ما هي العلامة الرئيسية للكمية الفيزيائية. خاصية المحاضرة

قياس- مجموعة من العمليات التجريبية في الغالب والتي يتم إجراؤها باستخدام وسيلة تقنية تخزن وحدة الكمية، مما يسمح للمرء بمقارنة الكمية المقاسة بوحدتها والحصول على

القيمة المطلوبة للكمية. وتسمى هذه القيمة نتيجة القياس.

لتحديد الاختلافات في القيمة الكمية للكائن المعروض، تم تقديم مفهوم الكمية الفيزيائية.

الكمية الفيزيائية (PV)هي إحدى خصائص كائن مادي (ظاهرة، عملية)، شائعة من الناحية النوعية للعديد من الأشياء المادية، ولكنها فردية كميًا لكل كائن (الشكل 4.1).

على سبيل المثال، الكثافة، والجهد، ومعامل الانكسار، وما إلى ذلك.

لذلك، باستخدام جهاز قياس، على سبيل المثال الفولتميتر التيار المباشر، نقيس الجهد بالفولت لدائرة كهربائية معينة من خلال مقارنة موضع المؤشر (السهم) مع وحدة الجهد الكهربائي المخزنة على مقياس الفولتميتر. تمثل قيمة الجهد الموجودة كعدد معين من الفولت نتيجة القياس.

أرز. 4.1.

السمة المميزة للكمية يمكن أن تكون وحدة قياس، أو تقنية قياس، أو عينة قياسية، أو مزيج منها.

إذا لزم الأمر، فمن الممكن قياس ليس فقط كمية مادية، ولكن أيضا أي كائن مادي وغير مادي.

إذا كانت كتلة الجسم 50 كجم، فإننا نتحدث عن حجم كمية فيزيائية.

حجم الكمية الفيزيائية- التحديد الكمي للكمية الفيزيائية المتأصلة في كائن مادي معين (ظاهرة، عملية).

الحجم الحقيقيالكمية الفيزيائية هي حقيقة موضوعية لا تعتمد على ما إذا كانت الخاصية المقابلة لخصائص الكائن يتم قياسها أم لا. القيمة الحقيقيةتم العثور على الكمية الفيزيائية تجريبيا. ويختلف عن القيمة الحقيقية بحجم الخطأ.

يعتمد حجم الكمية على الوحدة المستخدمة عند قياس الكمية.

يمكن التعبير عن الحجم كرقم مجرد، دون الإشارة إلى وحدة القياس التي تتوافق مع القيمة العددية لكمية فيزيائية.يسمى التقييم الكمي لكمية فيزيائية، ممثلة برقم يشير إلى وحدة هذه الكمية قيمة الكمية الفيزيائية.

يمكننا التحدث عن أحجام الوحدات المختلفة لكمية فيزيائية معينة. في هذه الحالة، يختلف حجم الكيلوجرام، على سبيل المثال، عن حجم الرطل (1 رطل = 32 لوت = 96 بكرة = 409.512 جم)، البود (1 نقطة = 40 رطل = 1280 لوت = 16.3805 كجم)، إلخ . د.

وبالتالي، يجب أن تؤخذ في الاعتبار التفسيرات المختلفة للكميات الفيزيائية في مختلف البلدان، وإلا فقد يؤدي ذلك إلى صعوبات لا يمكن التغلب عليها، وحتى الكوارث.

وهكذا، في عام 1984، قامت طائرة الركاب الكندية Boeing-647 بهبوط اضطراري في موقع اختبار المركبات بعد تعطل المحركات أثناء رحلة على ارتفاع 10 آلاف متر بسبب الوقود المستهلك. وكان تفسير هذه الحادثة هو أن الأجهزة الموجودة على الطائرة تمت معايرتها باللتر، لكن أجهزة شركة الطيران الكندية التي زودت الطائرة بالوقود تمت معايرتها بالجالون (حوالي 3.8 لتر). وبالتالي، تم ملء وقود أقل بأربع مرات تقريبًا من المطلوب.

لذلك، إذا كان هناك كمية معينة X،وحدة القياس المعتمدة له هي [X]، ومن ثم يمكن حساب قيمة كمية فيزيائية محددة باستخدام الصيغة

س = ف [X], (4.1)

أين س –القيمة العددية لكمية فيزيائية؛ [ X] – وحدة الكمية الفيزيائية.

على سبيل المثال، طول الأنبوب ل= 5 م، حيث ل- قيمة الطول 5 - قيمته العددية م - وحدة الطول المعتمدة في هذه الحالة.

تسمى المعادلة (4.1). معادلة القياس الأساسية،مبيناً أن القيمة العددية للكمية تعتمد على حجم وحدة القياس المعتمدة.

اعتمادا على مجال المقارنة، قد تكون القيم متجانسو غير متجانسة.على سبيل المثال، القطر والمحيط والطول الموجي، كقاعدة عامة، تعتبر كميات متجانسة مرتبطة بكمية تسمى الطول.

ضمن نفس نظام الكميات، الكميات المتجانسة لها نفس البعد. ومع ذلك، فإن الكميات التي لها نفس البعد ليست متجانسة دائمًا. على سبيل المثال، عزم القوة والطاقة ليسا كميتين متجانستين، لكن لهما نفس البعد.

نظام الكمياتيمثل مجموعة من الكميات مع مجموعة من المعادلات المتسقة التي تربط هذه الكميات.

الكمية الأساسيةيمثل الكمية التي تم تحديدها بشكل مشروط لنظام معين من الكميات ويتم تضمينها في مجموعة الكميات الأساسية. على سبيل المثال، الكميات الأساسية لنظام SI. الكميات الرئيسية لا ترتبط ببعضها البعض.

الكمية المشتقةيتم تحديد نظام الكميات من خلال الكميات الأساسية لهذا النظام. على سبيل المثال، في نظام الكميات حيث الكميات الرئيسية هي الطول والكتلة، تكون كثافة الكتلة كمية مشتقة، والتي يتم تعريفها على أنها حاصل قسمة الكتلة على الحجم (الطول للأس الثالث).

وحدة متعددةيتم الحصول عليها عن طريق ضرب وحدة قياس معينة في عدد صحيح أكبر من واحد. على سبيل المثال، الكيلومتر هو مضاعف عشري للمتر؛ والساعة هي وحدة غير عشرية تمثل مضاعفات الثانية.

وحدة فرعيةويتم الحصول عليها بقسمة وحدة القياس على عدد صحيح أكبر من واحد. على سبيل المثال، المليمتر هو وحدة عشرية، أي جزء من المتر.

وحدة غير نظاميةالقياس لا ينتمي إلى نظام الوحدات هذا. على سبيل المثال، اليوم والساعة والدقيقة هي وحدات قياس غير نظامية فيما يتعلق بنظام SI.

دعونا نقدم مفهومًا مهمًا آخر - تحويل القياس.

يُفهم على أنه عملية إنشاء تطابق واحد لواحد بين حجمي كميتين: الكمية التي يتم تحويلها (المدخلات) والكمية المحولة نتيجة للقياس (المدخلات).

يُطلق على مجموعة أحجام كمية المدخلات المعرضة للتحويل باستخدام جهاز تقني - محول طاقة القياس نطاق التحويل.

يمكن إجراء تحويل القياس بطرق مختلفة اعتمادًا على أنواع الكميات الفيزيائية التي يتم تقسيمها عادةً إلى ثلاث مجموعات.

المجموعة الأولىيمثل الكميات في مجموعة الأحجام التي يتم تحديد علاقاتها فقط في شكل مقارنات "أضعف - أقوى"، "أكثر ليونة - أصعب"، "أبرد - أكثر دفئا"، إلخ.

يتم إنشاء هذه العلاقات على أساس الدراسات النظرية أو التجريبية وتسمى علاقات النظام(علاقات التكافؤ).

إلى الكميات المجموعة الأولىوتشمل على سبيل المثال قوة الرياح (ضعيفة، قوية، متوسطة، عاصفة، إلخ)، والصلابة، والتي تتميز بقدرة الجسم قيد الدراسة على مقاومة الانبعاج أو الخدش.

المجموعة الثانيةيمثل الكميات التي يتم تحديد علاقات الترتيب (التكافؤ) لها ليس فقط بين أحجام الكميات، ولكن أيضًا بين اختلافات الكميات في أزواج من أحجامها.

وتشمل هذه، على سبيل المثال، الوقت والطاقة ودرجة الحرارة، المحددة على مقياس ميزان الحرارة السائل.

وإمكانية مقارنة الفروق في أحجام هذه الكميات تكمن في تحديد كميات المجموعة الثانية.

