Физические величины — что под этим понимается
Определение 1
Физические величины —
Это понятие в физике связано с параметрами объектов или процессов, которые могут быть измерены в ходе эксперимента с применением измерительных методов и приборов. Это представляет собой характеристику материальных объектов (физической системы, явления или процесса), которая имеет общий качественный характер для многих физических объектов, но в количественном отношении является индивидуальной для каждого из них.
Определение 2
Физическая величина —
Значение физической величины выражается одним или несколькими числами, характеризующими необходимую физическую величину, у которой обязательно должна быть указана размерность.
Размер физической величины — это значения чисел, указанные в значении физической величины.
Описание основных физических величин в системе СИ, единицы их измерения, обозначения и формулы
Основными физическими величинами в Международной системе единиц (СИ) являются: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, количество вещества, сила света.
Единицы измерения основных физических величин в системе СИ
Время в системе СИ измеряется в секундах (с).
Расчет величины секунды основан на фиксировании численного значения частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 при температуре 0 °К, равной в точности 9 192 631 770 Гц.
Солнечные сутки разбираются на 24 часа, каждый час разбирается на 60 минут, а каждая минута состоит из 60 секунд. Таким образом, секунда — это 1/(24*60*60) = 1/86400 от солнечных суток.
Единица длины по системе СИ — это метр (м). Величина метра определяется фиксацией численного значения скорости света в вакууме, равной 299 792 458 м/с.
Масса в системных единицах измеряется в килограммах (кг). Килограмм — это величина, основой которой является численное значение постоянной Планка h=6,626*10-34, когда она выражена в Дж*с.
Следующая основная единица — это сила электрического тока, она измеряется в Амперах (А). Величина Ампера определяется зафиксированным численным значением элементарного заряда электрона равного в кулонах 1,602*10-19Кл.
Единицей измерения термодинамической температуры является Кельвин (K). В 1967-2019 годах Кельвин определялся как 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Шкала Кельвина использует тот же шаг, что и шкала Цельсия. 0 °K — это температура абсолютного нуля, а не температура плавления льда. Согласно современному определению что такое Кельвин, 0 °C установлены таким образом, что температура тройной точки воды на фазовой диаграмме равна 0,01 °C. В итоге шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15 °.
Моль — это единица измерения количества вещества. Один моль содержит ровно 6,022*1023 элементов. Это число фиксировано, постоянно и называется числом Авогадро, единицей измерения которого является 1/моль.
Кандела — единица силы света. Величина канделы устанавливается фиксированием численного значения световой эффективности монохроматического излучения частотой 540*1012Гц.
| Основная физическая величина | Обозначение | Единица измерения в системе СИ |
| Длина | l | метр (м) |
| Масса | m | килограмм (кг) |
| Время | t | секунда (с) |
| Сила электрического тока | I | Ампер (А) |
| Термодинамическая температура | T | Кельвин (К) |
| Количество вещества | n | моль |
| Сила света | I_c | Кандела (кд) |
Табл.1. Основные физические величины, их обозначения и единицы измерения.
Производные единицы СИ, имеющие собственные наименования
Определение 3
Производные единицы СИ — это единицы измерения, которые исходят от семи основных единиц, определенных Международной системой единиц (СИ).
Такие единицы либо безразмерные, либо могут быть выражены с помощью различных математических операций из основных единиц СИ.
Пространство и время
Единиц измерения, входящих в систему СИ и имеющих собственные названия, которые относятся к пространству и времени — нет.
Периодические явления, колебания и волны, акустика
Частота — это число колебаний совершаемых за одну секунду. Единица измерения названа в честь физика Генриха Герца и обозначается Гц.
Тепловые явления
Температура по Цельсию. Абсолютный ноль по шкале Кельвинов (0 °K) соответствует -273,15 °C, поэтому для перевода температура из Кельвинов (T) в Цельсии (t), нужно совершить арифметическое действие t = T-273,15.
Энергия — это физическая величина, показывающая какую работу может совершить тело. Измеряется в джоулях (Дж).
Механика
Плоский угол — это часть плоскости, ограниченная двумя лучами, выходящими из одной точки. В системе СИ измеряется в радианах (рад).
Телесный угол — часть пространства, ограниченная некоторой конической поверхностью. Измеряется в системе СИ в стерадианах (ср).
Молекулярная физика
Давление — это скалярная физическая величина равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади этой поверхности. Единицей измерения в системе СИ является паскаль (Па).
Активность катализатора — характеристика, показывающая насколько катализатор активен в процессе своей работы.
Электричество и магнетизм
Сила — физическая величина, которая характеризует действие на тело других тел, в результате чего у тела изменяется скорость или оно деформируется. Измеряется в ньютонах (Н).
Мощность — это физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, за который совершенна эта работа. В Международной системе (СИ) единицей измерения мощности является ватт (Вт).
Электрический заряд — это физическая величина, характеризующая свойство тел или частиц входить в электромагнитные взаимодействия и определяющая значение сил и энергий этих взаимодействий. Единица измерения в системе СИ — это кулон (Кл).
Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при перемещении положительного заряда из начальной точки в конечную к величине этого заряда. Измеряется в вольтах (В).
