Fizikalne veličine i pojave. Rad na kolegiju: Fizikalne veličine i njihova mjerenja. Određivanje fizikalne veličine

Fizička količina (PV) je svojstvo koje je uobičajeno u kvaliteti

osobito na mnoge fizičke objekte, ali kvantitativno

poštivanje pojedinca za svaki fizički objekt.

Mjerenje – skup operacija koje se izvode radi utvrđivanja

dijeljenje kvantitativne vrijednosti veličine.

Kvalitativna svojstva mjernih veličina . Kvaliteta

Glavna karakteristika fizikalnih veličina je dimenzionalna

nost. Označava se simbolom dim, koji dolazi od riječi

dimenziju, koja se, ovisno o kontekstu, može prevesti

i kao veličina i kao dimenzija.

Mjerne skale. Mjerna ljestvica- ovo je naređeno

nari skup vrijednosti fizičke veličine koja služi

osnova za njegovo mjerenje.

Klasifikacija mjerenja

Mjerenja se mogu klasificirati prema sljedećim kriterijima:

1. Po načinu dobivanja informacija:

- ravno – to su mjerenja kod kojih se željena vrijednost fi-

sical magnituda dobiva se izravno;

- neizravni je mjerenje u kojem definicija izobličenja

značajna vrijednost fizička količina nalaze se na temelju rezultata

tata izravnih mjerenja drugih fizikalnih veličina, funkcional

ali vezano uz željenu vrijednost;

- kumulativno su simultana mjerenja ne-

koliko istoimenih količina za koje je željena vrijednost

identiteti se određuju rješavanjem dobivenog sustava jednadžbi

pri mjerenju tih veličina u raznim kombinacijama;

- spojnica se mjerenja izvode istovremeno

dvije ili više neidentičnih veličina za određivanje

ovisnosti među njima.

2. Prema količini mjernih informacija:

Jednom;

Višestruki.

3. U odnosu na osnovne jedinice:

Apsolutno;

Relativni.

4. Prema prirodi ovisnosti mjerene veličine o vremenu,

statički;

dinamičan.

5. Ovisno o fizikalnoj prirodi mjerenih veličina

mjerenja se dijele na vrste:

Mjerenje geometrijskih veličina;

Mjerenje mehaničkih veličina;

Mjerenje parametara protoka, protoka, razine, volumena

Mjerenje tlaka, mjerenje vakuuma;

Mjerenje fizičkog i kemijskog sastava i svojstava tvari;

Termofizička i temperaturna mjerenja;

Mjerenje vremena i frekvencije;

Mjerenje električnih i magnetskih veličina;

Radioelektronička mjerenja;

Mjerenje akustičnih veličina;

Optičko-fizička mjerenja;

Mjerenje karakteristika ionizirajućeg zračenja i jezgri -

nalne konstante.

Metode mjerenja

Metoda mjerenja je tehnika ili skup tehnika

usporedba izmjerene veličine s njezinom jedinicom u skladu s re-

standardizirani princip mjerenja.

Princip mjerenja je fizički fenomen ili učinak koji

u osnovi mjerenja. Na primjer, fenomen električne

rezonancija u oscilatornom krugu je osnova za mjerenje

frekvencija električnog signala pomoću rezonantne metode.

Metode mjerenja specifičnih fizikalnih veličina vrlo su

raznolik. Općenito, postoji metoda izravne

ocjene i način usporedbe s mjerilom.

Metoda izravne procjene je li to smisao

izmjerena vrijednost se određuje izravno iz reference

uređaj mjernog uređaja.

Metoda usporedbe s mjerom je da je izmjerena težina

identitet se uspoređuje s vrijednošću koju reproducira mjera.

Metoda usporedbe s mjerom ima više varijanti. Ovo sam ja-

kontrastna metoda, nulta metoda, metoda supstitucije, diferencijalna

racionalna metoda, slučajnosti.

Kontrastna metoda je li to izmjereno

veličina i veličina reproducirana mjerom su istovremeno ponovljive

djeluju na uređaj za usporedbu, uz pomoć kojega se

Odnos između tih veličina je određen. Na primjer, promijeniti

nošenje težine na polužnim vagama uravnoteženim utezima, ili

mjerenje istosmjernog napona na kompenzatoru u usporedbi

interakcija s poznatim EMF normalnog elementa.

Null metoda je li to neto učinak

utjecaj mjerene veličine i mjere na uređaj za usporedbu do

voziti do nule. Na primjer, mjerenje električnog otpora

most sa svojim punim balansiranjem.