وبالتالي، عند استخدام مقياس الحرارة الزئبقي، تعتبر فروق درجات الحرارة (على سبيل المثال، في النطاق من +5 إلى +10 درجة مئوية) متساوية. وبالتالي، في هذه الحالة، هناك علاقة من حيث الحجم (25 "أكثر دفئًا" من 10 درجة مئوية) وعلاقة تكافؤ بين الاختلافات في أزواج قيم الحجم: فرق الزوج (25-20 درجة مئوية) ) يتوافق مع اختلاف الزوج (10-5 درجة مئوية).

وفي كلتا الحالتين، يتم إنشاء علاقة الترتيب بشكل لا لبس فيه باستخدام أداة القياس (محول الطاقة)، ​​وهو مقياس الحرارة السائل المذكور.

من السهل أن نستنتج أن درجة الحرارة تنتمي إلى قيم المجموعتين الأولى والثانية.

المجموعة الثالثةتتميز الكميات بحقيقة أنه في مجموعة أحجامها (باستثناء علاقات الترتيب والتكافؤ المميزة لكميات المجموعة الثانية) من الممكن إجراء عمليات مشابهة للجمع أو الطرح (خاصية الجمع).

وتشمل كميات المجموعة الثالثة عددا معنويا من الكميات الفيزيائية، مثل الطول، الكتلة.

وهكذا، فإن جسمين يزن كل منهما 0.5 كجم، موضوعان على إحدى كفتي ميزان متساوي الذراعين، يتوازنان بوزن يزن 1 كجم موضوع في الكفة الأخرى.

جودة القياس

لا يمكن لأي علم الاستغناء عن القياسات، وبالتالي فإن علم القياس، باعتباره علم القياسات، يرتبط ارتباطًا وثيقًا بجميع العلوم الأخرى. ولذلك، فإن المفهوم الرئيسي للمترولوجيا هو القياس. وفقًا لـ GOST 16263-70، القياس هو إيجاد قيمة الكمية الفيزيائية (PV) تجريبيًا باستخدام وسائل تقنية خاصة.

يتم تحديد إمكانية القياس من خلال دراسة أولية لخاصية معينة لكائن القياس، وبناء نماذج مجردة لكل من الخاصية نفسها وحاملها - كائن القياس ككل. ولذلك يتم تحديد مكان القياس من بين طرق المعرفة التي تضمن موثوقية القياس. بمساعدة الإجراءات المترولوجية، يتم حل مشاكل توليد البيانات (تسجيل نتائج الإدراك). القياس من وجهة النظر هذه هو وسيلة لترميز المعلومات وتسجيل المعلومات الواردة.

توفر القياسات معلومات كمية حول كائن الإدارة أو التحكم، والتي بدونها يكون من المستحيل إعادة إنتاج جميع الشروط المحددة للعملية الفنية بدقة، وضمان الجودة العالية للمنتجات والإدارة الفعالة للكائن. كل هذا يشكل الجانب الفني للقياسات.

حتى عام 1918، تم إدخال النظام المتري في روسيا بشكل اختياري، إلى جانب النظامين الروسي والإنجليزية القديمين (بوصة). بدأت تغييرات كبيرة في الأنشطة المترولوجية تحدث بعد أن وقع مجلس مفوضي الشعب في جمهورية روسيا الاتحادية الاشتراكية السوفياتية على المرسوم "بشأن إدخال النظام المتري الدولي للأوزان والمقاييس". تم إدخال النظام المتري في روسيا من عام 1918 إلى عام 1927. بعد الحرب الوطنية العظمى وحتى يومنا هذا، يتم تنفيذ العمل المتري في بلدنا تحت قيادة اللجنة الحكومية للمعايير (Gosstandart).

في عام 1960، اعتمد المؤتمر الدولي الحادي عشر للأوزان والمقاييس النظام الدولي لوحدات VF - نظام SI. واليوم أصبح النظام المتري قانونيًا في أكثر من 124 دولة حول العالم.

حاليًا، على أساس الغرفة الرئيسية للأوزان والمقاييس، توجد أعلى مؤسسة علمية في البلاد - معهد أبحاث عموم روسيا للمقاييس الذي سمي باسمه. دي. منديليف (VNIIM). في مختبرات المعهد، يتم تطوير وتخزين معايير الدولة لوحدات القياس، ويتم تحديد الثوابت الفيزيائية وخصائص المواد والمواد. يغطي عمل المعهد القياسات الخطية والزاوية والضوئية والضوئية والصوتية والكهربائية والمغناطيسية وقياسات الكتلة والكثافة والقوة والضغط واللزوجة والصلابة والسرعة والتسارع وعدد من الكميات الأخرى.

في عام 1955، تم إنشاء المركز المترولوجي الثاني للبلاد بالقرب من موسكو - الآن معهد أبحاث عموم روسيا للقياسات الفيزيائية والتقنية والهندسة الراديوية (VNIIFTRI). يقوم بتطوير المعايير وأدوات القياس الدقيقة في عدد من المجالات المهمة للعلوم والتكنولوجيا: الإلكترونيات الراديوية، وخدمات الوقت والتردد، والصوتيات، والفيزياء الذرية، وفيزياء درجات الحرارة المنخفضة والضغط العالي.

المركز المترولوجي الثالث في روسيا هو معهد عموم روسيا للبحوث العلمية لخدمة الأرصاد الجوية (VNIIMS)، المنظمة الرائدة في مجال المقاييس التطبيقية والقانونية. وهو مكلف بالتنسيق والإدارة العلمية والمنهجية لخدمة الأرصاد الجوية في البلاد. بالإضافة إلى تلك المدرجة، هناك عدد من المعاهد والمراكز الإقليمية للمترولوجيا.

تشمل منظمات المترولوجيا الدولية المنظمة الدولية للمترولوجيا القانونية (OIML)، التي تأسست عام 1956. ويعمل المكتب الدولي للمترولوجيا القانونية تحت مظلة المنظمة الدولية للمترولوجيا القانونية (OILM) في باريس. وتدير أنشطتها اللجنة الدولية للمترولوجيا القانونية. تتم معالجة بعض قضايا القياس من قبل المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO).

الخصائص الفيزيائية والكميات. تصنيف الكميات الفيزيائية.

موازين القياس

تتميز جميع كائنات العالم المحيط بخصائصها.

ملكية- فئة فلسفية تعبر عن هذا الجانب من شيء ما (ظاهرة أو عملية) يحدد اختلافه أو قواسمه المشتركة مع أشياء أخرى، وينكشف في علاقاته بها. الملكية - فئة الجودة. للحصول على وصف كمي للخصائص المختلفة للأجسام المادية والظواهر والعمليات، يتم تقديم مفهوم الكمية.

ضخامة- هذا مقياس لشيء ما (ظاهرة أو عملية أو أي شيء آخر)، وهو مقياس لما يمكن تمييزه من بين الخصائص الأخرى وتقييمه بطريقة أو بأخرى، بما في ذلك الكمية. لا توجد الكمية في حد ذاتها، فهي موجودة فقط بقدر وجود شيء له خصائص يتم التعبير عنها بكمية معينة.

ومن ثم فإن مفهوم الكمية هو مفهوم أكثر عمومية من مفهوم الجودة (خاصية، صفة) والكمية.

الخصائص الفيزيائية والكميات

هناك نوعان من الكميات: حقيقي ومثالي.

الكميات المثالية (القيم العددية للكميات، الرسوم البيانية، الدوال، العوامل، الخ)تتعلق بشكل رئيسي بالرياضيات وهي تعميم (نموذج رياضي) لمفاهيم حقيقية محددة. يتم حسابها بطريقة أو بأخرى.

القيم الحقيقية، بدورها، مقسمة على النحو بدنيو غير جسدية. حيث، الكمية الماديةفي الحالة العامة، يمكن تعريفها بأنها خاصية كمية للأشياء المادية (الأجسام والعمليات والظواهر) التي تتم دراستها في العلوم الطبيعية (الفيزياء والكيمياء) والعلوم التقنية. ل الكميات غير الفيزيائيةيجب تضمين القيم المتأصلة في العلوم الاجتماعية (غير المادية) - الفلسفة وعلم الاجتماع والاقتصاد وما إلى ذلك.

يفسر معيار GOST 16263-70 الكمية المادية، كتعبير رقمي عن خاصية محددة لكائن مادي، بالمعنى النوعي المشترك بين العديد من الأشياء المادية، وبالمعنى الكمي، بشكل فردي تمامًا لكل منها. تُفهم الفردية من الناحية الكمية هنا بمعنى أن الخاصية يمكن أن تكون أكبر لكائن واحد، لعدد معين من المرات، أو أقل من شيء آخر.

هكذا، الكميات الفيزيائية هي خصائص يتم قياسها للأشياء المادية أو العمليات التي يمكن دراستها من خلالها.

يُنصح بتصنيف الكميات الفيزيائية (PV) بشكل أكبر قابلة للقياسو تقييم.

