какие основные в физике, определение, обозначения и формулы, характеристики

Физические величины — что под этим понимаетсяОпределение 1

Физические величины — это понятие в физике описывает характеристики тел или процессов, которые могут быть измерены на опыте с использованием измерительных методов и приборов.

Определение 2

Физическая величина — это одно из свойств материальных объектов (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но по количественной характеристике индивидуальное для каждого из них.

Значение физической величины выражается одним или несколькими числами, характеризующими необходимую физическую величину, у которой обязательно должна быть указана размерность.

Размер физической величины — это значения чисел, указанные в значении физической величины.

Описание основных физических величин в системе СИ, единицы их измерения, обозначения и формулы

Основными физическими величинами в Международной системе единиц (СИ) являются: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, количество вещества, сила света.

Единицы измерения основных физических величин в системе СИ

Время в системе СИ измеряется в секундах (с).

Расчет величины секунды основан на фиксировании численного значения частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 при температуре 0 °К, равной в точности 9 192 631 770 Гц.

Солнечные сутки разбираются на 24 часа, каждый час разбирается на 60 минут, а каждая минута состоит из 60 секунд. Таким образом, секунда — это 1/(24*60*60) = 1/86400 от солнечных суток.

Единица длины по системе СИ — это метр (м). Величина метра определяется фиксацией численного значения скорости света в вакууме, равной 299 792 458 м/с.

Масса в системных единицах измеряется в килограммах (кг). Килограмм — это величина, основой которой является численное значение постоянной Планка h=6,626*10-34, когда она выражена в Дж*с.

Следующая основная единица — это сила электрического тока, она измеряется в Амперах (А). Величина Ампера определяется зафиксированным численным значением элементарного заряда электрона равного в кулонах 1,602*10-19Кл.

Единицей измерения термодинамической температуры является Кельвин (K). В 1967-2019 годах Кельвин определялся как 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Шкала Кельвина использует тот же шаг, что и шкала Цельсия. 0 °K — это температура абсолютного нуля, а не температура плавления льда. Согласно современному определению что такое Кельвин, 0 °C установлены таким образом, что температура тройной точки воды на фазовой диаграмме равна 0,01 °C. В итоге шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15 °.

Моль — это единица измерения количества вещества.  Один моль содержит ровно 6,022*1023 элементов. Это число фиксировано, постоянно и называется числом Авогадро, единицей измерения которого является 1/моль.

Кандела — единица силы света. Величина канделы устанавливается фиксированием численного значения световой эффективности монохроматического излучения частотой 540*1012Гц.

Основная физическая величина	Обозначение	Единица измерения в системе СИ
Длина	l	метр (м)
Масса	m	килограмм (кг)
Время	t	секунда (с)
Сила электрического тока	I	Ампер (А)
Термодинамическая температура	T	Кельвин (К)
Количество вещества	n	моль
Сила света	I_c	Кандела (кд)

Табл.1. Основные физические величины, их обозначения и единицы измерения.

Производные единицы СИ, имеющие собственные наименованияОпределение 3

Производные единицы СИ — это единицы измерения, которые исходят от семи основных единиц, определенных Международной системой единиц (СИ).

Такие единицы либо безразмерные, либо могут быть выражены с помощью различных математических операций из основных единиц СИ.

Пространство и время

Единиц измерения, входящих в систему СИ и имеющих собственные названия, которые относятся к пространству и времени — нет.

Периодические явления, колебания и волны, акустика

Частота — это число колебаний совершаемых за одну секунду. Единица измерения названа в честь физика Генриха Герца и обозначается Гц.

Тепловые явления

Температура по Цельсию. Абсолютный ноль по шкале Кельвинов (0 °K) соответствует -273,15 °C, поэтому для перевода температура из Кельвинов (T) в Цельсии (t), нужно совершить арифметическое действие t = T-273,15.

Энергия — это физическая величина, показывающая какую работу может совершить тело. Измеряется в джоулях (Дж).

Механика

Плоский угол — это часть плоскости, ограниченная двумя лучами, выходящими из одной точки. В системе СИ измеряется в радианах (рад).

Телесный угол — часть пространства, ограниченная некоторой конической поверхностью. Измеряется в системе СИ в стерадианах (ср).

Молекулярная физика

Давление — это скалярная физическая величина равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади этой поверхности. Единицей измерения в системе СИ является паскаль (Па).

Активность катализатора — характеристика, показывающая насколько катализатор активен в процессе своей работы.

Электричество и магнетизм

Сила — физическая величина, которая характеризует действие на тело других тел, в результате чего у тела изменяется скорость или оно деформируется. Измеряется в ньютонах (Н).