Metoda zamjene je li to izmjerena vrijednost

Rang se zamjenjuje mjerom s poznatom vrijednošću. Na primjer,

vaganje uz naizmjenično postavljanje mjerene mase i utega

na istoj vagi (Borda metoda).

Diferencijalna metoda je li to izmjereno

količina se uspoređuje s homogenom veličinom koja ima poznatu

vrijednost, malo drugačija od izmjerene vrijednosti

magnituda, i na kojoj se mjeri razlika između ove dvije

količinama. Na primjer, mjerenje frekvencije digitalnim brojačem frekvencije

rum s heterodinskim nositeljem frekvencije.

Metoda podudaranja je li to razlika između

mjerljiva količina i vrijednost, ponovljiva mjera, mjerljivo

bilježe se pomoću podudarnosti oznaka ljestvice ili periodičnih signala

ulov Na primjer, mjerenje brzine rotacije stroboskopom.

Potrebno je razlikovati metodu mjerenja od tehnike provedbe.

mjerenja.

Postupak mjerenja – ovo je uspostavljena ko-

skup operacija i pravila tijekom mjerenja čija provedba

osigurava dobivanje rezultata mjerenja sa zajamčenim

točnost u skladu s prihvaćenom metodom.

Mjerni instrumenti

Instrument za mjerenje (SI) je tehnički alat koji koristi

dizajniran za mjerenja i ima standardizirani mjeriteljski

karakteristike.__

Mjera je SI namijenjen za reprodukciju

fizička veličina određene veličine. Na primjer, uteg je mjera

mase, kvarcni oscilator je mjera za frekvenciju, ravnalo je mjera za duljinu.

Višeznačne mjere:

Glatko podesivo;

Setovi mjera;

Pohranjuje mjere.

Jednoznačna mjera reproducira fizičku količinu jednoznačne mjere

th veličine.

Mjera s više vrijednosti reproducira više vrijednosti jedne te iste

ista fizikalna veličina.

Transduktor namijenjen je SI

za generiranje mjernog informacijskog signala u obliku,

pogodan za prijenos, daljnju transformaciju, ali

nije podložan izravnoj percepciji operatera.

Mjerni uređaj je SI namijenjen za

generiranje mjernog informacijskog signala u prikladnom obliku

za percepciju operatera. Na primjer, voltmetar, frekvencijski metar,

osciloskop itd.

Postavljanje mjerenja je skup funkcionalnih

dizajnirani kombinirani SI i pomoćni uređaji

za mjerenje jedne ili više fizikalnih veličina i

nalazi na jednom mjestu. Tipično, mjerenje

instalacije služe za provjeru mjernih instrumenata.

Mjerni sustav – skup funkcionalnih

kombinirane mjere, mjerni instrumenti, mjerenje

pretvarači, računala i druga tehnička sredstva,

koji se nalaze na različitim točkama kontroliranog objekta itd. S

u svrhu mjerenja jedne ili više fizikalnih veličina,

karakteristike ovog objekta, te generiranje mjernih signala

u različitim krugovima. U tome se razlikuje od mjerne postavke

koji proizvodi mjerne informacije u prikladnom obliku

za automatsku obradu i prijenos.

2.2 Jedinice fizikalnih veličina

2.3. Međunarodni fotonaponski sustav (SI)

2.4. Fizikalne veličine tehnoloških procesa u proizvodnji hrane

2.1 Fizičke veličine i mjerila

Fizička količina(PV) – jedno od svojstava fizičkog objekta ( fizički sustav, pojava ili proces), zajednički u kvalitativnom smislu za mnoge fizičke objekte (fizičke sustave, njihova stanja i procese koji se u njima odvijaju), ali u kvantitativnom smislu individualan za svakog od njih. Pojedinačno u kvantitativnom smislu treba shvatiti tako da isto svojstvo za jedan predmet može biti određeni broj puta veće ili manje nego za drugi.

Obično se izraz "fizička veličina" koristi za označavanje svojstava ili karakteristika koje se mogu kvantificirati. Fizičke veličine uključuju masu, duljinu, vrijeme, tlak, temperaturu itd.

