Site Loader
Posted on 11.07.1972

Содержание

Обозначения физических величин, система СИ — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Обозначения физических величин и другие сведения о системе СИ приводятся здесь в качестве справочного материала, так как они требуются при решении многих задач по физике. И хотя на большинстве экзаменов, в том числе и на ЦТ или ЕГЭ, все физические величины указываются вместе со своими единицами измерения, тем не менее очень важно всегда точно знать и хорошо уметь переводить любые единицы измерения любых физических величин в систему СИ, так как в большинстве задач корректно рассчитать ответ можно только выполняя расчеты именно в системе СИ.

 

Изучать обозначения физических величин и систему СИ онлайн:

 

Как успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике?

Для того чтобы успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике, среди прочего, необходимо выполнить три важнейших условия:

  1. Изучить все темы и выполнить все тесты и задания приведенные в учебных материалах на этом сайте. Для этого нужно всего ничего, а именно: посвящать подготовке к ЦТ по физике и математике, изучению теории и решению задач по три-четыре часа каждый день. Дело в том, что ЦТ это экзамен, где мало просто знать физику или математику, нужно еще уметь быстро и без сбоев решать большое количество задач по разным темам и различной сложности. Последнему научиться можно только решив тысячи задач.
  2. Выучить все формулы и законы в физике, и формулы и методы в математике. На самом деле, выполнить это тоже очень просто, необходимых формул по физике всего около 200 штук, а по математике даже чуть меньше. В каждом из этих предметов есть около десятка стандартных методов решения задач базового уровня сложности, которые тоже вполне можно выучить, и таким образом, совершенно на автомате и без затруднений решить в нужный момент большую часть ЦТ. После этого Вам останется подумать только над самыми сложными задачами.
  3. Посетить все три этапа репетиционного тестирования по физике и математике. Каждый РТ можно посещать по два раза, чтобы прорешать оба варианта. Опять же на ЦТ, кроме умения быстро и качественно решать задачи, и знания формул и методов необходимо также уметь правильно спланировать время, распределить силы, а главное правильно заполнить бланк ответов, не перепутав ни номера ответов и задач, ни собственную фамилию. Также в ходе РТ важно привыкнуть к стилю постановки вопросов в задачах, который на ЦТ может показаться неподготовленному человеку очень непривычным.

Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов, а также ответственная проработка итоговых тренировочных тестов, позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того, на что Вы способны.

 

Нашли ошибку?

Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на электронную почту (адрес электронной почты здесь). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка.2`.

Тіло масою 400 г перебуває на висоті 35 м над поверхнею землі. Обчисліть потенціальну енергію тіла відносно поверхні землі.А 14 Джв 1,4 кДжБ 140 Джг 1 … 4 кДж​

Ход работы: 1. Положить под середину линейки карандаш, чтобы линейка находилась в равновесии. 2. Положить на один конец линейки резинку. 3. Уравнов … есить рычаг с помощью монет. 4. Учитывая, что масса монет 1 т – 1 г, 5 т – 5 г, 10 т – 10 г. Вычислить массу резинки , m1, кг. 5. Сместить карандаш к одному из концов линейки. 6. Измерить плечи l1 и l2, м. 7. Уравновесить рычаг с помощью монет m2, кг. 8. Определить силы, действующие на концы рычага F1 = m1*g, F2 = m2*g 9. Вычислите момент сил M1 = F1*l1, М2 = F2*l2 10. Заполните таблицу. l1, м l2, м m 1, кг m 2, кг F 1, Н F2, Н М1 , Н *м M 2, Н *м

35 быллов срочно!!!!!!!

Помагите пожалуйста.Мальчик Боря сам собирает радиоуправляемые машинки. Чтобы понять, удачной лиПолучилась машинка, Боря определяет её скорость на тес … товой дистанции. После проверкиодной из машинок Боря потерял листок с расчётами и всё, что у него осталось, это графикзависимости пройденной машинкой дистанции от времени её движения. Помогите Боренайти скорость движения машинки.​

Помагите плиз. Для приготовлення домашнего майонеза Лизе нужно 270 г оливкового масла. К сожалению,у неё под рукой нет весов, но зато в кухонном шкаф … у есть мерный стаканчик для жидкостей.Лиза нашла в учебнике физики таблицу, в которой было указано, что плотность оливковогомасла равна 0,9 г/см. Какой объём масла нужно отмерить Лизе?​

Визначити сулу струму та опір електричного кола якщо відомо що R1=R2=R3=25 Oм, R4=R5=R6=31 Oм, R7=R8=R9=40 Oм. U=225В. *

Новые измерения редких распадов B+ мезонов заинтриговали физиков

Новые измерения редких распадов B+ мезонов заинтриговали физиков

Пятница, 20 ноября 2020

В октябре 2020 года эксперимент LHCb, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), рассказал о новых измерениях, проведенных для редкого распада B+ →K*+μ+μ–. Амплитудный анализ указывает на отличие полученных результатов от предсказаний Стандартной модели, наблюдаемый в другом распаде: B0 →K*0μ+μ–.

Изучение распадов очарованных и прелестных адронов, в которых в конечном состоянии формируется

e+e–— или μ+μ–-пара, – это одно из ключевых направлений экспериментального поиска указаний на проявление эффектов, лежащих за пределами Стандартной модели физики частиц (СМ). В рамках СМ такие переходы подавлены в первом порядке теории, так как распады под действием слабых сил идут в основном за счет испускания заряженных W±-бозонов (или обмена этими частицами-переносчиками слабого взаимодействия). W±-бозоны могут формировать только пару, состоящую из заряженного и нейтрального лептонов: W→lνl. Переходы с образованием e+e
–— или μ+μ–-пар возможны в более высоких порядках теории. Они обеспечиваются так называемыми петлевыми диаграммами (см. рисунок 1), когда в промежуточном состоянии возникают несколько массивных частиц СМ. Вероятности таких распадов очень малы. Для D-мезонов они порядка 10–13, а для B-мезонов порядка 10–6–10–9, причем для последних предсказания СМ довольно надежны. На фоне таких малых величин могут проявлять себя эффекты Новой физики (НФ). При этом регистрация таких каналов распада относительно проста, поэтому они и являются ключевыми для поиска НФ.

За десятилетия работы БАК выпущено множество работ, посвященных исследованию таких процессов. Одним из самых интригующих результатов этих измерений стала так называемая

P5’-аномалия, возникающая при амплитудном анализе распадов B0 →K*0(→Kπ)μ+μ–. Исследуя угловые распределения продуктов распада, экспериментаторы проводят сравнение накопленных данных с предсказаниями СМ. Для одной из наблюдаемых величин, обозначаемой P5’, данные свидетельствуют о расхождении теории и эксперимента в области квадрата масс μ+μ–-пары q2=4-8 ГэВ2/c4. Сейчас обработаны данные, набранные в 2011-12 гг. и в 2016 г. (см. рисунок 2).

На проходившей этой осенью миниконференции Implications of LHCb measurements and future prospects эксперимент представил измерения для новой цепочки распада B+ →K*+(→KS0(→π+π–)π+)μ+μ–. Для неё также имеются довольно точные теоретические предсказания. Экспериментально полученные значения для наблюдаемой P5’ в области квадрата масс мюонной пары 4-8 ГэВ2/c4 также легли выше теоретически предсказанных значений. Конечно, если бы не было измерений для B0 

→K*0μ+μ– канала, то физики вряд ли бы обратили внимание на столь незначительное расхождение, но небольшой сдвиг в сторону уже известной аномалии интригует.

Сейчас экспериментаторы работают в тесном сотрудничестве с теоретиками и уже на стадии анализа данных пытаются понять: «Какому из сценариев НФ соответствует отклонение?» В результате анализа всех наблюдаемых для B+→K*+μ+μ– распадов было получено указание на то, что описание процесса можно улучшить, если ввести в рассмотрение эффекты НФ. Статистическая значимость улучшения составляет чуть более трех стандартных отклонений. Следует заметить, что точно такая же НФ улучшит и описание

B0 →K*0μ+μ– канала (также примерно на уровне 3σ)!

Отметим, что пока результаты исследования B+→K*+μ+μ– распадов носят предварительный характер. Подробнее с анализом можно познакомиться, изучив презентацию LHCb. В заключение следует отметить, что сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» -ПИЯФ принимают активное участие в работе эксперимента LHCb. Сотрудники Отделения физики высоких энергий Института отвечают за Мюонную систему эксперимента. Бесперебойная работа детектора мюонов крайне необходима для анализа редких распадов с испусканием мюонной пары.