الكميات الفيزيائية المقاسةيمكن التعبير عنها كميا من حيث عدد معين من وحدات القياس المحددة. تعد القدرة على إدخال واستخدام وحدات القياس سمة مميزة مهمة للوحدات الكهروضوئية المقاسة.

الكميات الفيزيائية التي، لسبب أو لآخر، لا يمكن إدخال وحدة قياس لها، لا يمكن إلا تقديرها. في هذه الحالة، يُفهم التقييم على أنه عملية تخصيص رقم معين لقيمة معينة، والتي تتم وفقًا لقواعد ثابتة. يتم تقييم القيم باستخدام المقاييس.

أما الكميات غير المادية، التي لا يمكن من حيث المبدأ إدخال وحدات ومقاييس لها، فلا يمكن إلا تقديرها.

تصنيف الكميات الفيزيائية

لإجراء دراسة أكثر تفصيلاً للوحدات الكهروضوئية، من الضروري تصنيفها، وتحديد السمات المترولوجية العامة لمجموعاتها الفردية. تظهر التصنيفات المحتملة للطاقة الكهروضوئية في الشكل. 2.2.

بواسطة أنواع الظواهروهي مقسمة إلى المجموعات التالية:

· حقيقي، أي. وصف الخصائص الفيزيائية والفيزيائية والكيميائية للمواد والمواد والمنتجات المصنوعة منها. تتضمن هذه المجموعة الكتلة، والكثافة، والمقاومة الكهربائية، والسعة، والحث، وما إلى ذلك. وفي بعض الأحيان تسمى هذه الخلايا الكهروضوئية سلبية. لقياسها، من الضروري استخدام مصدر طاقة مساعد، يتم من خلاله إنشاء إشارة معلومات القياس. في هذه الحالة، يتم تحويل الخلايا الكهروضوئية السلبية إلى تلك النشطة، والتي يتم قياسها؛

· طاقة، أي. الكميات التي تصف خصائص الطاقة لعمليات تحويل ونقل واستخدام الطاقة. وتشمل هذه التيار والجهد والطاقة والطاقة. وتسمى هذه الكميات النشطة. ويمكن تحويلها إلى إشارات معلومات قياس دون استخدام مصادر طاقة مساعدة؛

·
وصفمسار العمليات مع مرور الوقت. تتضمن هذه المجموعة أنواعًا مختلفة من الخصائص الطيفية ووظائف الارتباط وما إلى ذلك.

وفقا للانتماء إلى مجموعات مختلفة من العمليات الفيزيائيةتنقسم الفيزياء إلى الزمانية المكانية والميكانيكية والحرارية والكهربائية والمغناطيسية والصوتية والضوء والفيزيائية والكيميائية والإشعاعات المؤينة والذرية والنووية.

حسب درجة الاستقلال المشروط عن الكميات الأخرىمن هذه المجموعة، تنقسم الكهروضوئية إلى أساسية (مستقلة مشروطة)، ومشتقات (تعتمد بشكل مشروط) وإضافية. حاليًا، يستخدم نظام SI سبع كميات فيزيائية، تم اختيارها لتكون الكميات الرئيسية: الطول والزمن والكتلة ودرجة الحرارة والتيار الكهربائي وكثافة الإضاءة وكمية المادة. تشمل الكميات الفيزيائية الإضافية الزوايا المستوية والمصمتة.

على أساس توافر الحجموتنقسم الكهروضوئية إلى الأبعاد، أي. ذات بعد وبلا أبعاد.

تمتلك الأشياء المادية عددًا غير محدود من الخصائص التي تظهر في تنوع لا حصر له. وهذا يجعل من الصعب عكسها كمجموعات من الأرقام ذات عمق بت محدود، والذي ينشأ أثناء قياسها. من بين العديد من المظاهر المحددة للخصائص، هناك أيضًا العديد من المظاهر الشائعة. ن.ر. أنشأ كامبل لمجموعة كاملة من خصائص X للكائن المادي وجود ثلاثة مظاهر عامة في علاقات التكافؤ والنظام والإضافة. يتم وصف هذه العلاقات في المنطق الرياضي بشكل تحليلي من خلال أبسط المسلمات.

عند مقارنة الكميات، يتم الكشف عن علاقة ترتيبية (أكبر من أو أقل من أو يساوي)، أي. يتم تحديد العلاقة بين الكميات. ومن أمثلة الكميات المكثفة صلابة المواد والرائحة وما إلى ذلك.

يمكن اكتشاف الكميات المكثفة، وتصنيفها حسب الشدة، وإخضاعها للتحكم، وقياسها عن طريق زيادة أو نقصان الأعداد بشكل رتيب.

وانطلاقاً من مفهوم "الكمية المكثفة" يتم تقديم مفاهيم الكمية الفيزيائية وحجمها. حجم الكمية الفيزيائية- المحتوى الكمي في كائن معين من الخاصية المقابلة لمفهوم الكهروضوئية.

موازين القياس

في الأنشطة العملية، من الضروري إجراء قياسات للكميات الفيزيائية المختلفة التي تميز خصائص الأجسام والمواد والظواهر والعمليات. تظهر بعض الخصائص فقط من الناحية النوعية، والبعض الآخر - من الناحية الكمية. تشكل المظاهر المختلفة (الكمية أو النوعية) لخاصية أو أخرى لموضوع الدراسة مجموعة، وتشكل تعيينات عناصرها على مجموعة مرتبة من الأرقام، أو، في حالة أكثر عمومية، العلامات التقليدية، نطاق القياسهذا العقار. مقياس قياس الخاصية الكمية لكمية فيزيائية محددة هو مقياس تلك الكمية الفيزيائية. هكذا، مقياس الكمية الفيزيائيةهو تسلسل منظم للقيم الكهروضوئية، يتم اعتماده بالاتفاق بناءً على نتائج القياسات الدقيقة. مصطلحات وتعريفات نظرية موازين القياس موضحة في الوثيقة MI 2365-96.

وفقا للهيكل المنطقي لمظاهر الخصائص، يتم تمييز خمسة أنواع رئيسية من مقاييس القياس.

1. مقياس الاسم (مقياس التصنيف). تُستخدم هذه المقاييس لتصنيف الأشياء التجريبية التي تظهر خصائصها فقط فيما يتعلق بالتكافؤ. ولا يمكن اعتبار هذه الخصائص كميات فيزيائية، وبالتالي فإن المقاييس من هذا النوع ليست مقاييس كهروضوئية. هذا هو أبسط نوع من المقاييس، يعتمد على تعيين أرقام للخصائص النوعية للأشياء، ولعب دور الأسماء. عند تسمية المقاييس التي يتم فيها إسناد خاصية منعكسة إلى فئة تكافؤ معينة باستخدام الحواس البشرية، فإن النتيجة الأكثر ملاءمة هي تلك التي يختارها غالبية الخبراء. في هذه الحالة، فإن الاختيار الصحيح للفئات ذات المقياس المعادل له أهمية كبيرة - يجب أن يتم تمييزها بشكل موثوق من قبل المراقبين والخبراء الذين يقومون بتقييم هذه الخاصية. يتم ترقيم الكائنات على مقياس الأسماء وفقًا للمبدأ: "لا تعين نفس الرقم لكائنات مختلفة". يمكن استخدام الأرقام المخصصة للكائنات لتحديد احتمالية أو تكرار حدوث كائن معين، ولكن لا يمكن استخدامها للجمع أو العمليات الرياضية الأخرى.

وبما أن هذه المقاييس تتميز فقط بعلاقات التكافؤ، فإنها لا تحتوي على مفاهيم الصفر أو "أكثر" أو "أقل" ووحدات القياس. من الأمثلة على مقاييس التسمية الأطالس الملونة المستخدمة على نطاق واسع والمصممة لتحديد الألوان.

2. مقياس الترتيب (مقياس الرتبة). إذا كانت خاصية كائن تجريبي معين تتجلى فيما يتعلق بالتكافؤ والنظام في زيادة أو تقليل المظهر الكمي للخاصية، فيمكن بناء مقياس ترتيب له. إنه يزيد أو يتناقص بشكل رتيب ويسمح لك بإنشاء نسبة أكبر/أقل بين الكميات التي تميز الخاصية المحددة. في المقاييس الترتيبية، يوجد الصفر أو لا يوجد، ولكن من المستحيل من حيث المبدأ إدخال وحدات القياس، حيث لم يتم إنشاء علاقة تناسب لها، وبالتالي، لا توجد طريقة للحكم على عدد المرات الأكثر أو الأقل تحديدًا مظاهر الملكية هي .

في الحالات التي لا يسمح فيها مستوى المعرفة بظاهرة ما بتحديد العلاقات الموجودة بين قيم خاصية معينة بدقة، أو يكون استخدام المقياس مناسبًا وكافيًا للممارسة، يتم استخدام مقاييس الترتيب الشرطي (التجريبي) يستخدم. مقياس مشروطهو مقياس PV، يتم التعبير عن قيمه الأولية بالوحدات التقليدية. على سبيل المثال، مقياس اللزوجة إنجلر، ومقياس بوفورت المكون من 12 نقطة لقوة الرياح البحرية.

