Определение содержания единиц системы Си
Основные единицы. В соответствии с решениями ГКМВ, принятыми в разные годы, действуют следующие определения основных единиц системы СИ.
Единица длины — метр — длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 доли секунды (решение XVII ГКМВ, 1983 г.).
Единица массы — килограмм — масса, равная массе международного прототипа килограмма (решение I ГКМВ, 1889 г.).
Единица времени — секунда — продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133, не возмущенного внешними полями (решение XIII ГКМВ, 1967 г.).
Единица силы электрического тока — ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 2 10 7 Н на каждый метр длины (одобрено IX ГКМВ в 1948 г.).
Единица термодинамической температуры — кельвин (до 1967 г. имел наименование «градус Кельвина») — 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается выражение термодинамической температуры в градусах Цельсия (резолюция XIII ГКМВ, 1967 г.).
Единица количества вещества — моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода 12 массой 0,012 кг (резолюция XIV ГКМВ, 1971 г.).
Единица силы света — кандела — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/283 Вт/ср (резолюция XVI ГКМВ, 1979 г.).
Дополнительные единицы. Такие единицы имеют специфическое применение и необходимы для образования производных единиц, связанных с угловыми величинами. Поэтому эти единицы не могут быть отнесены ни к основным, ни к производным, так как они не зависят от выбора основных единиц (за исключением единицы силы света). Международная система единиц включает в себя две дополнительные единицы — для измерения плоского и телесного углов.
Единица плоского угла — радиан (рад, rad) — угол между двумярадиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу. В градусном исчислении угол 57°1744,8.
Единица телесного угла — стерадиан (ср, sr) — телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который «вырезает» на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной по длине радиусу сферы.
Как радиан, так и стерадиан размерности не имеют. Безразмерность этих единиц означает то, что при определяющем уравнении l/r, принятая, например, единица плоского угла оказывается одной и той же независимо от размера основных единиц (длины).
На практике измерения плоских углов допускается производить в угловых градусах (минутах, секундах). Именно в этих единицах проградуированы шкалы большинства угломерных СИ.
Производные единицы. Такие единицы образуются на основании законов, устанавливающих связь между физическими величинами, или принятых определений физических величин. Рассмотрим примеры нескольких физических величин, широко применяемых в технике. Сил а. Определяющее уравнение силы:
С понятием силы и ее единицы измерения связаны понятия силы тяжести и веса. Сила тяжести представляет собой равнодействующую силы тяготения тела к Земле и центробежной силы инерции, обусловленной вращением Земли. Вес тела — сила, с которой тело вследствие тяготения к Земле действует на опору или подвес, удерживающих его от свободного падения. Если тело и опора неподвижны относительно Земли, то вес тела равен его силе тяжести.
Определяющее уравнение для силы тяжести (веса):
Отсюда следует, что единицей силы тяжести (веса) является ньютон. Вместе с тем уравнение (5.2) позволяет пояснить разницу между понятиями «масса» и «вес тела», что накладывает соответствующие условия на измерение этих величин. Если масса тела измеряется с помощью весов, то вес — с помощью динамометра.
Ускорение свободного падения в первом приближении зависит от географической широты места и его высоты над уровнем моря. Нормальное ускорение свободного падения над широтой 45° (на уровне моря) g 9,80665 м/с2, на экваторе g 9,780 м/с2, а на полюсе g 9,8324 м/с2. Таким образом, на экваторе тело массой т весит меньше, а на полюсе оно тяжелее. Например, человек массой в 80 кг на экваторе имеет вес, равный 782,4 Н, а переместившись на один из полюсов Земли, — около 786,5 Н.
Заметим попутно, что в геофизике ускорение свободного падения обычно выражают внесистемной единицей — миллигалом (мГал), в честь Г. Галилея. При этом 1 Гал 1 см/с2 103 мГал.
Давление. Определяющее уравнение для действия силы F, направленной перпендикулярно к поверхности площадью S:
где р — давление в паскалях (Па, Ра), если сила F выражена в ньютонах; S — площадь, м2.
