Өлшеу теориясы мен тәжірибесіндегі маңызды ұғымдардың бірі – физикалық шама ұғымы. Физикалық шама- көптеген объектілерге сапалық жағынан ортақ, бірақ олардың әрқайсысы үшін сандық жағынан жеке қасиет.

Өлшеуфизикалық шама – арнайы техникалық құралдарды пайдалана отырып, оның мәнін тәжірибе жүзінде анықтау. Өлшенетін шаманың сандық мәнін алу әдісі бойынша барлық өлшемдер тура, жанама, жиынтық және бірлескен болып бөлінеді.

Тікелей өлшемдерөлшенетін шаманы осы шаманың өлшемімен салыстыру әдісіне немесе шкаласы өлшенетін шаманың бірліктерімен разрядталған оқу құрылғысының көмегімен өлшенетін шаманың мәнін тікелей бағалау әдісіне негізделген. Тікелей өлшемдерге мысал ретінде амперметрмен токты өлшеуді айтуға болады.

Жанама өлшемдер– нәтижесі белгілі тәуелділік арқылы өлшенетін шамаға байланысты шамаларды тікелей өлшеуден кейін алынатын өлшемдер. Осылайша, тұрақты ток тізбегіндегі электр кедергісін өлшеу амперметрмен токты және вольтметрмен кернеуді тікелей өлшеу арқылы жүзеге асырылады, содан кейін қажетті қарсылық мәнін есептеу.

Жиынтық өлшемдербелгілі бір өлшеу нәтижелерінен құрастырылған теңдеулер жүйесін шешу арқылы жалпы өлшеу нәтижесін алумен бірдей аттас бір немесе бірнеше шамалардың қайталанатын, әдетте тікелей өлшеулерін білдіреді. Мысал ретінде екі катушканың жалпы индуктивтілігін екі рет өлшеу арқылы олардың арасындағы өзара индуктивтілікті анықтау процесін қарастырайық. Біріншіден, катушкалар олар үшін қосылған магнит өрістеріқосынды және жалпы индуктивтілікті өлшейді: L 01 = L 1 + L 2 + 2M, мұндағы M - өзара индуктивтілік; L 1, L 2 – бірінші және екінші катушкалардың индуктивтілігі. Содан кейін катушкалар олардың магнит өрістері алынып тасталатындай етіп қосылады және жалпы индуктивтілік өлшенеді: L 02 = L 1 + L 2 – 2M. М-нің қажетті мәні мына теңдеулерді шешу арқылы анықталады: M = (L 01 - L 02)/4.

Бірлескен өлшемдерөлшеулер кезінде алынған теңдеулер жүйесін шешу арқылы нәтижені кейінгі есептеумен екі немесе одан да көп әртүрлі шамаларды бір уақытта өлшеуден тұрады. Мысалы, термистордың A, B температуралық коэффициенттерін табу керек R t = R 0 (1+AT + BT 2), мұндағы R 0 - T 0 = 20 o C кезіндегі кедергі мәні, T - ортаның температурасы. Термометрдің көмегімен анықталған T 0, T1, T 2 температураларындағы термистордың R 0 , R 1 , R 2 кедергі мәндерін өлшеп, алынған үш теңдеу жүйесін шеше отырып, біз мәндерін табамыз. А және В шамалары.

Өлшеу құралы– өлшемдерде қолданылатын және стандартталған метрологиялық сипаттамалары бар техникалық құрылғы. Өлшеу аспаптарына өлшемдер, өлшеу түрлендіргіштері, өлшеу құралдары және өлшеу жүйелері жатады.

Өлшеу– берілген өлшемдегі физикалық шаманы сақтауға және жаңғыртуға арналған өлшеу құралы. Өлшемдерге қалыпты элементтер, қарсылық қоймалары, стандартты сигнал генераторлары және индикаторлық аспаптардың градуирленген шкалалары жатады.

Түрлендіргіштер– өлшеу сигналын беруге, сақтауға және өңдеуге ыңғайлы пішінге түрлендіруге арналған өлшеу құралдары.

Өлшеу құралдары– өлшенетін шаманың сандық мәніне функционалдық байланысты өлшеу ақпараттық сигналын құруға арналған және бұл сигналды оқу құрылғысында көрсетуге немесе тіркеуге арналған өлшеу құралдары.

Өлшеу жүйесі– берілген көлемде және берілген шарттарда зерттелетін объекті бойынша өлшеу ақпаратын беретін өлшеу құралдары мен көмекші құрылғылардың жиынтығы.

Өлшеу құралдарының ең маңызды қасиеттері метрологиялық қасиеттер болып табылады. Метрологиялық қасиеттерге (сипаттамалар) дәлдік, өлшеу диапазоны, сезімталдық, жылдамдық және т.б.

МӘСКЕУ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

ДИЗАЙН ЖӘНЕ ТЕХНОЛОГИЯ

АШЫҚ ИНСТИТУТ

ФИЗИКА КАФЕДРАСЫ

А.П. КИРЯНОВ

ӨЛШЕМДЕРДІҢ ФИЗИКАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ

оқу құралы

Оқу-әдістемелік құрал ретінде бекітілген

МГУДТ редакциялық-баспа кеңесі

ӘОЖ

РИС кураторы Костылева В.В.

Жұмыс Мәскеу мемлекеттік технология және технология университетінің физика кафедрасының мәжілісінде қаралып, баспаға ұсынылды.

Бас Физика кафедрасы Шапкарин И.П.

Химия ғылымдарының докторы, проф. И.Е. Макаров

К-12 Кирьянов А.П.. Өлшемдердің физикалық негізі: оқу құралы – дәріс конспектісі / Кирьянов А.П.– М.: IITs MGUDT, 2007 ж. – 115 с.

Дәріс конспектісі: оқу құралында «Өлшемдердің физикалық негіздері» оқу пәні бойынша курстың презентациясы бар. Курс Жоғары кәсіптік білімнің Мемлекеттік білім беру стандартына (653800 – Стандарттау, сертификаттау және метрология бағыты; 072000 – Стандарттау және сертификаттау мамандығы) сәйкес ММУ және оған жақын ЖОО студенттеріне арналған. 34 сағаттық лекциялық курс өлшеу тәжірибесі мен теориясының кванттық негіздерін және қазіргі метрологияға тән негізгі ұғымдар мен әдістерді сипаттайды. Сертификатталған маманды қалыптастыру үшін маңызды мәселелерді ұсыну өте қатаң және сонымен бірге қолжетімді. Курс материалын белсенді меңгеру үшін әр дәріс материалы негізінде тест сұрақтары мен тапсырмалар ұсынылады.

ӘОЖ

Мәскеу мемлекеті

Дизайн және технология университеті, 2007 ж

Кіріспе: дәріс курсының құрылымы туралы жалпы түсініктеме

«Өлшемдердің физикалық негіздері». . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 05

Дәріс 1. Адамның әлеммен қарым-қатынасының жалпы көрінісі

(Әлемнің қазіргі суретінің элементтері) (1–3 сұрақтар). . . . . . 06

Дәріс 2. Дүниені танудың және зерттеудің негізгі формалары

(Әлемнің қазіргі суретінің элементтері) (4–7 сұрақтар). . . . . . . 10

Дәріс 3. Өлшеу дүниені тану және меңгеру саласындағы әрекет ретінде (8–11 сұрақтар). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Дәріс 4. Өлшеу қателері; олардың классификациясы

және бағалау әдістері (12–114 сұрақтар). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Дәріс 5. Өлшеу принципі, әдісі және объектісі. Классикалық

логикалық өлшеу схемалары; олардың элементтері және классификациясы

(15,16-сұрақтар). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Дәріс 6. Өлшеу таразылары. Физикалық таразылар.

Дүние бейнелерінің көп мағыналылығы (17, 18-сұрақтар). . . . . . . . . . . . 35

Дәріс 7. Бірліктер жүйелері физикалық шамалар.

Негізгі физикалық тұрақтылар (19, 20 сұрақтар). 41

Дәріс 8. Ұқсастық және өлшемдер әдістері. Критерийлер

ұқсастықтар Инварианттылық (21, 22-сұрақтар). . . . . . . . . . . . . . . 45

Дәріс 9. Технологиядағы өлшемдер; өлшеу технологиясы. Шаралар мен стандарттар, олардың классификациясы (23-сұрақ). . . . . . . . . . . . 52

Дәріс 10. Өлшеу қателерінің негізгі көзі

рений – материяның өздігінен қозғалысы және оның ерекше көріністері:

инерция, қайтымсыздық, шу. Негізінен мүмкін емес

өлшеу қателіктерін толығымен жою мүмкіндігі

(24, 25-сұрақтар). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Дәріс 11. Перспективалық тұрғыдан өте жоғары дәлдіктегі өлшемдер

классикалық және кванттық парадигмалар (Кванттық парадигма ретінде

өлшеу тәжірибесі мен теориясының негізі; метрологиядағы классикалық әдістеменің сәтсіздігі) (26-сұрақ). . . . . . . . . 62

Дәріс 12. Н.Бордың қосымшалық принципі және В.Гейзенбергтің белгісіздік қатынасы (27-сұрақ). . . . . . . . . . . . . . . . .68 Дәріс 13. Микрообъектілердің метрологиялық қасиеттері туралы.

Микрообъектілер параметрлерінің тұрақтылық деңгейінің кванттық тұрғыдан метрология талаптарына сәйкестігінің ресурстары

(28, 29-сұрақтар). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Дәріс 14. Өлшемдердің физикалық негіздері, өлшеу құралдары

құбылыстар: оптикалық фотоэффект және ядролық фотоэффект

(Моссбауэр эффектісі) (30-сұрақ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

Дәріс 15. Өлшемдердің физикалық негіздері, өлшеу құралдары

және кванттық негізіндегі заманауи метрологияның стандарттары

құбылыстар: лазерлік спектрометрия және интерферометрия,

магниттік-резонанстық спектрометрия (31-сұрақ). . . . . . . . . . . . . . 84

Дәріс 16. Асқын өткізгіштік және Джозефсон эффектілері; нақтыланды

негізгі физикалық тұрақтыларды түсіну (32-сұрақ). . . . 87

Дәріс 17. Ғылыми-техникалық қамтамасыз етудің физикалық негіздері

қазіргі информатикадағы инженерлік шешімдер

(33, 34-сұрақтар). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………..92

18. Оқу пәні бойынша емтихан сұрақтары

«Өлшемдердің физикалық негіздері». . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

19. Қосымша. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100

19-1. Дәріс материалы бойынша тест сұрақтары. . . . . . . . . . . . . . .100

19-2. Дәріс материалына негізделген есептер. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . 105

Мәселелерге жауаптар. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Негізгі әдебиеттер. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………114

Қосымша әдебиеттер. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114

КІРІСПЕ: КУРС ҚҰРЫЛЫМЫ ТУРАЛЫ ЖАЛПЫ ЕСКЕРТПЕ

«ӨЛШЕМДЕРДІҢ ФИЗИКАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ» ДӘРІСІ

пәні бойынша оқу курсы» Физикалық негіздері өлшемдер«Біздің түсінігімізде осы уақытқа дейін қалыптасқан кванттық-синергетикалық парадигмаға – материяның қозғалысы, оның қозғалысының заңдылықтарын білу және меңгеру туралы концептуалды идеялар жүйесіне сүйену керек. Курстың оқу материалының презентациясы кітаптың соңында берілген, курстың жұмыс бағдарламасына сәйкес құрастырылған және осы оқу пәні бойынша емтиханға ұсынылатын сұрақтар тізімі негізінде беріледі. Курстың әрбір ағымдағы дәрісінде оның тақырыбынан кейін бірден курстың оқу материалы бойынша сұрақтар тізіміндегі тақырыптардың (сұрақтардың) санына сәйкес дәріс мазмұнына қысқаша кіріспе беріледі, содан кейін одан әрі, сол сандар астында пәннің жұмыс бағдарламасына сәйкес дәріс ұпайлары беріледі. Дәрістердегі оқу материалын баяндау кезіндегі ұпай сандары жеке дәрістің реттік нөмірлеріне емес, курстың оқу жоспары бойынша сұрақтар тізіміндегі пункттердің реттік нөмірлеріне сәйкес келеді. Оқу материалын ұсынудың мұндай құрылымдық дизайны біздің тәжірибеміз көрсеткендей, ақпараттың шамадан тыс жүктелуі жағдайында студенттердің оқу материалын меңгеру және пән бойынша емтиханға дайындалу бойынша оңтайлы жұмысын тиімді қамтамасыз етуге көмектеседі. Сондай-ақ курстық дәрістердің әрқайсысынан нақты материал негізінде қосымшаның сәйкес екі бөлігі түрінде кітап соңында берілген тест сұрақтары мен тапсырмаларының дәстүрлі түрін сақтау қажет деп санадық. курстық материалмен жұмыс істеу және студенттердің жұмысындағы жүйелілікті ынталандыру.

ДӘРІС 1. АДАМДАР ҚАТЫНАСТАРЫНА ЖАЛПЫ КӨЗҚАРАС

БЕЙБІТШІЛІКМЕН (ҚАЗІРГІ ӘЛЕМ СУРЕТІНІҢ ЭЛЕМЕНТТЕРІ)

1 . Зат және оның түрлері; материяның қозғалысы, оның көріністері және жалпы қасиеттері. Кеңістік пен уақыт дүниенің болмыс формалары ретінде; олардың корреляциялық табиғаты, топологиялық және метрикалық қасиеттері. Дүниедегі симметрия туралы Нотер теоремасы және сақталу заңдары.

2 . Объект және пән; адам факторының құбылысы және оның көріністері (сөйлеу, тіл, ойлау, есте сақтау).

3 . Адам тәжірибесі мен іс-әрекеті; анықтамалар мен негізгі компоненттер (сезім, қабылдау, бейнелеу, сөздік айтылым, лингвистикалық құрылыс, идеалды абстракция, тәжірибедегі есте сақтау; мақсат, әрекеттегі мазмұн).

1 . Бізді қоршап тұрған және бізбен әрекеттесетін, сезімдерімізге әсер ететін барлық нәрсе әлем, аналармен, Ғалам. Дүние бір-бірімен қандай да бір түрде байланысқан денелердің үлкен саны мен алуан түрінен тұрады үлкен сомажәне әртүрлі оқиғалар. Ал бұл денелер мен оқиғалар жиынтығы немесе басқаша айтқанда денелер/оқиғалар континуумы ​​кеңістік/уақыт континуумы ​​болып табылады. Ондағы кез келген өзгеріс деп аталады қозғалыс зат; ол материяның нақты түрлері – субстанция және өріс күйлерінің кез келген өзгерістерімен көрінеді.

Ғарыш Және уақыт , қозғалыс сияқты, басқа ұғымдарға келтіруге болмайтын ең жалпы ұғымдар. Лейбництің оларға дүние болмыстың (болмыстың) әмбебап корреляциялық формалары ретінде берген анықтамасын қабылдаймыз:

ғарыш– өзара шектейтін және бірін-бірі жалғастырушы денелердің корреляциядан, қатар өмір сүру тәртібі мен өзара орналасуынан тұратын дүниенің болмысының әмбебап формасы;

уақыт- корреляциядан, бірін-бірі алмастыратын оқиғалар ретінен тұратын дүниенің болмысының әмбебап формасы.

Кеңістік пен уақыт сапалы сипаттағы кейбір жалпы қасиеттерге немесе топологиялық қасиеттерге ие, мысалы, үздіксіздік, біртектілік, сондай-ақ кеңістік үшін изотропия және уақыт бойынша бір бағыттылық сияқты материяның өмір сүруінің әрбір формасы үшін ерекше. Кеңістік пен уақыттың да сандық, яғни денелер орналастырылған кездегі кеңістіктің көлемімен және оқиғалар орын алған уақыт ұзақтығымен байланысты метрикалық қасиеттері бар.

Заттың қозғалысы денелердің салыстырмалы орналасуы мен оқиғалар тізбегінің өзгеруінде. Мұндай өзгерістер көбінесе кеңістік пен уақыттың топологиялық сипаттамаларының кейбір өзгерістеріне байланысты емес (мысалы, бұл өзгерістердің белгісі өзгергенде). Денелер/оқиғалар континуумының бұл қасиеті деп аталады симметрия .

Нотер теоремасыфизикалық параметрге үздіксіз тәуелді түрлендіру, H = E∙t әрекетін (t уақыт бойынша Е жүйесінің энергиясының көбейтіндісі) өзгеріссіз қалдырып, белгілі бір сақталу заңына сәйкес келетінін айтып, симметрия мен сақталу заңдарын байланыстырады. Уақыт пен кеңістіктің ығысуы, үш өлшемді айналуы сияқты түрлендірулер Н әрекетін өзгертпейді, ал оның уақыт ығысуымен инварианттылығы (консистенциясы) энергияның сақталу заңымен беріледі; кеңістікте ығысу кезінде – импульстің сақталу заңы; үш өлшемді айналымда – бұрыштық импульстің сақталу заңы.

2 . Денелер мен оқиғалар әлемінде әлемнің ерекше, ерекше бөліктері болып табылатын адамдар да бар. Адамның басқа әлемге қатысты оқшаулануы оны жасайды пән . Ол феномен ретінде де белгілі адам факторы адамның әлеммен қарым-қатынасында. Қалғанының бәрі адамға сәйкес келеді - нысандар бейбітшілік. Адам құбылысын әлеммен қарым-қатынаста субъект ретінде талдау позицияларға негізделуі керек онтологиялар – объектілердің жалпы теориясы мен болмыстың принциптері– байланыс, қатынас және өзара тәуелділік сияқты алғашқы ұғымдар бойынша.

Байланыс дегенді білдіреді басқа бірдеңе болмаса, бір нәрсе бірдеңе немесе кейбір бола алмайды және бұл нәрсе бір нәрсеге айналады немесе айналады, ал кейбіреулер тек сол басқа нәрсенің қатысуымен ғана болады..

Қатынас – осы тараптарды қолжетімді қосылыммен байланыстырған кезде бір тараптың екіншісіне назар аударуы.

Өзара тәуелділік – тараптардың қарым-қатынасы бар байланыста тек бағытталып қана қоймайды, сонымен бірге әсер етедіБір-бірін .

Адам - ​​әлемнің белгілі бөлігіндегі дамуының өнімі жануарлар әлемі . Тірі заттар бар жүйке жүйесі Және жады ; бұл оларға икемділік береді реттеу өмір сүру жағдайларының өзгеруіне. Жоғары сатыдағы жануарлардың жүйке жүйесі дамыған және икемді. Ал адам хайуанаттар әлемінен шығып, оның қадір-қасиетін сақтай отырып, жаңалық тапты. Ал бұл жаңалық бейнелі және абстрактілі ойлау, тіл мен сөйлеуді меңгерудегі ерекше, ерекше қабілеттен тұрады. Бұл жаңа профессор Бодуэн де Куртене И.А. «Адамның жануарлардан айырмашылығы – теориялық ойлау қабілеті». Адамның бұл қасиеті арқылы жүзеге асады баяндамалар , тіл , ойлар Және жады ; Бұл адамды өз мәні бойынша қоршаған әлеммен қарым-қатынастан хабардар субъекті етеді.

3 . Адамның кеңістік пен уақытты біздің әлемнің өмір сүру формалары ретінде санасы адамның кеңістікті корреляцияда құрайтын денелермен әрекеттесуінің негізінде құрылады. Осындай кейде айқын әсерлесулердің негізінде адам бізден басқа денелердің бар екеніне де, осы денелермен байланысты реттелген оқиғаларға да көз жеткізеді.

Әлеуметтік болмыс ретіндегі адам мен оны қоршаған әлем арасындағы өзара әрекеттесулердің жиынтығы және өзара әрекеттесу нәтижелерітәжірибе – жеке адамның тәжірибесі де, жалпы адамзат тәжірибесі де. Оған сенсорлық-эмпирикалық күйлер де кіреді ( Сезіңіз , қабылдау , өкілдігі ) , және психо-психикалық күйлер ( ауызшамәлімдемелер , лингвистикалық дизайн,идеалды абстракциялар ), Және жады .

Сезім- адамның сезім мүшелеріне дүниенің сенсорлық әсерінің қарапайым нәтижесі. Қабылдау– сезім нәтижесіндегі заттың тұтас бейнесі. Өнімділік– объектінің адамның сезім мүшелеріне тікелей сенсорлық әсерінсіз жаңғыртылған шындық объектісінің сенсорлық-бейнелік бейнесі.

Жад– субъектінің оның әлеммен өзара әрекеттесуінің нәтижелерін сақтауы, бұл нәтижелерді адамның әлеммен кейінгі өзара әрекеттесуінде жаңғыртуға және пайдалануға мүмкіндік береді.

Белсенділік– әлеуметтік мәні бойынша ұйымдастырылған адамның сыртқы әлеммен өзара әрекеттесу тізбегі. Адамның әлеммен қарым-қатынасының деңгейі әр түрлі әрекет түрлерін, мысалы, танымдық-бағдарлық әрекетті ажыратуға мүмкіндік береді.

Адам дүниеге келген сәттен бастап өзі өмір сүретін әлемге қызығушылық танытады; біліп, түсіндіргісі келеді. Қызығушылық дүниені түсінуге генетикалық тән қажеттіліктен туындайды. Дүниені (табиғи және адам жасаған) түсінуге және түсіндіруге арналған бұл генетикалық шартталған және әлеуметтік талап етілетін қажеттілік адам өмірінің жаһандық мақсаты мен мағынасына қызмет етті, қызмет етеді және қызмет етеді: өмір сүріп, ұрпақтарына өмір сүруге мүмкіндік беру, өзін-өзі сақтау және физикалық және рухани, практикалық және шығармашылық жағынан дамыту. Адам өз қызметінде әрқашан принципті ұстанған үнемдеу : талап етілетін ең аз күшпен максимумға ие болыңыз.

ДӘРІС 2. ТАНУ ЖӘНЕ ДАМУЫНЫҢ НЕГІЗГІ ФОРМАЛАРЫ

ӘЛЕМ (ҚАЗІРГІ ӘЛЕМ СУРЕТІНІҢ ЭЛЕМЕНТТЕРІ)

4 . Таным, білім, әлеуметтік тәжірибе; дәстүрлер институты, жүзеге асыру нысандары мен негіздері.

5 . Ғылым мен технология; ұғымы, мазмұны және адам өміріндегі орны.

6 . Информатика және ақпарат; ұғымы мен адам өміріндегі орны.

7 . Әдістеме және оның ғылыми сипаты. Синергетика түсінігі және күрделі жүйелердің негізгі қасиеттері.

4 . Адамның дүниемен қарым-қатынасының негізін таным сияқты ұғымдар құрайды және білім, әлеуметтік тәжірибе және дәстүр.

Таным– өзінің жаһандық мақсатына жетудегі адам қызметінің ең кемелді саласы – қоғамның дамуымен шартталған және әлеуметтік тәжірибемен байланысты табиғатына барабар қарым-қатынастардың барлық алуан түрлілігімен адам санасындағы шындықты бейнелеу және жаңғырту процесі. .

Білім- дүниедегі объективті, тұрақты байланыстар мен қатынастарды және адамның әлеммен өзара әрекеттесу жүйесін тілдік формада (тілдік кодта) идеалды түрде жаңғырта отырып, адамның когнитивтік-бағдарлы әрекетінің өнімі.

критерийалған білімнің ақиқаты таныммен байланысты әлеуметтік тәжірибе. Философия категориясы ретінде ол міндетті түрде тарихи және әлеуметтік байланысқан адамдардың көптеген ұрпақтарының іс-әрекетіндегі тікелей және жанама себеп-салдарлық байланыстар мен қатынастардың бүкіл жиынтығын қамтиды.

Қоғамдық институт ұрпақтарды байланыстыратын маңызды құрал дәстүрлері, қазіргі және болашақ үшін әлеуметтік маңызы бар құндылықтардың белгілі бір ауқымы негізінде белгілі бір қоғаммен ерекшеленетін адамдар тәжірибесінің мәдени мазмұнын ұрпақтан ұрпаққа беру деп түсініледі. Адамдардың тәжірибесінің мәдени мазмұны, олардың өмірінің мұрасы, мысалы, әдет-ғұрыптар, әлемге және ондағы қатынастарға көзқарастар, сенімдер мен сенімдер, ойлау және мінез-құлық тәсілдері, мінез-құлық нормалары, этика және эстетика және т.б.

Дәстүрлер институты миы дамыған сайын адам тәжірибесін беруде тұқым қуалаушылық кедергісін еңсеру, ақпараттық жүйенің дамуына байланысты өз тәжірибесін басқаларға беру және басқалардың тәжірибесін өз тәжірибесінде пайдалану мүмкіндігінен туындады. ұғымдар мен абстрактілі ойлау. Дәстүр институтын жүзеге асырудың пәрменді негізі – адамдар ашқан және олар дамытқан ойлау-сөйлеу-тілдің әмбебап коды және жеке адамның, жалпы адамзаттың жады.

5. Егіншілік, мал шаруашылығы, қолөнер, сауда, мәдениет, білім, сайып келгенде, ғылым адамдар үшін құнды дәстүрге айналды.

ғылымадамзат өмірінің жаңа дәуіріндегі дәстүр институтындағы маңызды иеленулердің біріне айналды. Дәстүрдегі бұл бағыт фактілерді, идеяларды және тәжірибелерді жинақтау арқылы пайда болды, дамыды және дамып келеді. Ғылым өзінің қазіргі заманғы түрінде соңғы 450 жылда пайда болды, бұл кезде Қайта өрлеу дәуірінде табиғат әлемін тиімді тану үшін қажетті ең қолайлы әдістер, әдістер, құралдар мен идеялар ашылып, әлеуметтік тәжірибеде қабылданды.

ғылым – жүйелі ұйымдастырылған, генетикалық анықталған және әлеуметтік сұранысқа ие танымдық іс-әрекет, бақылаулар, фактілерді, идеялар мен идеяларды жинақтау, тәжірибе мен жинақталған тәжірибені түсіну фактілер, оқиғалар, құбылыстар арасындағы байланыстар мен қатынастарды орнату, олардағы көріністердің заңдылықтарын анықтау арқылы, дүние қозғалысындағы заңдылықтар мен жаңа құбылыстардың ашылуы.

Бірақ адамдар дүниені түсінуге де, білімді пайдалануға да шөлдейді анықталды (өзіне ашық және беріледі басқалар) түсіну дүние қозғалысының заңдылықтары мен заңдылықтары. Бір нәрсені адамдардың игілігіне пайдалану деп аталады прагматика .

Жаратылыстану ғылымдарының прагматикасы – техника, яғни оны жүзеге асыру үшін өндіріс саласында дамыған және дамып келе жатқан еңбек құралдары, сондай-ақ өндірісте пайда болатын дүниемен адамның қарым-қатынасы, еңбек құралдарының объектіге әсер етуінің шарттары мен процесінің өзі еңбек және қоршаған орта.

Табиғат туралы ғылым, оның табиғаттағы қатынастардың толық көлеміндегі білімі деп түсініледі жаратылыстану ; және оған табиғат туралы көптеген арнайы ғылымдар кіреді, соның ішінде олардың ішіндегі жетекшісі - физика .

6. Жаратылыстану адамның дүниені тану және дамыту процесінде оның нақты қарым-қатынасынан туындайтын үш компонентті қамтиды. Бұл ғылымҚалай дүниені білу, техникағылыми ретінде прагматикаЖәне Информатикаесте сақтау және білім алмасу сияқты.

Есептеу техникасы – пайда болу процестері туралы ғылым(жоғалуы), беру, қабылдау (қабылдау), ақпаратты сақтау және өңдеу. Есептеу техникасы – бұл және техникаақпаратты пайдаланудың құралдары мен әдістері. Есептеу техникасықолданбалы мағынада компьютерлердің дамуы мен қолданылуы бар.

Информатика жұмыс істейді ақпарат . Латын сөзі ақпарат- тио«экспозиция», «нақтылау», «ақпарат» деп аударылады. Мерзімі ақпарат жиі әртүрлі мағынада қолданылады: гуманистер «... туралы ақпарат», философтар – «рефлексия...», коммуникация жүйелерінде – «хабарлама» мағынасына ерекше мән береді; «ақпаратты тасымалдау».