Preporučljivo je fizičke veličine podijeliti na mjeriti i procjenjivati. Izmjereni EF može se kvantitativno izraziti u obliku određenog broja utvrđenih mjernih jedinica. Mogućnost uvođenja i korištenja potonjeg važna je značajka razlikovanja izmjerene EF. Međutim, postoje svojstva poput okusa, mirisa i sl. za koja se ne mogu unijeti mjerne jedinice. Takve se količine mogu procijeniti, na primjer, pomoću ljestvice veličina– uređeni niz njegovih vrijednosti, dogovorno usvojen na temelju rezultata preciznih mjerenja.

Po vrsti pojava FV se dijeli na:

- stvaran, tj. opisivanje fizikalnih i fizikalno-kemijskih svojstava tvari, materijala i proizvoda izrađenih od njih. Ova skupina uključuje masu, gustoću, specifičnu površinu itd.

energije, tj. veličine koje opisuju energetska svojstva procesa transformacije, prijenosa i korištenja energije. To uključuje, na primjer, jakost struje, napon, snaga. To su aktivne veličine koje se mogu pretvoriti u mjerne informacijske signale bez upotrebe pomoćnih izvora energije;

- karakteriziraju tijek vremenskih procesa. Ova skupina uključuje različite vrste spektralnih karakteristika, korelacijske funkcije itd.

Po koji pripadaju raznim skupinama fizikalnih procesa Fizika se dijeli na prostorno-vremensku, mehaničku, toplinsku, električnu i magnetsku, akustičku, svjetlosnu, fizikalno-kemijsku, fiziku ionizirajućeg zračenja, atomsku i nuklearnu fiziku.

Po stupanj uvjetne neovisnosti od ostalih veličina ove skupine PV se dijele na osnovne (uvjetno nezavisne), izvedene (uvjetno zavisne) i dodatne. Osnovna fizikalna veličina– fizička veličina uključena u sustav veličina i konvencionalno prihvaćena kao neovisna o drugim veličinama ovog sustava. Prije svega, kao glavne odabrane su veličine koje karakteriziraju osnovna svojstva materijalnog svijeta: duljina, masa, vrijeme. Preostale četiri osnovne fizikalne veličine odabrane su na način da svaka od njih predstavlja jednu od grana fizike: jakost struje, termodinamička temperatura, količina tvari, intenzitet svjetlosti. Svakoj osnovnoj fizikalnoj veličini sustava veličina dodijeljen je simbol u obliku malog slova latinične ili grčke abecede: duljina - L, masa - M, vrijeme - T, sila električna struja– I, temperatura – O, količina tvari – N, jakost svjetlosti – J. Ovi simboli uključeni su u naziv sustava fizikalnih veličina.

Izvedena fizikalna veličina– fizikalna veličina uključena u sustav veličina i određena kroz osnovne veličine tog sustava. Na primjer, izvedena fizikalna veličina je gustoća, definirana kroz masu i volumen tijela.

Dodatne fizikalne veličine uključuju ravni i prostorni kut.

Skup osnovnih i izvedenih PV-ova, formiranih u skladu s prihvaćenim načelima, naziva se sustav fizikalnih veličina.

Po prisutnost dimenzije PV se dijele na dimenzionalne, tj. imajući dimenziju i bez dimenzija.

U slučajevima kada je potrebno naglasiti da se misli na kvantitativni sadržaj fizikalne veličine u određenom objektu, treba koristiti pojam p PV veličina(veličina količine) – kvantitativno određenje fizičke funkcije svojstvene određenom materijalnom objektu, sustavu, pojavi, procesu.

PV vrijednost(Q) – izraz veličine fizikalne veličine u obliku određenog broja jedinica koje su za nju prihvaćene. Vrijednost fizikalne veličine dobiva se kao rezultat mjerenja ili računanja, npr. 12 kg je vrijednost tjelesne težine.

Brojčana vrijednost PV (q) - apstraktni broj uključen u vrijednost količine

Jednadžba

naziva se temeljna mjerna jednadžba.

Postoji temeljna razlika između veličine i veličine. Veličina veličine ne ovisi o tome znamo li je ili ne. Veličinu možemo izraziti bilo kojom jedinicom zadane količine i brojčane vrijednosti (osim jedinice za masu - kg, možete koristiti npr. g). Dimenzije različite jedinice iste veličine su različite.

Odnos između osnovnih i izvedenih veličina sustava izražava se pomoću dimenzijskih jednadžbi.

