Единицы измерения (единица силы в системе МКС)

Что такое система единиц механических измерений

Установление определенной системы единиц измерений является необходимой предпосылкой для правильного пользования физическими формулами при числовых расчетах. Исторически в физике утвердилась система, в которой основными механическими единицами были выбраны сантиметр, грамм (масса), секунда, называемая по начальным буквам этих единиц системой СГС. Единицей силы в системе СГС является дина (дин). Дина есть сила, которая, действуя на массу в 1 г, сообщает ей ускорение в 1 см/сек².

Для практических целей была создана система МКС (метр, килограмм-массы, секунда). В системе МКС единица длины — метр соответствует расстоянию между двумя штрихами на линейке из сплава платины с иридием, хранящейся в качестве эталона в Международном бюро мер и весов.

Единицы измерения массы — килограмм соответствует массе международно эталона из сплава платины с иридием и с достаточной степенью точности равняется массе годного кубического дециметра чистой воды при 4° С. За единицу времени—секунду принимается продолжительность, равная 1/86 400 части средних солнечных суток.

Единица силы в системе МКС

Ньютон (н). Ньютон есть сила, которая, действуя на массу в 1 кг, сообщает ей ускорение в 1 м/сек² (1 н равняется 10⁵ дин).

Система МКС, дополненная единицами электрических и магнитных измерений, получила название системы МКСА (метр, килограмм, секунда, ампер).

В настоящее время рекомендуется в качестве основной (ГОСТ 9867—61) Международная система единиц (СИ), разработанная на основе системы

МКСА и содержащая следующие шесть основных единиц: длина —метр (м), масса—килограмм (кг), время—секунда (сек), температура по термодинамической шкале — градус Кельвина (°К), сила тока — ампер (а), сила света — свеча (св). Все эти единицы имеют новые, более точные определения, хотя по величине они мало отличаются от системы МКСА. Определения основных механических единиц в системе СИ следующие:

Метр — длина, равная 1650763, 73 длины волны излучения в вакууме, соответствующего оранжевой линии спектра изотопа криптона с атомным весом 86.

Рабочим эталоном метра является линейка из сплава платины с иридием, длина которой проверяется оптическим методом.

Килограмм — масса международного эталона килограмма.

Секунда — 1/31556925,9747 часть тропического года для 1900 г. января 0 в 12 ч эфемеридного времени. Рабочие эталоны секунды обеспечиваются с помощью особо точных кварцевых часов.

Эфемеридным называется равномерно протекающее время, вычисленное на основании движения небесных тел. Тропическим годом называется промежуток времени между последовательными прохождениями солнца через точку весеннего равноденствия. Дата 1900 г. января 0 в 12 ч. эфемеридного времени соответствует 12 ч. дня 31 декабря 1899 г. по всемирному (Гринвичскому) времени.

Единицей силы в системе СИ является ньютон (н).

Единицы измерения электрических величин

В разделе электричества основной является система единиц СИ, но довольно широко применяется и физическая система СГС (Гаусса), в которой для измерения электрических величин применяются единицы абсолютной электростатической системы (СГСЭ,) а для магнитных величин — единицы абсолютной электромагнитной системы (СГСМ).

Основной величиной в системе СГС является количество электричества или заряд. При этом абсолютная электростатическая единица заряда определяется, исходя из закона Кулона, как заряд, который действует в вакууме на равный ему заряд, находящийся на расстоянии одного сантиметра, с силой, равной одной дине. Соответственно абсолютная электростатическая единица силы тока определяется как сила тока, при которой через поперечное сечение проводника в 1 сек проходит заряд, равный 1 эл. ст. ед.

В системе СИ за основную величину принята сила тока; единица силы тока — ампер определяется по магнитному действии тока. В связи с этим единица заряда в системе СИ — кулон (к) определяется как заряд или количество электричества, протекающий через поперечное сечение проводника в течение 1 сек при силе постоянного тока в 1 а: 1 к= 3•10⁹ эл. ст. ед. заряда. Заряд электрона равен 4,8•10^-10 эл.ст. ед. заряда или 1,6•10^-19 к.

