Физические величины и в чем они измеряются
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).
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 °.
| Основная физическая величина | Обозначение | Единица измерения в системе СИ |
| Длина | l | метр (м) |
| Масса | m | килограмм (кг) |
| Время | t | секунда (с) |
| Сила электрического тока | I | Ампер (А) |
| Термодинамическая температура | T | Кельвин (К) |
| Количество вещества | n | моль |
| Сила света | I_c | Кандела (кд) |
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.
| Величина | Единица измерения | Обозначение |
| Частота | герц | Гц |
| Температура по шкале Цельсия | градус Цельсия | <>^оС |
| Энергия | джоуль | Дж |
| Плоский угол | радиан | рад |
| Телесный угол | стерадиан | ср |
| Давление | паскаль | Па |
| Активность катализатора | катал | кат |
| Сила | ньютон | Н |
| Мощность | ватт | Вт |
| Электрический заряд | кулон | Кл |
| Разность потенциалов | вольт | В |
| Сопротивление | ом | Ом |
| Ёмкость | фарад | Ф |
| Магнитный поток | вебер | Вб |
| Магнитная индукция | тесла | Тл |
| Индуктивность | генри | Гн |
| Электрическая проводимость | сименс | См |
| Световой поток | люмен | лм |
| Освещенность | люкс | лк |
| Радиоактивность | беккерель | Бк |
| Поглощенная доза ионизирующего излучения | грэй | Гр |
| Эффективная доза ионизирующего излучения | зиверт | Зв |
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
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
| «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры». |
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.
| Физическая величина | Длина | Время | Масса | Сила тока | Температура | Кол-во вещества | Сила света |
| Ед. измерения | Метр | Секунда | Килограмм | Ампер | Кельвин | Моль | Кандела |
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
Список физических величин
Размерности физических величин зависят от выбранной системы единиц либо от выбранной системы физических величин. В приведенной таблице показаны размерности физических величин, принятые в СИ.
| Основные величины | Символ | Описание | Единица измерения в СИ | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Длина | l | Протяжённость объекта в одном измерении. | метр (м) | |
| Масса | m | Величина, определяющая инерционные и гравитационные свойства тел. | килограмм (кг) | Экстенсивная величина |
| Время | t | Продолжительность события. | секунда (с) | |
| Сила тока | I | Протекающий в единицу времени заряд. | ампер (А) | |
| Температура | T | Средняя кинетическая энергия частиц объекта. | кельвин (К) | Интенсивная величина |
| Количество вещества | ν | Количество частиц, отнесенное к количеству атомов в 0,012 кг 12 C. | моль (моль) | Экстенсивная величина |
| Сила света | J | Количество световой энергии, излучаемой в заданном направлении в единицу времени. | кандела (кд) | Световая, экстенсивная величина |
| Производные величины | Символ | Описание | Единица СИ | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Площадь | S | Протяженность объекта в двух измерениях. | м 2 | |
| Объём | V | Протяжённость объекта в трёх измерениях. | м 3 | экстенсивная величина |
| Скорость | v | Быстрота изменения координат тела. | м/с | вектор |
| Ускорение | a | Быстрота изменения скорости объекта. | м/с² | вектор |
| Импульс | p | Произведение массы и скорости тела. | кг·м/с | экстенсивная, сохраняющаяся величина |
| Сила | F | Действующая на объект внешняя причина ускорения. | кг·м/с 2 (ньютон, Н) | вектор |
| Механическая работа | A | Скалярное произведение силы и перемещения. | кг·м 2 /с 2 (джоуль, Дж) | скаляр |
| Энергия | E | Способность тела или системы совершать работу. | кг·м 2 /с 2 (джоуль, Дж) | экстенсивная, сохраняющаяся величина, скаляр |
| Мощность | P | Скорость изменения энергии. | кг·м 2 /с 3 (ватт, Вт) | |
| Давление | p | Сила, приходящаяся на единицу площади. | кг/(м·с 2 ) (паскаль, Па) | интенсивная величина |
| Плотность | ρ | Масса на единицу объёма. | кг/м 3 | интенсивная величина |
| Поверхностная плотность | ρA | Масса на единицу площади. | кг/м 2 | |
| Линейная плотность | ρl | Масса на единицу длины. | кг/м | |
| Количество теплоты | Q | Энергия, передаваемая от одного тела к другому немеханическим путём | кг·м 2 /с 2 (джоуль, Дж) | скаляр |
| Электрический заряд | q | А·с (кулон, Кл) | экстенсивная, сохраняющаяся величина | |
| Напряжение | U | Изменение потенциальной энергии, приходящееся на единицу заряда. | м 2 ·кг/(с 3 ·А) (вольт, В) | скаляр |
| Электрическое сопротивление | R | сопротивление объекта прохождению электрического тока | м 2 ·кг/(с 3 ·А 2 ) (ом, Ом) | скаляр |
| Магнитный поток | Φ | Величина, учитывающая интенсивность магнитного поля и занимаемую им область. | кг/(с 2 ·А) (вебер, Вб) | |
| Частота | ν | Число повторений события за единицу времени. | с −1 (герц, Гц) | |
| Угол | α | Величина изменения направления. | радиан (рад) | |
| Угловая скорость | ω | Скорость изменения угла. | с −1 (радиан в секунду) | |
| Угловое ускорение | ε | Быстрота изменения угловой скорости | с −2 (радиан на секунду в квадрате) | |
| Момент инерции | I | Мера инертности объекта при вращении. | кг·м 2 | тензорная величина |
| Момент импульса | L | Мера вращения объекта. | кг·м 2 /c | сохраняющаяся величина |
| Момент силы | M | Произведение силы на длину перпендикуляра, опущенного из точки на линию действия силы. | кг·м 2 /с 2 | вектор |
| Телесный угол | Ω | стерадиан (ср) |
Полезное
Смотреть что такое «Список физических величин» в других словарях:
Список обозначений в физике — Необходимо проверить качество перевода и привести статью в соответствие со стилистическими правилами Википедии. Вы можете помочь … Википедия
Физическая величина — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей. Физическая … Википедия
Величина (физика) — Физическая величина это количественная характеристика объекта или явления в физике, либо результат измерения. Размер физической величины количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе,… … Википедия
Физические величины — Физическая величина это количественная характеристика объекта или явления в физике, либо результат измерения. Размер физической величины количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе,… … Википедия
Фотон — У этого термина существуют и другие значения, см. Фотон (значения). Фотон Символ: иногда … Википедия
Борн, Макс — У этого термина существуют и другие значения, см. Борн. Макс Борн Max Born … Википедия
Физика — Примеры разнообразных физических явлений Физика (от др. греч. φύσις … Википедия
Фотоны — Фотон Символ: иногда Излученные фотоны в когерентном луче лазера. Состав: Семья … Википедия
Масса — У этого термина существуют и другие значения, см. Масса (значения). Масса Размерность M Единицы измерения СИ кг … Википедия