Зіставте одиниці виміру та їх позначення. У чому вимірюється напруга

Розглянемо фізичний запис m=4кг. У цій формулі "m"- Позначення фізичної величини (маси), "4" - чисельне значення чи величина, "кг"- Одиниця виміру даної фізичної величини.

Величини бувають різного роду. Наведемо два приклади:
1) Відстань між точками, довжини відрізків, ламаних - це величини одного й того ж роду. Їх виражають у сантиметрах, метрах, кілометрах тощо.
2) Тривалості проміжків часу теж величини того самого роду. Їх виражають у секундах, хвилинах, годинниках і т.д.

Величини одного й того ж роду можна порівнювати та складати:

АЛЕ! Безглуздо запитувати, що більше: 1 метр чи 1 година, і не можна скласти 1 метр із 30 секундами. Тривалість проміжків часу та відстань - величини різного роду. Їх порівнювати та складати не можна.

Величини можна множити на позитивні числа та нуль.

Прийнявши якусь величину eза одиницю виміру, можна з її допомогою вимірювати будь-яку іншу величину а того ж роду. В результаті виміру отримаємо, що а=x eде x - число. Це число x називається числовим значенням величини апри одиниці виміру e.

Бувають безрозмірніфізичні величини Вони не мають одиниць виміру, тобто ні в чому не вимірюються. Наприклад, коефіцієнт тертя .

Що таке СІ?

Згідно з даними професора Пітера Кампсона і професора Наоко Сано з університету Ньюкасла, опублікованим в журналі Metrology (Метрологія), стандарт кілограма додає в середньому близько 50 мікрограм за сто років, що в результаті може істотно позначитися на багатьох фізичних величинах.

Кілограм - єдина одиниця СІ, яка досі визначається за допомогою зразка. Всі інші заходи (метр, секунда, градус, ампер та ін) можуть бути визначені з необхідною точністю у фізичній лабораторії. Кілограм входить у визначення інших величин, наприклад, одиниця виміру сили – ньютон, яка визначається як сила, що змінює за 1 секунду швидкість тіла масою 1 кг на 1 м/с у напрямку дії сили. Від величини ньютона залежать інші фізичні величини, отже у результаті ланцюжок може призвести зміну значення багатьох фізичних одиниць.

Найголовніший кілограм є циліндр діаметром і висотою 39 мм, що складається зі сплаву платини та іридію (90% платини та 10% іридію). Він був відлитий у 1889 році і зберігається в сейфі в Міжнародному бюро заходів та ваг у місті Севр поблизу Парижа. Спочатку кілограм визначався як маса одного кубічного дециметра (літра) чистої води при температурі 4 °C та стандартному атмосферному тиску на рівні моря.

З зразка кілограма спочатку було зроблено 40 точних копій, які розійшлися у всьому світі. Дві з них перебувають у Росії, у ВНДІ метрології ім. Менделєєва. Пізніше було відлито ще одну серію реплік. Платина як основний матеріал для еталона була обрана тому, що відрізняється високою стійкістю до окислення, високою щільністю і низькою сприйнятливістю магнітної. Еталон і його репліки використовуються для стандартизації маси в різних галузях. У тому числі й там, де мікрограми мають важливе значення.

Фізики вважають, що коливання ваги стали результатом атмосферних забруднень та зміни хімічного складуу поверхні циліндрів. Незважаючи на те, що еталон та його репліки зберігаються у спеціальних умовах, це не рятує метал від взаємодії з довкіллям. Точна вагакілограма встановили за допомогою рентгенівської фотоелектронної спектроскопії. Виявилося, що кілограм «поправився» на майже 100 мкг.

Разом про те, копії зразка від початку відрізнялися від оригіналу та його вага змінюється також по-різному. Так, головний американський кілограм спочатку важив на 39 мікрограмів менше еталона, а перевірка в 1948 році показала, що він збільшився на 20 мкг. Інша американська копія навпаки, втрачає у вазі. У 1889 кілограм під номером 4 (К4) важив на 75 мкг менше еталона, а 1989 вже на 106.

