепла | джоуль | Дж (Н×м) | кг×м 2 ×с –2 | 1 эрг=10 –7 Дж | 1 кгс×м=9,81 Дж 1 эВ=1,6×10 –19 Дж 1 кВт×ч=3,6×10 6 Дж 1 кал=4,19 Дж 1 ккал=4,19×10 3 Дж |
| Мощность | ватт | Вт (Дж/с) | кг×м 2 ×с –3 | 1эрг/с=10 –7 Вт | 1л.с.=735Вт |
| Давление | паскаль | Па (Н/м 2) | кг∙м –1 ∙с –2 | 1дин/см 2 =0,1Па | 1 ат=1 кгс/см 2 = =0,981∙10 5 Па 1мм.рт.ст.=133 Па 1атм= =760 мм.рт.ст.= =1,013∙10 5 Па |
| Момент силы | ньютон–метр | Н∙м | кгм 2 ×с –2 | 1 дин×см= =10 –7 Н×м | 1 кгс×м=9,81 Н×м |
| Момент инерции | килограмм–метр в квадрате | кг×м 2 | кг×м 2 | 1 г×см 2 = =10 –7 кг×м 2 | |
| Динамическая вязкость | паскаль–секунда | Па×с | кг×м –1 ×с –1 | 1П/пуаз/= =0,1Па×с |
Продолжение табл.П1
| Кинематическая вязкость | квадратный метр на секунду | м 2 /с | м 2 ×с –1 | 1Ст/стокс/= =10 –4 м 2 /с | |
| Теплоемкость системы | джоуль на кельвин | Дж/К | кг×м 2 х х с –2 ×К –1 | 1 кал/ 0 С=4,19 Дж/К | |
| Удельная теплоемкость | джоуль на килограмм–кельвин | Дж/ (кг×К) | м 2 ×с –2 ×К –1 | 1 ккал/(кг× 0 С)= =4,19×10 3 Дж/(кг×К) | |
| Электрический заряд | кулон | Кл | А×с | 1СГСЭ q = =1/3×10 –9 Кл 1СГСМ q = =10 Кл | |
| Потенциал, электрическое напряжение | вольт | В (Вт/А) | кг×м 2 х х с –3 ×А –1 | 1СГСЭ u = =300 В 1СГСМ u = =10 –8 В | |
| Напряженность электрического поля | вольт на метр | В/м | кг×м х х с –3 ×А –1 | 1 СГСЭ Е = =3×10 4 В/м | |
| Электрическое смещение (электрическая индукция) | кулон на квадратный метр | Кл/м 2 | м –2 ×с×А | 1СГСЭ D = =1/12p х х 10 –5 Кл/м 2 | |
| Электрическое сопротивление | ом | Ом (В/А) | кг×м 2 ×с –3 х х А –2 | 1СГСЭ R = 9×10 11 Ом 1СГСМ R = 10 –9 Ом | |
| Электрическая емкость | фарад | Ф (Кл/В) | кг –1 ×м –2 х с 4 ×А 2 | 1СГСЭ С = 1 см= =1/9×10 –11 Ф |
Окончание табл.П1
| Магнитный поток | вебер | Вб (В×с) | кг×м 2 ×с –2 х х А –1 | 1СГСМ ф = =1 Мкс (максвел) = =10 –8 Вб | |
| Магнитная индукция | тесла | Тл (Вб/ м 2) | кг×с –2 ×А –1 | 1СГСМ В = =1 Гс(гаусс)= =10 –4 Тл | |
| Напряженность магнитного поля | ампер на метр | А/м | м –1 ×А | 1СГСМ Н = =1Э(эрстед)= =1/4p×10 3 А/м | |
| Магнитодвижущая сила | ампер | А | А | 1СГСМ Fm | |
| Индуктивность | генри | Гн (Вб/А) | кг×м 2 х х с –2 ×А –2 | 1СГСМ L = 1 см= =10 –9 Гн | |
| Световой поток | люмен | лм | кд | ||
| Яркость | кандела на квадратный метр | кд/м 2 | м –2 ×кд | ||
| Освещенность | люкс | лк | м –2 ×кд |
Физика как наука, изучающая явления природы, использует стандартную методику исследования. Основными этапами можно назвать: наблюдение, выдвижение гипотезы, проведение эксперимента, обоснование теории. В ходе наблюдения устанавливаются отличительные черты явления, ход его течения, возможные причины и последствия. Гипотеза позволяет пояснить ход явления, установить его закономерности. Эксперимент подтверждает (или не подтверждает) справедливость гипотезы. Позволяет установить количественное соотношение величин в ходе опыта, что приводит к точному установлению зависимостей. Подтвержденная в ходе опыта гипотеза ложится в основу научной теории.
