Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Надеюсь это поможет форумчанам более грамотно и вдумчиво оперировать с приставками и физическими величинами. Отличать милли (м) от мега (М), правильно записывать обозначения электрических величин, и т.п.

Основные источники информации:

1. ДСТУ 3651.0-97 "Метрология. Единицы физических величин. Основные единицы физических величин Международной системы единиц. Основные положения, названия и обозначения";
2. ДСТУ 3651.1-97 "Метрология. Единицы физических величин. Производные единицы физических величин Международной системы единиц и внесистемные единицы. Основные понятия, наименования и обозначения";
3. ДСТУ 3651.2-97 "Метрология. Единицы физических величин. Физические постоянные и характеристические числа. Основные положения, обозначения, наименования и значения".

Основными единицами Международной системы единиц СИ (SI) являются:

метр (м) – длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 с;

килограмм (кг) – единица массы, равная массе международного прототипа килограмма;

секунда (с) – время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133;

ампер (А) – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2·10 -7 Н;

кельвин (К) – единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды;

кандела (кд) – сила света в заданном направлении от источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср;

моль (моль) – количество вещества системы, содержащей столько же молекул (атомов, частиц), сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг.

Производными единицами Международной системы единиц являются:

радиан (рад) – единица плоского угла, 1 рад = 1 м / м = 1;

стерадиан (ср) – единица телесного угла, 1 ср = 1 м 2 / м 2 = 1;

герц (Гц) – единица частоты, 1 Гц = 1 с -1 ;

ньютон (Н) – единица силы и веса, 1 Н = 1 кг·м / с 2 ;

паскаль (Па) – единица давления, (механического) напряжения, 1 Па = 1 Н / м 2 ;

джоуль (Дж) – единица энергии, работы, количества теплоты, 1 Дж = 1 Н·м;

ватт (Вт) – единица мощности, потока излучения, 1 Вт = 1 Дж / с;

кулон (Кл) – единица электрического заряда, количества электричества, 1 Кл = 1 А·с;

вольт (В) – единица электрического потенциала, (электрического) напряжения, электродвижущей силы, 1 В = 1 Вт / А;

фарад (Ф) – единица электрической емкости, 1 Ф = 1 Кл / В;

ом (Ом) – единица электрического сопротивления, 1 Ом = 1 В / А;

сименс (См) – единица электрической проводимости, 1 См = 1 Ом -1 ;

вебер (Вб) – единица магнитного потока, 1 Вб = 1 В·с;

тесла (Тл) – единица магнитной индукции, 1 Тл = 1 Вб / м 2 ;

генри (Гн) – единица индуктивности, 1 Гн = 1 Вб / м;

градус Цельсия (°С) – единица температуры Цельсия, 1 °С = 1 К;

люмен (лм) – единица светового потока, 1 лм = 1 кд·ср;·

люкс (лк) – единица освещенности, 1 лк = 1 лм / м 2 ;

беккерель (Бк) – единица активности (радионуклида), 1 Бк = 1 с -1 ;

грей (Гр) – единица поглощенной дозы (ионизирующего излучения), удельной переданной энергии, 1 Гр = 1 Дж / кг;

зиверт (Зв) – единица эквивалентной дозы (ионизирующего излучения), 1 Зв = 1 Дж / кг

Другие единицы:

бит (б) - наименьшая возможная единица измерения информации в вычислительной технике. Один разряд двоичного кода (двоичная цифра). Может принимать только два взаимоисключающих значения: да/нет, 1/0, включено/выключено, и т. п.

байт (Б) - единица измерения количества информации, обычно равная восьми битам (в этом случае может принимать 256 (2 8) различных значений).

• Обозначения единиц, произошедшие от фамилий, пишутся с заглавной буквы, в том числе с приставками СИ, например: ампер - А, мегапаскаль - МПа, килоньютон - кН, гигагерц - ГГц.
• Обозначения единиц печатают прямым шрифтом, точку как знак сокращения после обозначения не ставят.
• Обозначения помещают за числовыми значениями величин через пробел , перенос на другую строку не допускается. Исключения составляют обозначения в виде знака над строкой, перед ними пробел не ставится. Примеры: 10 м/с, 15°.
• Если числовое значение представляет собой дробь с косой чертой, его заключают в скобки, например: (1/60) с –1 .
• При указании значений величин с предельными отклонениями их заключают в скобки или проставляют обозначение единицы за числовым значением величины и за её предельным отклонением: (100,0 ± 0,1) кг, 50 г ± 1 г.
• Обозначения единиц, входящие в произведение, отделяют точками на средней линии (Н·м, Па·с), не допускается использовать для этой цели символ «х». В машинописных текстах допускается точку не поднимать или разделять обозначения пробелами, если это не может вызвать недоразумения.
• В качестве знака деления в обозначениях можно использовать горизонтальную черту или косую черту (только одну). При применении косой черты, если в знаменателе стоит произведение единиц, его заключают в скобки. Правильно: Вт/(м·К), неправильно: Вт/м/К, Вт/м·К.
• Допускается применять обозначения единиц в виде произведения обозначений единиц, возведённых в степени (положительные и отрицательные): Вт·м –2 ·К –1 , А·м 2 . При использовании отрицательных степеней не разрешается использовать горизонтальную или косую черту (знак деления).
• Допускается применять сочетания специальных знаков с буквенными обозначениями, например: °/с (градус в секунду).
• Не допускается комбинировать обозначения и полные наименования единиц. Неправильно: км/час, правильно: км/ч.

