Eden od pomembnih pojmov v teoriji in praksi meritev je pojem fizikalne količine. Fizična količina- lastnost, ki je kvalitativno skupna številnim predmetom, vendar kvantitativno individualna za vsakega od njih.

Merjenje fizikalna količina je določitev njene vrednosti eksperimentalno z uporabo posebnih tehničnih sredstev. Glede na način pridobivanja številčne vrednosti izmerjene vrednosti delimo vse meritve na neposredne, posredne, kumulativne in skupne.

Neposredne meritve temeljijo na metodi primerjave izmerjene količine z mero te količine ali na metodi neposrednega ocenjevanja vrednosti izmerjene količine z uporabo odčitavalne naprave, katere skala je graduirana v enotah merjene količine. Primer neposrednih meritev je merjenje toka z ampermetrom.

Posredne meritve– meritve, katerih rezultat dobimo po neposredni meritvi veličin, ki so z merjeno količino povezane z znano odvisnostjo. Tako meritev električnega upora v enosmernem tokokrogu poteka z neposrednimi meritvami toka z ampermetrom in napetosti z voltmetrom, čemur sledi izračun želene vrednosti upora.

Agregatne meritve predstavljajo ponavljajoče se, običajno neposredne meritve ene ali več istoimenskih količin z pridobitvijo splošnega merilnega rezultata z reševanjem sistema enačb, sestavljenega iz posameznih merilnih rezultatov. Kot primer si poglejmo postopek določanja medsebojne induktivnosti med dvema tuljavama z dvakratnim merjenjem njune skupne induktivnosti. Najprej so tuljave povezane tako, da se magnetna polja seštejemo in izmerimo skupno induktivnost: L 01 = L 1 + L 2 + 2M, kjer je M medsebojna induktivnost; L 1, L 2 – induktivnosti prve in druge tuljave. Tuljave se nato povežejo tako, da se njihova magnetna polja odštejejo, in izmeri se skupna induktivnost: L 02 = L 1 + L 2 – 2M. Želeno vrednost M določimo z reševanjem teh enačb: M = (L 01 - L 02)/4.

Skupne meritve sestoji iz hkratnega merjenja dveh ali več različnih količin z naknadnim izračunom rezultata z reševanjem sistema enačb, pridobljenih med meritvami. Recimo, da morate najti temperaturne koeficiente A, B termistorja R t = R 0 (1+AT + BT 2), kjer je R 0 vrednost upora pri T 0 = 20 o C, T je temperaturo medija. Z merjenjem vrednosti upora R 0 , R 1 , R 2 termistorja pri temperaturah T 0 , T 1 , T 2, določenih s termometrom, in reševanjem nastalega sistema treh enačb bomo našli vrednosti količine A in B.

Merilni instrument– tehnično napravo, ki se uporablja pri meritvah in ima standardizirane meroslovne lastnosti. Merilni instrumenti vključujejo merila, merilne pretvornike, merilne instrumente in merilne sisteme.

Izmeri– merilni instrument, namenjen shranjevanju in reprodukciji fizične količine dane velikosti. Meritve vključujejo običajne elemente, zaloge upora, standardne generatorje signalov in stopnjevane lestvice kazalnih instrumentov.

Pretvorniki– merilni instrumenti za pretvorbo merilnega signala v obliko, primerno za prenos, shranjevanje in obdelavo.

Merilni instrumenti– merilni instrumenti, namenjeni generiranju signala merilnih informacij, ki je funkcionalno povezan z numerično vrednostjo merjene količine, in prikaz tega signala na napravi za branje ali njegovo registracijo.

Merilni sistem- nabor merilnih instrumentov in pomožnih naprav, ki zagotavljajo merilne informacije o preučevanem objektu v danem obsegu in danih pogojih.

Najpomembnejše lastnosti merilnih instrumentov so meroslovne lastnosti. Meroslovne lastnosti (karakteristike) vključujejo natančnost, merilno območje, občutljivost, hitrost itd.

MOSKVSKA DRŽAVNA UNIVERZA

DIZAJN IN TEHNOLOGIJA

ODPRTI ZAVOD

ODDELEK ZA FIZIKO

A.P. KIRJANOV

FIZIKALNE OSNOVE MERITEV

vadnica

Odobren kot učni pripomoček

Uredniški in založniški svet MGUDT

UDK

Kustosinja RIS Kostyleva V.V.

