Пошук по сайту


Свiтловi та оптичнi одиницi МКС - Лекція Одиниці І системи одиниць фізичних величин

Лекція Одиниці І системи одиниць фізичних величин

Сторінка7/8
1   2   3   4   5   6   7   8

Свiтловi та оптичнi одиницi МКС

 Система свiтлових одиниць на основi одиниць МКС (МКСКД) є системою свiтлових одиниць з такими основними одиницями: метр (одиниця довжини), кiлограм (одиниця маси), секунда (одиниця часу) i кандела (одиниця сили свiтла, що ранiше називалась свiчкою). Ця система є когерентною i побудованою на системi величин типу LMTJ, у якiй J вiдповiдає розмiрностi сили свiтла. Система МКСКД є природним поширенням системи МКС на сферу оптичних вимiрювань. Згодом вона стала складовою частиною СІ в тій її частині, що стосується світлових і споріднених з ними випромінень.

До введення системи МКСКД у колишньому СРСР дiяла iнша система свiтлових одиниць – МКСЛ (МКСЛМ), яку було встановлено "Положенням про свiтловi одиницi 1948 р." Основними одиницями системи МКСЛ були метр, кiлограм, секунда i люмен. Розмiрностi величин цiєї системи збiгаються з розмiрностями фiзичних величин у системi СГСЛ.

Для того щоб максимально усунути вплив суб’єктивних чинникiв при виконаннi фотометричних вимiрювань, рекомендується перехiд вiд свiтла одного спектрального складу до свiтла iншого спектрального складу здiйснювати на пiдставi усталених значень вiдносної видностi.

Система оптичних одиниць енергетичної фотометрiї МКС() будується на основних одиницях системи МКС (метр, кiлограм, секунда) з використанням додаткової одиницi просторового кута - стерадiану. Тому система МКС() подiбна до системи СГС() та належить до систем, що ґрунтуються на системах величин типу LMT(). Розмiрностi та визначальнi рiвняння систем МКС() та СГС() збiгаються, рiзняться лише розмiри деяких одиниць.

Необхiднiсть встановлення одиниць енергетичної фотометрiї МКС(), як i системи СГС(), зумовлено потребою вимiрювання характеристик випромiнювання та поглинання електромагнiтних хвиль не тiльки у вузькiй видимiй частинi їхнього спектра, але у всьому iнтервалi електромагнiтних  випромiнень: вiд довгохвильових радiовипромінень до гамма-променів. Але через те що будь-яке випромiнювання пов’язане з перенесенням енергiї, одиницi енергетичної фотометрiї системи МКС() насамперед пов’язанi з одиницями енергiї та потужностi системи МКС - джоулем і ватом.

Одиницi системи МКС() широко застосувуються в науцi й технiцi, зокрема в розрахунках установок і пристроїв, призначених для перетворення енергiї електромагнiтного випромiнення на iншi види, i, навпаки, перетворення iнших видiв енергiї на енергiю електромагнiтного випромiнення.

Одиницi цiєї системи згодом увiйшли як складова частина в сукупність одиниць СІ у царинi електромагнiтних випромiнень.
Одиницi МКС у царинi атомної фiзики  та йонiзувальних випромiнень

Для характеристики рентгенiвського та гамма-випромiнень можна користуватись одиницями енергетичної фотометрiї МКС(), оскільки як рентгенiвське, так і гамма-випромiнення є короткими електромагнiтними хвилями.

Проте рентгенівське та гамма випромінення, так само як і різного роду корпускулярні випромінення (a та b- промені, струми космічних променів, протонiв, нейтронiв, елементарних частинок та ін.) мають чималу йонiзувальну здатнiсть, що дуже характерно для цих випромiнень. Ця спільна для рiзних за природою випромiнень властивість й привела до введення для них особливих одиниць.

Одиницi системи МКС у царинi атомної фiзики та йонiзувальних випромiнень згодом увiйшли до складу одиниць СІ.