Г.Кастлер бойынша ақпараттың неғұрлым жалпы анықтамасын алайық: ақпарат жаттандысы бар(есте қаларлық),жадқа енгізілген немесе енгізілген,бірнеше мүмкін және тең нұсқалардың біреуін таңдау.

Бірақ таңдау есте қалмауы мүмкін (бірден ұмытылады). Бұл таңдау деп аталады микроақпарат. Есте қалған таңдау есте қалмайтын таңдауға қарама-қарсы. макро ақпарат немесе ақпарат .

зат есім» таңдау» түсіну және қалай процесс, және қалай оның нәтиже. Біздің анықтамамызда ол процестің нәтижесі деп түсініледі. Бұл мағынада ол нақты мәселелерде қолданылғанда конструктивті болып табылады. Бірақ таңдау нәтижесіндегі ақпаратты іріктеу процесінсіз елестету мүмкін емес. Сондықтан іріктеу процесінің өзі ретінде бөлектеледі ақпараттық процесс .

7. Іс-әрекет барысында белгілі бір сұрақтар туындайды. Арнайы зерттеуді және шешуді қажет ететін мәселелер деп аталады проблемалар . Оларға сүйенген жағдайда ғана рұқсат етіледі ғылыми әдістеме .

Әдістеме (грекше «бір нәрсеге жол туралы сөз») прагматизм тұрғысынан - жүйесі әдістері ғылыми қызмет барысындағы білім, және де жиынтық оны тиімді жүзеге асырудың әрекеттері мен әдістері. Әдістеме дүниетаным тұрғысынан - материяны ғылыми танудың әдістері туралы ілім, және де туралы ғылыми ұғымдардың құрылымы мен жүйесі. Ғылыми әдістеме мәселенің мәні, оның шығу тегі мен даму механизмі туралы, оның ішінде оны шешу салдарын объективті талдау мен болжау туралы ғылыми таным тұрғысынан білім мәселесіне көзқарасты білдіреді.. Мұнда мәселеге байланысты құбылыстардың табиғаты туралы, онымен байланысты шындықтың барлық элементтері үшін кеңістік пен уақыттағы өзара байланыстар мен қатынастардың тұтастығы туралы терең білім қажет.

Біздің заманымызда ғылыми пән деп аталады синергетика. Терминді ХХ ғасырдың 70-жылдары неміс физигі Г.Хакен ойлап тапқан.

Синергетика –күрделі жүйелердің өздігінен ұйымдастырылуының жалпы заңдылықтарын зерттейтін интегралдық сипаттағы ғылыми бағыт.

Күрделі жүйе– қозғалыс жағдайлары өзгерген кезде мінез-құлықты өзгертуге қабілетті ашық мобильді макрожүйе.

Күрделілігіжүйелер – сыртқы әлеммен өзара әрекеттесуінің сыртқы жағдайлары өзгерген кезде мінез-құлықты қайта құру мүмкіндігі.

Күрделі жүйелер олардың қозғалысының барлық ерекше белгілерін ашатын іргелі қасиеттерге ие. Бұл:

1) ашықтық жүйелер (сыртқы әлеммен өзара әрекеттестіктің болуы);

2) кванттау табалдырық сыртқы әсерлерге жауап беру;

3) сызықтық емес (жауап пен әсер арасындағы сызықтық емес байланыс);

4)бүтіннің оның бөліктерінен олардың қосындысына дейін жинақталуының төмендетілмейтіндігі ;

5) динамикалық гетерогенділік жүйенің бөліктері (көрсетілетін мүлік әртүрлі жылдамдықтар жауапсыртқы әсерге);

6) үйлесімділік , өзіндік жүйелілік;

7) апат – жүйе күйінің спазмодикалық өзін-өзі реттеуі;

8) баламалық (апатты жеңудің әртүрлі жолдары);

9)эвристикалық (болжау мүмкін емес).

Синергетика деп аталатын менталитетке негізделген кванттық парадигма – идеялардың біртұтас жүйесі, оның негізі әлемнің кванттық ұйымы мен оның қозғалысының кванттық заңдарын түсіну және әлем туралы білім алу үшін кванттық әдістемені қолдану болып табылады. Әлемдегі қарым-қатынастардың кванттық сипатын білу ғана адамға құбылысты түсінуге мүмкіндік береді. тұрақтылықдүниеде, дүниенің заңдарын біліп, әрекет ет жағдайға сәйкес сіздің мақсаттарыңыз бен мүмкіндіктеріңізге сәйкес.

ДӘРІС 3. ӨЛШЕУ ӘРЕКЕТ РЕТІНДЕ

ӘЛЕМДІ БІЛІМ ЖӘНЕ ЗЕРТТЕУ САЛАСЫНДА

8. Бақылау және сипаттау дүниені тану және зерттеу саласындағы іс-әрекет ретінде.

9 . Өлшеу дүниені тану мен меңгеру саласындағы іргелі іс-әрекет ретінде. Анықтамасы, шығу және көріну тарихы, өлшемдердің негізгі түрлері (ғылыми өлшемдер немесе эксперимент, бақылау өлшеуі, бағалау).

10 . Физикалық шама өлшем объектісі ретінде. Өлшеу нәтижесі; оның көрінісі, өлшенетін физикалық шаманың реті және өлшемі.

11 . Өлшеу түрлері; жіктеу және ұсыну (тікелей, жанама өлшеу; статикалық, динамикалық, орнында өлшеу; бір және көп арналы, бір және көп параметрлі өлшеу; жинақталған, бірлескен; абсолютті, салыстырмалы өлшеу).

8. Тәжірибедүние туралы барлық біліміміздің бірден-бір көзі ретінде қызмет етеді. Адам дүниені тек тәжірибе арқылы ғана таниды, өзін қоршаған дүниемен қарым-қатынасы арқылы ғана таниды. Тәжірибе мәні бойынша, адамның әлеммен қарым-қатынасынан және туындайтын мәселелерді шешудегі әрекеттерінен туындайтын әрекеті. Оның ерекше көріністері болып табылады бақылау , сипаттамасы Және өлшеу .

Бақылау («Орыс тілінің түсіндірме сөздігі») – етістікке қимыл байқау , оның бірнеше түсіндірмесі бар: 1) көзіңізбен біреуді немесе бір нәрсені мұқият бақылаңыз; 2) біреуді (немесе бір нәрсені) мұқият бақылау, оқу, зерттеу; 3) қандай да бір құбылысқа тап болу, байқау, қабылдау; және де бұл мұндай әрекеттің нәтижесі, яғни мұқият зерттеу, бақылау, қабылдау нәтижесінде байқалған, алынған нәрсе.Ғылыми әдебиеттерде бақылау – тікелей көру аймағында орналасқан объектілер туралы ақпарат алу процесі (бақылау немесе көріну аймағы). Мысалы, радарлық бақылау («Электрондық технология энциклопедиясы») — радиолокациялық станцияның көріну диапазонында орналасқан объектілер туралы радиолокациялық ақпаратты алу процесі. ЖӘНЕ оптикалық бақылау Сонда бар субъектінің көріну аймағында орналасқан объектілер туралы ақпарат алу процесі(оптикалық аспаптар). Субъект үшін мұндай оптикалық құрылғы, әрине, оның көзі. Бақылау таным әрекетінің кез келген сатысында және кез келген деңгейінде міндетті түрде болады; оның негізгі белгісі - фактілердің, белгілер мен қасиеттердің, оқиғалар мен құбылыстардың жиынтығы, сондықтан оның қызмет нысаны ретіндегі сапалық сипаты айқын.

Сипаттама – таңбалаудан тұратын дүниені ғылыми-практикалық танудың сатысы(жазбалар)адам қызметінің тиісті саласында немесе белгілі бір субъектілер тобында қабылданған белгілі бір белгілеу жүйелерін пайдаланатын бақылау деректері.

9. Өлшеу - адамның дүниемен қарым-қатынасындағы танымдық және бағдарлау қызметінің негізгі түрі. Ол жаратушылардың күшімен табиғат туралы жетекші ғылым ретінде физиканың негізіне айналды. Сонымен, Г.Галилей шамамен 450 жыл бұрын Қайта өрлеу дәуірінде дүниені танудың физикалық әдісінің негізіне өлшеуді қойды. Физика тұрғысынан алғанда құбылысты зерттеу өлшеу, өлшем жасау дегенді білдіреді. Еуропадағы өнеркәсіптің дамуымен жігерленіп, химия мен физикада барынша толық ресімделетін өлшем ғылымда, техникада, өнеркәсіптік өндірісте және адамдардың экономикалық өмірінде уақыт өте маңызды және барған сайын өсіп келе жатқан мәнге ие болады.

Өлшеу, бақылау сияқты, адам әрекетінің бір түрі ретінде көрінді, әрине, Еуропадағы Қайта өрлеу дәуірінен әлдеқайда ертерек, тіпті ежелгі дәуірде, адамзаттың тарихи сәбилік дәуірінде. Адамның сыртқы әлеммен қарым-қатынасының нысандары ретінде бақылау мен өлшеудің басымдылығы онтогенез және бала дамуының суретімен дәлелденеді. Оның іс-әрекеттері бақылаулар мен өлшемдерден басқаша квалификациялауға болмайтын әрекеттерді анық көрсетеді. Бала жаялықта немесе бесікке бөленіп жатқанда анасының қимылын, дірілдеген ойыншықты көзімен мұқият қадағалап, анасының күлкісін байқай алады (тұжырымдама бойынша). бақылау). Ол сияқты жағдайларды жаза алады. алыс/жабық», « жоғары/төмен», « тыныш/қатты», « қараңғы/жарық», « дәмді/бұл дәмді емес« және т.б. Әрине, баланың мұндай әрекеттері шынын айтқанда сапалы, бірақ олар салыстыру мен салыстырудың толық тұрақты ережесіне (айтуға болады, алгоритм) сәйкес құрылады. Бұл генетикалық анықталған әрекеттер өлшеуді адамның ерекше, ерекше әрекеті ретінде көрсетеді. Ал адам дүниеде дәл дүниені өлшеу қабілетімен ерекшеленеді.

Сонымен, өлшеу – әзірше белгісіз нәрсені бұрыннан белгілі, табиғаты бойынша зерттелетін және эталон немесе салыстыру бірлігі ретінде қабылданған нәрсемен салыстырудан тұратын мақсатты іс-әрекет немесе салыстыру қатесі.

Өлшеу - білдіреді белгісіз нәрсені әлдеқашан белгілі бір мақсатпен және таңдалған критериймен салыстыру,бірдей сипаттағы және бірлік ретінде қабылданған(стандартты)салыстыру және сөзсіз кейбір қателіктермен.

Өлшеу әрекет ретінде үш негізгі түрмен ұсынылған: ғылыми өлшеу (эксперимент), бақылау өлшеу және бағалау.

Ғылыми өлшем (эксперимент) –дүниені тану, жаңа білім мен дүние дамуының заңдылықтарын табу мүддесінде жүзеге асырылатын өлшеуең аз мүмкін өлшеу қатесі.

Бақылау өлшеуі – пайдалану өнімдерінің қоғамдық өндірісіндегі өлшем. Бақылау өлшемдері – дәл өлшеулер туралы ғылым мен технология ретінде метрологияның саласы.

Баға – мүдделері үшін жүргізілген өлшеупрагматиктер , яғни жалпы адамның немесе адамдар тобының мүддесі мен игілігіне пайдалану,стандартты қателікпен , яғни салыстыру мақсатына жету үшін жеткілікті қатемен (және ең аз мүмкін емес, және мұндағы ең төменгі талап қажетсіз ғана емес, сонымен қатар жиі зиянды).

Бағалау – бұл бұрыннан бар тәжірибеге негізделген тәжірибеңізге бірдеңені енгізуді білдіреді. IN Күнделікті өмірБіз алдымызда тұрған жағдайға жиі баға береміз. Сонымен, мысалы, бір нәрсені атау дегеніміз - оны бағалау, өз тәжірибеңізге қосу.

Номинация, ат қою– және әдетте, сандық рефлексиясыз жүргізілетін бағалау бар. Онсыз бағалаулар– көмегімен өлшемдер стандартты қате , – біз тіпті қадам жасай алмаймыз.

Ал қазірдің өзінде қарапайым, бірақ жалпы іргелі факт өлшеу ұғымы адамның айналасындағы әлемдегі қарым-қатынастар туралы идеяларының бүкіл жүйесіндегі іргелі.

10. Физикалық шама кез келген өлшеу үшін қажет, Сонда бар физикалық объектінің көптеген ерекше қасиеттерінің бірі (физикалық жүйелер, процесс, құбылыстар немесе күй), ол көптеген физикалық объектілер үшін сапалық жағынан ортақ, бірақ әр жеке физикалық объект үшін сандық жағынан әр түрліЖәне сондықтан өлшенгенде біздікі сияқты әрекет ететін нәрсе.

Жаратылыстану ғылымында және, атап айтқанда, нақты физика-техникалық ғылымдар деп аталатын салаларда олар практикалық пайымдауларға байланысты неғұрлым тарылған өлшем анықтамасын пайдаланады, мәні бойынша физикалық шама ұғымына негізделген: 1) өлшеу – арнайы техникалық құралдардың көмегімен физикалық шаманың мәнін эксперименталды түрде анықтау процесі («Электрондық технология энциклопедиясы»); 2) өлшеу – бір (өлшенген) шаманың басқа біртекті шамаға (бірлік ретінде алынған) қатынасы анықталатын операция; мұндай қатынасты білдіретін сан өлшенетін шаманың сандық мәні деп аталады («Үлкен Кеңес энциклопедиясы«). «Өлшем дегеніміз не?» деген сұраққа. - жауап әдетте келесідей болады: «Физикалық шама үшін сан алу». Бұл дұрыс емес дегенді білдірмейді; ол өлшемнің тар түсінігіне сәйкес келеді. Бірақ бұл мәселенің соңғы нүктесі ғана. Іс жүзінде өлшеуге әрекеттің бірқатар бөліктері кіреді: 1) физикалық шаманы таңдау; 2) оның бірлігін таңдау, 3) салыстыру критерийін таңдау; 4) салыстырудың өзін жүзеге асыру; 5) салыстыру нәтижесі; 6) оны жазу (сақтау); 7) оның сенімділігінің шектерін бағалау.

Нәтиже өлшеудің мақсаты қандай? аталған нөмір және жай санның (аты жоқ) көбейтіндісі арқылы санға атау беретін өлшем бірлігімен өрнектеледі.

Х саны (аты жоқ) екі көбейткіштің көбейтіндісі ретінде ондық бөлшек түрінде көрсетіледі: біреуі пішіндегі маңызды бөлік ретінде ондық X 0 мәні бірден тоғызға дейін (1  X 0  9) немесе оннан біріне дейін (0,1  X 0  1), ал екіншісі шкала бөлігі ретінде белгілі бір қуат түріндегі «n» бүтін көрсеткіші бар 10 саны оң, теріс немесе нөл болуы мүмкін: X = X 0 10 n (3.1)

10 дәрежесінің «n» көрсеткіші деп аталады қалпында физикалық шама. Атап айтқанда, n = 0 болғанда, өлшенетін физикалық шаманың мәндері өлшем бірлігімен бір шкала ішінде болған кезде нөлдік ретті айтамыз (1  X 0  9); n = 1 болғанда олар бірінші ретті айтады, физикалық шама өлшем бірлігінен шамамен 10 есе үлкен болғанда; және n = – 1 болғанда, олар өлшенетін физикалық шама өлшем бірлігінен шамамен 10 есе аз болғанда, минус бірінші ретті туралы айтады. Өлшеу нәтижесінің сапасы (сапалық деңгейі) қолданылған өлшем бірлігімен анықталады; деп аталатынды анықтайды өлшем физикалық шама. Мысалы, бұл штанганың ұзындығы, ауданның ауданы, дененің көлемі, дененің жылдамдығы, газ қысымы, электр тогының күші, магнит өрісінің индукциясы, энергия ағынының тығыздығы, бұрыштық импульс немесе элементар бөлшектің спині және т.б.

11. Классификация Біз қазір өлшеудің ең дамыған түрі – ғылыми өлшемді қолданатын өлшемдерді қарастырамыз.

Ғылыми өлшемнің ең қарапайым және тарихи түпнұсқа түрі болып табылады тікелей өлшеу нәтижесі физикалық шаманы өлшем бірлігімен тікелей салыстыру арқылы алынған кездегі өлшеу. Бұл дене ұзындығының өлшемдері, жер учаскесінің өлшемі, дене салмағы және т.б.

Тікелей өлшеу мүмкін болмаса, пайдаланыңыз жанама физикалық шаманың сандық мәні бастапқы шаманың параметрлерімен функционалдық байланысқан басқа физикалық шамаларды тікелей өлшеу негізінде есептеу арқылы табылған өлшемдер. Осылайша, жұлдыздардың жылдамдығы осы жұлдыздар шығаратын жарық жиіліктерінің көк немесе қызыл деп аталатын жылжуымен өлшенеді.

Бір-бірімен функционалдық байланысқан кез келген екі физикалық шаманы тура өлшеулер деп аталады бір факторлынемесе бір параметрлі. Қазіргі уақытта екіден көп физикалық шамаларды бір уақытта өлшеуге көшу жиі кездеседі; Мұндай көп қырлы өлшеу әрекеттері деп аталады көп параметрлінемесе көпфакторлыөлшемдер.

Зерттелетін объектінің қасиеттеріне байланысты өзгермейтін (тұрақты) әрекеттің бүкіл ұзақтығына байланысты қабылданған физикалық шаманы өлшеу деп аталады. статикалық өлшеу . Зерттелетін объектінің қасиеттеріне байланысты ағымдағы тәжірибе кезінде өзгеретін физикалық шаманы өлшеу деп аталады динамикалық өлшеу . Тәжірибе кезінде қазіргі заманғы жоғары жылдамдықты компьютерлерді пайдалану өлшеулерді жүргізуге мүмкіндік береді В деп аталатын режимі жылы situ – зерттелетін процесс үшін нақты уақыт режимінде. Ақырында, қазір математикалық, есептеу, машиналық және модельдік эксперименттер ажыратылады.

Сондай-ақ ерекшеленді жинақтаушы Және буын , абсолютті Және туыс өлшемдер. Кумулятивтік өлшемдер - мәндері осы физикалық шамалардың әртүрлі комбинацияларын тікелей өлшеу нәтижесінде алынған теңдеулер жүйесін шешу негізінде табылған бір аттас бірнеше физикалық шамалардың өлшемдері. Бірлескен өлшемдер – олардың арасындағы функционалдық байланысты анықтау мақсатында екі немесе бірнеше әртүрлі физикалық шамаларды бір уақытта жүргізетін өлшемдер. Абсолютті өлшемдер – өлшенетін физикалық шаманы көрсетуге болатын негізгі физикалық тұрақтыларды пайдаланатын жанама өлшемдер. Туыстық өлшемдер - бұл ерікті өлшем бірлігі рөлін атқаратын шаманың аттас шамаға қатынасының өлшемдері немесе бастапқы ретінде қабылданған шаманың басқа шамаға қатысты өлшемдері.

ДӘРІС 4. ӨЛШЕУ ҚАТЕЛІКТЕРІ;

ОЛАРДЫҢ ЖІКТЕЛУІ ЖӘНЕ БАҒАЛАУ ӘДІСТЕРІ

12 . Өлшеу қателігі туралы түсінік (қателік, белгісіздік). Өлшенетін физикалық шаманың шын мәні туралы түсінік. Өлшеу қателерінің түрлері (абсолютті, салыстырмалы; дөрекі, кездейсоқ, жүйелі, жалпы).

13 . Өлшеу қателерін (қателерді, белгісіздіктерді) бағалау (табу) және қателерді көрсету әдістері (ауытқудың орташа модулі, орташа квадрат немесе стандарт); өлшем дисперсиясы, үлгі стандартты ауытқу.

14 . Жанама өлшеу қателіктерін қосудың Гаусс заңы.

12 . Өлшеу процесі міндетті түрде өлшеу нәтижесінің сенімділік шегін талдауды қамтиды. Өлшеу тәжірибесі көрсеткендей, бір тәжірибені қайталағанда әрқашан әртүрлі сандық мәндер алынады. Бұл өлшеу операцияларының әрбір нақты қайталануында бәрі бірдей орындалатын болса да болады. Демек, мәселе зерттелетін физикалық шаманың шын (нақты) мәні туралы ғана емес, сонымен бірге оның сенімділік дәрежесі (шегі) туралы да сөзсіз және табиғи түрде туындайды.

Өлшеу нәтижесінің сенімділік сапасы мен деңгейі (шегі) немесе белгісіздік деңгейі деп аталатындармен сипатталады. қате өлшемдер(немесе қате өлшемдер).

Қате өлшемдер(қате өлшемдер) – өлшеу нәтижесінің өлшенетін шаманың шын мәнінен ауытқуы. Қатаң айтқанда, өлшеу арқылы белгіленген өлшемі бар өлшенетін шама физикалық шама .

Өлшеудегі сөзсіз қателіктерге байланысты физикалық шаманың (X) шын мәні Х мәнін білу мүмкін емес. Салыстыру нәтижелерінде сенімділікті орнату үшін біз X-тің шынайы мәнін орташа арифметикалық X орташа мәні ретінде түсінуге келістік.<Х>) физикалық шаманы (X) өлшеудің бірнеше рет қайталануының X k нәтижелерінің барлық дискретті жиынтығы үшін, ал қайталаулар әдетте бір жерде орындалатын белгілі бір n (n ≥ 1) санды тәжірибелер қатары болып табылады. және шамамен бірдей уақытта: X ≡ X av =<Х>= [(X 1 + X 2 + X 3 + … + X n)/n] (4.1)

Ал әрбір жеке тәжірибеде ішінара өлшеу қателігі ∆X k деп түсініледі ауытқу ∆X к өлшеу нәтижесіX к X арифметикалық ортасынан Сәр өлшеу нәтижелерінің сериясы үшінX к , өлшенетін физикалық шаманың шын мәні ретінде қабылданады{X} , және мына түрдегі қатынаспен анықталады: X k = X k – X орт (4.2)

Өлшеу қателері әдетте қателер деп аталатын үш топқа бөлінеді жүйелі ,кездейсоқ Және дөрекі (немесе өсу ).

Өрескел қателер немесе шығарындылар өлшемдер өлшенетін физикалық шаманың шын мәні айналасында өлшеу нәтижелерінің жалпы жүйелі таралуынан шығады және олар өлшенетін шаманың мәндер жиынынан жай ғана алынып тасталады.

Жүйелі қателер көптеген себептер бар және олар әдетте қайталанатын тәжірибелер сериясында іс жүзінде ашылмайды, өйткені олар, әдетте, мұндай эксперименттерде өзінің шамасын сақтайды. Осыған байланысты жүйелі қателер (қателер ) Және эксперименттердің бір қатарын бірнеше рет қайталау кезінде маңыздылығын сақтайтын қателер ретінде анықталады. Жүйелі қатені анықтау және есепке алу әдетте оңай емес. Ал бұл жерде өлшеу операцияларын қайталаудың қолданылған процедурасын пайдалана отырып, оларды анықтаудың бірде-бір рецептін (техникасын) ұсыну мүмкін емес. Әрине, оларды жүргізу шарттарын өзгертуге, эксперименттер жүргізу жағдайында белгілі қателіктердің барлық түрлерін сұрыптауға болады. Бірақ бұл әдетте соңында. жүйелі қатені бағалау мәселесін шешпейді. Олар не олардың өлшеу деректерін басқа зерттеушілердің деректерімен салыстыру арқылы, не өлшеу процедурасының өзін өзгерту арқылы анықталады.

Кездейсоқ қателер өлшеулердің де көптеген себептері бар. Олар тәжірибелерді жағдайдан жағдайға қайталаудың бірегейлігімен сипатталады. Осыған байланысты кездейсоқ қателер – тәжірибелерді қайталау кезінде олардың қайталанбауымен сипатталатын қателер.Ал бір өлшем үшін кездейсоқ өлшеу қателігінің шамасын көрсету принципті түрде мүмкін емес. Сондықтан зерттелетін физикалық шаманы өлшеу кезінде тәжірибелер белгілі бір ақылға қонымды шекке дейін қайталанады. Шындығында, бұл қайталаулар шаманы өлшеудегі кездейсоқ қатені дәл анықтауға бағытталған, өйткені тәжірибелердің мұндай қайталану қатарында жүйелі қате, негізінен, анықталмайды.

Кездейсоқ және жүйелі қателердің біріккен көрінісі (шектен тыс көрсеткіштерді қоспағанда) деп аталады. толық қате өлшемдер.

Физикалық шаманың (X) өлшем бірлігіне [X] Х өлшемнің жалпы қателік мәнінің көбейтіндісі деп түсініледі. абсолютті қате Физикалық шаманың (X қабат) өлшеуінің (атаулы қатесі): (Х қабат) = Х қабат [X] (4.3)

Негізгі өлшеу нәтижесі – бұл (1) физикалық шаманың X мәнінің (X), (2) оның сенімділігінің ауданы (шекарасы), яғни физикалық шаманың өлшеу қателігі X қабаты және (3) көрсеткіші. [X] өлшем бірлігімен көрсетілген оның сапалық деңгейі:

(X) = (X орташа  X қабат)[X] (4.4)

Физикалық шаманы өлшеу нәтижесін (4.4) түріндегі сандық өрнекте бейнелеудің бұл түрі де аталады. өлшеу теңдеуі . Осылайша, шыбықтың L ұзындығын өлшеудің нәтижесі келесі түрде берілген: (L) = (L орт  L еден) [м] – бұл өзек ұзындығын өлшеуге арналған теңдеу.

Физикалық шаманы өлшеудің нақты сапасы (Х) арқылы сипатталады салыстырмалы қате , өлшеудің абсолютті қателігінің X физикалық шаманың өзінің X орташа мәніне қатынасымен анықталады:  = (X/X av) (4.5)

Салыстырмалы қате  – өлшемсіз шама, белгілі сан; сондықтан оның практикадағы мәні жиі пайызбен (%) көрсетіледі. Оның кем дегенде 0,1% деңгейіндегі шағын мәндері орындалған өлшеудің жоғары сапасын бағалау сипаттамасы ретінде қызмет етеді. Керісінше, сапасыз өлшем  салыстырмалы қателігінің шамамен 10% деңгейінде салыстырмалы үлкен мәндерімен сипатталады; Кейде өлшеу жағдайлары салыстырмалы қателік  бірліктен де үлкен (>1) болып шыққанда орын алады.

13 . қарастырайық бірге бағалау әдістері (табу) қателіктері (қателіктер, белгісіздіктер) өлшеулер және қате көрсетілімі .

Ішінара қате ∆X k оң сан (∆X k > 0), теріс сан (∆X k) болуы мүмкін.< 0) или нулём (∆X k = 0), а средне-арифметическая погрешность ∆X ср (<Х>) нөлге тең (∆X av =<Х = 0). В самом деле, воспользуемся определением среднеарифметического для дискретного набора результатов измерений X k , в виде соотноше-ния: ∆X ср = {[ ∆X 1 + ∆X 2 + ∆X 3 + … + ∆X n -1 + ∆X n ]/n} (4.6)

Осы қатынасқа (4.6) оның әрбір мүшесін ∆X k, (4.2) қатынасқа сәйкес k = 1, 2,..., n санымен ерекшеленетін ауыстырып, қажеттіні аламыз: ∆X av = ([(X 1) –X ав) + (X 2 –Х орта) +… + (X n –Х орта)])/n =

([(X 1 + X 2 +X 3 +… + X n) – nХ орташа ])/n = /n = 0 (4,7)

Сонымен, орташа арифметикалық ∆X орташа ∆X k ауытқуы үшін ішінара өлшеу нәтижелерінің X k шын мәнінен X k өлшенетін шаманың X орташа мәні физикалық шаманы (X) өлшеу нәтижесінің сенімділік шегінің өлшемі бола алмайды. эксперименттер сериясы берілген.