Dimenzija fizičke veličine(dimQ) je izraz u obliku monoma snage, koji odražava odnos veličine s osnovnim jedinicama sustava i u kojem se koeficijent proporcionalnosti uzima jednak jedan. Dimenzija veličine je umnožak osnovnih fizikalnih veličina podignutih na odgovarajuće potencije

dimQ = L α M β N γ I η , (2.2)

gdje je L, M, N, I – simboli osnovne PV, a α, β, γ, η su realni brojevi.

Pokazatelj dimenzije fizičke veličine– pokazatelj stupnja podizanja dimenzije osnovne fizikalne veličine koja je uključena u dimenziju izvedene fizikalne veličine. Indikatori dimenzija mogu poprimiti različite vrijednosti: cijele brojeve ili razlomke, pozitivne ili negativne.

Koncept "dimenzije" odnosi se i na osnovne i na izvedene fizičke veličine. Dimenzija glavne veličine u odnosu na samu sebe jednaka je jedinici i ne ovisi o drugim veličinama, tj. formula za dimenziju glavne veličine podudara se s njezinim simbolom, na primjer: dimenzija duljine je L, dimenzija mase je M, itd.

Da bi se našla dimenzija derivacije fizikalne veličine u određenom sustavu veličina, treba njihovu dimenziju zamijeniti u desnu stranu definicijske jednadžbe te veličine umjesto oznake veličina. Tako, na primjer, zamjenjujući u definirajuću jednadžbu brzine jednolikog gibanja V = l/t umjesto dl dimenziju duljine L i umjesto dt dimenziju vremena T, dobivamo - dim Q = L/T = LT – 1.

Na dimenzijama se mogu izvoditi sljedeće operacije: množenje, dijeljenje, stepenovanje i vađenje korijena.

Dimenzionalna fizikalna veličina– fizikalna veličina u čijoj je dimenziji barem jedna od osnovnih fizikalnih veličina podignuta na potenciju koja nije jednaka nuli. Ako su svi eksponenti dimenzije veličina jednaki nuli, tada se takva fizikalna veličina naziva bez dimenzija. Sve relativne veličine su bezdimenzionalne, odnosno omjeri istoimenih veličina. Na primjer, relativna gustoća r je bezdimenzijska veličina. Doista, r = L -3 M/L -3 M = L 0 M 0 = 1.

Vrijednost fizičke veličine može biti istinito, stvarno i izmjereno. Prava vrijednost PV-a(true value of a quantity) - vrijednost fizikalne veličine koja bi u kvalitativnom i kvantitativnom smislu idealno odražavala odgovarajuće svojstvo predmeta. Prava vrijednost određene veličine postoji, ona je konstantna i može se povezati s pojmom apsolutne istine. Može se dobiti samo kao rezultat beskrajnog procesa mjerenja uz beskrajno usavršavanje metoda i mjernih instrumenata. Za svaki stupanj razvoja mjerne tehnike možemo znati samo stvarna vrijednost fizičke veličine– eksperimentalno utvrđena vrijednost fizikalne veličine koja je toliko blizu stvarne vrijednosti da je može zamijeniti za zadani zadatak mjerenja. Mjerna vrijednost fizičke veličine– vrijednost fizičke veličine dobivena određenom tehnikom.

U praktičnim aktivnostima potrebno je provoditi mjerenja različitih fizikalnih veličina. Razne manifestacije (kvantitativne ili kvalitativne) bilo kojeg svojstva tvore skupove, čije preslikavanje elemenata na uređeni skup brojeva ili, općenito, konvencionalnih znakova tvore ljestvice za mjerenje tih svojstava.

Ljestvica fizičke veličine je uređen skup PV vrijednosti koji služi kao početna osnova za mjerenje dane količine. U skladu s logičkom strukturom manifestacije svojstava, razlikuje se pet glavnih vrsta mjernih ljestvica: imena, redoslijed, konvencionalni intervali, omjeri.