Ни одна теория не может претендовать на достоверность, если не получила полного и безоговорочного подтверждения в ходе эксперимента. Проведение последнего сопряжено с измерениями физических величин, характеризующих процесс. - это основа измерений.
Что это такое
Измерение касается тех величин, которые подтверждают справедливость гипотезы о закономерностях. Физическая величина - это научная характеристика физического тела, качественное отношение которой является общим для множества аналогичных тел. Для каждого тела такая количественная характеристика сугубо индивидуальна.
Если обратиться к специальной литературе, то в справочнике М. Юдина и др. (1989 года издания) читаем, что физическая величина это: “характеристика одного из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общая в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта”.
Словарь Ожегова (1990 года издания) утверждает, что физическая величина это - "размер, объем, протяженность предмета".
К примеру, длина - физическая величина. Механика длину трактует как пройденное расстояние, электродинамика использует длину провода, в термодинамике аналогичная величина определяет толщину стенок сосудов. Суть понятия не меняется: единицы величин могут быть одинаковыми, а значение - различным.
Отличительной чертой физической величины, скажем, от математической, является наличие единицы измерения. Метр, фут, аршин - примеры единиц измерения длины.
Единицы измерения
Чтобы измерить физическую величину, ее следует сравнить с величиной, принятой за единицу. Вспомните замечательный мультфильм «Сорок восемь попугаев». Чтобы установить длину удава, герои измеряли его длину то в попугаях, то в слонятах, то в мартышках. В этом случае длину удава сравнивали с ростом других героев мультфильма. Результат количественно зависел от эталона.
Величины - мера ее измерения в определенной системе единиц. Путаница в этих мерах возникает не только вследствие несовершенства, разнородности мер, но иногда и из-за относительности единиц.
Русская мера длины - аршин - расстояние между указательным и большим пальцами руки. Однако руки у всех людей разные, и аршин, измеренный рукой взрослого мужчины, отличается от аршина на руке ребенка или женщины. Такое же несоответствие мер длины касается сажени (расстояние между кончиками пальцев расставленных в стороны рук) и локтя (расстояние от среднего пальца до локтя руки).
Интересно, что в лавки приказчиками брали мужчин небольшого роста. Хитрые купцы экономили ткань при помощи несколько меньших мерил: аршин, локоть, сажень.
Системы мер
Такое разнообразие мер существовало не только в России, но и в других странах. Введение единиц измерения зачастую было произвольным, иногда эти единицы вводились только вследствие удобства их измерения. Например, для измерения атмосферного давления ввели мм ртутного столба. Известный в котором использовалась трубка, заполоненная ртутью, позволил ввести такую необычную величину.
Мощность двигателей сравнивали с (что практикуется и в наше время).
Различные физические величины измерение физических величин делали не только сложными и недостоверными, но и усложняющими развитие науки.
Единая система мер
Единая система физических величин, удобная и оптимизированная в каждой промышленно развитой стране, стала насущной необходимостью. За основу была принята идея выбора как можно меньшего количества единиц, с помощью которых в математических соотношениях можно было бы выразить и другие величины. Такие основные величины не должны быть связаны друг с другом, их значение определяется однозначно и понятно в любой экономической системе.
Эту проблему решить пытались в различных странах. Создание единой СГС, МКС и другие) предпринималось неоднократно, но эти системы были неудобны либо с научной точки зрения, либо в бытовом, промышленном применении.
Задачу, поставленную в конце 19 века, решить получилось только в 1958 году. На заседании Международного комитета законодательной метрологии была представлена унифицированная система.
Унифицированная система мер
1960 год ознаменовался историческим заседанием Генеральной конференции по мерам и весам. Уникальная система, названная «Systeme internationale d"unites» (сокращенно SI) была принята решением этого почетного собрания. В российской версии эта система названа Система интернациональная (аббревиатура СИ).
За основу приняты 7 основных единиц и 2 дополнительных. Их численное значение определяется в виде эталона
Таблица физических величин СИ
Наименование основной единицы | Измеряемая величина | Обозначение |
|
Интернациональное | российское |
||
Основные единицы |
|||
килограмм | |||
Сила тока | |||
Температура | |||
Количество вещества | |||
Сила света | |||
Дополнительные единицы |
|||
Плоский угол | |||
Стерадиан | Телесный угол | ||
Сама система не может состоять только из семи единиц, поскольку разнообразие физических процессов в природе требует введения все новых и новых величин. В самой структуре предусмотрено не только внедрение новых единиц, но и их взаимосвязь в виде математических соотношений (их чаще называют формулами размерностей).
Единица физической величины получается с применением умножения, и деления основных единиц в формуле размерностей. Отсутствие числовых коэффициентов в таких уравнениях делает систему не только удобной во всех отношениях, но и когерентной (согласованной).
Производные единицы
Единицы измерения, которые формируются из семи основных, получили название производных. Кроме основных и производных единиц, возникла необходимость введения дополнительных (радиан и стерадиан). Их размерность принято считать нулевой. Отсутствие измерительных приборов для их определения делает невозможным их измерение. Их введение обусловлено применением в теоретических исследованиях. Например, физическая величина «сила» в этой системе измеряется в ньютонах. Поскольку сила - мера взаимного действия тел друг на друга, являющаяся причиной варьирования скорости тела определенной массы, то определить ее можно как произведение единицы массы на единицу скорости, деленную на единицу времени:
F = k٠M٠v/T, где k - коэффициент пропорциональности, M - единица массы, v - единица скорости, T - единица времени.
СИ дает следующую формулу размерностей: Н = кг٠м/с 2 , где использованы три единицы. И килограмм, и метр, и секунда отнесены к основным. Коэффициент пропорциональности равен 1.
Возможно введение безразмерных величин, которые определяются в виде соотношения однородных величин. К таковым можно отнести как известно, равный отношению силы трения к силе нормального давления.
Таблица физических величин, производных от основных
Наименование единицы | Измеряемая величина | Формула размерностей |
кг٠м 2 ٠с -2 |
||
давление | кг٠ м -1 ٠с -2 |
|
магнитная индукция | кг ٠А -1 ٠с -2 |
|
электрическое напряжение | кг ٠м 2 ٠с -3 ٠А -1 |
|
Электрическое сопротивление | кг ٠м 2 ٠с -3 ٠А -2 |
|
Электрический заряд | ||
мощность | кг ٠м 2 ٠с -3 |
|
Электрическая емкость | м -2 ٠кг -1 ٠c 4 ٠A 2 |
|
Джоуль на Кельвин | Теплоемкость | кг ٠м 2 ٠с -2 ٠К -1 |
Беккерель | Активность радиоактивного вещества | |
Магнитный поток | м 2 ٠кг ٠с -2 ٠А -1 |
|
Индуктивность | м 2 ٠кг ٠с -2 ٠А -2 |
|
Поглощенная доза | ||
Эквивалентная доза излучения | ||
Освещенность | м -2 ٠кд ٠ср -2 |
|
Световой поток | ||
Сила, вес | м ٠кг ٠с -2 |
|
Электрическая проводимость | м -2 ٠кг -1 ٠с 3 ٠А 2 |
|
Электрическая емкость | м -2 ٠кг -1 ٠c 4 ٠A 2 |
Внесистемные единицы
Использование исторически сложившихся величин, не входящих в СИ или отличающихся только числовым коэффициентом, допускается при измерении величин. Это внесистемные единицы. Например, мм ртутного столба, рентген и другие.
Числовые коэффициенты используются для введения дольных и кратных величин. Приставки соответствуют определенному числу. Примером могут служить санти-, кило-, дека-, мега- и многие другие.
1 километр = 1000 метров,
1 сантиметр = 0,01 метра.
Типология величин
Попытаемся указать несколько основных признаков, которые позволяют установить тип величины.
1. Направление. Если действие физической величины напрямую связано с направлением, ее называют векторной, иные - скалярные.
2. Наличие размерности. Существование формулы физических величин дает возможность называть их размерными. Если в формуле все единицы имеют нулевую степень, то их называют безразмерными. Правильнее было бы назвать их величинами с размерностью, равной 1. Ведь понятие безразмерной величины нелогично. Основное свойство - размерность - никто не отменял!
3. По возможности сложения. Аддитивная величина, значение которой можно складывать, вычитать, умножать на коэффициент и т. д. (например, масса) - физическая величина, являющаяся суммируемой.
4. По соотношению с физической системой. Экстенсивная - если ее значение можно составить из значений подсистемы. Примером может служить площадь, измеряемая в метрах квадратных. Интенсивная - величина, значение которой не зависит от системы. К таковым можно отнести температуру.