Сондықтан мұндай ауытқу өлшемін анықтау үшін зерттелетін шамаға тәжірибелер қатарын қолданғанда бір өлшеу амалынан екіншісіне ауысқанда таңбасын өзгертпейтін шамаларды қолдануға келістік. Тұрақты белгінің ең қарапайым осындай шамалары абсолютті шама (немесе модуль) және сәйкесінше нақты өлшеу қателігінің квадраты болып табылады, атап айтқанда: |∆X k | ≥ 0 және (∆X k) 2 ≥ 0 (4,8)

Өлшеу нәтижесінің сенімділік шегі бағаланады қателікпен модуль ауытқулар жиынына сәйкес ∆X k өлшеу нәтижелерінің X k шынайы мәнінен өлшенетін шаманың орташа арифметикалық мәні ретіндегі X ортасы ∆X орташа ∆X ауытқу модулі үшін ∆X k :

∆X av = [(∆X 1 +∆X 2 +∆X 3 +…+∆X n )/n] (4,9)

Өлшеу нәтижесінің сенімділігін бағалаудың тағы бір өлшемі орташа квадраттық қате (қате ) ∆X кВ, грек әрпімен де белгіленеді . Атап айтқанда, оның квадраты  2 деп аталатынын ескеріңіз дисперсия өлшенген физикалық шама. Орташа квадратты өлшеу қателігі  немесе ∆X кВ деп те аталады стандартты өлшеу қатесі , математикалық статистика әдістерінің және тәжірибелерді бірнеше рет қайталау нәтижесінде алынған квадраттық ішінара өлшеу қателерінің (∆X k) 2 жиынтығы негізінде құрастырылады:

  ∆X кв = ([Σ k n (X k – X орт.) 2 ]/) ½ (4.10)

Өлшеу нәтижесінің сенімділік шегі бағаланады және селективті дисперсия , яғни физикалық шаманың өзінің орташа арифметикалық мәніне ұқсас квадраттық ауытқулар үшін s n 2 орташа мәні (∆X k) 2: s n 2 = ([Σ k n (X k – X avg) 2 ]/( n –1)) (4.11)

Сонымен қатар, мұнда (4.11) n бөлгішінің орнына физикалық шаманың нақты арифметикалық орташа мәні (4.1) үшін болатындай, бөлгіш (n – 1) пайдаланылады, өйткені ауытқуларды есептеу үшін ∆X k = X k –X орт. сізде кемінде екі сан болуы керек.

Таңдамалы дисперсияның s n квадрат түбірі s n 2 деп те аталады үлгілік стандартты ауытқу s n, орташа арифметикалық мәннен жеке өлшеу нәтижелерінің таралуын сипаттайтын. (4.10) және (4.11) формулаларын салыстыру және оның  стандартты ауытқуымен байланысын мына түрде табу оңай:  = s n /√n (4.12)

14. Гаусс қателік қосу заңы жанама өлшеу жағдайында, Х физикалық шамасының сандық мәні кейбір басқа физикалық шамалардың, мысалы, P және Q тікелей өлшеулер негізінде анықталғанда, бірінші X шамасына қандай да бір функционалдық тәуелділікпен байланысты f(P,Q) екі аргументтің функциясы : X = f(P,Q) (4.13)

P және Q шамалары сәйкесінше p және q рет өлшенеді; сонымен бірге P avg және Q avg мәндерінің мәндері және олардың стандартты қателері  P және  Q алынған өлшемдер негізінде белгілі. p i және q j ішінара мәндерінің әрбір жұбы үшін жанама ішінара мәннің x ij мәні және оның қол жетімді әртүрлі көрсеткіштердің толық жиынтығымен орташа арифметикалық X орташа мәні бар (немесе олар айтқандай, іріктеу қуаты) pq пішіннің қатынасына сәйкес берілген іріктеу қуаты бойынша алынған мәндер банкі үшін x ij барлық мәндерін қосу ережесімен анықталады: X av = (Σ i p Σ j q x ij)/( pq) (4,14)

x ij ішінара мәні өлшенетін p i және q j параметрлерінің мәндерінің функциясы болып табылады: x ij = f(p i ,q j) (4.15)

Сонымен қатар, бұл функция X мәні үшін f(P,Q) функциясын қолдану арқылы P және Q мәндерін сәйкесінше pi және q j ішінара мәндеріне ауыстыру арқылы алынады.

x ij мәнін біздің f(p i ,q j) функциясының ағымдағы аргументтерінің рөлін атқаратын pi және q j ішінара мәндерінің маңайындағы Тейлор қатарына кеңейтейік: x ij = f(P avg,Q) орташа) + (∂f/∂P) (p i –P орташа) + (∂f/∂Q)(q i –Q орташа) (4,16)

Х шамасының жанама өлшеу нәтижесінің дисперсиясы σ Х 2 оның анықтамасы арқылы, Тейлор қатарындағы x ij (4.16) кеңеюін пайдаланып: σ Х 2 = ([Σ i p Σ j q (x ij) түрінде алынады. –Х орташа) 2 ]/[(p q)(pq–1)]) 

 ([Σ i p Σ j q (x ij –Х орт.) 2 ]/(pq) 2) =

= [(Σ i p Σ j q 2 )/(pq) 2 ]

= [(Σ i p 2 )/(pq) 2 ] +[(Σ j q 2 )/(pq) 2 ] +

2[(Σ i p )(Σ j q 2 )/(pq) 2 ] (4.17)

Мұндағы алғашқы екі мүше өлшенетін P және Q шамаларының  P 2 және  Q 2 дисперсиялары арқылы анықталады, ал соңғы мүшесі нөлге тең. Сонда біз жалпы қатынасқа келеміз:

σ X 2 = (∂f/∂P) 2  P 2 + (∂f/∂Q) 2  Q 2 (4.18)

қателерді қосудың Гаусс заңы ретінде белгілі.

Қателерді қосудың Гаусс заңы метрология тәжірибесінде жанама өлшемдердің сенімділік шегін бағалау кезінде де, кез келген өлшемнің жалпы қателігін σ X жалпы бағалау кезінде де қолданылады:

σ Xtotal 2 =  Xcase 2 +  Xsist 2 (4.19) белгілі болғандай, кездейсоқ  Xcase және сәйкесінше жүйелі  Xsist қателерінің болуымен анықталады.

ДӘРІС 5. ӨЛШЕУ ПРИНЦИПІ, ӘДІСІ ЖӘНЕ НЫСАНЫ.

Классикалық өлшеу схемасы;

ОЛАРДЫҢ ЭЛЕМЕНТТЕРІ ЖӘНЕ Жіктелуі.

15 . Өлшеу принципі, әдісі, объектісі. Классикалық функционалдық және құрылымдық өлшеу схемалары, олардың мысалдары.

16. Өлшеу әдістерін деңгейлері мен ішкі деңгейлері бойынша жіктеудегі иерархия түсінігі. Физикалық шамаларды өлшеу әдістерінің негізгі түрлері туралы түсінік.

15. Өлшеу – мақсатты әрекет, сондықтан іске асыру жоспары бар. «Жұмыс жоспары жоқ тәжірибеші, дауыл кезінде рульсіз кемемен тең» дейді даналар. Өлшеуді (эксперимент) жоспарлаудың, ұйымдастырудың және өткізудің негізгі аспектісі болып табылады принципі , әдіс Және өлшеу объектісі .

Өлшеу принципі – өлшеу негізінде жатқан физикалық құбылыс.

Өлшеу әдісі – өлшем принципін жүзеге асыру кезінде салыстыру критерийі мен құралдарына сәйкес физикалық шаманы өлшем бірлігімен салыстыру әдістемесі (әдістер жиынтығы).

Өлшеу объектісі – бұл бір немесе бірнеше өлшенетін физикалық шамалармен сипатталатын дене, немесе физикалық жүйе, немесе физикалық процесс, немесе физикалық құбылыс, т.б.

Өлшеу дегеніміз - бір бөлігі нақты объектілерден (объектілер мен өлшеу құралдары), ал екінші бөлігі ұғымдардан, анықтамалардан, көрсетілген операциялар мен процедуралардан, шарттардан тұратын әртүрлі функционалды элементтердің белгілі бір жиынтығы қатысатын процесс немесе жүзеге асырылатын әрекет. және т.б.

Бұл өлшеуді қамтамасыз ететін элементтер жиынтығы деп аталады функционалдық өлшем диаграммасы немесе жай өлшеу тізбегі . Өлшеу тізбегінің әртүрлі функционалдық элементтері арасындағы графикалық түрде берілген өзара байланыстар мен байланыстар деп аталады. блок-схема өлшемдер; мұның типтік мысалы 5-1-суретте көрсетілген.

Оның элементтеріне түсініктеме берейік. Өлшем бірлігі – біреуге (1) тең сандық мән берілген физикалық шама.

Өлшеу құралы – өлшеуге арналған техникалық құрылғы; ол белгілі уақыт аралығы үшін өлшем бірлігін (белгіленген қателік шегінде) қайта шығаратын және (немесе) сақтайтын стандартталған метрологиялық сипаттамалары бар. Ол өлшенетін шаманың белгілі бір өзгерістер диапазонында қолданылады ( диапазон өлшемдер ) және масштабы бар, оның түрі өнімнің техникалық дизайнына байланысты.

Өлшеу блок-схемасындағы келесі блокты алады өлшеу әдісі , ол әрбір жағдайда нақты және орталық болып табылады.

Өлшеу блок диаграммасында шаршы бөлектелген әдістер өлшеулер жүргізу. Ғылыми-техникалық әдебиеттерде өлшеу әдістері мен өлшеу әдістері жиі анықталады және шатастырылады.

Өлшеу техникасы (Жай өлшеу техникасы ) өлшеу кезіндегі операциялар мен ережелердің белгіленген жиынтығы, олардың орындалуы өлшеу әдісіне сәйкес өлшеудің кепілдендірілген қателігімен өлшеу нәтижелерін алуды қамтамасыз етеді. Өлшеу әдістемесі мына сөздерде толық көрсетілген: біз жасағандай жасаңыз !

Өлшемдер туралы айтқанда, өлшеулерді жүргізу шарттарын естен шығармау керек. Олар болуы мүмкін қалыпты , жұмысшылар Және төтенше .

Қалыпты жағдайлар – әсер етуші шамалардың болуын елемеуге болатын жағдайлар. Жұмыс жағдайы – әсер етуші шамалардың мәндері өлшеу құралының жұмыс аймағында болатын өлшеу шарттары. Шектеу шарттары Өлшеу құралы әлі де өнімділігін нашарлатпай төтеп бере алатын өлшенетін және әсер ететін шамалардың экстремалды мәндеріне сәйкес келеді.

16. Өлшеу әдістерінің классификациясы , ғылым мен техника біздің заманымызға дейін игерген, қандай да бір жалпы принцип бойынша жүзеге асырылуы керек; ол ғылыми білімнің бүкіл жүйесін – ғылымды және білім нәтижесін меңгеру жүйесін – технологияны иерархиялық ұйымдастыру принципі түрінде көрінеді.

Өлшеу әдістерінің иерархиясы оның ғылыми пәндері бойынша физика ғылымын ұйымдастырудағы иерархияға сәйкес құрылады: механика, жылу физикасы, электрофизика, магнетизм, оптика, атомдық физика, кванттық физика, ядролық физика, плазма физикасы, космофизика, астрофизика, биофизика, геофизика, атмосфера және теңіз физикасы. Соған сәйкес механикалық, термофизикалық, электрлік, магниттік, оптикалық, атомдық физикалық, кванттық физикалық, ядролық физикалық, плазмалық физикалық, космофизикалық, астрофизикалық, биофизикалық және геофизикалық өлшеу әдістері ажыратылады.

Өлшеу әдістерінің иерархиясындағы осы деңгейлердің әрқайсысы осы ішкі деңгейдің көріну аймағындағы өлшемдердің ерекшеліктерімен немесе сипатты белгілерімен байланысты иерархиялық ішкі деңгейлерге бөлінеді. Мысалы, механикалық өлшемдер деңгейі үшін кинематикалық, статикалық, динамикалық, гидродинамикалық, энергетикалық, эластофизикалық, микромеханикалық өлшеу әдістері. (Атап айтқанда, микрон өлшемді жүйелердің басқарылатын қозғалысының механикасы - микромеханика - микрондар тәртібі бойынша тікұшақтар, планеталық роверлер, су асты кемелері және т.б. болуы мүмкін тән сызықтық өлшемдері бар микророботтармен айналысады. Мұндағы маңызды міндеттердің бірі роботтар мен басқарылатын ұшақтардың қозғалысын басқару үшін сызықтық жеделдету сенсорларын әзірлеу және жасау). Термофизикалық өлшеу әдістеріне температура, калориметриялық, күш, ағындық метрикалық және кинетикалық жатады өлшеу әдістері.

Енді өлшеу әдістерінің әртүрлі иерархиялық деңгейлеріне жиі ортақ болып шығатын өлшеу әдістерінің түрлерін қарастырайық. Мұнда тікелей, жанама, абсолютті, салыстырмалы, статикалық, динамикалық (in situ режимінде), көп арналы (көпфакторлы), нөлдік, өлшеммен алмастырумен, дифференциалды (айырмалық), байланыссыз өлшеу әдістері.

Тікелей өлшеу әдісі – өлшенетін шаманы оның өлшем бірлігімен кез келген өлшем түріне қажетті шарттармен және талаптармен тікелей салыстыруға негізделген әдіс; – бұл да өлшеу құралын калибрлеу (тексеру) әдісі, егер сыналатын құрылғыны белгілі бір өлшем шегінде дәлірек құрылғымен салыстыру мүмкін болса.

Жанама өлшеу әдісі – жанама өлшемдерді жүзеге асыру негізінде өлшенетін шаманы өлшем бірлігімен жанама салыстыруға негізделген әдіс; – бұл сондай-ақ өлшенетін физикалық шаманың нақты мәнін тікелей өлшеулермен анықтау мүмкін болмаған кезде немесе жанама өлшемдер тікелей өлшеулерге қарағанда дәлірек болып шыққан кезде өлшеу құралын калибрлеу әдісі. Жанама өлшеу әдісі әдетте автоматтандырылған өлшеу қондырғыларында қолданылады.

Абсолютті әдіс (туыс )өлшемдер – жүзеге асыруға негізделген әдіс абсолютті (туыс ) орындаудың барлық сипаттамалық және нақты аспектілерімен өлшемдер.

Динамикалық әдіс (статикалық )өлшемдер – өлшеу уақытында өлшеу принципі мен өлшеу тапсырмасына сәйкес өзгеретін (өзгермейтін) физикалық шаманы өлшеу әдісі.

ХХ ғасырдың екінші жартысында күйді сипаттайтын бірқатар физикалық шамалардың мәндерін бір уақытта өлшеудің шұғыл қажеттілігі туындады. физикалық жүйекеңістіктегі бір немесе бірнеше нүктелерде. Бұл өнімділігі жоғары ақпараттық жүйелермен және ақпараттық жадының үлкен көлемімен органикалық үйлесімде орындалатын көп нүктелі (көп арналы) өлшеу әдісінің дамуына себеп болды. Мұндағы негізгі ақпаратты қажет ететіндер бір уақытта пайда болатын және жүзеге асырылып жатқандар. өлшемдер , диагностика Және бақылау жылы situ , үлгіні тану . Бұл процестердің барлығы зерттелетін құбылысты немесе объектіні нормаланған аналогпен салыстыруды пайдалану қажеттілігімен біріктіреді, яғни, сайып келгенде, көптеген өлшемдердің жиынтығын көрсететін «бейне өлшемі» деп аталатын салыстыру. бақыланатын объектінің қасиеттері және олардың өзара байланыстары мен қатынастары. Бұл функционалды түрде бір параметрге тәуелді бір өлшемді шама емес, бірақ физикалық өріс , оның параметрлері уақыт бойынша өзгеріп, кеңістікте таралады. Бұл кеңістік-уақыт өзгерістерінде физикалық өрістің ретсіз өзгеретін параметрлері шудың пайда болуы маңызды.

Өлшеу кезінде шаманың мәні өлшеу құралының көрсеткіштеріне негізделген тікелей анықталған кезде әдіс жиі қолданылады және ол деп аталады. тікелей бағалау әдісі . Әдістің жылдамдығы тартымды, бірақ оның дәлдігі шектеулі.

Өлшенетін шаманы қайталанатын шамамен салыстыратын әдіс өлшеу , деп аталады өлшеммен салыстыру әдісі .

Өлшенетін шама мен өлшемнің салыстыру құрылғысына әсері салыстыру нәтижесін нөлге келтіретін бұл әдіс деп аталады. нөлдік өлшеу әдісі . Бұл Уитстон көпірінің, екі сәулелі интерферометрдің, нөлдік эллипсометрдің және т.б.

Айырмашылық (дифференциал )Өлшеу әдісі – өлшенетін шаманы өлшенетін шаманың мәнінен шамалы айырмашылығы бар белгілі мәні бар біртекті шамамен салыстыратын және осы екі шама арасындағы айырмашылық өлшенетін әдіс. Әдіс салыстырылған мәндер арасындағы айырмашылықты өлшеу үшін біршама өрескел метрлерді пайдаланған кезде де жоғары дәлдікті қамтамасыз етеді, бірақ қажетті дәлдік өлшемі болған жағдайда ғана.

Өлшенетін шама шаманың белгілі мәні бар өлшеммен ауыстырылатын өлшеммен салыстырудан тұратын өлшеу әдісі деп аталады. ауыстыруды өлшеу әдісі . (Бұл, мысалы, денелерді өлшеу кезінде кеңінен қолданылады).

Байланыссыз өлшеу әдісі – өлшеу құралының сезімтал элементі өлшеу объектісімен тікелей байланыста болмаған кездегі өлшеу әдісі (мысалы, телеметрияда).

ДӘРІС 6. ӨЛШЕУ ТАРАЗЫ, ФИЗИКАЛЫҚ ТАРАЗЫ.

ӘЛЕМ БЕЙНЕЛЕРІНІҢ КӨМІРДІГІ

17 . Өлшеу аспаптарының шкаласы; анықтамасы мен конструкциясы, параметрлері. Өлшеу құралдарының шкаласын калибрлеу, оны тексеру және жүйелі қателік; өлшеу дәлдігі класы туралы түсінік.

18 . Физикалық шама шкаласы; анықтау және жүзеге асыру, көрсету әдістері; әлем бейнелерінің екіұштылығы. Температуралық шкала және физикалық шаманың үлгілік шкаласы ретінде оны құру әдістері; бір анықтамалық термодинамикалық температура шкаласы.

«Өлшем шкаласы» ұғымы өлшемдер тәжірибесі мен теориясында өлшем ұғымынан кейінгі екінші негізгі ұғым ретінде берілген. Және осыған байланысты, әдістемелік тұрғыдан қажет және ажырата білу маңызды, біріншіден, өлшеу құралының шкаласы және екіншіден, физикалық шама шкаласы .

17. Метр шкаласы - Бұл құрылғының оқу құрылғысының бөлігі, ол белгілер жиынтығы орналасқанбелгілі бір жағдайда тізбектер Және белгіленген осы белгілердің кейбіріндесандар кері санақ (немесе кейіпкерлер), өлшенетін физикалық шаманың бірқатар дәйекті мәндеріне сәйкес келеді.

Өлшеу құрылғысының шкаласының параметрлері - шектер, бөлу бағасы (яғни, екі іргелес белгілерге сәйкес келетін құн мәндерінің айырмашылығы) - анықталады. өлшеу шектері құрылғы, оның сезімталдық Және қате оқуларды санау.

Құрылғының өлшеу құрылғысының конструкциясына байланысты белгілер әртүрлі тәсілдермен орналасуы мүмкін: түзу сызықта, доғада немесе шеңберде және олардың орналасуы біркелкі немесе біркелкі болуы мүмкін. Өлшеу құралының шкаласының бұл сапасы, біріншіден, өлшеу принципімен, екіншіден, құрылғының сезімтал элементінің кірісіндегі өлшенетін шаманы оның шығысындағы шамаға түрлендіру әдісімен, сондай-ақ оқу құрылғысының дизайны ретінде. Біркелкі емес шкалалардың өзі квадраттық, логарифмдік және т.б.

Өлшеу құралының шкала бөлімдерінің бөліктерін санау үшін қосымша шкалалар қолданылады - нониустар . Сонымен, калибр мен микрометр үшін негізгі шкала бөлімінің бағасы 1 мм, бірақ нониусты пайдалану осы құрылғылардың шкала бөлу бағасын 0,05 мм және 0,01 мм дейін кеңейтуге мүмкіндік береді.

Өлшеу құралдарының таразылары заңда арнайы әзірленген ГОСТ ережелерімен стандартталған.

Сезімталдық Өлшеу құрылғысының S - көрсеткіштің аспап шкаласы бойынша сызықтық ℓ (бұрыштық ) қозғалысының (цифрлық аспаптарда  саны түріндегі шығыс сигналы) x өзгерісіне қатынасымен анықталады. оны тудырған x өлшенген физикалық шама: S = ℓ(, )/х (6.1)

Оның кері мәні R (R=S ) деп түсініледі жауап шегі кіріс әсеріндегі өлшеу құрылғысы.

Оның масштабының тиімді мүмкіндіктері алу арқылы беріледі бітірулер өлшеу құралы калибрлеу сипаттамасы , яғни кесте, график немесе формула арқылы берілген құрылғының шығысы мен кірісіндегі шамалардың мәндерінің арасындағы қатынас. Оны табыңыз калибрлеу Және тексеру арқылы құрылғы аралық калибрлеу Және интерверификация интервалдар уақыт.

Калибрлеу – берілген өлшеуіш құрылғы мен эталон көмегімен алынған шама мәндерінің арасындағы сәйкестікті белгілейтін операциялар жиынтығы.

Тексеру – құру мемлекеттік метрологиялық қызмет органы (немесе өзге де ресми орган) жарамдылық тәжірибе жүзінде анықталған метрологиялық сипаттамалар және олардың белгіленген міндетті талаптарға сәйкестігін растау негізінде пайдалануға арналған өлшеу құралы.

18 .Физикалық шама шкаласы – физикалық шамаға келісім бойынша тағайындалған сандық мәндердің белгілі бір тізбегі, ол артқанда (азайғанда).

Физикалық шаманың шкаласы оны өлшеудің қабылданған әдісімен анықталады. Мұндай жағдайларда, астында өлшеу шкаласы түсіну өлшеу шкаласы белгілі бір физикалық шама, атап айтқанда, ұзындық масштабы, уақыт, жарықтың толқын ұзындығы, фотометриялық шамалар және т.б.

Белгілі болғандай, өлшеу процедурасы геометриядан туған, ол пайда болған кезде жерді пайдалану мүддесіне қызмет ететін практикалық ғылым болды. Ал мұнда шкала белгілі бір шкала, өлшеу құралы (құралдар) болды, оның көмегімен әртүрлі ұзындықтағы заттар салыстырылады. Табиғат тарихының басқа салаларында оны осылай түсінді: өлшеу шкаласы - өлшеу құралының белгілі бір бөлігі. Бірақ өлшемдер анық метрикалық емес қасиеттері бар шарларды басып алған кезде ( психикалық даму, сезім, пікір), өлшем шкаласын өлшеу құралының градуирленген шкаласы деп түсіну мүмкін болмады. Арасындағы айырмашылық шкаланың материалдық формасы , түрінде жүзеге асырылады аспаптар таразы , және ол тұжырымдамалық физикалық шама шкаласы ретінде бейнелеу сағат циферблаты мен уақыт шкаласы сияқты анық болды.

Концептуалды дизайн физикалық шама шкалалары n (уақыт, температура, т.б.) бірлік ретінде құрастырылады белгіліқалпында - құндылықтар сандық мәндер , бөлу бағалары Және анықтамалық нүктелер (шкала нөл). Масштаб пішіні физикалық пайдаланылған шкала мәндері туралы ақпарат беруге бағытталған мөлшерлер туындайды бөлу құны бойынша (таңдалғандар үшін сандық мәндер түрінде олардың белгілі бір тәртібі) Және шкала нөл (нүкте кері санақтаразы). Физикалық шаманы өлшеу шкаласының бұл нюанстары температура шкаласын құру кезінде толық және дәйекті түрде өңделген.

Температура шкалалары – салыстырмалы температуралық мәндердің жүйелері. Температураны тікелей өлшеу мүмкін емес, бірақ оның өзгеруіне байланысты кез келген көріністермен, мысалы, өлшеуге ыңғайлы заттың кез келген физикалық қасиетінің өзгеруімен жанама түрде өлшенуі мүмкін. Бұл қасиет деп аталады термометриялық қасиет (белгісі). Бұл газ қысымы, сұйықтықтың термиялық кеңеюі, өткізгіш кедергісі, магниттік тұздың магниттік сезімталдығы, сәулелену көзінің сәулеленуі, радиотолқындардың резонанстық жұтылу қарқындылығы және т.б.

Температура шкаласын құру кезінде t 1 және t 2 температура мәндерін екі тұрақты және қайталанатын x = x 1 және x = x 2 температуралық нүктелерге, мысалы, мұздың балқу нүктелеріне және судың қайнау температурасына тағайындаймыз. қалыпты қысым. Осы t 1 және t 2 (t = t 1  t 2) температуралар арасындағы айырмашылық температура деп аталады. интервалтемпература шкаласы. Термометриялық х қасиеті мен t температурасының сызықтық және температура мәндерінің бірі, айталық, t 1, нөлге тең (t 1 = 0) арасындағы мәні бойынша ерікті байланысты қарастыра отырып, эмпирикалық температура шкаласы бойынша х-тің кез келген мәнін аламыз. осылайша t температурасын белгілейді:

t = t 2 [(x x 1)/(x 2 x 1)] (6.2)

Сонымен, температура шкаласы t температура мен өлшенетін термометриялық сипаттаманың х мәні арасындағы нақты функционалды сандық байланыс болып табылады. Негізінде, термометриялық сипаттамаларда, температура мен термометриялық сипаттамалар арасындағы қабылданған байланыста және бекітілген температура нүктелерінде (эталондар) ерекшеленетін температуралық шкалалардың кез келген саны болуы мүмкін. Эмпирикалық температура шкалаларын құрудағы бұл нүкте белгілі нәрсені көрсетеді кескінді көрсетудегі екіұштылықбейбітшілік.

Эмпирикалық температура шкалаларының негізгі кемшілігі олардың термометриялық затқа тәуелділігі болып табылады. Бұл кемшілік деп аталатын жерде жоқ термодинамикалық температура шкаласы. Ол атақты Карно теоремасы – термодинамиканың екінші заңының негізіне негізделген. Теорема бойынша, Карно деп аталатын қайтымды арнайы циклдегі жұмыс сұйықтығы қыздырғыштың T 1 температурасында Q 1 жылу мөлшерін жұтып, тоңазытқыштың T 2 температурасында Q 2 жылу мөлшерін бөледі, осылайша олардың қатынасы өзгереді. жылу мөлшері (Q 1 /Q 2) температура қатынасына (T 1 / T 2) тең. Сол Карно теоремасы бойынша жылу мөлшерінің қатынасы (Q 1 /Q 2) жұмыс сұйықтығының қасиеттеріне (термометриялық заттың қасиеттері) тәуелді емес. Q 1 және Q 2 жылу мөлшерін әрқашан өлшеуге болады. Ал, мысалы, қайнаған судың T s және еріген мұздың T o температуралары арасында жүргізілетін Карно циклі, сәйкесінше Q s және Q o жылу мөлшерін өлшеу арқылы температуралық қатынасты (T s /) табуға мүмкіндік береді. T o) және кез келген температура T, егер цистерналардың бірінде T o температурасы болса.

Термометриялық затты таңдауға байланысты емес бұл температура шкаласы сонымен қатар белгілі абсолютті температура шкаласы (Кельвин шкаласы). 100º Цельсий (ºC) температура шкаласы бар сандық өрнектің үздіксіздігін сақтау үшін қалыпты атмосфералық қысымда қайнаған су мен еріген мұз күйінің температура диапазоны да Кельвин шкаласы бойынша 100 градусқа тең (100 К).