от измерения кубитов до алгоритма Шора

Телепортация, путешествие во времени или в параллельные миры — все это следствия появления такой науки, как квантовая физика. Но если телепортация для людей пока возможна лишь в теории, то реальные кейсы, где применяются квантовые вычисления, уже существуют. Ильназ Маннапов, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Квантовые методы обработки данных» (КФУ), выступил на фестивале науки и технологии «ПРОСТО», организованном российским ИТ-вузом, и рассказал о влиянии квантовых вычислений и физики на человеческое мировоззрение.

Почему квантовая физика должна испугать

«Если квантовая физика вас не испугала, значит, вы ее не поняли», — как-то сказал один из создателей квантовой физики Нильс Бор. Многие из нас знают про такие явления, как телепортация, путешествие в параллельные миры или в будущее. Но не все знают, что данные явления являются следствиями такой науки, как квантовая физика.

В конце XX века многие исследователи поняли, что квантовую физику можно использовать при создании нового вида компьютеров. Можно сказать, что исследователи, которые занимаются вопросами квантовых вычислений, готовят теоретическую основу для телепортаций, путешествий во времени либо в параллельные миры.

В контексте классических вычислений есть такое понятие, как 1 бит — это единица представления или хранения информации. Аналогично классическому биту можно определить квантовый бит, который является единицей квантовой информации. Один классический бит может в себе хранить каждый момент времени одно из двух состояний: либо ноль, либо единицу. С физической точки зрения — это наличие или отсутствие электрического сигнала. Как и в классическом случае, в квантовом есть состояния — 0 и 1. Но, в отличие от классических вычислений, 1 кубит может хранить в себе суперпозицию этих состояний. То есть состояние квантового бита в общем случае определяется двумя характеристиками, или двумя параметрами. Первый параметр отвечает за вероятность нулевого состояния, а второй — за вероятность первого состоянии. Квантовый бит в некотором роде — некое вероятностное состояние, однако из него можно извлечь классическую информацию. Для этого используется специальная операция под названием измерение.

thecode.media

Базисные состояния в квантовом случае не являются единственными возможными состояниями. Также есть состояние, к примеру, плюс-минус, и нужно отметить, что базисное состояние зависит от физической реализации квантового бита.

Квантовые вычисления и их отличия от классических

Любые классические вычисления основываются на некоторых классических преобразованиях. То есть это некие действия, которые мы можем предпринимать с классическим видом. К примеру, оператор НЕ инвертирует значение классического бита. То есть если на входе мы получаем 0, то на выходе получаем 1, и наоборот. Для работы с квантовым битом используются квантовые преобразования. Есть одно отличие, которое обособляет квантовые преобразования от классических. Квантовые преобразования являются обратимыми. Действие любого из них можно обратить с помощью некоторого другого также квантового преобразования. И, в отличие от классических вычислений, для квантовых можно определить еще одну операцию под названием «измерение». С помощью этого преобразования мы можем извлекать классическую информацию из квантового бита.

miro.medium.com

Работу квантового компьютера можно определить с помощью, соответственно, квантовой схемы. Если классическая схема состоит из классических преобразований, то квантовая схема — из квантовых.

Квантовые вычисления, в отличие от классических, являются молодой наукой, но уже есть интересные примеры их применения. К примеру, такая область, как криптография — защита информации, задачи оптимизации хорошо решаются с помощью квантовых компьютеров. При создании реального сопоставимого с классическими компьютерами квантового вычислителя мы сможем решить некоторые задачи быстрее, чем классические компьютеры.

Идея сверхплотного кодирования заключается в том, чтобы с помощью одного квантового бита передавать два классических бита. Почему же такое кодирование называется сверхплотным? Вспомним черную дыру — это некое физическое тело, вся масса которого схлопывается в одну точку сингулярности. Однако в квантовом случае все намного прозаичнее, речь идет про сжатие данных, причем даже не столь внушительное — просто передача с помощью одного кубита двух классических битов.

Два кубита называются запутанными, если, измеряя или извлекая классическую информацию из первого кубита, мы можем с точностью определить состояние второго кубита. Простой пример: допустим, есть брат и сестра Боб и Алиса. Ежедневно на завтрак или на обед мама им подготавливает контейнер с едой. Она либо кладет салат, либо бутерброд с сыром. При этом ни Алиса, ни Боб, уходя в школу, не знают содержимое контейнера. И только приходя в школу, они открывают свои контейнеры: Алиса видит салат, и уже точно знает, что в контейнере у Боба. Другой более интересный пример — это пара носков. Допустим, вы проснулись утром и хотите надеть носки, надевая один из носков на правую ногу, вы точно будете знать, что второй носок принадлежит левой ноге или будет левым носком. Сверхплотное кодирование как раз-таки основано на явлении запутанности.

Телепортация — физическое перемещение объектов из одного места в другое за короткий промежуток времени. Такое явление придумано в квантовых вычислениях, а в квантовой физике экспериментально продемонстрировано. Однако в данном случае мы перемещаем не все физическое тело, а всего лишь состояние одного кубита. Можно отметить, что дело уже осталось за малым, теперь нужно научиться расщеплять физические тела на элементарные частицы, а далее после передачи с помощью квантового канала связи обратно собирать из них физические тела. Данное явление также основано на явлении запутанности.

«Допустим, есть советский шпион…»

Следующий пример — это протокол BB84, который относится к области криптографии. Предположим, у нас есть некий советский шпион, цель которого — обмениваться информацией с генеральным штабом. Есть несколько вариантов решения данной задачи. Один из вариантов — использование ключа, с помощью которого шпион мог бы шифровать сообщение, а принимающая сторона — расшифровывать. Есть две проблемы: как получить данный ключ, чтобы никто не смог его подделать, и, во-вторых, как обменяться ключом таким образом, чтобы никто не смог его перехватить. Протокол BB84 решает данную проблему.

В начале шпион имеет некий генератор случайных битов и с его помощью генерирует случайные биты. В качестве квантового бита он использует одиночные фотоны. С их помощью он шифрует или сохраняет классическую информацию в одиночный фотон, назовем его просто кубитом. В данном случае при записи классического бита в кубит может быть использовано два вида базисов. В качестве базисов используются различные поляризации одиночного фотона. Для упрощения действия назовем эти базисы белым и желтым базисом. Что это значит: с помощью белого и желтого мы можем шифровать как значение 0, так и значение 1. Если мы используем желтый базис, то поляризация фотона — диагональная, и она будет хранить значение 0; если на вход мы получаем 1, то используется антидиагональная поляризация, и, следовательно, с помощью нее передаем 1. Если используется белый базис, то с помощью горизонтальной поляризации передается состояние 0, а с помощью вертикальной — 1. Шпион выбирает произвольно эти базисы: ни он, ни кто-нибудь другой не знает, какой именно он выберет. Полученные фотоны с определенной поляризацией передаются в генеральный штаб, который также обладает этими базисами: с их помощью там производят измерение полученного квантового бита. В генштабе не знают, какие именно базисы использовал советский шпион, следовательно, там произвольно выбирают эти базисы. Но, с точки зрения теории вероятностей, в половине случаев они угадают эти базисы. И, следовательно, где-то в половине случаев из всех у них будут совпадать использованные базисы — и полученные и переданные классические биты. Далее генеральный штаб передает те базисы, которые он использовал, а шпион, в свою очередь, сообщает, в каких именно позициях произошло совпадение. Строка, которая была получена из выжатых состояний, и становится ключом. То есть если шпион отправляет 1 000 бит классической информации, то в итоге ключ будет составлять порядка 500 символов, или 500 бит.

