Понятие физическая величина значение физической величины. Определение физической величины

2.2 Единицы физических величин

2.3. Международная система ФВ (СИ)

2.4. Физические величины технологических процессов производства продуктов питания

2.1 Физические величины и шкалы

Физическая величина (ФВ) – одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов (физических систем, их состояний и происходящих в них процессов), но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Индивидуальное в количественном отношении следует понимать так, что одно и то же свойство для одного объекта может быть в определенное число раз больше или меньше, чем для другого.

Как правило, термин "физическая величина" применяется в отношении свойств или характеристик, которые можно оценить количественно. К физическим величинам относятся масса, длина, время, давление, температура и т. д.

Физические величины целесообразно разделить на измеряемые и оцениваемые. Измеряемые ФВ могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения. Возможность введения и использования последних является важным отличительным признаком измеряемых ФВ. Однако существуют такие свойства, как вкус, запах и др., для которых не могут быть введены единицы измерения. Такие величины могут быть оценены, например, при помощи шкалы величины – упорядоченной последовательность ее значений, принятой по соглашению на основании результатов точных измерений.

По видам явлений ФВ делят на:

- вещественные , т.е. описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них. К этой группе можно отнести массу, плотность, удельную поверхность и др.

энергетические , т.е. величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии. К ним относятся, например, сила тока, напряжение, мощность. Это активные величины, которые могут быть преобразованы в сигналы измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии;

Чувствительная физическая активность и ежедневные физические нагрузки полезны на протяжении всей беременности, предотвращая лишние килограммы, укрепляя мышцы и облегчая работу. Прежде чем начать тренировку, вы должны проконсультироваться с врачом и только после начала тренировки.

До сих пор исследования показывают, что физическая активность помогает поддерживать более высокое качество жизни и образ тела во время беременности, помогает предотвратить чрезмерное увеличение веса, уменьшить спины и тазовая боль, вероятность недержания мочи, помогает предотвратить депрессию во время беременности и в послеродовой период. Некоторые результаты исследований показывают, что спортивная беременность снижает риск развития гестационного диабета, преэклампсии и некоторых осложнений при родах.

- характеризующие протекания процессов времени . К этой группе относятся различного рода спектральные характеристики, корреляционные функции и др.

По принадлежности к различным группам физических процессов ФВ делятся на пространственно-временные, механические, тепловые, электрические и магнитные, акустические, световые, физико-химические, ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики.

По степени условной независимости от других величин данной группы ФВ делятся на основные (условно независимые), производные (условно зависимые) и дополнительные. Основная физическая величина – физическая величина, входящая в систему величин и условно принятая в качестве не зависящей от других величин этой системы. В качестве основных прежде всего были выбраны величины, характеризующие основные свойства материального мира: длина, масса, время. Остальные четыре основные физические величины выбраны таким образом, чтобы каждая из них представляла один из разделов физики: сила тока, термодинамическая температура, количество вещества, сила света. Каждой основной физической величине системы величин присваивается символ в виде строчной буквы латинского или греческого алфавита: длина – L, масса – М, время – Т, сила электрического тока – I, температура – O, количество вещества – N, сила света – J. Эти символы входят в название системы физических величин.

Производная физическая величина – физическая величина, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы. Например, производной физической величиной является плотность, определяемая через массу и объем тела.

К дополнительным физическим величинам относятся плоский и телесный углы.

Совокупность основных и производных ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой физических величин .

По наличию размерности ФВ делятся на размерные, т.е. имеющие размерность, и безразмерные.

В тех случаях, когда необходимо подчеркнуть, что имеется в виду количественное содержание физической величины в данном объекте, следует употреблять понятие размер ФВ (размер величины) – количественная определенность ФВ, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению, процессу.

Значение ФВ (Q) – выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Значение физической величины получают в результате измерения или вычисления, например, 12 кг – значение массы тела.

Числовое значение ФВ (q ) - отвлеченное число, входящее в значение величины

Уравнение

называется основным уравнением измерений.

Между размером и значением величины существует принципиальное различие. Размер величины не зависит от того, знаем мы его или нет. Выразить же размер мы можем при помощи любой из единиц данной величины и числового значения (кроме единицы массы – кг, можно использовать, например, г). Размеры разных единиц одной и той же величины различны.

Взаимосвязь между основными и производными величинами системы выражают с помощью уравнений размерности.