Кратные единицы - единицы, которые в целое число раз превышают основную единицу измерения некоторой физической величины. Международная система единиц (СИ) рекомендует следующие приставки для обозначений кратных единиц:

Двоичные приставки

В программировании и индустрии, связанной с компьютерами, те же самые приставки кило-, мега-, гига-, тера- и т. д. в случае применения к величинам, кратным степеням двойки (напр., байт), могут означать кратность не 1000, а 1024=2 10 . Какая именно система применяется, должно быть ясно из контекста (напр., применительно к объёму оперативной памяти и объёму дисковой памяти используется кратность 1024, применительно к каналам связи кратность 1000 "килобит в секунду").
1 килобайт = 1024 1 = 2 10 = 1024 байт
1 мегабайт = 1024 2 = 2 20 = 1 048 576 байт
1 гигабайт = 1024 3 = 2 30 = 1 073 741 824 байт
1 терабайт = 1024 4 = 2 40 = 1 099 511 627 776 байт
1 петабайт = 1024 5 = 2 50 = 1 125 899 906 842 624 байт
1 эксабайт = 1024 6 = 2 60 = 1 152 921 504 606 846 976 байт
1 зеттабайт = 1024 7 = 2 70 = 1 180 591 620 717 411 303 424 байт
1 йоттабайт = 1024 8 = 2 80 = 1 208 925 819 614 629 174 706 176 байт

PS: для двоичных приставок по последней редакции стандартов ISO предлагается добавлять окончание "би" (от binary ), т.е. "киби", "миби", "гиби" соответственно вместо "кило", "мега", "гига" и т.д.

Приставки для дольных единиц

Дольные единицы, составляют опредёленную долю (часть) от установленной единицы измерения некоторой величины. Международная система единиц (СИ) рекомендует следующие приставки для обозначений дольных единиц:

• Приставки следует писать слитно с наименованием единицы или, соответственно, с её обозначением.
• Использование двух или более приставок подряд (напр., микромиллифарад) не разрешается.
• Обозначения кратных и дольных единиц исходной единицы, возведенной в степень, образуют добавлением соответствующего показателя степени к обозначению кратной или дольной единицы исходной единицы, причём показатель означает возведение в степень кратной или дольной единицы (вместе с приставкой). Пример: 1 км 2 = (10 3 м) 2 =10 6 м 2 (а не 10 3 м 2). Наименования таких единиц образуют, присоединяя приставку к наименованию исходной единицы: квадратный километр (а не кило-квадратный метр).
• Если единица представляет собой произведение или отношение единиц, приставку, или её обозначение, присоединяют, как правило, к наименованию или обозначению первой единицы: кПа·с/м (килопаскаль-секунда на метр). Присоединять приставку ко второму множителю произведения или к знаменателю допускается лишь в обоснованных случаях.

Применимость приставок

В связи с тем, что наименование единицы массы в СИ - килограмм - содержит приставку «кило», для образования кратных и дольных единиц массы используют дольную единицу массы - грамм (0,001 кг).

Приставки ограниченно используются с единицами времени: кратные приставки вообще не сочетаются с ними (никто не использует «килосекунду», хотя это формально и не запрещено), дольные приставки присоединяются только к секунде (миллисекунда, микросекунда и т. д.). В соответствии с ГОСТ 8.417-2002, наименование и обозначения следующих единиц СИ не допускается применять с приставками: минута, час, сутки (единицы времени), градус, минута, секунда (единицы плоского угла), астрономическая единица, диоптрия и атомная единица массы.

С метрами из кратных приставок на практике употребляют только кило-: вместо мегаметров (Мм), гигаметров (Гм) и т. д. пишут «тысячи километров», «миллионы километров» и т. д.; вместо квадратных мегаметров (Мм 2) пишут «миллионы квадратных километров».

Ёмкость конденсаторов традиционно измеряют микрофарадами и пикофарадами, но не миллифарадами или нанофарадами (пишут 60 000 пФ, а не 60 нФ; 2 000 мкФ, а не 2 мФ).

Приставки, соответствующие показателям степени, не делящимся на 3 (гекто-, дека-, деци-, санти-), использовать не рекомендуется. Широко используются только сантиметр (являющийся основной единицей в системе СГС) и децибел, в меньшей степени - дециметр, а также гектар. В некоторых странах вино меряют декалитрами.

