Что такое системные внесистемные единицы
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.
Мокров Ю. Метрология, стандартизация, сертификация
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 2. Системы единиц физических величин
2.1. Основные понятия
Многообразие единиц физических величин на определенной ступени развития общества стало тормозить экономические, торговые и научные связи. Даже отдельные государства и их административные области для одних и тех же величин вводили свои единицы. В разных областях науки и техники появлялись свои, специфические единицы, удобные только именно для этой отрасли.
В связи с этим возникла тенденция к унификации единиц физических величин, необходимость в системах единиц, которые охватывали бы единицы величин как можно больших разделов науки и техники. Ниже приводятся основные понятия, связанные с единицами физических величин и их системами.
Система единиц физических величин — совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин. Например, международная система единиц (СИ).
Основная единица системы — единица основной физической величины в данной системе единиц. Основные единицы могут выбираться произвольно, поэтому для одной и той же системы величин может быть образовано несколько систем единиц.
Производная единица системы — единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными.
Системная и внесистемная единицы – единицы, входящие и не входящие в принятые системы единиц. Например, единицы, не входящие в СИ, разделяют на следующие группы:
2.2 Метрическая система мер
При построении систем единиц физических величин выделяют два этапа: 1 этап – выбор основных единиц; 2 этап – образование производных единиц.
Последовательность расположения производных единиц должна удовлетворять при этом следующим условиям:
Основным принципом при построении системы единиц является удобство использования единиц в науке, промышленности, торговли. При этом руководствуются рядом правил: простотой образования производных единиц, высокой точностью воспроизведения основных и производных единиц и близостью их размеров к размерам физических величин, чаще всего встречающихся в практической деятельности. Кроме того, число основных единиц всегда стараются сделать минимальным.
Система Гаусса. В качестве основных единиц в ней выбраны миллиметр, миллиграмм, секунда и построена система магнитных величин. Система получила название абсолютной. В 1851 г. Вебер распространил ее на область электрических величин. В настоящее время представляет лишь исторический интерес, т.к. единицы имеют слишком малый размер. Однако открытый Гауссом принцип лежит в основе построения современных систем единиц — это деление на основные и производные единицы.
Система СГС была принята в 1881 г. с основными единицами сантиметр, грамм, секунда. Эта система удобна для физических исследований. На основе ее возникло семь систем электрических и магнитных величин. В настоящее время система СГС используется в теоретических разделах физики и астрономии.
Естественная система единиц основана на физических константах. Первая такая система была предложена в 1906 г. Планком. В качестве основных единиц были выбраны: скорость света в вакууме, гравитационная постоянная, постоянные Больцмана и Планка. Преимущество этих систем – при построении физических теорий они придают физическим законам более простой вид и некоторые формулы освобождаются от числовых коэффициентов. Однако единицы физических величин имеют в них размер, неудобный для практики. Например, единица длины равна в этой системе 4,03 × 10-35 м. Кроме того, еще не достигнута такая точность измерения выбранных универсальных констант, чтобы можно было установить все производные единицы.
Относительные и логарифмические величины широко распространены в науке и технике, т.к. они характеризуют состав и свойства материалов, отношение энергетических величин, например, относительную плотность, относительную диэлектри-ческую проницаемость, усиление и ослабление мощности.
Относительная величина – это безразмерное отношение физической величины к одноименной физической величине, принимаемой за исходную. Например, атомные и молекулярные массы химических элементов по отношению к 1/12 массы атома углерода-12. Относительные величины могут выражаться в безразмерных единицах, в процентах, промиле (отношение равно 10-3), в миллионных долях.
Логарифмическая величина представляет собой логарифм безразмерного отношения двух одноименных физических величин. Они применяются, например, для выражения уровня звукового давления, усиления, ослабления и т.п.
Единицей логарифмической величины является бел (Б): 1 Б = lg (P2 / P1) при Р2 = 10Р1, где Р2 и Р1 – одноименные величины мощности, энергии и т.п. Для отношения двух одноименных величин, связанных с силой (напряжения, давления и т.п.) бел определяется по формуле:
1Б = 2 lg (F2/F1) при F2 = 100,5 F1.
Дольной единицей от бела является децибел, равный 0,1 Б.
2.6 Международная система единиц (СИ)
Развитие науки и техники все настойчивее требовало унификации единиц измерений. Требовалась единая система единиц, удобная для практического применения и охватывающая различные области измерений. Кроме того, она должна была быть когерентной. Так как метрическая система мер широко использовалась в Европе с начала 19 века, то она была взята за основу при переходе к единой международной системе единиц.
