метрология реферать. 1 Единицы измерений
 Скачать 0.57 Mb.
|
|
1 Единицы измерений Физическая величина – одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Можно сказать также, что физическая величина — это величина, которая может быть использована в уравнениях физики, причем, под физикой здесь понимается в целом наука и технологии. Единица измерения физической величины - физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин. Единицы измерений физических величин подразделяются на основные и производные (определяются с помощью формул, связывающих их с основными). Совокупность единиц образует определенную систему. Существует несколько систем отличающихся выбором основных единиц. С 1982 года обязательной к применению, как в образовании, так и в науке является система СИ (System International). В качестве основных единиц в СИ выбрано семь единиц:  Производные – физические величины, входящие в систему величин и определяемые через основные величины этой системы (например сила F = m·a)  2 Краткая история Попытка ввести эталоны предпринята ещё в 1136 г. в Великом Новгороде. Там был утверждён устав «О церковных судах, и о людях, и о мерах торговли». «Мерила торговли» включали в себя: «пуд медовый, гривенку рублевую, локоть еваньский». Всем торговым людям предписывалось «торговые все весы и мерила блюсти без пакости, ни умаливати, ни умноживати, а на всякий год извещати…», то есть соблюдать эталоны длины и веса, а также ежегодно сверять с ними свои гири и мерила. Сами же эталоны хранились в церкви Евань (Ивана) на Опоках. Нарушителям закона эталонов устав грозил карами вплоть до «предания казни смертию». Однако плутоватые купцы зачастую мошенничали, надеясь на ловкость рук и на «искупительное покаяние вкупе со мздой Ивану на Опоках». Поговорка всяк купец на свой аршин мерит была верна буквально до начала XIX века, когда появился государственный эталон длины. В царской России всерьёз заинтересовались эталонами только в конце XIX века. Была создана Главная палата мер и весов и заказаны в Англии государственные эталоны длины и массы, согласованные с международными. По мере развития науки и техники появилась нужда в большом количестве других эталонов. Например, эталон частоты, времени, температуры, напряжения и т. д. Прогресс не только вводил новые эталоны, но и повышал точность старых. Метр в настоящее время определён как длина пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды. 3 Виды эталонов Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все средства измерения одной и той же физической величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерения. Воспроизведение, хранение и передача размеров единиц осуществляется с помощью эталонов и образцовых средств измерения. Высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц измерений являются эталоны. Эталон представляет собой средство измерения (или комплекс средств измерения), обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы физической величины (или одну из этих функций) с целью передачи размера единицы образцовым, а от них рабочим средствам измерения и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке, т.е. такая мера, которая служит образом для сравнения с другими. Виды эталонов Первичный эталон — это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным. Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Эталон сравнения — эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом. Исходный эталон — эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчинённым эталонам и имеющимся средствам измерений. Рабочий эталон — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Государственный первичный эталон — первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства. Международный эталон — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами. 4 Основные эталоны физических величин В 1875 году было создано Международное бюро мер и весов, которое раз в шесть лет собирает Генеральные конференции, где тщательнейшим образом оговариваются все технические условия, в которых происходят физические измерения, а именно учитываются: давление, температура, место, приборы. Перечислим эталоны основных физических величин системы СИ в исторической последовательности, приведенной в таблице для основных единиц системы СИ. 4.1 Эталон единиц длины Комплекс средств, воспроизводящих метр в виде 1 650 763,73 длин волн излучения в вакууме, соответствующего переходу между определенными уровнями атома криптона-86. Эталон обеспечивает воспроизведение метра с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 5·10-9. Метр (от французского metre, от