Есть третий человек, условный Мюллер, цель которого — подслушать процесс обмена ключом. Как это он делает? Допустим, он тоже знает все те базисы, которые используются шпионом и генштабом. Он становится посередине и начинает принимать одиночные кубиты с помощью своих базисов. Он тоже не знает, какие именно базисы использовал советский шпион, произвольно выбирает между желтым и белым базисом. В 50% случаев он угадает. Следовательно, 50% кубитов уйдут в том же состоянии, в котором и были получены. Однако порядка 50% уйдут уже в измененном состоянии. Как результат, генеральный штаб при получении этих кубитов только в четверти случаев будет получать именно те состояния, которые были отправлены, в принципе, это и будет сигналом того, что их кто-то подслушивает. Если бы их никто не подслушивал, то 50% их ключей бы совпадали. Однако если кто-то будет их подслушивать, только в четверти случаев ключи будут совпадать. Следовательно, первая проблема, которую мы с вами озвучивали, — о том, что как именно сгенерировать ключ, чтобы никто не подслушивал, таким образом и решится. Как только они узнают, что их кто-то подслушивает, то могут поменять канал связи. То есть выбрать уже другой квантовый канал. Вторая проблема: как именно обменяться ключом, чтобы никто не смог перехватить, в данном случае решается сама собой, так как никакой проблемы обмена ключом в данном случае не существует.

Когда появятся реальные квантовые компьютеры

На данный момент квантовые компьютеры уже есть и даже промышленно практически используются. На самом деле это компьютеры, которые в какой-то мере используют квантовые эффекты. Данные вычислители решают ограниченный круг задач и в основном используются для решения некоторых оптимизационных задач. К примеру, компания d-wave — один из разработчиков почти квантовых компьютеров. Среди клиентов данной компании можно назвать таких гигантов, как Google, несколько автоконцернов также используют почти квантовые компьютеры.

На сегодняшний день уже известно несколько разработок, которые ведутся в создании реальных квантовых компьютеров. Буквально год назад была разработана экспериментальная модель квантового компьютера, который работает с двумя кубитами. Для решения реальных задач данные квантовые компьютеры тоже не подходят, однако важно отметить, что их работа хорошо демонстрирует работу тех принципов, на которых теоретически основываются квантовые вычислители.

В 2019 году был представлен квантовый компьютер, состоящий и работающий с 20 кубитами. Данный компьютер используется чисто для демонстрации того, что принципы квантовых вычислений работают. Это можно сравнить с двумя мегабайтами, к примеру, оперативки в современном мире, то есть, в принципе, это ни о чем.

Сейчас высказываются гипотезы, что квантовая запутанность и явление кротовых нор — одно и то же явление. Более того, кротовые норы сами по себе основаны на таком явлении, как квантовая запутанность. Это говорит о том, что в будущем, как вариант, можно будет создавать кротовые норы уже искусственным путем. То есть запутывая некие квантовые биты между собой.

Как измерить квантовый бит

Существует три взгляда на измерение квантового бита. Первый взгляд — это копенгагенская теория, классический взгляд на процесс измерения. Она гласит, что с помощью измерения мы, получая некий классический результат, влияем на измеряемый кубит. Если рассматривать в контексте электрона, то измерение электрона представляется в виде некой волны — то есть это некая волновая функция. Но измерение приводит к тому, что данная волновая функция схлопывается, и мы имеем дело уже с частицей. Важно упомянуть про неопределенность Гейзенберга, которая гласит: что мы не можем знать про волновую функцию и местоположение электрона одновременно. То есть если мы будем измерять электрон, то потеряем характеристики волновой функции. И наоборот, зная характеристики волновой функции, мы не можем определить местоположение электрона.

Второй взгляд — это теория Дэвида Бома, которая гласит, что мы просто владеем не всей информации о системе, а в реальности и до измерения, и после измерения волновая функция никуда не девается. Просто есть некие скрытые параметры, которых мы не знаем. И зная эти дополнительные характеристики, мы можем установить как точное местоположение электрона, так и характеристики волновых функций. Это можно сравнить с подбросом обычной монеты. Если рассматривать с классической точки зрения, подброс монеты считается процессом рандомным, то есть результат нельзя предсказать. Однако, с точки зрения физики, мы можем с точностью определить, зная некоторые дополнительные характеристики, какой именно стороной упадет монета. К примеру, начальную силу удара либо силу сопротивления воздуха и так далее.

И третий взгляд на процесс измерения — это теория множественных миров. Данную теорию высказал Хью Эверетт. Она гласит, что при измерении происходит некое расщепление физического мира. И та ипостась, которую мы наблюдаем, местоположение электрона, реальна только в нашем мире. Параллельно создаются другие миры, в которых реальна уже другая ипостась электрона. Развивая теорию Эверетта, один из создателей квантовых вычислений в своё время сказал, что, таким образом, сама Вселенная является неким квантовым компьютером и производит вычисления.

Причиной появления постквантовой криптографии стал был теоретический квантовый алгоритм, позволяющий взломать существующие системы шифрования. Одна из них является основой безопасности многих интернет-банкингов, а также основой шифрования веб-сайтов. Предположим, есть советский шпион, цель которого — передавать информацию в генштаб, а есть третья сторона, которая может это все подслушивать. До этого мы рассматривали шифрование с помощью одного ключа, но в данном конкретном случае предлагается другой метод. Есть протокол RSA, цель которого следующая: генерируется два ключа — открытый ключ и закрытый; с помощью закрытого ключа производится расшифровывание полученного сообщения, а с помощью открытого — шифрование. Данный протокол позволяет реализовывать данный алгоритм, то есть создавать открытый и закрытый ключи.

В конце XX века Питером Шором был предложен новый алгоритм, позволяющий взломать основу алгоритма RSA. Данный алгоритм является полностью квантовым, и, следовательно, возникновение реально работающего квантового компьютера позволит взломать современные системы защиты. Как результат возникла новая наука, которая рассматривает новые алгоритмы, чтобы сделать устойчивые методы шифрования к взлому квантовым компьютером.

Читайте также:

Создана первая точная карта мира. Что не так со всеми остальными?

Изменение климата сместило ось Земли

В НАСА рассказали, как они доставят образцы Марса на Землю

10 крупнейших открытий в области физики за 2016 год

  • Пол Ринкон
  • Отдел науки, Би-би-си

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Парадокс Шрёдингера известен давно, но продемонстировать его на физическом уровне до сих пор не удавалось

Обнаружение гравитационных волн в пространстве-времени, а также первая практическая демонстрация знаменитого парадокса Шрёдингера включены в список крупнейших достижений физики за 2016 год, по версии журнала Physics World.

В нем также присутствует и открытие первой экзопланеты в ближайшей к нам звездной системе.

Обнаружение гравитационных волн, признанное крупнейшим открытием года, было достигнуто научным сообществом LIGO, в котором участвует более 80 научных институтов всего мира.

Сообщество использует несколько лабораторий, пытающихся обнаружить отклонения в структуре пространства-времени, возникающие при прохождении мощного лазерного импульса в вакуумном тоннеле.

Первый сигнал, зафиксированный ими, был порождением столкновения двух черных дыр на расстоянии более миллиарда световых лет от Земли.

По словам Хамиша Джонстона, редактора журнала Physics World, где опубликован список достижений, эти наблюдения стали первым прямым свидетельством существования черных дыр.

Автор фото, LIGO/T. Pyle/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Подпись к фото,

Альберт Эйнштейн первым предположил возможность существования гравитационных волн

Среди других крупнейших физических открытий года:

Кот Шрёдингера: ученые в течение многих лет ломают голову над загадкой кота Шрёдингера. Это мысленный эксперимент австрийского ученого Эрвина Шредингера. Кот находится в ящике. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное атомное ядро и ёмкость с ядовитым газом. Парадокс заключается в том, что животное может быть живым или мертвым в одно и то же время. Узнать это точно можно, только открыв ящик. Это означает, что открытие ящика выделяет одно из множества состояний кота. Но до того, как ящик будет открыт, животное нельзя считать живым или мертвым — кот может находиться в двух состояниях одновременно.

Однако американские и французские физики впервые смогли отследить состояние кота на примере внутреннего устройства молекулы, проявляющегося в одновременном нахождении системы в двух квантовых состояниях.

Для этого специалисты привели молекулы в возбужденное состояние с помощью рентгеновского лазера (разера). Из полученных дифракционных картин высокого пространственного и временного разрешений физики смонтировали видео.

Компактный «гравиметр»: ученые из университета Глазго построили гравиметр, которые способен очень точно измерять силу тяжести на Земле. Это компактное, точное и недорогое устройство. Прибор может быть использован при поиске полезных ископаемых, в строительстве и исследовании вулканов.

Ближайшая к нам экзопланета: астрономы обнаружили признаки присутствия в системе Проксима Центавра планеты, находящейся в обитаемой зоне. Эта планета, получившая название Proxima b, по массе всего в 1,3 больше Земли и может иметь жидкую воду на своей поверхности.

