Пошук по сайту


Створення, розвиток та основні принципи побудови Міжнародної системи одиниць - Лекція Одиниці І системи одиниць фізичних величин

Лекція Одиниці І системи одиниць фізичних величин

Сторінка2/8
1   2   3   4   5   6   7   8

Створення, розвиток та основні принципи побудови Міжнародної системи одиниць.

Міжнародне визнання Метричної системи мір і ваг, створення науково обгрунтованої системи взаємопов’язаних одиниць фізичних величин СГС, МКГСС, МКС та деяких інших було першим етапом розв’язання проблеми створення єдиної міжнародної системи одиниць, що охоплює всі сфери вимірю широке коло явищ природи і всю розмаїтість технічних напрямків та економічного життя держав.

З метою усунення труднощів використання прийнятих систем одиниць у ряді галузей науки й техніки та забезпечення максимальної зручності вимірювань і запису тих чи інших фізичних величин було створено велику кількість позасистемних одиниць, що, у свою чергу, викликало утруднення в практичному використанні одиниць (наприклад, необхідність використання великої кількості коефіцієнтів перерахунку). Виникли додаткові труднощі, пов’язані з необхідністю створення великої кількості еталонів для забезпечення необхідної точності відтворення одиниць.

Таким чином, розвиток практичних потреб людського суспільства настійливо спонукав учених до усунення різноманітності системних і позасистемних одиниць, яка істотно гальмувала розвиток науки, техніки та виробництва.

У зв’язку з цим Міжнародна організація країн, що прийняли 1875 р. "Метричну конвенцію", та її робочі органи (Генеральна конференція з мір і ваг - ГКМВ, Міжнародний комітет мір і ваг - МКМВ, Міжнародна організація стандартизації - ISO) разом з іншими науково-технічними організаціями наприкінці ХІХ - на початку ХХ століть зосередили свої зусилля на забезпеченні міжнародної єдності вимірювальних процесів на основі вдосконалення Метричноі системи.

У 1913 р. V Генеральна конференція з мір і ваг поставила конкретне завдання створити міжнародну уніфіковану систему одиниць на ґрунті системи МКС. Розв’язання цієї задачі виявилося надзвичайно трудомістким, що потребувало багато зусиль і часу.

Лише 1948 р. Міжнародна спілка чистої та прикладної фізики подала до розгляду ІХ ГКМВ пропозицію щодо прийняття Міжнародної системи одиниць.

У 1954 р. Х ГКМВ прийняла Міжнародну систему одиниць з такими основними одиницями: метр - одиниця довжини, кілограм - одиниця маси, секунда - одиниця часу, ампер - одиниця сили струму, градус Кельвіна - одиниця термодинамічної температури, свічка - одиниця сили світла, а 1958 р. схвальну резолюцію щодо неї затвердив МКМВ. Ця резолюція одержала повну підтримку Міжнародного комітету законодавчої метрології, що прийняв таку постанову: "Міжнародний комітет законодавчої метрології після зібрання на пленарне засідання 7 жовтня 1958 р. у Парижі оголошує про приєднання до резолюції Міжнародного комітету мір і ваг щодо встановлення Міжнародної системи одиниць вимірювання". Комітет рекомендував державам - членам організації, прийняти цю систему в законодавстві про одиниці вимірювання.

ХІ Генеральна Конференція з мір і ваг, що відбувалася з 11 по 20 жовтня 1960 р. у Парижі, прийняла резолюцію про остаточне затвердження рішення Міжнародного комітету з мір і ваг щодо встановлення єдиної системи одиниць з наданням їй назви "Міжнародна система одиниць" (скорочене позначення українською мовою "СІ", російською - "СИ", міжнародне - "SІ" - від початкових літер слів Sіstemе Internatіonal, що означає "Система міжнародна").

ХІ Генеральна конференція з мір і ваг затвердила список основних, додаткових та похідних одиниць, префікси для утворення кратних і частинних одиниць, прийняла нові визначення метра і секунди, уточнила редакцію Положення про Міжнародну практичну температурну шкалу. Згодом 1971 р. до зазначених основних одиниць СІ було додано одиницю кількості речовини - моль.

Прийняття Міжнародної системи одиниць було підсумком великої підготовчої праці, виконаної рядом міжнародних і національних метрологічних установ та організацій з уніфікації й уточнення одиниць вимірювання. Міжнародна система одиниць - СІ, що є сучасною формою Метричної системи, поширюється по всіх країнах світу та все більшою мірою набуває ознак загальновизнаної єдиної міжнародної мови в царині вимірювань. Цю систему рекомендовано до застосування низкою міжнародних організацій: Міжнародним союзом чистої та прикладної фізики, Міжнародною електротехнічною комісією, Міжнародним газовим конгресом та іншими міжнародними науково-технічними організаціями.