Система одиниць МТС

Система одиниць МТС є системою механiчних одиниць; її побудовано на грунтi одиниць типу LMT. Як основнi одиниці цiєї системи було обрано одиницю довжини - метр, одиницю маси – тонну та одиницю часу - секунду.

Побудова системи аналогiчна до побудови абсолютних систем механiчних одиниць СГС i МКС. Свою назву система МТС дістала вiд початкових лiтер цих одиниць.

Система МТС має певнi переваги, що забезпечують їй велике поширення в деяких галузях промисловостi. Однією з таких переваг є зручний розмiр одиницi маси - тонни, одиницi роботи - кiлоджоуля та одиницi потужностi - кiловата, що є десятковими кратними (метричними) одиницями вiд одиниць аналогiчних величин у системi МКС. Важливою практичною перевагою цiєї системи є збiг числових значень густини речовини, вираженої в одиницях системи МТС i одиницях системи СГС. Разом з тим бiльшiсть одиниць системи МТС через їхню практичну незручнiсть великого поширення не дістали.




Механiчнi одиницi системи МКГСС

Систему одиниць МКГСС побудовано на основі системи фiзичних величин типу LFT, в якiй основними величинами є довжина, сила i час.

З огляду на це основними одиницями системи МКГСС є метр (одиниця довжини), кiлограм-сила (одиниця сили) i секунда (одиниця часу). Одиницi довжини i часу збiгаються з вiдповiдними одиницями системи механiчних одиниць МКС. Вибiр сили як основної одиницi зумовлено тим, що в низці галузей технiки дуже важливою i поширеною величиною є сила (вага), а не маса. Такий принцип побудови системи забезпечив її застосування в рядi галузей промисловостi. У зв’язку з цим таку систему часто називали технiчною системою.

Одиницю сили в МКГСС визначено так: "Кiлограм-сила дорiвнює силi, яка надає масi, що дорiвнює масi мiжнародного прототипу кiлограму, прискорення 9.80665 м/с2".

Похiднi одиницi в системi МКГСС будують з допомогою системи визначальних рiвнянь, узятих з класичної механiки. Наприклад, другий закон Ньютона обирають як певне рiвняння для утворення одиницi маси, яка в цiй системi виявляється похiдною. З другого закону Ньютона випливає, що маса m дорiвнює

m = F/ka,

де F – сила; k – коефiцiєнт пропорцiйностi; а – прискорення.

Вважаючи k = 1 та F = 1 кгс, а=1 м/с2, для одиницi маси в системi МКГСС одержуємо таке спiввiдношення:

одиниця маси в системi МКГСС = 1кгс ·1с2/1м = 1кгс ·с2/м.

Цю одиницю називали також технiчною одиницею маси (t.m.u., - ). Деякi автори привласнили їй особливу назву "iнерта" (I, І). Але стандартами жодну з цих назв не було затверджено.

Через специфiчнiсть вибору основної одиницi - одиницi сили - система МКГСС мала обмежену царину застосування, вона фактично використовувалася лише для технiчних вимiрювань у механiцi. Для використання в iнших царинах вимiрювань вона непридатна. Обмеженiсть царини застосування системи МКГСС зумовлена притаманними їй серйозними недолiками. Насамперед цi недолiки пов’язанi з тим, що системи фiзичних величин типу LFТ, одну з яких взято за основою побудови системи МКГСС, з метрологiчного погляду є незадовiльними, оскільки основна одиниця - одиниця сили як ваги еталона відтворюється з істотно меншою точністю, нiж одиниця маси. Це пояснюється залежнiстю ваги еталона вiд широти мiсця його розташування та висоти над рiвнем моря. Вiдтворення одиницi сили навiть з допомогою найдосконаліших кварцових динамометрiв дає похибку порядку 0,1%, що цiлком не задовольняє вимоги точностi, якi подаються в рядi сучасних галузей промисловостi та транспорту.

Інший недолiк системи МКГСС полягає в тому, що багато з її одиниць не мають простого десяткового зв’язку з одиницями систем LMT. Це спричинено тим, що прискорення сили тяжiння g = 9,80665 м/с2, а тому 1 кгс = 9,80665 Н.