Delo je bilo pregledano na srečanju Oddelka za fiziko na Moskovski državni univerzi za tehnologijo in tehnologijo in priporočeno za objavo.

glava Oddelek za fiziko Shapkarin I.P.

Doktor kemijskih znanosti, prof. tj. Makarov

K-12 Kirjanov A.P.. Fizikalna osnova meritev: študijski vodnik - zapiski predavanj / Kirjanov A.P.– M.: IRC MGUDT, 2007. – 115 s.

Opombe predavanj: učbenik vsebuje predstavitev predmeta akademske discipline "Fizikalne osnove meritev". Predmet je namenjen študentom MSUDT in sorodnih univerz v skladu z Državnim izobraževalnim standardom višjega strokovnega izobraževanja (smer 653800 – Standardizacija, certifikacija in meroslovje; specialnost 072000 – Standardizacija in certifikacija). 34-urno predavanje oriše kvantne temelje merilne prakse in teorije ter osnovne koncepte in metode, ki so del sodobnega meroslovja. Predstavitev vprašanj, pomembnih za oblikovanje pooblaščenega specialista, je podana precej strogo in hkrati dostopno. Za aktivno asimilacijo učne snovi so predlagana testna vprašanja in naloge, ki temeljijo na gradivu vsakega predavanja.

UDK

Moskovska država

Univerza za dizajn in tehnologijo, 2007

Uvod: splošno opozorilo o strukturi predavanja

"Fizikalne osnove meritev". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 05

Predavanje 1. Splošni pogled na človekov odnos do sveta

(Elementi sodobne slike sveta) (vprašanja 1–3). . . . . . 06

Predavanje 2. Osnovne oblike spoznavanja in raziskovanja sveta

(Elementi sodobne slike sveta) (vprašanja 4–7). . . . . . . 10

Predavanje 3. Merjenje kot dejavnost na področju spoznavanja in obvladovanja sveta (vprašanja 8–11). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Predavanje 4. Merske napake; njihovo razvrstitev

in metode ocenjevanja (vprašanja 12–114). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Predavanje 5. Princip, metoda in predmet merjenja. Klasična

tehnične merilne sheme; njihovi elementi in razvrstitev

(vprašanja 15,16). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Predavanje 6. Merske lestvice. Fizične tehtnice.

Dvoumnost podob sveta (vprašanja 17, 18). . . . . . . . . . . . 35

Predavanje 7. Sistemi enot fizikalne količine.

Temeljne fizikalne konstante (vprašanja 19, 20). 41

Predavanje 8. Metode podobnosti in dimenzije. Merila

podobnosti Invariantnost (vprašanja 21, 22). . . . . . . . . . . . . . . 45

Predavanje 9. Meritve v tehniki; merilna tehnologija. Merila in standardi, njihova razvrstitev (vprašanje 23). . . . . . . . . . . . 52

Predavanje 10. Temeljni vir merskih napak

renij – samogibanje materije in njegove posebne manifestacije:

vztrajnost, ireverzibilnost, hrup. V osnovi nemogoče

možnost popolne odprave merilnih napak

(vprašanja 24, 25). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Predavanje 11. Ultravisoko precizne meritve z vidika

klasične in kvantne paradigme (Kvantna paradigma kot

osnove merilne prakse in teorije; neuspeh klasične metodologije v meroslovju) (vprašanje 26). . . . . . . . . 62

Predavanje 12. Načelo komplementarnosti N. Bohra in relacija nedoločenosti W. Heisenberga (27. vprašanje). . . . . . . . . . . . . . . . .68 Predavanje 13. O meroslovnih lastnostih mikroobjektov.

Viri za skladnost ravni stabilnosti parametrov mikroobjektov z zahtevami meroslovja s kvantnega vidika

(vprašanja 28, 29). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Predavanje 14. Fizikalne osnove meritev, merilni instrumenti

pojavi: optični fotoelektrični učinek in jedrski fotoefekt

(Mossbauerjev učinek) (vprašanje 30) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