В 1960 г. ХI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила Международную систему единиц физических величин (русское обозначение СИ, международное SI) на основе шести основных единиц. Было принято решение:
наименование «Международная система единиц»;
В СССР Международная система (СИ) была введена в действие ГОСТ 8.417-81. По мере дальнейшего развития СИ из нее был исключен класс дополнительных единиц, введено новое определение метра и введен ряд других изменений. В настоящее время в РФ действует межгосударственный стандарт ГОСТ 8.417-2002, который устанавливает единицы физических величин, применяемых в стране. В стандарте указано, что подлежат обязательному применению единицы СИ, а также десятичные кратные и дольные этих единиц.
Кроме того, допускается применять некоторые единицы, не входящие в СИ, и их дольные и кратные единицы. В стандарте указаны также внесистемные единицы и единицы относительных величин.
Основные единицы СИ представлены в таблице.
Производные единицы СИ образуются по правилам образования когерентных производных единиц (пример см. выше). Приведены примеры таких единиц и производных единиц, имеющих специальные наименования и обозначения. 21 производной единице дали наименования и обозначения по именам ученых, например, герц, ньютон, паскаль, беккерель.
В отдельном разделе стандарта приведены единицы, не входящие в СИ. К ним относятся:
Внесистемные единицы
Внесистемные единицы
Кроме того, перевод юнитов — сложная и кропотливая задача, часто приводящая к ошибкам. Отдельные несистемные устройства, с другой стороны, оказались очень удобными с точки зрения размера для использования в науке, некоторых отраслях технологии или в повседневной жизни, и их отказ связан со многими неудобствами. Это В любом случае все несистематические единицы могут быть сгруппированы на основе более или менее удобного отказа от использования. Первая группа состоит из модулей вне системы, и, конечно, неудобно отказываться от ее использования.
В связи с этим приведенное здесь соотношение допусков справедливо только для степени точности 5-8. Людмила Фирмаль
Такие единицы включают десятичные кратные и десятичные единицы, имена которых формируются из имен единиц СИ с использованием префикса (см. § 24), например, две физические величины с одним и тем же именем Единицы, которые характеризуют соотношение: процент (%), бел (B), децибел (дБ). Вторая группа — это внешние системные единицы различного происхождения, которые имеют десятичную связь с единицами СИ.
Отказ от их использования нецелесообразен, по крайней мере, на данный момент. Эти единицы перечислены в таблице. 3. Третья группа — неструктурированные единицы, связанные с несколькими, но не десятичными единицами времени: минуты, часы, дни. Такие единицы, как скорость различных процессов, которые фактически используются, тесно связаны с этими единицами. Следующие единицы указаны в качестве примеров.
Полный угол составляет 360 ° = 2L рад = 6,283185 рад. 1 ° = 60 (минуты); G = 60 (секунды). Многочисленные суперорганизованные пауки, специфичные для юнитов в определенной области, продолжают использоваться в специальных областях. Например, они включают единицы, используемые в астрономии. Они приведены в таблице. 4. Таблица 4 Астрономическая единица длины Световой год В физике используется бессистемная единица энергии — электрон-вольт (эВ), равная энергии, получаемой электронами, проходящими через разность потенциалов, равную 1 В: 1 эВ = 1,60210-10-, 9J.
Также используются множественные единицы килоэлектронных вольт (кэВ) и мегаэлектронных вольт (МэВ). 4-е группы вне системы, которые временно разрешены к использованию (период вывода, запланированный на 1 января 1978 года, проект стандарта единица физических величин ). Некоторые из них приведены в таблице. 5. — спецификация Российский международный отдел Ртутный столб, мм воды. Ст. шт. не пипс H2O 133,322 Па 9,800665 Па Калорийность (Внутренняя калорийность кал 4.1868 Дж Излучение (поглощенная доза облучения) составляет 0,01 Дж кг.
Благодаря развитию науки было обнаружено, что их воспроизведение с требуемой точностью не так просто, а иногда и невозможно. Некоторые из этих устройств не вписывались в систему устройства, когда устройство необходимо было присоединить к системе. Поэтому, прежде всего, вам нужно убрать единицу мощности из вашего приложения. Этот блок можно отнести к археологии. Во-первых, это сила, а не сила, и, во-вторых, она не соответствует лошадиной силе ( мощность в два раза больше боли) Больше, чем фактическая мощность средней лошади).
