Какие свойства и определяют физические величины
У этого термина существуют и другие значения, см. Величина.
Электромагнитное поле и его величины
Физи́ческая величина́ — измеряемое качество, признак или свойство материального объекта или явления[1], общее в качественном отношении для класса материальных объектов или процессов, явлений, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них[2]. Физические величины имеют род, размер, единицу(измерения) и значение.
Для обозначения физических величин[3][4] применяются прописные и строчные буквы латинского или греческого алфавита[5]. Часто к обозначениям добавляют верхние или нижние индексы, указывающие, к чему относится величина, например Eп часто обозначает потенциальную энергию, а cp — теплоёмкость при постоянном давлении.
Устойчивые, повторяющиеся во множестве опытов связи между физическими величинами, присущие самой природе, называются физическими законами[1].
Общие свойства величин[править | править код]
Качественная определённость величины называется родом. Например, однородными величинами являются длина и ширина[2]. Количественная определённость величины, присущая конкретному объекту или явлению, называется размером. Индивидуальность размеров совпадающих(однородных) величин объектов или явлений позволяет сравнивать и различать их.
Одна из реализаций единицы длины — метра
При измерении размер определяемой величины сравнивается с размером условной единицы[2]. Результатом такого сравнения является измеренное значение величины, показывающее во сколько раз размер величины больше или меньше размера единицы. Следовательно, значение является целью и результатом измерения.
, где X — измеряемая величина объекта или явления, {x} — численное значение, [x] — единица величины.[6]
Численное значение самой единицы [x] всегда тождественно равно 1. Размер величины не зависит от выбранной единицы, а значение изменяется при выборе другой единицы. Например, гиря массой в 1 килограмм, также имеет массу 2,2 фунта или 0,001 тонны. Значения однородных величин применяются для сравнения объектов измерения.
Различают три вида значений величин, объединённые общим термином «опорное значение»[2].
- Истинное значение — идеальное, единственное значение величины. Термин используется тогда, когда можно пренебречь неопределённостью значения на микроуровне[2].
- Действительное значение — получается экспериментальным путём, достаточно близко к истинному значению[2].
- Принятое значение — значение, приписанное величине[2].
Разнообразие физических величин упорядочивается при помощи систем физических величин. В системе ограниченный перечень величин принимается за основные, а другие, производные, величины выводятся из них при помощи уравнений связи. В Международной системе величин (англ. International System of Quantities, ISQ) в качестве основных выбрано семь величин[7]:
- L — длина;
- M — масса;
- T — время;
- I — сила тока;
- Θ — температура;
- N — количество вещества;
- J — сила света.
При анализе связей между величинами применяется понятие размерности физической величины. Так называют степенной одночлен, состоящий из произведений символов основных величин в различных степенях[2]. При определении размерности, применяются стандартные математические операции — умножение, деление и сокращение степеней. Если после всех операций сокращений в размерности величины не осталось сомножителей с ненулевыми степенями, то величина называется безразмерной[2].
Физические величины, которые характеризуют объекты и явления в твёрдой Земле, а также в её жидких и газовых оболочках называются геофизическими величинами. Измерение геофизических величин в лаборатории или в полевых условиях позволяет лучше понять внутреннюю структуру планеты, а также искать и разведывать месторождения полезных ископаемых. Наука, основанная на измерениях физических величин горных пород в лабораторных условиях, называется петрофизикой[8].
Классификация физических величин[править | править код]
- Аддитивные и неаддитивные[2]
- аддитивные величины — величины, значения которых могут быть суммированы, умножены на константу или разделены друг на друга. Например масса, длина, площадь.
- неаддитивные величины — величины, для которых суммирование значений бессмысленно, хотя и возможно математически. К таким величинам относится температура, плотность, удельное сопротивление.
- Скалярные, векторные, тензорные величины
- скалярные величины имеют значение, выражаемое только одним числом, для них не определено направление[9]. Ярким примером скалярной величины является потенциальная энергия.
- векторные величины описываются последовательностью из трёх (или двух) независимых значений, которые называются компонентами. Векторные величины имеют скалярный модуль и направление. Векторными величинами является сила, давление, скорость и ускорение.
