Под физической величиной необходимо понимать свойство, в отношении качества общее для множества отдельных объектов, физических совокупностей, состояний, которыми они определяются, и процессов, происходящих в них. Стоит дополнить, что данное свойство является индивидуальным в отношении количества.
Качественный аспект понятия
Прежде чем рассмотреть физические величины и их измерения, целесообразно дать определение непосредственно термину. Качественный аспект понятия выявляет «род» величины (к примеру, электрическое сопротивление, которое является общим свойством проводников электричества). В свою очередь, количественный — отвечает за ее «размер» (то есть сопротивление конкретного проводника).
Стоит отметить, что значение результата физических величин и их измерений в числах зависит от выбора конкретной единицы. Размер физ. величины целесообразно рассматривать объективно. Иными словами, вне зависимости от того, определен он или нет, он остается одинаковым. Причем неважно, какое значение в числах ему присвоено в различных единицах измерения.
Оцениваемые и измеряемые
В классификации физических величин принято различать оцениваемые и измеряемые величины. Важно знать, что последние выражаются количественно, другими словами, в виде конкретного числа тех или иных единиц измерения. Под размерностью физ. величины следует понимать количественную ее определенность, которая присуща системе, предмету, процессу или явлению.
Оцениваемые величины — это такие, для которых по тем или иным причинам не вводится единица измерения. Именно поэтому их можно только оценить. Категорию оценивания целесообразно рассматривать как операцию приписывания конкретной физической величине того или иного количества единиц, принятых для нее. Стоит дополнить, что данная процедура проводится в соответствии с установленными правилами.
Процедура оценивания
Оценивание реализуется посредством специальных шкал. Под шкалой величины следует понимать последовательность ее значений, которая должным образом упорядочена и принята в соответствии с соглашением на основании показателей точных измерений.
Необходимо иметь в виду, что нефизические величины, в соответствии с которыми единица измерения не может вводиться в принципе, можно исключительно оценивать. Оценка нефиз. величин не включается в задачи теории метрологии.
Классификация категории по разновидностям явлений
Рассмотрим несколько примеров физических величин согласно классификации по разновидностям явлений. Итак:
- Активные (иными словами, энергетические) величины. Они описывают энергетические черты процессов преобразования, дальнейшей передачи и применения энергии. Примерами физических величин в данном случае служат следующие: напряжение, ток, заряд, мощность, энергия. Необходимо дополнить, что их можно преобразовывать в сигналы измерительных сведений, причем без использования источников энергии вспомогательного типа.
- Пассивные (вещественные) величины. Они описывают физико-химические и физические свойства материалов, веществ, а также изделий из них (к примеру, электрическое сопротивление, индуктивность, емкость). Как изменяются физические величины данного типа? Для осуществления процедуры нужен вспомогательный энергетический источник, посредством которого создается сигнал измерительных сведений. Причем пассивные физ. величины превращаются в такие пассивные, которые подлежат измерению.
- Величины, характеризующие процессы временного плана. К данной группе целесообразно отнести разные поляризационные и спектральные черты, а также корреляционные функции.
Классификация по силе условной независимости
В соответствии со степенью условной независимости от иных компонентов данной группы выделяются основные, производные, а также дополнительные величины. На сегодняшний день в самой распространенной системе международного плана СИ применяется семь физических величин: время, длина, масса, сила электрического тока, температура, количество вещества и сила света.
Значение величин
Под значением физической величины следует понимать оценку ее размера в виде того или иного числа единиц измерения, которые приняты. Числовое значение величины следует рассматривать как отвлеченное число, которое выражает отношение ее параметра к конкретной единице этой величины (к примеру, 10 А — не что иное, как показатель силы тока, а 10 — это числовое значение). Так, именно понятие «значение» нужно использовать для выражения количественного аспекта рассматриваемого свойства. К примеру, писать или говорить «физическая величина теплоты» — это неправильно. Правильно так: «значение теплоты». Дело в том, что теплота сама по себе является величиной.
Понятие векторной физической величины
В физике есть две разновидности величин. Это скалярные и векторные физические величины. Основным их отличием является то, что последние характеризуются наличием направления. Что это означает? К примеру, количество картофелин в емкости — это обыкновенное число, то есть скалярная величина. Еще одним ярким примером подобной величины служит температура.
У иных важнейших в физике величин есть направление. Это, к примеру, скорость. Так, у нас имеется необходимость установить не только быстроту передвижения тела, но и непосредственно путь, в соответствии с которым оно движется. Сила и импульс так же, как и смещение, имеют направление. Когда тот или иной человек совершает шаг, можно отметить не только, насколько далеко он шагнул. Мы можем сказать, куда именно он шагает, иными словами, определить направление, свойственное его движению.