Skala imenovanja (klasifikacijska ljestvica). Takve ljestvice se koriste za klasificiranje empirijskih objekata čija se svojstva pojavljuju samo u odnosu na ekvivalenciju; ta se svojstva ne mogu smatrati fizičkim veličinama, stoga ljestvice ove vrste nisu PV ljestvice. Ovo je najjednostavnija vrsta ljestvice, koja se temelji na dodjeljivanju brojeva kvalitativnim svojstvima objekata, igrajući ulogu imena. U ljestvicama imenovanja, u kojima se dodjeljivanje reflektiranog svojstva određenoj klasi ekvivalencije provodi pomoću ljudskih osjetila, ovo je najadekvatniji rezultat, koji bira većina stručnjaka. Istovremeno je od velike važnosti pravi izbor klase ekvivalentne ljestvice - moraju ih razlikovati promatrači i stručnjaci koji procjenjuju to svojstvo. Numeriranje objekata na ljestvici imena provodi se prema načelu: „nemojte dodjeljivati ​​isti broj različitim objektima“. Brojevi dodijeljeni objektima mogu se koristiti samo za određivanje vjerojatnosti ili učestalosti pojavljivanja tog objekta, ali se ne mogu koristiti za zbrajanje ili druge matematičke operacije. Budući da ove ljestvice karakteriziraju samo odnosi ekvivalencije, one ne sadrže pojmove nule, “više ili manje” i mjernih jedinica. Primjer ljestvica imenovanja su rašireni atlasi boja namijenjeni identifikaciji boja.

Ako se svojstvo danog empirijskog objekta očituje u odnosu na ekvivalenciju i uzlazni ili silazni redoslijed kvantitativnog očitovanja svojstva, tada se za njega može konstruirati konstrukcija ljestvica reda (rangovi). Monotono se povećava ili smanjuje i omogućuje vam da uspostavite veći/manji omjer između veličina koje karakteriziraju navedeno svojstvo. U ljestvicama reda postoji ili ne postoji nula, ali je u načelu nemoguće uvesti mjerne jedinice, jer za njih nije uspostavljen odnos proporcionalnosti pa se prema tome ne može prosuditi koliko je puta više ili manje određeno manifestacije svojstva su.

U slučajevima kada razina znanja o nekoj pojavi ne dopušta točno utvrđivanje odnosa koji postoje između vrijednosti dane karakteristike ili je uporaba ljestvice prikladna i dovoljna za praksu, koristite uvjetna (empirijska) ljestvica premared. Ovo je PV ljestvica čije su početne vrijednosti izražene u konvencionalne jedinice, primjerice, Englerova ljestvica viskoznosti, 12-stupanjska Beaufortova ljestvica za mjerenje jačine morskog vjetra.

Intervalne ljestvice (skala razlike su daljnji razvoj ljestvica reda i koriste se za objekte čija svojstva zadovoljavaju odnose ekvivalencije, reda i aditivnosti. Intervalna ljestvica sastoji se od istovjetnih intervala, ima mjernu jedinicu i proizvoljno odabran početak - nultu točku. Takve ljestvice uključuju kronologiju prema raznim kalendarima, u kojima se kao početna točka uzima ili stvaranje svijeta, ili Rođenje Kristovo itd. Celzijeva, Fahrenheitova i Reaumurova temperaturna ljestvica također su intervalne ljestvice.

Skala odnosa opisuju svojstva empirijskih objekata koja zadovoljavaju odnose ekvivalencije, reda i aditivnosti (skale druge vrste su aditivne), au nekim slučajevima i proporcionalnost (ljestvice prve vrste su proporcionalne). Njihovi primjeri su ljestvica mase (druga vrsta), termodinamička temperatura (prva vrsta).

U omjernim ljestvicama postoji jednoznačan prirodni kriterij nulte kvantitativne manifestacije svojstva i mjerne jedinice. S formalnog stajališta, omjerna ljestvica je intervalna ljestvica prirodnog podrijetla. Sve aritmetičke operacije primjenjive su na vrijednosti dobivene na ovoj ljestvici, što je važno pri mjerenju EF. Na primjer, ljestvica vage, počevši od nule, može se stupnjevati na različite načine, ovisno o potrebnoj točnosti vaganja.

Apsolutne ljestvice. Pod apsolutnim podrazumijevamo ljestvice koje imaju sve značajke omjernih ljestvica, ali dodatno imaju prirodnu jednoznačnu definiciju mjerne jedinice i ne ovise o usvojenom sustavu mjernih jedinica. Takve ljestvice odgovaraju relativnim vrijednostima: dobitku, prigušenju itd. Za formiranje mnogih izvedenih jedinica u SI sustavu koriste se bezdimenzionalne i brojačke jedinice apsolutnih ljestvica.

Imajte na umu da se ljestvice imena i reda nazivaju nemetrički (konceptualni), te skale intervala i omjera - metrički (materijal). Apsolutna i metrička ljestvica pripadaju kategoriji linearnih. Praktična primjena mjernih ljestvica provodi se normiranjem ljestvica i samih mjernih jedinica, a po potrebi i načina i uvjeta za njihovu jednoznačnu reprodukciju.