Автор фото, ESO/M.Kornmesser

Подпись к фото,

Так может выглядить поверхность планеты Proxima b

Квантовое запутывание: группе физиков из США удалось впервые продемонстрировать эффект квантовомеханического запутывания на примере макроскопической механической системы.

Развитие экспериментальных методов изучения квантовых систем и отработка методик по запутыванию разного рода объектов должна, по прогнозам физиков, привести к появлению принципиально новых компьютеров.

Чудо-материал: ученым удалось впервые измерить свойство материала графена — так называемую негативную рефракцию. Это явление может быть использовано при создании новых типов оптических устройств, например, крайне чувствительных линз и объективов.

Атомные часы: немецкие физики обнаружили трансмутацию изотопа тория-229, которая может стать основой конструкции нового типа атомных часов. Такие часы будут гораздо более устойчивыми, чем существующие приборы этого типа.

Оптика для микроскопов: шотландские ученые из Университета Стратклайда создали новый тип линзы для микроскопов, получившей название Mesolens. Новые линзы имеют большое поле зрения и высокое разрешение.

Автор фото, Mesolens

Подпись к фото,

Эти структуры в мозгу крыс были зафиксированы новым микроскопом на основе линз Mesolens

Сверхбыстрый компьютер: австрийские ученые достигли крупного успеха в разработке квантовых компьютеров. Они создали модель фундаментальных взаимодействий элементарных частиц, которая может применяться прототипами квантовых компьютеров.

Атомный двигатель: ученые из университета Майнца в Германии разработали прототип теплового двигателя, который состоит из одного атома. Он конвертирует разницу в температуре в механическую работу, помещая единственный ион кальция в ловушку в форме воронки.

ФГУП ВНИИОФИ : Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений

Единица измерения физической величины (англ. unit of measurement) – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин. Примечание. На практике широко применяется понятие узаконенные единицы, которое раскрывается как «система единиц и (или) отдельные единицы, установленные для применения в стране в соответствии с законодательными актами».

Система единиц физических величин (англ. system of units of measurement) – совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин.

Основная единица системы единиц физических величин (англ. base unit of measurement) – единица основной физической величины в данной системе единиц. Пример. Основные единицы Международной системы единиц (СИ): метр (м), килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К), моль (моль) и кандела (кд).

Дополнительная единица системы единиц физических величин (англ. supplementary unit) – термин «дополнительная единица» был введен в 1960 г. Дополнительными единицами являлись «радиан» и «стерадиан». XIX ГКМВ это понятие упразднено.

Производная единица системы единиц физических величин (англ. derived unit of measurement) – единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными.

Системная единица физической величины – единица физической величины, входящая в принятую систему единиц. Примечание. Основные, производные, кратные и дольные единицы СИ являются системными. Например: 1 м; 1 м/с; 1 км; 1 нм.

Внесистемная единица физической величины (англ. off-system unit of measurement) – единица физической величины, не входящая в принятую систему единиц. Примечание. Внесистемные единицы (по отношению к единицам СИ) разделяются на четыре группы:

  • допускаемые наравне с единицами СИ;
  • допускаемые к применению в специальных областях;
  • временно допускаемые;
  • устаревшие (недопускаемые).

Когерентная производная единица физической величины (англ. coherent unit of measurement) – производная единица физической величины, связанная с другими единицами системы единиц уравнением, в котором числовой коэффициент принят равным 1.

Когерентная система единиц физических величин (англ. coherent system of units of measurement) – система единиц физических величин, состоящая из основных единиц и когерентных производных единиц. Примечание. Кратные и дольные единицы от системных единиц не входят в когерентную систему.

Кратная единица физической величины (англ. multiple of a unit of measurement) – единица физической величины, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы. Пример. Единица длины 1 км = 103 м, т.е. кратная метру; единица частоты 1 МГц (мегагерц) = 106 Гц, кратная герцу; единица активности радионуклидов 1 МБк (мегабеккерель) = 106 Бк, кратная беккерелю.

Дольная единица физической величины (англ. sub-multiple of a unit of measurement) – единица физической величины, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы.

Размер единицы физической величины – количественная определенность единицы физической величины, воспроизводимой или хранимой средством измерений. Примечание. Размер единицы, хранимой подчиненными эталонами или рабочими средствами измерений, может быть установлен по отношению к национальному первичному эталону. При этом может быть несколько ступеней сравнения (через вторичные и рабочие эталоны).

 

Вернуться к списку разделов

Физические основы механики

Результаты многочисленных опытных наблюдений обобщают в виде физических законов, которые представляют собой некоторые утверждения относительно связей между теми или иными физическими величинами. Для проверки на опыте этих утверждений необходимо независимыми способами измерить все те величины, которые связаны в данном физическом законе. Измерение любой физической величины проводится путем её сравнения с определенным стандартным значением,принятым за единицу этой величины.Эти единицы обязательно должны указываться вместе с численным значением результата. Метрическая система мер, созданная в эпоху Великой французской революции, по мысли ее авторов должна была служить «на все времена, для всех народов, для всех стран».

Основные единицы измерения выбираются произвольно.

Поясним факт произвольности выбора основных единиц следующими примерами. Длину можно с одинаковым успехом измерять в аршинах, саженях, футах, ярдах, метрах и так далее. Расстояние от Москвы до Петербурга по железной дороге составляет 650 километров (км), это же расстояние в морских милях (1 международная морская миля равна 1852 метрам) равно примерно 351 морской миле. Массу можно измерять в килограммах или, например, в фунтах. Можно указать: фунт британский торговый — 453,592 грамма (г), фунт тройский или аптекарский — 373,242 г, русский фунт, употреблявшийся до введения метрической системы — 409,512 г.

Рис. 1.2. Масса в природе и технике

Для тех, кто внимательно следит за международной торговлей золотом, укажем, что на этих торгах, по традиции, указывается стоимость тройской унции золота, то есть 31,1034768 грамма (1/12 аптекарского фунта).

Цель указанных примеров состоит в том, чтобы показать, что свобода (произвольность) выбора основных единиц измерения способна привести к весьма дорогостоящей путанице. В действительности свобода выбора основных единиц, претендующих на то, чтобы, как сказано выше, служить «на все времена, для всех народов, для всех стран», ограничена целым рядом жестких требований. А именно (цитируем по книге А.Г. Чертова «Международная система единиц измерения», Москва, Росвузиздат, 1963):

1.»Число основных единиц системы необходимо свести к разумному минимуму. С увеличением числа основных единиц системы увеличивается и число размерных коэффициентов в физических формулах, что создает неудобство при использовании системы.

Наоборот, в системе с меньшим числом основных единиц уменьшается число размерных коэффициентов. Однако с уменьшением числа основных единиц системы увеличивается число производных единиц с одинаковой размерностью, что также создает неудобство при пользовании системой единиц.

Опыт показывает, что наиболее удачной системой единиц для измерения механических величин оказалась система с тремя основными единицами: единицами длины, массы и времени или длины, силы и времени. Для измерения величин молекулярной физики наиболее удобной является система с четырьмя основными единицами: единицами длины, массы, времени и температуры. Для измерения электромагнитных величин применяются системы также с четырьмя основными единицами.

2.Нужен рациональный выбор основных единиц. Необходимо, чтобы как сами основные единицы, так и полученные на их основе производные единицы по своему размеру были удобны для практических целей. Кроме того, основные единицы должны быть такими, чтобы их можно было воспроизвести в виде эталонов или эталонными установками с точностью, удовлетворяющей требованиям науки и техники.

3.Система должна быть когерентной, т. е. чтобы во всех определяющих уравнениях коэффициент пропорциональности являлся безразмерной величиной, равной единице.

4.Система должна содержать единицы измерения всех величин, входящих в те разделы физики, для которых система предназначена.

5.Система должна содержать только одну единицу измерения для каждой физической величины.

6.Система единиц, предназначенная для определенного раздела физики, должна являться основанием для построения систем единиц других разделов физики или быть их логическим развитием.

Например, система механических единиц МКС является основанием для построения системы электромагнитных единиц МКСА. В свою очередь система МКСА является результатом логического распространения системы МКС на область электромагнитных явлений.

Наличие такой логической связи между отдельными системами, действующими в различных разделах физики, позволяет создать единую систему, охватывающую широкий круг областей физической науки».

