Общие теоретические сведения.
Основы метрологии.
Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Физическая величина (ФВ) - характеристика одного из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общая в качественном отношении по многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальна для каждого объекта.
Значение физической величины - оценка ее размера в виде некоторого числа по принятой для нее шкале.
Единица физической величины - ФВ фиксированного размера, которой условно присвоено значение равное единице и применяемая для количественного выражения однородных ФВ.
Различают основные, производные, кратные, дольные, когерентные (СИ), системные и внесистемные единицы.
Международная система единиц физических величин.
Совокупность основных и производных единиц ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой единиц физических величин. Единица основной ФВ является основной единицей данной системы. В Российской Федерации используется система единиц СИ, введенная ГОСТ 8.417-2002 «ГСИ. Единицы физических величин». В качестве основных единиц приняты метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и канделла.
Производная единица - это единица производной ФВ системы единиц, образованная в соответствии с уравнениями, связывающими ее с основными единицами или же с основными и уже определенными производными. Некоторые производные единицы системы СИ, имеющие собственное название, приведены в табл. 13.
Основные единицы физических величин системы СИ.
Величина | Единица | ||||
Наименование | Обозначение | Наименование | Обозначение | ||
Размер ность | Рекомен дуемое | русское | междуна родное | ||
Длина | L | l | метр | м | m |
Масса | М | m | килограмм | кг | kg |
Время | Т | t | секунда | с | s |
Сила электрического тока | I | I | ампер | А | А |
Термодинамическая температура | О | Т | кельвин | К | К |
Количество вещества | N | n, v | моль | моль | mol |
Сила света | J | J | канделла | кд | cd |
Производные единицы системы СИ, имеющие специальное название.
Величина | Единица | |||
Наименование | Размерность | Наименование | Обозначение | Выражение через ед.СИ |
Частота | T | герц | Гц | c |
Сила, вес | LMT | ньютон | Н | м*кг*c |
Давление, механическое напряжение | L MT | паскаль | Па | м *кг*с |
Энергия, работа, количество теплоты | L M T | джоуль | Дж | м2*кг*с |
Мощность | L MT | ватт | Вт | м *кг*с |
Количество электричества | TI | кулон | Кл | с*А |
Электрическое напряжение, потенциал, электродвижущая сила | L MT I | вольт | В | м *кг*с * А |
Электрическая емкость | L M T I | фарад | ф | м *кг *с *А |
Электрическое сопротивление | L MT I | ом | Ом | м *кг*с *А |
Магнитная индукция | MT I | тесла | Тл | кг**с А |
Для установления производной единицы следует:
- выбрать ФВ, единицы которых принимаются в качестве основных;
- установить размер этих единиц;
-выбрать определяющее уравнение, связывающее величины, измеряемые основными единицами, с величиной, для которой устанавливается производная единица. При этом символы всех величин, входящих в определяющее уравнение, должны рассматриваться не как сами величины, а как их именованные числовые значения;
Все основные, производные, кратные и дольные единицы являются системными. Внесистемная единица - это единица ФВ, не входящая ни в одну из принятых систем единиц. Внесистемные единицы по отношению к единицам СИ разделяют на 4 вида:
- допускаемые наравне с единицами СИ, например: единицы массы - тонна; плоского угла - градус, минута, секунда; объема - литр и др. Некоторые внесистемные единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ, приведены в табл.14.
Внесистемные единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ.
Наименование величины | Единица | ||
Наименование | Обозначение | Соотношение с едини- цей СИ | |
Масса | тонна | т | 10 кг |
Время | минута | мин | 60 с |
час | ч | 3600 с | |
сутки | сут | 86400 с | |
Объем | литр | л | 10 м |
Площадь | гектар | га | 10 м |
- допускаемые к применению в специальных областях, например: астрономическая единица, парсек, световой год - единицы длины в астрономии; диоптрия - единица оптической силы в оптике; электрон-вольт - единица энергии в физике и т.д.
- временно допускаемые к применению наравне с единицами СИ, например: морская миля- в морской навигации; карат - единица массы в ювелирном деле и др. Эти единицы должны изыматься из употребления в соответствии с международными соглашениями;
- изъятые из употребления, например; миллиметр ртутного столба –единица давления; лошадиная сила - единица мощности и некоторые другие.
Различают кратные и дольные единицы ФВ. Кратная единица- это единица ФВ, в целое число раз превышающая системную или внесистемную единицу. Например, единица длинны - километр равна 10 м, т.е. кратная метру. Дольная единица - единица ФВ, значение которой в целое число раз меньше системой или внесистемной единицы. Например, единица длины миллиметр равна 10 м, т.е. является дольной. Приставки для образования кратных и дольных единиц СИ приведены в таблице
Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименований.
Множитель | Приставка | Обозначение | Множитель | Приставка | Обозначение |
10 | экса | Э | 10 | деци | d |
10 | пета | П | 10 | санти | с |
10 | тера | Т | 10 | милли | м |
10 | гига | Г | 10 | микро | мк |
10 | мега | М | 10 | нано | н |
10 | кило | к | 10 | пико | п |
10 | гекто | г | 10 | фемто | ф |
10 | дека | да | 10 | атто | а |
Существует соотношение между единицами измерения СИ и наиболее часто встречающимися единицами других систем и внесистемными.