Базове значення СІ зумовлене тим, що в ній відбито найважливіші досягнення метрологічної науки. При побудові СІ як головний обрано принцип, що його сформулював К.Гаусс, відповідно до якого як основні прийнято кілька (невелику кількість) незалежних одна від одної одиниць, а інші одиниці встановлюються з допомогою основних одиниць і визначальних рівнянь, що виражають у найчіткішому вигляді функціональні зв’язки між фізичними величинами.

При побудові СІ вибір основних одиниць забезпечив всеосяжне охоплення всіх галузей науки й техніки, причому як більшість похідних одиниць використано одиниці, що застосовувалися раніше та мають зручні розміри.

Когерентність (узгодженість) одиниць СІ, що стосуються різних сфер вимірювань, була важливим принципом побудови СІ, який забезпечив, наприклад, уніфікацію одиниці енергії (джоуля) для різних форм існування матерії.

Оскільки СІ створювалася на ґрунті системи МКС, за типом розмірності фізичних величин вона має систему розмірностей LMT, до якої в окремих специфічних царинах додається розмірність ще однієї величини, характерної саме для цієї царини (І - сили струму, N - кількості речовини, Q - температури, J - сили світла).

Стосовно електричних і магнітних величин СІ є системою одиниць, призначеною для раціоналізованої форми запису рівнянь електромагнетизму.

Використання принципів, покладених в основу створення СІ, забезпечили їй великі переваги над іншими системами одиниць фізичних величин. До найважливіших з них належать такі: а) уніфікація одиниць, унаслідок якої для будь-якої фізичної величини встановлюється тільки одна одиниця (практичну зручність забезпечують суворі правила утворення кратних і частинних одиниць), що входить до сукупності взаємопов’язаних і узгоджених одиниць; б) універсальність, що забезпечує охоплення всіх галузей науки, техніки, виробництва та торгівлі; в) висока точність відтворення одиниць на основі еталонів, побудованих виходячи з теоретичних визначень основних одиниць; г) ефективність та економічність застосування СІ, завдяки спрощенню запису формул і відповідно виконання розрахунків через усунення потреби використання різного роду перевідних коефіцієнтів.

Переваги СІ забезпечують істотне підвищення продуктивності праці проектантів, виробників, наукових працівників, спрощують і полегшують навчальний процес, а також практику міжнародних контактів зі встановлення, розвинення та зміцнення економічних і науково-технічних зв’язків між державами.

Детальний розгляд СІ та рекомендації щодо її практичного застосування містять документи Міжнародної організації зі стандартизації - ISO. До них належать міжнародні стандарти ІSО 1000 "Одиниці СІ та рекомендації з використання їхніх кратних, частинних та деяких інших одиниць" та ІSО 31 "Одиниці та величини", що складається з 13 частин, які видаються окремо, а саме:

Частина 0: "Загальні принципи";

Частина 1: "Простір і час";

Частина 2: "Періодичні та пов’язані з ними явища";

Частина 3: "Механіка";

Частина 4: "Теплота";

Частина 5: "Електрика та магнетизм";

Частина 6: "Світло та споріднені з ним електромагнітні випромінення";

Частина 7: "Акустика";

Частина 8: "Фізична хімія та молекулярна фізика"

Частина 9: "Атомна та ядерна фізика";

Частина 10: "Ядерні реакції та йонізувальні випромінення";

Частина 11: "Математичні знаки та символи для використання у фізичних науках і техніці";

Частина 12: "Характеристичні числа";

Частина 13: "Фізика твердого тіла".

Ці документи розроблює Технічний комітет ISO/TC 12 "Величини, одиниці, символи, позначення та множники перетворення"..

Міжнародні стандарти ІSО 1000 та ІSО 31 видавались у трьох редакціях: 1975, 1981 та 1992 р.р. (за домовленістю, остання третя редакція [8-21] має бути чинною протягом десяти років, тобто до 2002 р.). Кожного разу зміст і навіть склад цих стандартів істотно змінювалися внаслідок переробки відповідно до останніх рішень ГКМВ. Не є винятком і третя редакція, що містить істотні відмінності від попереднього видання. До найважливіших з них належать такі: нове визначення одиниці довжини - метра, уведення нової одиниці "один" для безрозмірнісних величин, зміна статусу додаткових одиниць СІ (радіана та стерадіана) - вони за рішенням МКМВ (1980 р.) визначаються так "... безрозмірнісні похідні одиниці, які можна використовувати чи не використовувати у виразах для похідних одиниць СІ"[9].