В последнее десятилетие (1950–1960 годы) была проделана большая работа международными организациями по созданию такой системы. Эта система основывается на шести основных единицах и получила название Международной системы единиц (SI) — начальные буквы французского наименования Systeme International.

Международная система единиц (SI, по-русски СИ) была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам, с 1 января 1963 года она введена в СССР в качестве Государственного стандарта.

Основной особенностью современных единиц является то, что между единицами разных величин устанавливаются зависимости на основе тех или иных законов или определений, которыми связаны между собой измеряемые величины. Таким образом, из нескольких условно выбираемых основных единиц строятся производные единицы.

Рис. 1.3. Скорость в природе и технике

Единицы, которые выводятся из основных и дополнительных с помощью физических законов и определений, называются производными единицами.

Совокупность основных, дополнительных и производных единиц измерения называется системой единиц измерения.

В зависимости от выбора основных и дополнительных единиц измерения могут быть построены различные системы единиц измерения, отличающиеся практической целесообразностью и удобством пользования.

Рис. 1.4. Плотность вещества в природе

Отметим, что в физике вообще и в теоретической физике в особенности широко используются системы так называемых натуральных единиц. Подробно речь о таких системах единиц пойдет в тех разделах, где их использование общепринято, здесь же приведем один пример для краткого пояснения того, что имеется ввиду.

Атомная система единиц вводится из следующих соображений. В атоме (молекуле) главным действующим лицом является электрон, Это связано с тем, что ядра в несколько тысяч раз тяжелее электронов и, как правило, могут считаться неподвижными. Действительно, отношение массы самого легкого ядра — протона к массе электрона равно 1836. Главным взаимодействием, определяющим свойства атома, является электромагнитное, прежде всего электростатическое — кулоновское. Наконец, атом — квантовый объект: классическая (не квантовая) теория его свойства не описывает. В этих условиях естественно предположить (так оно и есть), что масштабы «атомного мира» определяются такими фундаментальными мировыми постоянными как: 1) масса электрона ; 2) элементарный заряд — модуль заряда электрона, он же заряд протона ; 3) квантовая постоянная — постоянная Планка . Другими словами, естественно положить , что означает лишь следующее: массы всех объектов будем измерять в массах электрона, все заряды — в зарядах протона, а все величины с размерностью момента импульса или произведения энергии на время — в постоянных Планка. В этих единицах масса протона равна 1836, а заряд ядра равен числу протонов в ядре, то есть атомному номеру соответствующего элемента. К примеру, единица длины равна радиусу первой боровской орбиты электрона в атоме водорода метра; единица скорости равна метра в секунду (c — скорость света в вакууме), а единица энергии равна Дж. Столь крупная единица скорости — больше двух тысяч километров в секунду и столь малые единицы длины и энергии безусловно крайне неудобны в технике (см. ниже систему СИ) и, тем более, в быту, но очень удобны в мире атомов и молекул.

Такого рода системы единиц замечательны главным образом тем, что никак не связаны с параметрами человеческого организма (не антропогенные единицы) или другими «местными» — Земными масштабами. Под антропогенностью имеется ввиду следующее: секунда — примерно интервал времени между двумя последовательными «ударами» сердца спокойно лежащего здорового человека, метр — примерно расстояние от левого плеча до концов пальцев горизонтально вытянутой правой руки, сажень — расстояние между концами пальцев горизонтально вытянутых рук, килограмм — примерно масса двух кулаков взрослого мужчины. Связывать одну из единиц времени, а именно сутки, с периодом вращения Земли тоже не очень хорошо: во-первых, период вращения Земли меняется, а во-вторых, другие разумные существа могут и не знать периода обращения Земли вокруг своей оси, такая единица времени будет им совершенно непонятной.

В Международной системе единиц СИ (начальные буквы французского наименования Systeme International) в качестве основных выбраны следующие семь единиц:

Основные единицы измерения

В квадратных скобках указано общепринятое обозначение для размерностей: длину можно измерять в метрах, ярдах или попугаях, но обозначение L (от англ. length) всегда подскажет нам, что мы имеем дело с длиной. Аналогично вводится обозначение размерности времени Т (от англ. time).

Рис. 1.5. «Хронография» развития Вселенной

Кроме основных, в системе СИ используются дополнительные единицы.

Дополнительные единицы измерения

  • Единица измерения плоского угла [], 1 рад (радиан). Радиан — это центральный угол, опирающийся на дугу, длина которой равна ее радиусу (рис. 1.6).

    • Рис. 1.6 Определение единицы плоского угла в СИ

  • Единица измерения телесного угла [], 1 ср (стерадиан). Телесный угол в 1 Стерадиан — это телесный угол, опирающийся на участок сферической поверхности произвольной формы, площадь которой равна квадрату ее радиуса (рис. 1.7).

    • Рис. 1.7. Определение телесного угла

Для простоты ученые стремятся выбрать минимальное число основных величин, которое позволяет дать полное описание физического мира. В выборе основных величин и их производных имеется некоторый произвол. С двумя из этих единиц мы знакомимся уже с самого детства. Это естественно, так как все события происходят где-то и когда-то. Мы обитаем в пространстве, которое измеряем единицами длины. Мы живем во времени, и человечество научилось его измерять в глубокой древности. Почему наш мир существует во времени и в пространстве? Мы договорились таких вопросов не ставить, так как наука все равно на них не ответит. Но каковы свойства пространства и времени? — этот вопрос вполне закономерен. Изучая физические явления, мы узнаем свойства пространства и времени, и процесс этого познания еще не завершен.

До недавнего времени международным эталоном метра считалось расстояние между двумя штрихами на стержне из платинового сплава, хранящимся в Международном бюро мер и весов в Париже. В последние годы эталон метра определялся числом длин световой волны конкретной (оранжевой) спектральной линии изотопа криптона при переходе электрона между квантовыми состояниями и (что это такое, мы узнаем в заключительных частях курса). Метр содержит 1 650 763.73 длины волны этой спектральной линии в вакууме. Вследствие возросших требований к точности эталона длины в 1983 г. было принято следующее определение метра: это расстояние, проходимое светом в вакууме за время = 1/299 792 458 секунд. Иными словами, постулировано, что скорость света с в точности равна  = 2.99792458 • 108 м/с. В сущности, это означает, что вместо длины в качестве фундаментальной единицы выбрана скорость, а длина стала производной единицей.

На рис. 1.8 представлены пространственные расстояния, характерные для окружающего мира.

Рис. 1.8. Пространственные масштабы в природе

Весь доступный нашим наблюдениям мир заключен в интервале от 1026 м (радиус видимой части Вселенной) до 10-18 м (расстояния, «прощупываемые» в современных экспериментах с элементарными частицами). Для удобства шкала расстояний изображена в логарифмическом масштабе . Это значит, что расстоянию 10 м на шкале соответствует число 1, а расстоянию 100 км = 100 000 м — число 5.

Если раньше время определяли по Солнцу, и секунда соответствовала 1/86 400 средних солнечных суток, то теперь она равна продолжительности 9 192 631 770 периодов колебаний световой волны, излученной при переходе между сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия . Цезиевый стандарт очень точен: за 6 000 лет двое цезиевых часов могут разойтись лишь на одну секунду. Существуют и более точные часы на водородном мазере: разница в секунду набегает здесь за 30 млн. лет. Возможно, водородный мазер будет принят когда-нибудь в качестве нового эталона времени.

Некоторые временные интервалы, встречающиеся в природе, иллюстрирует рис. 1.9.

Рис. 1.9. Временные интервалы в природе

Самое большое время, о котором мы можем получить какие-то сведения — это время существования видимой части Вселенной. По современным представлениям она родилась в результате так называемого Большого Взрыва примерно 14 млрд. лет тому назад (6 • 1017 с). Наименьшие времена (10-26 с), с которыми мы сталкиваемся, по порядку величины соответствуют времени, за которое свет проходит самые малые расстояния, доступные сейчас для изучения.

Текущие определения единиц СИ

Ознакомьтесь с семью константами, определяющими СИ. Следующие семь определений базовых единиц СИ основаны на брошюре BIPM SI (9-е издание).