Бірақ термодинамикалық температура шкаласының практикалық орындалуы жылу машинасының жұмыс затының және қыздырғыштың, тоңазытқыштың термиялық резервуарларының тұрақты температураларында квазистатикалық түрде алынатын жылу мөлшерін өлшеудегі ерекше қиындықтармен қиындатады. объект. Осыған байланысты 1927 жылы Генуядағы 7-ші салмақтар мен өлшемдер конференциясында қолдануға ыңғайлы практикалық шкала қабылданды. Ол халықаралық практикалық температура шкаласы деп аталды. Оны қолдану 1948 жылы Генуядағы салмақтар мен өлшемдер жөніндегі 10-шы конференцияда мақұлданды, тәжірибеде анықталған және жақсы қайталанатын анықтамалық нүктелердің кеңейтілген жиынтығын қолдануды ұсынды: 1) - 182,57ºС (сұйық оттегі O 2 және оның буының фазалық тепе-теңдігі). ); 2) + 0,01ºС (судың үштік нүктесі: будың, судың және мұздың фазалық тепе-теңдігі); 3) + 100,0ºС (қалыпты жағдайда судың қайнау температурасы); 4) + 419,505ºС, 5) + 960,8ºС және 6) + 1063ºС (тиісінше мырыш, күміс және алтынның кристалдану нүктелері).

Уильямс Томсон (Лорд Кельвин) және Д.И.Менделеев дербес термодинамикалық температура шкаласын құрудың орындылығына назар аударды, онда тек бір тірек нүктесі - судың үштік нүктесі (0,01ºC), ал төменгі нүкте температура 0 К болады. Шындығында, қалыпты атмосфералық қысымда судың қайнау температурасын қалпына келтірудегі қателіктер метрологиялық өлшемдерге сәйкес (0,0020,010ºC), қалыпты атмосфералық қысымдағы мұздың еру температурасы (0,00020,0010ºC) және судың үштік нүктесі – (0,0001ºС). Ал Халықаралық салмақтар мен өлшемдер комитетінің Термометрия жөніндегі консультативтік комитеті бір тірек нүктесі (судың үштік нүктесі) бар термодинамикалық температура шкаласын қабылдауды ұсынды: 273,1600 0,0001 К (1954).

ДӘРІС 7. ФИЗИКАЛЫҚ ШАНДАР БІРЛІКТЕРІНІҢ ЖҮЙЕЛЕРІ.

НЕГІЗГІ ФИЗИКАЛЫҚ ТҰРАҚТЫЛАР.

19 . Физикалық шамалардың бірліктері; анықтамасы және жалпы қасиеттері. Физикалық шамалардың жүйелік және жүйелік емес бірліктері. Физикалық бірліктердің негізгі және туынды бірліктері; олардың қалыптасу принциптері мен өлшемдері.

20 . Физикалық шама бірліктерінің жүйелері; анықтамасы, қасиеттері мен құрылыс принциптері. Бірліктердің негізгі жүйелері: метрикалық, гаусстық, техникалық, халықаралық СИ, табиғи. Бұл қондырғы жүйелерінің артықшылықтары мен кемшіліктері.

Біздің өлшемдеріміздің кең әлемін қамтитын үшінші тірекке - физикалық шамалардың бірліктері мен жүйелеріне жүгінейік.

19. Физикалық шамалардың өлшем бірліктері – келісім бойынша бірге тең сандық мәндер тағайындалған нақты физикалық шамалар. МЕНБастапқыда ұзындықты, ауданды және көлемді өлшем бірліктері пайда болды, олармен геометрия айналысады. Содан кейін уақыт, масса және т.б өлшем бірліктері пайда болды және әртүрлі елдерде өлшем бірліктерінің өлшемдері, әдетте, сәйкес келмеді. Бірақ сауданың, ғылым мен техниканың дамуымен және халықаралық байланыстардың кеңеюімен физикалық шама бірліктерінің саны айтарлықтай өсті. Ал өлшем бірліктерінің біркелкілігі мен адам әрекетінің айналымына кіретін физикалық шамалардың өлшем бірліктерінің жүйесін құру қажеттілігі өткір сезіле бастады. Біріншісі 18 ғасырдағы Ұлы Француз революциясының көрнекті қайраткері Лазар Карноның бастамасымен пайда болған өлшемдердің метрикалық жүйесі болды. Ол алды

жаһандық тану; Оның негізінде физикалық шама бірліктерінің бірқатар метрикалық жүйелері құрылады. Олар физикалық шамалардың жүйелік және жүйеден тыс бірліктерін ажырата бастады.

Физикалық шамалардың жүйелік бірліктері – физикалық шама бірліктерінің кейбір жүйесіне кіретін физикалық шамалардың бірліктері.

Физикалық шамалардың жүйелік емес бірліктері – бірлік физикалық шамалардың бірлік жүйесіне кірмейтін физикалық шамалар.

Жүйелік блоктар негізгі және туынды бірліктерге бөлінеді.

Негізгі бірлік физикалық шамалар – шарт бойынша негізгі бірліктер ретінде ерікті түрде қабылданған физикалық шамалардың бірліктері.

Туынды бірліктер физикалық шамалар – негізгі бірліктердің арасындағы функционалдық байланыстар негізінде белгіленген негізгіден ерекшеленетін физикалық шамалардың басқа бірліктері.

Туынды Х бірлігінің негізгі өлшем бірліктерімен байланысы функционалдық қатынас арқылы өлшемді формула түрінде өрнектеледі, ол түрдегі мономиал болып табылады: X = L a ·T b ∙M c (7.1)

өлшемдік көрсеткіштер деп аталатын әртүрлі дәрежедегі (а, б, в) (бүтін немесе бөлшек, оң немесе теріс) негізгі бірліктердің (мысалы, L, T, M) жалпыланған таңбаларының туындысы ретінде құрастырылған. Өлшем физикалық шама X бірліктері – қабылданған бірліктер жүйесінде негізгі өлшем бірліктері (мысалы, L, T, M) өзгерген кезде берілген Х физикалық шамасының бірлігі қанша рет өзгеретінін көрсететін өрнек.

20. Физикалық шама бірліктерінің жүйесі – физикалық шамалардың негізгі және туынды бірліктерінің жиынтығы, қабылданған қағидаттарға сәйкес салынған.

Физикалық шамалар бірліктерінің жүйелері табиғатта бар физикалық шамалар арасындағы өзара байланыстар мен қатынастарды көрсететін бар физикалық теориялар мен идеялар негізінде құрылады. Сәйкес бірліктер жүйесінде өлшем бірліктерін құру кезінде келесі қатынас тек бір ғана жаңа физикалық шаманы қамтитын физикалық қатынастар тізбегі таңдалады. Физикалық шамалардың бірліктерін орнатудың бұл тәсілі бұрын анықталған физикалық шама бірліктерінің жиынтығы арқылы жаңа физикалық шаманың бірлігін анықтауға, сайып келгенде, қолданылатын физикалық шама бірліктерінің жүйесі үшін физикалық шамалардың негізгі бірліктері арқылы анықтауға мүмкіндік береді.

Өлшемдер тарихында бірінші болды метрикалық жүйе , оған негізделген метр (Париж меридианының ұзындығының төрттен он миллионнан бір бөлігі) және килограмм (+ 4С температурадағы 1 дм 3 таза судың массасы). Оның ерекшелігі формациядағы ондық қатынас принципі болды еселік Және лобар бірлік.

19 ғасырда К.Гаусс пен В.Вебер негізгі бірліктері бар электрлік және магниттік физикалық шамалардың бірлік жүйесін ұсынды. миллиметр ,миллиграмм Және екінші ; ондағы туынды бірліктер физикалық шамалар арасындағы байланыс теңдеулері бойынша құрастырылған.

19 ғасырдың 2-жартысында. Британдық ғылымды дамыту қауымдастығы негізгі бірліктері бар физикалық шама бірліктерінің екі жүйесін қабылдады см , грамм , екінші : электростатикалық (SGSE) және магниттік (SGSM) жүйелер. Басқа бірлік жүйелері де пайда болды: симметриялы GHS жүйесі, техникалық (МТС ) жүйесі ( метр, килограмм, секунд ). 1901 жылы Дж.Георги физикалық шама бірліктерінің жүйесін ұсынды; оның негізгі бірліктері болды метр, килограмм, секунд және электр қондырғысы: ампер , вольт , ом немесе ватт .

Оның негізінде ХХ ғасырдың 20-жылдарының ортасында. метрика құрылды Халықаралық бірлік жүйесі (SI ), Салмақ пен өлшем бойынша 11-ші Генуя конференциясында қабылданған (1960). Оның жеті негізгі бөлімі бар: метр , килограмм , екінші , ампер , келвин , кандела , моль .

Физикада әмбебап іргелі физикалық тұрақтыларға (тұрақтыларға), мысалы, жарық жылдамдығына негізделген бірлік жүйелері қолданылады. бірге , электрон заряды q , Планк тұрақтысы ħ Осылай құрастырылған физикалық шама бірліктерінің жүйелері белгілі бірліктердің табиғи жүйелері . Мұндай бірліктер жүйесін алғаш рет М.Планк (1906) ұсынған. Ол негізгі физикалық тұрақтылар түріндегі негізгі бірліктері бар бірліктер жүйесі деп есептеді ħ (Планк тұрақтысы), бірге (жарық жылдамдығы), Г (гравитациялық тұрақты), к (Больцман тұрақтысы) жер жағдайына тәуелсіз әмбебап болар еді. Бірліктердің табиғи жүйелерін Л.Хартри, П.Дирак және т.б. ұсынған.Бірақ тәжірибеде кеңінен қолданылатын қарапайым физикалық шамалар үшін бірлік мәндерінің кең таралуына байланысты мұндай жүйелер практикалық қолдану үшін ыңғайсыз болып шықты. Сонымен, Планк жүйесінде ұзындық, масса және уақыт бірліктері үшін бізде сәйкесінше 4,03·10 - 25 м; 5,42·10  8 кг және 1,34·10  43 с, ал температура үшін 3,63·10 32 К. Бірақ ғылым үшін физикалық шама бірліктерінің табиғи жүйелері теңдеулерді жеңілдетеді және басқа да артықшылықтарды береді.

Тәжірибеде негізгі өлшем бірліктері сәйкес өлшеу әдістерінің көмегімен соңғы дәлдікпен анықталады. Оларды анықтаудың дәлдігіне қойылатын талаптар өсіп қана қоймай, өлшеудің принципті жаңа әдістері де пайда болып жатқанын тарих көрсетіп отыр. Ал ғалымдардың негізгі физикалық шамаларды кез келген уақытта жақсы қайталану қабілетімен өлшеуге болатын іргелі физикалық тұрақтылармен байланыстыруға ұмтылысы түсінікті. Жарқын мысал - ұзындық бірлігі - метр. Алдымен ол жер меридианының ұзындығының бір бөлігі ретінде анықталады, содан кейін - жарық толқынының ұзындығы арқылы, ал енді - вакуумдағы жарық жылдамдығын пайдалана отырып: метр –Бұл жарықтың 1/299792458 секундта жүрген сегментінің ұзындығы.

ДӘРІС 8. ҰҚСАҚТЫҚ МЕН ӨЛШЕМДЕРДІҢ ӘДІСТЕРІ.

ҰҚСАҚТЫҚ КРИТЕРИЯЛАРЫ. ИНВАРИАНТТЫҚ.

21 . Ұқсастық әдістері; өлшеу тәжірибесінде алатын орны. Ұқсастық заңдары. Табиғаттағы өзгеру және сақталу заңдары.

22 . Ұқсастық критерийлері туралы түсінік және оларды құру принциптері. Ұқсастық теориясының негізгі теоремалары.

21 Өлшеу түрі ретінде кез келген эксперимент әдетте бұрын алынған белгілі теориялар, концепциялар және эксперименттік нәтижелер негізінде ойластырылады, ұйымдастырылады және құрылады. Егер эксперимент жақсы ойластырылған және сәтті дайындалған болса және мұндай табыс әдетте өлшеу әдістері мен құралдарын таңдаумен байланысты болса, онда эксперименттің сәттілікке көптеген мүмкіндіктері мен мүмкіндіктері болады. Табыс, ең алдымен, жаңа ақпаратты, сонымен қатар оның мазмұнын алу деп түсініледі. Экспериментті жоспарлау және орындау кезінде сыртқы ортаның әсерін жоққа шығару немесе кем дегенде қандай да бір жолмен шектеу және мүмкіндігінше азайту маңызды.

Заманауи тәжірибелер белгілі бір өлшеу құралдарының көмегімен жүзеге асырылады, оларды жасау және пайдалану, әсіресе соңғы уақытта, үлкен және өте үлкен материалдық, энергетикалық және басқа да қаржылық шығындармен байланысты. Ал экспериментаторлар бұл қиындықтарды айналып өтуге және эксперимент мақсатын сақтауға тырысады. Қазіргі уақытта экспериментатордың тәжірибесі мен шеберлігімен қатар, нақты эксперименттегі қиындықтарды айналып өтуге мүмкіндік беретін әртүрлі әдістер мен өлшеу құралдары жеткілікті. Аталған эксперименттік қиындықтарды айналып өтуге мүмкіндік беретін өлшеу әдістеріне жатады ұқсастық әдістері Және өлшемдері .

Олар физикалық құбылысты (процесті) зерттеу, әдетте, елеулі шығындарды талап ететін, бірақ қасиеттерін өзгертуге болатын модельдік жүйелерде зерттелетін қатынастардың қысқартылған (ұлғайтылған) масштабында эксперимент жүргізуге мүмкіндік беретін жағдайларда қолданылады. оқу үдерісіне қажетті жағдайларға қол жеткізу.

Бұл мүмкіндікке сүйенеді ұқсастық теориясы туралы идеяларға негізделген ұқсастық заңдары . Олар негізінен геометрияны зерттеу тәжірибесінен белгілі геометриялық денелер немесе фигуралар үшін геометриялық ұқсастық заңдарына негізделген. Ұқсастық заңдары модельдік жүйеде алынған мәліметтерді бастапқы физикалық (техникалық) жүйеге тасымалдауға мүмкіндік береді. Олар аэро- және гидродинамикалық және плазмалық-химиялық зертханаларда, жоғары вольтты зертханаларда және т.б.

Ұқсас физикалық процестерді атайды, бірдей физикалық заңдарға бағыну, егер бір процесті сипаттайтын физикалық шамаларды басқа процесті сипаттайтын шамаға айналдыруға болатын болса,тұрақты коэффициентке көбейту, деп аталады ұқсастық коэффициенті .

Олар толық (физикалық) ұқсастық туралы айтады, егер зерттелетін процесті сипаттайтын барлық негізгі физикалық шамалар оның талаптарына сәйкес келсе.

Ұқсастық теориясы – физикалық құбылыстардың ұқсастығының шарттары туралы ілім. Ол физикалық шамалардың өлшем концепциясына негізделген. Естеріңізге сала кетейік өлшем формуласы – туынды физикалық шаманың өлшем бірлігінің таңдалған бірліктер жүйесінің негізгі шама бірліктеріне тәуелділігі– туынды X шама үшін – бұл өлшем бірліктерінің таңдалған жүйесі үшін L, M, T негізгі физикалық шамаларының көбейтіндісі түріндегі, өлшемдік деп аталатын сәйкес a, b, c дәрежесіне көтерілген қуат мономиясы. индекстер: X = L a M b T c (8.1)

Егер барлық көрсеткіштер (a, b, c) нөлге тең болса, X туынды шама өлшемсіз шама болады; ол негізгі өлшем бірліктерінің өлшемі өзгерген кезде мәнін өзгертпейді. Өлшемсіз шама әрқашан екі біртекті өлшемді шамалардың қатынасы болып табылады. Үш немесе одан да көп өлшемді шамалардан тұратын өлшемсіз шама деп аталадыкешен . Өлшемдік теория талап етеді өлшем біркелкілігіқарастырылатын физикалық құбылысты сипаттайтын теңдеудің сол және оң жағындағы жеке мүшелер.

Бұл тәсіл зерттелетін қатынастардың мәнін сақтайтын түрлендірулердің рұқсат етілгендігіне негізделген. Басқаша айтқанда, орындалатын математикалық амалдар негізінде алынған зерттелетін объектілер арасындағы байланыстар туралы пайымдаулар қолданылатын өлшеу шкалаларының сандық жүйесінің кейбір рұқсат етілген түрлендірулерімен өзгерсе, онда мұндай операциялар физикалық мағынадан айырылады. Өлшем біркелкілігінің талабы өлшеу шкалаларының пропорционалдылығын білдіреді: екі түрлі сандық сипаттамалар,бірақ физикалық жағынан ұқсас құбылыстар(процестер)бір құбылыстың екі түрлі бірліктер жүйесінде көрсетілген сандық сипаттамалары ретінде қарастыруға болады.

Зерттелетін қатынастардың мәнін сақтайтын түрлендірулердің рұқсат етілгендігінің екінші жағы инварианттылық бұл қатынастар, яғни кейбір физикалық жағдайларға қарамастан динамикалық жүйелердегі процестер ағынының қасиеті, олардың осы физикалық жағдайлар өзгерген кезде өзгеріссіз қалу қасиеті.Ол топологиялық (математикалық) мағынада анықтамалық жүйенің белгілі түрлендірулеріне қатысты физикалық шаманың өзгермейтіндігі, сақталуы деп түсініледі. Мысалы, екі түрлі санақ жүйесінің координат осіне дене жылдамдығының проекциялары әртүрлі болады, бірақ жылдамдықтың квадраты бірдей болады. Бұл дененің кинетикалық энергиясы T = (mv 2 /2) эталондық жүйені таңдауға байланысты емес дегенді білдіреді.

Релятивистік инварианттық барлығының теңдігін көрсететін релятивистік Лоренц түрлендірулеріне қатысты табиғат заңдарының бірдейлігінен тұрады. инерциялық анықтамалық жүйелер; Сонымен қатар физикалық процестерді сипаттайтын теңдеулер барлық инерциялық жүйелерде бірдей пішінге ие. Релятивистік инварианттық физикалық заңдылықтарды іздеуді реттей отырып, мүмкін болатын физикалық теңдеулер класын шектейді.

Инварианттылық тығыз байланысты сақталу заңдары , атап айтқанда, импульстің, бұрыштық импульстің, энергияның және әрекеттің сақталу заңдары сияқты іргелі заңдармен. Бұл байланыс, біз білетіндей, ашылды Нотер теоремасы.

22. Ұқсастық теориясының пәні – орнату ұқсастық критерийлері физикалық процестер және оларды осы процестердің қасиеттерін зерттеу үшін пайдалану.

Физикалық ұқсастық – көрнекі геометриялық ұқсастықты жалпылау. Геометриялық ұқсастықпен олар ұқсас фигуралардың ұқсас геометриялық элементтері үшін (мысалы, ұқсас үшбұрыштардың қабырғалары) пропорционалдылыққа ие (бұл ұқсастық!). Физикалық ұқсастық сәйкес физикалық шамалардың өрістерінің кеңістік пен уақыт бойынша ұқсастығына дейін төмендейді.

Осылайша, кинематикалық ұқсастықпен қарастырылатын қозғалыстар үшін жылдамдық өрістерінің ұқсастығы бар (қозғалмайтын айналу осінің айналасында айналатын қатты дене нүктелері үшін сызықтық жылдамдықтардың ұқсастығы). Динамикалық ұқсастықпен бізде әртүрлі физикалық табиғаттың (гравитациялық және электрлік өрістер) күш өрістерінің ұқсастығы бар. Кинематикалық және динамикалық ұқсастықты жалпылауды қамтамасыз ететін механикалық ұқсастық геометриялық, кинематикалық және динамикалық ұқсастықтардың болуын пайдаланады, мысалы, сұйықтықтың екі ағыны немесе екі серпімді тербелмелі жүйе жағдайында.

Жылу процестерінің ұқсастығы сәйкес температуралық өрістер мен жылу ағындарының ұқсастығын білдіреді.

Электродинамикалық ұқсастық – күш векторларының әртүрлі өрістерінің ұқсастығы, электр зарядтары мен токтарының таралуы, тізбектердегі белсенді және пассивті жүктемелер, электр тогының қуаты, электромагниттік толқындардың ағындары және т.б.

Осы аталған физикалық ұқсастық түрлерінің барлығы оның ерекше жағдайлары болып табылады. Осындай физикалық ұқсас құбылыстар үшін пропорционалдылық осы қарастырылып отырған процестерді сипаттайтын сол физикалық шамалардың өлшемдерінен тұратын өлшемсіз комбинациялар арқылы сипатталады. Нақты физикалық шамалардың өлшемдерінің бұл өлшемсіз комбинациялары физикалық ұқсас құбылыстар үшін бірдей сандық мәндерге ие. Мұндай өлшемсіз комбинациялар зерттелетін процестерді анықтайтын нақты параметрлерден тұрады, деп аталады ұқсастық критерийлері . Ұқсастық критерийлерінің кез келген комбинациясы да қарастырылатын процестер үшін ұқсастық критерийі болып табылады. Сонымен қатар, бір немесе бірнеше ұқсастық критерийлерінің кез келген функциясының өзі ұқсастық критерийі болып табылады. Ең маңызды ұқсастық критерийлері ірі ғалымның нөмірі ретінде атау берілгенін және екі әріппен, әдетте оның фамилиясының (атының) бірінші әріптерімен белгіленетінін ескеріңіз. Бұл Ньютонның саны Жоқ, Рейнольдс саны Re, Mach саны М(бір әріппен белгілеу мысалы), сондай-ақ Prandtl нөмірі Pr, Фурье саны Фужәне т.б.

Ұқсастық критерийлеріне енгізілген өлшемдік физикалық параметрлер мұндай жүйелер үшін өте әртүрлі сандық мәндерді қабылдауы мүмкін екенін ескеріңіз, бірақ ұқсастық критерийлерінің өзі өзгеріссіз қалады.

Ұқсастық критерийлерін физикалық объектілерді сипаттайтын теңдеулер белгілі болса алуға болады. Барлық осы теңдеулерді объектіні анықтайтын және оны сипаттайтын теңдеулер жүйесіне кіретін параметрлердің әрқайсысына тән мәндерді пайдалана отырып, тек өлшемсіз пішінге келтіру қажет. Ал ұқсастық критерийлері өлшемсіз шамалары бар жаңа теңдеулер жүйесінің кейбір мүшелерінің алдында пайда болатын өлшемсіз коэффициенттер ретінде анықталады.

Зерттелетін физикалық объектідегі процестерді сипаттайтын теңдеулердің математикалық түрі белгісіз болса, ұқсастық критерийлері зерттелетін объектіні анықтайтын физикалық шамалардың өлшемдері әдісі арқылы белгіленеді.

Ұқсастық теориясының негіздерін үш теорема түрінде тұжырымдауға болады.

1) Ньютон теоремасы : ұқсас құбылыстар ұқсастық критерийлері деп аталатын параметрлердің сан жағынан бірдей комбинацияларына ие.

2) Нотер пи теоремасы : белгілі бір өлшем бірлік жүйесінде жазылған физикалық объектінің теңдеуі объектіні сипаттайтын шамалардан алынған ұқсастық критерийлері арасындағы қатынас ретінде ұсынылуы мүмкін.

3) Кирпичев-Гухман теоремасы : ұқсастықтың қажетті және жеткілікті шарттары а) бірегейлік шарттарына кіретін ұқсас шамалардың пропорционалдылығы және б) салыстырылған объектілердің ұқсастық критерийлерінің теңдігі.

Қосымша ереже : объектіні сипаттайтын физикалық теңдеуде тригонометриялық, логарифмдік, көрсеткіштік немесе басқа біртекті емес функциялар болса, онда олардың аргументі өлшемсіз болуы және басқа алынған критерийлерге қосымша ұқсастық критерийі ретінде қарастырылуы керек.

Кейбір нақты ұқсастық критерийлерін келтірейік.

Ньютонның екінші заңына негізделген механикалық қозғалыстың ұқсастық критерийі – Ньютон саны Жоқ : Жоқ = (Ft 2 /мл) (8,2)

(F – массасы m денеге әсер ететін күш, t – уақыт, L – сызықтық өлшем).

Аэродинамикада бұл: Рейнольдс саны : Re = (vL/) = (vL/) (8.3)

Мах саны : M = (в/с) (8.4)

( және  = / – ортаның динамикалық және кинематикалық тұтқырлығы; v және s – ағын және дыбыс жылдамдықтары; L – сипаттамалық өлшем).

Газ бен ұшақ корпусы арасындағы жылу алмасудың ұқсастық критерийлері:

Прандл саны Pr = (/) = (c p /) (8,5)

Нусельт саны Nu = (L/) (8,6)

( және  – жылу өткізгіштік пен жылу диффузиялық коэффициенттері; c p – тұрақты қысымдағы ортаның меншікті жылу сыйымдылығы).

Критерий гомохрония H o процестердің уақыт бойынша бірдейлігін сипаттайды: H o = (vt/L) (8.7)

ол электромагниттік (акустикалық) құбылыстар жағдайында циклдік жиілікпен  анықталады: H o = t (8.8)

Электр тізбектеріндегі ұқсастық критерийлері R кедергісі, L индуктивтілігі және С сыйымдылығы бар тізбектердегі процестердің тән релаксация уақыттарымен анықталады: (L/Rt) (8.9)

Ядролық физикада ұқсастық критерийі t радиоактивті препараттың ыдырау уақытының T ½ жартылай ыдырау периодына қатынасы: Nu = (t/T ½) (8.11)

ДӘРІС 9. ТЕХНОЛОГИЯДАҒЫ ӨЛШЕМДЕР; ӨЛШЕНУ

ТЕХНИКАСЫ. ШАРАЛАР МЕН СТАНДАРТТАР, ОЛАРДЫҢ ЖІКТЕЛУІ.

23 . Технологиядағы өлшемдер; өлшеу технологиясы. Өлшеу; метрологиялық қасиеттері мен параметрлері. Стандарттар, олардың классификациясы; елдің анықтамалық базасы.

23. Техника - Бұл прагматика(яғни адам игілігіне пайдалану) жаратылыстану ғылымдары туралы ғылымдардың жиынтығы ретінде табиғат; ол ең алдымен ретінде көрінеді жүзеге асыруға арналған адам қызметінің құралдарының жиынтығы(жаһандық мәселені тиімді шешу және адам болмысының мәнін қамтамасыз ету мүддесі мен мақсаты үшін) қоғамдық өндіріс, және де өндіріс барысындағы адамның дүниемен қарым-қатынасының барлық жиынтығы.

Өлшемдер техникада бірдей және қоғамдық өндіріс барысында адамның дүниемен қарым-қатынасының нысаны мен мазмұны бойынша нақты жүзеге асуы болып табылады. Бұл іске асыру оны ұйымдастырудың үш қосымша деңгейінде көрінеді: өлшеу технологиясы, бақылау өлшемдері және метрология.

Өлшеу технологиясы - Бұл ғылым мен техника саласы,қай ғылыми және өндірістік процестер объектілерінің қасиеттері мен күйлерін сипаттайтын физикалық шамаларды өлшеу әдістері мен құралдарын зерттейді және жасайды. Көптеген өнеркәсібі дамыған елдерде өлшеу технологиясы жай ғана өнеркәсіптік білімді қажет ететін өндірістің бірегей саласы ретінде қарастырылады; және бұл жерде, әрине, үлкен шындық бар.

Бақылау өлшемдері – салада және қоғамдық тұтыну өнімдерін өнеркәсіптік өндіру жағдайында жүргізілетін өлшемдер. Өндіріс процесінде олар оның сипаттамаларының нормативтік төзімділік шегінде екенін жазады. Бірқатар жағдайларда бақылау өлшемдері өндірістің өзінің тиімділігі мүддесінде ғылыми өлшемдер деңгейінде жүргізіледі.