Істотним недолiком системи МКГСС є також те, що механiчнi одиницi цiєї системи не узгоджено з одиницями акустичних, теплових, електричних, магнiтних i оптичних величин. Великi незручностi були навіть у тому, що одиниця маси в системi МКС i одиниця сили в системi МКГСС названі однаково - кiлограм. Хоча вони позначені по-різному (вiдповiдно кг та кгс), але у практицi вимiрювань це все одно призводить до серйозних непорозумiнь.

Недолiки системи МКГСС, незважаючи на її широке застосування в технiцi, примусили мiжнароднi метрологiчнi організацiї ухвалити рекомендацiю про замiну цiєї системи системою МКС, а потiм СІ.




Система теплових одиниць на ґрунтi калорiї

У теплофiзичних вимiрюваннях і розрахунках великого поширення дістала неметрична система теплових одиниць, що ґрунтується на незалежнiй одиницi кiлькостi теплоти - калорiї (або кiлокалорiї). Уведення цих одиниць iсторично пояснювалося тим, що до встановлення фiзичного закону про еквiвалентнiсть теплоти й роботи не було зрозуміло, що кiлькiсть теплоти, як i робота, є фiзичною величиною, що визначається кiлькiстю енергiї, яка перетворюється з однiєї форми на iншу чи передається вiд одного тiла до iншого. Проте й пiсля того як це було з’ясовано протягом тривалого часу вимiрювання кiлькостi теплоти в енергетичних одиницях було менш точним, нiж у калорiях. Останнє ґрунтувалося на використаннi рiвняння теплового балансу та не потребувало точного знання механiчного еквiвалента теплоти.

Кiлькiсть теплоти Q визначається спiввiдношенням

Q = mc(t2 t1),

де m - маса даної речовини; с - питома теплоємнiсть, що залежить вiд вибору одиниць, теплових властивостей речовини та умов процесу нагрiвання; (t2 t1) - рiзниця кiнцевої та початкової температур речовини.

Оскiльки питома теплоємнiсть води приймалася такою, що дорiвнює одиницi, то спочатку калорiя визначалася як кiлькiсть теплоти, що витрачається для нагрiвання 1 г води на 1 ° С. Це визначення згодом неодноразово уточнювалося. Крiм калорiї (кiлокалорii) для побудови цiєї системи одиниць використовувались одиницi довжини (метр, сантиметр), маси (грам, кiлограм) i часу (секунда, година).

Через iснування рiзних калорiй, що різняться за розмiрами, V Мiжнародна конференцiя з властивостей водяної пари 1956 р на пiдставi спiввiдношення мiж калорiєю та електричною енергiєю (1 кал =1/859,845 Вт·  год) запропонувала визначати калорiю (мiжнародну) як кiлькiсть теплоти, що дорiвнює 4,1868 Дж. Це визначення узгоджується з уявленням про еквiвалентнiсть теплоти та роботи, що випливає з першого закону термодинамiки.

Незважаючи на те, що в багатьох рiшеннях Мiжнародних і нацiональних метрологічних організацiй зазначалося, що тепловi одиницi, які ґрунтуються на калорiї, тимчасово допустимі до застосування, вони й нинi зустрiчаються в перiодичних виданнях рiзного типу та широко використовуються при виконаннi теплотехнiчних вимiрювань.

Слід пам’ятати, що одиницi питомих величин, вiднесенi до 1 моля або до 1 кiломоля речовини, як у системi МКС, так і в неметричнiй системi, яка ґрунтується на калорiї, утворюються з вiдповiдних одиниць питомих величин замiною в їхньому знаменнику грама на моль і кiлограма – на кiломоль. Наприклад, одиниця питомої теплоти фазового переходу кал/г або ккал/кг замiнюється вiдповiдно на кал/моль або ккал/кмоль.