Определения основных единиц СИ

Единица длины метр Метр (символ m) — это единица измерения длины в системе СИ.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения скорости света в вакууме c равным 299 792 458 при выражении в единицах m s -1 , где секунда определяется в терминах Δ ν Cs .
Единица массы килограмм Килограмм (символ кг) — это единица массы в системе СИ.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения постоянной Планка h равным 6,626070 15 × 10 -34 при выражении в единицах Дж с, что равно кг · м 2 с -1 , где счетчик и секунда определены в терминах c и Δν Cs .
Единица времени секунд Второй символ s — это единица измерения времени в системе СИ.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения частоты цезия Δ ν Cs , невозмущенной частоты сверхтонкого перехода основного состояния атома цезия 133, равной 9 192 631 770 при выражении в единицах Гц, т.е. равно s -1 .
Шт. Из
электрический ток 		ампер Ампер (символ A) — это единица измерения электрического тока в системе СИ.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения элементарного заряда e равным 1,602 176 634 x 10 -19 при выражении в единицах C, которые равны A s, где второе значение определяется в единицах Δ. ν Cs .
Шт. Из
термодинамический
температура 		кельвин Кельвин, символ K, является единицей измерения термодинамической температуры в системе СИ.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения постоянной Больцмана k равным 1,380 649 x 10 -23 при выражении в единицах JK -1 , что равно кг · м 2 с -2 K -1 , где килограмм, метр и секунда определены в терминах h , c и Δ ν Cs .
Шт. Из
сумма
вещество 		моль

Моль (символ моль) — это единица измерения количества вещества в системе СИ.Один моль содержит ровно 6,022 140 76 x 10 23 элементарных объекта. Это число представляет собой фиксированное числовое значение постоянной Авогадро, N A , выраженное в единицах моль -1 , и называется числом Авогадро. Количество вещества, обозначенное символом n , в системе является мерой количества определенных элементарных объектов. Элементарным объектом может быть атом, молекула, ион, электрон, любая другая частица или определенная группа частиц.

Шт. Из
светящийся
интенсивность 		кандела Кандела (символ cd) — это единица измерения силы света в системе СИ в заданном направлении.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения световой эффективности монохроматического излучения с частотой 540 x 10 12 Гц, K кд , равным 683 при выражении в единицах лм Вт -1 , т.е. равно cd sr W -1 или cd sr кг -1 m -2 s 3 , где килограмм, метр и секунда определены в терминах h , c и Δ ν Cs .

Перейти к единицам СИ Справочная информация или Базовые единицы СИ

Онлайн: март 1998 — Последнее обновление: июнь 2019

Постоянная Больцмана k связывает температуру и энергию

Постоянная Больцмана k связывает температуру с энергией, а энтропию с вероятностью и связывает макроскопический и микроскопический миры

автор этой страницы: Gerhard Fasol

В новой системе СИ значение постоянной Больцмана k определяется как точно k = 1. 2> = 3/2 kT, где k — постоянная Больцмана.

В более общем смысле в классической системе частиц, наблюдающей статистику Больцмана, осцилляторы и т. Д., Средняя энергия в равновесии на одну степень свободы составляет 1/2 кТл.

Обратите внимание, что существуют другие системы, наблюдающие за статистикой Бозе-Эйнштейна или Ферми-Дирака, где применяются другие соотношения.

Константа Больцмана k связывает энтропию с вероятностью

Для изолированной системы частиц, находящихся в равновесии, энтропия S — это натуральный логарифм W (W означает немецкое слово Wahrscheinlichkeit = вероятность), количества возможных микросостояний для данных макроскопических свойств (например,г. температура, давление, количество атомов / молекул и т. д.):

S = k ln Вт

Таким образом, постоянная Больцмана k имеет размерность Энергия / Температура.

Таким образом, постоянная Больцмана k связывает макроскопическую физику (температура, энтропия) с микроскопической физикой (средняя энергия частиц / атомов / молекул, количество микросостояний, вероятность микросостояний).

Постоянная Больцмана k объединяет макроскопическую и микроскопическую (атомную, молекулярную) физику

Постоянная Больцмана также встречается во многих других контекстах физики.Например, знаменитый закон Больцмана S = k. log W связывает энтропию S с логарифмом вероятности определенного макросостояния, таким образом связывая макроскопическую энтропию с микроскопической вероятностью системы.

16 ноября 2018 года постоянная Больцмана перешла с экспериментально определенной величины на фиксированное значение в качестве одной из семи «определяющих констант»

До 16 ноября 2018 года постоянная Больцмана k была определена экспериментально и зависела от определения единицы измерения температуры — Кельвина, которая была определена по отношению к тройной точке «Венской стандартной средней океанской воды» (VSMOW).-5 эВ / К

см., Например, веб-сайт NIST:

https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?k

Основные константы и система единиц СИ:

Каждая фундаментальная константа Q является произведением числа {Q} и основной единицы [Q]:

Q = {Q} x [Q],

, например, постоянная Больцмана:
k = 1,380 649 x 10-23 JK-1.

Таким образом, у нас есть два способа определить систему СИ для основных единиц СИ:

  1. мы можем зафиксировать единицы [Q], а затем измерить числовые значения {Q} фундаментальных констант в терминах этих единиц (метод определения старой системы СИ)
  2. мы можем зафиксировать числа {Q} фундаментальных констант , а затем определите единицы [Q] таким образом, чтобы фундаментальные константы имели числовые значения {Q} (метод определения новой системы СИ)

Константа Больцмана k и новая структура для системы единиц СИ:

На 26-й Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) 16 ноября 2018 года система единиц СИ изменилась с предыдущего метода (1.), где единицы фиксированы, а числовые значения фундаментальных констант являются «переменными», т. е. определяются экспериментально, к новому методу (2.), где числовые значения набора фундаментальных констант фиксированы, а единицы определены таким образом, чтобы их определение приводит к фиксированным числовым значениям набора фундаментальных констант. Этот переход к новому определению системы SI требует международных соглашений и решений международных организаций, и этот процесс был завершен 16 ноября 2018 года.

постоянная Больцмана k и единица СИ для температуры Кельвин:

Метод, использованный до 16 ноября 2018 г. (1.) выше, был проблематичным: единица измерения температуры в системе СИ, Кельвин, была определена как часть 1 / 273,16 термодинамической температуры в тройной точке воды. Проблема заключалась в том, что тройная точка зависит от многих факторов, включая давление и точный состав воды с точки зрения изотопов и примесей. В старом определении вода, которая будет использоваться, определяется как «VSNOW» = «Венская стандартная средняя вода в океане».Конечно, это очень проблематично, и новый метод (2.) больше не зависит от VSNOW.

В новой системе (2.) Кельвин определяется как:

Кельвин определяется таким образом, что числовое значение постоянной Больцмана k равно точно 1,380 649 x 10-23 ДжК-1.

Измерения постоянной Больцмана k:

Чтобы связать фиксированное числовое значение постоянной Больцмана с предыдущими определениями Кельвина, и, в частности, для определения точности и ошибок, необходимо как можно точнее измерить значение тока Больцмана в единицах СИ, а также понять и оценить все ошибки измерения.Некоторые измерения постоянных Больцмана выполняются в лабораториях по всему миру, особенно в нескольких лабораториях Европы и США.

Д-р Майкл де Подеста, Национальная физическая лаборатория (NPL), Великобритания

Возможно, лучшее на сегодняшний день измерение было выполнено доктором Майклом де Подеста MBE CPhys MInstP, главным научным сотрудником Национальной физической лаборатории NPL в Теддингтоне, Великобритания, который любезно рассказал о своих измерениях и сегодняшнем состоянии работы над системой единиц СИ и его переопределение вместе со мной, и это очень помогло в подготовке этой статьи.Измерения постоянной Больцмана доктором Подестой были опубликованы в:
Michael de Podesta et al. «Измерение постоянной Больцмана с низкой неопределенностью», Metrologia 50 (2013) 354-376.

Измерения доктора Подесты чрезвычайно сложны, потребовали многолетней работы и сотрудничества с несколькими другими лабораториями. Доктор Подеста и его сотрудники сконструировали высокоточную резонансную полость, заполненную газом аргоном. Доктор Подеста измерил оба режима микроволнового резонанса полости, чтобы определить точный радиус и геометрию, а также определил скорость звука в газе аргоне из акустических резонансных мод.Доктор Подеста провел исключительно точные измерения скорости звука в этой полости, которая на сегодняшний день может считаться самым точным термометром в мире. Скорость звука может быть напрямую связана со средней молекулярной кинетической энергией молекул аргона 3/2 kT. В этих измерениях д-р Подеста очень внимательно рассмотрел множество различных типов влияний на свои измерения, такие как поверхностные слои газа, форма микроволновых и акустических источников и датчиков и т. Д. Он достиг относительной стандартной неопределенности 0.71. 10-6, что означает, что его измерения постоянной Больцмана оцениваются с точностью лучше одной миллионной. Измерения доктора Подесты напрямую влияют на точность, с которой мы измеряем температуру в новой системе единиц.