Өлшеу технологиясы көне заманнан бері бар. Сауда көптеген мыңжылдықтарға дейін жаңа дәуірге дейін таразыларды құруға әкелді; жерді пайдалану учаскелердің сызықтық өлшемдері мен аудандарының өлшемдерін тудырды; тұрмыстық қажеттіліктер сұйық, түйіршікті және қатты денелердің көлемдерін өлшеу құралдарын жасауға ықпал етті; содан кейін сағаттар, ақпаратты жазу және күнтізбелерді жүргізу құралдары және т.б. пайда болды. Қазіргі уақытта өлшеу құралдары ғылыми зертханалар мен технологиялық технологиялық жабдықтардың қажетті құрамдас бөлігі болып табылады. Қазіргі заманғы өлшеу құралдары адамның сезім мүшелеріне ғана емес, автоматты, телеметриялық, аналитикалық және есептеу жүйелерінің сенсорларына әсер ету үшін жасалған.

Метрология – жоғары дәлдіктегі өлшеулер ғылымы мен технологиясы саласы; ол өлшеу құралдарын (эталондық, эталондық және жұмысшы) жасау үшін қолданылатын құбылыстарды зерттейді және олардың өндірісте қолданылуын қамтамасыз етеді.

Өлшеу құралы – аяқталды техникалық жағынан стандартталған метрологиялық сипаттамалары бар, физикалық шама бірлігін (белгілі бір қателікпен) белгілі бір уақыт аралығында қайта шығаратын және/немесе сақтайтын өлшем құралы.

Ол өлшенетін шаманың белгілі бір өзгерістер диапазонына арналған, деп аталады өлшеу диапазоны немесе динамикалық диапазон өлшеу құралдары.

Өлшеу құралының шкаласы бар; оның түрі өнімнің өзінің техникалық орындалуына байланысты. Өлшеу аспаптарының шкаласы - өлшеу құралдары жүйесіндегі индикаторлық құрылғының бөлігі, олармен байланысты нөмірлеумен бірге белгілер қатарын білдіреді. Өлшеу құралының таразы ұғымы ұғыммен тікелей байланысты калибрлеу сипаттамалары Өлшеу құралы - кесте, график немесе формула арқылы берілген шамалардың шығуы мен кірісіндегі мәндерінің арасындағы қатынас. Оны анықтау процедурасы деп аталады бітіру өлшеу. Оның негізінде ол орнатылады бөлу мәні өлшеу шкаласы шкаладағы көрші белгілердің мәндерінің айырмашылығы ретінде.

Белгілі бір уақыт жұмыс істегеннен кейін өлшеу құралының метрологиялық сипаттамалары тексеріледі: шкала параметрлері - оның шегі, бөлу мәні; сезімталдық пен көрсеткіштердің қателігі.

Қате өлшеу– өлшеу процесі кезіндегі оның көрсеткіштері мен өлшенетін шаманың нақты мәні арасындағы айырмашылық. Бұл айырмашылық жүйелі өлшеу қателерінің көзі болып табылады және пайдалану арқылы анықталады калибрлеу (тексеру ) арқылы жүзеге асырылатын өлшеу құралы аралық калибрлеу (интерверификация) интервалуақыт.

Калибрлеу өлшеу– өлшем құралының көмегімен алынған шаманың мәні мен эталон арқылы алынған шаманың сәйкес мәні арасындағы сәйкестікті белгілейтін операциялар жиынтығы.

Тексеру өлшеу– құру мемлекеттік метрологиялық қызмет органы (басқа уәкілетті орган) жарамдылық пайдалануға арналған өлшем құралдары және оның метрологиялық сипаттамаларының белгіленген міндетті талаптарға сәйкестігі. Жарамдылық өлшем құралы – өлшем құралының метрологиялық сипаттамаларының белгіленген техникалық талаптарға сәйкестігі.

Әдетте, негізгі өлшем бірліктері үшін осындай физикалық шамалардың бірліктері таңдалады, олар құруға негіз бола алады. шаралар және қайта шығаруға болады стандарттар ғылым мен техника дамуының берілген деңгейінде ең жоғары дәлдікпен.

Өлшеу белгілі бір өлшемдегі физикалық шаманы сақтайтын өлшем құралы болып табылады. Өнім ретінде өлшем қарапайым немесе күрделі болуы мүмкін. Сонымен, мысалы, ұзындық өлшемі – сызғыш, көлем – стақан, масса – салмақ; е.м.ф. өлшемі. - қалыпты элемент. шаралар бар бір мәнді (бірдей көлемдегі шамаларды жаңғырту) және полисемантикалық (әртүрлі өлшемдегі мәндерді жаңғырту). Олардың мағыналары бар және номиналды (яғни, атрибутталған), және жарамды (яғни, қайталанатын); номиналды және нақты мәндер арасындағы айырмашылық жүйелі өлшеу қатесі.

Анықтама (француз тілінен ètalon  «үлгі, өлшем») — физикалық шамалардың заңдастырылған бірліктерін сақтауға, сондай-ақ олардың өлшемдерін басқа өлшем құралдарына ауыстыруға қызмет ететін өлшем құралы. Стандарттар негізгі, арнайы және қосымша болып табылады.

Негізгі стандарттар өлшем бірлігін жаңғыртудың ең жоғары дәлдігін қамтамасыз етеді. Арнайы эталондар бастапқы эталондарды қолдануға болмайтын ерекше жағдайларда өлшем бірлігін жаңғыртуға қызмет етеді. Екінші эталондар өлшем бірліктерінің өлшемдерін стандартты өлшеу құралдарына, тіпті кейбір ең дәл жұмыс өлшеу құралдарына беруге қызмет етеді. Эталондарды қолданбай, әртүрлі уақытта әртүрлі аспаптармен орындалатын өлшеу нәтижелерінің қажетті салыстырмалылығына қол жеткізу іс жүзінде мүмкін емес. Стандарттардың дәлдігіне қойылатын талаптар өте жоғары болғандықтан, оларды жасау, сақтау және пайдалану арнайы әзірлеуді, зерттеуді және техникалық енгізуді талап етеді. Бұл жұмыстардың барлығы Ұлттық метрология зертханаларына тиесілі. Физикалық шама бірліктерін халықаралық унификациялау үшін елде халықаралық эталондар, ал ұлттық эталондар құрылады. Барлық қолданылатын стандарттар жиынтығы елдің анықтамалық базасын білдіреді.

ДӘРІС 10. НЕГІЗГІ КӨЗ

ӨЛШЕУ ҚАТЕЛІГІ –

ЗАТТЫҢ ӨЗІНДІК ҚОЗҒАЛЫСЫ ЖӘНЕ ОНЫҢ НАҚТЫ ҚОЛДАНЫЛУЫ

КӨРІНІСТЕРІ: ИНЕРЦИЯ, ҚАЙТЫЛМАЙТЫНДЫҚ, ШУ.

ТОЛЫҚТЫҢ НЕГІЗГІ МҮМКІНСІЗДІГІ

ӨЛШЕУ ҚАТЕЛІКТЕРІН ЖОЮ.

24 . Өлшеу қателерінің негізгі көзі материяның өздігінен қозғалысы және оның нақты көріністері болып табылады. Классикалық парадигманың ішкі концептуалды сәйкессіздігі.

25. Тербеліс және шу. Бөлшектердің броундық қозғалысы. Акустикалық шу. Электрлік шу және Найквист заңы. Радиоөлшеу аспаптарының шу температурасы. Атыс шуы туралы түсінік.

24. Субъектінің қоршаған әлемді тануында бірінші кезектегі нәрсе сенсорлық таным . Ол сыртқы дүниенің оларға әсерін адамның сезім мүшелерінің қабылдауы негізінде жүзеге асырылады. Бірақ техниканың дамуы және оның негізінде өлшеу құралдарының жасалуы сенсорлық танымның мүмкіндіктерін айтарлықтай кеңейтеді. Өлшеу қондырғылары мен кешендерін құру мүмкін болады, олардың көмегімен өлшеу процесі танымның бастапқы түрі ретіндегі сезімдік таным адамның сезім мүшелерінің мүмкіндіктерімен шектелетіндей болады. Осылайша, акустикада кез келген өлшемдерді орындау үшін өз есту қабілетімізді сирек пайдаланамыз, дегенмен операторлардың естуін пайдаланатын гидроакустикалық бақылау су астындағы және жер үсті кемелерінде әдеттегідей қолданылады. Бірақ көру адамның күнделікті өмірінде ғана емес, сонымен қатар адам қызметінің бай бөлігіне айналған әртүрлі аналогтық аспаптар мен оқу тақталарының оқуларын оқығанда адамның орасан зор ақпарат ағынын қабылдауының белсенді құралы болып қала береді.

Біздің сезім мүшелеріміздің мүмкіндіктеріне келетін болсақ, адам көзі әлсіз сигналдарды қабылдауға сезімталдығы бойынша барлық дерлік объективті деп аталатын оптикалық құрылғыларға, соның ішінде фотоэлементтер мен фотокөбейткіштерге қарағанда жоғары екенін атап өтеміз. Қараңғыға бейімделген көздің сезімталдығы әсіресе жоғары. Еске салайық, адам көзінің максималды сезімталдығы 507 нм толқын ұзындығында, ал бұл толқын ұзындығында көз қабылдай алатын энергияның минималды бөлігі шамамен 210-18 Дж. Бұл жазу уақытының бір миллисекундында көз торының бір жеріне түсуі тиіс шамамен бес квант жарыққа сәйкес келеді. Жарықтың осы аймағындағы сезімталдығы бойынша көзге эквивалентті фотокөбейткіш түтіктің фотокатодында кванттық кірістілік (фотокатодқа түскен жарық кванттары – фотондар санын соғылған электрондар санына түрлендіру әсері) болуы керек. фотокатодтан тыс) 20% деңгейінде. Ең жақсы электронды құрылғылар ғана осындай жоғары кванттық кірістілікке ие.

Классикалық ұғымдар бойынша кез келген физикалық шаманы ерікті түрде аз қателікпен өлшеуге болады; тек өлшеулерді мұқият ұйымдастырып, жүргізу керек, ал мұндай мұқият ұйымдастыру және өлшеуді жүзеге асыру экспериментатордың жоғары кәсіби деңгейін, жоғары сапалы өлшеу құралдарын пайдалануды және өлшеу процедурасының өзінің адалдығын қамтамасыз етуді білдіреді.

Бірақ шын мәнінде байланысты инерция (әсер кешігулер ) физикалық жүйелердің қозғалысында және қайтымсыздық (бастапқы күйге оралу мүмкін еместігі) олардағы процестер кезінде жүйенің бастапқы күйін, тіпті статикалық өлшеулер кезінде де қайта шығару мүмкін емес. Ал классикалық парадигма логикасы бойынша мүмкін болатын өлшеу қателіктерін толығымен жою түбегейлі мүмкін емес болып шығады. Классикалық идеяларға қайшы келетін мұндай тұжырымның негізі болып табылады өздігінен қозғалу материяны өлшеу қателерінің негізгі көзі ретінде және материяның өздігінен қозғалысының ерекше көріністері инерция , қайтымсыздық материяның және оны тасымалдаушылардың қозғалысында және әртүрлі ілеспе қозғалыстарда шулар .

24. Өлшеу қателерінің ағымдағы көзі болып табылады ауытқулар өлшенген физикалық шамалар және шулар іс жүзінде қолданылатын өлшеу құралдары. Тербелістер (латын тілінен аударғанда fluctuatio – «флюктуация») — кездейсоқ сипаттағы әртүрлі көздерден туындаған физикалық шаманың орташа мәнінен кездейсоқ ауытқуы. Флуктуацияның сандық өлшемі өлшенетін физикалық шаманың стандартты ауытқуы және оның салыстырмалы мәні болып табылады. Бұл шамалардың сипаттамалары өлшеу қателерінің теориясында сөзбе-сөз көрсетіледі.

Статистикалық физика қарастыратын макрожүйелердегі ауытқулар осы жүйелерді құрайтын бөлшектердің хаотикалық жылулық қозғалысына байланысты. Атап айтқанда, бөлшектердің мұндай тербеліс қозғалысының көрінісі олардың деп аталатын қозғалысы болып табылады Броундық қозғалыс , ағылшын ботанигі Р.Браун (1827) сұйық ортадағы тозаң бөлшектерінің (өлшемі 1 мкм шамасында) әрекетін микроскоппен бақылағанда ашқан. Белгілі болғандай, хаотикалық броундық қозғалыстың қарқындылығы уақытқа байланысты емес, сұйық ортаның температурасына, тұтқырлығына және тығыздығына байланысты. Броундық қозғалыс теориясын А.Эйнштейн мен поляк физигі М.Смолуховский (1905–1906) берген. Броундық қозғалыс - бұл зат бөлшектерінің жылулық қозғалысы туралы молекулалық-кинетикалық теория ережелерінің ең айқын тәжірибелік растауы. Метрологияда броундық қозғалыс сезімталдығы жоғары өлшем құралдарының дәлдігін шектейтін негізгі фактор ретінде түсініледі. Өлшеу дәлдігінің шегіне өлшеу құралының қозғалатын бөлігінің тербеліс орын ауыстыруы мен өлшенетін әсерден туындаған орын ауыстыру шамамен сәйкес келсе, жеткен болып саналады.

Электрлік ауытқулар зарядталған бөлшектердің дискретті табиғатымен де, хаостық жылулық қозғалысымен де, сондай-ақ денелердегі басқа хаотикалық өзгеретін физикалық процестер мен кездейсоқ өзгерістерден (тұрақсыздықтар) туындайтын электр зарядтарының, потенциалдар мен токтардың электр зарядталған бөлшектер жүйесіндегі кездейсоқ өзгерістері деп аталады. ) электр тізбектерінде орналасқан ток өткізгіштердің сипаттамалары, әртүрлі электр аспаптары және т.б.

Тұрақты сыртқы өлшеу жағдайларында азайтуға болмайтын ауытқулар деп аталады шу . Өлшенетін физикалық шамалардың және қолданылатын өлшеу құралдарының параметрлерінің ауытқуының пайда болу сипатына сәйкес шу бөлінеді. термиялық Және кванттық шулар . Термиялық шу қарастырылып отырған жүйелерді құрайтын бөлшектердің хаотикалық жылулық қозғалысынан туындайды; кванттық шу бөлшектердің кванттық дискретті және толқындық табиғатына байланысты.

Оқшауланған жүйеде тербеліс пен шудың пайда болуының P ықтималдығы А.Эйнштейн формуласымен берілген: P = Aexp[(S – S o)/k B ] (10.1)

(мұндағы S – S o – S жүйе энтропиясының оның тепе-теңдік мәнінен ауытқуы S o , k B – Больцман тұрақтысы, А – кейбір нормалану константасы). Бұл формула оқшауланған жүйенің энтропиясы үшін Больцман формуласының инверсиясы болып табылады.

S энтропиясының S o тепе-теңдік мәнінен ауытқуын (S – S o) Тейлор қатарына кеңейте отырып, мынаны аламыз: (S – S o) = ( 2 S)/2 (10.2)

өйткені оқшауланған жүйе үшін: (S) 0 = 0 (10.3)

Содан кейін оқшауланған жүйе үшін шудың пайда болу ықтималдығы P келесі түрдегі формуламен сипатталады: P = Aexp[( 2 S)/2k B ] (10.4)

Бақыланатын экстенсивті шамалар ( көлемі V немесе жүйенің N бөлшектерінің саны) үшін  S салыстырмалы ауытқуы (1/N 1/2) пропорционал:  S = [( 2 S) 1/ 2 /S 0 ]  ( 1/N 1/2) (10,5)

Сондықтан макрожүйелердің экстенсивті физикалық шамаларының байқалатын мәндері олардың орташа статистикалық мәндерінен ерекшеленбейді. Бірақ жүйенің оқшауланған микрокөлемдері үшін (бөлшектердің N саны аз) тербелістер өте айқын болып шығады, ал салыстырмалы ауытқулар бірлік деңгейінде болуы мүмкін ( 1).

Күнделікті өмірде және жұмыста олар ерекше атап өтеді акустикалық шу адамдардың экологиялық тіршілігіндегі қазіргі заманның өткір мәселелеріне байланысты. Мұндай шу қатты денелерде, сұйықтарда және газдарда кез келген тербелістерді тудырады, ал шудың ең қарқынды көздері әртүрлі қозғалтқыштар мен механизмдер, көліктер және т.б.

Шулар тұрақты және тұрақты емес болып бөлінеді.

Стационарлық шу өлшенетін (бақыланатын) физикалық шамалардың немесе өлшем құралдарының параметрлерінің орташа мәндерінің тұрақтылығымен сипатталады. Іс жүзінде әртүрлі тәуелсіз шу көздерінің бір мезгілде әрекеті кезінде пайда болатын шу квазистационарлық болып табылады (мысалы, адамдар тобының шуы, теңіз, өндірістік машиналар шуы, радиоқабылдағыштың шығысындағы шу және т.б.). .

Өтпелі шу баяу өзгеретін параметрлермен сипатталады немесе сигналды жазу уақытымен салыстырғанда қысқа уақытқа созылатын шу ретінде ұсынылады (мысалы, өтіп бара жатқан трамвайдан немесе басқа көліктен шыққан көше шуы, өндірістегі немесе үйдегі жеке соққылар, модуляцияланған шу. радиоқабылдағыштар).

Шу ғылым мен техниканың көптеген салаларында: оптика мен акустикада, радиотехника мен радиофизикада, радиометрия мен радиоастрономияда, радиолокациялық және байланыс жүйелерінде, радиотелефония мен телевидениеде, ақпараттық ғылым мен есептеу техникасында және т.б. маңызды рөл атқарады.

Электрондық шу – радиоөлшеу және радиотаратқыш құрылғылардағы электр тогының және кернеудің кездейсоқ ауытқуы. Олар электровакуумда және қатты денелі құрылғыларда электрондардың біркелкі емес эмиссиясынан туындайды, атап айтқанда: атыс шуы , және жартылай өткізгіш құрылғылардағы электр заряд тасымалдаушыларының генерациясының және рекомбинациясының біркелкі емес процестері. Атап айтқанда, электронды эмиссияның біркелкі еместігі ток күші I флуктуациясын (ату шуын) тудырады - шу ток күші деп аталатын I шу түрінде: I шу = I 2 (t) 1/2 = 2q e I  (10,6)

q e – элементарлық заряд,  – құрылғының жиілік өткізу қабілеті.

Электр зарядын тасымалдаушылардың ретсіз жылулық қозғалысы формуламен сипатталған T тепе-теңдік температурасында R кедергісі бар өткізгіште электр шуын тудырады. Nyquist пішін: U 2 R (t) = 4k B TR (10.7)

мұндағы U 2 R (t) – резистордағы квадраттық кернеудің орташа мәні.

Радиоқабылдағыш құрылғылардағы шу қарқындылығының өлшемі деп аталады шу температурасы Tsh, абсолютті қара дененің (BLB) температурасы T o ретінде анықталады, оның сәулелену қуаты құрылғының термиялық шуының қуатына тең. Шу температурасы Tsh радиометрияда электрлік сигналдарды күшейту, жазу және түрлендіру үшін қолданылатын аспаптардағы шу деңгейін бағалау, ғарыштық сәулелену көздерін сипаттау кезінде антенналардың шуылын бағалау, өлшенетін әлсіз сигналға шу үлесінің шамасын бағалау үшін қолданылады. , т.б. Шу температурасы Tsh әдетте эталондық шу генераторларымен салыстыру арқылы анықталады.

ДӘРІС 11. ӨТКЕН ДӘЛДІК ӨЛШЕМДЕР

КЛАССИКАЛЫҚ ЖӘНЕ КВАНТТЫҚ ПАРАДИГМА ПОЗИЦИЯСЫНАН

(КВАНТТЫҚ ПАРАДИГМА ПРАКТИКА НЕГІЗІ РЕТІНДЕ ЖӘНЕ

ӨЛШЕРУ ТЕОРИЯЛАРЫ; Дәрменсіздік

МЕТРОЛОГИЯДАҒЫ КЛАССИКАЛЫҚ ӘДІСТЕМЕЛІК)

26. Кванттық парадигма өлшемдер тәжірибесі мен теориясының негізі ретінде.

Жоғары дәлдіктегі өлшеулер саласындағы қатаң детерминизм және классикалық әдістеме принципінің сәтсіздігі.

26. Таным тәжірибесінде және алынған білімді меңгеруде адамдар алдында проблемалар туындайды, оларды шешу ғылыми әдіснамаға негізделуі керек. Бұл жалпы ұстаным адам қызметінің кез келген саласына қатысты. Бірақ ол өлшеулердің практикасы мен теориясында ерекше маңызды және қажет. Біздің заманымызда ол өзін ғылыми әдіснаманың негізі ретінде дұрыс жариялады. кванттық парадигмажәне оны мани-фестивальді өткізу синергетика– күрделі жүйелердің өздігінен ұйымдастырылуын зерттейтін интегралды ғылыми пән.

Парадигма философиялық категория ретінде дүниедегі қарым-қатынастар және оларды тану тәсілдері туралы идеологиялық идеялардың тұтас жүйесі . Классикалық парадигма дүниедегі қатынастардың мәні туралы классикалық идеялар мен дүниені танудың классикалық тәсілдерінен туындайды. Кванттық парадигма дүниедегі қарым-қатынастардың кванттық табиғатын, оның кванттық ұйымдастырылуын және қозғалыстың кванттық заңдарын түсінуден және дүние туралы білім алу үшін кванттық әдістемені пайдаланудан туындайды.

Дүниедегі қарым-қатынастардың кванттық сипатын білу - әлемді көрудің қазіргі физикалық бейнесінің негізі, даму заңдылықтары және

біздің заман мәдениетінің қажетті элементі. Дүниедегі қатынастардың кванттық көрінісін анықтайтын ұғымдар болып табылады кванттық Және кванттау . Кванттық – қасиетін сақтайтын бүтіннің ең кіші бөлігі; термин латынның кванты – «порция, мөлшер» арқылы жасалады. Кванттау – мүлік (қабілеті )күйді дискретті түрде, шағын шектеулі мөлшерде өзгерту, сонымен қатаржүзеге асыру жүйенің күйін дискретті түрде өзгерту, оны шағын шектеулі бөліктерде өзгерту әрекеттері– кванттар . Кванттық жүйе – күйді дискретті түрде, шағын бөліктерде немесе кванттарда өзгертуге қабілетті динамикалық жүйе.

Тұжырымдама кванттық тұтастың ең кішкентай бөлігі ретінде, сақтайды(жоғалтпау)табиғатына қарамастан бүтіннің қасиеттері, әлемдегі қатынастарды кванттау тұжырымдамасы іргелі болды. Ол кванттық парадигманың әмбебап буынына айналды. Бұл жалпы ғылым шеңберінде білімнің әртүрлі салаларындағы жетістіктерді табиғи түрде біріктіруге мүмкіндік берді - синергетика күрделі жүйелер туралы ғылым ретінде.

Кванттау динамикалық жүйелер қазіргі кванттық физиканың негізгі принципі ретінде қызмет етеді. Ғылыми ой әлемді танудың табиғи, генетикалық анықталған қажеттілігіне және сенімділікке, адамның сыртқы, үнемі өзгеріп отыратын әлеммен қарым-қатынасының тұрақтылығына сүйене отырып, әлемді және ондағы қатынастарды кванттық көрудің тұтас бейнесіне көшті. және онымен үйлесімділік қажет. Әлемді игеріп, ондағы қарым-қатынастарды түсінудің ұзақ жолында біз ұлы есімдер мен жаңалықтарға ие болдық (Демокрит, Гассенди, Ломоносов, Дальтон, Авогадо, Планк, Бор, Эйнштейн, де Бройль, Гейзенберг, Шредингер, Ферми, Дирак). Оларсыз кванттық ғылым Қалай жүйеге енгізілген әлем және оның қозғалыс заңдылықтары туралы ондағы қатынастардың кванттық сипатына барабар кванттық идеялардың жиынтығы;қазіргі түрі мен сапасы бойынша орын ала алмады.

Әлемдегі қарым-қатынастардың кванттық сипаты міндетті түрде метрологияны (адам қызметінің белгілі бір саласы ретінде ғылым ретінде де, жоғары технология ретінде де, жоғары дәлдіктегі өлшеулерді әлеуметтік-құқықтық қамтамасыз ету ретінде де көрсетеді), маңызды және метрлерді анықтау және қолданудың негізгі мәселесі - кванттық жүйелердің рологиялық қасиеттері.

Ғылыми әдіснама тұрғысынан бұл мәселенің түбегейлі шешімі анық көрінеді. Оның шешімі кванттық құбылыстар мен кванттық жүйелердің өзін талдау мен зерттеуді қолдану негізінде шешілуі мүмкін және шешілуі керек. Өлшеу есептері үшін классикалық нормалар мен стереотиптерді пайдалану зерттелетін (бақыланатын) кванттық құбылысқа сәйкестік талаптарына сәйкестендірілуі керек екені анық сияқты.

Негізінде классикалық көзқарас ұлы ежелгі ойшыл Аристотельдің белгілі ұстанымына негізделген, оның негізінде Демокриттің атомдар туралы гипотезасы жоққа шығарылды. Ол шындықты танудың критерийі ретінде таниды айқындық критерийі және критерий логикалық сәйкестік , әлемдегі қарым-қатынастарды алыпсатарлық қабылдаудан туындайды. Бірақ бұл көзқарас шын мәнінде әлемдегі қарым-қатынастардың өте өрескел және дәл емес үлгісі ғана. Дүниенің алыпсатарлық сипаттамасына сүйене отырып, Аристотель дүние элементтерінің кез келген шағын бөлшектенуінің мүмкін еместігін негізінен жоққа шығарды.

Әрине, Аристотельдің ұстанымы белгілі бір тәжірибеге негізделген. Бірақ бұл адамдардың дүниені «біздің көзімізбен көрінетін» деп санайтын аңғал интуитивті-сенсуалдық дүниетанымының тәжірибесі болды. Табиғат әлемі туралы стихиялы түрде дамып келе жатқан білім денелердің кеңістік пен уақыттағы қозғалысының іргелі ғылыми-техникалық мәселесіне әкелді, ол Жаңа Дүние концепциясын құру арқылы шешілді - Қайта өрлеу. Ал бұл жаңа тұжырымдаманың іргелі негізі болды танымның физикалық әдісі бастауында Г.Галилей тұрған дүние және классикалық Механика ұлы И.Ньютон.

Біздің өміріміздің күнделікті тәжірибесі, табиғатпен қарым-қатынасы бойынша ежелгі әлем халқының тәжірибесіне көп жағынан ұқсас, классикалық принцип деп аталатын тұжырым жасауға мүмкіндік берді. детерминизм (сенімділік ). Ол біздің классикалық идеяларымызға негізделген, олар өз кезегінде кез келген физикалық шаманы, негізінен, ерікті түрде аз қателікпен өлшеуге болады деген өте табиғи болжамға негізделген. Бұл болжам Аристотельдің көзқарасын білдіреді. Басқаша айтқанда, кез келген физикалық шама кез келген дәлдік дәрежесімен қатаң дәл бола алады, ал соңғысы тек өлшеу технологиясының даму деңгейімен және орындаушылардың еңбекқорлығымен анықталады. Бұл түсінік, егер қаласаңыз, сенімділік классикалық ғылым тұрғысынан өлшемдердің дәлдігіне іргелі шектеулердің жоқтығына байланысты. Әдетте, жеткілікті күш пен ұқыптылықпен аспаптарды өте мінсіз жасауға болатыны, ал экспериментатордың жұмысының, уақыты мен талантының арқасында тәжірибесі мен шеберлігі өте жоғары болуы мүмкін екендігі анық болғандықтан, әдетте талқыланбайды. экспериментатор. Бірақ мұндай көзқарастың немесе сенімнің заңдылығына елеулі эксперименттік негіздемелер жоқ. Соған қарамастан, ол априори түрде шын ақиқат ретінде қабылданды, әрине (және бұл тек сенімнің әсері, шынайы шындық емес). Бірақ ғылым критерийі, ақиқат критерийі ретіндегі дәлелдер бір емес, бірнеше рет дәлелсіз болып шықты. Кем дегенде, Аристотель мен Галилейдің қозғалыс мәселелеріне көзқарастары арасындағы белгілі қарама-қайшылықты еске түсірейік, ол денелер қозғалысындағы инерция заңының ашылуымен аяқталды.