- тензорные величины объединяют все остальные классы. Они возникают в материальных уравнениях для сред, например, в теории упругости для описания деформаций, электромагнитной теории для уравнений материальной среды, в общей теории относительности для описания метрики.
Группы физических величин[править | править код]
Электрические величины[править | править код]
Электрические величины характеризуют электрический ток — направленное движение заряженных частиц. К электрическим величинам относят:
- Сила тока
- Напряжение
- Сопротивление
- Проводимость
- Удельное сопротивление
- Удельная проводимость
См. также[править | править код]
- Список физических величин
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
- РМГ 29-2013 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения.
Ссылки[править | править код]
- Физическая величина // Энциклопедия «Кругосвет».
- ГОСТ 8.417-2002
- Общероссийский классификатор единиц измерения (ред. от 28.03.2014)
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 28 апреля 2019;
проверки требуют 16 правок.
Перейти к навигации
Перейти к поиску
В метрологии различают понятия размерность физической величины и единица физической величины. Размерность физической величины определяется используемой системой физических величин, которая представляет собой совокупность физических величин, связанных между собой зависимостями, и в которой несколько величин выбраны в качестве основных. Единица физической величины — это такая физическая величина, которой по соглашению присвоено числовое значение, равное единице[1]. Системой единиц физических величин называют совокупность основных и производных единиц, основанную на некоторой системе величин[2]. В расположенных ниже таблицах приведены физические величины и их единицы, принятые в Международной системе единиц (СИ), основанной на Международной системе величин[3][4].
| Основные величины | Размерность | Символ | Описание | Единица СИ | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|
| Пространство | L, L², L³ | l, S, V | Протяжённость объекта в одном пространственном измерении. Площадь в двух пространственных измерениях Объём в трех пространственных измерениях | метр (м), метр квадратный [м²], метр кубический [м] | Пространство является трёхмерной физической величиной. |
| Масса | M | m | Величина определяющая количество материи и пропорциональные ему инерционные и гравитационные свойства | килограмм (кг) | Экстенсивная величина |
| Время | T | t | Продолжительность события. | секунда (с) | |
| Сила тока | I | I | Протекающий в единицу времени заряд. | ампер (А) | |
| Температура | Θ | T | Величина, пропорциональная средней кинетической энергии молекул тела. | кельвин (К) | Интенсивная величина |
| Количество вещества | N | n | Количество однотипных структурных единиц, из которых состоит вещество. | моль (моль) | Экстенсивная величина |
| Сила света | J | Iv | Количество световой энергии, излучаемой в заданном направлении в единицу времени. | кандела (кд) | Световая, экстенсивная величина |
| Производные величины | Символ | Описание | Единица СИ | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Площадь | S | Размер пространства ограниченного замкнутой линией и опирающейся на эту линию поверхностью | м2 | |
| Объём | V | Размер пространства заключённого в трёхмерном объекте | м3 | экстенсивная величина |
| Скорость | v | Изменение положения тела в единицу времени | м/с | вектор |
| Ускорение | a | Изменение скорости в единицу времени | м/с² | вектор |
| Импульс | p | Количество движения тела | кг·м/с | экстенсивная, сохраняющаяся величина |
| Сила | F | Мера взаимодействия материи | кг·м/с2 (ньютон, Н) | вектор |
| Механическая работа | A | Скалярное произведение силы и перемещения. | кг·м2/с2 (джоуль, Дж) | скаляр |
| Энергия | E | Способность тела или системы совершать работу. | кг·м2/с2 (джоуль, Дж) | экстенсивная, сохраняющаяся величина, скаляр |
| Мощность | N | Быстрота совершения работы. | кг·м2/с3 (ватт, Вт) | |
| Давление | p | Сила, действующая на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности | кг/(м·с2) (паскаль, Па) | интенсивная величина |
| Плотность | ρ | Масса на единицу объёма. | кг/м3 | интенсивная величина |
| Поверхностная плотность | ρA | Масса на единицу площади. | кг/м2 | |
| Линейная плотность | ρl | Масса на единицу длины. | кг/м | |
| Количество теплоты | Q | Энергия, передаваемая от одного тела к другому немеханическим путём | кг·м2/с2 (джоуль, Дж) | скаляр |
| Электрический заряд | q | Способность тел быть источником электромагнитного поля и принимать участие в электромагнитном взаимодействии | А·с (кулон, Кл) | экстенсивная, сохраняющаяся величина |