Многообразие отдельные единиц (силу, например, можно было выразить в кг, фунтах и др.) и систем единиц создавало большие трудности во всемирном обмене научными и экономическими достижениями. Поэтому еще в 19 веке отмечалась необходимость в создании единой международной системы, которая бы включала в себя и единицы измерений величин, используемых во всех разделах физики. Однако, соглашение о введении такой системы было принято только в 1960 году.

Международная система единиц – это правильно построенная и взаимосвязанная совокупность физических величин. Она была принята в октябре 1960 года на 11 генеральной конференции по мерам и весам. Сокращенное название системы –SI. В русской транскрипции – СИ. (система интернациональная).

В СССР в 1961 году был введен в действие ГОСТ 9867-61, которым устанавливается предпочтительное применение этой системы во всех областях науки, техники, и преподавания. В настоящие время действующим является ГОСТ 8.417-81 «ГСИ. Единицы физических величин». Этот стандарт устанавливает единицы физических величин, применяемые в СССР, их наименования, обозначения и правила применения. Он разработан в полном соответствии с системой СИ и с СТ СЭВ 1052-78.

Система Си состоит из семи основных единиц, двух дополнительных и ряда производных. Кроме единиц СИ допускается применение дольных и кратных единиц, получаемых умножением исходных величин на 10 n , гдеn= 18, 15, 12, … -12, -15, -18. Наименование кратных и дольных единиц образуется присоединением соответствующих десятичных приставок:

экса (Э) = 10 18 ; пета (П) = 10 15 ; тера (Т) = 10 12 ; гига (Г) = 10 9 ; мега (М) = 10 6 ;

мили (м) = 10 –3 ; микро (мк) = 10 –6 ; нано (н) = 10 –9 ; пико (п) = 10 –12 ;

фемто (ф) = 10 –15 ; атто (а) = 10 –18 ;

ГОСТ 8.417-81 разрешает использовать кроме указанных единиц ряд внесистемных единиц, а также единицы, временно разрешенные к применению до принятия соответствующих международных решений.

К первой группе относятся: тонна, сутки, час, минута, год, литр, световой год, вольт-ампер.

Ко второй группе относятся: морская миля, карат, узел, об*мин.

1.4.4 Основные единицы си.

Единица длинны – метр (м)

Метр равен 1650763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2p 10 и 5d 5 атома криптона-86.

В международном бюро мер и весов и в крупных национальных метрологических лабораториях созданы установки для воспроизведения метра в длинах световых волн.

Единица массы – килограмм (кг).

Масса – мера инерции тел и их гравитационных свойств. Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

Государственный первичный эталон килограмма СИ предназначен для воспроизведения, хранения и передачи единицы массы рабочим эталонам.

В состав эталона входят:

Копия международного прототипа килограмма – платино-иридиевый прототип №12, представляющий собой гирю в виде цилиндра диаметром и высотой 39мм.

Равноплечие призменные весы №1 на 1 кг с дистанционным управлением фирмы Рупхерт (1895 года) и №2 изготовленные во ВНИИМе в 1966г.

Один раз, в 10 лет государственный эталон сравнивают с эталоном-копией. За 90 лет масса государственного эталона увеличилась на 0,02мг из-за пыли, адсорбции и коррозии.

Сейчас масса является единственной величиной единица, которой определяется через вещественный эталон. Такое определение имеет ряд недостатков – изменение массы эталона с течением времени, невоспроизводимость эталона. Ведутся поисковые работы по выражению единицы массы через естественные константы, например через массу протона. Планируется также разработка эталона через определенное число атомов кремния Si-28. для решения этой задачи, прежде всего, должна быть повышена точность измерения числа Авогадро.

Единица измерения времени – секунда (с).

Время является одним из центральных понятий нашего мировоззрения, одним из важнейших факторов в жизни и деятельности людей. Его измеряют с помощью стабильных периодических процессов – годового вращения Земли вокруг Солнца, суточного – вращения Земли вокруг своей оси, различных колебательных процессов. Определение единицы времени – секунды несколько раз менялось в соответствии с развитием науки и требований к точности измерения. Сейчас существует следующее определение:

Секунда – равна 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133.

В настоящее время создан лучевой эталон времени, частоты и длинны, используемый службой времени и частоты. Радиосигналы позволяют передавать единицу времени, поэтому она широко доступна. Погрешность эталона секунды 1·10 -19 с.

Единица силы электрического тока – ампер (А)

Ампер равен силе не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным и прямолинейным проводникам бесконечной длинны и ничтожно малой площади поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метра друг от друга, вызвал бы на каждом участке проводника длинной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10 -7 Н.

Погрешность эталона ампера 4·10 -6 А. Эту единицу воспроизводят с помощью так называемых токовых весов, которые приняты в качестве эталона ампера. Планируется использовать в качестве основной единицы 1 вольт, так как погрешность его воспроизведения равна 5·10 -8 В.