греческого metron - мера) - основная единица длины в Международной системе единиц (СИ). Обозначения: русское - м, международное - m. Символ - L. Метр был в числе первых единиц, для которых были введены эталоны. Первоначально в период введения метрической системы мер за первый эталон метра была принята одна десятимиллионная часть четверти длины Парижского меридиана. В 1799 г. на основе ее измерения изготовили эталон метра в виде платиновой концевой меры (метр Архива), представлявший собой линейку шириной около 25 мм, толщиной около 4 мм с расстоянием между концами 1 м.  4.2 Эталон единицы массы Килограмм состоит из национального прототипа килограмма (гири из платиново-иридиевого сплава) и эталонных весов, предназначенных для передачи размера единицы массы вторичным эталонам. Килограмм (кило - от французского kilo, от греческого chiliоi - тысяча). Дословно килограмм означает тысяча мелких мер весов. Это вторая основная единица в СИ - единица измерения массы вещества - является мерой его инертности и гравитации. Обозначения: кг - русское, kg - международное, символ - М. 1 кг равен массе международного эталона, который хранится в Международном бюро мер и весов. При появлении в 18 веке метрической системы мер килограмм определяли как вес (в то время не делалось различия между весом и массой) кубического дециметра воды при температуре +40С, температуре наибольшей плотности воды. На базе этого понятия в 1799 году был создан платиновый эталон килограмма, который хранится в Национальном Архиве Франции, и получивший наименование «архивный килограмм». В 1889 году на 1 Генеральной конференции по мерам и весам в качестве прототипа эталона массы была утверждена гиря, имеющая форму цилиндра высотой и диаметром 39мм, и изготовленная из сплава платины и иридия (Рt-90%, Ir-10%). Эта масса приблизительно равна массе одного литра дистиллированной воды при температуре 40С. Такой эталон существует и в настоящее время.   Современный эталон килограмма в Международном бюро мер и весов в Севре (Франция) 4.3 Эталон единицы времени Комплекс средств, воспроизводящих секунду в виде 9 192 631 770 периодов колебаний электромагнитного излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Этот эталон является также эталоном единицы частоты – герца. Он обеспечивает воспроизведение единиц с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 1·10-13, при неисключенной относительной систематической погрешности, не превышающей1·10-12. Секунда (от латинского secunda (divisio) - второе деление) - третья основная единица - единица времени в Международной системе единиц (СИ). Обозначение: по-русски - с, s - международное, символ - Т. Определяется по частотной характеристике спектральной линии атома цезия. Чтобы определить единицы времени необходимо было использовать какой-нибудь циклический процесс. Примером может служить циклическое время Земли вокруг Солнца. С течением времени ученые убедились, что единицу времени, так же, как единицу длины, лучше всего определять на основе спектроскопического излучения. С появлением лазеров и создания на их основе эталона времени - частоты - длины, нам дается возможность определить секунду с относительной погрешностью не более 10-12. Разрешается использовать кратные и дольные единицы секунды: 1кс= 103с; 1мс=10-3с; 1мкс= 10-6с.  Эталон секунды, основанный на переходах в нейтральных атомах стронция Трех основных единиц измерения расстояния, массы и времени оказывается достаточно для описания всех физических величин в разделе «механика». 4.4 Эталон единицы силы постоянного электрического тока Комплекс средств, в состав которых входят токовые весы. В токовых весах, представляющих собой рычажные равноплечие весы, с одной стороны на коромысло действует сила взаимодействия двух соленоидов, обтекаемых постоянным током, а с другой стороны - гиря известной массы. При равновесии весов, сила тока определяется через массу гири, ускорение свободного падения в месте расположения весов и постоянную электродинамической системы (двух соленоидов), зависящую от формы и размеров соленоидов, диаметра сечения провода соленоидов, значения относительной магнитной проницаемости среды и т. д. Таким образом, ампер воспроизводится через основные единицы - метр, килограмм и секунду. Эталон воспроизводит размер ампера с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 4·10-6, при относительной систематической погрешности, не превышающей 8·10-6. Ампер (по имени французского физика А.М. Ампера (Ampere)) - сила электрического тока, четвертая основная единица в системе СИ, применяемая для измерения электрических и магнитных физических величин. Обозначения: русское - А, международное - А. Символ - I.  