أصبحت مقاييس الطلب مع النقاط المرجعية المميزة عليها منتشرة على نطاق واسع. تشمل هذه المقاييس، على سبيل المثال، مقياس موس لتحديد صلابة المعادن، والذي يحتوي على 10 معادن مرجعية (مرجعية) بأرقام صلابة مختلفة: التلك - 1؛ الجبس - 2؛ الكالسيوم - 3؛ فلوريت - 4؛ الأباتيت - 5؛ أورثوكلاز - 6؛ الكوارتز - 7؛ توباز - 8؛ اكسيد الالمونيوم - 9 ؛ الماس - 10. يتم تخصيص المعدن لتدرج معين من الصلابة على أساس تجربة تتكون من خدش مادة الاختبار بمادة داعمة. إذا بقي أثر عليه بعد خدش المعدن المختبر بالكوارتز (7)، وبعد الأورثوكلاز (6) لا يوجد أثر، فإن صلابة المادة المختبرة تكون أكثر من 6، ولكن أقل من 7. ومن المستحيل إعطاء إجابة أكثر دقة في هذه الحالة.

في المقاييس التقليدية، لا تتوافق نفس الفواصل الزمنية بين أحجام كمية معينة مع نفس أبعاد الأرقام التي تعرض الأحجام. باستخدام هذه الأرقام، يمكنك العثور على الاحتمالات والأنماط والمتوسطات والكميات، لكن لا يمكن استخدامها في الجمع والضرب والعمليات الرياضية الأخرى.

تحديد قيمة الكميات باستخدام المقاييس النظامية لا يمكن اعتباره قياسًا، إذ لا يمكن إدخال وحدات القياس على هذه المقاييس. ينبغي اعتبار عملية تعيين رقم للقيمة المطلوبة بمثابة تقدير. التقييم على مقاييس الطلب غامض ومشروط للغاية، كما يتضح من المثال قيد النظر.

3. مقياس الفترات (مقياس الفرق). تعد هذه المقاييس بمثابة تطوير إضافي لمقاييس الترتيب وتستخدم للأشياء التي تلبي خصائصها علاقات التكافؤ والنظام والإضافة. يتكون مقياس الفترات من فواصل زمنية متطابقة، وله وحدة قياس وبداية تم اختيارها بشكل تعسفي - نقطة الصفر. تتضمن هذه المقاييس التسلسل الزمني وفقًا للتقويمات المختلفة، حيث يتم اعتبار خلق العالم أو ميلاد المسيح وما إلى ذلك كنقطة انطلاق. تعتبر مقاييس درجة الحرارة مئوية وفهرنهايت وريومور أيضًا مقاييس فاصلة.

يحدد مقياس الفترات إجراءات إضافة وطرح الفواصل الزمنية. في الواقع، على مقياس زمني، يمكن جمع الفترات أو طرحها ومقارنتها بعدد المرات التي يكون فيها الفاصل الزمني أكبر من الآخر، ولكن جمع تواريخ أي أحداث لا معنى له بكل بساطة.

4. مقياس العلاقة. تصف هذه المقاييس خصائص الأشياء التجريبية التي تحقق علاقات التكافؤ والنظام والإضافة (مقاييس النوع الثاني مضافة)، وفي بعض الحالات التناسب (مقاييس النوع الأول متناسبة). ومن الأمثلة على ذلك مقياس الكتلة (النوع الثاني)، ودرجة الحرارة الديناميكية الحرارية (النوع الأول).

في مقاييس النسب، يوجد معيار طبيعي لا لبس فيه للمظهر الكمي الصفري للخاصية ووحدة القياس التي يتم تحديدها بالاتفاق. من وجهة نظر رسمية، مقياس النسبة هو مقياس فاصل ذو أصل طبيعي. تنطبق جميع العمليات الحسابية على القيم التي تم الحصول عليها على هذا المقياس، وهو أمر مهم عند قياس EF.

مقاييس العلاقات هي الأكثر تقدما. يتم وصفها بالمعادلة ، حيث Q هي PV التي تم بناء المقياس لها، [Q] هي وحدة قياسها، q هي القيمة العددية لـ PV. يحدث الانتقال من مقياس علاقات إلى آخر وفقًا للمعادلة q 2 = q 1 /.

5. المقاييس المطلقة. يستخدم بعض المؤلفين مفهوم المقاييس المطلقة، ويقصدون بها المقاييس التي تتمتع بجميع سمات المقاييس النسبية، ولكنها بالإضافة إلى ذلك لها تعريف طبيعي لا لبس فيه لوحدة القياس ولا تعتمد على نظام وحدات القياس المعتمد. تتوافق هذه المقاييس مع القيم النسبية: الكسب، والتوهين، وما إلى ذلك. ولتكوين العديد من الوحدات المشتقة في نظام SI، يتم استخدام وحدات العد بدون أبعاد والمقاييس المطلقة.

لاحظ أن مقاييس الأسماء والترتيب تسمى غير مترية (مفاهيمية)، ومقاييس الفترات والنسب تسمى مترية (مادية). يتم تصنيف المقاييس المطلقة والمترية على أنها خطية. يتم التنفيذ العملي لمقاييس القياس من خلال توحيد كل من المقاييس ووحدات القياس نفسها، وإذا لزم الأمر، طرق وشروط إعادة إنتاجها بشكل لا لبس فيه.

إم في لومونوسوف

انظر حولك. ما هي مجموعة متنوعة من الأشياء التي تحيط بك: الناس والحيوانات والأشجار. هذا تلفزيون، سيارة، تفاحة، حجر، مصباح كهربائي، قلم رصاص، إلخ. من المستحيل سرد كل شيء. في الفيزياء أي كائن يسمى الجسم المادي.

كيف تختلف الأجسام المادية؟ الكثير من الناس. على سبيل المثال، يمكن أن يكون لها أحجام وأشكال مختلفة. يمكن أن تتكون من مواد مختلفة. ملاعق فضية وذهبيةلها نفس الحجم والشكل. لكنها تتكون من مواد مختلفة: الفضة والذهب. مكعب خشبي واسطوانةلها حجم وشكل مختلف. هذه أجسام مادية مختلفة، ولكنها مصنوعة من نفس المادة - الخشب.

بالإضافة إلى الأجسام المادية، هناك أيضًا مجالات مادية. الحقول موجودة بشكل مستقل عنا. ولا يمكن دائمًا اكتشافها باستخدام الحواس البشرية. على سبيل المثال، المجال المحيط بالمغناطيس, المجال حول جسم مشحون. ولكن من السهل اكتشافها باستخدام الأدوات.

توضح التجربة موضع خطوط المجال الكهربائي من شحنتين كهربائيتين متقابلتين.

يمكن أن تحدث تغييرات مختلفة مع الأجسام والحقول المادية. تسخن ملعقة مغموسة في الشاي الساخن. يتبخر الماء الموجود في البركة ويتجمد في يوم بارد. المصباح ينبعث منه الضوء, الفتاة والكلب يركضون (يتحركون). يصبح المغناطيس مغنطيسيًا ويضعف مجاله المغناطيسي. التسخين، والتبخر، والتجميد، والإشعاع، والحركة، وإزالة المغناطيسية، وما إلى ذلك - كل هذا تسمى التغييرات التي تحدث مع الأجسام والحقول المادية بالظواهر الفيزيائية.

من خلال دراسة الفيزياء، سوف تتعرف على العديد من الظواهر الفيزيائية.

يتم تقديم الكميات الفيزيائية لوصف خصائص الأجسام الفيزيائية والظواهر الفيزيائية.على سبيل المثال، يمكنك وصف خصائص كرة خشبية ومكعب باستخدام الكميات الفيزيائية مثل الحجم والكتلة. يمكن وصف ظاهرة فيزيائية - حركة (فتاة، سيارة، إلخ) - من خلال معرفة الكميات الفيزيائية مثل المسار، والسرعة، والفترة الزمنية. انتبه على السمة الرئيسية للكمية الفيزيائية: يمكن قياسها باستخدام الأدوات أو حسابها باستخدام الصيغة. يمكن قياس حجم الجسم باستخدام كوب من الماء، أو عن طريق قياس الطول أ والعرض ب والارتفاع باستخدام المسطرة، ويمكن حساب ذلك باستخدام الصيغة

الخامس = أ ب ج.

يمكن قياس حجم الجسم باستخدام كوب من الماء، أو عن طريق قياس الطول أ والعرض ب والارتفاع باستخدام المسطرة، ويمكن حساب ذلك باستخدام الصيغة

جميع الكميات الفيزيائية لها وحدات قياس. لقد سمعت عن بعض وحدات القياس عدة مرات: الكيلوجرام، المتر، الثانية، الفولت، الأمبير، الكيلووات، وما إلى ذلك. سوف تصبح أكثر دراية بالكميات الفيزيائية في عملية دراسة الفيزياء.