| Напряжение | U | Изменение потенциальной энергии, приходящееся на единицу заряда. | м2·кг/(с3·А) (вольт, В) | скаляр |
| Электрическое сопротивление | R | Сопротивление объекта прохождению электрического тока | м2·кг/(с3·А2) (ом, Ом) | скаляр |
| Магнитный поток | Φ | Величина, учитывающая интенсивность магнитного поля и занимаемую им область. | кг·м2/(с2·А) (вебер, Вб) | |
| Частота | ν | Число повторений события за единицу времени. | с−1 (герц, Гц) | |
| Угол | α | Величина изменения направления. | радиан (рад) | |
| Угловая скорость | ω | Скорость изменения угла. | с−1 (радиан в секунду) | |
| Угловое ускорение | ε | Изменение угловой скорости в единицу времени | с−2 (радиан на секунду в квадрате) | |
| Момент инерции | I | Мера инертности объекта при вращении. | кг·м2 | тензорная величина |
| Момент импульса | L | Мера вращения объекта. | кг·м2/c | сохраняющаяся величина |
| Момент силы | M | Произведение силы на длину перпендикуляра, опущенного из точки на линию действия силы. | кг·м2/с2 | вектор |
| Телесный угол | Ω | Часть пространства, которая является объединением всех лучей, выходящих из данной точки и пересекающих некоторую поверхность | стерадиан (ср) |
Примечания[править | править код]
Все объекты материального мира обладают рядом свойств, позволяющих отличать один объект от другого.
Свойство объекта – это объективная особенность, проявляющаяся при его создании, эксплуатации и потреблении.
Свойство объекта может быть выражено качественно — в виде словесного описания, и количественно — в виде графиков, цифр, диаграмм, таблиц.
Метрологическая наука занимается измерением количественных характеристик материальных объектов – физических величин.
Физическая величина – это свойство, в качественном отношении присущее многим объектам, а в количественном отношении индивидуально для каждого из них.
Например, массу имеют все материальные объекты, но у каждого из них величина массы индивидуальна.
Физические величины делятся на измеряемые и оцениваемые.
Измеряемые физические величины могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения.
Например, значение напряжения в сети составляет 220В.
Физические величины, которые не имеют единицы измерения, могут быть только оценены. Например, запах, вкус. Их оценка осуществляется дегустированием.
Некоторые величины можно оценить по шкале. Например: твердость материала — по шкале Викерса, Бринеля, Роквелла, силу землетрясения — по шкале Рихтера, температуру — по шкале Цельсия (Кельвина).
Физические величины можно квалифицировать по метрологическим признакам.
По видам явлений они делятся на
а) вещественные, описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них.
Например, масса, плотность, электрическое сопротивление (для измерение сопротивления проводника по нему должен проходить ток, такое измерение называют пассивным).
б) энергетические, описывающие характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии.
К ним относятся: ток, напряжение, мощность, энергия. Эти физические величины называют активными. Они не требуют вспомогательного источника энергии.
Есть группа физических величин, которые характеризуют протекание процессов во времени, например, спектральные характеристики, корреляционные функции.
По принадлежности к различным группам физических процессов, величины могут быть
· пространственно-временные,
· механические,
· электрические,
· магнитные,
· тепловые,
· акустические,
· световые,
· физико-химические,
· ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики.
По степени условной независимости физические величины делят на
· основные (независимые),
· производные (зависимые),
· дополнительные.
По наличию размерности физические величины делят на размерные и безразмерные.
Примером размерной величины является сила, безразмерной – уровень звуковой мощности.
Чтобы оценить количественно физическую величину вводится понятие размерфизической величины.
Размер физической величины — это количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, процессу или явлению.
Например, каждое тело обладает определенной массой, следовательно, их можно различать по массе, т.е. по размеру физической величины.
Выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц определено как значение физической величины.
Значение физической величины — это выражение физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц измерения.
Процесс измерения – это процедура сравнения неизвестной величины с известной физической величиной (сравниваемой) и в этой связи вводится понятие истинное значение физической величины.
Истинное значение физической величины – это значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном соотношении соответствующую физическую величину.