Единица термодинамической температуры – Кельвин (К)

Температура – это величина, характеризующая степень нагретости тела.

Со времени изобретения Галилеем Термометра измерение температуры основано на применении т ого или иного термометрического вещества, изменяющего свой объем или давление при изменении температуры.

Все известные температурные шкалы (Фаренгейта, Цельсия, Кельвина) основаны на каких-либо реперных точках, которым приписываются различные числовые значения.

Кельвин и независимо от него Менделеев высказали соображения о целесообразности построения шкалы температур по одной реперной точке, в качестве которой была взята «тройная точка воды», являющаяся точкой равновесия воды в твердой, жидкой и газообразной фазах. Она в настоящее время может быть воспроизведена в специальных сосудах с погрешностью не более 0,0001 градуса Цельсия. Нижней границей температурного интервала служит точка абсолютного нуля. Если этот интервал разбить на 273,16 частей, то получиться единица измерения называемая Кельвином.

Кельвин – это 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.

Для обозначения температуры, выраженной в Кельвинах, принят символ Т, а в градусах Цельсия t. Переход производится по формуле:T=t+ 273,16. Градус Цельсия равен одному Кельвину (обе единицы имеют право на использование).

Единица силы света – кандела (кд)

Сила света –это величина, характеризующая свечение источника в некотором направлении, равна отношению светового потока к малому телесному углу, в котором он распространяется.

Кандела 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) (Ватт на стерадиан).

Погрешность воспроизведения единицы эталоном 1·10 -3 кд.

Единица количества вещества – моль.

Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде С12 массой 0,012кг.

При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами или специфицированными группами частиц.

Дополнительные единицы СИ

Международная система включает в себя две дополнительные единицы – для измерения плоского и телесного углов. Они не могут быть основными, так как являются безразмерными величинами. Присвоение углу самостоятельной размерности привело бы к необходимости изменений уравнений механики, относящихся к вращательному и криволинейному движению. Вместе с тем они не являются производными, так как не зависят от выбора основных единиц. Поэтому указанные единицы включены в СИ в качестве дополнительных, необходимых для образования некоторых производных единиц – угловой скорости, углового ускорения и т.п.

Единица плоского угла – радиан (рад)

Радиан равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Государственный первичный эталон радиана состоит из 36-гранной призмы и эталонной угломерной автоколлимационной установки с ценой деления отсчетных устройств 0,01’’. Воспроизведение единицы плоского угла осуществляется методом калибровки, исходя из того, что сумма всех центральных углов многогранной призмы равна 2π рад.

Единица телесного угла – стерадиан (ср)

Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Измеряют телесный угол путем определения плоских углов при вершине конуса. Телесному углу 1ср соответствует плоский угол 65 0 32’. Для пересчета пользуются формулой:

где Ω – телесный угол в ср; α – плоский угол при вершине в градусах.

Телесному углу π соответствует плоский угол 120 0 , а телесному углу 2π – плоский угол 180 0 .

Обычно углы измеряют все-таки в градусах – это удобнее.

Преимущества СИ

Она является универсальной, то есть охватывает все области измерений. С её внедрением можно отказаться от всех других систем единиц.

Она является когерентной, то есть системой, в которой производные единицы всех величин получаются с помощью уравнений с числовыми коэффициентами, равными безразмерной единице (система является связанной и согласованной).

Единицы в системе унифицированы (вместо ряда единиц энергии и работы: килограм-сила-метр, эрг, калория, киловатт-час, электрон-вольт и др. – одна единица для измерения работы и всех видов энергии – джоуль).

Осуществляется четкие разграничение единиц массы и силы (кг и Н).

Недостатки СИ

Не все единицы имеют удобный для практического использования размер: единица давления Па – очень маленькая величина; единица электрической емкости Ф – очень большая величина.

Неудобство измерения углов в радианах (градусы воспринимаются легче)

Многие производные величины не имеют пока собственных названий.

Таким образом, принятие СИ является очередным и очень важным шагом в развитии метрологии, шагом вперед в совершенствовании систем единиц физических величин.

В таблице даны наименования, условные обозначения и размерности наиболее употребительных единиц в системе СИ. Для перехода к другим системам - СГСЭ и СГСМ - в последних столбцах приведены соотношения между единицами этих систем и соответствующими единицами системы СИ.

Для механических величин системы СГСЭ и СГСМ полностью совпадают, основными единицами здесь являются сантиметр, грамм и секунда.

Различие в системах СГС имеет место для электрических величин. Это обусловлено тем, что в качестве четвертой основной единицы в СГСЭ принята электрическая проницаемость пустоты (ε 0 =1), а в СГСМ - магнитная проницаемость пустоты (μ 0 =1).

В системе Гаусса основными единицами являются сантиметр, грамм и секунда, ε 0 =1 и μ 0 =1 (для вакуума). В этой системе электрические величины измеряются в СГСЭ, магнитные - в СГСМ.