فكر ثم اجب

1. ما يسمى الجسم المادي؟ ظاهرة فيزيائية؟
2. ما هي العلامة الرئيسية للكمية الفيزيائية؟ قم بتسمية الكميات الفيزيائية المعروفة لك.
3. من المفاهيم المذكورة أعلاه، قم بتسمية تلك التي تتعلق بما يلي: أ) الأجسام المادية؛ ب) الظواهر الفيزيائية. ج) الكميات الفيزيائية: 1) الانخفاض؛ 2) التدفئة. 3) الطول؛ 4) عاصفة رعدية. 5) مكعب. 6) الحجم. 7) الرياح. 8) النعاس. 9) درجة الحرارة. 10) قلم رصاص. 11) الفترة الزمنية؛ 12) شروق الشمس. 13) السرعة؛ 14) الجمال.

العمل في المنزل

لدينا "جهاز قياس" في أجسامنا. هذا هو القلب الذي يمكنك من خلاله قياس فترة من الزمن (بدقة ليست عالية جدًا). حدد من خلال نبضك (عدد نبضات القلب) الفترة الزمنية لملء كوب بماء الصنبور. اعتبر أن زمن الضربة الواحدة هو ثانية واحدة تقريبًا. قارن هذه المرة بقراءات الساعة. ما مدى اختلاف النتائج التي تم الحصول عليها؟

الكمية الفيزيائية هي إحدى خصائص الشيء المادي (ظاهرة، عملية)، وهي مشتركة نوعيًا بين العديد من الأشياء المادية، بينما تختلف في القيمة الكمية.

الغرض من القياسات هو تحديد قيمة كمية فيزيائية - عدد معين من الوحدات المقبولة لها (على سبيل المثال، نتيجة قياس كتلة المنتج هي 2 كجم، وارتفاع المبنى 12 م، وما إلى ذلك). ).

اعتمادا على درجة التقريب للموضوعية، يتم التمييز بين القيم الحقيقية والفعلية والمقاسة للكمية الفيزيائية.

هذه هي القيمة التي تعكس بشكل مثالي الخاصية المقابلة للكائن من الناحية النوعية والكمية. ونظرًا لعدم اكتمال أدوات وطرق القياس، فمن المستحيل عمليًا الحصول على القيم الحقيقية للكميات. لا يمكن تصورها إلا من الناحية النظرية. والقيم التي تم الحصول عليها أثناء القياس تقترب فقط من القيمة الحقيقية بدرجة أكبر أو أقل.

هذه قيمة لكمية تم العثور عليها تجريبيًا وهي قريبة جدًا من القيمة الحقيقية بحيث يمكن استخدامها بدلاً من ذلك لغرض معين.

هذه هي القيمة التي يتم الحصول عليها عن طريق القياس باستخدام طرق وأدوات قياس محددة.

9. تصنيف القياسات حسب اعتماد القيمة المقاسة على الزمن وحسب مجموعات القيم المقاسة.

حسب طبيعة التغير في القيمة المقاسة - قياسات ثابتة وديناميكية.

القياس الديناميكي - قياس الكمية التي يتغير حجمها مع مرور الوقت.إن التغير السريع في حجم الكمية المقاسة يتطلب قياسها بالتحديد الدقيق للحظة من الزمن. على سبيل المثال، قياس المسافة إلى سطح الأرض من البالون أو قياس الجهد الثابت للتيار الكهربائي. في الأساس، القياس الديناميكي هو قياس الاعتماد الوظيفي للكمية المقاسة على الوقت.

قياس ثابت - قياس الكمية التي تؤخذ بعين الاعتبار وفقًا لمهمة القياس المخصصة ولا تتغير طوال فترة القياس.على سبيل المثال، يمكن اعتبار قياس الحجم الخطي لمنتج مصنع عند درجة الحرارة العادية ثابتًا، نظرًا لأن تقلبات درجة الحرارة في ورشة العمل عند مستوى أعشار الدرجة تؤدي إلى خطأ في القياس لا يزيد عن 10 ميكرومتر/م، وهو أمر غير مهم مقارنة لخطأ التصنيع للجزء. ولذلك، في مهمة القياس هذه، يمكن اعتبار الكمية المقاسة دون تغيير. عند معايرة مقياس طول الخط مقابل المعيار الأساسي للدولة، يضمن التنظيم الحراري استقرار الحفاظ على درجة الحرارة عند مستوى 0.005 درجة مئوية. تتسبب مثل هذه التقلبات في درجات الحرارة في حدوث خطأ في القياس أصغر بألف مرة - لا يزيد عن 0.01 ميكرومتر/م. لكن في مهمة القياس هذه أمر ضروري، ومراعاة التغيرات في درجات الحرارة أثناء عملية القياس تصبح شرطا لضمان دقة القياس المطلوبة. ولذلك، ينبغي إجراء هذه القياسات باستخدام تقنية القياس الديناميكي.

وفقا للمجموعات الحالية من القيم المقاسةعلى الكهرباء (التيار، الجهد، الطاقة) ، ميكانيكي (الكتلة، عدد المنتجات، الجهد)؛ ، الطاقة الحرارية(درجة الحرارة والضغط)؛ ، بدني(الكثافة، اللزوجة، التعكر)؛ المواد الكيميائية(التركيب، الخواص الكيميائية، التركيز) ، هندسة الراديوإلخ.

تصنيف القياسات حسب طريقة الحصول على النتيجة (حسب النوع).

وبحسب طريقة الحصول على نتائج القياس يتم التمييز بينها: القياسات المباشرة، وغير المباشرة، والتراكمية، والمشتركة.

القياسات المباشرة هي تلك التي يتم فيها العثور على القيمة المطلوبة للكمية المقاسة مباشرة من البيانات التجريبية.

القياسات غير المباشرة هي تلك التي يتم فيها العثور على القيمة المطلوبة للكمية المقاسة على أساس علاقة معروفة بين الكمية المقاسة والكميات المحددة باستخدام القياسات المباشرة.

القياسات التراكمية هي تلك التي يتم فيها قياس عدة كميات من نفس الاسم في وقت واحد ويتم العثور على القيمة المحددة عن طريق حل نظام المعادلات التي يتم الحصول عليها على أساس القياسات المباشرة للكميات التي تحمل نفس الاسم.

تسمى قياسات كميتين مختلفتين أو أكثر لإيجاد العلاقة بينهما بالمفاصل.

تصنيف القياسات حسب الشروط التي تحدد دقة النتيجة وعدد القياسات للحصول على النتيجة.

ووفقاً للشروط التي تحدد دقة النتيجة، تنقسم القياسات إلى ثلاث فئات:

1. قياسات بأعلى دقة ممكنة يمكن تحقيقها باستخدام المستوى التكنولوجي الحالي.

وتشمل هذه، في المقام الأول، القياسات القياسية المتعلقة بأعلى دقة ممكنة لإعادة إنتاج الوحدات الثابتة للكميات الفيزيائية، بالإضافة إلى قياسات الثوابت الفيزيائية، وخاصة الثوابت العالمية (على سبيل المثال، القيمة المطلقة لتسارع الجاذبية، النسبة الجيرومغناطيسية للبروتون، وما إلى ذلك).

يتضمن هذا الفصل أيضًا بعض القياسات الخاصة التي تتطلب دقة عالية.

2. قياسات المراقبة والتحقق، التي يجب ألا يتجاوز خطأها، مع احتمال معين، قيمة محددة معينة.

وتشمل هذه القياسات التي تجريها المختبرات لإشراف الدولة على التنفيذ والامتثال للمعايير وحالة معدات القياس ومختبرات القياس بالمصانع، والتي تضمن خطأ النتيجة مع احتمال معين لا يتجاوز قيمة معينة محددة سلفا.

3. القياسات الفنية التي يتم فيها تحديد خطأ النتيجة من خلال خصائص أدوات القياس.

ومن أمثلة القياسات الفنية القياسات التي يتم إجراؤها أثناء عملية الإنتاج في مؤسسات بناء الآلات، وعلى لوحات المفاتيح في محطات الطاقة، وما إلى ذلك.

بناءً على عدد القياسات، يتم تقسيم القياسات إلى مفردة ومتعددة.

القياس الواحد هو قياس كمية واحدة يتم إجراؤها مرة واحدة. من الناحية العملية، تحتوي القياسات الفردية على خطأ كبير، لذلك، لتقليل الخطأ، يوصى بإجراء قياسات من هذا النوع ثلاث مرات على الأقل، وأخذ متوسطها الحسابي كنتيجة.

