Φυσικά μεγέθη και παράμετροι, μονάδες

Φυσικές ποσότητες

Ως ποσότητες νοούνται εκείνα τα χαρακτηριστικά των φαινομένων που καθορίζουν φαινόμενα και διαδικασίες και μπορούν να υπάρχουν ανεξάρτητα από την κατάσταση του περιβάλλοντος και των συνθηκών. Αυτά περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, ηλεκτρικό φορτίο, ένταση πεδίου, επαγωγή, ηλεκτρικό ρεύμα κ.λπ. Το περιβάλλον και οι συνθήκες κάτω από τις οποίες συμβαίνουν τα φαινόμενα που ορίζονται από αυτές τις ποσότητες μπορούν να αλλάξουν αυτές τις ποσότητες κυρίως μόνο ποσοτικά.

Φυσικές παράμετροι

Ως παράμετροι νοούνται τέτοια χαρακτηριστικά φαινομένων που καθορίζουν τις ιδιότητες των μέσων και των ουσιών και επηρεάζουν τη σχέση μεταξύ των ίδιων των ποσοτήτων. Δεν μπορούν να υπάρχουν ανεξάρτητα και εκδηλώνονται μόνο στη δράση τους στο πραγματικό μέγεθος.

Οι παράμετροι περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, ηλεκτρικές και μαγνητικές σταθερές, ηλεκτρική αντίσταση, δύναμη καταναγκασμού, υπολειπόμενη αυτεπαγωγή, παραμέτρους ηλεκτρικού κυκλώματος (αντίσταση, αγωγιμότητα, χωρητικότητα, επαγωγή ανά μονάδα μήκους ή όγκου σε μια συσκευή) κ.λπ.

Τιμές φυσικών παραμέτρων

Οι τιμές των παραμέτρων συνήθως εξαρτώνται από τις συνθήκες κάτω από τις οποίες συμβαίνει αυτό το φαινόμενο (από θερμοκρασία, πίεση, υγρασία κ.λπ.), αλλά εάν αυτές οι συνθήκες είναι σταθερές, οι παράμετροι διατηρούν τις τιμές τους αμετάβλητες και ως εκ τούτου ονομάζονται και σταθερές .

Οι ποσοτικές (αριθμητικές) εκφράσεις μεγεθών ή παραμέτρων ονομάζονται τιμές τους. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι τιμές συνήθως αναφέρονται ως ποσότητες προς αποφυγή. Για παράδειγμα: η ένδειξη του βολτόμετρου U είναι 5 V, επομένως η μετρούμενη τάση (τιμή) V έχει τιμή 5 V.

Μονάδες

Η μελέτη οποιουδήποτε φαινομένου στη φυσική δεν περιορίζεται στη δημιουργία ποιοτικών σχέσεων μεταξύ των ποσοτήτων, αυτές οι σχέσεις πρέπει να ποσοτικοποιούνται. Χωρίς γνώση των ποσοτικών εξαρτήσεων, δεν υπάρχει πραγματική εικόνα αυτού του φαινομένου.

Ποσοτικά, μια ποσότητα μπορεί να εκτιμηθεί μόνο με τη μέτρησή της, δηλαδή συγκρίνοντας πειραματικά μια δεδομένη φυσική ποσότητα με μια ποσότητα της ίδιας φυσικής φύσης, που λαμβάνεται ως μονάδα μέτρησης.

Η μέτρηση μπορεί να είναι άμεση ή έμμεση. Στην άμεση μέτρηση, η προς προσδιορισμό ποσότητα συγκρίνεται απευθείας με τη μονάδα μέτρησης. Στην έμμεση μέτρηση, οι τιμές της επιθυμητής ποσότητας βρίσκονται με τον υπολογισμό των αποτελεσμάτων των άμεσων μετρήσεων άλλων ποσοτήτων που σχετίζονται με μια δεδομένη συγκεκριμένη αναλογία.

Η καθιέρωση μονάδων μέτρησης είναι εξαιρετικά σημαντική τόσο για την ανάπτυξη της επιστήμης στην επιστημονική έρευνα και τη θέσπιση φυσικών νόμων, όσο και στην πράξη για τη διεξαγωγή τεχνολογικών διαδικασιών, καθώς και για τον έλεγχο και τη λογιστική.

Οι μονάδες μέτρησης για διάφορες ποσότητες μπορούν να οριστούν αυθαίρετα χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η σχέση τους με άλλες ποσότητες ή να λαμβάνονται υπόψη αυτές οι σχέσεις. Στην πρώτη περίπτωση, όταν αντικαθιστάτε αριθμητικές τιμές στην εξίσωση σχέσεων, είναι απαραίτητο να λάβετε επιπλέον υπόψη αυτές τις σχέσεις. Στη δεύτερη περίπτωση, η ανάγκη για το τελευταίο εξαφανίζεται.

Κάθε σύστημα μονάδων διακρίνεται βασικές και παράγωγες μονάδες… Οι βασικές μονάδες ορίζονται αυθαίρετα, ενώ συνήθως προέρχονται από κάποιο χαρακτηριστικό φυσικό φαινόμενο ή ιδιότητα μιας ουσίας ή σώματος. Οι βασικές μονάδες πρέπει να είναι ανεξάρτητες μεταξύ τους και ο αριθμός τους να καθορίζεται από την αναγκαιότητα και την επάρκεια για το σχηματισμό όλων των παραγώγων μονάδων.

Έτσι, για παράδειγμα, ο αριθμός των βασικών μονάδων που απαιτούνται για την περιγραφή ηλεκτρικών και μαγνητικών φαινομένων είναι τέσσερις. Δεν είναι απαραίτητο να γίνονται δεκτές οι μονάδες των βασικών ποσοτήτων ως βασικές μονάδες.