Мощность — это физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, за который совершенна эта работа. В Международной системе (СИ) единицей измерения мощности является ватт (Вт).

Электрический заряд — это физическая величина, характеризующая свойство тел или частиц входить в электромагнитные взаимодействия и определяющая значение сил и энергий этих взаимодействий. Единица измерения в системе СИ — это кулон (Кл).

Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при перемещении положительного заряда из начальной точки в конечную к величине этого заряда. Измеряется в вольтах (В).

Сопротивление — физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению тока. Единица измерения — Ом. Источник электрической энергии является проводником и всегда имеет некоторое сопротивление, поэтому ток выделяет в нем тепло. Такое сопротивление называется внутренним. Если оно очень мало, то ток короткого замыкания будет большим, что может вывести источник тока из строя.

Емкость — это физическая величина, которая характеризует способность накапливать электрический заряд на одной из металлических обкладок конденсатора, равная отношению заряда к напряжению и измеряется в фарадах (Ф).

Конденсатор — это совокупность двух проводников, находящихся на малом расстоянии друг от друга и разделенных слоем диэлектрика. На значение емкости влияют геометрические размеры и среда. Материал, из которого сделаны обкладки конденсатора, может быть разным.

Электрическая проводимость (электропроводность) — это способность веществ пропускать электрический ток под действием электрического напряжения. Электрическая проводимость — величина, обратная сопротивлению. Измеряется в сименсах (См).

Характер электропроводности может быть разный, поэтому вещества делятся на электролиты (вещества, растворы и расплавы, проводящие электрический ток) и неэлектролиты (вещества, растворы и расплавы, которые не проводят электрический ток). 

Оптика, электромагнитное излучение

Световой поток — величина, измеряемая количеством энергии, которую излучает источник света за единицу времени. В системе СИ единицей измерения светового потока является люмен (лм).

Освещенность — это величина светового потока, приходящаяся на единицу площади освещаемой поверхности. Освещенность измеряется в люксах.

Магнитный поток — физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь контура и на косинус угла между нормалью к контуру и вектором магнитной индукции. Единицей измерения магнитного потока в системе СИ является вебер (Вб).

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, модуль которой численно равен максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока. Единичный элемент тока — это проводник длиной 1 м и силой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является тесла (Тл).

Индуктивность — это физическая величина, характеризующая способность проводника с током создавать магнитное поле. Единица измерения — генри (Гн).

Атомная и ядерная физика. Радиоактивность

Радиоактивность — это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Различают радиоактивность естественную – для существующих в природе неустойчивых изотопов, а также искусственную — для изотопов, полученных с использованием ядерных реакций. Единицей измерения радиоактивности является беккерель (Бк).

Поглощенная доза ионизирующего излучения — величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм, и имеет специальное название — грей (Гр).

Эффективная доза ионизирующего излучения — величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв).

Собственные наименования имеют 22 производные единицы измерения, которые представлены в таблице 2.

Величина	Единица измерения	Обозначение
Частота	герц	Гц
Температура по шкале Цельсия	градус Цельсия	С  о
Энергия	джоуль	Дж
Плоский угол	радиан	рад
Телесный угол	стерадиан	ср
Давление	паскаль	Па
Активность катализатора	катал	кат
Сила	ньютон	Н
Мощность	ватт	Вт
Электрический заряд	кулон	Кл
Разность потенциалов	вольт	В
Сопротивление	ом	Ом
Ёмкость	фарад	Ф
Магнитный поток	вебер	Вб
Магнитная индукция	тесла	Тл
Индуктивность	генри	Гн
Электрическая проводимость	сименс	См
Световой поток	люмен	лм
Освещенность	люкс	лк
Радиоактивность	беккерель	Бк
Поглощенная доза ионизирующего излучения	грэй	Гр
Эффективная доза ионизирующего излучения	зиверт	Зв

Таблица 2. Таблица с произвольными единицами измерения в системе СИ, которые имеют собственные названия.

Преобразование единиц измерения

Рассмотрим в этом пункте только способы преобразования основных единиц измерения в системе СИ, а именно длины (м), массы (кг), времени (с), силы электрического тока (А), термодинамической температуры (К), количества вещества (моль).
Длина:

1 м = 0,001 км = 10 дм =100 см = 1000 мм

Масса:

1 кг = 0,001 т = 0,01 ц = 1000 г = 1000000 мг

Время:

1 неделя = 7 суток

1 сутки = 24 часа

1 час = 60 мин

1 мин = 60 с

Силы электрического тока:

1 А = 1000 мА = 1000000 мкА = 0,001 кА

Термодинамической температуры:

T(K)=t(С  о)+273.15

Количество вещества:

1 моль = 1000 ммоль = 0,001 кмоль

Измерение физических величин. Школьный курс физики

Главная | Физика 10 класс | Измерение физических величин

Физические величины.