По суті, цей термін означає різницю потенціалів, а одиниця виміру напруги - це вольт. Вольт - це прізвище вченого, який започаткував усе, що ми зараз знаємо про електрику. А звали цю людину Алессандро.

Але те, що стосується електричного струму, тобто. того, за допомогою якого працюють звичні для нас побутові електроприлади. Але є і поняття механічного параметра. Подібний параметр вимірюється у паскалях. Але зараз йдеться не про нього.

Чому дорівнює вольт

Цей параметр може бути як незмінним, так і змінним. Саме змінний струм і «тече» в квартири, будинки та споруди, будинки та організації. Електрична напруга є амплітудні хвилі, що позначаються на графіках у вигляді синусоїди.

Змінний струм позначається у схемах значком "~". А якщо говорити про те, чому дорівнює один вольт, то можна сказати, що це електрична дія в ланцюзі, де при протіканні заряду, що дорівнює одному кулону (Кл), відбувається робота, що дорівнює одному джоулю (Дж).

Стандартною формулою, за якою можна його розрахувати, є:

U = A:q, де U - це і є потрібна величина; "А" є роботою, яку виконує електричне поле (в Дж), переносячи заряд, ну а "q" якраз і є сам заряд, в кулонах.

Якщо ж говорити про постійні величини, то вони практично не відрізняються від змінних (за винятком графіка побудови) і з них і виробляються, за допомогою випрямного діодного мосту. Діоди, не пропускаючи струм в одну зі сторін, ніби ділять синусоїду, забираючи з неї напівхвилі. В результаті замість фази і нуля виходить плюс і мінус, але обчислення при цьому залишається в тих же вольтах (В або V).

Вимірювання напруги

Раніше для вимірювання такого параметра використовувався лише аналоговий вольтметр. Зараз на прилавках магазинів електротехніки представлений дуже широкий асортимент подібних приладів вже в цифровому виконанні, а також мультиметрів як аналогових, так і цифрових, за допомогою яких і вимірюють так званий вольтаж. Подібним приладом може вимірюватися як величина, а й сила струму, опір ланцюга, і навіть з'являється можливість перевірити ємність конденсатора чи виміряти температуру.

Звичайно, аналогові вольтметри та мультиметри не дають такої точності, як цифрові, на дисплеї яких висвічується одиниця напруги аж до сотих або тисячних часток.

При вимірі цього параметра вольтметр входить у ланцюг паралельно, тобто. при необхідності заміряти величину між фазою і нулем, щупи прикладаються одним до першого дроту, а іншим - до другого, на відміну від вимірювання сили струму, де прилад вмикається в ланцюг послідовно.

У схемах вольтметр позначається літерою V, обведеною колом. Різні типи подібних приладів вимірюють, окрім вольта, різні одиниці напруги. Взагалі воно вимірюється у наступних одиницях: мілівольт, мікровольт, кіловольт чи мегавольт.

Значення напруги

Значення цього параметра електричного струму в нашому житті дуже високе, адже від того, чи воно відповідає належному, залежить, наскільки яскраво горітимуть у квартирі лампи розжарювання, а якщо встановлені компактні люмінесцентні, то вже постає питання, чи взагалі вони горітимуть. Від його стрибків залежить довговічність роботи всіх світлових та побутових електроприладів, а тому наявність будинку вольтметра чи мультиметра, а також уміння ним скористатися стає потребою у наш час.

Зміст:

Електричний струм характеризується такими величинами, як сила струму, напруга та опір, пов'язаними між собою. Перш ніж розглядати питання, в чому вимірюється напруга, необхідно точно з'ясувати, що це за величина, і яка її роль в утворенні струму.

Як діє напруга

Загальне поняття електричного струму полягає у спрямованому русі заряджених частинок. Ці частинки є електрони, переміщення яких відбувається під дією електричного поля. Чим більше зарядів потрібно перемістити, тим більша робота здійснюється полем. Цю роботу впливає як сила струму, а й напруга.