Истинное значение независимых физических величин воспроизведено в их эталонах.
Истинное значение применяют редко, больше пользуются действительным значением физической величины.
Действительное значение физической величины – это значение, полученное экспериментальным путем и несколько близкое к истинному значению.
Раньше было понятие «измеряемые параметры», сейчас по нормативному документу РМГ 29-99 рекомендуется понятие «измеряемые величины».
Физических величин много и их систематизируют. Система физических величин — это совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми правилами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин.
В названии системы физических величин применяют символы величин, принятые как основные.
Например, в механике, где в качестве основных приняты длина — L, масса — m и время — t, название системы соответственно — Lm t.
Система основных величин, соответствующих международной системе единиц СИ выражается символами LmtIKNJ, т.е. применены символы основных величин: длина — L, масса — М, время — t , сила тока — I, температура — K, количество вещества — N, сила света — J.
Основные физические величины не зависят от значений других величин этой системы.
Производная физическая величина – это физическая величина, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы. Например, сила определяется как масса на ускорение.
3. Единицы измерения физических величин.
Единицей измерений физической величины называется величина, которой по определению присвоено численное значение равное 1 и которая применяется для количественного выражения однородных с ней физических величин.
Единицы физических величин объединяют в систему. Первая система была предложена Гауссом К (миллиметр, миллиграмм, секунда). Сейчас действует система СИ, ранее был стандарт стран СЭВ.
Единицы измерений делятся на основные, дополнительные, производные и внесистемные.
В системе СИ семь основных единиц:
· длина (метр),
· масса (килограмм),
· время (секунда),
· термодинамическая температура (кельвин),
· количество вещества (моль),
· сила электрического тока (ампер),
· сила света (кандела).
Таблица 1
Обозначение основных единиц системы СИ
| Физическая величина | Единица измерений | |||
| Наименование | Обозна-чение | Наименование | Обозначение | |
| русское | международное | |||
| основные | ||||
| Длина | L | метр | м | m |
| Масса | m | килограмм | кг | kg |
| Время | t | секунда | с | s |
| Сила электрического тока | I | ампер | А | А |
| Термодинамическая температура | Т | кельвин | К | К |
| Количество вещества | n, v | моль | моль | mol |
| Cила света | J | кандела | кд | сd |
| дополнительные | ||||
| Плоский угол | — | радиан | рад | rad |
| Телесный угол | — | стерадиан | ср | sr |
Примечание. Радиан — это угол между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу. В градусном исчислении радиан равен 57017’48’’.
Стерадиан – это телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной по длине равной радиусу сферы. Измеряют телесный угол путем определения плоских углов и проведения дополнительных расчетов по формуле:
Q = 2p (1 — соsa/2),
где Q — телесный угол, a — плоский угол при вершине конуса, образованного внутри сферы данным телесным углом.
Телесному углу 1ср соответствует плоский угол, равный 65032’, углу p ср — плоский угол 1200, углу 2pср — 1800.
Дополнительные единицы СИ использованы для образования единиц угловой скорости, углового ускорения и некоторых других величин.
Сами по себе радиан и стерадиан применяются в основном для теоретических построений и расчетов, т.к. большинство важных для практики значений углов (полный угол, прямой угол и т.д.) в радианах выражаются трансцендентными числами (2p, p/2).
Производными называют единицы измерения, получаемые с помощью уравнений связи между физическими величинами. Например, единица сила в СИ – ньютон (Н):
Н = кг∙м/с2.
Несмотря на то, что система СИ универсальна, она разрешает применять некоторые внесистемные единицы, которые нашли широкое практическое применение (например, гектар).
Внесистемными называют единицы, не вошедшие ни в одну из общепринятых систем единиц физических величин.
Для многих практических случаев выбранные размеры физических величин неудобны — слишком малы или велики. Поэтому в практике измерений часто пользуются кратными и дольными единицами.
Кратной называется единица в целое число раз больше системной или внесистемной единицы. Например, кратная единица 1км = 1000 м.
Дольной называется единица, в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы. Например, дольная единица 1 см = 0,01 м.
После принятия метрической системы мер была принята десятичная система образования кратных и дольных единиц, соответствующая десятичной системе нашего числового счета. Например, 106– мега, а 10-6 – микро.