Виды физических величин и их единицы измерения

Физические величины — что под этим понимается

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

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

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

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

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

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

Единицы измерения основных физических величин в системе СИ

Время в системе СИ измеряется в секундах (с).

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

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

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

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

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

Производные единицы СИ, имеющие собственные наименования

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

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

Пространство и время

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

Периодические явления, колебания и волны, акустика

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

Тепловые явления

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

Механика

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

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

Молекулярная физика

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

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

Электричество и магнетизм

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Оптика, электромагнитное излучение

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Преобразование единиц измерения

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

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

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

Источник

Физические величины.

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

Измерение физических величин.

Для обозначения физических величин используются буквы латин­ского и греческого алфавитов.

Скалярные величины — величины, которые полностью характе­ризуются числовым значением и единицей измерения. Например: время, путь, масса, температура, сила тока и т. д.

Векторные величины — величины, которые полностью характе­ризуются числовым значением, единицей измерения и направлением в пространстве. Например: перемещение, скорость, ускорение, сила, импульс и т. д.

Каждая физическая величина = Числовое значение х Единица измерения

Измерение физической величины:

для определения числового значения необходимо с помощью измери­тельного прибора сравнить физическую величину с однородной вели­чиной, принятой за единицу измерения.

Результат измерений физической величины = Видимый результат ± Погрешность

Пример измерительного прибора

Характеристики прибора и результат измерений

Измерительные приборы.

Название прибора, что измеряет.

Внешний вид прибора.

Примечание

Амперметр измеряет силу тока

Включается в цепь последовательно; «+» источника присоединения к «+» амперметра

Барометр измеряет атмосферное давление

Определяет давление и в паскалях, и в миллиметрах ртутного столба

Вольтметр измеряет напряжение

Включается параллельно к изучаемому элементу цепи; «+» источника присоединяется к «+» вольтметра

Весы измеряют массу тел

Перед взвешиваем обязательно уравновесьте весы.

Динамометр измеряет силу (в том числе вес)

Подвесив груз, определяем числовые значения сразу трех сил: силу упругости, силу тяжести, вес тела.

Линейка измеряет длину

Для больших расстояний можно использовать разновидность линейки: рулетку

Манометр (жидкостный) измеряет давление, отличающееся от атмосферного

Если уровни жидкости в двух коленах манометра равны, то давление газа в колбе равно атмосферному. В данном случае давление газа в колбе меньше атмосферного на ρgh, где h (м) – разность в уровнях

Металлический манометр измеряет давление, отличающееся от атмосферного

Необходимо учитывать, что манометры могут быть проградуированы в мм рт. ст., в атм., в Па

Психрометр позволяет определить относительную влажность воздуха.

Для определения относительной влажности необходимо определить показания сухого и влажного термометров и воспользоваться психометрической таблицей

Термометр служит для определения температуры

Температура может измеряться не только в градусах Цельсия (ºС), но и в Кельвинах (К) и в градусах Фаренгейта (ºF)

Секундомер измеряет время

Маленький циферблат секундомера измеряет количество минут

Спидометр определяет числовое значение скорости

Обычно спидометры определяют скорость в км/ч

Мензурка измеряет объем жидкости

Мензуркой также можно объем твердого тела неправильной формы.

Источник

Физические величины и их измерение

п.1. Физические величины

Физические тела могут отличаться своими размерами, весом, материалом, из которого изготовлены, и т.д. Физические явления также могут различаться своей продолжительностью, интенсивностью, скоростью и т.п.

Многие физические свойства мы измеряем, т.е. определяем их количественные величины: меряем длину в метрах, площадь – в квадратных метрах, время – в секундах, массу – в килограммах и т.п.

Плотность (древесины столешницы)

Плотность (металла ножек)

Физическое явление – кипение воды

Длительность полного выкипания 1 кг воды на обычной конфорке (2,0 кВт)

п.2. Единицы измерения

Примеры единиц измерения:

Примеры размеров, выраженные в метрах:

п.3. Международная система единиц СИ

В современном мире система единиц измерения для науки, техники и быта устанавливается государством в специальных законах.
В большинстве государств используется Международная система единиц СИ.

СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г., изменялась и дополнялась на последующих конференциях (последние изменения внесены в 2019 г.).
В СИ определено семь основных единиц для семи физических величин.

Остальные единицы СИ являются производными и образуются из основных с помощью уравнений.
Кроме того, существуют ещё кратные единицы, которые в разы больше, и дольные единицы, которые в разы меньше основных и производных единиц.
Названия кратных и дольных единиц формируются с помощью приставок «кило», «мега», «гига», «деци», «санти», «милли» и т.п.

Существуют также внесистемные единицы измерения, которые остаются в употреблении по традиции и потому что удобны. Например, тонна и центнер для массы, литр для объема, миля для расстояния и т.п.

п.4. Измерительные приборы

В большинстве случаев мы измеряем физические величины с помощью приборов: длину – с помощью линейки, вес – с помощью весов, время – с помощью секундомера и т.д.

Примеры измерительных приборов для определения длины:

Линейка	Рулетка	Метр складной
Микрометр	Ручной лазерный дальномер	Купол астрономического лазерного дальномера

п.5. Задачи

Задача 1. Найдите длину брусков, приложенных к линейке (одно деление – 1 мм):

Чтобы найти длину бруска (l), нужно от измерения справа (x₂) отнять измерение слева (x₁):

Задача 2. Запишите длины в порядке убывания:
0,3 дм, 20 см, 450 мм, 540 мкм, 0,0001 км.