Фізичний зміст цієї величини полягає в тому, що робота струму на якійсь ділянці ланцюга співвідноситься з величиною заряду, що проходить по даній ділянці. У процесі цієї роботи позитивний заряд переміщається з точки, де є невеликий потенціал, в точку з великим значеннямпотенціалу. Таким чином, напруга визначається у вигляді електродвигуна або електрорушійної сили, а сама робота є енергією.

Робота електричного струму вимірюється у джоулях (Дж), а величиною електричного заряду є кулон (Кл). В результаті, напруга є відношенням 1 Дж/Кл. Отримана одиниця напруги називається вольтом.

Щоб наочно пояснити фізичний сенс напруги, слід звернутися до прикладу шланга, наповненого водою. В даному випадку, об'єм води відіграватиме роль сили струму, а її тиск буде еквівалентний напрузі. При русі води без наконечника вона вільно і у великій кількості переміщається по шлангу, створюючи невисокий тиск. Якщо ж кінець шланга притиснути пальцем, відбудеться зменшення обсягу при одночасному підвищенні тиску води. Сам струмінь переміщатиметься на значно більшу відстань.

В електриці виходить те саме. Сила струму визначається кількістю або обсягом електронів, що переміщуються провідником. Значення напруги по суті є силою, з якою відбувається проштовхування цих електронів. Звідси випливає, що за умови однакової напруги провідник, що проводить більша кількістьструму, повинен мати великий діаметр.

Одиниця виміру напруги

Напруга може бути постійною або змінною, залежно від струму. Ця величина може позначатися у вигляді літери В (російське позначення) або V, що відповідає міжнародному позначенню. Для позначення змінної напруги застосовується значок "~", який ставиться перед літерою. Для постійної напруги існує знак "-", проте на практиці він майже не застосовується.

Розглядаючи питання, у чому вимірюється напруга, слід пам'ятати, що для цього є не тільки вольти. Великі величини вимірюються в кіловольтах (кВ) та мегавольтах (мВ), що означає відповідно 1 тисячу та 1 мільйон вольт.

Як виміряти напругу та струм

ВСТУП

Фізична величина - характеристика однієї з властивостей фізичного об'єкта (фізичної системи, явища або процесу), загальна в якісному відношенні до багатьох фізичних об'єктів, але в кількісному відношенні індивідуальна для кожного об'єкта.

Індивідуальність розуміється в тому сенсі, що значення величини або розмір величини може бути для одного об'єкта в кілька разів більше або менше, ніж для іншого.

Значення фізичної величини - оцінка її розміру у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць або числа за прийнятою для неї шкалою. Наприклад, 120 мм – значення лінійної величини; 75 кг – значення маси тіла.

Розрізняють справжнє та дійсне значення фізичної величини. Істинне значення - значення, що ідеально відображає властивість об'єкта. Справжнє значення - значення фізичної величини, знайдене експериментально, досить близьке до справжнього значення, яке можна використовувати натомість.

Вимір фізичної величини – це сукупність операцій із застосування технічного засобу, що зберігає одиницю, або відтворюючу шкалу фізичної величини, що полягає в порівнянні (у явному або неявному вигляді) вимірюваної величини з її одиницею або шкалою з метою отримання значення цієї величини у формі, найбільш зручній для використання.

Розрізняють три види фізичних величин, вимірювання яких здійснюється за принципово різними правилами.

До першого виду фізичних величин відносяться величини, на множині розмірів яких визначено лише відношення порядку та еквівалентності. Це відносини типу "м'якше", "твердіше", "тепліше", "холодніше" і т.д.

До величин такого роду відносяться, наприклад, твердість, яка визначається як здатність тіла чинити опір проникненню в нього іншого тіла; температура як ступінь нагрітості тіла і т.п.

Існування таких співвідношень встановлюється теоретично чи експериментально за допомогою спеціальних засобів порівняння, а також на основі спостережень за результатами впливу фізичної величини на будь-які об'єкти.

Для другого виду фізичних величин відношення порядку та еквівалентності має місце як між розмірами, так і між різницями у парах їх розмірів.

Характерний приклад – шкала інтервалів часу. Так, різниці інтервалів часу вважаються рівними, якщо відстані між відповідними відмітками дорівнюють.

Третій вид становлять адитивні фізичні величини.

