Единицы физических величин

Единицы величин начали появляться с того момента, когда возникла необходимость выражать что – либо количественно. Первоначально единицы физических величин выбирались произвольно, без какой – либо связи друг с другом. Значительное число произвольных единиц одной и той же физической величины затрудняло сравнение результатов измерений, произведённых различными наблюдателями. Перевод одних единиц в другие был очень сложен и приводил к существенному снижению точности результатов измерений. Так, во второй половине XVІІІ века в Европе насчитывалось до сотни футов различной длины, около полусотни различных миль, свыше 120 различных фунтов.

В 1790 году во Франции было принято решение о создание системы новых мер, «основанных на неизменном прототипе, взятом из природы, с тем, чтобы её могли принять все нации». Было предложено считать единицей длины длину десятимиллионной части четверти меридиана Земли, проходящего через Париж. Эту единицу назвали метром. За единицу массы была принята масса 0, 001 м³ (1дм³) чистой воды при температуре наибольшей её плотности (+4ºС); эта единица была названа килограммом.

Исторически возникло ряд систем единиц. Они строились на основе тех единиц физических величин, которые были приняты в той или иной стране. Из всех этих систем предпочтение отдается системам, построенным на единицах длины – массы – времени как основных.

Наличие ряда систем единиц измерения физических величин и большое число внесистемных единиц, неудобства, возникающие на практике в связи с пересчётами при переходе от одной системы к другой, вызвали необходимость создания единой универсальной системы единиц, которая охватывала бы все отрасли науки и техники и была бы принята в международном масштабе.

В 1948 году на ΙX Генеральной конференции по мерам и весам поступили предложения принять для международных сношений единую практическую систему единиц. В качестве основных единиц рекомендовались: метр, килограмм (единица массы), секунда и одна из электрических единиц.

X Генеральная конференция (1954 г.) приняла в качестве основных единиц новой системы следующие: длина – метр; масса – килограмм; время – секунда; сила тока – ампер; температура термодинамическая – градус Кельвина; сила света – кандела.

В 1960 году XІ Генеральная конференция по мерам и весам окончательно приняла новую систему, присвоив ей наименование – Международная система единиц (System International) с сокращенным обозначением «SI», в русской транскрипции «СИ».

Система единиц физических величин – совокупность основных и производных единиц, образованная в соответствии с принятыми принципами.

Приведем определения всех семи основных единиц СИ.

Единица длины – метр (м) – длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

Единица массы – килограмм (кг) – масса, равная массе международного прототипа килограмма.

Единица времени – секунда (с) – время, равное 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия – 133.

Единица силы электрического тока – ампер– сила не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу, равную 2 ·10^-7 Н на каждый метр длины.

Единица термодинамической температуры – Кельвин – (К) – 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки.

Единица силы света – кандела (кд) – равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 · 10 12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Единица количества вещества – моль– количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в нуклиде 12С массой 0,012 кг.

СИ включает в себя и две дополнительные единицы для плоского и телесного углов, необходимые для образования производных единиц, связанных с угловыми величинами.

Единица плоского угла – радиан (рад) - угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. В градусном исчислении радиан равен 57º17'44,8".

Единица телесного угла – стерадиан (ср) равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Производные единицы. Они образуются на основание законов, устанавливающих связь между физическими величинами или на основании определений физических величин. Выводятся соответствующие производные единицы СИ из уравнений связи между величинами (определяющих уравнений), выражающих данный физический закон или определение, если все другие величины выражены в единицах СИ.

Приведём основные производные единицы СИ электрических и магнитных величин.

Единицей плотности электрического тока является ампер на квадратный метр, равный плотности электрического тока, при которой сила тока, равномерно распределённого по поперечному сечению проводника площадью 1м², равна 1А.

Единицей линейной плотности электрического тока является ампер на метр, равный линейной плотности электрического тока, при которой сила тока, равномерно распределённого по сечению тонкого листового проводника шириной 1м равна 1А.

Единицей количества электричества (электрического заряда) является кулон, равный количеству электричества, проходящему через поперечное сечение при токе силой 1А за время 1с.

Единицей электрического напряжения является вольт, равный электрическому напряжению на участке электрической цепи, при котором в участке проходит постоянный ток силой 1А и затрачивается мощность 1Вт.

Электрический потенциал, разность электрических потенциалов и электродвижущая сила также выражаются в вольтах.

Единицей напряжённости электрического поля является вольт на метр, равный напряжённости однородного электрического поля на расстояние 1м, создаётся разность потенциалов 1В.

Единицей электрической ёмкости является фарада, равная электрической ёмкости конденсатора, при которой заряд 1Кл создаёт на конденсаторе напряжение 1В.