القياسات المتعددة هي قياسات لكمية واحدة أو أكثر يتم إجراؤها أربع مرات أو أكثر. القياس المتعدد هو سلسلة من القياسات الفردية. الحد الأدنى لعدد القياسات التي يمكن اعتبار القياس فيها متعددًا هو أربعة. نتيجة القياسات المتعددة هي المتوسط ​​الحسابي لنتائج جميع القياسات المأخوذة. مع القياسات المتكررة، يتم تقليل الخطأ.

تصنيف أخطاء القياس العشوائية.

الخطأ العشوائي هو أحد مكونات خطأ القياس الذي يتغير بشكل عشوائي أثناء القياسات المتكررة لنفس الكمية.

1) خشن - لا يتجاوز الخطأ المسموح به

2) الخطأ هو خطأ فادح، يعتمد على الشخص

3) المتوقع - تم الحصول عليه نتيجة التجربة أثناء الإنشاء. شروط

مفهوم المترولوجيا

علم القياس– علم القياسات وطرق ووسائل التأكد من وحدتها وطرق تحقيق الدقة المطلوبة. ويرتكز على مجموعة من المصطلحات والمفاهيم، نذكر أهمها فيما يلي.

الكمية المادية- خاصية مشتركة نوعيًا بين العديد من الأشياء المادية، ولكنها فردية كميًا لكل كائن. الكميات الفيزيائية هي الطول والكتلة والكثافة والقوة والضغط وما إلى ذلك.

وحدة الكمية الفيزيائيةتعتبر الكمية التي، حسب التعريف، لها قيمة تساوي 1. على سبيل المثال، كتلة 1 كجم، قوة 1 نيوتن، ضغط 1 باسكال. في أنظمة الوحدات المختلفة، قد تختلف الوحدات التي لها نفس الكمية في الحجم. على سبيل المثال، لقوة مقدارها 1 كجم قوة ≈ 10 نيوتن.

قيمة الكمية الفيزيائية– التقييم العددي للحجم المادي لكائن معين في الوحدات المقبولة. على سبيل المثال، كتلة الطوب هي 3.5 كجم.

البعد الفني– تحديد قيم الكميات الفيزيائية المختلفة باستخدام طرق ووسائل فنية خاصة. أثناء الاختبارات المعملية يتم تحديد قيم الأبعاد الهندسية والكتلة ودرجة الحرارة والضغط والقوة وما إلى ذلك، ويجب أن تستوفي جميع القياسات الفنية متطلبات الوحدة والدقة.

القياس المباشر- المقارنة التجريبية لقيمة معينة مع أخرى، مأخوذة كوحدة، عن طريق القراءة على مقياس الأداة. على سبيل المثال، قياس الطول والكتلة ودرجة الحرارة.

قياسات غير مباشرة– النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام نتائج القياسات المباشرة عن طريق الحسابات باستخدام الصيغ المعروفة. على سبيل المثال، تحديد كثافة وقوة المادة.

وحدة القياسات- حالة من القياسات يتم فيها التعبير عن نتائجها بوحدات قانونية ويتم معرفة أخطاء القياس باحتمال معين. تعد وحدة القياسات ضرورية حتى نتمكن من مقارنة نتائج القياسات التي تم إجراؤها في أماكن مختلفة وفي أوقات مختلفة باستخدام مجموعة متنوعة من الأدوات.

دقة القياسات- جودة القياسات، بما يعكس قرب النتائج التي تم الحصول عليها من القيمة الحقيقية للقيمة المقاسة. التمييز بين القيم الحقيقية والفعلية للكميات الفيزيائية.

المعنى الحقيقيتعكس الكمية الفيزيائية بشكل مثالي الخصائص المقابلة للكائن من الناحية النوعية والكمية. القيمة الحقيقية خالية من أخطاء القياس. وبما أن جميع قيم الكمية الفيزيائية تم العثور عليها تجريبيا وأنها تحتوي على أخطاء في القياس، فإن القيمة الحقيقية تظل مجهولة.

القيمة الحقيقيةتم العثور على الكميات الفيزيائية تجريبيا. إنها قريبة جدًا من القيمة الحقيقية بحيث يمكن استخدامها بدلاً من ذلك لأغراض معينة. في القياسات الفنية، يتم اعتبار قيمة الكمية الفيزيائية التي تم العثور عليها مع وجود خطأ تقبله المتطلبات الفنية كقيمة فعلية.

خطأ في القياس- انحراف نتيجة القياس عن القيمة الحقيقية للقيمة المقاسة. وبما أن القيمة الحقيقية للكمية المقاسة لا تزال مجهولة، فمن الناحية العملية لا يتم تقدير خطأ القياس إلا بشكل تقريبي من خلال مقارنة نتائج القياس بقيمة نفس الكمية التي تم الحصول عليها بدقة أعلى عدة مرات. وبالتالي، يمكن تقدير الخطأ في قياس أبعاد العينة بالمسطرة، وهو ± 1 مم، عن طريق قياس العينة بالفرجار بخطأ لا يزيد عن ± 0.5 مم.

الخطأ المطلقمعبرا عنها بوحدات الكمية المقاسة.

خطأ نسبي- نسبة الخطأ المطلق إلى القيمة الفعلية للقيمة المقاسة.

أدوات القياس هي وسائل تقنية تستخدم في القياسات ولها خصائص مترولوجية موحدة. تنقسم أدوات القياس إلى أدوات قياس وأدوات قياس.

يقيس- أداة قياس مصممة لإعادة إنتاج كمية فيزيائية بحجم معين. على سبيل المثال، الوزن هو مقياس للكتلة.

جهاز قياس- أداة قياس تعمل على إعادة إنتاج معلومات القياس في شكل يسهل على المراقب إدراكه. أبسط أدوات القياس تسمى أدوات القياس. على سبيل المثال، الحاكم، الفرجار.

المؤشرات المترولوجية الرئيسية لأدوات القياس هي:

قيمة قسمة المقياس هي الفرق في قيم الكمية المقاسة، المقابلة لعلامتي مقياس متجاورتين؛

القيم الأولية والنهائية للمقياس هي، على التوالي، أصغر وأكبر قيم القيمة المقاسة المشار إليها على المقياس؛

نطاق القياس هو نطاق قيم القيمة المقاسة التي يتم من خلالها تطبيع الأخطاء المسموح بها.

خطأ في القياس– نتيجة التراكب المتبادل للأخطاء الناجمة عن أسباب مختلفة: أخطاء أدوات القياس نفسها، والأخطاء الناشئة عند استخدام الجهاز وقراءة نتائج القياس والأخطاء الناجمة عن عدم الالتزام بشروط القياس. مع وجود عدد كبير بما فيه الكفاية من القياسات، يقترب الوسط الحسابي لنتائج القياس من القيمة الحقيقية، ويتناقص الخطأ.

خطأ منهجي- خطأ يظل ثابتاً أو يتغير طبيعياً مع تكرار القياسات وينشأ لأسباب معروفة. على سبيل المثال، تحول مقياس الصك.

الخطأ العشوائي هو الخطأ الذي لا يوجد فيه ارتباط طبيعي بالأخطاء السابقة أو اللاحقة. يرجع ظهوره إلى العديد من الأسباب العشوائية التي لا يمكن أخذ تأثيرها على كل قياس في الاعتبار مسبقًا. ومن الأسباب التي تؤدي إلى ظهور الخطأ العشوائي، على سبيل المثال، عدم تجانس المادة، والمخالفات أثناء أخذ العينات، والأخطاء في قراءات الأجهزة.

إذا كان أثناء القياسات ما يسمى الخطأ الفادح، مما يزيد بشكل كبير من الخطأ المتوقع في ظل ظروف معينة، ثم يتم استبعاد نتائج القياس هذه من الاعتبار باعتبارها غير موثوقة.

يتم ضمان وحدة جميع القياسات من خلال إنشاء وحدات القياس وتطوير معاييرها. منذ عام 1960، دخل النظام الدولي للوحدات (SI) حيز التنفيذ، والذي حل محل المجموعة المعقدة من أنظمة الوحدات والوحدات الفردية غير النظامية التي تم تطويرها على أساس النظام المتري للقياسات. في روسيا، تم اعتماد نظام SI كمعيار قياسي، وتم تنظيم استخدامه في مجال البناء منذ عام 1980.

المحاضرة 2. الكميات الفيزيائية. وحدات القياس

2.1 الكميات الفيزيائية والمقاييس

2.2 وحدات الكميات الفيزيائية

2.3. النظام الدولي للوحدات (نظام SI)

2.4 الكميات الفيزيائية للعمليات التكنولوجية

إنتاج الغذاء

2.1 الكميات الفيزيائية والمقاييس

الكمية الفيزيائية هي خاصية مشتركة نوعيًا بين العديد من الأشياء المادية (الأنظمة الفيزيائية وحالاتها والعمليات التي تحدث فيها)، ولكنها فردية كميًا لكل منها.