Адитивними фізичними величинаминазиваються величини, на безлічі розмірів яких визначені не тільки відносини порядку та еквівалентності, але операції складання та віднімання

До таких величин відносяться, наприклад, довжина, маса, сила струму тощо. Їх можна вимірювати частинами, і навіть відтворювати з допомогою багатозначної заходи, заснованої на підсумовуванні окремих заходів.

Сума мас двох тіл - це маса такого тіла, яке врівноважується на рівноплечних терезах перші два.

Розміри будь-яких двох однорідних ФВ або два будь-яких розміру однієї і тієї ж ФВ можна порівнювати між собою, тобто знаходити, у скільки разів один більше (або менше) іншого. Щоб порівняти між собою m розмірів Q", Q", ..., Q (m), необхідно розглянути З m 2 їх відносин. Легше порівняти кожен їх з одним розміром [Q] однорідної ФВ, якщо прийняти його за одиницю розміру ФВ, (скорочено - за одиницю ФВ). В результаті такого порівняння отримуємо вирази розмірів Q", Q", ..., Q (m) у вигляді деяких чисел n", n", .. . ,n(m) одиниць ФВ: Q" = n" [Q]; Q" = n" [Q]; ...; Q(m) = n(m) [Q]. Якщо порівняння виконується експериментально, потрібно всього m експериментів (замість C m 2), а порівняння розмірів Q", Q", ... , Q (m) між собою може бути виконано тільки шляхом обчислень типу

де n (i) / n (j) - абстрактні числа.

Рівність типу

називають основним рівнянням виміру, де n [Q] – значення розміру ФВ (скорочено – значення ФВ). Значення ФВ є іменоване число, складене з числового значення розміру ФВ, (скорочено - числового значення ФВ) і найменування одиниці ФВ. Наприклад, при n = 3,8 та [Q] = 1 грам розмір маси Q = n [Q] = 3,8 грама, при n = 0,7 та [Q] = 1 ампер розмір сили струму Q = n [Q ] = 0,7 ампера. Зазвичай замість «розмір маси дорівнює 3,8 грама», «розмір сили струму дорівнює 0,7 ампера» тощо кажуть і пишуть коротше: «маса дорівнює 3,8 грама», «сила струму дорівнює 0,7 ампера» " і т.п.

Розміри ФВ найчастіше дізнаються внаслідок їх виміру. Вимір розміру ФВ (скорочено - вимірювання ФВ) полягає в тому, що дослідним шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів знаходять значення ФВ і оцінюють близькість цього значення до значення, що ідеально відображає розмір цієї ФВ. Знайдене в такий спосіб значення ФВ називатимемо номінальним.

Один і той самий розмір Q може бути виражений різними значеннямиз різними числовими значеннями залежно від вибору одиниці ФВ (Q = 2:00 = 120 хвилин = 7200 секунд = = 1/12 діб). Якщо взяти дві різні одиниці і , можна написати Q = n 1 і Q = n 2 , звідки

n 1 /n 2 = /,

т. е. числові значення ФВ обернено пропорційні її одиницям.

З того, що розмір ФВ не залежить від обраної її одиниці, випливає умова однозначності вимірювань, що полягає в тому, що відношення двох значень деякої ФВ не повинно залежати від того, які одиниці використовувалися при вимірі. Наприклад, відношення швидкостей автомобіля та поїзда не залежить від того, чи виражені ці швидкості в кілометрах на годину або в метрах на секунду. Ця умова, що здається здавалося б непорушною, на жаль, поки що не вдається дотриматися при вимірі деяких ФВ (твердості, світлочутливості та ін.).

1. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

1.1 Поняття про фізичну величину

Вага об'єкти навколишнього світу характеризуються своїми властивостями. Властивість - філософська категорія, що виражає таку сторону об'єкта (яви, процесу), яка зумовлює його відмінність чи спільність коїться з іншими об'єктами (явленнями, процесами) і виявляється у відносинах до них. Властивість – категорія якісна. Для кількісного опису різних властивостей процесів та фізичних тіл вводиться поняття величини. Величина - це властивість чогось, яка може бути виділена серед інших властивостей та оцінена тим чи іншим способом, у тому числі і кількісно. Величина не існує сама по собі, має місце лише остільки, оскільки існує об'єкт із властивостями, вираженими цією величиною.

p align="justify"> Аналіз величин дозволяє розділити (рис. 1) їх на два види: величини матеріального виду (реальні) і величини ідеальних моделей реальності (ідеальні), які відносяться головним чином до математики і є узагальненням (моделлю) конкретних реальних понять.