За последние 10 лет в Европе и США были предприняты активные усилия по восстановлению системы единиц СИ. В частности, эту работу предприняли NIST (США), NPL (Великобритания), несколько французских и итальянских институтов, а также немецкий PTB (Physikalische Technische Bundesanstalt).

Постоянная Больцмана k — сегодняшнее фиксированное значение

В новой системе физических единиц СИ с 16 ноября 2018 года значение постоянной Больцмана k фиксируется как:

к = 1,380 649. 10-23 JK-1

Могильный камень Людвига Больцмана и бревно S = k W

Copyright (c) 2014-2020 Eurotechnology Japan KK Все права защищены

Физические константы — гипертекст по физике

Физические константы — гипертекст по физике
  • обсуждение
  • сводка
  • практика
  • проблем
  • ресурсов

Номер ссылки

0
931,49410242
1
Физические константы (точные, вычисленные, измеренные) Источники: точный, BIPM; измерено, NIST, * NASA
символ название значение шт.
в
скорость света в вакууме
299 792 458 м / с
G
гравитационная постоянная
6.67430 × 10 −11 Н · м 2 / кг 2
ч
Постоянная Планка
6,62607015
4,135667696		 × 10 −34
× 10 −15 		Дж с
эВ с
ГК
ч c
1.986445857
1239.841984		 × 10 −25
Дж м
эВ нм
ч бар
пониженная постоянная Планка
постоянная Дирака		 1.054571817
6.582119569		 × 10 −34
× 10 −16 		Дж с
эВ с
f CS
сверхтонкий переход 133 Cs
9,192,631,770 Гц
e
элементарный заряд
1,602176634 × 10 −19 С
ε 0 электрическая постоянная
разрешающая способность свободного пространства
разрешающая способность вакуума		 8.8541878128 × 10 −12 C 2 / Н · м 2
мкм 0 магнитная постоянная
проницаемость свободного пространства
вакуумная проницаемость		 1,25663706212 × 10 −6 Т м / А
N A
Константа Авогадро
6.02214076 × 10 23 1 / моль
к
Постоянная Больцмана
1.380649 × 10 −23 Дж / К
R = Н A к
газовая постоянная
8.314462618 Дж / моль K

Константа Стефана-Больцмана
5.670374419 × 10 −8 Вт / м 2 K 4
б
Постоянная рабочего объема Вина
2.897771955
58.78925757		 мм K
ГГц / K
м u
постоянная атомной массы
1,66053 × 10 −27
кг
МэВ / c 2
u
м e
Масса электрона
9,1093837015
0,51099895000
5,485795		 × 10 −31

× 10 −4

кг
МэВ / c 2
u
м p
масса протона
1.67262192369
938.27208816
1.007276466621		 × 10 −27
кг
МэВ / c 2
u
м n
масса нейтрона
1.67492749804
939.56542052
1.00866491595		 × 10 −27
кг
МэВ / c 2
u
K CD
Световая отдача
683
лм / Вт
H 0
постоянная хаббла *
69.3
2,25
× 10 −18 		км / с / Мпк
1 / с
  • обсуждение
  • сводка
  • практика
  • проблем
  • ресурсов

Нет постоянных условий.

  1. Механика
    1. Кинематика
      1. Движение
      2. Расстояние и перемещение
      3. Скорость и скорость
      4. Разгон
      5. Уравнения движения
      6. Свободное падение
      7. Графики движения
      8. Кинематика и расчет
      9. Кинематика в двух измерениях
      10. Снаряды
      11. Параметрические уравнения
    2. Dynamics I: Force
      1. Сил
      2. Сила и масса
      3. Действие-реакция
      4. Вес
      5. Динамика
      6. Статика
      7. Трение
      8. Силы в двух измерениях
      9. Центростремительная сила
      10. Кодовые ссылки
    3. Энергия
      1. Работа
      2. Энергия
      3. Кинетическая энергия
      4. Потенциальная энергия
      5. Сохранение энергии
      6. Мощность
      7. Простые машины
    4. Dynamics II: Импульс
      1. Импульс и импульс
      2. Сохранение импульса
      3. Импульс и энергия
      4. Импульс в двух измерениях
    5. Вращательное движение
      1. Кинематика вращения
      2. Инерция вращения
      3. Вращательная динамика
      4. Вращательная статика
      5. Угловой момент
      6. Энергия вращения
      7. Прокат
      8. Вращение в двух измерениях
      9. Сила Кориолиса
    6. Движение планет
      1. Геоцентризм
      2. Гелиоцентризм
      3. Вселенская гравитация
      4. Орбитальная механика I
      5. Гравитационная потенциальная энергия
      6. Орбитальная механика II
      7. Гравитация вытянутых тел
    7. Периодическое движение
      1. Пружины
      2. Генератор простых гармоник
      3. Маятники
      4. Резонанс
      5. Эластичность
    8. Жидкости
      1. Плотность
      2. Давление
      3. Плавучесть
      4. Расход жидкости
      5. Вязкость
      6. Аэродинамическое сопротивление
      7. Режимы течения
  2. Теплофизика
    1. Тепло и температура
      1. Температура
      2. Тепловое расширение
      3. Атомная природа вещества
      4. Закон о газе
      5. Кинетико-молекулярная теория
      6. Фазы
    2. Калориметрия
      1. Явное тепло
      2. Скрытое тепло
      3. Химическая потенциальная энергия
    3. Теплопередача
      1. Проводимость
      2. Конвекция
      3. Радиация
    4. Термодинамика
      1. Тепло и работа
      2. Диаграммы давление-объем
      3. Двигатели
      4. Холодильники
      5. Энергия и энтропия
      6. Абсолютный ноль
  3. Волны и оптика
    1. Волновые явления
      1. Природа волн
      2. Периодические волны
      3. Интерференция и суперпозиция
      4. Интерфейсы и барьеры
    2. Звук
      1. Природа звука
      2. Интенсивность
      3. Эффект Доплера (звук)
      4. Ударные волны
      5. Дифракция и интерференция (звук)
      6. Стоячие волны
      7. ударов
      8. Музыка и шум
    3. Физическая оптика
      1. Природа света
      2. Поляризация
      3. Эффект Доплера (светлый)
      4. Черенковское излучение
      5. Дифракция и интерференция (свет)
      6. Тонкопленочная интерференция
      7. Цвет
    4. Геометрическая оптика
      1. Отражение
      2. Преломление
      3. Зеркала сферические
      4. Сферические линзы
      5. Аберрация
  4. Электричество и магнетизм
    1. Электростатика
      1. Электрический заряд
      2. Закон Кулона
      3. Электрическое поле
      4. Электрический потенциал
      5. Закон Гаусса
      6. Проводников
    2. Электростатические приложения
      1. Конденсаторы
      2. Диэлектрики
      3. Аккумуляторы
    3. Электрический ток
      1. Электрический ток
      2. Электрическое сопротивление
      3. Электроэнергия
    4. цепей постоянного тока
      1. Резисторы в цепях
      2. Батареи в цепях
      3. Конденсаторы в цепях
      4. Правила Кирхгофа
    5. Магнитостатика
      1. Магнетизм
      2. Электромагнетизм
      3. Закон Ампера
      4. Электромагнитная сила
    6. Магнитодинамика
      1. Электромагнитная индукция
      2. Закон Фарадея
      3. Закон Ленца
      4. Индуктивность
    7. Цепи переменного тока
      1. Переменный ток
      2. RC-цепи
      3. Цепи RL
      4. LC-контуры
    8. Электромагнитные волны
      1. Уравнения Максвелла
      2. Электромагнитные волны
      3. Электромагнитный спектр
  5. Современная физика
    1. Теория относительности
      1. Пространство-время
      2. Масса-энергия
      3. Общая теория относительности
    2. Quanta
      1. Излучение черного тела
      2. Фотоэлектрический эффект
      3. Рентгеновские снимки
      4. Антиматерия
    3. Волновая механика
      1. Волны материи
      2. Атомные модели
      3. Полупроводники
      4. Конденсированное вещество
    4. Ядерная физика
      1. Изотопы
      2. Радиоактивный распад
      3. Период полураспада
      4. Энергия связи
      5. Деление
      6. Fusion
      7. Нуклеосинтез
      8. Ядерное оружие
      9. Радиобиология
    5. Физика элементарных частиц
      1. Квантовая электродинамика
      2. Квантовая хромодинамика
      3. Квантовая динамика ароматов
      4. Стандартная модель
      5. Помимо стандартной модели
  6. Фонды
    1. шт.
      1. Международная система единиц
      2. Гауссова система единиц
      3. Англо-американская система единиц
      4. Единицы разного назначения
      5. Время
      6. Преобразование единиц
    2. Измерение
      1. Значащие цифры
      2. По порядку величины
    3. Графики
      1. Графическое представление данных
      2. Линейная регрессия
      3. Подгонка по кривой
      4. Исчисление
    4. Векторы
      1. Тригонометрия
      2. Сложение и вычитание векторов
      3. Векторное разрешение и компоненты
      4. Умножение векторов
    5. ссылку
      1. Специальные символы
      2. Часто используемые уравнения
      3. Физические константы
      4. Астрономические данные
      5. Периодическая таблица элементов
      6. Люди в физике
  7. Назад дело
    1. Предисловие
      1. Об этой книге
    2. Связаться с автором
      1. гленнелерт.нас
      2. Behance
      3. Instagram
      4. Твиттер
      5. YouTube
    3. Аффилированные сайты
      1. hypertextbook.com
      2. midwoodscience.org