Сопротивление — физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению тока. Единица измерения — Ом. Источник электрической энергии является проводником и всегда имеет некоторое сопротивление, поэтому ток выделяет в нем тепло. Такое сопротивление называется внутренним. Если оно очень мало, то ток короткого замыкания будет большим, что может вывести источник тока из строя.
Емкость — это физическая величина, которая характеризует способность накапливать электрический заряд на одной из металлических обкладок конденсатора, равная отношению заряда к напряжению и измеряется в фарадах (Ф).
Конденсатор — это совокупность двух проводников, находящихся на малом расстоянии друг от друга и разделенных слоем диэлектрика. На значение емкости влияют геометрические размеры и среда. Материал, из которого сделаны обкладки конденсатора, может быть разным.
Электрическая проводимость (электропроводность) — это способность веществ пропускать электрический ток под действием электрического напряжения. Электрическая проводимость — величина, обратная сопротивлению. Измеряется в сименсах (См).
Характер электропроводности может быть разный, поэтому вещества делятся на электролиты (вещества, растворы и расплавы, проводящие электрический ток) и неэлектролиты (вещества, растворы и расплавы, которые не проводят электрический ток).
Оптика, электромагнитное излучение
Световой поток — величина, измеряемая количеством энергии, которую излучает источник света за единицу времени. В системе СИ единицей измерения светового потока является люмен (лм).
Освещенность — это величина светового потока, приходящаяся на единицу площади освещаемой поверхности. Освещенность измеряется в люксах.
Магнитный поток — физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь контура и на косинус угла между нормалью к контуру и вектором магнитной индукции. Единицей измерения магнитного потока в системе СИ является вебер (Вб).
Магнитная индукция — это векторная физическая величина, модуль которой численно равен максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока. Единичный элемент тока — это проводник длиной 1 м и силой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является тесла (Тл).
Индуктивность — это физическая величина, характеризующая способность проводника с током создавать магнитное поле. Единица измерения — генри (Гн).
Атомная и ядерная физика. Радиоактивность
Радиоактивность — это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Различают радиоактивность естественную – для существующих в природе неустойчивых изотопов, а также искусственную — для изотопов, полученных с использованием ядерных реакций. Единицей измерения радиоактивности является беккерель (Бк).
Поглощенная доза ионизирующего излучения — величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм, и имеет специальное название — грей (Гр).
Эффективная доза ионизирующего излучения — величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв).
Собственные наименования имеют 22 производные единицы измерения, которые представлены в таблице 2.
| Величина | Единица измерения | Обозначение |
| Частота | герц | Гц |
| Температура по шкале Цельсия | градус Цельсия | С о |
| Энергия | джоуль | Дж |
| Плоский угол | радиан | рад |
| Телесный угол | стерадиан | ср |
| Давление | паскаль | Па |
| Активность катализатора | катал | кат |
| Сила | ньютон | Н |
| Мощность | ватт | Вт |
| Электрический заряд | кулон | Кл |
| Разность потенциалов | вольт | В |
| Сопротивление | ом | Ом |
| Ёмкость | фарад | Ф |
| Магнитный поток | вебер | Вб |
| Магнитная индукция | тесла | Тл |
| Индуктивность | генри | Гн |
| Электрическая проводимость | сименс | См |
| Световой поток | люмен | лм |
| Освещенность | люкс | лк |
| Радиоактивность | беккерель | Бк |
| Поглощенная доза ионизирующего излучения | грэй | Гр |
| Эффективная доза ионизирующего излучения | зиверт | Зв |
Таблица 2. Таблица с произвольными единицами измерения в системе СИ, которые имеют собственные названия.
Преобразование единиц измерения
Рассмотрим в этом пункте только способы преобразования основных единиц измерения в системе СИ, а именно длины (м), массы (кг), времени (с), силы электрического тока (А), термодинамической температуры (К), количества вещества (моль).
Длина:
1 м = 0,001 км = 10 дм =100 см = 1000 мм
Масса:
1 кг = 0,001 т = 0,01 ц = 1000 г = 1000000 мг
Время:
1 неделя = 7 суток
1 сутки = 24 часа
Силы электрического тока:
1 А = 1000 мА = 1000000 мкА = 0,001 кА
Термодинамической температуры:
T(K)=t(С о)+273.15
Количество вещества:
1 моль = 1000 ммоль = 0,001 кмоль
Что значит единица измерения?
Единица измерения — это конкретная величина, которая используется для измерения физической величины, такой как длина, масса, время, температура, скорость и т.д. Единицы измерения являются стандартными, их использование обеспечивает единообразие и точность измерений.
Например, метр — это единица измерения длины, килограмм — единица измерения массы, секунда — единица измерения времени, градус Цельсия — единица измерения температуры, метр в секунду — единица измерения скорости и т.д.
Системы единиц измерения могут быть разными в разных странах и областях науки. Наиболее распространенными являются Международная система единиц (СИ), Британская система единиц (СГС), американская система единиц (САЕ) и т.д.
Единицы измерения обеспечивают единообразие и точность в научных и технических областях, облегчают обмен информацией между людьми, использующими разные системы измерения, и обеспечивают возможность сравнения и анализа измерений, выполненных в разное время и в разных местах.