Лекция: Одиниці фізичних величин. Системи одиниць

Виміряти будь-яку величину означає знайти дослідним шляхом відношення даної величини до відповідної одиниці вимірювання. Звідси витікає необхідність використовувати в метрології поняття одиниці фізичної величини, під якою розуміється фізична величина, розміру якої за визначенням надано числове значення. Відповідно до поділу фізичних величин на основні і похідні, одиниці фізичних величин також поділяється на основні і похідні, їх сукупність, побудована у відповідності з прийнятим принципом складає систему одиниць. В Україні як базовою була прийнята система СІ.

Одиниця фізичної величини — фізична величина, якій за визначенням надано значення, яке дорівнює одиниці.

Кількісна оцінка конкретної фізичної величини, виражена у вигляді деякого числа одиниць даної величини, називається «значенням фізичної величини». Відвернуте число, що входить в «значення величини», називається числовим значенням.

ДСТУ 3651.097 „Метрологія. Одиниці фізичних величин. Основні одиниці фізичних величин Міжнародної системи одиниць. Основні назви, положення та позначення”, прийнятий у 1997 р., (на заміну прийнятого в СРСР ГОСТ 8.417-81) встановлює сім основних фізичних величин — довжина, маса, час, термодинамічна температура, кількість речовини, сила світла, сила струму; і дві додаткові — плоский і тілесний кути, за допомогою яких утворюються твірні фізичні величини.

Одиниці фізичних величин (ДСТУ 3651.097) визначені Міжнародною системою одиниць (СІ), яка складається з семи основних:

— метр — м (довжина),

— кілограм — кг (маса),

— секунда — с (час),

— ампер — А (сила електричного струму),

— кельвін — К (термодинамічна температура),

— моль — моль (кількість речовини),

— кандела — Кд (сила світла);

та двох додаткових:

— радіан — рад (плоский кут),

— стерадіан — ср (тілесний кут).

МЕТР(міжнародне позначення — m, українське — м) — одиниця довжини, що дорівнює шляху, який проходить у вакуумі світло за 1/299792458 частки секунди;

КІЛОГРАМ (kg, кг) — одиниця маси, що дорівнює масі міжнародного прототипу кілограма;

СЕКУНДА (s, с) — одиниця часу, яка дорівнює 9192631770 періодам випромінювання, відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133;

АМПЕР (А, А) — одиниця сили електричного струму. Ампер дорівнює силі струму, що не змінюється і, проходячи по двох паралельних провідниках нескінченної довжини і занадто малої площі кругового перетину, розташованим у вакуумі на відстані 1 м один від одного, викликав би на кожній ділянці провідника завдовжки 1 м силу взаємодії, що дорівнює 2·10-7 Н.

КЕЛЬВІН (К, К) — одиниця термодинамічної температури рівна 1/273,16 частині термодинамічної температури потрійної точки води;

КАНДЕЛА (cd, Кд) — одиниця сили світла. Кандела дорівнює силі світла, що випромінюється з площі у 1/600000 м2 перерізу повного випромінювача у перпендикулярному до цього перерізу напрямку при температурі затвердіння платини та тиску 101 325 Па;

МОЛЬ (mol, міль) — одиниця кількості речовини. Моль рівний кількості речовини, що містить стільки ж структурних елементів (атомів, молекул і ін. частинок), скільки атомів міститься в 0,012 кг вуглецю-12.

РАДІАН (rad, рад) — одиниця плоского кута, рівна внутрішньому куту між двома радіусами кола, довжина дуги між якими дорівнює радіусу;

СТЕРАДІАН(sr, ср) — одиниця тілесного кута. Стерадіан рівний тілесному куту з вершиною в центрі сфери, що вирізає на поверхні цієї сфери площу, рівну площі квадрата зі стороною, рівною радіусу сфери.

17 твірних одиниць мають спеціальне призначення.

Твірні одиниці СІ утворюються з основних і додаткових за правилами утворення когерентних твірних одиниць, тобто пов’язані з ними співвідношенням [Q]=мa · кгb · сy...

Наприклад: Па = м -1 · кг ·с-2 ( тиск);

Дж = м 2 · кг · с-2 (робота);

Вт = м2 · кг · с-3 (міцність).

Кратні одиниці і частини одиниць утворюються шляхом множення їх на число 10 у відповідному ступені. Десяткові кратні та часткові одиниці утворюються за допомогою множників і префіксів (таблиця 4.1).

Кратні та часткові одиниці вибирають звичайно так, щоб числове значення величини знаходилося в діапазоні від 0,1 до 1000. Від цього правила відступають в тих областях, де традиційно застосовується конкретна одиниця (наприклад, лінійні розміри на машинобудівних кресленнях завжди виражаються в мм). Правила написання позначень одиниць СІ регламентовані ГОСТ 8417-81.

Вибір десяткової кратної або частки одиниці від одиниць СІ викликано перш за все зручністю застосування. Отже, кратні і частки одиниці вибирають таким чином, щоб числові значення величин знаходились у діапазоні від 0,1 до 1000.