Одиниці фізичних величин. Еталони одиниць фізичних величин.

Фізичною величиною називається одне з властивостей фізичного об'єкта (явища, процесу), що є загальним у якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів, відрізняючись при цьому кількісним значенням.

В метрології розрізняють істинне і дійсне значення фізичних величин.

Істинне значення фізичної величини – це значення, яке ідеально віддзеркалює властивості даного об’єкта як в кількісному, так і в якісному відношенні. Воно не залежить від засобів нашого пізнання і є тією абсолютною істиною, до якої ми прагнемо і хочемо записати її у вигляді числового значення.

Дійсне значення –це значення фізичної величини, знайдене експериментальним шляхом і настільки наближеного до істинного значення, що з певною метою може бути використане замість нього. Це значення змінюється залежно від необхідної точності вимірювань

Фізичні величини можна класифікувати за такими параметрами:

1. За характером прояву розмірів під час виконання досліджень:

1.1. Енергетичні (активні) характеризують, як правило, виконану роботу (потужність електричного двигуна, напруга в електричній мережі). Активні величини здатні самі проявляти свої розміри.

1.2. Речовинні (пасивні) найчастіше використовують, з'ясовуючи параметри якості об’єктів (концентрація сажі у викидах котелень, ємність посуду). Розміри пасивних величин проявляються при дії на об’єкт відповідної активної величини.

2. За ієрархічним принципом:

2.1. Основні величини не залежать друг від друга, але вони можуть бути основою для встановлення зв'язків з іншими фізичними величинами.

2.2. Похідні визначаються через основні фізичні величини (прискорення). Похідні одиниці міжнародної системи СІ поділяють на просторові, механічні, теплові, акустичні, світлові, йонізуючих випромінювань, атомної і ядерної фізики.

2.3. Додаткові фізичні величини складаються з умовно прийнятих у якості додаткових: радіан (одиниця плоского кута), стерадіан (одиниця тілесного кута). Вони не належать ні до основних, ні до похідних.

3. За наявністю або відсутністю розмірності :

3.1. Розмірною є така фізична величина, в розмірності якої показник ступеня розмірності хоча б однієї з однакових величин не дорівнює нулю.

3.2. Безрозмірною (відносною) величиною – відношення певної фізичної величини до однорідної. Нею користуються для надання різних характеристик (коефіцієнт корисної дії).

Одиниця фізичної величини –фізична величина, значення якої рівне одиниці.

Система одиниць– це сукупність незалежних і похідних одиниць, які охоплюють всі або деякі частини вимірів, яка створена таким чином, що співвідношення між одиницями визначаються рівняннями залежності, за винятком відносин між одиницями вибраними незалежними.

Система одиниць складається із основних, похідних та додаткових, системних та позасистемних, кратних та часткових, розмірних та безрозмірних.

Сукупність основних і похідних одиниць називається системою одиниць фізичних величин.

Одиниці величин, які не належать ні до основних, ні до похідних, називають додатковими.

Одиниці фізичних величин, що задовольняють будь-якій системі одиниць, називають системними, а які не входять до жодної із систем – позасистемними (літр, калорія).

Одиниця, що в ціле число разів більша системної або позасистемної одиниці, називається кратною (1 км, хвилина). Одиниця, що в ціле число разів менша від системної, або позасистемної одиниці, називається частковою (міліметр).

Процес упорядкування одиниць фізичних величин було започатковано ще у Давніх Римі та Греції, а продовжено у середні віки. Першими були системи одиниць Гауса (запропонував три незалежні одиниці: довжини, маси і часу. Система називалася абсолютною, а за основні одиниці прийнято міліметр, міліграм, секунда), Хартрі, Планка, основою яких стали еталони метра і кілограма. Удосконалення цих систем дало змогу створити системи СГС (сантиметр – грам - секунда), МКС (метр – кілограм - секунда), МТС (метр – тонна - секунда).

Найпоширенішою сучасною системою є міжнародна система СІ.

Генеральна конференція по мірах і вагам ГКМВ у 1954 визначила основні одиниці фізичних величин для міжнародного користування: метр, кілограм, секунда, ампер, градус Кельвіна.

У 1960 р. ГКМВ затвердила Міжнародну систему одиниць СІ, далі було прийнято ряд доповнень і змін, у результаті чого в системі стало 7 основних одиниць:

1. Одиниця довжини – метр.

2. Одиниця маси – кілограм.

3. Одиниця часу – секунда.

4. Одиниця сили електричного струму – ампер.

5. Одиниця термодинамічної температури – кельвін. Допускається також застосування шкали Цельсія.

6. Одиниця кількості речовини – моль.

7. Одиниця сили світла – кандела.

Еталон– це засіб вимірювальної техніки, що забезпечує відтворення і збереження одиниці величини з метою передачі її розміру іншим засобам вимірів.

Найвищою ланкою у метрологічному ланцюгу передавання розмірів одиниць є міжнародні еталони, з якими повіряють розміри одиниць фізичних величин за допомогою державних еталонів. Міжнародні еталони зберігаються у Міжнародному бюро з мір та ваг.

Первинний еталон – еталон, за допомогою якого відтворюється одиниця фізичної величини з найвищою точністю відповідно у світі і країні. По точності відтворення одиниці він є найбільш точними.

Для відтворення одиниць в особливих умовах, у яких пряма передача розміру одиниці від еталона технічно неможливо з заданою точністю (високий тиск, температура) розробляються і затверджуються спеціальні еталони.

Первинним еталонам надається статус державних еталонів, створення і вдосконалення яких здійснюється відповідно до державних науково-технічних програм, які розробляються центральним органом виконавчої влади в сфері метрології (ЦОВМ). Державні еталони є виключно державною власністю, затверджуються Держспоживстандартом України і перебувають у його віданні.

У державній метрологічній системі можуть застосовуватися первинні еталони, які є власністю підприємств і організацій, без надання їм статусу державних еталонів.

У метрологічній практиці широко використовуються вторинні еталони, значення яких установлюється по найбільш точних первинних еталонах. У разі відсутності первинних еталонів статус державних еталонів може бути наданий вторинним еталонам національного наукового метрологічного центру і державних наукових метрологічних центрів.

По своєму метрологічному призначенню вторинні еталони поділяються на еталони-копії, еталони передачі, еталони-свідки, робочі еталони.

Еталон-копія призначений для збереження одиниці і передачі її розміру робочим еталонам. Він не завжди може бути фізичною копією державного еталона.

Еталон передачі призначений для звірення еталонів, що по тим або іншим причинам не можуть безпосередньо звірятися один з іншим. Прикладом еталона передачі може бути група нормальних елементів, що використовується для звірення державного еталона вольта з еталоном вольта МБМВ.

Еталон-свідок призначений для перевірки схоронності державного еталона і для заміни його у випадку псування або втрати. Еталон-свідок має найвищу серед вторинних еталонів точність і використовується тільки тоді, коли державний еталон не можна відтворити.

Робочий еталон призначений для збереження одиниці і передачі її розміру зразковим засобам вимірювальної техніки, а в окремих випадках – робочим засобам вимірювальної техніки найвищої точності. Використовуються в метрологічних інститутах, метрологічних територіальних органах Держстандарту України, а з дозволу Держстандарту України допускається їхнє збереження і використання в органах відомчої метрологічної служби.