Третьей основной величиной в этих системах является разность потенциалов или напряжение. В системе СГС абсолютная электростатическая единица разности потенциалов равняется разности потенциалов между двумя точками электрического поля, при перемещении между которыми одной электростатической единицы заряда совершается работа в один эрг.

В системе СИ единица разности потенциалов или напряжения связывается с мощностью электрического тока. Эта единица — вольт (в) определяется как разность потенциалов между двумя точками линейного проводника, по которому протекает постоянный ток силой в 1 а, если мощность, потребляемая между этими точками, составляет 1 вт.

Вольту дается также такое определение: вольт равен разности потенциалов двух точек электрического поля или электрической цепи, при перемещении между которыми заряда в 1 к совершается работа в 1 дж; 1 в = 1/300 эл. ст. ед.

Основные единицы измерения магнитных величин будут даны в соответствующем разделе.

Единицы световых измерений

Основной единицей световых измерений в системе СИ является свеча (св). Свеча воспроизводится с помощью светового эталона.

Световой эталон представляет собой полный излучатель (абсолютно черное тело) и выполнен в виде трубки Т (рис. 2-3) из плавленой окиси тория, на одну треть высоты наполненной порошком этой окиси. Трубка помещена в сосуд С (также из плавленой окиси тория), заполненный платиной П, которая подогревается током высокой частоты; сосуд С окружен тепловой изоляцией и помещен в кварцевый корпус К. Эталоном является излучение внутренней поверхности трубки Т при температуре застывания платины (2042°К), наблюдаемое или фотометрируемое через отверстие О.

Определение свечи в системе СИ сделано через яркость светового эталона: свеча — единица силы света, значение которой принимается таким, чтобы яркость полного излучателя при температуре затвердения платины была равна 60 св на квадратный сантиметр (60 св/см²).

Рабочими (вторичными) световыми эталонами, которыми пользуются на практике, являются специальные электрические лампы накаливания; сила света их устанавливается путем сравнения со световым эталоном (рис. 2-3). На рисунке обозначено: Э — световой эталон, П призма, — объектив, центрирующий лучи на экране фотометра, Ф — фотометр, Д — диафрагма, Э — лампа, вторичный эталон.

Рабочим эталоном белого света является также лампа накаливания, но снабженная специальным светофильтром. Белый свет (с различными оттенками) воспроизводится также с помощью люминесцентных ламп с люминофором определенного состава.

Единицей светового потока является люмен (лм),равный световому потоку, в пределах телесного угла в один стерадиан от равномерно по всем направлениям излучающего точечного источника с силой света в одну свечу (1 лм = 1 ев-стер).

Единицей освещенности является люкс (лк). Люкс равен освещенности, создаваемой световым потоком в 1 лм, равномерно распределенным на площадке в 1 м²(1 л/с = 1 лм/м²).

В литературе встречав также единица освещенности, называемая фот (ф) и равная световому потоку в 1 лм, равномерно распределенному на площади в 1 см² (1 ф= 1 лм/см² — 10⁴ лк).

Светимость имеет такую же размерность, как и освещенность. Единицей светимости является люмен на квадратный метр (лм/м²); особого названия она не имеет. В иностранной литературе фот (или радфот) употребляется также в качестве единицы светимости.

За единицу яркости принимается нит (нт). Нит есть яркость равномерно светящейся поверхности, один квадратный метр которой дает в направлении, перпендикулярном поверхности, силу света в одну свечу : 1 нт= 1 св/м².

Яркость светового эталона равняется 6•10⁵ нт.

Наименьшая различимая средним глазом яркость составляет 10^-6 нт. Яркость, превышающая 10⁵ нт, особенно при значительной величине светящейся поверхности и длительном наблюдении, вызывает в глазу неприятное ощущение. Наблюдение источников света более высокой яркости вызывает в глазу ощущение боли, сопровождающееся временным снижением светочувствительности.

Статья на тему Единицы измерения