Г.Галилей инерция заңын ашу арқылы күш денелер жылдамдығының шамасының себебі емес, денелер жылдамдығының өзгеруінің себебі (яғни үдеу себебі) екенін көрсетті және дәлелдеді. денелердің). Бұл екпіннің елеусіз болып көрінетін ауысуы іс жүзінде әлемнің бүкіл бейнесін түбегейлі өзгертті және Ньютон механикасының дүниеге келуіне әкелді. Ақырында, бұл әлемді түсінудің жолдары мен әдістерінің бүкіл жүйесінде төңкеріс жасады: ғылыми эксперимент түріндегі әлеуметтік практика теориямен және оның салдарларының жиынтығын практикалық тексерумен ұштастыра отырып, дүние жүзіндегі мәселелерді шешу критерийіне айналды.

Дегенмен, дүниені қалағандай жоғары дәлдікпен, қалағандай аз дәлсіздікпен танудың түбегейлі мүмкіндігі туралы идея ғылым философиясы мен адам санасының негізінде, барлық адамдардың тәжірибесінің негізінде қалды. адамның танымдық-бағдарлық әрекеттері. Классикалық концепциялар бойынша дүниедегі күштерді білу механикадағы Ньютонның екінші заңының өзгермейтіндігіне байланысты болашақтағы оқиғалардың барысын болжауға және өткендегі оқиғалардың барысын білуге ​​мүмкіндік береді: (д) б /dt) = Ф (11.1)

t уақыт белгісін өзгертуге – t уақытын “– t” уақытына ауыстыру.

Бұл идеяны алғаш рет француз ғалымы Р.Декарт айтқан: «Әлем бір рет іске қосылған сағат!». Қазіргі заманғы интерпретацияда детерминизм принципін Лаплас берген: «әрбір оқиғаның бір ғана себебі бар; әсер мен себеп арасындағы байланыс бір мәнді; Кез келген жүйенің қозғалысы денелердің берілген өзара әрекеттесуі және берілген бастапқы шарттар үшін қозғалыс заңдарымен бірегей түрде анықталады».

Кванттық ғылым әлем туралы түсініктерге және ойлау құрылымына түбегейлі өзгерістер әкелді, бұл белгілі бір дәрежеде біздің заманымызға тән. Теорияны тұжырымдайтын фактілерді таңдау ерекше емес. Бірақ ұсақ-түйектер мен ұсақ-түйектердің қорқынышынан арылмайтын қарапайым жағдайларды қарастырған жөн.

Тар жарық сәулесінің жолында орналастырылған пластинаны қарастырайық (1-11-сурет).

Пластинада жарық бөлінеді: сәуленің бір бөлігі пластина арқылы өтеді және қабылдағыш 1 арқылы жазылады, ал екіншісі қабылдағыш 2 арқылы көрсетіледі және жазылады. Осылайша, бірдей бөлшектер

Бірдей жиіліктегі жарық ағынында (фотондар) пластинкаға түскенге дейін бірдей жағдайларда олар пластинамен әрекеттескеннен кейін мүлдем басқаша әрекет етеді. Басқаша айтқанда, фотонның әрекеті күтпеген болып шығады! Бұл Лаплас/Декарт берген мағынадағы детерминизм табиғатта мүлде жоқ деген сөз! Фотонның пластинадан шағылысуы – кездейсоқ оқиға! Дегенмен, N >> 1 фотондардың көп санына эквивалентті көптеген сынақтар кезінде фотондардың әрекеті толқындық оптика заңдарына сәйкес болжамды болып шығады.

Сонымен, кванттық ғылым әлемдегі қарым-қатынастар мен оларды өлшеудің дәлдігі туралы идеяларға түбегейлі бетбұрыс енгізе отырып, классикалық детерминизм принципі мен классикалық әдіснаманың әсіресе жоғары дәлдіктегі өлшемдер саласындағы түбегейлі сәйкессіздігін анықтады. қазіргі метрология үшін негізгі маңызы бар, олардың өлшеу мәселесіне классикалық тәсілдерінің қайшылықтарын ерекше жоғары дәлдікпен шешу қабілетімен үйлеспейді және өлшеу кезінде физикалық шамалардың ауытқуы және шу түріндегі қателердің жойылмайтын көзіне байланысты олардың қол жетімсіздігі.

ДӘРІС 12. Н.БОРДЫҢ ТОЛЫҚТЫРУ ПРИНЦИПІ ЖӘНЕ

В.ГАЙЗЕНБЕРГ БЕЛГІЛІМДІК ҚАТЫНАСТАРЫ

27. Бордың толықтыру принципі және В.Гейзенбергтің белгісіздік қатынастары.

27. Кванттық ғылым бізді қоршаған әлем, Ғалам туралы біздің идеялар жүйесінде де, тіпті біздің заманымызға белгілі бір дәрежеде тән ойлау құрылымының өзінде де түбегейлі бетбұрысты білдіреді.

Классикалық және кванттық ғылымдарға тән дүниедегі құбылыстар мен қатынастарға деген көзқарастар арасындағы байланыс Планк тұрақтысы h = 2πћ (немесе ћ = h/2π) түріндегі әрекет кванты деп аталатын нәрсенің болуымен анықталады. әрекет өлшемі бар, яғни уақыт бойынша жұмыстың өнімі (Дж сек). Егер әрекет өлшемі бар кез келген физикалық шама (мысалы, бұрыштық импульс L = pr) өте үлкен сан N>>1 әрекет кванты ћ = h/2π, онда классикалық механика билік етеді және денелер қозғалысындағы классикалық заңдар өзін толық көрсетеді. Бірақ егер әрекет өлшемі бар физикалық шама (мысалы, бұрыштық импульс L = рr) аз N ~ 1 әрекет кванты ћ = h/2π болса, онда кванттық механика билік етеді және қозғалыста кванттық заңдарды қолдану керек. микрообъектілер. Алғаш рет Н.Бор тұжырымдаған бұл әдіснамалық ұстаным ретінде белгілі толықтыру принципі .

Өлшеу мәселесін шешуде ғылыми әдістеменің дамуының қуатты негізі 1927 жылы В.Гейзенберг ашқан белгісіздік қатынасы болды.

Гейзенбергтің белгісіздік қатынасы (немесе жиі айтылғандай, принцип) кванттық жүйелердің динамикалық сипаттамаларын өлшеуге болатын максималды дәлдікке елеулі шектеулер қоятын кванттық теорияның негізгі қағидасы болып табылады. Ол кез келген физикалық жүйенің оның инерция центрінің және импульсінің координаталары бір уақытта нақты анықталған (яғни, ерікті түрде аз қателікпен көрсетілген) мәндерді қабылдайтын күйлерде бола алмайтынын және бұл шамаларды жеке түрде принцип бойынша өлшеуге болатынын айтады. кез келген еркін шағын қателікпен принципті түрде өлшенетін кез келген дәреже дәлдігі.

Сандық тұрғыдан белгісіздік қатынасы келесідей тұжырымдалады. Егер х k және p xk жүйенің инерция центрінің және импульс проекциясының x k (мұндағы k = 1,2,3) координатасының мәндеріндегі белгісіздіктерді көрсетсе. Р сәйкес осінде x k, стандартты ауытқулар ретінде түсініледі x k 2  1/2 және p xk 2  1/2 осы физикалық шамалардың орташа мәндерінен, онда осы конъюгаттық физикалық шамалардың белгісіздіктерінің көбейтіндісі болмауы керек. штрихпен (ħ/2) Планк тұрақтысының жартысынан аз шама ретінде болуы керек: p x 2  1/2 x 2  1/2 ≥ (ħ/2) (12.1)

Макроскопиялық шамалар үшін әрекет өлшемдерімен салыстырғанда Планк тұрақтысының кішілігіне байланысты белгісіздік қатынастары (12.1) шын мәнінде тек атомдық микроскопиялық жүйелер үшін маңызды болып шығады. Анықталмағандық қатынастарынан мынадай қорытынды шығады: конъюгаттық физикалық шамалардың біреуі неғұрлым дәл өлшенсе, олардың екіншісінің мәні соғұрлым белгісіз болып шығады. Бұл конъюгаттық физикалық шамаларды бір мезгілде анықтау мүмкін еместігі объективті кванттық физикалық себептерге байланысты, ал өлшеу құралдарының мүмкін жетілмегендігі бұл жерде шешуші фактор емес.

Белгісіздік қатынасы, туындысы Планк тұрақтысының өлшемімен бірдей әрекет өлшемі бар конъюгаттық физикалық шамалардың басқа тобы үшін ұқсас түрде тұжырымдалады. Әсер өлшемі бар конъюгаттық физикалық шамалардың мұндай жұптары энергия E және уақыт t, сонымен қатар бұрыштық импульстің z осіне L z проекциялары болып табылады. Л және бұрыштық импульс векторына перпендикуляр жазықтықта бұл проекцияның бұрыштық орны , яғни түрдегі теңсіздіктер орын алады:

Et ≥ (ħ/2) (12.2)

L z  ≥ (ħ/2) (12.3)

Атап айтқанда, энергия мен уақытқа белгісіздік қатынасы (12.2) егер физикалық жүйе стационарлық күйде болса, онда Е энергиясын, тіпті осы күйде болса да, қатынаспен анықталған мәннен E аз қателікпен өлшеуге болмайтынын білдіреді. нысаны: E = (ħ/2t) (12.4)

мұндағы t стационарлық күйдің Е энергиясын өлшеу уақытындағы ұзақтығын білдіреді.

Мұның себебі физикалық жүйенің өлшеу құрылғысымен өзара әрекеттесуінде жатыр, ал белгісіздік коэффициенті бұл жағдайда өлшеу құрылғысы мен физикалық жүйенің өзара әрекеттесу энергиясын бағалауға мүмкіндік береді. Энергия мен уақытқа белгісіздік қатынасының (12.2) тікелей салдары ретіндегі (12.4) қатынасты тұйық жүйенің стационарлы емес күйінің энергетикалық мәнінің белгісіздігін бағалау үшін де қолдануға болады, ал уақыт бойынша белгісіздік t болады. стационарлы емес (қозған) мемлекеттік жүйелердің  өмір сүру ұзақтығы ретінде түсініледі.

Энергия мен уақыттың белгісіздік қатынасы атомдар, молекулалар, молекулалар кластерлері және ядролар сияқты микроскопиялық кванттық жүйелердің қозған күйлеріне қатысты маңызды қорытындыларға әкеледі. Кванттық жүйелердің қозған күйлері тұрақсыз, олардың энергиясы белгілі бір бұлдыр ені бар орташа мәннің айналасында бұлыңғыр болады, жүйенің кванттық деңгейінің табиғи ені Г = 2E деп аталады, күйдің өмір сүру ұзақтығына  қатысты. түрінің қатынасы: Г = ħ (12.5)

Және бұл формада белгісіздік қатынасы атомдық және үшін маңызды ядролық физика, стационарлық емес күйлер физикасы үшін.

Егер Е энергиясы мен t уақыты үшін белгісіздік қатынасы (12.2) іс жүзінде ешқашан қатаң монохроматикалық емес монохроматикалық электромагниттік толқындарға қолданылса, онда толқын фазасы үшін  және N белгісіздік қатынасын  және байланыстырылған фотондардың N санын аламыз. берілген электромагниттік толқын арқылы тасымалданатын сәулелену ағынымен және бұл қатынас келесі формада болады:

N ≥ 1/2 (12,6)

Бұл қатынас қателердің абсолютті шегін немесе электромагниттік сәулелену ағынының параметрлерін өлшеудің дәлдігін анықтайды. Бұл әсіресе электромагниттік толқындардың когерентсіз ағындарының оптикалық аймағы үшін маңызды, мұнда кванттардың жоғары энергиясының арқасында сипаттамалық өлшеу уақытында тіркелген фотондар саны N N, және, демек, олардың санының белгісіздігі N болады. бірлік деңгейінде. Сондықтан  фазасының белгісіздігі өте үлкен. Ал когерентті электромагниттік толқындардың күйі шамалы фазалық таралумен  белгіленеді, сондықтан (12.6) қатынас теңдік сипатын алады: N = 1/2 (12.7)

Кванттық жүйенің толқындық функциясының  фазасы үшін  және N белгісіздіктерінің қатынасын және мұндай жүйелердің кванттық күйлерін тасымалдаушылардың N санына қатысты қолдануға болады, біз 1991 жылы жұмысымыздың бірінде бірінші рет көрсеткендей, адам қоғамы.

ДӘРІС 13. МЕТРОЛОГИЯЛЫҚ ҚАСИЕТТЕР ТУРАЛЫ

МИКРООБЪЕКТТЕР. ДЕҢГЕЙДЕГІ СӘЙКЕСТІК РЕСУРСТАР

МИКРООБЪЕКТ ПАРАМЕТРЛЕРІНІҢ ТҰРАҚТЫЛЫҒЫ

КВАНТТЫҚ ПОЗИЦИЯЛАРДАН МЕТРОЛОГИЯНЫҢ ТАЛАПТАРЫНА.

28. Н.Бор бойынша кванттық физикалық өлшемдер туралы түсінік.

29. Микрообъектінің физикалық шамаларының толық жиынтығы микрообъектілердің метрологиялық параметрлерінің ресурсын қамтамасыз ету тәсілі және микрообъектілердің кванттық метрологиясының негізі болып табылады.

28. Дүниені ғылыми танудың және алынған білімді тиімді пайдаланудың қажетті шарты - адамзат үшін жеткілікті ұзақ және әлеуметтік маңызды уақыт кезеңінде әлемдегі барлық қатынастар жүйесінің тұрақты және тұрақты болуы. Өз кезегінде қоғам талап етіп отырған дүниені танудың ғылыми сипаты мен оның нәтижелерін меңгерудің тиімділігі іс жүзінде бар және адамдар пайдаланатын дүниенің тұрақтылығымен және ондағы жаһандық қатынастардың тұрақтылығымен қамтамасыз етіледі. Әлемдегі қарым-қатынастардың тұрақтылығы мен тұрақтылығы біздің әлемнің әртүрлі бөліктерінің қозғалысы мен өзара әрекеттесуінің кванттық сипатының салдары болып табылады. Әлемдегі қарым-қатынастардың тұрақтылығы мәселесі тек кванттық парадигма шеңберінде, біздің әлемнің әртүрлі ішкі жүйелерінің қозғалысындағы кванттық заңдарды түсіну және есепке алу негізінде ғана шешілуі мүмкін және шешілуде.

Ал микрообъектілердің метрологиялық қасиеттерін анықтау және пайдалану мәселесі кванттық құбылыстар мен кванттық жүйелердің өздерін тиісті зерттеу негізінде шешіледі. Әрине, мінез-құлқы таза кванттық сипатта болатын микрообъектілер жағдайында классикалық көзқарас тұрғысынан байқалатын параметрлердің тұрақтылық деңгейі жоғары дәлдіктегі өлшемдерді қамтамасыз ететін ғылым ретінде метрология талаптарына мүлдем сәйкес келмейтін сияқты. . Бұл келіспеушілік жүйенің күйін анықтайтын көптеген физикалық шамалар үшін де, бір мезгілде де ерікті түрде аз қателікпен өлшеуді жүргізу мүмкіндігі туралы классикалық әдіснама идеясында көрінеді. Микробөлшектердің мінез-құлқының кванттық және классикалық суреттері арасындағы қайшылықтың тереңдігі фазалық конъюгаттық физикалық шамалар (өнім өлшемі әрекет өлшеміне тең шамалар) үшін Гейзенберг белгісіздік қатынастарымен көрсетілген. Негізінде олар микробөлшектердің қозғалысының кванттық теориясында микробөлшектердің траекториясы туралы ешқандай түсінік болуы мүмкін емес деген қорытындыға әкеледі. Сонымен қатар, микробөлшектердің белгілі бір траекториясының болмауы классикалық теорияда белгілі жылдамдық, үдеу, жол, микробөлшектердің орын ауыстыруы және т.б. сияқты динамикалық сипаттамалар туралы айтудың қажеті жоқ. Әрине, айта кететін жайт, бұл жерде біз тек микробөлшектердің кеңістіктегі қозғалысын сипаттайтын шамалар туралы ғана айтып отырмыз, бірақ оны бөлшек ретінде анықтайтын шамалар туралы емес, яғни біз масса туралы да, электр заряды туралы да, микробөлшектерді айналдырады

Бірақ белгісіздік қатынасымен байланысты динамикалық конъюгацияланған физикалық шамалардың белгісіздіктері микрообъектілердің сәйкес параметрлерінің тұрақтылық деңгейін метрологияның шеңбердегі әлемді түсіну тәсілі ретінде өлшемдер тұрғысынан ғана сәйкес емес етеді. классикалық парадигма. Біз кванттық парадигма аясында әлемді түсіну тәсілі ретінде өлшемдер позициясына сенуіміз керек. Міне, біз білім тарихында қайталанбайтын жағдайға тап болдық. Ол алғаш рет Н.Бордың өзі әзірлеген комплементарлылық принципі шеңберінде кванттық метрологияның дамуының пайдасына анықталып, шешілді. Онымен келісе отырып, бұл жағдайға кванттық және классикалық парадигмалар мен әдістемелердің, кванттық және классикалық механиканың ажырамас корреляциясы кіреді.

Шынында да, әдетте неғұрлым жалпы теория (а кванттық теориябұл классикалық үшін не болып табылады) жалпы теорияның шектеуші жағдайы болып табылатын аз жалпы теорияға қарамастан логикалық жабық түрде тұжырымдалған (тұжырымдалуы мүмкін). Бірақ кванттық теорияның, кванттық физиканың немесе дәлірек айтсақ, кванттық механиканың ережелерінің негізгі ережелерін тұжырымдау классикалық физиканың қатысуынсыз немесе, дәлірек айтсақ, классикалық механиканың қатысуынсыз түбегейлі мүмкін емес. Бұл, біріншіден, тек кванттық микрообъектілер жүйесі үшін логикалық тұйық механиканы құру әдетте мүмкін еместігіне, екіншіден, нақты экспериментте микрообъектілердің күйлері туралы ақпаратты алу тәсіліне байланысты. Бұл жағдай логикалық ұғымдарды қолданбай жүзеге асыру мүмкін болмаған кезде және олардың көмегімен алынған әлемдегі қатынастардың суреті толық емес болып шыққанда, когнитивтік әрекеттің антиномиясының парадоксальды сипатын көрсетеді.

Микробөлшектердің қозғалысын сандық сипаттаудың қажеттілігі мен мүмкіндігі физикалық объектілердің болуын талап етеді. жеткілікті жоғары дәлдікклассикалық механика (физика) заңдарымен сипатталады. Егер микробөлшек осындай классикалық объектімен әрекеттессе, онда соңғысының күйі, жалпы айтқанда, өзгереді. Классикалық объектінің мұндай өзгерісінің сипаты мен дәрежесі микробөлшек күйінің өлшемі ретінде қызмет етеді, өйткені классикалық объектінің күйінің өзгеруі оның күйіне байланысты.

Осыған байланысты классикалық объект деп аталады құрылғы немесе өлшеу құралы микробөлшектердің күйі. Және бірден атап өту керек, бұл жерде, кванттық теорияда, астында өлшеу түсіну, Н.Бор тұжырымдамасы бойынша, тек кванттық және классикалық объектілердің өзара әрекеттесу процесі, микробөлшектің классикалық объектімен әрекеттесу процесі– құрылғы , және бұл процесс кванттық физикалық өлшеу кез келген бақылаушыдан бөлек және тәуелсіз жүреді. Бақылаушы классикалық объект – құрылғы – мен кванттық объект – микробөлшек – арасындағы осындай өзара әрекеттесу нәтижелерін білім объектісі ретінде таным мүддесінде пайдалана алады және пайдалануы керек.

Әдетте, өлшеу құралы үлкен массасы бар және макрообъекті болып табылатын белгілі бір физикалық объект ретінде ұсынылады. Бірақ белгілі бір орасан зорлық ретіндегі әдеттегі мағынада объектінің макроскопиялық табиғаты құрылғы үшін міндетті қасиет немесе оны пайдалану мүмкіндігіне қойылатын талап емес. Белгілі бір жағдайларда құрылғының рөлін белгілі микрообъекті де атқарады, өйткені құрылғы ұғымы жеткілікті дәлдікке ие құрылғы болу түсінігін және біз назар аударатын бұл «жеткілікті дәлдікпен» ұғымды қамтиды. , орындалу міндетіне, мақсатына және дәлдігіне байланысты .

Кванттық физикалық өлшеу – кванттық объектінің классикалық объектімен әрекеттесуі – маңызды қасиетке ие – ол әрқашан өлшенетін кванттық объектінің өзіне әсер етеді. Бұл әсерді қалағандай етіп жасау мүмкін емес - бұл классикалық және кванттық әдістемелердің арасындағы түбегейлі айырмашылық. Бірақ бұл жағдайды түсіну бізге микрообъектілердің метрологиялық қасиеттері мен параметрлерінің ресурсын қамтамасыз етудің әдістемелік негізін береді.

29 . Анықталғандай, метрологияның классикалық парадигма тұрғысынан микрообъектілердің параметрлерін өлшеу кезінде олардың тұрақтылық деңгейіне қойылатын талаптары материяның және оның микрообъектілерінің өздігінен қозғалысының кванттық сипатынан алшақтайды.

Бұл қайшылық міндетті түрде микрообъектілердің метрологиялық қасиеттерін анықтау және қолдану мәселесін шешуді талап етеді, өйткені біз оны қаласақ та, қаламасақ та, кванттық заңдар біздің әлемнің бар екендігін анықтайды. Ал Н.Бор бойынша кванттық микрообъект пен құрылғының өзара әрекеттесуі ретінде түсінілген кванттық өлшем ұғымы оны шешуге мүмкіндік берді. Әдістеме – тиімді танымның құралдары мен әдістерінің жүйесі – әрбір нақты өлшемнің нюанстарын ескере отырып, Н.Бор бойынша кванттық өлшем концепциясына құрылған.

Анықталған кванттық заңдарға және нақты тәжірибе шарттарына сәйкес микробөлшектердің құрылғымен нақты әрекеттесу нәтижелеріне жүгіну метрология талаптарымен микрообъектілер параметрлерінің тұрақтылығының тиісті деңгейін қанағаттандыру үшін үлкен ресурстарды ашты. Микрообъектінің параметрлерін өлшеудің барлық мүмкін болатын жағдайларының бір рецепті, негізінен, мүмкін емес. Тәсілдің өзі микрообъект пен құрылғы арасындағы байланыстың кванттық сипатына негізделген, толықтыру және белгісіздік принциптерін ескере отырып, микрообъектінің кез келген параметрлері бойынша есептелген өлшеу нәтижесін ашатын жалпы болады.

Шындығында, классикалық механикада уақыттың әр сәтінде бөлшек бір жерде (үш координатасы бар) және жылдамдығы (импульсі) болады. Бөлшектердің күйлері туралы ақпарат мұнда олардың бір мезгілде (кем дегенде зерттелетін құбылыстың масштабында) өлшеу нәтижесінде алынған физикалық шамалардың жиынтығы ретінде, атап айтқанда координаталарды, жылдамдықтарды, уақытты, массаны және , демек, импульс және бөлшектер энергиясы. Ал кванттық жағдайда электрон, мысалы, өлшеу нәтижесінде белгілі бір координаталарды алады және сонымен бірге жылдамдықтағы (импульс) кез келген анықтығын жоғалтады. Ал өлшеу нәтижесінде белгілі бір жылдамдыққа ие электрон белгілі бір орнын жоғалтады.

Сонымен, кванттық теория электронның бір уақытта орналасуы мен жылдамдығына ие болуына жол бермейді. Дәл осы тұжырым классикалық парадигма тұрғысынан микрообъектілердің тұрақтылық деңгейі мен қазіргі метрология талаптарының арасындағы сәйкессіздікте жатыр. Өз позициясынан физикалық жүйенің күйін толық сипаттау алдымен жүйе қозғалысының бастапқы сәтіндегі оның барлық бөліктерінің немесе бөлшектерінің координаталары мен жылдамдықтарын көрсету арқылы жүзеге асырылады, содан кейін осы бастапқы деректерге сүйене отырып, классикалық механиканың теңдеулері, негізінен, жүйенің барлық бөліктері мен бөлшектерінің координаталары мен жылдамдықтарын көрсете отырып, болашақта жүйенің әрекетін толығымен сипаттауға мүмкіндік береді (Декарттың сөздерін еске түсіру жеткілікті: «Әлем – бір рет оралатын сағат»).

Кванттық теорияда физикалық жүйенің мінез-құлқын мұндай егжей-тегжейлі сипаттау негізінен мүмкін емес, өйткені микрообъектінің координаталары және олармен байланысты импульстардың проекциялары бір уақытта болуы мүмкін емес. Кванттық жүйенің күйін сипаттау классикалық механикаға қарағанда физикалық параметрлердің аз саны негізінде жүзеге асырылады. Олардың саны классикалық теорияда жүйенің әдеттегі көлемінің V = abc көбейтіндісі арқылы анықталған  фазалық кеңістіктегі кванттық «клеткалар» деп аталатын N санынан артық болуы мүмкін емес, оның сызықтық параметрлері a, b және c импульстік кеңістіктің көлемі бойынша W = P x P y P z , мұндағы P x , P y және P z импульстік проекцияның сипаттамалық мәндері болып табылады. Р анықтамалық жүйенің X, Y және Z координаталық осьтеріне. Бір өлшемді фазалық кеңістіктің  x «ұяшық»  x ең аз өлшемі Х координатының сәйкес мәндері мен импульс проекциясының P x үшін Гейзенберг белгісіздік қатынасымен берілген:  x = Х Р x = 2ћ = h (13,1 )

Жүйенің фазалық көлемінің  оның ұяшығының көлеміне қатынасы  жүйенің кванттық «жасушаларының» N жалпы саны: N = [/(2ћ) 3 ] (13.2)

Барлық кванттық өлшемдерді екі санатқа бөлуге болады. Осындай өлшемдердің көпшілігін қамтитын олардың біреуі үшін кванттық жүйенің ешбір күйінде нәтижелер сенімді түрде дәл болмайды. Олардың тағы біреуі кванттық жүйенің белгілі бір күйлері кезінде сенімді дәл бір мағыналы нәтижелерді алуға мүмкіндік беретін өлшеу түрлерінің өте шектеулі санын қамтиды. Мұндай өлшемдерді «болжауға болатын» деп те атауға болады. Олар өлшемдердің кванттық теориясында микрообъектілердің параметрлерінің тұрақтылық деңгейіне сәйкестік ресурсының өзін анықтайтын негізгі рөл атқарады, бұл қазіргі метрологияның талаптарына сәйкес анықтау мәселесін қоюға мүмкіндік береді. микрообъектілердің метрологиялық қасиеттерін берік ғылыми негізде және микрообъектілердің қасиеттерін зерттеу және пайдалану кезінде өлшеу құралдары мен метрология эталондарын құруды қамтамасыз ету.

Осындай өлшемдермен анықталады - микрообъектінің құрылғымен әрекеттесуі - микрообъектінің күйінің сандық сипаттамалары микрообъектілердің физикалық шамалары . Мұндай шамалар микробөлшектің жылдамдығы да, оның координаттары да, кинетикалық немесе потенциалдық энергиясы да, т.б.

Егер кванттық өлшеудің белгілі бір күйінде (кванттық жүйенің құрылғымен әрекеттесу жағдайында) сенімді бір мәнді нәтиже алынса, онда олар мұндай күйде физикалық шаманың белгілі бір мәні бар дейді. Ал мұндай шамалар микробөлшектің толық энергиясы (дәлірек айтқанда, физикалық жүйенің белгілі кванттық күйіндегі толық энергиясы) (ал жалпы энергия классикалық физикада оның кинетикалық және потенциалдық энергиясының қосындысы ретінде қызмет ететін нәрсе ретінде түсініледі. бөлшек), спин (толық бұрыштық импульс), оның жүйенің белгілі бір айналу осіне проекциясы, сондай-ақ электр, барион, лептон зарядтары сияқты кванттық шамалар және т.б.