Величина	Наименование	Размерность	Обозн.	Содержит единиц систем СГС
				СГСЭ	СГСМ
Основные единицы
Длина	метр	м	м	10 2 cм
Масса	килограмм	кг	кг	10 3 г
Время	секунда	сек	сек	1сек
Сила тока	ампер	А	А	3×10 9	10 -1
Температура	Кельвин	К	К	-	-
	градус Цельсия	°C	°C	-	-
Сила света	кандела	кд	кд	-	-
Механические единицы
Количество электричества	кулон		Кл	3×10 9	10 -1
Напряжение, ЭДС	вольт		В		10 8
Напряженность электрического поля	вольт на метр				10 8
Электроемкость	фарада		Ф	9×10 11 см	10 -9
Электрическое сопротивление	ом		Ом		10 9
Удельное сопротивление	ом-метр				10 11
Диэлектрическая проницаемость	фарада на метр
Магнитные единицы
Напряженность магнитного поля	ампер на метр
Магнитная индукция	тесла		Тл		10 4 Гс
Магнитный поток	вебер		Вб		10 8 Мкс
Индуктивность	генри		Гн		10 8 см
Магнитная проницаемость	генри на метр
Оптические единицы
Телесный угол	стерадиан	стер	стер	-	-
Световой поток	люмен		лм	-	-
Яркость	нит		нт	-	-
Освещенность	люкс		лк	-	-

Некоторые определения

Сила электрического тока - сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого поперечного 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.
Кельвин - единица измерения температуры, равная 1/273 части интервала от абсолютного нуля температур до температуры таяния льда.
Кандела (свеча) - сила света, испускаемого с площади 1/600000м 2 сечения полного излучателя, в перпендикулярном этому сечению направлении, при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины при давлении 1011325Па.
Ньютон - сила, которая телу массой 1кг сообщает ускорение 1м/с 2 в направление ее действия.
Паскаль - давление, вызываемое силой в 1Н, равномерно распределенной по поверхности площадью 1м 2 .
Джоуль - работа силы 1Н при перемещении ею тела на расстоянии 1м в направлении ее действия.
Ватт - мощность, при которой за 1сек совершается работа, равная 1Дж.
Кулон - количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в течение 1сек при токе силой 1А.
Вольт - напряжение на участке электрической цепи с постоянным током силой 1А, в котором затрачивается мощность 1Вт.
Вольт на метр - напряженность однородного электрического поля, при которой между точками, находящимися на расстоянии 1м вдоль линии напряженности поля, создается разность потенциалов 1В.
Ом - сопротивление проводника, между концами которого при силе тока 1А возникает напряжение 1В.
Ом-метр - электрическое сопротивление проводника, при котором цилиндрический прямолинейный проводник площадью сечения 1м 2 и длиной 1м имеет сопротивление 1Ом.
Фарада - емкость конденсатора, между обкладками которого при заряде 1Кл возникает напряжение 1В.
Ампер на метр - напряженность магнитного поля в центре длинного соленоида с n витками на каждый метр длины, по которым проходит ток силой А/n.
Вебер - магнитный поток, при убывании которого до нуля в контуре, сцепленном с этим потоком, сопротивлением 1Ом проходит количество электричества 1Кл.
Генри - индуктивность контура, с которым при силе постоянного тока в нем 1А сцепляется магнитный поток 1Вб.
Тесла - магнитная индукция, при которой магнитный поток сквозь поперечное сечение площадью 1м 2 равен 1Вб.
Генри на метр - абсолютная магнитная проницаемость среды, в которой при напряженности магнитного поля 1А/м создается магнитная индукция 1Гн.
Стерадиан - телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.
Люмен - произведение силы света источника на телесный угол, в который посылается световой поток.

Некоторые внесистемные единицы

Интересный факт. Понятие лошадиная сила ввел отец известного ученого-физика Ватта. Ватт-отец был инженером-конструктором паровых машин, и ему было жизненно необходимо убедить владельцев шахт покупать его машины вместо тягловых лошадей. Чтобы хозяева шахт могли посчитать выгоду, Ватт придумал термин лошадиная сила для определения мощности паровых машин. Одна л.с. по Ватту - это 500 фунтов груза, которые лошадь могла тянуть весь рабочий день. Так что одна лошадиная сила - это способность тянуть телегу с 227кг груза в течении 12 часового рабочего дня. Паровые машины, продаваемые Ваттом, имели всего несколько лошадиных сил.

Приставки и множители для образования десятичных кратных и дольных единиц

Метрическая система - это общее название международной десятичной системы единиц, основными единицами которой являются метр и килограмм. При некоторых различиях в деталях элементы системы одинаковы во всем мире.