В этих же единицах измеряется нормальное напряжение F/S, вызываемое силой 1 Н, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м3, нормальной к ней.
Размерность давления (нормального напряжения):
При измерении давления в свое время применялось большое число единиц. В настоящее время применяются (временно) такие внесистемные единицы, как миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), бар (bar). Паскаль имеет следующее соотношение с этими единицами: 1 мм рт. ст. 133,322 Па; 1 бар равен силе 106 дин, действующей на площадь в 1 см2, что эквивалентно давлению ртутного столба высотой в 750,08 мм на уровне моря для широты 45° (при этом 1 бар 105 Па). В метрологии применяется дольная единица — миллибар (1 мбар 100 Па).
Устаревшими единицами, не рекомендуемыми к применению, но встречающимися в научно-технической литературе, являются:
- атмосфера нормальная, или физическая (атм, Atm), равная давлению ртутного столба высотой 750 мм при температуре 0 °С и при нормальном ускорении свободного падения 9,80665 м/с2. В 1954 г. эта единица была рекомендована X ГКМВ к применению в физике и метеорологии (1 атм 1,01325 105 Па);
- атмосфера техническая (ат, аt), или килограммсила на квадратный сантиметр (кгс/см2). Равна давлению, вызываемому силой в 1 кгс, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 см2 (1 ат 9,80665 104 Па). При приближенных измерениях одну атмосферу (1 атм) можно заменить одним баром (1 бар 0,98692 атм).
В зарубежной литературе иногда при измерениях малых давле ний используется единица, размер которой совпадает с 1 мм рт. ст., а именуется она «торр» (torr) по имени итальянского ученого Э. Тор ричели.
Работа, энергия. Для работы А силы, перемещающей некоторое тело в направлении действия силы на длину l, определяющее уравнение имеет следующий вид:
Единица работы — джоуль (Дж, J) — работа силы, равной 1 Н, при перемещении ею точки приложения на расстояние 1 м в направлении действия силы.
Размерность работы:
Энергия является общей мерой различных процессов и видов взаимодействия. При этом все формы движения превращаются друг в друга в строго определенных количествах. Энергия может быть механической, тепловой, химической, электромагнитной, ядерной, гравитационной и др. В теории относительности установлена связь между энергией Е и массой m:
Таким образом, работа и энергия имеют одинаковую размерность и измеряются в джоулях.
В физике и атомной энергетике до последних лет применялись единицы энергии: эрг, равный 10 7 Дж; электронвольт (1 эВ 1,60219 10 19 Дж). Иногда работа и энергия выражаются с помощью внесистемной единицы количества теплоты. Одна международная калория равна 4,1868 Дж. Применяется термохимическая калория, равная 4,1840 Дж.
Мощность. Она представляет собой выполненную работу в единицах времени:
В ряде случаев еще пользуются нерекомендуемой единицей мощности «лошадиная сила» (л. с.), причем 1 л. с. 735,499 Вт.
Кратные и дольные единицы. Для образования десятичных кратных (больших) единиц и дольных (меньших) единиц применяют единицы физических величин, приведенные в табл. 5.2.
- Измерение действующих значений переменных токов и напряжений
- Измерение средних и амплитудных значений переменного тока
- Измерение сопротивлений мостовыми методами
- Цифровые измерительные приборы
- Электронные аналоговые вольтметры
- Измерение малых токов и напряжений и нулевые указатели
- Измерение постоянных токов и напряжений
- Метрологическая надежность средств измерений и основные понятия теории метрологической надежности
- Измерение электрических параметров интегральных схем
- Оформление отчета по практике по ГОСТу 2021/2022
- Оформление ВКР по ГОСТу
- Как составить бизнес-план своими силами
- Оформление эссе по ГОСТу
- Оформление презентации по ГОСТу
- Оформление статьи по ГОСТу
- Оформление дипломной работы по ГОСТ 2021/2022
- Оформление курсовой работы по ГОСТу
- Оформление контрольной работы по ГОСТу