Grandeurs et phénomènes physiques. Travail de cours : Les grandeurs physiques et leurs mesures. Détermination de la quantité physique

Quantité physique (PV) est une propriété de qualité commune

par rapport à de nombreux objets physiques, mais en termes quantitatifs

la relation est individuelle pour chaque objet physique.

La mesure - un ensemble d'opérations effectuées pour déterminer

division de la valeur quantitative de la quantité.

Caractéristiques qualitatives des valeurs mesurées . Qualité-

une caractéristique caractéristique des grandeurs physiques est la taille

ness. Il est désigné par le symbole dim, qui vient du mot

dimension, qui, selon le contexte, peut être traduite

à la fois comme taille et comme dimension.

Échelles de mesure. Échelle de mesure- c'est ordonné -

un ensemble de valeurs d'une grandeur physique qui sert

base de sa mesure.

Classement des mesures

Les mesures peuvent être classées selon les caractéristiques suivantes

1. Par la méthode d'obtention d'informations :

- droit - ce sont des mesures dans lesquelles la valeur souhaitée de phi-

la valeur physique est obtenue directement ;

- indirect Est une mesure dans laquelle la définition d'un

mon sens quantité physique trouver sur la base des résultats

tat de mesures directes d'autres grandeurs physiques, fonctionnelles

mais en rapport avec la valeur souhaitée ;

- cumulatif - ce sont des mesures effectuées simultanément

combien de grandeurs de même nom pour lesquelles la valeur désirée est

les déguisements sont déterminés en résolvant le système d'équations obtenu

lors de la mesure de ces quantités dans diverses combinaisons ;

- découper Les mesures sont-elles prises simultanément

deux ou plus n'ayant pas le même nom pour déterminer le

dépendance entre eux.

2. Par la quantité d'informations de mesure :

Une fois;

Plusieurs.

3. Concernant les unités de base :

Absolu;

Relatif.

4. Par la nature de la dépendance de la valeur mesurée sur le temps

statique;

dynamique.

5. Selon la nature physique des grandeurs mesurées

les mesures sont divisées en types :

Mesure de valeurs géométriques ;

Mesure de grandeurs mécaniques ;

Mesure des paramètres de débit, débit, niveau, volume

Mesure de pression, mesures de vide ;

Mesure de la composition physique et chimique et des propriétés des substances ;

Mesures thermophysiques et de température;

Mesure du temps et de la fréquence ;

Mesure de grandeurs électriques et magnétiques ;

Mesures électroniques ;

Mesure de grandeurs acoustiques ;

Mesures optiques et physiques ;

Mesure des caractéristiques des rayonnements ionisants et des noyaux

constantes.

Méthodes de mesure

Méthode de mesure Est une technique ou un ensemble de techniques

comparaison de la valeur mesurée avec son unité conformément à la

principe de mesure nalisé.

Principe de mesure Est-ce un phénomène ou un effet physique qui

basé sur des mesures. Par exemple, le phénomène de l'électricité

la résonance dans le circuit oscillatoire est la base de la mesure

la fréquence du signal électrique par la méthode résonante.

Les méthodes de mesure de grandeurs physiques spécifiques sont très

varié. En général, la méthode de

estimations et méthode de comparaison avec mesure.

Méthode d'évaluation directe est-ce que la valeur

la valeur mesurée est déterminée directement à partir de la lecture

l'appareil de l'appareil de mesure.

Méthode de comparaison avec mesure est que la valeur mesurée

le masque est comparé à la valeur reproduite par la mesure.

La méthode de comparaison de mesures présente un certain nombre de variantes. C'est moi-

méthode d'opposition, méthode du zéro, méthode de substitution, différentielle

méthode renationale, coïncidence.

Méthode contrastée est-ce que la mesure

la valeur et la valeur reproduite par la mesure, à la fois

agir sur le comparateur, à l'aide duquel le

la relation entre ces valeurs est en train de changer. Par exemple, changer

rhène de la masse sur une balance à poutre avec contrepoids, ou

La mesure de la tension continue sur le compensateur est comparable à

avec une CEM connue d'un élément normal.

Méthode zéro est-ce que l'effet résultant

influence de la valeur mesurée et de la mesure sur le comparateur do-

conduire à zéro. Par exemple, mesurer la résistance électrique

pont avec équilibrage complet.