Британськi одиницi та системи одиниць, що використовуються в англiйськомовних країнах

 Британська система одиниць, що застосовується в англiйськомовних країнах (Англiї, США, Австралiї, Канадi) базується на двох основних одиницях - ярдi (одиницi довжини) i фунтi (одиницi маси), що визначаються за еталонами, встановленими англiйським положенням про мiри й ваги   1878 р. Як одиниця часу використовується секунда.

На вiдмiну вiд метричної системи мiр кратнi й частиннi одиницi вiд цих основних одиниць утворюються не вiдповiдно до десяткової системи лiчби, а дещо складнiше. Наприклад, при утвореннi британської системи одиниць фут обирають таким, що дорiвнює 1/3 ярда, а дюйм - 1/12 фута. Англiйська морська миля вважається такою, що дорiвнює 6080 футам. Деякi поширенi одиницi об’єму встановлюються незалежно вiд одиниць довжини. Наприклад, англiйський галон тим самим положенням про мiри й ваги від 1878 р. встановлювався таким, що дорiвнює об’єму, який охоплюють 10 англiйських фунтiв дистильованої води (якщо її зважують в повiтрi латунним важком при температурi води й повiтря, що дорiвнює     62 оF, та барометричному тиску, що дорiвнює 30 дм рт.ст.).

Через рiзницю мiж еталонами багато однотипних одиниць, які застосовуються в Англiї, Канадi та США, виявились дещо вiдмiнними одна вiд одної. Цю вiдмiннiсть треба враховувати при написаннi назв і визначень цих одиниць.

З наведених прикладiв бачимо, що британська система одиниць не є системою одиниць у сучасному метрологiчному розумiннi цього поняття. Незручнiсть цiєї системи для проведення наукових дослiджень та виконання багатьох сучасних технiчних вимiрювань привела до того, що нині в цих країнах прийнято законодавчi положення про перехiд до метричної системи одиниць.

Велике поширення в англiйськомовних країнах дістала технiчна система фут–фунт-сила–секунда (ФФСС), що є системою одиниць у сучасному розумiннi та аналогом системи МКГСС. Як основнi одиницi цiєї системи було обрано: довжини - фут (0,3048 м), сили - фунт-сила (вага фунта при нормальному прискореннi сили тяжiння), часу - секунда. Iншi одиницi цiєї системи є похiдними. Їх встановлюють з допомогою вiдповiдним способом добраних визначальних рiвнянь. Отже, система ФФСС, як i система МКГСС, належить до систем, побудованих на основi систем основних фiзичних величин типу LFT. З метрологiчного погляду, найважливiший недолiк системи ФФСС полягає в низькій точності вiдтворення однiєї з основних одиниць - одиницi сили як ваги еталона маси.

Великого поширення у теплотехнiчних вимiрюваннях дістала британська теплова одиниця (1 Бто = 0,2518 ккал) та iншi похiднi вiд неї позасистемнi теплотехнiчнi одиницi.




Старi російськi мiри

Сукупнiсть старих російськiх одиниць не була системою одиниць у сучасному метрологiчному розумiннi цього поняття. До цiєї сукупностi одиниць належать одиницi довжини, площi, об’єму (мiсткостi) та маси (ваги). Мiж деякими з них iснував взаємозв’язок, проте його не було встановлено за метричним принципом. Деякi з одиниць, що застосовувалися на практицi в Росiї, були запозиченi зі зарубiжних країн, проте вони не завжди збiгалися за розмiром з прототипами.

Часто застосовувалися місцеві міри. В Україні та Прибалтиці такі міри складали досить добре розроблену систему, хоча значення мір з однаковими назвами в різних містах не збігалися.

Деякi старi російськi одиницi вiдтворювались еталонами, причому дуже високої точностi. Наприклад, дотепер в Iнститутi метрологii зберiгаються еталони аршина та фунта, які згiдно з "Положенням про мiри й ваги" (1899 р.) вiдтворювали цi одиницi довжини та маси (ваги) як основнi для вiдтворення iнших одиниць.