В частности, однократное измерение экспертным методом требует использования большого объема априорной информации. Людмила Фирмаль
Странно, однако, это устройство все еще очень широко используется во всем мире. Во многих случаях мощность двигателя выражается в лошадиных силах, а мощность генератора, установленного на том же валу, что и у этого двигателя, составляет киловатты: 1 л, с. = 0,735499. Киловатт В зарубежной литературе есть HP (английский) и P8 (немецкий) для лошадиных сил. Тем не менее, это займет время, если этот аппарат не используется. Единицы, которые должны быть отброшены, включают единицы силы в килограммах (кгс, кг). Однако изъять его из употребления нелегко.
Во многих областях техники килограммовая мощность создает удобство и упрощает расчеты. Эти удобства привели к созданию системы единиц метрических килограмм-сила-секунды (MKGSS). Эта система была одобрена для использования в СССР (см. ГОСТ 7664 61 Механические узлы ). Конечно, как уже упоминалось, существует стандарт, согласно которому система МКС, являющаяся неотъемлемой частью Международной системы единиц (СИ), должна использоваться в первую очередь. Причина необходимости постановки вопроса об отказе от использования килограммовых единиц заключается в характере их физических свойств.
Первоначально, сила килограмма была определена как сила, которая прикладывала гравитационное ускорение к неподвижной массе 1 кг. Гравитационное состояние: Однако гравитационное ускорение в разных точках Земли не одинаково, поэтому оказывается, что единица силы нестабильна. Чтобы устранить это неудобство, считалось, что нормальное ускорение силы тяжести составляет 9,80665 м с2. Сила килограмма стала определяться как: Сила килограмма — это сила, которая дает ускорение 9,80665 м с2 до статической массы 1 кг. Массовая единица системы ICGSS теперь равна 9,80665 кг.
Было сделано много предложений ввести разные имена вместо килограммовых сил, но международные организации не могли остановиться ни на одном из них. Австрия, Восточная Германия, Германия Эта единица называется килограммами (кп, кр). Однако это по существу не изменилось. Сила килограмма * на квадратный сантиметр давления, также называемая технической атмосферой, получила очень большое распределение.
Образовательный сайт для студентов и школьников
Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института
Относительные и логарифмические единицы
Кратные и дольные единицы.
Системные и внесистемные единицы ФВ.
Когерентные и некогерентные единицы.
Производные единицы бывают когерентными и некогерентными.
Когерентной называется производная единица физической величины, связанная с другими единицами системы уравнением, в котором числовой множитель принят равным единице.
Например, скорость v = s/t.
Единицы ФВ делятся на системные и внесистемные.
Все основные, производные, кратные и дольные единицы являются системными.
Внесистемные единицы по отношению к единицам СИ разделяют на четыре вида:
Поскольку диапазоны значений измеряемых величин сегодня очень широки, то невозможно обойтись только исходными системными (основными, дополнительными и производными) единицами физических величин.
Множители и приставки для образования кратных и дольных единиц и их наименования
Для оценки отношения или относительного изменения физических величин удобно использовать вспомогательные единицы: относительные и логарифмические (табл. 1.4 и 1.5).
| Единица | Обозначение | Значение | Примеры |
| Процент | % | 1/100 часть = 0,01 | ±1% от 120ºС = ±1,2ºС |
| Промилле | %о | 1/1000 часть = 0,001 (1%о = 0,1%) | 5%о от 100 л = 0,5 л |
| ppm (part-per-million) | ppm | 1/10 6 = 0,000001 | 20 ppm от 100 В = 2 мВ |
| Единица | Обозначение | Значение | Примеры |
| Бел | Б | 1 Б = lg(P1/P2) при P1/P2 =10 1 Б = 2 lg (F1/F2) при F1/F2 = (10) 1/2 | — |
| Децибел | дБ 1 дБ = 0,1 Б | 1 дБ = 10lg(P1/P2) 1 дБ = 20lg(F1/F2) | P1= 100 кВт, P2 = 1 кВт, N = 20 дБ. F1= 1000 В, F2 = 10 В, N = 40 дБ. |
| Декада | дек | 1 дек = lg(f1/f2), при f1/f2 =10 | Диапазон частот от 10 кГц до 100 кГц |
| Октава | окт | 1 окт = lоg2(f1/f2), при f1/f2 = 2 | Диапазон частот от 10 кГц до 20 кГц |
Тема 1.2. Основные понятия об измерениях и средствах измерений
1.2.1. Классификация измерений
1.2.2. Методы измерений
1.2.3. Общие сведения о средствах измерений
1.2.4. Основные характеристики средств измерений
Тема 1.2. Основные понятия об измерениях и средствах измерений
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Что такое системные внесистемные единицы
Всероссийский научно-исследовательский институт
оптико-физических измерений