Реальні величини, у свою чергу, поділяються на фізичні та нефізичні. Фізична величина у загальному випадку може бути визначена як величина, властива матеріальним об'єктам (процесам, явищам), що вивчаються у природних (фізика, хімія) та технічних науках. До нефізичних величин слід віднести величини, властиві громадським (нефізичним) наук – філософії, соціології, економіки тощо.

Рис. 1. Класифікація величин.

Документ РМГ 29-99 трактує фізичну величину як одну з властивостей фізичного об'єкта, загальне в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів, але в кількісному відношенні індивідуальне для кожного з них. Індивідуальність в кількісному відношенні розуміють у тому сенсі, що властивість може бути для одного об'єкта в кілька разів більше або менше, ніж для іншого.

Фізичні величини доцільно розділити на вимірювані та оцінювані. Вимірювані ФВ можуть бути кількісно виражені у вигляді певної кількості встановлених одиниць вимірювання. Можливість введення та використання таких одиниць є важливою відмітною ознакою вимірюваних ФВ. Фізичні величини, для яких з тих чи інших причин не може бути введена одиниця виміру, можуть лише оцінені. Під оцінюванням розуміється операція приписування цій величині певного числа, що проводиться за встановленими правилами. Оцінювання величини здійснюється з допомогою шкал. Шкала величини - упорядкована сукупність значень величини, яка є вихідною основою для вимірювання цієї величини.

Нефізичні величини, котрим одиниця виміру у принципі може бути введена, може бути лише оцінені. Слід зазначити, що оцінювання нефізичних величин не входить до задач теоретичної метрології.

Для детальнішого вивчення ФВ необхідно класифікувати, виявити загальні метрологічні особливості окремих груп. Можливі класифікації ФВ наведено на рис. 2.

За видами явищ ФВ поділяються на:

Речові, тобто. величини, що описують фізичні та фізико-хімічні властивості речовин, матеріалів та виробів з них. До цієї групи належать маса, щільність, електричний опір, ємність, індуктивність та ін. Іноді ці ФВ називають пасивними. Для їхнього вимірювання необхідно використовувати допоміжне джерело енергії, за допомогою якого формується сигнал вимірювальної інформації. При цьому пасивні ФВ перетворюються на активні, які вимірюються;

Енергетичні, тобто. величини, що описують енергетичні характеристики процесів перетворення, передачі та використання енергії. До них відносяться струм, напруга, потужність, енергія. Ці величини називають активними.

Вони можуть бути перетворені на сигнали вимірювальної інформації без використання допоміжних джерел енергії;

Характеризуючі перебіг процесів у часі, До цієї групи належать різного видуспектральні характеристики, кореляційні функції та інші параметри

У 1875 р. Метричної Конференцією було засновано Міжнародне Бюро Мер і Терезів його метою стало створення єдиної системи вимірювань, яка б знайшла застосування в усьому світі. Було вирішено за основу прийняти метричну систему, яка з'явилася ще за часів Французької революції і ґрунтувалася на метрі та кілограмі. Пізніше були затверджені зразки метра та кілограма. З часом система одиниць виміру розвивалася, нині у ній прийняти сім основних одиниць виміру. У 1960 р. ця система одиниць отримала сучасну назву Міжнародна система одиниць (система СІ) (Systeme Internatinal d'Unites (SI)). та техніку.

Основні одиниці виміру Міжнародної системи одиниць

В основу визначення всіх допоміжних одиниць у системі СІ покладено сім основних одиниць виміру. Основними фізичними величинами у Міжнародній системі одиниць (СІ) є: довжина ($l$); маса ($ m $); час ($ t $); сила електричного струму ($ I $); температура за шкалою Кельвіна (термодинамічна температура) ($ T $); кількість речовини ($\nu$); сила світла ($I_v$).