Кванттық жүйенің күйлерін сипаттау келесі қасиеттерге ие микрообъектінің физикалық шамаларының толық жиынтығына негізделген:

– толық жиынтықтың физикалық шамалары бір уақытта өлшенеді;

– оларда бір мезгілде анықталған өлшенетін мәндер бар;

– басқа шамалар мүлде нақты мағынаға ие бола алмайды.

Микрообъектілердің физикалық шамаларының толық жиынтығын құрайтын физикалық шамалар негіз қояды микрообъектілердің метрологиясы . Айтпақшы, микрообъектілер үшін метрологияның толық жиынтығын бір физикалық шамаға, мысалы, бос бөлшектің энергиясына дейін азайтуға болады.

Енді кванттық физикалық жүйе күйінің толық сипаттамасының мағынасын ашайық. Микрообъектінің толық сипатталған күйлері микрообъектінің кванттық күйін сипаттайтын физикалық шамалардың толық жиынтығын бір мезгілде өлшеу арқылы алынады; олардың негізінде микрообъектінің бірінші өлшеуге дейінгі жағдайына қарамастан, кейінгі өлшеулер нәтижелерінің ықтималдығы алынады.

Сонымен, микрообъектілердің өзара әрекеттесуінің кванттық заңдарымен және олардың кванттық қасиеттерімен үйлесетін заманауи метрология кванттық парадигма тұрғысынан бір мезгілде микрообъектілердің метрологиялық қасиеттерін зерттеу және пайдалану үшін үлкен ресурсқа ие. өлшенетін кванттық физикалық шамалар. Ол микрожүйенің белгілі кванттық күйдегі толық энергиясынан (негізгі кванттық n санымен берілген), жүйенің толық бұрыштық импульсінен және оның кеңістіктегі белгілі бір бағытқа проекциясынан, микробөлшек спинінен және оның проекциясынан тұрады. бұл бағыт, сондай-ақ кванттық сандар, микрообъектілердің зарядтары ретінде түсініледі (электрлік, бариондық, лептондық зарядтар және т.б.).

Ал метрологиядағы барлық өлшемдер микрообъектінің кванттық шамаларының толық жиынтығын алу негізінде жоспарланады және жүргізіледі.

РЕСЕЙ ФЕДЕРАЦИЯСЫНЫҢ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ ШЫҒЫС СІБІР МЕМЛЕКЕТТІК ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

Метрология, стандарттау және сертификаттау бөлімі

ӨЛШЕМДЕРДІҢ ФИЗИКАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ

«Әмбебап физикалық тұрақтылар» дәрістер курсы

Құрастырған: Жарғалов Б.С.

Улан-Удэ, 2002 ж

«Әмбебап физикалық тұрақтылар» дәрістер курсы «Өлшемдердің физикалық негіздері» пәнін оқу кезінде «Метрология, стандарттау және сертификаттау» бағыты бойынша студенттерге арналған. Жұмыста кейіннен физикалық шама бірліктерінің халықаралық жүйесінің негізін құраған әлемдік жетекші физиктердің физикалық тұрақтыларды ашу тарихына қысқаша шолу жасалған.

Кіріспе Гравитациялық тұрақты

Авогадро мен Больцманның тұрақты Фарадей тұрақтысы Электрон заряды мен массасы Жарық жылдамдығы

Планк Ридберг тұрақтылары Протон мен нейтронның тыныштық массасы Қорытынды Әдебиеттер

Кіріспе

Әмбебап физикалық тұрақтылар - сандық коэффициенттер ретінде енгізілген шамалар математикалық өрнектеріргелі физикалық заңдарнемесе микронысандардың сипаттамалары болып табылады.

Әмбебап физикалық тұрақтылар кестесін қазірдің өзінде аяқталған нәрсе ретінде қабылдауға болмайды. Физиканың дамуы жалғасуда және бұл процесс сөзсіз жаңа константалардың пайда болуымен бірге жүреді, олар бүгінде біз тіпті білмейді.

1-кесте

Әмбебап физикалық тұрақтылар

Аты				Сандық мән
Гравитациялық				6,6720*10-11 Н*м2 *кг-2
тұрақты
Авогадро тұрақтысы				6,022045*1022 моль-1
Больцман тұрақтысы				1,380662*10-23 Дж* К-1
Фарадей тұрақтысы				9,648456*104 С*моль-1
Электрон заряды				1,6021892*10-19 Кл
Электронның тыныштық массасы				9,109534*10-31 кг
Жылдамдық				2,99792458*108 м*с-2
Планк тұрақтысы				6,626176*10-34 *Дж*с
Ридберг тұрақтысы			R∞	1,0973731*10-7 *м--1
Протонның тыныштық массасы				1,6726485*10-27 кг
Нейтронның тыныштық массасы				1,6749543*10-27 кг

Кестеге қарап, тұрақты мәндердің үлкен дәлдікпен өлшенетінін көруге болады. Дегенмен, белгілі бір константаның мәні туралы неғұрлым дәл білім ғылым үшін түбегейлі маңызды болып шығады, өйткені бұл көбінесе бір физикалық теорияның дұрыстығының немесе басқасының қателігінің критерийі болып табылады. Сенімді өлшенген эксперименттік деректер жаңа теорияларды құру үшін негіз болып табылады.

Физикалық тұрақтыларды өлшеу дәлдігі қоршаған дүниенің қасиеттері туралы біліміміздің дәлдігін білдіреді. Ол физика мен химияның негізгі заңдарының қорытындыларын салыстыруға мүмкіндік береді.

Гравитациялық тұрақты

Денелердің бір-біріне тартылуын тудыратын себептер ерте заманнан бері ойластырылған. Ойшылдардың бірі ежелгі дүние– Аристотель (б.з.д. 384-322) барлық денелерді ауыр және жеңіл деп бөлді. Ауыр денелер - тастар құлап, Аристотель енгізген белгілі бір «әлемнің орталығына» жетуге тырысады, жеңіл денелер - оттан шыққан түтін - жоғары ұшады. Басқа ежелгі грек философы Птоломейдің ілімі бойынша «әлемнің орталығы» Жер болды, бірақ қалғандары аспан денелеріоның айналасында айналды. Аристотельдің беделінің зор болғаны сонша, 15 ғасырға дейін. оның пікіріне күмәнданбады.

Леонардо да Винчи (14521519) «Әлем орталығы» деген болжамды бірінші болып сынады.Аристотель көзқарастарының сәйкессіздігін тарихтағы тұңғыш физиктің тәжірибесі көрсетті.

экспериментші ғалым Г.Галилей (1564-1642). Ол атақты Пиза мұнарасының басынан шойын зеңбірек оғы мен ағаш шарды тастады. Жерге бір уақытта массасы әртүрлі объектілер құлады. Галилео эксперименттерінің қарапайымдылығы олардың маңыздылығын төмендетпейді, өйткені бұл өлшеулер арқылы сенімді түрде анықталған алғашқы эксперименттік фактілер болды.

Барлық денелер Жерге бірдей үдеумен түседі - бұл Галилео эксперименттерінің негізгі қорытындысы. Ол сондай-ақ еркін түсу үдеуінің мәнін өлшеген, оны ескере отырып

күн жүйесі күнді айналады. Дегенмен, Коперник бұл айналудың пайда болу себептерін көрсете алмады. Планеталар қозғалысының заңдарын соңғы түрінде неміс астрономы Й.Кеплер (1571-1630) шығарды. Кеплер планеталардың қозғалысын ауырлық күші анықтайтынын әлі түсінбеді. Ағылшын Р.Кук 1674 ж

Ол эллипстік орбитадағы планеталардың қозғалысы олардың барлығын Күн тартады деген болжамға сәйкес келетінін көрсетті.

Исаак Ньютон (1642-1727) 23 жасында планеталардың қозғалысы Күнге бағытталған радиалды тартылыс күшінің әсерінен және Күн мен Күн арасындағы қашықтықтың квадратына кері пропорционал модуль әсерінен болады деген қорытындыға келді. планета.

Бірақ бұл болжамды Ньютон растауы керек еді, себебі бір текті гравитациялық күш оның серігі Айды Жерге жақын ұстайды және қарапайым есептеуді жүргізді. Ол келесіден шықты: Ай Күнді айнала орбита бойынша қозғалады, оны бірінші жуықтау бойынша дөңгелек деп санауға болады. Оның центрге тартқыш үдеуін a формуласы арқылы есептеуге болады

a =rω 2

мұндағы r – Жерден Айға дейінгі қашықтық, ал ω бұрыштық үдеуАйлар. r мәні Жердің алпыс радиусына тең (R3 = 6370 км). ω үдеу Айдың Жерді айналу периоды бойынша есептеледі, ол 27,3 тәулік: ω =2π рад/27,3 тәулік.

Сонда a үдеуі:

a =r ω 2 =60*6370*105 *(2*3,14/27,3*86400)2 см/с2 =0,27 см/с2

Бірақ егер гравитациялық күштер қашықтықтың квадратына кері пропорционалды түрде азаятыны рас болса, онда Айдағы ауырлық күшінің үдеуі g l болуы керек:

g l =бару /(60)2 =980/3600см/с2 =0,27 см/с3

Есептеулер нәтижесінде теңдік алынды

a = g l,

анау. Айды орбитада ұстап тұрған күш Айды Жердің тарту күшінен басқа ештеңе емес. Дәл осы теңдік Ньютонның қашықтыққа байланысты күшінің өзгеру сипаты туралы болжамдарының дұрыстығын көрсетеді. Осының бәрі Ньютонға тартылыс заңын жазуға негіз болды

қорытынды математикалық форма:

F=G (M1 M2 /r2 )

мұндағы F – бір-бірінен r қашықтыққа бөлінген екі масса M1 және M2 арасындағы әрекет ететін өзара тартылыс күші.

Бүкіләлемдік тартылыс заңының бөлігі болып табылатын G коэффициенті әлі күнге дейін жұмбақ гравитациялық тұрақты болып табылады. Бұл туралы ештеңе белгілі емес - оның мағынасы да, денелерді тарту қасиеттеріне тәуелділігі де.

Бұл заңды Ньютон денелердің қозғалыс заңдарымен (динамика заңдарымен) бір мезгілде тұжырымдағандықтан, ғалымдар планеталардың орбиталарын теориялық тұрғыдан есептей алды.

1682 жылы ағылшын астрономы Э.Галлей Ньютон формулаларын қолдана отырып, сол кезде аспанда байқалған жарқыраған кометаның Күнге екінші рет келу уақытын есептеді. Комета дәл болжанған уақытта оралып, теорияның ақиқаттығын растады.

Ньютонның тартылыс заңының маңызы жаңа планетаның ашылу тарихында толық дәлелденді.

1846 жылы бұл жаңа планетаның орнын есептеуді француз астрономы В.Ле Верьер жүргізді. Ол өзінің аспан координаттарын неміс астрономы И.Галлеге хабарлаған соң, белгісіз планета, кейінірек Нептун деп аталды, дәл есептелген жерде табылды.

Айқын табыстарға қарамастан, Ньютонның тартылыс теориясы ұзақ уақыт бойы ақыры мойындалмады. Заң формуласындағы гравитациялық тұрақты G мәні белгілі болды.

G гравитациялық константасының мәнін білмей, F есептеу мүмкін емес. Дегенмен денелердің еркін түсу үдеуін білеміз: go = 9,8 м/с2, бұл G гравитациялық тұрақтысының мәнін теориялық тұрғыдан бағалауға мүмкіндік береді. Шындығында, шардың Жерге түсетін күші - бұл допты Жердің тарту күші:

F1 =G(M111 M 3 /R3 2)

Динамиканың екінші заңы бойынша бұл күш денеге еркін түсу үдеуін береді:

g 0=F/M 111 =G M 3/R 32

Жердің массасы мен оның радиусының мәнін біле отырып, тартылыс күшінің мәнін есептеуге болады.

тұрақты:

G=g0 R3 2 / M 3= 9,8*(6370*103 )2 /6*1024 м3/с2 кг=6,6*10-11 м3/с2 кг

1798 жылы ағылшын физигі Г.Кавендиш жер жағдайында шағын денелер арасындағы тартылысты ашты. Әрқайсысының салмағы 730 г болатын екі кішкентай қорғасын шар рокердің ұштарында ілулі болды. Содан кейін осы шарларға әрқайсысының салмағы 158 кг болатын екі үлкен қорғасын шар әкелінді. Бұл тәжірибелерде Кавендиш алдымен денелердің бір-біріне тартылуын байқады. Ол сонымен бірге гравитациялық күштің мәнін тәжірибе жүзінде анықтады

тұрақты:

G=(6,6 + 0,041)*10-11 м3 /(с2 кг)

Кавендиштің эксперименттері физика үшін өте маңызды. Біріншіден, тартылыс тұрақтысының мәні өлшенсе, екіншіден, бұл тәжірибелер тартылыс заңының әмбебаптығын дәлелдеді.

Авогадро және Больцман тұрақтылары

Әлемнің қалай жұмыс істейтіні ерте заманнан бері айтылып келеді. Бір көзқарасты жақтаушылар барлық заттар түзілетін белгілі бір бастапқы элемент бар деп есептеді. Мұндай элемент, ежелгі грек философы Геосидтердің пікірінше, Жер болды, Фалес негізгі элемент ретінде суды, Анаксимен ауаны, Гераклит - отты, Эмпедокл барлық төрт негізгі элементтердің бір мезгілде болуын болжады. Платон белгілі бір жағдайларда бір негізгі элемент екіншісіне айналуы мүмкін деп есептеді.

Сондай-ақ түбегейлі басқа көзқарас болды. Левкипп, Демокрит және Эпикур материяны бір-бірінен өлшемі мен пішіні жағынан ерекшеленетін, бөлінбейтін және өтпейтін ұсақ бөлшектерден тұратын етіп көрсетті. Олар бұл бөлшектерді атомдар деп атады (грекше «atomos» - бөлінбейтін). Материяның құрылымы туралы көзқарас эксперименталды түрде қолдау таппады, бірақ ежелгі ғалымдардың интуитивті болжамы деп санауға болады.

Алғаш рет материяның құрылымы атомдық позициядан түсіндірілетін зат құрылымының корпускулярлық теориясын ағылшын ғалымы Р.Бойл (1627-1691) жасады.

Химиялық элементтердің ғылым тарихында алғашқы классификациясын француз ғалымы А.Лавуазье (1743-1794) берді.

Корпускулалық теория көрнекті ағылшын химигі Дж.Дальтонның (1776-1844) еңбектерінде одан әрі дамыды. 1803 жылы Дальтон қарапайым еселік қатынас заңын ашты, оған сәйкес әртүрлі элементтер бір-бірімен 1:1,1:2 және т.б. қатынаста қосыла алады.

Дальтонның 1808 жылы француз ғалымы Ж.Гей-Люсак ашқан қарапайым көлемдік қатынастар заңын абсолютті мойындамауы ғылым тарихының парадоксы болып табылады. Бұл заңға сәйкес реакцияға қатысатын газдардың да, газ тәрізді реакция өнімдерінің де көлемдері қарапайым еселік қатынаста болады. Мысалы, 2 литр сутегі мен 1 литр оттегін біріктіргенде 2 литр шығады. су буы. Бұл Дальтон теориясына қайшы келді; ол өзінің атом теориясына сәйкес келмейтін Гайлусак заңын жоққа шығарды.

Бұл дағдарыстан шығудың жолын Амедео Авогадро көрсетті. Ол Дальтонның атомдық теориясын Гей-Люсак заңымен біріктіру мүмкіндігін тапты. Гипотеза кез келген газдардың бірдей көлемдерінде молекулалар саны әрқашан бірдей болады немесе әрқашан көлемдерге пропорционал болады. Сол арқылы Авогадро алғаш рет атомдардың қосындысы ретіндегі молекула ұғымын ғылымға енгізді. Бұл Гей-Лусактың нәтижелерін түсіндірді: 2 литр сутегі молекуласы 1 литр оттегі молекуласымен қосылса, 2 литр су буы молекуласын береді:

2H2 +O2 =2H2 O

Авогадро гипотезасы ерекше маңызға ие болады, себебі ол кез келген заттың мольінде молекулалардың тұрақты санының болуын білдіреді. Шын мәнінде, егер біз анықтайтын болсақ молярлық масса(бір моль мөлшерінде алынған заттың массасы) М арқылы, ал салыстырмалы молекулалық массасы t арқылы болса, онда анық болады.

M=NA m

мұндағы NA – мольдегі молекулалар саны. Бұл барлық заттар үшін бірдей:

NA =М/м

Осыны пайдалана отырып, сіз тағы бір маңызды нәтиже ала аласыз. Авогадро гипотезасы бірдей сандағы газ молекулалары әрқашан бірдей көлемді алады деп тұжырымдайды. Демек, қалыпты жағдайда (температура 0Co және қысым 1,013 * 105 Па) кез келген газдың мольін алатын Vo көлемі тұрақты шама болып табылады. Бұл моляр

көлемі көп ұзамай эксперименттік түрде өзгертілді және тең болды: Vo = 22,41*10-3 м3

Физиканың негізгі міндеттерінің бірі кейін Авогадро тұрақтысын алған кез келген NA затының мольіндегі молекулалар санын анықтау болды.

Австриялық ғалым Людвиг Больцман (1844-1906), көрнекті физик-теоретик, көптеген ғылыми зерттеулердің авторы. іргелі зерттеулерфизиканың әртүрлі салаларында ол анатомиялық гипотезаны қызу қорғады.

Больцман газ бөлшектерінің әртүрлі еркіндік дәрежесі бойынша жылу энергиясын бөлудің маңызды мәселесін бірінші болып қарастырды. Ол газ бөлшектерінің орташа кинематикалық энергиясы Е абсолютті температураға Т пропорционал екенін қатаң көрсетті:

E T Пропорционалдық коэффициентін негізгі теңдеудің көмегімен табуға болады

молекулалық кинематикалық теория:

p =2/3 pE

Мұндағы n – газ молекулаларының концентрациясы. Осы теңдеудің екі жағын молекулалық көлем Vo-ға көбейту. n Vo - бір моль газындағы молекулалар саны болғандықтан, біз мынаны аламыз:

р Vo == 2/3 NA E

Екінші жағынан, идеал газдың күй теңдеуі p өнімін анықтайды

Қалай

р Vo =RT

Демек, 2/3 NA E = RT

Немесе E=3 RT/2NA

R/NA қатынасы тұрақты шама, барлық заттар үшін бірдей. Бұл жаңа әмбебап физикалық тұрақты М-ның ұсынысы бойынша алынды.

Планк, атыБольцман тұрақтысы k

k= R/NA.

Больцманның газдардың молекулалық-кинетикалық теориясын құрудағы сіңірген еңбегі лайықты бағаланды.

Больцман тұрақтысының сандық мәні: k= R/NA =8,31 Дж моль/6,023*1023 К моль=1,38*10-16 Дж/К.

Больцман тұрақтысы микроәлемнің сипаттамаларын (Е бөлшектерінің орташа кинетикалық энергиясы) және макроәлемнің сипаттамаларын (газ қысымы және оның температурасы) байланыстыратын сияқты.

Фарадей тұрақтысы

Электронға және оның қозғалысына қандай да бір түрде қатысты құбылыстарды зерттеу біртұтас көзқарастан алуан түрлі құбылыстарды түсіндіруге мүмкіндік берді. физикалық құбылыстар: электр және магнетизм, жарық және электромагниттік тербеліс. Атом құрылысы және элементар бөлшектер физикасы.

Біздің эрамызға дейінгі 600 ж. Милеттік Фалес ысқыланған янтарь (ежелгі грек тілінен аударғанда янтарь электрон деген мағынаны білдіреді) арқылы жеңіл денелердің (үлпілдек, қағаз бөліктері) тартылуын ашты.

Белгілі бір электрлік құбылыстар сапалы түрде сипатталған шығармалар. басында өте сирек пайда болды. 1729 жылы С.Грэй денелерді электр тогын өткізгіштерге және оқшаулағыштарға бөлуді белгіледі. Француз К.Дюфай жүнмен ысқыланған герметикалық балауыздың да электрленетінін, бірақ шыны таяқшаның электрленуіне қарама-қарсы екенін анықтады.

Электрлік құбылыстарды теориялық тұрғыдан түсіндіру әрекеті жасалған алғашқы жұмысты 1747 жылы американ физигі У.Франклин жазды. Электрленуді түсіндіру үшін ол белгілі бір «электрлік сұйықтықтың» (сұйықтықтың) болуын ұсынды, ол оның құрамдас бөлігі болып табылады. бәрі маңызды. Ол электр энергиясының екі түрінің болуын сұйықтықтың екі түрінің болуымен байланыстырды - «оң» және «теріс». Ашқан. шыны мен жібек бір-біріне үйкеле отырып, олар басқаша электрленеді.

Электр тогының атомдық, түйіршікті табиғатын алғаш рет ұсынған Франклин болды: «Электр заты өте кішкентай болуы керек бөлшектерден тұрады».

Электр тогы ғылымындағы негізгі ұғымдар алғашқы сандық зерттеулер пайда болғаннан кейін ғана тұжырымдалған. Электр зарядтарының әрекеттесу күшін өлшей отырып, француз ғалымы Шарль Кулон 1785 ж.

электр зарядтарының әрекеттесуі:

F= k q1 q2 /r2

мұндағы q1 және q 2 – электр зарядтары, r – олардың арасындағы қашықтық,

F – зарядтар арасындағы әрекеттесу күші, k – пропорционалдық коэффициенті. Электрлік құбылыстарды пайдаланудағы қиындықтар негізінен ғалымдардың қолында электр тогының қолайлы көзі болмағандықтан болды. Мұндай

көзді 1800 жылы итальяндық ғалым А.Вольта ойлап тапты - бұл тұзды суға малынған қағазбен бөлінген мырыш пен күміс шеңберлерінің бағанасы болды. Токтың әртүрлі заттар арқылы өтуі бойынша қарқынды зерттеулер басталды.

электролиз, ол мұның алғашқы белгілерін қамтыды. зат пен электр бір-бірімен байланысты. Электролиз саласындағы ең маңызды сандық зерттеулерді ұлы ағылшын физигі М.Фарадей (1791-1867) жүргізді. Ол электр тогы өткенде электродта бөлінетін заттың массасы ток күші мен уақытқа пропорционал болатынын анықтады (Фарадей электролиз заңы).Осыған сүйене отырып, ол заттың массасының бөлінуі үшін электродтар, сандық жағынан M/n-ге тең (М - заттың молярлық массасы, n - оның валенттігі), электролит арқылы қатаң анықталған F зарядын өткізу керек.Осылайша физикада тағы бір маңызды әмбебап F пайда болды, тең, өлшемдер көрсеткендей, F = 96 484,5 С/моль.

Кейіннен F тұрақтысы Фарадей саны деп аталды. Электролиз құбылысын талдау Фарадейді электрлік күштердің тасымалдаушысы кез келген электр сұйықтары емес, заттың атомдары-бөлшектері деген идеяға әкелді. «Заттың атомдары қандай да бір түрде электрлік күштермен қамтамасыз етілген», - дейді ол.

Фарадей алғаш рет электр зарядтарының өзара әрекеттесуіне қоршаған ортаның әсерін ашты және Кулон заңының формасын нақтылады:

F= q1 q2/ ε r2

Мұндағы ε ортаның сипаттамасы, диэлектрлік өтімділік деп аталады. Осы зерттеулерге сүйене отырып, Фарадей электр зарядтарының қашықтықтағы (аралық ортасыз) әрекетін жоққа шығарды және физикаға электрлік әсердің тасымалдаушысы және таратқышы электр өрісі деген мүлдем жаңа және ең маңызды идеяны енгізді!

Электрон заряды және массасы

Авогадро константасын анықтауға арналған эксперименттер физиктерді таң қалдырды үлкен мәнэлектр өрісінің сипаттамаларына берілген. Электр энергиясының одан да нақты, материалдық тасымалдаушысы бар емес пе? Бұл ой алғаш рет 1881 жылы анық айтылды. Г.Гельмольц былай деп көрсетті: «Егер химиялық атомдардың бар екенін мойындайтын болсақ, онда электр энергиясы оң да, теріс те электр энергиясының атомдарының рөлін атқаратын белгілі бір элементар шамаларға бөлінеді деген қорытындыға келуге мәжбүр боламыз».

Бұл «электр энергиясының белгілі бір элементар мөлшерін» есептеуді ирланд физигі Дж.Стоуни (1826-1911) жүргізген. Бұл өте қарапайым. Егер электролиз кезінде бір моль бір валентті элементті босату үшін 96484,5 С-қа тең заряд қажет болса, ал бір мольде 6 * 1023 атом болса, онда Фарадей F санын Авогадро санына NA бөлу арқылы мынаны алатынымыз анық. шығару үшін қажетті электр энергиясының мөлшері

зат атомы. Электр энергиясының осы минималды бөлігін e деп белгілейік:

E = F/NA =1,6*10-18 Кл.

1891 жылы Стоуни электр энергиясының ең аз мөлшерін электрон деп атауды ұсынды. Көп ұзамай оны барлығы қабылдады.

Әмбебап физикалық константалар F және NA ғалымдардың интеллектуалдық күш-жігерімен қосыла отырып, өмірге тағы бір тұрақтыны - электрон зарядын әкелді.

Электронның тәуелсіз физикалық бөлшек ретінде болуы фактісі газдар арқылы электр тогының өтуімен байланысты құбылыстарды зерттеу кезінде зерттеулерде анықталды. Бұл зерттеулерді алғаш рет 1838 жылы бастаған Фарадейдің түсінігіне тағы да құрмет көрсетуіміз керек. Дәл осы зерттеулер катодтық сәулелер деп аталатындардың ашылуына және ақырында электронның ашылуына әкелді.

Катодтық сәулелер шынымен теріс зарядталған бөлшектер ағынын көрсететініне көз жеткізу үшін тікелей эксперименттерде бұл бөлшектердің массасын және олардың зарядын анықтау қажет болды. Бұл эксперименттер 1897 ж. Ағылшын физигі Дж. Томсон жүргізген. Бұл ретте ол конденсатордың электр өрісінде және магнит өрісінде катодтық сәулелердің ауытқуын пайдаланды. Есептеулер көрсеткендей, бұрыш

күші δ электр өрісіндегі θ сәулелерінің ауытқуы мынаған тең:

θ = eδ / t* l/v2,

Мұндағы e – бөлшектің заряды, m – оның массасы, l – конденсатордың ұзындығы,

v - бөлшектердің жылдамдығы (бұл белгілі).

В магнит өрісінде сәулелер ауытқыған кезде α ауытқу бұрышы мынаған тең болады:

α = эВ/т * л/в

θ ≈ α үшін (бұл Томсон тәжірибелерінде қол жеткізілді) v анықтауға, содан кейін оны есептеуге болады, ал e/t қатынасы газдың табиғатына тәуелсіз тұрақты болып табылады. Томсон

біріншісі материяның жаңа элементар бөлігінің болуы туралы идеяны нақты тұжырымдады, сондықтан оны электронды ашушы деп санайды.

Электронның зарядын тікелей өлшеу және бұл зарядтың шын мәнінде электр энергиясының ең кішкентай бөлінбейтін бөлігі екенін дәлелдеу құрметі тамаша американдық физик Р.Э.Милликанға тиесілі. Бүріккіш бөтелкедегі май тамшылары үстіңгі терезе арқылы конденсатор тақталары арасындағы кеңістікке жіберілді. Теория мен тәжірибе көрсеткендей, тамшы баяу құлаған кезде ауаның кедергісі оның жылдамдығының тұрақты болуына әкеледі. Пластиналар арасындағы өріс кернеулігі ε нөлге тең болса, төмендеу жылдамдығы v 1 мынаған тең болады:

v1 = f P

мұндағы P – тамшының салмағы,

f – пропорционалдылық коэффициенті.