Méthode de substitution réside dans le fait que la valeur mesurée

le rang est remplacé par une mesure avec une valeur connue de la quantité. Par exemple,

pesée avec placement alterné de la masse mesurée et des poids

sur la même poêle (méthode Borda).

Méthode différentielle est-ce que la mesure

la quantité est comparée à une quantité homogène qui a une valeur connue

valeur qui diffère légèrement de la valeur de la mesure

valeur, et à laquelle la différence entre ces deux

quantités. Par exemple, mesurer la fréquence avec un fréquencemètre numérique

rhum avec une fréquence porteuse hétérodyne.

Méthode de correspondance réside dans le fait que la différence entre

valeur mesurée et valeur reproductible par mesure, mesurable

sont déterminés en utilisant la coïncidence des marques des échelles ou des signaux périodiques

en espèces. Par exemple, mesurer la vitesse de rotation avec un stroboscope.

Il est nécessaire de faire la distinction entre la méthode de mesure et la procédure pour effectuer

des mesures.

Procédure de mesure Est-ce qu'un com-

un ensemble d'opérations et de règles de mesure dont la mise en œuvre

fournit des résultats de mesure avec une garantie

précision conformément à la méthode acceptée.

Instruments de mesure

Instrument de mesure (SI) est un moyen technique utilisé

utilisé pour les mesures et ayant des normes métrologiques

Caractéristiques.__

Mesure Le SI est-il destiné à la reproduction

quantité physique d'une taille donnée. Par exemple, un poids est une mesure

masse, l'oscillateur à cristal est une mesure de fréquence, une règle est une mesure de longueur.

Mesures à valeurs multiples :

Réglable à l'infini ;

Ensembles de mesures ;

Mesures de magasins.

Une mesure non ambiguë reproduit la quantité physique d'une valeur unique

ème taille.

Une mesure ambiguë reproduit plusieurs valeurs d'une seule et même

la même taille physique.

Transducteur de mesure Le SI est-il destiné

pour générer un signal d'informations de mesure sous la forme,

facile à transférer, transformation ultérieure, mais

ne se prête pas à la perception directe par l'opérateur.

Appareil de mesure Le SI est-il destiné à

générer un signal d'informations de mesure sous une forme pratique

pour la perception par l'opérateur. Par exemple, voltmètre, fréquencemètre,

oscilloscope, etc.

Configuration de mesure est un ensemble de fonctions

dispositifs SI et auxiliaires combinés, conçus

mesurer une ou plusieurs grandeurs physiques et

situé en un seul endroit. Mesure généralement

les installations sont utilisées pour le contrôle des instruments de mesure.

Système de mesure - l'ensemble est fonctionnel

mesures combinées, instruments de mesure, mesure

convertisseurs, ordinateurs et autres moyens techniques,

situés en différents points de l'objet contrôlé, etc. Avec

le but de mesurer une ou plusieurs grandeurs physiques,

caractéristique de cet objet, et la génération de signaux de mesure

dans différents circuits. Il diffère de la configuration de mesure en ce que

qui génère des informations de mesure sous une forme pratique

pour le traitement et la transmission automatiques.

2.2 Unités de grandeurs physiques

2.3. Système PV international (SI)

2.4. Quantités physiques des processus technologiques de production alimentaire

2.1 Grandeurs physiques et échelles

Quantité physique(FV) - l'une des propriétés d'un objet physique ( système physique, phénomène ou processus), qualitativement commune à de nombreux objets physiques (systèmes physiques, leurs états et processus s'y déroulant), mais quantitativement individuelle pour chacun d'eux. L'individu en termes quantitatifs doit être compris de telle manière qu'une même propriété pour un objet peut être un certain nombre de fois plus ou moins que pour un autre.

Typiquement, le terme "quantité physique" est appliqué à des propriétés ou des caractéristiques qui peuvent être quantifiées. Les grandeurs physiques comprennent la masse, la longueur, le temps, la pression, la température, etc.

Il est conseillé de diviser les grandeurs physiques en mesurable et mesurable. La PV mesurée peut être exprimée quantitativement sous la forme d'un certain nombre d'unités de mesure fixes. La possibilité d'introduire et d'utiliser ce dernier est une caractéristique distinctive importante de la PV mesurée. Cependant, il existe des propriétés telles que le goût, l'odeur, etc., pour lesquelles les unités de mesure ne peuvent pas être saisies. De telles valeurs peuvent être estimées, par exemple, en utilisant échelle de grandeur- une séquence ordonnée de ses valeurs, adoptée d'un commun accord sur la base des résultats de mesures précises.