Основними одиницями в системі СІ стали одиниці вище названих величин:

\[\left=м;;\ \left=кг;;\ \left=с;\ \left=A;;\ \left=K;;\ \ \left[\nu \right]=моль;;\ \left=кд\ (кандела).\]

Еталони основних одиниць виміру в СІ

Наведемо визначення еталонів основних одиниць виміру як це зроблено у системі СІ.

Метром (м)називають довжину шляху, який проходить світло у вакуумі за час, що дорівнює $\frac(1)(299792458)$ с.

Еталоном маси для СІє гиря, що має форму прямого циліндра, висота та діаметр якого 39 мм, що складається зі сплаву платини та іридію масою в 1 кг.

Однією секундою (с)називають інтервал часу, що дорівнює 9192631779 періодів випромінювання, який відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію (133).

Один ампер (А)- це сила струму, що проходить у двох прямих нескінченно тонких і довгих провідниках, розташованих на відстані 1 метр, що знаходяться у вакуумі, що породжує силу Ампера (сила взаємодії провідників) рівну $2\cdot (10)^(-7)Н$ на кожен метр провідника .

Один кельвін (К)- Це термодинамічна температура дорівнює $\frac(1)(273,16)$ частини від температури потрійної точки води.

Один мовляв (моль)- це кількість речовини, в якій є стільки ж атомів, скільки їх міститься в 0,012 кг вуглецю (12).

Одна кандела (кд)дорівнює силі світла, що випускає монохроматичне джерело частотою $540\cdot (10)^(12)$Гц з енергетичною силою в напрямку випромінювання $\frac(1)(683)\frac(Вт)(ср).$

Наука розвивається, удосконалюється вимірювальна техніка, визначення одиниць виміру переглядають. Що точність вимірів, то більше вписувалося вимог до визначення одиниць виміру.

Похідні величини системи СІ

Всі інші величини розглядаються у системі СІ як похідні від основних. Одиниці виміру похідних величин визначено як результат твору (з урахуванням ступеня) основних. Наведемо приклади похідних величин та його одиниць у системі СІ.

У системі СІ є і безрозмірні величини, наприклад, коефіцієнт відбиття або відносна діелектрична проникність. Ці величини мають розмірність одиниці.

Система СІ включає похідні одиниці, що мають спеціальні назви. Ці назви – компактні форми подання комбінації основних величин. Наведемо приклади одиниць системи СІ, які мають власні назви (табл. 2).

Кожна величина в системі СІ має тільки одну одиницю виміру, але одна й та сама одиниця виміру може використовуватися для різних величин. Джоуль - одиниця виміру кількості теплоти та роботи.

Система СІ, одиниці виміру кратні та подовжні

У Міжнародній системі одиниць є набір приставок до одиниць вимірювання, які застосовують, якщо чисельні значення величин, що розглядаються, істотно більше або менше, ніж одиниця системи, яка застосовується без приставки. Ці приставки використовуються з будь-якими одиницями виміру, в системі СІ є десятковими.

Наведемо приклади таких приставок (табл.3).

При написанні приставку та найменування одиниці пишуть разом, так що приставка та одиниця вимірювання утворюють єдиний символ.

Зазначимо, що одиниця маси у системі СІ (кілограм) історично вже має приставку. Десяткові кратні та подільні одиниці кілограма одержують з'єднанням приставки до грама.

Позасистемні одиниці

Система СІ універсальна і є зручною у міжнародному спілкуванні. Практично всі одиниці, одиниці, що не входять до системи СІ, можна визначити, використовуючи терміни системи СІ. Застосування системи СІ є кращим у науковій освіті. Однак є деякі величини, які не входять до СІ, але широко використовуються. Так, одиниці часу, такі як хвилина, година, доба є частиною культури. Деякі одиниці використовують з історично сформованих причин. При використанні одиниць, що не належать системі СІ, необхідно вказувати способи їх переведення в одиниці СІ. Приклад одиниць вказано у табл.4.