الفرد من الناحية الكميةيجب أن تُفهم بطريقة تجعل الخاصية نفسها لكائن ما أكبر أو أقل بعدد معين من المرات من كائن آخر.

عادة، يتم استخدام مصطلح "الكمية المادية" للإشارة إلى الخصائص أو الخصائص التي يمكن قياسها كميا. وتشمل الكميات الفيزيائية الكتلة، والطول، والزمن، والضغط، ودرجة الحرارة، وما إلى ذلك. وكلها تحدد خصائص فيزيائية مشتركة نوعياً، وقد تختلف خصائصها الكمية؛

ومن المستحسن التمييز بين الكميات الفيزيائية قياسها وتقييمها.يمكن التعبير عن EF المقاس كميًا في شكل عدد معين من وحدات القياس المحددة. تعد إمكانية إدخال واستخدام الأخير سمة مميزة مهمة لقياس EF.

ومع ذلك، هناك خصائص مثل الطعم والرائحة وما إلى ذلك، والتي لا يمكن إدخال وحدات لها. ويمكن تقدير هذه الكميات. يتم تقييم القيم باستخدام المقاييس.

بواسطة دقة النتيجةهناك ثلاثة أنواع من قيم الكميات الفيزيائية: الحقيقية، الفعلية، المقاسة.

القيمة الحقيقية للكمية الفيزيائية(القيمة الحقيقية للكمية) - قيمة الكمية الفيزيائية التي تعكس بشكل مثالي، من الناحية النوعية والكمية، الخاصية المقابلة للكائن.

تشمل مسلمات علم القياس

القيمة الحقيقية لكمية معينة موجودة وهي ثابتة

لا يمكن العثور على القيمة الحقيقية للكمية المقاسة.

لا يمكن الحصول على القيمة الحقيقية للكمية الفيزيائية إلا نتيجة لعملية قياس لا نهاية لها مع تحسين لا نهاية له في الأساليب وأدوات القياس. لكل مستوى من مستويات تطور تكنولوجيا القياس، يمكننا فقط معرفة القيمة الفعلية لكمية فيزيائية، والتي يتم استخدامها بدلاً من القيمة الحقيقية.

القيمة الحقيقية لكمية فيزيائية- قيمة الكمية الفيزيائية التي تم العثور عليها تجريبيًا وقريبة جدًا من القيمة الحقيقية بحيث يمكن استبدالها بمهمة القياس المحددة. من الأمثلة النموذجية التي توضح تطور تكنولوجيا القياس قياس الوقت. وفي وقت ما، تم تعريف وحدة الزمن - الثانية - بأنها 1/86400 من متوسط ​​اليوم الشمسي مع وجود خطأ قدره 10 -7 . حاليًا، يتم تحديد الثانية بخطأ قدره 10 -14 ، أي أننا أقرب بمقدار 7 مرات من القيمة الحقيقية لتحديد الوقت عند المستوى المرجعي.

عادة ما تؤخذ القيمة الفعلية لكمية فيزيائية على أنها الوسط الحسابي لسلسلة من قيم الكمية التي تم الحصول عليها بقياسات متساوية الدقة، أو الوسط الحسابي المرجح بقياسات غير متساوية الدقة.

القيمة المقاسة للكمية الفيزيائية– قيمة الكمية الفيزيائية التي تم الحصول عليها باستخدام تقنية معينة.

حسب نوع الظواهر الكهروضوئيةمقسمة إلى المجموعات التالية :

- حقيقي , أولئك. وصف الخواص الفيزيائية والفيزيائية والكيميائية للمواد. المواد والمنتجات المصنوعة منها. وتشمل هذه الكتلة والكثافة وما إلى ذلك. هذه هي الخلايا الكهروضوئية السلبية، لأن لقياسها، من الضروري استخدام مصادر الطاقة المساعدة، والتي يتم من خلالها إنشاء إشارة معلومات القياس.

- طاقة - وصف خصائص الطاقة لعمليات تحويل ونقل واستخدام الطاقة (الطاقة، الجهد، الطاقة. هذه الكميات نشطة. ويمكن تحويلها إلى إشارات معلومات قياس دون استخدام مصادر الطاقة المساعدة؛

- توصيف تدفق العمليات الزمنية . تتضمن هذه المجموعة أنواعًا مختلفة من الخصائص الطيفية ووظائف الارتباط وما إلى ذلك.

حسب درجة الاعتماد المشروط على القيم الكهروضوئية الأخرىمقسمة إلى الأساسية والمشتقة

الكمية الفيزيائية الأساسية– كمية فيزيائية مدرجة في نظام الكميات ويتم قبولها تقليديًا على أنها مستقلة عن الكميات الأخرى في هذا النظام.

يتم قبول اختيار الكميات الفيزيائية كأساسية ويتم تنفيذ عددها بشكل تعسفي. بادئ ذي بدء، تم اختيار الكميات التي تميز الخصائص الأساسية للعالم المادي باعتبارها الكميات الرئيسية: الطول والكتلة والوقت. يتم اختيار الكميات الفيزيائية الأساسية الأربعة المتبقية بحيث يمثل كل منها أحد فروع الفيزياء: قوة التيار، درجة الحرارة الديناميكية الحرارية، كمية المادة، شدة الضوء.

يتم تعيين رمز لكل كمية فيزيائية أساسية لنظام الكميات على شكل حرف صغير من الأبجدية اللاتينية أو اليونانية: الطول - L، الكتلة - M، الوقت - T، التيار الكهربائي - I، درجة الحرارة - O، كمية المادة - N، شدة الضوء - J. هذه الرموز مدرجة في اسم نظام الكميات الفيزيائية. ومن ثم فإن نظام الكميات الفيزيائية للميكانيكا، والكميات الرئيسية لها هي الطول والكتلة والزمن، يسمى "نظام LMT".

الكمية الفيزيائية المشتقة– كمية فيزيائية مدرجة في نظام الكميات ويتم تحديدها من خلال الكميات الأساسية لهذا النظام.

1.3 الكميات الفيزيائية وقياساتها

الكمية المادية - إحدى خصائص جسم مادي (نظام فيزيائي، ظاهرة أو عملية)، شائعة من الناحية النوعية للعديد من الأشياء المادية، ولكنها فردية كميًا لكل منها. ويمكننا أيضًا أن نقول إن الكمية الفيزيائية هي الكمية التي يمكن استخدامها في معادلات الفيزياء، ونقصد بالفيزياء هنا العلوم والتكنولوجيا بشكل عام.

كلمة " ضخامة"غالبًا ما يستخدم بمعنيين: كخاصية عامة ينطبق عليها مفهوم أكثر أو أقل، وككمية لهذه الخاصية. وفي الحالة الأخيرة، سيتعين علينا أن نتحدث عن "حجم الكمية"، ففي ما يلي سنتحدث عن الكمية على وجه التحديد كخاصية لجسم مادي، وبالمعنى الثاني، كمعنى للكمية الفيزيائية .

في الآونة الأخيرة، تقسيم الكميات إلى الجسدية وغير المادية على الرغم من أنه تجدر الإشارة إلى أنه لا يوجد معيار صارم لمثل هذا التقسيم للقيم. وبنفس الوقت تحت بدني فهم الكميات التي تميز خصائص العالم المادي وتستخدم في العلوم الفيزيائية والتكنولوجيا. هناك وحدات قياس لهم. تنقسم الكميات الفيزيائية حسب قواعد قياسها إلى ثلاث مجموعات:

الكميات التي تميز خصائص الأشياء (الطول، الكتلة)؛

الكميات التي تميز حالة النظام (الضغط،

درجة حرارة)؛

الكميات التي تميز العمليات (السرعة، القوة).

ل غير جسدية تشير إلى الكميات التي لا توجد لها وحدات قياس. يمكنهم وصف خصائص العالم المادي والمفاهيم المستخدمة في العلوم الاجتماعية والاقتصاد والطب. ووفقا لهذا التقسيم للكميات، من المعتاد التمييز بين قياسات الكميات الفيزيائية و القياسات غير المادية . تعبير آخر عن هذا النهج هو فهمان مختلفان لمفهوم القياس:

القياس في بالمعنى الضيق على سبيل المقارنة التجريبية

كمية واحدة قابلة للقياس مع كمية أخرى معروفة

نفس الجودة المعتمدة كوحدة؛

القياس في بالمعنى الواسع كيفية العثور على التطابقات

بين الأرقام والأشياء، وحالاتها أو العمليات وفقا لها

القواعد المعروفة.