Είναι σημαντικό μόνο ο αριθμός των βασικών μονάδων μέτρησης να είναι ίσος με τον αριθμό των βασικών μεγεθών και να μπορούν να αναπαραχθούν (με τη μορφή προτύπων) με τη μέγιστη ακρίβεια.

Οι παράγωγες μονάδες είναι μονάδες που καθορίζονται βάσει κανονικοτήτων που συσχετίζουν την αξία για την οποία καθορίζεται η μονάδα με τις τιμές των οποίων οι μονάδες ορίζονται ανεξάρτητα.

Για να ληφθεί μια παράγωγη μονάδα μιας αυθαίρετης ποσότητας, γράφεται μια εξίσωση που εκφράζει τη σχέση αυτής της ποσότητας με τις ποσότητες που καθορίζονται από τις βασικές μονάδες και, στη συνέχεια, εξισώνοντας τον συντελεστή αναλογικότητας (αν είναι στην εξίσωση) με ένα, Οι ποσότητες αντικαθίστανται από μονάδες μέτρησης και εκφράζονται σε μονάδες βάσης.Επομένως, το μέγεθος των μονάδων μέτρησης συμπίπτει με το μέγεθος των αντίστοιχων ποσοτήτων.

Βασικά συστήματα μπλοκ στην ηλεκτρική μηχανική

Στη φυσική μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνα, ήταν κοινά δύο απόλυτα συστήματα μονάδων που αναπτύχθηκαν από τον Gauss— SGSE (εκατοστό, γραμμάριο, δευτερόλεπτο — ηλεκτροστατικό σύστημα) και SGSM (cm, gram, second — μαγνητοστατικό σύστημα), στο οποίο οι κύριες ποσότητες είναι το εκατοστό, γραμμάριο, δευτερόλεπτο και η διηλεκτρική ή μαγνητική διαπερατότητα της κοιλότητας.

Το πρώτο σύστημα μονάδων προέρχεται από το νόμο του Coulomb για την αλληλεπίδραση ηλεκτρικών φορτίων, το δεύτερο - βασίζεται στον ίδιο νόμο για την αλληλεπίδραση μαγνητικών μαζών. Οι τιμές των ίδιων ποσοτήτων που εκφράζονται σε μονάδες ενός συστήματος είναι εξαιρετικά διαφορετικές από τις ίδιες μονάδες σε ένα άλλο. Κατά συνέπεια, διαδόθηκε ευρέως και το συμμετρικό σύστημα Gaussian CGS, στο οποίο τα ηλεκτρικά μεγέθη εκφράζονται στο σύστημα CGSE και τα μαγνητικά μεγέθη εκφράζονται στο σύστημα CGSM.

Οι μονάδες των συστημάτων CGS στις περισσότερες περιπτώσεις αποδείχθηκαν άβολες στην πρακτική (πολύ μεγάλες ή πολύ μικρές), γεγονός που οδήγησε στη δημιουργία ενός συστήματος πρακτικών μονάδων που είναι πολλαπλάσια των μονάδων του συστήματος CGS (αμπέρ, βολτ, ωμ, φαράντ , μενταγιόν, κ.λπ.) .). Ήταν η βάση του συστήματος που υιοθετήθηκε ευρέως κάποτε. ISSA, του οποίου οι αρχικές μονάδες είναι μέτρο, χιλιόγραμμο (μάζα), δευτερόλεπτο και αμπέρ.

Η ευκολία αυτού του συστήματος μονάδων (που ονομάζεται απόλυτο πρακτικό σύστημα) έγκειται στο γεγονός ότι όλες οι μονάδες του συμπίπτουν με τις πρακτικές, επομένως δεν χρειάζεται να εισαχθούν πρόσθετοι συντελεστές στους τύπους για τη σχέση μεταξύ των ποσοτήτων που εκφράζονται σε αυτό το σύστημα των μονάδων.

Επί του παρόντος, υπάρχει ένα ενιαίο διεθνές σύστημα μονάδων. ΣΙ (Διεθνές Σύστημα), το οποίο υιοθετήθηκε το 1960. Βασίζεται στο σύστημα ISSA.

Το σύστημα SI διαφέρει από το MCSA στο ότι μια μονάδα θερμοδυναμικής θερμοκρασίας προστίθεται στον αριθμό των πρώτων μονάδων του πρώτου, ο βαθμός Kelvin, η μονάδα μέτρησης της ποσότητας της ύλης είναι το mole και η μονάδα της φωτεινής Η ένταση είναι το candela, το οποίο επιτρέπει σε αυτό το σύστημα να επεκταθεί όχι μόνο σε ηλεκτρικά, μαγνητικά και μηχανικά φαινόμενα., αλλά και σε άλλους τομείς της φυσικής.

Στο σύστημα SI, υπάρχουν επτά βασικές μονάδες: κιλό, μέτρο, δευτερόλεπτο, αμπέρ, kelvin, mole, καντέλα.

Για τον υπολογισμό μεγεθών που είναι πολύ μεγαλύτερες από αυτή τη μονάδα μέτρησης ή πολύ μικρότερες από αυτήν, χρησιμοποιούνται πολλαπλάσια και υποπολλαπλάσια των μονάδων. Αυτές οι μονάδες λαμβάνονται με την προσθήκη του κατάλληλου προθέματος στο όνομα της μονάδας βάσης.

Το ιστορικό του σχηματισμού του συστήματος SI και οι βασικές μονάδες αυτού του συστήματος δίνονται σε αυτό το άρθρο: Σύστημα μέτρησης SI — ιστορία, σκοπός, ρόλος στη φυσική