Электр өрісі болған кезде құлау жылдамдығы v 2 мына өрнекпен анықталады:

v2 = f (q ε - P),

мұндағы q – құлдырау заряды. (Ауырлық күші мен электрлік күш бір-біріне қарама-қарсы бағытталған деп есептеледі.) Бұл өрнектерден мынадай қорытынды шығады:

q= P/ε v1 * (v1 + v2 ).

Тамшылардың зарядын өлшеу үшін Милликан 1895 жылы ашылғандарды қолданды

ауаны ионизациялайды. Ауа иондарын тамшылар ұстайды, бұл тамшылардың зарядының өзгеруіне әкеледі. Ионды ұстағаннан кейінгі тамшының зарядын q арқылы белгілесек! , және оның v 2 1 арқылы жылдамдығы, онда зарядтың өзгеруі дельта q = q болады! -қ

дельта q== P/ε v1 *(v1 - v2 ),

берілген құлдырау үшін P/ ε v 1 мәні тұрақты. Осылайша, тамшы зарядының өзгеруі мұнай тамшысы жүріп өткен жолды және осы жолды жүруге кеткен уақытты өлшеуге дейін азаяды. Бірақ уақыт пен жолды эксперименталды түрде оңай және дәл анықтауға болады.

Милликанның көптеген өлшеулері төмендеудің мөлшеріне қарамастан зарядтың өзгеруі әрқашан қандай да бір ең кіші зарядтың e бүтін еселі болатынын көрсетті:

delta q=ne, мұндағы n – бүтін сан. Осылайша, Милликанның эксперименттері электр энергиясының ең аз мөлшерінің болуын анықтады e. Тәжірибелер электр тогының атомдық құрылымын сенімді түрде дәлелдеді.

Тәжірибелер мен есептеулер зарядтың мәнін анықтауға мүмкіндік берді e E = 1,6*10-19 С.

Электр энергиясының минималды бөлігінің бар екендігі дәлелденді; Милликанның өзі 1923 жылы бұл реакцияларға жауапты болды. Нобель сыйлығының лауреаты атанды.

Енді Томсон тәжірибесінен белгілі электронның меншікті зарядының e/m және e мәнін пайдалана отырып, электронның массасын да есептей аламыз.

Оның мәні келесідей болды:

яғни=9,11*10-28 г.

Жарық жылдамдығы

Алғаш рет эксперименттік физиканың негізін салушы Галилео жарық жылдамдығын тікелей өлшеу әдісін ұсынды. Оның идеясы өте қарапайым болды. Қол шамдары бар екі бақылаушы бір-бірінен бірнеше шақырым қашықтықта орналасты. Біріншісі шамның қақпағын ашып, екіншісіне қарай жарық сигналын жіберді. Екіншісі фонардың жарығын байқап, ысырманы өзі ашып, бірінші бақылаушыға белгі берді. Бірінші бақылаушы өзінің ашқанына дейінгі t уақытын өлшеген

оның шамы және екінші шамның жарығын байқаған уақыт. Жарық жылдамдығы c анық:

мұндағы S – бақылаушылар арасындағы қашықтық, t – өлшенген уақыт.

Алайда Флоренцияда бұл әдісті қолданып жасалған алғашқы тәжірибелер нақты нәтиже бермеді. Уақыт аралығы t өте аз және өлшеу қиын болып шықты. Соған қарамастан, эксперименттерден жарық жылдамдығының шекті екендігі анықталды.

Жарық жылдамдығын бірінші рет өлшеу құрметі дат астрономы О.Ремерге тиесілі. 1676 ж Юпитердің спутнигінің тұтылуын бақылай отырып, ол Жер өз орбитасының Юпитерден алыс бір нүктесінде болғанда, 22 минуттан кейін Юпитердің көлеңкесінен Io серігі пайда болатынын байқады. Мұны түсіндіріп, Ромер былай деп жазды: «Жарық бұл уақытты менің алғашқы бақылауымнан қазіргі жағдайға дейін саяхаттау үшін пайдаланады». Жер орбитасының диаметрін D кешігу уақытына бөлу арқылы жарықтың с мәнін алуға болады. Ремер кезінде D дәл белгілі болмады, сондықтан оның өлшемдері c ≈ 215 000 км/с деп көрсетті. Кейіннен D мәні де, кешігу уақыты да нақтыланды, сондықтан енді Ремер әдісін қолданып, біз c ≈ 300 000 км/с аламыз.

Ремерден кейін шамамен 200 жыл өткен соң жарық жылдамдығы жердегі зертханаларда алғаш рет өлшенді. Бұл 1849 жылы жасалды. Француз Л.Физау. Оның әдісі Галилео әдісінен принцип бойынша ерекшеленбеді, тек екінші бақылаушы ғана шағылыстыратын айнамен ауыстырылды, ал қолмен басқарылатын ысырманың орнына жылдам айналатын тісті доңғалақ қолданылды.

Физо бір айнаны әкесінің үйіндегі Суреснеге, екіншісін Париждегі Монмартаға қойды. Айналар арасындағы қашықтық L=8,66 км болды. Дөңгелектің 720 тістері болды, жарық доңғалақ жылдамдығы 25 айн / с болғанда максималды қарқындылыққа жетті. Ғалым Галилей формуласы бойынша жарық жылдамдығын анықтады:

t уақыты анық t =1/25*1/720 с=1/18000с және s=312000 км/с тең.

Жоғарыда аталған барлық өлшеулер ауада жүргізілді. Вакуумдағы жылдамдық ауаның сыну көрсеткішінің белгілі мәнін пайдаланып есептелді. Алайда, ұзақ қашықтықты өлшеу кезінде ауаның біркелкі болмауына байланысты қателік орын алуы мүмкін. Бұл қатені жою үшін Мишельсон 1932 ж Айналмалы призма әдісімен жарық жылдамдығын өлшеген, бірақ ауа сорылатын құбырда жарық тараған кезде және алынған

s=299 774 ± 2 км/с

Ғылым мен техниканың дамуы ескі әдістерді біршама жетілдіруге және түбегейлі жаңаларын жасауға мүмкіндік берді. Сонымен 1928 ж айналмалы беріліс дөңгелегі инерциясыз электр жарығы ауыстырғышымен ауыстырылады, ал

С=299 788± 20 км/с

Радардың дамуымен жарық жылдамдығын өлшеудің жаңа мүмкіндіктері пайда болды. Аслаксон 1948 жылы осы әдісті қолданып, c = 299,792 +1,4 км/с мәнін алды, ал Эссен микротолқынды кедергі әдісін қолданып, c = 299,792 +3 км/с алды. 1967 жылы жарық жылдамдығын өлшеу жарық көзі ретінде гелий-неон лазерімен орындалады

Планк және Ридберг тұрақтылары

Көптеген басқа әмбебап физикалық тұрақтылардан айырмашылығы, Планк тұрақтысының нақты туған күні бар: 1900 жылдың 14 желтоқсаны. Бұл күні М.Планк неміс физикалық қоғамында баяндама жасады, онда абсолютті қара дененің сәуле шығару қабілетін түсіндіру үшін физиктер үшін жаңа мән пайда болды: h Негізделген

Тәжірибелік мәліметтер бойынша Планк оның мәнін есептеді: h = 6,62*10-34 Дж с.

Минск: БНТУ, 2003. - 116 б. Кіріспе.
Физикалық шамалардың классификациясы.
Физикалық шамалардың мөлшері. Физикалық шамалардың шын мәні.
Өлшеу теориясының негізгі постулаты мен аксиомасы.
Материалдық объектілердің, құбылыстардың және процестердің теориялық модельдері.
Физикалық модельдер.
Математикалық модельдер.
Теориялық модельдердің қателері.
Өлшем ұғымының жалпы сипаттамасы (метрологиядан алынған мәліметтер).
Өлшемдердің классификациясы.
Өлшеу физикалық процесс ретінде.
Өлшеу әдістері өлшеммен салыстыру әдістері ретінде.
Тікелей салыстыру әдістері.
Тікелей бағалау әдісі.
Тікелей түрлендіру әдісі.
Ауыстыру әдісі.
Масштабты түрлендіру әдістері.
Айналып өту әдісі.
Кейінгі теңдестіру әдісі.
Көпір әдісі.
Айырмашылық әдісі.
Нөлдік әдістер.
Ашық компенсация әдісі.
Физикалық шамалардың түрлендірулерін өлшеу.
Өлшеу түрлендіргіштерінің классификациясы.
СИ статикалық сипаттамалары және статикалық қателері.
Әсер ету (әсер ету) сипаттамалары қоршаған ортажәне SI-дағы объектілер.
SI сезімталдығының жолақтары және белгісіздік интервалдары.
Аддитивті қатесі бар SI (нөлдік қате).
SI мультипликативті қатесі бар.
Аддитивті және мультипликативті қателері бар СИ.
Үлкен мөлшерлерді өлшеу.
Өлшеу құралдарының статикалық қателіктерінің формулалары.
Өлшеу құралдарының толық және жұмыс диапазондары.
Өлшеу құралдарының динамикалық қателіктері.
Интеграциялық сілтеменің динамикалық қатесі.
Аддитивті SI қателерінің себептері.
СИ-нің қозғалатын элементтеріне құрғақ үйкелістің әсері.
SI дизайны.
Контактілі потенциалдар айырымы және термоэлектрлік.
Контактілі потенциалдар айырымы.
Термоэлектрлік ток.
Нашар жерге қосуға байланысты кедергі.
SI мультипликативті қателерінің себептері.
SI параметрлерінің қартаюы және тұрақсыздығы.
Түрлендіру функциясының сызықты еместігі.
Геометриялық бейсызық.
Физикалық сызықтық емес.
Ағып кету токтары.
Белсенді және пассивті қорғаныс шаралары.
Минималды өлшеу қателігін анықтайтын кездейсоқ процестер физикасы.
Адамның көру мүшелерінің мүмкіндіктері.
Өлшемдердің табиғи шектері.
Гейзенбергтің белгісіздік қатынастары.
Эмиссиялық сызықтардың табиғи спектрлік ені.
Электромагниттік сигналдардың қарқындылығы мен фазасын өлшеу дәлдігінің абсолютті шегі.
Когерентті сәулеленудің фотонды шуы.
Шудың эквивалентті сәулелену температурасы.
Электр кедергілері, ауытқулар және шу.
Ішкі тепе-теңдіксіз электр шуының физикасы.
Атыс шуы.
Шу генерациясы – рекомбинация.
1/f шу және оның әмбебаптығы.
Импульстік шу.
Ішкі тепе-теңдік шуының физикасы.
Тепе-теңдік жүйелеріндегі жылулық ауытқулардың статистикалық моделі.
Флуктуацияның математикалық моделі.
Тепе-теңдік тербелістерінің ең қарапайым физикалық моделі.
Флюктуациялық дисперсияны есептеудің негізгі формуласы.
Құрылғылардың сезімталдық шегіне ауытқулардың әсері.
Механикалық шамалардың жылулық ауытқуларын есептеу мысалдары.
Дененің еркін жылдамдығы.
Математикалық маятниктің тербелістері.
Серпімді ілінген айнаның айналуы.
Серіппелі таразылардың орын ауыстырулары.
Электрлік тербелмелі контурдағы термиялық ауытқулар.
Корреляциялық функция және шу қуатының спектрлік тығыздығы.
Флюктуация-диссипация теоремасы.
Nyquist формулалары.
Тербелмелі контурдағы кернеу мен ток тербелістерінің спектрлік тығыздығы.
Термиялық емес шудың эквивалентті температурасы.
Сыртқы электромагниттік шу мен кедергілер және оларды азайту әдістері.
Сыйымдылықты біріктіру (сыйымдылық кедергі).
Индуктивті байланыс (индуктивті кедергі).
Өткізгіштерді магниттік өрістерден қорғау.
Токсыз өткізгіш экранның ерекшеліктері.
Тогы бар өткізгіш экранның ерекшеліктері.
Тогы бар экран мен оның ішіне салынған өткізгіш арасындағы магниттік байланыс.
Сигнал өткізгіш ретінде тогы бар өткізгіш экранды пайдалану.
Кеңістікті ток өткізгіштің сәулеленуінен қорғау.
Сигнал тізбегінің әртүрлі қорғаныс схемаларын экрандау арқылы талдау.
Коаксиалды кабель мен экрандалған бұралған жұпты салыстыру.
Өрім түріндегі экранның ерекшеліктері.
Экрандағы токтың біртексіздігінің әсері.
Селективті экрандау.
Сигнал тізбегіндегі шуды оны теңгеру әдісімен басу.
Шуды азайтудың қосымша әдістері.
Тамақтанудың бұзылуы.
Ажырату сүзгілері.
Жоғары жиілікті шулы элементтер мен тізбектерді сәулеленуден қорғау.
Цифрлық тізбек шуы.
Қорытындылар.
Жұқа қаңылтыр металдардан жасалған экрандарды қолдану.
Жақын және алыс электромагниттік өрістер.
Қорғау тиімділігі.
Жалпы сипаттамалық кедергі және экран кедергісі.
Абсорбциялық жоғалтулар.
Рефлексияның жоғалуы.
Магниттік өріс үшін жалпы жұту және шағылысу шығындары.
Тесіктердің экрандау тиімділігіне әсері.
Жарықтар мен тесіктердің әсері.
Кесілген жиіліктен төмен жиілікте толқын өткізгішті пайдалану.
Дөңгелек тесіктердің әсері.
Саңылаулардағы сәулеленуді азайту үшін өткізгіш аралықтарды қолдану.
Қорытындылар.
Контактілердің шу сипаттамалары және оларды қорғау.
Жарқыраған разряд.
Доғалық разряд.
Айнымалы және тұрақты ток тізбектерін салыстыру.
Байланыс материалы.
Индуктивті жүктемелер.
Контактіні қорғау принциптері.
Индуктивті жүктемелер үшін өтпелі басу.
Индуктивті жүктемелер үшін контактілерді қорғау схемалары.
Контейнері бар тізбек.
Сыйымдылығы мен резисторы бар тізбек.
Сыйымдылығы, резисторы және диоды бар тізбек.
Резистивті жүктемелер үшін контактілі қорғаныс.
Контактілерді қорғау схемаларын таңдау бойынша ұсыныстар.
Байланыстар үшін төлқұжат мәліметтері.
Қорытындылар.
Өлшеу дәлдігін арттырудың жалпы әдістері.
Өлшеу түрлендіргіштерін сәйкестендіру әдісі.
Идеал ток генераторы және идеалды кернеу генераторы.
Генератордың электрмен жабдықтау кедергілерін үйлестіру.
Параметрлік түрлендіргіштердің қарсылық сәйкестігі.
Ақпараттық және энергетикалық тізбектердің негізгі айырмашылығы.
Сәйкес трансформаторларды қолдану.
Теріс кері байланыс әдісі.
Өткізу жолағын азайту әдісі.
Шуды жіберудің баламалы өткізу қабілеттілігі.
Сигналдарды орташалау (жинақтау) әдісі.
Сигнал мен шуды сүзгілеу әдісі.
Оңтайлы сүзгіні құру мәселелері.
Пайдалы сигналдың спектрін беру әдісі.
Фазаны анықтау әдісі.
Синхронды анықтау әдісі.
RC тізбегін пайдаланып шуды біріктіру қатесі.
SI түрлендіру коэффициентін модуляциялау әдісі.
Оның шуға төзімділігін арттыру үшін сигнал модуляциясын қолдану.
Екі қуат көзін дифференциалды қосу әдісі.
SI элементтерін түзету әдісі.
Қоршаған ортаның және өзгермелі жағдайлардың әсерін азайту әдістері.
Өлшемдерді ұйымдастыру.

ӘОЖ 389,6 ББК 30,10я7 К59 Козлов М.Г. Метрология және стандарттау: Оқу құралы М., Санкт-Петербург: «Петербор полиграфиялық институты» баспасы, 2001. 372 б. 1000 дана

Рецензенттер: L.A. Конопелко, т.ғ.д., профессор В.А. Спаев, техника ғылымдарының докторы, профессор

Кітапта қазіргі уақытта Ресей Федерациясының аумағында жалпы қабылданған өлшем бірлігін қамтамасыз ету жүйесінің негіздері көрсетілген. Метрология және стандарттау ғылыми-техникалық заңнамаға негізделген ғылымдар, физикалық шама бірліктерінің эталондарын құру және сақтау жүйесі, стандартты анықтамалық деректер қызметі және анықтамалық материалдар қызметі ретінде қарастырылады. Кітапта жасалу принциптері туралы мәліметтер бар өлшеу технологиясы, ол өлшемдердің бірлігін қамтамасыз етумен айналысатын мамандардың назар аударатын объектісі ретінде қарастырылады. Өлшеу жабдықтары СИ жүйесінің негізгі бірліктерінің эталондарына негізделген өлшем түрлері бойынша жіктеледі. Ресей Федерациясындағы стандарттау және сертификаттау қызметінің негізгі ережелері қарастырылады.

281400 – «Полиграфия өндірісінің технологиясы», 170800 – «Баспаның автоматтандырылған жабдықтары», 220200 – «Ақпаратты өңдеудің және басқарудың автоматтандырылған жүйелері» мамандықтары бойынша оқу құралы ретінде УМО ұсынған.

Түпнұсқа макетін «Петербург полиграфия институты» баспасы дайындаған.

ISBN 5-93422-014-4

© M.G. Козлов, 2001. © Н.А. Аксиненко, дизайн, 2001. © Петербург полиграфиялық институтының баспасы, 2001 ж.

http://www.hi-edu.ru/e-books/xbook109/01/index.html?part-002.htm

Алғы сөз I бөлім. МЕТРОЛОГИЯ 1. Метрологияға кіріспе 1.1. Метрологияның тарихи аспектілері 1.2. Метрологияның негізгі ұғымдары мен категориялары 1.3. Физикалық шама бірліктерінің жүйелерін құру принциптері 1.4. Физикалық шама бірліктерінің шамасын көбейту және беру. Стандарттар мен үлгілік өлшеу құралдары 1.5. Өлшеу аспаптары мен қондырғылары 1.6. Метрологиядағы және өлшеу технологиясындағы шаралар. Өлшеу құралдарын тексеру 1.7. Физикалық тұрақтылар және стандартты анықтамалық деректер 1.8. Өлшем бірлігін қамтамасыз ету үшін стандарттау. Метрологиялық сөздік 2. Физикалық шама бірліктерінің жүйелерін құру негіздері 2.1. Физикалық шама бірліктерінің жүйелері 2.2. Өлшем формулалары 2.3. Негізгі SI бірліктері 2.4. SI ұзындық бірлігі метр 2.5. SI уақыт бірлігі - екінші. 2.6. SI температура бірлігі – Кельвин 2.7. Электр тогының SI бірлігі Ампер. 2.8. Негізгі SI бірлігін, жарық күші бірлігін, канделаны жүзеге асыру 2.9. SI массасының өлшем бірлігі - килограмм. 2.10. Зат мөлшерінің SI бірлігі - моль. 3. Өлшеу нәтижелерінің қателіктерін бағалау 3.1. Кіріспе 3.2. Жүйелі қателер 3.3. Кездейсоқ өлшеу қателері II бөлім. ӨЛШЕУ ТЕХНОЛОГИЯСЫ 4. Өлшеу технологиясына кіріспе 5. Механикалық шамаларды өлшеу 5.1. Сызықтық өлшемдер 5.2. Кедір-бұдырлық өлшемдері 5.3. Қаттылық өлшемдері 5.4. Қысымды өлшеулер 5.5. Масса және күш өлшемдері 5.6. Тұтқырлық өлшемдері 5.7. Тығыздықты өлшеу 6. Температураны өлшеу 6.1. Температураны өлшеу әдістері 6.2. Байланыс термометрлері 6.3. Байланыссыз термометрлер 7. Электрлік және магниттік өлшемдер 7.1. Электрлік өлшемдер 7.2. Магниттік өлшемдердің негізінде жатқан принциптер 7.3. Магниттік түрлендіргіштер 7.4. Магнит өрісінің параметрлерін өлшеуге арналған аспаптар 7.5. Кванттық магнитометриялық және гальваномагнитті құрылғылар 7.6. Индукциялық магнитометриялық аспаптар 8. Оптикалық өлшемдер 8.1. Жалпы ережелер 8.2. Фотометриялық аспаптар 8.3. Спектрлік өлшеу құралдары 8.4. Спектрлік құрылғыларды сүзгілеу 8.5. Интерференциялық спектрлік құрылғылар 9. ФИЗИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ӨЛШЕМДЕР 9.1. Заттар мен материалдардың құрамын өлшеудің ерекшеліктері 9.2. Заттар мен материалдардың ылғалдылығын өлшеу 9.3. Газ қоспаларының құрамын талдау 9.4. Сұйықтар мен қатты заттардың құрамын өлшеу 9.5. Физикалық және химиялық өлшемдерді метрологиялық қамтамасыз ету III бөлім. СТАНДАРТТАУ ЖӘНЕ СЕРТИФИКАТТАУ 10. Метрология мен стандарттаудың ұйымдық-әдістемелік негіздері 10.1. Кіріспе 10.2. Метрология мен стандарттаудың құқықтық негіздері 10.3. Стандарттау және метрология бойынша халықаралық ұйымдар 10.4. Ресей Федерациясының Мемлекеттік стандарты органдарының құрылымы мен функциялары 10.5. Ресей Федерациясының метрология және стандарттау жөніндегі мемлекеттік қызметтері 10.6. Заңды тұлға болып табылатын кәсіпорындар мен мекемелердің метрологиялық қызметінің функциялары 11. Ресей Федерациясының мемлекеттік стандарттау қызметінің негізгі ережелері 11.1. Ресей Федерациясының стандарттаудың ғылыми базасы 11.2. Ресей Федерациясының стандарттау жүйелерінің органдары мен қызметтері 11.3. Әртүрлі категориялардың стандарттарының сипаттамасы 11.4. Каталогтар мен өнім классификаторлары стандарттау объектісі ретінде. Қызметтерді стандарттау 12. Өлшеу құралдарын сертификаттау 12.1. Сертификаттаудың негізгі мақсаттары мен міндеттері 12.2. Сертификаттауға тән терминдер мен анықтамалар 12.3. 12.3. Сертификаттау жүйелері мен схемалары 12.4. Міндетті және ерікті сертификаттау 12.5. Сертификаттау ережелері мен тәртібі 12.6. Сертификаттау органдарын аккредиттеу 12.7. Қызметті сертификаттау Қорытынды Қолданбалар

Алғы сөз

«Метрология» және «стандарттау» ұғымдарының мазмұны әлі күнге дейін пікірталас нысанасы болып табылады, дегенмен бұл мәселелерге кәсіби көзқарастың қажеттілігі айқын. Сонымен Соңғы жылдарыӨлшеу құралдарын, тауарлар мен қызметтерді сертификаттау құралы ретінде метрология мен стандарттау ұсынылған көптеген жұмыстар пайда болды. Мәселені қою арқылы метрологияның барлық ұғымдары төмендетіліп, коммерциялық өнімнің жоғары сапасын қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін ережелердің, заңдардың және құжаттардың жиынтығы ретінде мән беріледі.

Шындығында, метрология мен стандарттау Ресейде Үлгілік шаралар депосы құрылған кезден (1842) бастап өте күрделі ғылыми ізденіс болды, ол кейін Ресейдің Бас өлшемдер палатасына айналды, оны көп жылдар бойы ұлы тұлғалар басқарды. ғалым Д.И. Менделеев. Біздің еліміз осыдан 125 жыл бұрын қабылданған метрикалық конвенцияның негізін қалаушылардың бірі болды. Кеңес өкіметі жылдарында өзара экономикалық көмек елдерін стандарттау жүйесі құрылды. Осының барлығы біздің елімізде метрология мен стандарттау ежелден таразылар мен өлшемдер жүйесін ұйымдастыруда іргелі болғанын көрсетеді. Дәл осы сәттер мәңгілік және мемлекеттік қолдауға ие болуы керек. Нарықтық қатынастардың дамуы кезінде өндіруші кәсіпорындардың беделі тауар сапасының кепіліне айналуы керек, ал метрология мен стандарттау ең дәл өлшеу құралдарын, ең перспективалы технологияларды жинақтайтын мемлекеттік ғылыми-әдістемелік орталықтардың рөлін атқаруы керек. ең білікті мамандар жұмыс істейді.

Бұл кітапта метрология ғылымның, ең алдымен физиканың мемлекеттік деңгейде өлшем бірлігін қамтамасыз етуі тиіс саласы ретінде қарастырылады. Қарапайым тілмен айтқанда, ғылымда физика, химия, биология, медицина, геология т.б түрлі ғылым өкілдерінің бір тілде сөйлеп, бір-бірін түсінуіне мүмкіндік беретін жүйе болуы керек. Бұл нәтижеге жету құралдары метрологияның құрамдас бөліктері болып табылады: бірлік жүйелері, эталондар, анықтамалық материалдар, анықтамалық деректер, терминология, қателер теориясы, эталондар жүйесі. Кітаптың бірінші бөлімі метрология негіздеріне арналған.

Екінші бөлім өлшеу құралдарын құру принциптерін сипаттауға арналған. Бұл бөліктің бөлімдері Ресей Федерациясының Мемстандарт жүйесінде ұйымдастырылған өлшем түрлері ретінде ұсынылған: механикалық, температуралық, электрлік және магниттік, оптикалық және физика-химиялық. Өлшеу технологиясы метрологияның жетістіктерін тікелей пайдалану саласы ретінде қарастырылады.

Кітаптың үшінші бөлімінде сертификаттау мәні – біздің еліміздегі заманауи метрология және стандарттау орталықтарының қызмет саласының қысқаша сипаттамасы берілген. Стандарттар әр елде әртүрлі болғандықтан, халықаралық ынтымақтастықтың барлық аспектілерін (өнімдерді, өлшеу құралдарын, қызметтерді) олар қолданылатын елдердің стандарттарына сәйкес тексеру қажеттілігі туындайды.

Кітап саудадан бастап технологиялық процестердің сапасын бақылауға және қоршаған ортаны өлшеуге дейінгі қызметтің әртүрлі салаларында нақты өлшеу құралдарымен жұмыс істейтін мамандардың кең ауқымына арналған. Презентацияда анықтаушы метрологиялық сипатқа ие емес және арнайы әдебиеттерде бар физиканың кейбір бөлімдері туралы мәліметтер келтірілмейді. Практикалық есептерді шешуде метрологиялық тәсілді қолданудың физикалық мағынасына көп көңіл бөлінеді. Оқырман физика негіздерімен таныс және кем дегенде ғылым мен техниканың заманауи жетістіктері, мысалы, лазерлік технология, асқын өткізгіштік және т.б. туралы жалпы түсінікке ие деп болжанады.

Кітап белгілі бір құралдарды қолданатын және қажетті өлшемдерді оңтайлы түрде беруге мүдделі мамандарға арналған. Бұл өлшемдерге негізделген ғылымдарға маманданған университеттердің бакалавриат және магистранттары. Ұсынылған материалды жалпы ғылыми пәндер курстары мен заманауи өндіріс технологияларының мәнін көрсету бойынша арнайы курстар арасындағы байланыстырушы буын ретінде көргім келеді.

Материал автордың Мәскеу мемлекеттік полиграфиялық өнер университетінің Санкт-Петербург институтында және Санкт-Петербург мемлекеттік университетінде оқыған метрология және стандарттау бойынша лекциялар курсы негізінде жазылған. Бұл әр түрлі мамандықтардың студенттеріне, талапкерлерден бастап жоғары курс студенттеріне дейін түсінікті етіп, материалды көрсетуді реттеуге мүмкіндік берді.

Автор материал КСРО Мемлекеттік стандарты мен Ресей Федерациясының Мемлекеттік стандартында он жарым жылға жуық жеке жұмыс тәжірибесіне негізделген метрология және стандарттау іргелі тұжырымдамаларына сәйкес келеді деп күтеді.