وظهر التعريف الثاني فيما يتعلق بالاستخدام الواسع النطاق لقياسات الكميات غير الفيزيائية التي تظهر في البحوث الطبية الحيوية، ولا سيما في علم النفس والاقتصاد وعلم الاجتماع والعلوم الاجتماعية الأخرى. في هذه الحالة، سيكون من الأصح الحديث ليس عن القياس، بل عن تقدير الكميات فهم التقييم على أنه تحديد جودة ودرجة ومستوى شيء ما وفقًا للقواعد المعمول بها. وبعبارة أخرى، هذه عملية إسناد، من خلال حساب أو إيجاد أو تحديد رقم، كمية تميز نوعية شيء ما، وفقا لقواعد ثابتة. على سبيل المثال، تحديد قوة الرياح أو الزلازل، أو تقييم المتزلجين على الجليد، أو تقييم معرفة الطلاب على مقياس من خمس نقاط.

مفهوم تقديرلا ينبغي الخلط بين الكميات ومفهوم تقدير الكميات المرتبط بحقيقة أننا نتيجة للقياسات لا نحصل في الواقع على القيمة الحقيقية للكمية المقاسة، ولكن فقط تقييمها بدرجة أو بأخرى قريبة من هذه القيمة.

المفهوم الذي تمت مناقشته أعلاه قياس"، الذي يفترض وجود وحدة قياس (قياس)، يتوافق مع مفهوم القياس بالمعنى الضيق وهو أكثر تقليدية وكلاسيكية. وبهذا المعنى، سيتم فهمه أدناه - كمقياس للكميات الفيزيائية.

أدناه حوالي مفاهيم أساسية ، المتعلقة بالكمية الفيزيائية (فيما يلي، يتم تقديم جميع المفاهيم الأساسية في علم القياس وتعريفاتها وفقًا للتوصية المذكورة أعلاه بشأن التقييس بين الولايات RMG 29-99):

- حجم الكمية الفيزيائية - اليقين الكمي للكمية الفيزيائية المتأصلة في كائن مادي معين أو نظام أو ظاهرة أو عملية؛

- قيمة الكمية الفيزيائية - التعبير عن حجم الكمية الفيزيائية على شكل عدد معين من الوحدات المقبولة لها؛

- القيمة الحقيقية للكمية الفيزيائية - قيمة الكمية الفيزيائية التي تميز بشكل مثالي الكمية الفيزيائية المقابلة من الناحية النوعية والكمية (يمكن ربطها بمفهوم الحقيقة المطلقة ويتم الحصول عليها فقط نتيجة لعملية قياس لا نهاية لها مع تحسين لا نهاية له للطرق وأدوات القياس );

القيمة الفعلية لكمية فيزيائية  قيمة الكمية الفيزيائية التي تم الحصول عليها تجريبيًا وقريبة جدًا من القيمة الحقيقية بحيث يمكن استخدامها بدلاً منها في مهمة القياس المحددة؛

وحدة قياس الكمية الفيزيائية  كمية فيزيائية ذات حجم ثابت، والتي يتم تعيينها تقليديًا بقيمة عددية تساوي 1، وتستخدم للتعبير الكمي عن الكميات الفيزيائية المشابهة لها؛

نظام الكميات الفيزيائية  مجموعة من الكميات الفيزيائية المتكونة وفقا لمبادئ مقبولة، حيث تعتبر بعض الكميات مستقلة، والبعض الآخر يعرف كدوال لهذه الكميات كميات مستقلة

رئيسي الكمية المادية – كمية فيزيائية مدرجة في نظام الكميات ويتم قبولها تقليديًا على أنها مستقلة عن الكميات الأخرى في هذا النظام.

الكمية الفيزيائية المشتقة – كمية فيزيائية مدرجة في نظام الكميات ويتم تحديدها من خلال الكميات الأساسية لهذا النظام.

نظام وحدات الوحدات المادية - مجموعة من الوحدات الأساسية والمشتقة للكميات الفيزيائية، والتي تم تشكيلها وفقًا لمبادئ نظام معين للكميات الفيزيائية.

إذا أردت أن أقرأ، فأنا لم أفعل ذلك بعد
معرفة الحروف، سيكون هذا هراء.
وبنفس الطريقة إذا أردت أن أحكم
حول الظواهر الطبيعية، دون أن يكون لها أي شيء
أفكار حول بدايات الأشياء، هذا
سيكون مجرد هراء.
إم في لومونوسوف

انظر حولك. ما هي مجموعة متنوعة من الأشياء التي تحيط بك: الناس والحيوانات والأشجار. هذا تلفزيون، سيارة، تفاحة، حجر، مصباح كهربائي، قلم رصاص، إلخ. من المستحيل سرد كل شيء. في الفيزياء أي كائن يسمى الجسم المادي.

أرز. 6

كيف تختلف الأجسام المادية؟ الكثير من الناس. على سبيل المثال، يمكن أن يكون لها أحجام وأشكال مختلفة. يمكن أن تتكون من مواد مختلفة. الملاعق الفضية والذهبية (الشكل 6) لها نفس الحجم والشكل. لكنها تتكون من مواد مختلفة: الفضة والذهب. المكعب الخشبي والكرة (الشكل 7) لهما أحجام وأشكال مختلفة. هذه أجسام مادية مختلفة، ولكنها مصنوعة من نفس المادة - الخشب.

أرز. 7

بالإضافة إلى الأجسام المادية، هناك أيضًا مجالات مادية. الحقول موجودة بشكل مستقل عنا. ولا يمكن دائمًا اكتشافها باستخدام الحواس البشرية. على سبيل المثال، المجال حول المغناطيس (الشكل 8)، المجال حول الجسم المشحون (الشكل 9). ولكن من السهل اكتشافها باستخدام الأدوات.

أرز. 8

أرز. 9

يمكن أن تحدث تغييرات مختلفة مع الأجسام والحقول المادية. تسخن ملعقة مغموسة في الشاي الساخن. يتبخر الماء الموجود في البركة ويتجمد في يوم بارد. المصباح (الشكل 10) ينبعث منه الضوء، والفتاة والكلب يركضان (يتحركان) (الشكل 11). يصبح المغناطيس مغنطيسيًا ويضعف مجاله المغناطيسي. التسخين، والتبخر، والتجميد، والإشعاع، والحركة، وإزالة المغناطيسية، وما إلى ذلك - كل هذا تسمى التغييرات التي تحدث مع الأجسام والحقول المادية بالظواهر الفيزيائية.

أرز. 10

من خلال دراسة الفيزياء، سوف تتعرف على العديد من الظواهر الفيزيائية.

أرز. أحد عشر

يتم تقديم الكميات الفيزيائية لوصف خصائص الأجسام الفيزيائية والظواهر الفيزيائية. على سبيل المثال، يمكنك وصف خصائص كرة خشبية ومكعب باستخدام الكميات الفيزيائية مثل الحجم والكتلة. يمكن وصف ظاهرة فيزيائية - حركة (فتاة، سيارة، إلخ) - من خلال معرفة الكميات الفيزيائية مثل المسار، والسرعة، والفترة الزمنية. انتبه إلى العلامة الرئيسية للكمية المادية: يمكن قياسه باستخدام الأدوات أو حسابه باستخدام الصيغة. يمكن قياس حجم الجسم باستخدام كوب من الماء (الشكل 12، أ)، أو عن طريق قياس الطول أ والعرض ب والارتفاع ج باستخدام المسطرة (الشكل 12، ب)، ويمكن حسابه باستخدام معادلة

الخامس = أ. ب. ج.

جميع الكميات الفيزيائية لها وحدات قياس. لقد سمعت عن بعض وحدات القياس عدة مرات: الكيلوجرام، المتر، الثانية، الفولت، الأمبير، الكيلووات، وما إلى ذلك. سوف تصبح أكثر دراية بالكميات الفيزيائية في عملية دراسة الفيزياء.

أرز. 12

فكر ثم اجب

1. ما يسمى الجسم المادي؟ ظاهرة فيزيائية؟
2. ما هي العلامة الرئيسية للكمية الفيزيائية؟ قم بتسمية الكميات الفيزيائية المعروفة لك.
3. من المفاهيم المذكورة أعلاه، قم بتسمية تلك التي تتعلق بما يلي: أ) الأجسام المادية؛ ب) الظواهر الفيزيائية. ج) الكميات الفيزيائية: 1) الانخفاض؛ 2) التدفئة. 3) الطول؛ 4) عاصفة رعدية. 5) مكعب. 6) الحجم. 7) الرياح. 8) النعاس. 9) درجة الحرارة. 10) قلم رصاص. 11) الفترة الزمنية؛ 12) شروق الشمس. 13) السرعة؛ 14) الجمال.

العمل في المنزل

لدينا "جهاز قياس" في أجسامنا. هذا هو القلب الذي يمكنك من خلاله قياس فترة من الزمن (بدقة ليست عالية جدًا). حدد من خلال نبضك (عدد نبضات القلب) الفترة الزمنية لملء كوب بماء الصنبور. اعتبر أن زمن الضربة الواحدة هو ثانية واحدة تقريبًا. قارن هذه المرة بقراءات الساعة. ما مدى اختلاف النتائج التي تم الحصول عليها؟