Par types de phénomènes Le PV est divisé en :

- réel, c'est à dire. décrivant les propriétés physiques et physico-chimiques des substances, des matériaux et des produits qui en sont issus. Ce groupe comprend la masse, la densité, la surface spécifique, etc.

énergique, c'est à dire. grandeurs décrivant les caractéristiques énergétiques des processus de transformation, de transmission et d'utilisation de l'énergie. Il s'agit, par exemple, intensité de courant, tension, puissance. Ce sont des grandeurs actives qui peuvent être converties en signaux d'information de mesure sans utiliser de sources d'énergie auxiliaires ;

- caractériser le cours des processus temporels... Ce groupe comprend divers types de caractéristiques spectrales, fonctions de corrélation, etc.

Par appartenant à divers groupes de processus physiques Les PV sont divisés en spatio-temporelle, mécanique, thermique, électrique et magnétique, acoustique, lumineuse, physico-chimique, rayonnement ionisant, physique atomique et nucléaire.

Par le degré d'indépendance conditionnelle par rapport aux autres valeurs du groupe donné Les PV sont divisés en basiques (conditionnellement indépendants), dérivés (conditionnellement dépendants) et supplémentaires. Quantité physique de base- une grandeur physique incluse dans le système des grandeurs et acceptée conventionnellement comme indépendante des autres grandeurs de ce système. Comme principales, tout d'abord, nous avons choisi les grandeurs qui caractérisent les principales propriétés du monde matériel : longueur, masse, temps. Les quatre autres grandeurs physiques de base sont choisies de telle sorte que chacune d'elles représente l'une des branches de la physique : intensité du courant, température thermodynamique, quantité de matière, intensité lumineuse. Chaque grandeur physique de base d'un système de grandeurs se voit attribuer un symbole sous la forme d'une lettre minuscule de l'alphabet latin ou grec : longueur - L, masse - M, temps - T, courant électrique - I, température - O, quantité de substance - N, intensité lumineuse - J. Ces symboles sont inclus dans le nom du système de grandeurs physiques.

Grandeur physique dérivée- une grandeur physique incluse dans le système des grandeurs et déterminée à travers les grandeurs de base de ce système. Par exemple, la quantité physique dérivée est la densité, qui est déterminée par la masse et le volume du corps.

Les grandeurs physiques supplémentaires incluent les angles plans et solides.

L'ensemble des PV de base et dérivés, formé conformément aux principes acceptés, est appelé système de grandeurs physiques.

Par la présence de dimension Les PV sont divisés en dimensions, c'est-à-dire sans dimension et sans dimension.

Dans les cas où il est nécessaire de souligner que nous entendons le contenu quantitatif d'une quantité physique dans un objet donné, le concept de p Taille PV(taille de la quantité) - la détermination quantitative de la PV inhérente à un objet matériel, un système, un phénomène, un processus spécifique.

Valeur PV(Q) - une expression de la taille d'une quantité physique sous la forme d'un certain nombre d'unités adoptées pour elle. La valeur d'une quantité physique est obtenue à la suite d'une mesure ou d'un calcul, par exemple 12 kg - la valeur du poids corporel.

La valeur numérique de PV (q) - un numéro abstrait inclus dans la valeur de la quantité

L'équation

est appelée l'équation de base de la mesure.

Il y a une différence fondamentale entre la taille et la grandeur. La taille d'une quantité ne dépend pas du fait que nous la connaissions ou non. Nous pouvons exprimer la taille en utilisant l'une des unités d'une valeur donnée et d'une valeur numérique (à l'exception de l'unité de masse - kg, vous pouvez utiliser, par exemple, g). Les tailles des différentes unités de la même taille sont différentes.

La relation entre les quantités de base et dérivées du système est exprimée à l'aide d'équations dimensionnelles.