Потенциальная энергия: формула упругости

Потенциальная энергия — это энергия, которая хранится в системе. Существует возможность или потенциал для его преобразования в кинетическую энергию. Упругая потенциальная энергия хранится в пружине, которая была растянута или сжата на расстояние x от ее положения равновесия.Положение x = 0 всегда должно быть положением, в котором пружина наиболее расслаблена. У пружин есть свои естественные «пружинные константы», которые определяют, насколько они жесткие. Буква k используется для жесткости пружины в единицах Н / м. Как и вся работа и энергия, единицей потенциальной энергии является Джоуль (Дж), где 1 Дж = 1 Н ∙ м = 1 кг · м 2 / с 2 .

потенциальная энергия = 1/2 (жесткость пружины) (расстояние от положения равновесия) 2

U = 1 / 2kx 2

U = потенциальная энергия пружины в определенном положении

k = жесткость пружины, характерная для пружины, в единицах Н / м.

x = расстояние, на которое пружина растягивается или сжимается от равновесия

Потенциальная энергия: упругая формула Вопросы:

1) Пружина с жесткостью пружины k = 7,50 Н / м была растянута на 0,40 м от своего положения равновесия. Какая потенциальная энергия сейчас хранится весной?

Ответ: Пружина была растянута на x = 0,40 м от положения равновесия. Потенциальную энергию можно найти по формуле:

U = 1 / 2kx 2

U = 1/2 (7.50 Н / м) (0,40 м) 2

U = 0,60 Н ∙ м

U = 0,60 Дж

Упругая потенциальная энергия, запасаемая пружиной, когда она растянута на 0,40 м, составляет 0,60 Дж.

2) Пружина с жесткостью пружины k = 800 Н / м была сжата, и в ней накоплено 196 Дж потенциальной энергии. На каком расстоянии от положения равновесия была сжата пружина?

Ответ: Жесткость пружины k = 800 Н / м, а потенциальная энергия U = 196 Дж.Чтобы найти расстояние, измените уравнение:

Таким образом, уравнение для определения расстояния, на которое была сжата пружина, имеет следующий вид:

x = 0,70 м

Пружина была сжата на 0,70 м, что привело к накоплению упругой потенциальной энергии U = 196 Дж.

электростатика — Почему у постоянной Кулона есть единицы?

Системы единиц в некотором смысле гибкие и необязательные.2} \,. $$ Это совершенно правильный способ заниматься физикой. По сути, мы сложили $ \ sqrt {k} $ в числовое значение каждого заряда:

$$ (\ text {charge}) (в \; \ text {Statcoulombs}) \ sim \ sqrt {k} \, (\ text {same charge}) (в \; \ text {Coulombs}) \ ,, $

или

$$ \ sqrt {k} \, \ text {Statcoulombs} \ sim 1 \, \ text {Coulombs} \,. $$

Это делает статкулон довольно забавной единицей, выраженной в единицах СИ, но тогда кулон — довольно странная единица, выраженная в гуасийских терминах.Каждую систему следует понимать в ее собственном контексте.

Было сказано очень много слов, утверждающих, что один набор единиц лучше, чем другой, или наоборот.

В моем бизнесе (физика элементарных частиц) принято работать в единицах, где $ c = \ hbar = 1 \, (\ text {безразмерный}) \;. $ Это дает энергию, массу и импульс в тех же единицах (обратное расстояние на самом деле) и теряет многие проверки, которые помогают молодым физикам отслеживать разницу между этими величинами, но сохраняет записи и упрощает форму многих уравнений.(Кстати, космологи часто добавляют в смесь $ G = 1 \, (\ text {безразмерный}) $.

Мораль этой истории такова: «Не придавайте слишком большого значения единицам« констант », потому что они зависят от выбранной вами системы единиц».

Общие сведения о единицах СИ — физика средней школы

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или несколько ваших авторских прав, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в виде ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; и Ваше заявление: (а) вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

кельвин (K) — NPL

Температура — это мера средней энергии движения атомов внутри объекта. В большинстве практических случаев можно измерить эту энергию или температуру только косвенно, обычно путем измерения других свойств материала, которые, как известно, зависят от температуры воспроизводимым образом.

Точные измерения температуры могут быть достигнуты путем помещения откалиброванного датчика, свойства материала которого зависят от температуры, в контакте с интересующим объектом или материалом. Как только температура датчика достигает температуры объекта, косвенное свойство можно использовать с помощью уравнения калибровки для математического определения температуры объекта. Типичными контактными датчиками являются платиновые термометры сопротивления, термопары и термисторы.

Если контактные измерения невозможны, доступны другие бесконтактные методы.Например, все объекты выше абсолютного нуля испускают электромагнитное излучение со своей поверхности. Это в основном инфракрасный диапазон, и для объектов с температурой около 1000 К (~ 700 ° C) или ниже излучение невидимо для человеческого глаза. Пиковая длина волны и интенсивность испускаемого излучения зависят от температуры объекта. Бесконтактные или радиационные термометры предназначены для определения интенсивности этого излучения и, следовательно, определения температуры объекта. Совсем недавно технология бесконтактных детекторов была разработана в направлении создания многопиксельных массивов, в которых одновременно снимаются многие показания отдельных точек и отображаются в виде пикселей на изображении.Это называется тепловизором.

Для целей калибровки важно иметь среду, в которой можно многократно настраивать известную температуру. Для сравнительной калибровки используется жидкостная ванна или твердый блок. Ванна или блок спроектированы так, чтобы иметь как можно более однородную температуру, чтобы тестируемый термометр находился в той же термической среде, что и эталонный термометр, калибровка которого известна. Затем температура ванны или блока определяется эталонным термометром.

Для более точной калибровки можно использовать набор «фиксированных точек» эталонной температуры. Ячейки с фиксированной температурой имеют чрезвычайно воспроизводимое поведение и обычно используют точку плавления, точку замерзания или тройную точку (где твердое тело, жидкость и пар сосуществуют) чистых элементов. Эти фиксированные точки были изучены на международном уровне, и значение температуры для каждой из них согласовано и определено в Международной температурной шкале 1990 года (ITS-90). ITS-90 можно использовать в диапазоне температур выше 0 ° С.65 K и является согласованной температурной шкалой, которая используется во всем мире.

В

NPL работает ведущая в мире команда исследователей, работающих над улучшением существующих методов измерения температуры и разработкой новых для решения все более сложных технологических и промышленных задач. Обладая опытом, полученным в результате этого исследования, мы также можем помочь организациям понять влияние надежного измерения температуры на их процессы, решить их сложные проблемы измерения и внести новаторские улучшения в методы измерения.Узнайте больше об исследованиях, которые мы проводим в этой области.

Узнайте об исследованиях NPL в этой области

Дополнительная информация об определениях единиц СИ из BIPM

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *