Wielkości i parametry fizyczne, jednostki

Wielkości fizyczne

Ilości oznaczają te cechy zjawisk, które determinują zjawiska i procesy i mogą istnieć niezależnie od stanu środowiska i warunków. Należą do nich na przykład ładunek elektryczny, natężenie pola, indukcja, prąd elektryczny itp. Środowisko i warunki, w jakich zachodzą zjawiska określone tymi wielkościami, mogą zmieniać te wielkości głównie tylko ilościowo.

Parametry fizyczne

Parametry oznaczają takie cechy zjawisk, które określają właściwości ośrodków i substancji oraz wpływają na relacje między samymi wielkościami. Nie mogą istnieć samodzielnie i przejawiają się jedynie w działaniu na rzeczywistą wielkość.

Parametry obejmują na przykład stałe elektryczne i magnetyczne, opór elektryczny, siłę koercji, indukcyjność szczątkową, parametry obwodu elektrycznego (rezystancja, przewodnictwo, pojemność, indukcyjność na jednostkę długości lub objętości w urządzeniu) itp.

Wartości parametrów fizycznych

Wartości parametrów zwykle zależą od warunków, w jakich występuje to zjawisko (od temperatury, ciśnienia, wilgotności itp.), ale jeśli te warunki są stałe, parametry zachowują swoje wartości niezmienione i dlatego też nazywane są stałymi .

Ilościowe (liczbowe) wyrażenia wielkości lub parametrów nazywane są ich wartościami. Należy zauważyć, że wartości są zwykle określane jako ilości, których należy unikać. Przykładowo: odczyt woltomierza U wynosi 5 V, zatem zmierzone napięcie (wartość) V ma wartość 5 V.

Jednostki

Badanie dowolnego zjawiska w fizyce nie ogranicza się do ustalenia jakościowych zależności między wielkościami, relacje te muszą być określone ilościowo. Bez znajomości zależności ilościowych nie ma realnego wglądu w to zjawisko.

Ilościowo wielkość można oszacować tylko mierząc ją, to znaczy eksperymentalnie porównując daną wielkość fizyczną z wielkością o tym samym charakterze fizycznym, przyjmowaną jako jednostka miary.

Pomiar może być bezpośredni lub pośredni. W przypadku pomiaru bezpośredniego wielkość, która ma zostać określona, ​​jest porównywana bezpośrednio z jednostką miary. W pomiarze pośrednim wartości pożądanej wielkości znajdują się poprzez obliczenie wyników bezpośrednich pomiarów innych wielkości związanych z danym określonym stosunkiem.

Ustalenie jednostek miar jest niezwykle ważne zarówno dla rozwoju nauki w badaniach naukowych i ustalania praw fizycznych, jak iw praktyce dla prowadzenia procesów technologicznych, a także dla kontroli i rozliczania.

Jednostki miary dla różnych wielkości można ustalać dowolnie, bez uwzględniania ich stosunku do innych wielkości lub brania pod uwagę takich zależności. W pierwszym przypadku, gdy podstawiamy wartości liczbowe w równaniu relacji, konieczne jest dodatkowe uwzględnienie tych relacji. W drugim przypadku znika potrzeba tego drugiego.

Każdy układ jednostek jest wyróżniony jednostki podstawowe i pochodne… Jednostki podstawowe są ustalane arbitralnie, podczas gdy zwykle wynikają z jakiegoś charakterystycznego zjawiska fizycznego lub właściwości substancji lub ciała. Jednostki podstawowe muszą być od siebie niezależne, a ich liczba musi być określona przez konieczność i wystarczalność dla powstania wszystkich jednostek pochodnych.

Na przykład liczba podstawowych jednostek potrzebnych do opisania zjawisk elektrycznych i magnetycznych wynosi cztery. Nie jest konieczne przyjmowanie jednostek wielkości podstawowych jako jednostek podstawowych.

Ważne jest tylko, aby liczba podstawowych jednostek miary była równa liczbie podstawowych wielkości i aby można je było odtworzyć (w postaci wzorców) z maksymalną dokładnością.

Jednostki pochodne to jednostki ustalone na podstawie prawidłowości odnoszących wartość, dla której jednostka jest ustalana, do wartości, których jednostki są ustalane niezależnie.

Aby uzyskać jednostkę pochodną dowolnej wielkości, pisze się równanie, które wyraża związek tej wielkości z wielkościami określonymi przez jednostki podstawowe, a następnie, przyrównując współczynnik proporcjonalności (jeśli jest w równaniu) do jednego, ilości są zastępowane jednostkami miary i wyrażane w jednostkach podstawowych.Dlatego wielkość jednostek miary pokrywa się z wielkością odpowiednich wielkości.

Podstawowe układy bloków w elektrotechnice

W fizyce do połowy XX wieku powszechne były dwa absolutne układy jednostek opracowane przez Gaussa: SGSE (centymetr, gram, sekunda — układ elektrostatyczny) i SGSM (centymetr, gram, sekunda — układ magnetostatyczny), w którym głównymi wielkościami są centymetr, gram, sekunda oraz przenikalność dielektryczna lub magnetyczna wnęki.

Pierwszy układ jednostek wywodzi się z prawa Coulomba dla oddziaływań ładunków elektrycznych, drugi - oparty na tym samym prawie dla oddziaływań mas magnetycznych. Wartości tych samych wielkości wyrażone w jednostkach jednego systemu są skrajnie różne od tych samych jednostek w innym. W konsekwencji rozpowszechnił się również symetryczny system Gaussa CGS, w którym wielkości elektryczne są wyrażane w układzie CGSE, a wielkości magnetyczne w układzie CGSM.

Jednostki układów CGS w większości przypadków okazały się niewygodne w praktyce (za duże lub za małe), co doprowadziło do powstania systemu jednostek praktycznych będących wielokrotnościami jednostek układu CGS (amper, wolt, om, farad , wisiorek itp.) .). Były podstawą systemu, który był kiedyś powszechnie przyjęty. ISSA, którego oryginalnymi jednostkami są metr, kilogram (masa), sekunda i amper.

Wygoda tego układu jednostek (zwanego systemem absolutnym praktycznym) polega na tym, że wszystkie jego jednostki pokrywają się z jednostkami praktycznymi, więc nie ma potrzeby wprowadzania dodatkowych współczynników we wzorach na związek między wielkościami wyrażonymi w tym układzie jednostek.

Obecnie istnieje jeden międzynarodowy system jednostek. SI (System Międzynarodowy), który został przyjęty w 1960 roku. Opiera się na systemie ISSA.

Układ SI różni się od MCSA tym, że do liczby pierwszych jednostek temperatury termodynamicznej dodaje się stopień Kelvina, jednostką miary ilości materii jest mol, a jednostką jasności Intensywność to kandela, która pozwala rozszerzyć ten system nie tylko na zjawiska elektryczne, magnetyczne i mechaniczne, ale także na inne dziedziny fizyki.

W układzie SI istnieje siedem podstawowych jednostek: kilogram, metr, sekunda, amper, kelwin, mol, kandela.

Aby obliczyć wielkości, które są znacznie większe niż ta jednostka miary lub znacznie mniejsze od niej, stosuje się wielokrotności i podwielokrotności jednostek. Jednostki te uzyskuje się przez dodanie odpowiedniego przedrostka do nazwy jednostki podstawowej.

Historię powstania układu SI oraz podstawowe jednostki tego układu przedstawiono w tym artykule: Układ pomiarowy SI — historia, cel, rola w fizyce