Особенность физики состоит в том, что объекты её изучения обладают количественными характеристиками. Их называют физическими величинами.

Благодаря возможности получать количественные значения физических величин мы можем точно предсказать наступление определённых событий. Например, если бы хмы не умели измерять температуру тела, то никогда не смогли бы дать точный ответ на вопрос: когда закипит вода? Умея же измерять температуру тела, такой ответ можно дать без труда — вода закипит при температуре 100 °C (при нормальном атмосферном давлении). Следя за изменением температуры воды, мы можем предсказать момент её закипания.

Физические законы и теории.

Для того чтобы из наблюдений над явлениями сделать общие выводы, найти причины явлений, нужно установить количественные зависимости между различными величинами. Если такая зависимость найдена, то мы говорим, что открыт физический закон. Установление зависимостей между физическими величинами избавляет нас от необходимости проводить опыт в каждом отдельном случае. C помощью несложных вычислений можно получить ответ на вопрос в интересующей нас области явлений.

Изучая экспериментально количественные связи между физическими величинами, можно выявить некоторые частные закономерности. На их основе создают теорию явлений, объединяющую в одно целое отдельные законы.

Физическая теория обобщает, систематизирует экспериментальные данные, выявляет закономерные, существенные связи между понятиями, объясняет физические явления. Общих законов природы или фундаментальных физических теорий сравнительно немного, но они охватывают огромную совокупность явлений. К числу таких фундаментальных теорий относятся: классическая механика, молекулярно-кинетическая теория, термодинамика, электродинамика, квантовая механика и др.

Фундаментальные связи могут быть установлены только на основе эксперимента. Однако теория — это не простое объединение опытных закономерностей, она является результатом творческой работы, размышлений и воображения.

Теория позволяет не только объяснить наблюдаемые явления, но и предсказывать новые. Так, русский учёный Дмитрий Иванович Менделеев (1834—1907) на основе открытого им Периодического закона предсказал существование нескольких новых химических элементов. Британский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831 —1879) предсказал существование электромагнитных волн и давления света на основе созданной им теории электромагнитного поля. C развитием и углублением теории появляется возможность объяснить многие понятия, введённые в начале исследования. Например, только с появлением молекулярно-кинетической теории был установлен физический смысл температуры как средней меры интенсивности беспорядочного (хаотического) движения молекул.

Измерение физических величин.

Для того чтобы адекватно описать происходящие события, раскрыть сущность и установить закономерности их протекания, учёные вводят ряд физических величин: скорость, силу, давление, температуру, электрический заряд и т. д. Каждой величине нужно дать точное определение, в котором указать, как эту величину можно измерить, как провести необходимый для этого измерения опыт, чтобы получить её количественное значение. Можно смело утверждать, что какая-либо область физического знания вообще становится наукой лишь с того момента, когда мы вводим в неё измерения

1.

---

¹ Пo словам Д. И. Менделеева, «наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры».

Согласованная Международная система единиц физических величин была принята в 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам. В Международной системе СИ (сокращение от фр. Systeme International d’Unites, SI) зафиксировано семь основных единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль), две дополнительные единицы (радиан, стерадиан), а также даны приставки для образования кратных и дольных единиц. При этом от основных единиц образуют производные единицы.

Измерить физическую величину — это значит сравнить опытным путём её значение с эталоном этой физической величины. Целью эксперимента является определение численного значения физической величины. Для измерения величин используют специальные средства измерения. Например, линейка предназначена для измерения длины, секундомер — времени, термометр — температуры тел, амперметр — силы тока, вольтаметр — напряжения и т. д.

Прямые и косвенные измерения.

В физике различают прямые и косвенные измерения физических величин. Измерение называют прямым, если значение физической величины определяют непосредственно из опытных данных с помощью измерительных приборов. В качестве примеров можно привести измерения промежутков времени, длины, температуры, массы. При косвенном измерении значение физической величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и другими величинами, определяемыми путём прямых измерений, т.

е. вычисляют по формуле. Например, требуется определить ускорение тела при его равноускоренном прямолинейном движении без начальной скорости. Прямым измерением определяют время t (по секундомеру) и путь s (по линейке), пройденный телом за это время. Тогда модуль ускорения α тела можно определить по формуле: α = 2s / t² т. е. косвенным измерением.