Размерность физической величины (dimQ) – выражение в форме степенного одночлена, которое отражает связь величины с основными единицами системы и в котором коэффициент пропорциональности принят равным единице. Размерность величины представляет собой произведение основных физических величин, возведенных в соответствующие степени

dimQ = L α M β N γ I η , (2.2)

где L, M, N, I – условные обозначения основных ФВ, а α, β, γ, η – вещественные числа.

Показатель размерности физической величины – показатель степени, в которую возведена размерность основной физической величины, входящей в размерность производной физической величины. Показатели размерности могут принимать различные значения: целые или дробные, положительные или отрицательные.

Понятие "размерность" распространяется как на основные, так и на производные физические величины. Размерность основной величины по отношению к себе самой равна единице и не зависит от других величин, т. е. формула размерности основной величины совпадает с ее символом, например: размерность длины – L, размерность массы – M и т. д.

Чтобы найти размерность производной физической величины в некоторой системе величин, следует в правую часть определяющего уравнения этой величины вместо обозначения величин подставить их размерность. Так, например, подставив в определяющее уравнение скорости равномерного движения V = l/t вместо dl размерность длины L и вместо dt – размерность времени T, получим - dim Q = L/T = LT – 1 .

Над размерностями можно производить следующие действия: умножение, деление, возведение в степень и извлечение корня.

Размерная физическая величина – физическая величина, в размерности которой хотя бы одна из основных физических величин возведена в степень, не равную нулю. Если все показатели степени размерности величин равны нулю, то такая физическая величина называется безразмерной . Безразмерными являются все относительные величины, т. е. отношение одноименных величин. Например, относительная плотность r – безразмерная величина. Действительно, r = L -3 M/L -3 M = L 0 M 0 = 1.

Значение физической величины может быть истинными, действительными и измеренными. Истинное значение ФВ (истинное значение величины) – значение физической величины, которое в качественном и количественном отношениях идеальным образом отражало бы соответствующее свойство объекта. Истинное значение определенной величины существует, оно постоянно и может быть соотнесено с понятием абсолютной истины. Оно может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений. Для каждого уровня развития измерительной техники мы можем знать только действительное значение физической величины – значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что для поставленной измерительной задачи может его заменить. Измеренное значение физической величины – значение физической величины, полученное с применением конкретной техники.

В практической деятельности необходимо проводить измерения различных физических величин. Разнообразные проявления (количественное или качественное) любого свойства образуют множества, отображение элементов которых на упорядоченное множество чисел или в более общем случае условных знаков образуют шкалы измерения этих свойств.

Шкала физической величины – это упорядоченная совокупность значений ФВ, служащая исходной основой для измерений данной величины. В соответствии с логической структурой проявления свойств различают пять основных типов шкал измерений: наименований, порядка, условнаяинтервалов, отношений.

Шкала наименований (шкала классификации). Такие шкалы используются для классификации эмпирических объектов, свойства которых проявляются только в отношении эквивалентности, эти свойства нельзя считать физическими величинами, поэтому шкалы такого вида не являются шкалами ФВ. Это самый простой тип шкал, основанный на приписывании качественным свойствам объектов чисел, играющих роль имен. В шкалах наименований, в которых отнесение отражаемого свойства к тому или иному классу эквивалентности осуществляется с помощью органов чувств человека, - это наиболее адекватный результат, выбранный большинством экспертов. При этом большое значение имеет правильный выбор классов эквивалентной шкалы - они должны различаться наблюдателями, экспертами, оценивающими данное свойство. Нумерация объектов по шкале наименований осуществляется по принципу: "не приписывай одну и ту же цифру разным объектам". Числа, приписанные объектам, могут быть использованы только для определения вероятности или частоты появления данного объекта, но их нельзя применять для суммирования или других математических операций. Поскольку данные шкалы характеризуются только отношениями эквивалентности, то в них отсутствуют понятия нуля, "больше или "меньше" и единицы измерения. Примером шкал наименований являются широко распространенные атласы цветов, предназначенные для идентификации цвета.

Если свойство данного эмпирического объекта проявляет себя в отношении эквивалентности и порядка по возрастанию или убыванию количественного проявления свойства, то для него может быть построена шкала порядка (рангов) . Она является монотонно возрастающей или убывающей и позво­ляет установить отношение больше/меньше между величинами, характеризующими указанное свойство. В шкалах порядка суще­ствует или не существует нуль, но принципиально нельзя ввести единицы измерения, так как для них не установлено отношение пропорциональности и соответственно нет возможности судить, во сколько раз больше или меньше конкретные проявления свой­ства.