Dimension de la quantité physique(dimQ) - une expression sous la forme d'un monôme de puissance, qui reflète la relation de la quantité avec les unités de base du système et dans laquelle le coefficient de proportionnalité est pris égal à un. La dimension de la quantité est le produit des quantités physiques de base, élevé aux puissances appropriées

dimQ = L M N γ I η, (2.2)

où L, M, N, I sont la notation du PV principal, et α, β, γ, sont des nombres réels.

Indicateur de la dimension d'une grandeur physique Est l'exposant auquel la dimension de la quantité physique de base, qui est incluse dans la dimension de la dérivée de la quantité physique, est élevée. Les indicateurs de dimension peuvent prendre différentes valeurs : entières ou fractionnaires, positives ou négatives.

Le concept de « dimension » s'applique à la fois aux grandeurs physiques de base et dérivées. La dimension de la grandeur principale par rapport à elle-même est égale à un et ne dépend pas d'autres grandeurs, c'est-à-dire que la formule de la dimension de la grandeur principale coïncide avec son symbole, par exemple : dimension de longueur - L, dimension de masse - M, etc.

Pour trouver la dimension de la dérivée d'une quantité physique dans un certain système de quantités, on devrait substituer leur dimension dans le côté droit de l'équation régissant cette quantité au lieu de la désignation des quantités. Ainsi, par exemple, en substituant la dimension de la longueur L au lieu de dl dans l'équation régissant la vitesse du mouvement uniforme V = l / t et la dimension du temps T au lieu de dt, nous obtenons - dim Q = L / T = LT - 1.

Les actions suivantes peuvent être effectuées sur les dimensions : multiplication, division, exponentiation et extraction de racine.

Grandeur physique dimensionnelle- une grandeur physique, dans la dimension de laquelle au moins une des grandeurs physiques de base est élevée à une puissance non nulle. Si tous les exposants du degré de dimension des quantités sont égaux à zéro, alors une telle quantité physique est appelée adimensionnelle. Toutes les quantités relatives sont sans dimension, c'est-à-dire le rapport des quantités du même nom. Par exemple, la densité relative r est une quantité sans dimension. En effet, r = L -3 M/L -3 M = L 0 M 0 = 1.

La valeur d'une grandeur physique peut être vrai, valide et mesuré. Valeur PV vraie(valeur vraie d'une quantité) - la valeur d'une quantité physique, qui en termes qualitatifs et quantitatifs refléterait idéalement la propriété correspondante de l'objet. Le vrai sens d'une certaine quantité existe, il est constant et peut être corrélé au concept de vérité absolue. Elle ne peut être obtenue que grâce à un processus de mesure sans fin avec une amélioration sans fin des méthodes et des instruments de mesure. Pour chaque niveau de développement de la technologie de mesure, nous ne pouvons connaître que valeur réelle d'une grandeur physique- la valeur d'une grandeur physique trouvée expérimentalement et si proche de la vraie valeur qu'elle peut la remplacer pour une tâche de mesure donnée. Valeur mesurée d'une grandeur physique- la valeur d'une grandeur physique obtenue à l'aide d'une technique particulière.

En pratique, il est nécessaire de mesurer différentes grandeurs physiques. Diverses manifestations (quantitatives ou qualitatives) de tout ensemble de formes de propriétés, dont la mise en correspondance des éléments avec un ensemble ordonné de nombres ou, plus généralement, de signes conventionnels forment une échelle de mesure de ces propriétés.

Échelle physique Est un ensemble ordonné de valeurs PV, qui sert de base initiale pour les mesures d'une quantité donnée. Conformément à la structure logique de la manifestation des propriétés, on distingue cinq types principaux d'échelles de mesure : noms, ordre, intervalles conditionnels, relations.

Échelle des noms (échelle de classement). De telles échelles sont utilisées pour classer des objets empiriques, dont les propriétés ne se manifestent que par rapport à l'équivalence, ces propriétés ne peuvent pas être considérées comme des quantités physiques, par conséquent, les échelles de ce type ne sont pas des échelles PV. C'est le type d'échelles le plus simple, basé sur l'attribution de nombres aux propriétés qualitatives des objets, qui jouent le rôle de noms. Dans les échelles de nommage, dans lesquelles l'attribution de la propriété réfléchie à l'une ou l'autre classe d'équivalence est effectuée à l'aide des sens humains, c'est le résultat le plus adéquat choisi par la majorité des experts. En même temps, il est d'une grande importance bon choix classes d'échelle équivalente - elles doivent être distinguées par des observateurs, des experts évaluant cette propriété. La numérotation des objets selon l'échelle de nommage s'effectue selon le principe : "ne pas attribuer le même numéro à des objets différents". Les nombres attribués aux objets ne peuvent être utilisés que pour déterminer la probabilité ou la fréquence d'occurrence d'un objet donné, mais ils ne peuvent pas être utilisés pour la sommation ou d'autres opérations mathématiques. Étant donné que ces échelles ne sont caractérisées que par des relations d'équivalence, elles n'ont pas les concepts de zéro, "plus ou moins" et d'unités de mesure. Un exemple d'échelles de nommage sont les atlas de couleurs largement utilisés destinés à l'identification des couleurs.