Выразим все длины через метры:
0,3 дм = 0,03 м
20 см = 0,2 м
450 мм = 0,45 м
540 мкм = 0,00054 м
0,0001 км = 0,1 м
Получаем:
0,45 м>0,2 м>0,1 м>0,03 м>0,00054 м
450 мм>20 см>0,0001 км>0,3 дм>540 мкм

5 л = 5 дм 3
5 л = 5 дм 3 = 5·(1 дм) 3 =5·(0,1 м) 3 =5·0,001 м 3 =0,005 м 3
5 л = 5 дм 3 = 5·(1 дм) 3 =5·(10 см) 3 =5·1000 (см) 3 =5000 (см) 3

Задача 4. Квадрат площадью 1 м 2 разрезали на квадратики площадью 1 см 2 и уложили их в ряд. Какой длины получился этот ряд?

Найдем, сколько в большом квадрате маленьких квадратиков:
1 м 2 =(1 м) 2 =(100 см) 2 =10 000 см 2
Получается 10 000 квадратиков 1х1 см. Из них получится ряд длиной:
10 000 см=100 м
Ответ: 100 м

Источник

Физические величины и параметры, единицы измерения

Под величинами подразумевают те характеристики явлений, которые определяют явления и процессы и могут существовать независимо от состояния среды и условий. К таким, например, относятся электрический заряд, напряженность поля, индукция, электрический ток и т. д. Среда и условия, в которых протекают явления, определяемые данными величинами, могут изменить эти величины в основном только количественно.

Под параметрами подразумевают такие характеристики явлений, которые определяют свойства сред и веществ и влияют на соотношение между собственно величинами. Они не могут существовать самостоятельно и проявляются лишь в их действии на собственно величины.

К параметрам относятся, например, электрическая и магнитная постоянные, удельное электрическое сопротивление, коэрцитивная сила, остаточная индукция, параметры электрических цепей (сопротивление, проводимость, емкость, индуктивность на единицу длины или объема в данном устройстве) и др.

Значения физических параметров

Значения параметров обычно зависят от условий, в которых протекает данное явление (от температуры, давления, влажности и т. п.), но при постоянстве этих условий параметры сохраняют свои значения неизменными и поэтому называются также постоянными.

Изучение любого явления в физике не ограничивается только установлением качественных зависимостей между величинами, эти зависимости должны быть оценены количественно. Без знания количественных зависимостей нет действительного представления о данном явлении.

Количественно же величина может быть оценена только путем измерения ее, т. е. путем экспериментального сравнения заданной физической величины с одинаковой по физической природе величиной, принятой за единицу измерения.

Измерение может быть прямым или косвенным. При прямом измерении величину, значение которой необходимо определить, непосредственно сравнивают с единицей измерения. При косвенном измерении значения искомой величины находят вычислением по результатам прямых измерений других величин, связанных с данной определенным соотношением..

Установление единиц измерения крайне важно как для развития науки при исследованиях и установления физических законов, так и в практике для ведения технологических процессов, а также для контроля и учета.

Единицы измерения разных величин могут устанавливаться произвольно, без учета связи их с другими величинами, или с учетом таких связей. В первом случае при подстановке числовых значений в уравнение связи необходимо еще дополнительно учитывать эти связи. Во втором случае необходимость в последнем отпадает.

В каждой системе единиц различают основные и производные единицы. Основные единицы устанавливают произвольно, при этом обычно исходят из какого-либо характерного физического явления или свойства вещества или тела. Основные единицы должны быть независимы друг для друга и число их должно определяться необходимостью и достаточностью для образования всех производных единиц.

Так, например, число основных единиц, необходимых для описания электрических и магнитных явлений, равно четырем. В качестве основных единиц не обязательно принимать единицы измерения основных величин.

Важно лишь, чтобы число основных единиц измерения было равно числу основных величии, а также чтобы их можно было воспроизвести (в виде эталонов) с максимальной точностью.

Производными единицами называются единицы, установленные на основании закономерностей, связывающих величину, для которой устанавливается единица, с величинами, единицы которых установлены независимо.

Для получения производной единицы какой-либо величины записывают уравнение, выражающее связь этой величины с величинами, определяемыми основными единицами, и затем, приравняв коэффициент пропорциональности (если он в уравнении имеется) единице, заменяют величины единицами измерения и выражают их через основные единицы. Следовательно, размерность единиц совпадает с размерностью соответствующих величин.

Основные системы единиц в электротехнике

Единицы систем СГС оказались в большинстве случаев неудобными для практики (слишком большими или слишком малыми), что привело к созданию системы практических единиц, кратных единицам системы СГС (ампер, вольт, ом, фарада, кулон и т. д.). Они и были положены в основу получившей в свое время широкое распространение системы МКСА, исходными единицами которой являются метр, килограмм (масса), секунда и ампер.

Удобство этой системы единиц (получившей название абсолютной практической системы) заключается в том, что все ее единицы совпадают с практическими, благодаря чему в формулах связи между величинами, выраженными в этой системе единиц, исчезла необходимость во введении добавочных коэффициентов.

В системе СИ семь исходных единиц: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела.

Для оценки величин, значительно превышающих по размерам данную единицу измерения, либо значительно меньше ее, применяются кратные и дольные значения единиц. Эти единицы получаются путем присоединения к наименованию основной единицы соответствующей приставки.

Источник