В случаях, когда уровень познания явления не позволяет точно установить отношения, существующие между величинами данной характеристики, либо применение шкалы удобно и достаточно для практики, используют условную (эмпирическую) шкалу по­ рядка . Это шкала ФВ, исходные значения кото­рой выражены в условных единицах, например, шкала вязкости Энглера, 12-балльная шкала Бофорта для измерения силы морс­кого ветра.

Шкалы интервалов (шкала разностей являются дальнейшим развитием шкал порядка и применяются для объек­тов, свойства которых удовлетворяют отношениям эквивалентно­сти, порядка и аддитивности. Шкала интервалов состоит из оди­наковых интервалов, имеет единицу измерения и произвольно выбранное начало - нулевую точку. К таким шкалам относится летосчисление по различным календарям, в которых за начало отсчета принято либо сотворение мира, либо Рождество Христо­во и т.д. Температурные шкалы Цельсия, Фаренгейта и Реомюра также являются шкалами интервалов.

Шкала отношений описывают свойства эмпири­ческих объектов, которые удовлетворяют отношениям эквивален­тности, порядка и аддитивности (шкалы второго рода - аддитив­ные), а в ряде случаев и пропорциональности (шкалы первого рода - пропорциональные). Их примерами являются шкала мас­сы (второго рода), термодинамической температуры (первого рода).

В шкалах отношений существует однозначный естественный критерий нулевого количественного проявления свойства и еди­ница измерений. С формальной точки зрения шкала отношений является шкалой интервалов с естественным началом отсчета. К значениям, полученным по этой шкале, применимы все ариф­метические действия, что имеет важное значение при измере­нии ФВ. Например, шкала весов, начинаясь с нулевой отметки, может быть проградуирована по-разному, в зависимости от требуемой точности взвешивания.

Абсолютные шкалы. Под абсолютными понимают шкалы, обладающие всеми признаками шкал отношений, но дополни­тельно имеющие естественное однозначное определение едини­цы измерения и не зависящие от принятой системы единиц измерения. Такие шкалы соответствуют относительным величинам: ко­эффициенту усиления, ослабления и др. Для образования многих производных единиц в системе СИ используются безразмерные и счетные единицы абсолютных шкал.

Отметим, что шкалы наименований и порядка называют не­ метрическими (концептуальными), а шкалы интервалов и отноше­ний - метрическими (материальными). Абсолютные и метричес­кие шкалы относятся к разряду линейных. Практическая реализа­ция шкал измерений осуществляется путем стандартизации как самих шкал и единиц измерений, так и, в необходимых случаях, способов и условий их однозначного воспроизведения.

Физическая величина (ФВ) – это свойство, общее в качествен-

ном отношении многим физическим объектам, но в количественном

отношении индивидуальное для каждого физического объекта.

Измерение – совокупность операций, выполняемых для опре-

деления количественного значения величины .

Качественная характеристики измеряемых величин . Каче-

ственной характеристикой физических величин является размер-

ность . Она обозначается символом dim, происходящим от слова

dimension, которое в зависимости от контекста может переводиться

и как размер, и как размерность.

Измерительные шкалы. Шкала измерений – это упорядочен-

ная совокупность значений физической величины, которая служит

основой для ее измерения.

Классификация измерений

Измерения можно классифицировать по следующим призна-

1. По способу получения информации:

- прямые – это измерения, при которых искомое значение фи-

зической величины получают непосредственно;

- косвенные – это измерение, при котором определение иско-

мого значения физической величины находят на основании резуль-

татов прямых измерений других физических величин, функциональ-

но связанных с искомой величиной;

- совокупные – это проводимые одновременно измерения не-

скольких одноименных величин, при которых искомое значение ве-

личин определяют путем решения системы уравнений, получаемых

при измерениях этих величин в различных сочетаниях;

- совместные – это проводимые одновременно измерения

двух или нескольких не одноименных величин для определения за-

висимости между ними.

2. По количеству измерительной информации:

Однократные;

Многократные.

3. По отношению к основным единицам:

Абсолютные;

Относительные.

4. По характеру зависимости измеряемой величины от време-

cтатические;

динамические.