Государственный эталон силы, Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева в Санкт-Петербурге 4. 5 Эталон единицы температуры Кельвин был определен ХIII Генеральной конференцией по мерам и весам как единица термодинамическом температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Тройная точка воды — это точка равновесия воды в твердой, жидкой и газообразных фазах. Кельвин - термодинамическая температура является пятой физической величиной, относящейся к основным. Обозначение: русское и международное - К. Символ:  .Название «кельвин» введено в честь Уильяма Томсона (за научные заслуги получившего титул лорда Кельвина). Температура (от латинского слова temperature - соразмерность, нормальное состояние) - это скалярная величина, которая характеризует состояние термодинамического равновесия и теплообмен между телами. Первые термометры в качестве рабочего термометрического тела использовали воздух, жидкость (спирт, ртуть), используя свойство расширяться при нагревании и уменьшать объем при охлаждении. В эталоне используются ампулы реперных точек Международной температурной шкалы 1990 года (МТШ-90): тройной точки ртути (- 38,8344 °С); тройной точки воды (0,01 °С); точки плавления галлия (29,7646 °С); точек затвердевания: индия (156,5985 °С), олова (231,928 °С), цинка (419,527°С), алюминия (660,323 °С), серебра (961,78 °С) алюминия (660,323 °С), серебра (961,78 °С) 4.6 Эталон единицы силы света Кандела – это сила света, испускаемая с площади 1/600000 м2 сечении полного излучателя, в перпендикулярном к этому сечению направление при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины при давлении 101325Па. Канде́ла (от лат. candela — свеча; русское обозначение: кд; международное: cd) — единица силы света, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ). Кандела наиболее точно воспроизводится при помощи эталонного устройства — полного излучателя. Полный излучатель, называемый иногда абсолютно черным телом, представляет собой небольшую трубочку из окиси тория внутренним диаметром около 2,5 мм, погруженную в чистую платину. Платина в свою очередь находится в сосуде, спрессованном из порошка плавленой окиси тория, окруженном порошком из окиси тория. Все это помещено во внешний сосуд из плавленого кварца. Внешний сосуд окружен небольшим числом витков медной охлаждаемой водой трубки. По трубке пропускается ток высокой частоты (около 250 кГц), который нагревает платину до ее расплавления. Вместе с платиной нагревается и трубочка из тория. Свет излучается из полости трубочки через отверстие в верхней ее части. Яркость полного излучателя при температуре затвердевания платины сравнивается с помощью фотометра с яркостью особых ламп накаливания, используемых в качестве вторичных эталонов.  Полный излучатель: 1 - высокочастотный генератор, 2 - полный излучатель, 3 - призма полного внутреннего отражения, 4 - фотометр, 5 - эталонная лампа накаливания. 4.7 Эталон количества вещества Отдельного эталона моля не существует, по определению — это количество вещества, которое содержит столько молекул (атомов, ионов), сколько атомов в 12 граммах углерода-12, то есть попросту — постоянная Авогадро. Моль - количество вещества (от лат. moles — количество, масса, счётное множество). Русское обозначение: моль; международное: mol. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц. Старая формула: определяется количеством элементарных объектов в 0,012 кг углерода-12. Новая формула: определяется числом Авогадро. Один моль теперь содержит ровно 6,022 140 76 × 10^(23) элементарных сущностей. Список литературных источников и электронных ресурсов Сена Л.А. «Единицы физических величин и их размерности», издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, Москва 2009. Бурдун Г.Д. Калашников Н.В., Стоцкий Л.Р. «Международная система единиц», издательство «Высшая школа», Москва 2004. Чертов А.Г. «Физические величины», издательство «Высшая школа», Москва, 2010. Новосильцев В.Н. «К истории основных единиц СИ», издательство Ростовского Государственного университета, г. Ростов-на-Дону 2005. https://www.chemistryworld.com/news/king-of-kilograms-is-no-... studopedia.ru›etaloni-fizicheskih-velichin.html physicsdepartment.ru›blog/etalony Введение Я выбрал для реферата данную тему потому, что при изучении физики особое внимание уделяется точности измерений физических величин при выполнении лабораторных работ и опытных экспериментов. Интересно узнать какие единицы физических величин являются основными и образуют определенную систему, а так же историю их эталонов |