Единицей абсолютной диэлектрической проницаемости, при которой электрическое поле напряжённостью 1 В/м создаёт электрическое смещение 1 Кл/м².

Единицей электрического сопротивления является Ом, равный электрическому сопротивлению участка электрической цепи, при котором постоянный ток силой 1А вызывает падение напряжения 1В.

Единицей удельного электрического сопротивления является Ом – метр, равный удельному электрическому сопротивлению вещества, при котором участок выполненной из этого вещества электрической цепи длиной 1м и площадью поперечного сечения 1м² имеет сопротивление 1Ом.

Единицей электрической проводимости является сименс, равный электрической проводимости участка электрической цепи сопротивлением 1 Ом.

Единицей удельной электрической проводимост и является сименс на метр, равный удельной электрической проводимости вещества, при которой участок выполненной из этого вещества электрической цепи длиной 1м и площадью поперечного сечения 1м² имеет электрическую проводимость 1 См.

Единицей магнитного потока является вебер, равный магнитному потоку, при убывание которого до нуля в сцеплённой с ним электрической цепи сопротивлением 1Ом через поперечное сечение проводника проходит количество электричества 1Кл.

Единицей магнитной индукции является тесла, равная магнитной индукции, при которой магнитный поток сквозь поперечное сечение площадью 1м² равен 1Вб.

Единицей магнитодвижущей силы является ампер, равный магнитодвижущей силе вдоль замкнутого контура, сцеплённого с цепью постоянного тока силой 1А.

Разность магнитных потенциалов выражается также в амперах.

Единицей напряжённости магнитного поля является ампер на метр, равный напряжённости магнитного поля в центре длинного соленоида с равномерно распределённой обмоткой, по которой проходит ток силой 1/n А, где n – число витков на участке соленоида длиной 1 м.

Единицей индуктивности является генри, равный индуктивности электрической цепи, с которой при силе постоянного тока в ней 1А сцепляется магнитный поток 1Вб.

Взаимная индуктивность также выражается в генри.

Единицей абсолютной магнитной проницаемости является генри на метр, равный абсолютной магнитной проницаемости среды, в которой при напряженности магнитного поля 1 А/м создаётся магнитная индукция 1 Т.

Единицей магнитного сопротивления является ампер на вебер, равный магнитному сопротивлению магнитной цепи, в котором магнитный поток 1 Вб создаётся при магнитодвижущей силе 1А.

Единицей магнитной проводимости является вебер на ампер, равный магнитной проводимости магнитной цепи с магнитным сопротивлением 1 А/Вб

Единицей электромагнитной энергии является джоуль, равный электромагнитной энергии, эквивалентной работе 1Дж.

Единицей активной мощности является ватт, равный активной мощности, эквивалентной механической мощности 1Вт.

Единицей реактивной мощности является ва, равный реактивной мощности при напряжении 1В, силе тока 1А и sin φ = 1.

Единицей полной мощности является вольт – ампер, равный полной мощности при напряжении 1В и силе тока 1А.

При измерениях частоты используют следующие производные единицы СИ пространства и времени.

Единицей частоты периодического процесса является герц, равный частоте периодического процесса, при которой за время 1с происходит один цикл периодического процесса.

Единицей частоты дискретных событий (импульсов, ударов и т.п.) является секунда в минус первой степени, равная частоте дискретных событий, при которой за время 1с совершается одно событие.

Единицей частоты вращения является секунда в минус первой степени, равная частоте вращения, при которой за время 1с происходит один цикл вращения (один оборот).

Единицей угловой скорости является радиан в секунду, равный угловой скорости равномерно вращающегося тела, при которой за время 1с совершается поворот тела относительно оси вращения на угол 1 рад.

Размеры метрических единиц Международной системы (СИ), для многих случаев практики неудобны: или слишком велики или очень малы. Поэтому пользуются кратными и дольными единицами. Для образования наименований десятичных кратных и дольных единиц используют соответствующие приставки. В таблице 2.1 приведён список применяемых в настоящее время десятичных множителей и соответствующих им приставок.

Множитель	Приставка
Наименование	Обозначение
русское	Междуна- родное
1018 1015 1012 109 106 103 102 101 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18	экса пета тера гига мега кило гекто дека деци санти милли микро нано пико фемто атто	Э П Т Г М к г да д с м мк н п ф а	Е Р Т G М k h da d с m µ n p f а

Таблица 2.1

Обозначение приставки пишется слитно с обозначением единицы, к которой она присоединяется, или соответственно с её обозначением.

Приставки можно присоединять только к простым наименованиям единиц, не содержащим приставок. Присоединение двух и более приставок подряд не допускается.