5. В зависимости от физической природы измеряемых величин

измерения делятся на виды:

Измерение геометрических величин;

Измерение механических величин;

Измерение параметров потока, расхода, уровня, объема ве-

Измерение давления, вакуумные измерения;

Измерение физико-химического состава и свойств веществ;

Теплофизические и температурные измерения;

Измерение времени и частоты;

Измерение электрических и магнитных величин;

Радиоэлектронные измерения;

Измерение акустических величин;

Оптико-физические измерения;

Измерение характеристик ионизирующих излучений и ядер-

ных констант.

Методы измерений

Метод измерений – это прием или совокупность приемов

сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с ре-

ализованным принципом измерений.

Принцип измерения – это физическое явление или эффект, по-

ложенное в основу измерений. Например, явление электрического

резонанса в колебательном контуре положено в основу измерения

частоты электрического сигнала резонансным методом.

Методы измерения конкретных физических величин очень

разнообразны. В общем плане различают метод непосредственной

оценки и метод сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки состоит в том, что значение

измеряемой величины определяется непосредственно по отсчетному

устройству измерительного прибора.

Метод сравнения с мерой состоит в том, что измеряемую ве-

личину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей. Это ме-

тод противопоставления, нулевой метод, метод замещения, диффе-

ренциальный метод, совпадения.

Метод противопоставления состоит в том, что измеряемая

величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воз-

действуют на устройство сравнения, с помощью которого устанав-

ливается соотношение между этими величинами. Например, изме-

рение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями, или

измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравне-

нием с известной ЭДС нормального элемента.

Нулевой метод состоит в том, что результирующий эффект

воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения до-

водят до нуля. Например, измерения электрического сопротивления

мостом с полным его уравновешиванием.

Метод замещения заключается в том, что измеряемую вели-

чину замещают мерой с известным значением величины. Например,

взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь

на одну и ту же чашку весов (метод Борда).

Дифференциальный метод заключается в том, что измеряемая

величина сравнивается с однородной величиной, имеющей извест-

ное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой

величины, и при котором измеряется разность между этими двумя

величинами. Например, измерение частоты цифровым частотоме-

ром с гетеродинным переносчиком частоты.

Метод совпадения заключается в том, что разность между из-

меряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, изме-

ряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сиг-

налов. Например, измерения частоты вращения стробоскопом.

Необходимо различать метод измерений и методика выполне-

ния измерений.

Методика выполнения измерения – это установленная сово-

купность операций и правил при измерении, выполнение которых

обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной

точностью в соответствии с принятым методом .

Средства измерений

Средство измерений (СИ) – это техническое средство, исполь-

зуемое для измерений и имеющее нормированные метрологические

характеристики.__

Мера – это СИ, предназначенное для воспроизведения

физической величины заданного размера. Например, гиря - мера

массы, кварцевый генератор – мера частоты, линейка – мера длины.

Многозначные меры:

Плавно регулируемые;

Наборы мер;

Магазины мер.

Однозначная мера воспроизводит физическую величину одно-

го размера.

Многозначная мера воспроизводит ряд значений одной и той

же физической величины.

Измерительный преобразователь – это СИ, предназначенное

для выработки сигнала измерительной информации в форме,

удобной для передачи, дальнейшего преобразования, но

неподдающиеся непосредственному восприятию оператором.

Измерительный прибор – это СИ, предназначенное для

выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной

для восприятия оператором. Например, вольтметр, частотомер,

осциллограф и т.п.

Измерительная установка – это совокупность функционально

объединенных СИ и вспомогательных устройств, предназначенная

для измерения одной или нескольких физических величин и

расположенная в одном месте. Как правило, измерительные

установки применяются для поверки измерительных приборов.

Измерительная система – совокупность функционально

объединенных мер, измерительных приборов, измерительных

преобразователей, ЭВМ и других технических средств,

расположенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с

целью измерений одной или нескольких физических величин,

свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов

в разных цепях. Она отличается от измерительной установки тем,

что вырабатывает измерительную информацию в форме, удобной

для автоматической обработки и передачи.

Самое интересное:

Иосиф виссарионович сталин - биография, информация, личная жизнь

Умер Рома Англичанин из рэп-группы ЛСП: почему, что случилось, причины смерти

Опыт выращивания азимины Как получить семена из покупного банана и прорастить их