Эталоны длины и массы, международные прототипы. Международные прототипы эталонов длины и массы - метра и килограмма - были переданы на хранение Международному бюро мер и весов, расположенному в Севре - пригороде Парижа. Эталон метра представлял собой линейку из сплава платины с 10% иридия, поперечному сечению которой для повышения изгибной жесткости при минимальном объеме металла была придана особая X-образная форма. В канавке такой линейки была продольная плоская поверхность, и метр определялся как расстояние между центрами двух штрихов, нанесенных поперек линейки на ее концах, при температуре эталона, равной 0° С. За международный прототип килограмма была принята масса цилиндра, сделанного из того же платино-иридиевого сплава, что и эталон метра, высотой и диаметром около 3,9 см. Вес этой эталонной массы, равной 1 кг на уровне моря на географической широте 45°, иногда называют килограмм-силой. Таким образом, ее можно использовать либо как эталон массы для абсолютной системы единиц, либо как эталон силы для технической системы единиц, в которой одной из основных единиц является единица силы.

Международная система СИ. Международная система единиц (СИ) представляет собой согласованную систему, в которой для любой физической величины, такой, как длина, время или сила, предусматривается одна и только одна единица измерения. Некоторым из единиц даны особые названия, примером может служить единица давления паскаль, тогда как названия других образуются из названий тех единиц, от которых они произведены, например единица скорости - метр в секунду. Основные единицы вместе с двумя дополнительными геометрического характера представлены в табл. 1. Производные единицы, для которых приняты особые названия, даны в табл. 2. Из всех производных механических единиц наиболее важное значение имеют единица силы ньютон, единица энергии джоуль и единица мощности ватт. Ньютон определяется как сила, которая придает массе в один килограмм ускорение, равное одному метру за секунду в квадрате. Джоуль равен работе, которая совершается, когда точка приложения силы, равной одному ньютону, перемещается на расстояние один метр в направлении действия силы. Ватт - это мощность, при которой работа в один джоуль совершается за одну секунду. Об электрических и других производных единицах будет сказано ниже. Официальные определения основных и дополнительных единиц таковы.

Метр - это длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299 792 458 долю секунды.

Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

Секунда - продолжительность 9 192 631 770 периодов колебаний излучения, соответствующего переходам между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133.

Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Моль равен количеству вещества, в составе которого содержится столько же структурных элементов, сколько атомов в изотопе углерода-12 массой 0,012 кг.

Радиан - плоский угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Для образования десятичных кратных и дольных единиц предписывается ряд приставок и множителей, указываемых в табл. 3.

Таким образом, километр (км) - это 1000 м, а миллиметр - 0,001 м. (Эти приставки применимы ко всем единицам, как, например, в киловаттах, миллиамперах и т.д.)

Масса, длина и время . Все основные единицы системы СИ, кроме килограмма, в настоящее время определяются через физические константы или явления, которые считаются неизменными и с высокой точностью воспроизводимыми. Что же касается килограмма, то еще не найден способ его реализации с той степенью воспроизводимости, которая достигается в процедурах сравнения различных эталонов массы с международным прототипом килограмма. Такое сравнение можно проводить путем взвешивания на пружинных весах, погрешность которых не превышает 1 10 -8 . Эталоны кратных и дольных единиц для килограмма устанавливаются комбинированным взвешиванием на весах.

Поскольку метр определяется через скорость света, его можно воспроизводить независимо в любой хорошо оборудованной лаборатории. Так, интерференционным методом штриховые и концевые меры длины, которыми пользуются в мастерских и лабораториях, можно проверять, проводя сравнение непосредственно с длиной волны света. Погрешность при таких методах в оптимальных условиях не превышает одной миллиардной (1 10 -9). С развитием лазерной техники подобные измерения весьма упростились, и их диапазон существенно расширился.

Точно так же секунда в соответствии с ее современным определением может быть независимо реализована в компетентной лаборатории на установке с атомным пучком. Атомы пучка возбуждаются высокочастотным генератором, настроенным на атомную частоту, и электронная схема измеряет время, считая периоды колебаний в цепи генератора. Такие измерения можно проводить с точностью порядка 1 10 -12 - гораздо более высокой, чем это было возможно при прежних определениях секунды, основанных на вращении Земли и ее обращении вокруг Солнца. Время и его обратная величина - частота - уникальны в том отношении, что их эталоны можно передавать по радио. Благодаря этому всякий, у кого имеется соответствующее радиоприемное оборудование, может принимать сигналы точного времени и эталонной частоты, почти не отличающиеся по точности от передаваемых в эфир.

Механика. Исходя из единиц длины, массы и времени, можно вывести все единицы, применяемые в механике, как было показано выше. Если основными единицами являются метр, килограмм и секунда, то система называется системой единиц МКС; если - сантиметр, грамм и секунда, то - системой единиц СГС. Единица силы в системе СГС называется диной, а единица работы - эргом. Некоторые единицы получают особые названия, когда они используются в особых разделах науки. Например, при измерении напряженности гравитационного поля единица ускорения в системе СГС называется галом. Имеется ряд единиц с особыми названиями, не входящих ни в одну из указанных систем единиц. Бар, единица давления, применявшаяся ранее в метеорологии, равен 1 000 000 дин/см 2 . Лошадиная сила, устаревшая единица мощности, все еще применяемая в британской технической системе единиц, а также в России, равна приблизительно 746 Вт.