Зауважимо, що відповідно до рішення ХХ ГКМВ (1995 р., Резолюція 8), прийнятого уже після опублікування стандартів [8-21], клас додаткових одиниць взагалі вилучено зі складу СІ як окремий клас. Нині радіан і стерадіан, як і всі інші безрозмірнісні одиниці, можуть але не обов’язково мають використовуватись у вираженні похідних одиниць СІ.

Міжнародні стандарти є рекомендальними документами, головна мета яких - щонайбільше уніфікувати національні стандарти. Саме національний, державний стандарт має силу закону. Згідно з Конституцією України (ст.92, ч.2, п.3) одиниці фізичних величин " ...встановлюються винятково законами України".

Нині переважна більшість країн світу вже прийняла СІ в законодавчому порядку, причому кількість цих країн безперервно зростає.

Упровадження СІ в науку, техніку та господарство в колишньому СРСР відбувалося в кілька етапів.

З метою забезпечення подальшої уніфікації та уточнення одиниць фізичних величин Комітет стандартів, мір і вимірювальних приладів при Раді Міністрів СРСР 18 вересня 1961 р. затвердив ГОСТ 9867-61 "Міжнародна система одиниць", розроблений у відповідності до рішень ХІ Генеральної конференції з мір і ваг. Цей стандарт набув чинності з 1 січня 1963 р. Стандарт офіційно затверджував скорочене позначення Міжнародної системи одиниць російськими літерами "СИ" (латиницею SІ) та встановлював, що СІ має застосовуватись у всіх галузях науки, техніки та народного господарства, а також у викладанні.

Наступним важливим етапом заходів з уніфікації та стандартизації одиниць було прийняття Стандарту Ради Економічної Взаємодопомоги (РЕВ) "Одиниці фізичних величин" (СТ СЭВ 1052-78), затвердженого Постійною комісією РЕВ із стандартизації в червні 1978 р. у Софіі (РЕВ на той час об’єднувала практично всі країни так званого соцтабору; припинила існування 1991 р).

У колишньому СРСР цей стандарт набув чинності у вигляді ГОСТ 8.417-81 [34], який став основоположним для розроблення нормативно-технічних документів з одиниць фізичних величин. Важлива особливість цього стандарту полягала в тому, що визначення основних одиниць було зведено до відповідності з рішеннями Генеральних конференцій з мір і ваг, які на той час відбулися. Як додаток до ГОСТ 8.417-81 було розроблено методичні вказівки [35 - 37], що визначали порядок упровадження та застосування СІ в різних галузях народного господарства.

Нині ГОСТ 8.417-81 застарів, хоча за рішенням країн Співдружності Незалежних Держав залишається чинним у кожній з них доти, поки не буде впроваджено національні стандарти з одиниць фізичних величин, тобто має статус міждержавного стандарту.

З утворенням у серпні 1991 р. незалежної держави Україна постало вельми актуальне питання про підготовлення державних стандартів та інших нормативно-технічних документів, що стосуються одиниць фізичних величин, на ґрунті досягнутого міжнародним співтовариством рівня уніфікації та стандартизації, насамперед Міжнародної системи одиниць. Ці питання потребували нагального вирішення з метою забезпечення нормальних умов роботи сучасних промислових підприємств, зв’язку та транспорту в Україні, розвитку її міжнародних торговельно-економічних зв’язків, науки та освіти.

Згідно з прийнятим Держстандартом України рішенням цю роботу було розпочато в січні 1995 р. і завершено в липні 1997 р. З 1 січня 1999 р. чинним в Україні стане розроблений великою групою фахівців (Харківський державний політехнічний університет, м.Харків; Український науково-дослідний інститут стандартизації, сертифікації та інформації, м.Київ; Науково-дослідний центр "Система", м.Львів) Державний стандарт України ДСТУ 3651-97 "Метрологія. Одиниці фізичних величин" [1-3], який дає повну інформацію щодо складу та застосування СІ в усіх сферах економіки, науки та техніки України. Уперше серед країн ДСТУ 3651 гармонізовано з найновішими міжнародними стандартами [8 - 32] та вже існуючими Державними стандартами з метрології та термінології [4 - 6]. У нього внесено також все найкраще, що міститься в ГОСТ 8.417. Важливими особливостями цього стандарту є введення правил написання символів фізичних величин, а також назв і позначень одиниць фізичних величин українською мовою та нормалізація значної частини української науково-технічної термінології (назви фізичних величин та одиниць).