Понятие погрешности измерения.

При проведении измерений вследствие несовершенства методов и средств измерений, изменяющихся внешних условий, получают не истинное значение измеряемой величины, а её приближённое значение. Поэтому процесс измерений можно считать завершённым только в том случае, когда указано не только значение измеряемой величины, но и возможное отклонение его от истинного значения, т. е.

погрешность измерения.

По форме числового выражения различают два вида погрешности измерения: абсолютную и относительную.

Абсолютная погрешность Δx измерения — величина возможного отклонения измеренного значения x_изм от истинного.

Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины и определяет границы числового интервала, в котором с большой вероятностью находится истинное значение величины

x.

Для истинного значения величины справедливо соотношение:

x_изм — Δx ≤ x ≤ x_изм + Δx.

Числовой интервал 2Δx, в котором с вероятностью, близкой к единице, находится истинное значение величины х, называют доверительным интервалом (рис. 1.1).

Рис. 1.1

Относительная погрешность ε измерения — безразмерная величина, равная отношению абсолютной погрешности к измеренному значению величины.

ε = Δx / x_изм .

Часто относительную погрешность измерения выражают в процентах:

ε = Δx / x_изм • 100% .

Вопросы:

1. Какие формы выражения научного знания вам известны?

2. Что означает «измерить физическую величину»?

3. Чем различаются прямые и косвенные измерения физических величин? Приведите примеры таких измерений.

4. Почему при измерении получают не истинное значение измеряемой величины, а её приближённое значение?

5. Что называют:

а) абсолютной погрешностью измерения;

б) относительной погрешностью измерения?

Как их определить в случае прямых измерений физических величин?

Предыдущая страницаСледующая страница

измерений: определение и типы | StudySmarter

Измерить — значит сравнить величину физического свойства объекта или системы с образцом или стандартом, который может сообщить нам его значение. Измерения в повседневной жизни включают:

• Измерение ветра и метеорологических условий, позволяющих летать самолетам.
• Измерение энергопотребления региона, обеспечение бесперебойной работы электросети.
• Измерение спроса на продукты в супермаркете
• Измерение волн и ветра, чтобы серферы и моряки могли безопасно выходить на улицу.
• Измерение потребления энергии в вашем доме, чтобы энергетическая компания знала сумму, которую вам нужно заплатить.
• Измерение температуры человека для проверки его здоровья.

Рисунок 1. Физическое свойство «длина» измеряется, а затем переводится в единицы с использованием стандарта.

Как измерения соотносятся с единицами измерения и физическими величинами?

Единиц сообщает нам значение физической величины, которую мы измеряем.

Деятельность по измерению объекта проводится для изучения его свойств (или физической величины), а затем сравнивается с принятой нормой для получения значения (единицы измерения). См. пример ниже:

Вы хотите узнать вес посылки. Вес – это физическое количество посылки. Вам нужно сравнить это с единицей измерения, чтобы узнать ее значение. Единицы измерения различаются в зависимости от используемой системы единиц измерения.

Измерение с использованием различных систем единиц измерения

Существует несколько различных систем единиц измерения. Наиболее общепринятой системой единиц является Международная система единиц (СИ) . Другими системами единиц являются обычная система США и имперская система.

Измерения с использованием разных систем могут давать разные значения, поскольку они измеряют одни и те же физические величины, используя разные единицы измерения. Примером этого является определение температуры в имперской системе, в которой используется шкала Фаренгейта.

Температура замерзания воды составляет 273,15 Кельвина в системе СИ и 32 F в имперской системе.

Проведение измерений

Вообще говоря, существует два метода измерений: один по эталону , а другой использует формальные единицы измерения.

Измерение по эталону

Принцип прост: вы берете объект и используете его в качестве эталона для измерения величины.

Повседневный пример — использование ложки для измерения сахара в кофе. Тем не менее, вы можете увидеть проблему с этим — ложки бывают разных размеров, и вы также можете добавить больше сахара в зависимости от того, насколько вы наполняете ложку.

Проведение измерений с использованием формальных единиц

Этот метод предполагает использование эталона, чтобы вы могли воспроизводить измерения каждый раз, когда они вам нужны.

Допустим, вам нужно 10 граммов сахара. Вам понадобятся весы, но теперь вы сможете каждый раз отмерять ровно 10 граммов сахара. Вы можете добавлять и удалять сахар, чтобы получить правильное измерение и воспроизвести его, когда захотите кофе.

Способность воспроизводить значения с использованием инструмента в качестве эталона — вот почему системы единиц измерения важны для измерений.