Температура и теплота. Механические единицы не позволяют решать все научные и технические задачи без привлечения каких-либо других соотношений. Хотя работа, совершаемая при перемещении массы против действия силы, и кинетическая энергия некой массы по своему характеру эквивалентны тепловой энергии вещества, удобнее рассматривать температуру и теплоту как отдельные величины, не зависящие от механических.

Термодинамическая шкала температуры. Единица термодинамической температуры Кельвина (К), называемая кельвином, определяется тройной точкой воды, т.е. температурой, при которой вода находится в равновесии со льдом и паром. Эта температура принята равной 273,16 К, чем и определяется термодинамическая шкала температуры. Данная шкала, предложенная Кельвином, основана на втором начале термодинамики. Если имеются два тепловых резервуара с постоянной температурой и обратимая тепловая машина, передающая тепло от одного из них другому в соответствии с циклом Карно, то отношение термодинамических температур двух резервуаров дается равенством T 2 /T 1 = -Q 2 Q 1 , где Q 2 и Q 1 - количества теплоты, передаваемые каждому из резервуаров (знак <минус> говорит о том, что у одного из резервуаров теплота отбирается). Таким образом, если температура более теплого резервуара равна 273,16 К, а теплота, отбираемая у него, вдвое больше теплоты, передаваемой другому резервуару, то температура второго резервуара равна 136,58 К. Если же температура второго резервуара равна 0 К, то ему вообще не будет передана теплота, поскольку вся энергия газа была преобразована в механическую энергию на участке адиабатического расширения в цикле. Эта температура называется абсолютным нулем. Термодинамическая температура, используемая обычно в научных исследованиях, совпадает с температурой, входящей в уравнение состояния идеального газа PV = RT, где P - давление, V - объем и R - газовая постоянная. Уравнение показывает, что для идеального газа произведение объема на давление пропорционально температуре. Ни для одного из реальных газов этот закон точно не выполняется. Но если вносить поправки на вириальные силы, то расширение газов позволяет воспроизводить термодинамическую шкалу температуры.

Международная температурная шкала. В соответствии с изложенным выше определением температуру можно с весьма высокой точностью (примерно до 0,003 К вблизи тройной точки) измерять методом газовой термометрии. В теплоизолированную камеру помещают платиновый термометр сопротивления и резервуар с газом. При нагревании камеры увеличивается электросопротивление термометра и повышается давление газа в резервуаре (в соответствии с уравнением состояния), а при охлаждении наблюдается обратная картина. Измеряя одновременно сопротивление и давление, можно проградуировать термометр по давлению газа, которое пропорционально температуре. Затем термометр помещают в термостат, в котором жидкая вода может поддерживаться в равновесии со своими твердой и паровой фазами. Измерив его электросопротивление при этой температуре, получают термодинамическую шкалу, поскольку температуре тройной точки приписывается значение, равное 273,16 К.

Существуют две международные температурные шкалы - Кельвина (К) и Цельсия (С). Температура по шкале Цельсия получается из температуры по шкале Кельвина вычитанием из последней 273,15 К.

Точные измерения температуры методом газовой термометрии требуют много труда и времени. Поэтому в 1968 была введена Международная практическая температурная шкала (МПТШ). Пользуясь этой шкалой, термометры разных типов можно градуировать в лаборатории. Данная шкала была установлена при помощи платинового термометра сопротивления, термопары и радиационного пирометра, используемых в температурных интервалах между некоторыми парами постоянных опорных точек (температурных реперов). МПТШ должна была с наибольшей возможной точностью соответствовать термодинамической шкале, но, как выяснилось позднее, ее отклонения весьма существенны.

Температурная шкала Фаренгейта. Температурную шкалу Фаренгейта, которая широко применяется в сочетании с британской технической системой единиц, а также в измерениях ненаучного характера во многих странах, принято определять по двум постоянным опорным точкам - температуре таяния льда (32° F) и кипения воды (212° F) при нормальном (атмосферном) давлении. Поэтому, чтобы получить температуру по шкале Цельсия из температуры по шкале Фаренгейта, нужно вычесть из последней 32 и умножить результат на 5/9.

Единицы теплоты. Поскольку теплота есть одна из форм энергии, ее можно измерять в джоулях, и эта метрическая единица была принята международным соглашением. Но поскольку некогда количество теплоты определяли по изменению температуры некоторого количества воды, получила широкое распространение единица, называемая калорией и равная количеству теплоты, необходимому для того, чтобы повысить температуру одного грамма воды на 1° С. В связи с тем что теплоемкость воды зависит от температуры, пришлось уточнять величину калории. Появились по крайней мере две разные калории - <термохимическая> (4,1840 Дж) и <паровая> (4,1868 Дж). <Калория>, которой пользуются в диететике, на самом деле есть килокалория (1000 калорий). Калория не является единицей системы СИ, и в большинстве областей науки и техники она вышла из употребления.