Безперечні позитивні якості Міжнародної системи одиниць забезпечили ій швидке міжнародне визнання і велике поширення. Організація Об’єднаних Націй з освіти, науки і культури (ЮНЕСКО) запросила всі країни - члени цієї організації, прийняти Міжнародну систему одиниць. З прийняттям закону "Про метрологію та метрологічну діяльність" і Державного стандарту ДСТУ 3651-97 "Метрологія. Одиниці фізичних величин" [1-3] Україна ввійшла до складу більшості країн світу, в яких СІ впроваджено в законодавчому порядку.  

Структура, загальні вимоги та рекомендації ДСТУ 3651.Склад СІ

Стандарт ДСТУ 3651 "Метрологія. Одиниці фізичних величин" складається з трьох взаємопов’язаних частин, які мають назви, що відбивають їх зміст:

ДСТУ 3651.0 Метрологія. Одиниці фізичних величин. Основні одиниці фізичних величин Міжнародної системи одиниць. Основні положення, назви та позначення;

ДСТУ 3651.1 Метрологія. Одиниці фізичних величин. Похідні одиниці фізичних величин Міжнародної системи одиниць та позасистемні одиниці. Основні поняття, назви та позначення;

ДСТУ 3651.2 Метрологія. Одиниці фізичних величин. Фізичні сталі та характеристичні числа. Основні положення, позначення, назви та значення.

Частину основних положень ДСТУ 3651.0 (п.4.1), що стосуються фізичних величин і рівнянь між ними розглянуто підрозд.1.1 та 1.2 даного посібника. Зміст усіх підрозділів цієї та четвертої глав ґрунтується на ДСТУ 3651.0 та ДСТУ 3651.1. Розгляду ДСТУ 3651.2 присвячено п’яту главу.

В основу ДСТУ 3651 та міжнародних стандартів ISO 1000 і ISO 31 покладено Міжнародну систему одиниць (СІ), що визначається як когерентна система одиниць, прийнята та рекомендована Генеральною конференцією з мір і ваг (ХІ ГКМВ, 1960 р.) [4].

Базою СІ є система фізичних величин, що ґрунтується на довжині, часі, масі, силі електричного струму, термодинамічній температурі, кількості речовини та силі світла. Розмірності перелічених величин позначаються символами відповідно L, T, M, I, Q, N i J.

Розмірність будь-якої фізичної величини Q у СІ виражається добутком

,

де dim - умовний символ розмірності; ,... - показники розмірності основних величин, що завжди є раціональними числами.

Сукупність показників розмірності інколи називають розмірністю величини, але така назва неправильна.

Добуток, що визначає розмірність безрозмірнісної величини, дорівнює числу 1. Такі величини мають розмірність 1 і є числами.

СІ містить основні та похідні одиниці, що в сукупності утворюють когерентну систему одиниць. Кількість основних одиниць СІ (табл.1.1) дорівнює семи.  

Таблиця 1.1 .

Основні одиниці СІ

Основна величина

Основна одиниця СІ

Назва

Позначення

укр.

міжн.

довжина

метр

м

m

маса

кілограм

кг

kg

час

секунда

с

s

сила електричного струму

ампер

А

А

термодинамічна температура

кельвін

К

К

кількість речовини

моль

моль

mol

сила світла

кандела

кд

cd
1   2   3   4   5   6   7   8

Схожі:

Класифікація одиниць вимірювання та одиниць обліку

Класифікація одиниць вимірювання та одиниць обліку

Програма для 5-х класів Програма початкової школи
Ознайомлення з довідковими виданнями з природничих наук різних типів: енциклопедії, словники, довідники величин, атласи географічних...

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт для студентів...
Всі цитати, цифровий та фактичний матеріал, бібліографічні відомості перевірені. Написання одиниць відповідає стандартам

1. 1 Основні поняття й одиниці виміру
За 100 із зайвим років людин наробив стільки глупостей, скільки не робив за все своє існування. Давно вже пройшла Холодна війна,...

Зумовлюють спільну діяльність індивідів а їхня сутність проявляється...
Отже, головною дійовою особою соціальної системи є індивід, що виконує в рамках даної системи певну соці­альну роль. Проблеми соціальних...

1. національна економіка: загальне та особливе
Як наукова дисципліна національна економіка комплексне вчення про закономірності становлення та функціонування господарської системи...

Курсова робота з дисципліни «загальна та неорганічна хімія» на тему: «Сірка та її сполуки»
Метою роботи є вивчення фізичних та хімічних властивостей сірки, а також її сполук

Лекція з курсу "Цивільний захист"
Тема: "Надзвичайні ситуації в Україні та їх вражаючі фактори не природного характеру"

Конспект лекцій для студентів Лекція 1
В широкому як сукупність матеріальної та духовної культури, у вузькому суто духовна культура



База даних захищена авторським правом © 2017
звернутися до адміністрації

h.lekciya.com.ua
Головна сторінка