Проведение точных измерений

При проведении измерений важна точность. Чтобы достичь этого, вы должны следовать этим инструкциям:

1. Установите ваши инструменты на ноль.
2. Если у вас есть инструменты, которые используют метки для считывания результатов, всегда считывайте значение, глядя прямо над значениями, а не сбоку. Если вы не будете внимательны при чтении значений, могут возникнуть ошибки параллакса . Рисунок 2. При использовании инструментов с метками убедитесь, что ваши глаза находятся прямо над меткой, чтобы избежать ошибок параллакса. Источник: Мануэль Р. Камачо, StudySmarter.
3. При необходимости повторите измерения. Многие ошибки происходят из-за измерений, которые содержат незначительные ошибки. Вы можете уменьшить некоторые ошибки, измерив несколько раз, а затем усреднив результаты.

Когда вы измеряете время, необходимое маятнику для совершения полного колебания, если вы используете таймер, измеренное время будет зависеть от времени вашей реакции. В этом случае необходимо провести несколько измерений, чтобы можно было рассчитать более точное среднее значение.

Представление измерений в реальной жизни

Чтобы графически представить ваши измерения в реальной жизни, вы можете использовать график. Графики — это рисунки, в которых используются переменные «x» и «y», чтобы связать изменение одного значения с другим. Проще говоря, график — это графическое отношение двух или более переменных. Обычно x называют независимой переменной, а y — зависимой переменной.

См. пример графика ниже, показывающего, как движение маятника затухает с течением времени.

Рис. 3. Простой график, показывающий время, необходимое маятнику для раскачивания. Время сокращается с каждым измерением. Источник: Мануэль Р. Камачо, StudySmarter.

Переменная «x» представляет измерение. Первая точка — это первое измерение, где маятник приходит и уходит за 2 секунды. После первого измеренного значения x1 вы делаете второе измерение x2, затем x3, x4 и так далее.

Вторая точка — второе измерение x2. Маятник движется меньше, пока медленно не остановится. Метки на графике показывают, что значения затухают с течением времени.

Измерения – основные выводы

• Измерения сравнивают величину или значение физической величины с образцом или единицей измерения.
• Измерения важны, поскольку они позволяют нам узнать значения переменных, которые мы используем в повседневной жизни.
• Мы можем измерять по эталону или с использованием формальной системы единиц. Измерения с использованием системы единиц со стандартными значениями (например, СИ) позволяют воспроизводить измеренные значения.
• Мы должны быть осторожны при измерении значений, чтобы не допустить ошибок.

Системы измерения в физике

Автор: Стивен Хольцнер и

Обновлено: 26 марта 2016 г.

Из книги: Физика I для чайников

Физика I для чайников

Исследовать книгу Купить на Amazon в измерительные системы . Наиболее распространенная система измерения, которую вы видите в вводной физике, — это система метр-килограмм-секунда (МКС), называемая СИ (сокращение от Système International d’Unités, 9).0128 Международная система единиц), но вы также можете встретить систему фут-фунт-секунда (FPS).

В таблице перечислены основные единицы измерения в системе MKS вместе с их сокращениями.

Единицы измерения в системе МКС

Измерение	Блок	Аббревиатура
Длина	метр	м
Масса	килограмм	кг
Время	секунд	с
Сила	ньютон	Н
Энергия	джоулей	Дж
Давление	паскалей	Па
Электрический ток	ампер	А
Плотность магнитного потока	тесла	Т
Электрический заряд	кулон	С

Поскольку в разных системах измерения используются разные стандартные длины, вы можете получить несколько разных чисел для одной части задачи, в зависимости от используемого измерения. Например, если вы измеряете глубину воды в бассейне, вы можете использовать систему измерения MKS, которая дает ответ в метрах, или менее распространенную систему FPS, и в этом случае вы определяете глубину воды. вода в ногах.

Смысл? При работе с уравнениями придерживайтесь одной и той же системы измерений на протяжении всей задачи. Если вы этого не сделаете, ваш ответ будет бессмысленной мешаниной, потому что вы меняете измерительные палочки для нескольких предметов, пытаясь прийти к одному ответу. Смешивание размеров вызывает проблемы — представьте, что вы испекли пирог, где по рецепту требуется 2 стакана муки, а вместо этого вы используете 2 литра.

Эта статья из книги:

• Физика I для чайников,

Об авторе книги:

Доктор Стивен Хольцнер написал более 40 книг по физике и программированию. Он был редактором журнала PC Magazine и преподавал в Массачусетском технологическом институте и Корнелле.