Электричество и магнетизм. Все общепринятые электрические и магнитные единицы измерения основаны на метрической системе. В согласии с современными определениями электрических и магнитных единиц все они являются производными единицами, выводимыми по определенным физическим формулам из метрических единиц длины, массы и времени. Поскольку же большинство электрических и магнитных величин не так-то просто измерять, пользуясь упомянутыми эталонами, было сочтено, что удобнее установить путем соответствующих экспериментов производные эталоны для некоторых из указанных величин, а другие измерять, пользуясь такими эталонами.

Единицы системы СИ. Ниже дается перечень электрических и магнитных единиц системы СИ.

Ампер, единица силы электрического тока, - одна из шести основных единиц системы СИ. Ампер - сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины с ничтожно малой площадью кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 10 - 7 Н.

Вольт, единица разности потенциалов и электродвижущей силы. Вольт - электрическое напряжение на участке электрической цепи с постоянным током силой 1 А при затрачиваемой мощности 1 Вт.

Кулон, единица количества электричества (электрического заряда). Кулон - количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника при постоянном токе силой 1 А за время 1 с.

Фарада, единица электрической емкости. Фарада - емкость конденсатора, на обкладках которого при заряде 1 Кл возникает электрическое напряжение 1 В.

Генри, единица индуктивности. Генри равен индуктивности контура, в котором возникает ЭДС самоиндукции в 1 В при равномерном изменении силы тока в этом контуре на 1 А за 1 с.

Вебер, единица магнитного потока. Вебер - магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре, имеющем сопротивление 1 Ом, протекает электрический заряд, равный 1 Кл.

Тесла, единица магнитной индукции. Тесла - магнитная индукция однородного магнитного поля, в котором магнитный поток через плоскую площадку площадью 1 м 2 , перпендикулярную линиям индукции, равен 1 Вб.

Практические эталоны. На практике величина ампера воспроизводится путем фактического измерения силы взаимодействия витков провода, несущих ток. Поскольку электрический ток есть процесс, протекающий во времени, эталон тока невозможно сохранять. Точно так же величину вольта невозможно фиксировать в прямом соответствии с его определением, так как трудно воспроизвести с необходимой точностью механическими средствами ватт (единицу мощности). Поэтому вольт на практике воспроизводится с помощью группы нормальных элементов. В США с 1 июля 1972 законодательством принято определение вольта, основанное на эффекте Джозефсона на переменном токе (частота переменного тока между двумя сверхпроводящими пластинами пропорциональна внешнему напряжению).

Свет и освещенность. Единицы силы света и освещенности нельзя определить на основе только механических единиц. Можно выразить поток энергии в световой волне в Вт/м 2 , а интенсивность световой волны - в В/м, как в случае радиоволн. Но восприятие освещенности есть психофизическое явление, в котором существенна не только интенсивность источника света, но и чувствительность человеческого глаза к спектральному распределению этой интенсивности.

Международным соглашением за единицу силы света принята кандела (ранее называвшаяся свечой), равная силе света в данном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540 10 12 Гц (l = 555 нм), энергетическая сила светового излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Это примерно соответствует силе света спермацетовой свечи, которая когда-то служила эталоном.

Если сила света источника равна одной канделе во всех направлениях, то полный световой поток равен 4p люменов. Таким образом, если этот источник находится в центре сферы радиусом 1 м, то освещенность внутренней поверхности сферы равна одному люмену на квадратный метр, т.е. одному люксу.

Рентгеновское и гамма-излучение, радиоактивность. Рентген (Р) - это устаревшая единица экспозиционной дозы рентгеновского, гамма- и фотонного излучений, равная количеству излучения, которое с учетом вторичноэлектронного излучения образует в 0,001 293 г воздуха ионы, несущие заряд, равный одной единице заряда СГС каждого знака. В системе СИ единицей поглощенной дозы излучения является грэй, равный 1 Дж/кг. Эталоном поглощенной дозы излучения служит установка с ионизационными камерами, которые измеряют ионизацию, производимую излучением.

Кюри (Ки) - устаревшая единица активности нуклида в радиоактивном источнике. Кюри равен активности радиоактивного вещества (препарата), в котором за 1 с происходит 3,700 10 10 актов распада. В системе СИ единицей активности изотопа является беккерель, равный активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит один акт распада. Эталоны радиоактивности получают, измеряя периоды полураспада малых количеств радиоактивных материалов. Затем по таким эталонам градуируют и поверяют ионизационные камеры, счетчики Гейгера, сцинтилляционные счетчики и другие приборы для регистрации проникающих излучений.