Перечень векторных величин
Примеры физических величин векторного типа лучше запомнить. Перечислим их:
- Скорость.
- Перемещение.
- Сила.
- Магнитная индукция.
- Импульс тела.
- Напряженность поля.
- Ускорение.
Стоит заметить, что над обозначением каждой из них принято ставить вектор (стрелку). Для чего это нужно? Дело в том, что именно так в математике принято обозначать вектор. Действия, связанные со сложением и вычитанием, над приведенными примерами физических величин реализуются в соответствии с математическими правилами. Стоит отметить, что выражение "абсолютное значение" или "модуль скорости" означает "модуль вектора скорости", иными словами, численное значение показателя без учета направления, под которым подразумевается знак "минус" или "плюс".
Скалярные физические величины
Под скаляром следует понимать физическую величину, у которой есть лишь одна характеристика. Речь идет о численном значении. Стоит заметить, что скалярная величина бывает как положительной, так и отрицательной. Среди примеров в данном случае следует отметить температуру, работу, время, массу, а также путь. Математическими действиями с такими величинами называются алгебраические действия.
Что такое параметр?
Итак, мы рассмотрели понятие физической величины и классификацию категории. Далее целесообразно разобрать термин «параметр», который используют для обозначения особенностей величин, которые имеют частные характеристики. К примеру, у конденсатора есть емкость, а его параметром считается не что иное, как температурный коэффициент емкости. Однако иногда параметром принято называть саму физ. величину, фазу, частоту или амплитуду, к примеру.
При определенной оценке величины ее возможно охарактеризовать измеренным, действительным и истинным значениями. Стоит заметить, что нахождение последнего является основной проблемой метрологии. Под истинным следует понимать такое значение, которое наилучшим образом отражает как в количественном, так и в качественном отношениях соответствующую характеристику объекта. Выявить экспериментальным образом его невозможно по причине неизбежных погрешностей в производимых измерениях. Так, истинное значение величины в полной мере соотносится с термином абсолютной истины: его можно получить лишь в результате непрерывного процесса измерений с постоянным совершенствованием методик и инструментов, используемых в них.
Погрешность измерения необходимо рассматривать как отклонение полученного результата от истинного значения той величины, которую измеряют. К примеру, речь идет о диаметре металлического диска круглой формы. Процедура может быть проведена с максимально высокой точностью в случае выбора измерительного инструмента соответствующего качества. Однако когда погрешность последнего достигает размеров молекулы, как правило, обнаруживается размывание границ диска, которое обусловлено хаотическим передвижением молекул. По причине этого за определенным пределом точности повышение ее в дальнейшем является бессмысленным и бесполезным.
Можно сделать вывод, что «истинное» значение диаметра в нашем случае получает вероятностный смысл. Лишь с некоторой вероятностью можно установить интервал тех значений, в котором оно пребывает. Именно поэтому одним из ключевых постулатов метрологии считается положение, определяющее, что истинное значение физ. величины есть, тем не менее, выявить его посредством проведения измерений невозможно.
В связи с этим в измерительной практике принято оперировать термином «действительное значение». Стоит отметить, что его степень приближения к истинному состоит в зависимости от точности инструментов, применяемых для измерения, а также от погрешности в самом процессе измерения.
Под действительным целесообразно рассматривать значение физ. величины, которое найдено экспериментальным методом. Оно до такой степени приближено к истинному, что для этой цели может быть применено вместо него. Именно это значение выявляют с помощью образцовых мер и приборов, в отношении которых возможно пренебрежение погрешностями. Измеренное значение определяется как отсчитанное посредством отсчетного измерительного устройства.
Заключительная часть
Итак, мы в полной мере рассмотрели категорию физических величин, указали классификацию и современные методики их измерения. В заключение следует отметить, что в процессе измерения важнейшую роль играют сопутствующие условия. Под ними необходимо понимать комплекс влияющих величин, которые характеризуют состояние окружающего мира и средства, применяемые для измерений.
В метрологии принято различать предельные, рабочие и нормальные условия. Последние целесообразно рассматривать как характеризуемые комплексом значений или сфер значений влияющих физических величин, в соответствии с которыми изменением показателя измерений пренебрегают по причине малости.
Рабочие условия — те, согласно которым значения влияющих физ. величин пребывают в пределах областей, предназначенных для работы. Под предельными условиями измерений необходимо понимать условия, которые характеризуются экстремальными значениями влияющей и измеряемой величин. Измерительное средство может выдержать их без ухудшения метрологических характеристик или всякого рода разрушений.