Si une propriété d'un objet empirique donné se manifeste par rapport à l'équivalence et à l'ordre dans la manifestation quantitative croissante ou décroissante de la propriété, alors pour elle un échelle d'ordre (rangs)... Il est monotone croissant ou décroissant et permet d'établir un rapport plus/moins entre les valeurs qui caractérisent la propriété spécifiée. Dans les échelles d'ordre, zéro existe ou n'existe pas, mais en principe, il est impossible d'introduire des unités de mesure, car la relation de proportionnalité n'a pas été établie pour elles et, par conséquent, il n'y a aucun moyen de juger combien de fois plus ou moins spécifiques les manifestations d'une propriété sont.

Dans les cas où le niveau de connaissance d'un phénomène ne permet pas d'établir avec précision la relation existant entre les valeurs d'une caractéristique donnée, ou l'utilisation de l'échelle est pratique et suffisante pour la pratique, utilisez échelle conditionnelle (empirique) parligne... Il s'agit de l'échelle PV, dont les valeurs initiales sont exprimées en unités arbitraires, par exemple, l'échelle de viscosité Engler, l'échelle de Beaufort à 12 points pour mesurer la force du vent marin.

Échelles d'intervalle (échelle des différences sont un développement ultérieur des échelles d'ordre et sont utilisées pour les objets dont les propriétés satisfont les relations d'équivalence, d'ordre et d'additivité. L'échelle d'intervalle se compose d'intervalles égaux, a une unité de mesure et une origine choisie arbitrairement - un point zéro. Ces échelles comprennent la chronologie selon divers calendriers, dans lesquels soit la création du monde, soit la Nativité du Christ, etc., est prise comme point de départ. Les échelles de température Celsius, Fahrenheit et Réaumur sont également des échelles d'intervalle.

Échelle de relation décrivent les propriétés d'objets empiriques qui satisfont aux relations d'équivalence, d'ordre et d'additivité (les échelles du second type sont additives), et dans certains cas également de proportionnalité (les échelles du premier type sont proportionnelles). Des exemples en sont l'échelle de masse (deuxième type), la température thermodynamique (premier type).

Dans les échelles des relations, il existe un critère naturel sans ambiguïté pour la manifestation quantitative nulle d'une propriété et d'une unité de mesure. D'un point de vue formel, l'échelle des relations est une échelle d'intervalles d'origine naturelle. Toutes les opérations arithmétiques sont applicables aux valeurs obtenues sur cette échelle, ce qui est important pour mesurer le PV. Par exemple, l'échelle de la balance, à partir du repère zéro, peut être graduée de différentes manières, en fonction de la précision de pesée requise.

Échelles absolues. Les échelles sont comprises comme des échelles absolues qui ont toutes les caractéristiques des échelles de relations, mais ont en outre une définition naturelle et sans ambiguïté de l'unité de mesure et ne dépendent pas du système d'unités de mesure adopté. De telles échelles correspondent à des valeurs relatives : le coefficient d'amplification, d'atténuation, etc. Pour la formation de nombreuses unités dérivées dans le système SI, des unités sans dimension et de comptage d'échelles absolues sont utilisées.

Notez que les échelles de noms et d'ordre s'appellent ne pasmétrique (conceptuel), et les échelles d'intervalles et de rapports sont métrique (matériau). Les échelles absolue et métrique sont linéaires. La mise en œuvre pratique des échelles de mesure s'effectue en normalisant à la fois les échelles et les unités de mesure elles-mêmes, et, le cas échéant, les méthodes et les conditions de leur reproduction univoque.