Соотношения между единицами измерения.
№ п.п | Величины | Единицы измерения в СИ | Соотношение между единицами измерения СИ и наиболее часто встречающимися единицами других систем и внесистемными. |
1. | Длина | м | 1мкм = 10 м |
2. | Масса | кг | 1т = 1000 кг 1ц = 100 кг |
3. | Температура | К | О = (t + 273,15) К |
4. | Вес (сила тяжести) | Н | 1кг = 9,81Н 1дин = 10 Н |
5. | Давление | Па | 1бар = 10 Па 1мбар = 100 Па 1дин /см = 1мкбар = 0,1 Па 1кгс /см = 1 ат = 9,81х10 Па = 735 мм.рт.ст. 1 кгс / м = 9,81 Па 1 мм.вод.ст. = 9,81 Па 1 мм.рт.ст. = 133,3 Па |
6. | Мощность | Вт | 1 кгс м / с = 9,81 Вт 1 эрг / с = 10 Вт 1ккал/ч = 1,163Вт |
7. | Объем | м | 1 л = 10 м = 1 дм |
8. | Плотность | кг / м | 1 т / м = 1 кг / дм = 1 г / см = 10 кг / м 1 кгс с / м = 9,81 кг /м |
9. | Работа, энергия, количество теплоты | Дж | 1 кгс м = 9,81 Дж 1 эрг = 10 Дж 1 кВт ч = 3,6 10 Дж = 4,19 кДж |
ЗАДАНИЕ:
Выразить в соответствующих единицах значения физических величин (повариантное задание по таблице).
Порядок выполнения работы:
1. Ознакомиться с единицами физических величин и их размерностью по ГОСТ 8.417-2002 или по методическому указанию.
Оформить заголовочную часть практической работы и выполнить задание.
2. Перечертить задание по своему варианту в форме таблицы. Используя таблицы, выразить в соответствующих единицах заданные величины.
Контрольные вопросы:
1. Дайте определение метрологии.
2. Продолжите: физическая величина...
значение физической величины...
единица физической величины...
3. Перечислите основные единицы Международной системы СИ.
4. Приведите примеры производных единиц СИ.
5. Выразить 1м в км, Мм, мм, дм.
6. Выразить 1 мм. рт. ст. в Па.
ВЫРАЗИТЬ В СООТВЕТСТВУЮЩИХ ЕДИНИЦАХ.
Варианты заданий. | |||||
1,7, 13, 19 | 2,8, 14, 20 | 3, 9, 15, 21 | |||
Задание | Ответ | Задание | Ответ | Задание | Ответ |
10м | мкм | 100м | мм | 100см | м |
100кг | т | 100кг | ц | 100кг | г |
37 | Ө = | 32 | Ө = | 25 | Ө = |
250К | 450К | 210 К | |||
10Па | бар | 10Па | Мбар | 10Па | дин/см |
100Па | мм.рт.ст. | 100Па | кгс/см | 100Па | мм.вод.ст. |
мм.рт.ст. | мбар | мм.рт.ст. | Па | мм.рт.ст. | кгс/ см |
10 Н | кг | 10 Н | дин | 10 Н | г |
10Вт | ккал/ч | 10Вт | эрг/с | 10Вт | кгс*м/с |
10Дж | ккал | 10Дж | кВт*ч | 10Дж | эрг |
0,1л | см | 0,1л | дм | 0,1л | м |
0,1 м/с | м/ч | 0,1 м/с | км/с | 0,1 м/с | км/ч |
10 А | ГА | 10 А | кА | 10 А | МА |
100Вт | МВт | 100Вт | сВт | 100Вт | дВт |
1 кг / м | кг/дм | 1 кг /м | г/см | 1 кг / м | г/м |
Варианты заданий. | |||||
4, 10,16, 22 | 5, 11, 17, 23 | 6,12,18, 24 | |||
Задание | Ответ | Задание | Ответ | Задание | Ответ |
1Мм | м | 10мкм | м | 100мм | м |
10т | кг | 100ц | т | 100г | кг |
48 | Ө = | 53 | Ө = | 70 | Ө = |
375К | 273К | 300К | |||
10Па | ат | 10Па | мм.рт.ст. | 10Па | мбар |
100Па | кгс/м | 100Па | мкбар | 100Па | дин/м |
мм.рт.ст. | дин/см | мм.рт.ст. | ат | мм.рт.ст. | кгс/м |
10 Н | дг | 10 Н | сг | 10 Н | дин |
1Вт | ккал/ч | 1Вт | кгс*м/с | 1Вт | эрг/с |
1Дж | ккал | 1Дж | кВт*ч | 1Дж | эрг |
0,01л | см | 0,01л | дм | 0,01л | м |
0,1 м/с | м/мин | 0,1 м/с | км/мин | 0,01 м/с | км/ч |
0,1 А | гА | 0,1 А | сА | 0,1 А | МА |
1Вт | мВт | 1Вт | сВт | 1Вт | дВт |
1 кг / м | кг/дм | 1 кг / м | г/см | 1 кг / м | мг/ м |