Iснуюча система мiр не задовольняла вимогам науки й технiки, що розвивались,. Прогресивнiшою була метрична система мiр. Завдяки величезним зусиллям, яких доклав Д.I.Менделєєв, вдалося добитися того, щоб одиницi метричної системи з 1 сiчня 1900 р. почали застосовуватися нарiвнi з iснуючими росiйськими одиницями. Остаточний перехід від системи російських мір до метричної системи на терені колишнього СРСР було здійснено в 20-ті роки нашого століття.
Спеціальні позасистемнi одиницi

 Iсторiя метрологiї свiдчить, що поряд із системними одиницями широко застосувуються так званi позасистемнi одиницi, які визначаються як одиницi, що не входять в жодну систему одиниць. При цьому пiд системами одиниць маємо на увазі лише тi, що нині допущені до використання дiючими державними стандартами.

З цього погляду стає зрозумiлим зарахування до позасистемних деяких одиниць, які застосовуються у наш час на практицi, але входять до складу вже скасованих систем одиниць. Деякi з позасистемних одиниць або вже зовсiм не вживають, або вживають дуже рiдко та мають iсторичне значення. Проте більшість позасистемних одиниць застосовується на практицi й, мабуть, ще тривалий час застосовуватиметься, доповнюючи дiючi системи одиниць. Вiдмова вiд таких одиниць пов’язана з появою додаткових утруднень і незручностей при виконаннi вимiрювань у деяких специфiчних галузях.

Саме цим пояснюється те, що на деякi найважливiшi та найпоширенiшi  позасистемнi одиницi було подготовлено та впроваджено спецiальнi міжнародні та національнi стандарти. Наприклад, у стандарти [2; 8; 9] внесено спеціальну позасистемну енергетичну електричну одиницю – електронвольт (eV, еВ), дуже поширену в атомнiй та ядернiй фiзицi, фiзицi твердого тiла і напiвпровiдникiв, а також в деяких iнших царинах. Нині важко передбачити, коли вiд цієї одиниці можна буде цiлком вiдмовитись.

Усi позасистемнi одиницi можна подiлити на три основнi групи.

До першої належать кратнi та частиннi одиницi, утворенi зi системних одиниць. Практика показує, що утворення та використання таких одиниць  досить доцiльні, оскільки в когерентнiй системi для даної фiзичної величини встановлюється лише одна одиниця, яка, природно, не може бути однаково зручною в усiх випадках, що трапляються у вимiрювальнiй практицi. Разом з тим уведення кратних та частинних одиниць до системи одиниць порушує її когерентнiсть. Проте, цi одиницi органiчно пов’язанi зі системними одиницями. XI Генеральна конференцiя з мiр і ваг нарiвнi з прийняттям основних, додаткових i похiдних одиниць СІ встановила десятковi кратнi та частиннi префiкси СІ, перелік яких потім було доповнено (див. гл. 3).

Друга група позасистемних одиниць включає так званi вiдноснi та логарифмiчнi одиницi. Вiдноснi одиницi використовують для вiдображення вiдносних величин. При цьому вiдноснi величини можуть відтворюватись за допомогою або безрозмiрнісних одиниць, або позасистемних вiдносних одиниць.

До третьої групи належать одиницi, впровадженi незалежно вiд тiєї чи iншої системи одиниць. Саме їх називають спецiальними позасистемними одиницями. Ця назва пов’язана з тим, що бiльшiсть таких одиниць, встановлених незалежно одна вiд одної, призначена переважно для вимiрювань, що реалiзуються в певних вузьких спецiальних галузях. Серед цих одиниць зустрiчаються одиницi, що входили до складу нині скасованих систем одиниць. Велике поширення та значення мають спеціальні позасистемнi одиницi часу, утворенi за недесятковим принципом (хвилина, година, доба, тиждень, мiсяць, рiк), а також одиницi, побудованi з допомогою цих одиниць часу (кiлометр за годину, кiлограм за хвилину та ін.).

Практично всі вживані сьогодні спеціальні позасистемнi одиницi, їхнi назви, позначення та зв’язок з відповідними одиницями СІ наведено в четвертій главі даного посібника для відповідних фізичних величин.



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