Predavanje 15. Fizikalne osnove meritev, merilni instrumenti

in standardi sodobnega meroslovja, ki temelji na kvantnem

pojavi: laserska spektrometrija in interferometrija,

magnetnoresonančna spektrometrija (vprašanje 31). . . . . . . . . . . . . . 84

Predavanje 16. Superprevodnost in Josephsonovi učinki; pojasnjeno

razumevanje osnovnih fizikalnih konstant (vprašanje 32). . . . 87

Predavanje 17. Fizične osnove znanstvene in tehnične podpore

inženirske rešitve sodobnega računalništva

(vprašanja 33, 34). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………..92

18. Vprašanja za izpit iz učne discipline

"Fizikalne osnove meritev". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

19. Aplikacija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100

19-1. Testna vprašanja na podlagi gradiva predavanj. . . . . . . . . . . . . . .100

19-2. Problemi na podlagi gradiva predavanj. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 105

Odgovori na težave. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Osnovna literatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………114

Dodatna literatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114

UVOD: SPLOŠNA OPOMBA O STRUKTURI TEČAJA

PREDAVANJE "FIZIKALNE OSNOVE MERITEV"

Tečaj usposabljanja o disciplini " Fizikalne osnove meritve»Po našem razumevanju se je treba zanašati na kvantno-sinergijsko paradigmo, ki se je razvila do danes - sistem konceptualnih idej o gibanju snovi, poznavanje in obvladovanje zakonov njenega gibanja. Predstavitev učnega gradiva predmeta je podana na podlagi seznama vprašanj, predstavljenih na koncu knjige, ki so sestavljena v skladu z delovnim programom predmeta in so predložena v pregled v tej akademski disciplini. Pri vsakem tekočem predavanju predmeta je takoj za naslovom podan kratek uvod v vsebino predavanja po številkah tem (vprašanj) v tem seznamu vprašanj o učnem gradivu predmeta, nato pa naprej, pod istimi številkami so podane točke predavanj v skladu z delovnim programom stroke. Število točk pri podajanju učne snovi na predavanjih ne ustreza zaporednim številkam posameznega predavanja, temveč zaporednim številkam točk v seznamu vprašanj v učnem načrtu predmeta. Takšna strukturna zasnova predstavitve učnega gradiva bo pomagala učinkovito zagotoviti, kot kažejo naše izkušnje, optimalno delo študentov pri obvladovanju učnega gradiva in pripravi na izpit iz discipline v razmerah informacijske preobremenjenosti. Zdelo se nam je tudi, da je treba ohraniti tradicionalno obliko testnih vprašanj in nalog, ki so na koncu knjige v obliki dveh ustreznih delov priloge predstavljene na podlagi konkretne snovi posameznega predavanja, da bi okrepili delo na učni snovi in ​​spodbujanje doslednosti pri delu študentov.

PREDAVANJE 1. SPLOŠNI POGLED NA ČLOVEŠKE ODNOSE

Z MIROM (ELEMENTI SODOBNE SLIKE SVETA)

1 . Snov in njene vrste; gibanje snovi, njegove manifestacije in splošne lastnosti. Prostor in čas kot obliki obstoja sveta; njihova korelativna narava, topološke in metrične lastnosti. Noetherjev izrek o simetriji v svetu in ohranitvenih zakonih.

2 . Objekt in subjekt; pojav človeškega faktorja in njegove manifestacije (govor, jezik, mišljenje, spomin).

3 . Človeške izkušnje in dejavnosti; definicije in glavne sestavine (občutek, zaznava, predstava, besedni izrek, jezikovna konstrukcija, idealna abstrakcija, spomin v izkustvu; cilj, vsebina v dejavnosti).

1 . Vse, kar nas obdaja in je v interakciji z nami ter vpliva na naše čute, je svetu, matere JAZ, Vesolje. Svet je sestavljen iz ogromnega števila in različnih teles, ki so tako ali drugače povezana z drugim ogromno količino in pestrost dogodkov. In ta skupek teles in dogodkov ali, z drugimi besedami, kontinuum teles/dogodkov je kontinuum prostora/časa. Vsaka sprememba v njem se imenuje premikanje zadeva; manifestira se s kakršnimi koli spremembami stanj določenih vrst snovi - snovi in ​​polja.

Vesolje in čas , tako kot gibanje, so najsplošnejši pojmi, ki jih ni mogoče reducirati na druge pojme. Sprejmimo Leibnizovo opredelitev le-teh kot univerzalnih korelativnih oblik bivanja (obstoja) sveta:

prostora– univerzalna oblika obstoja sveta, ki je sestavljena iz korelacije, reda sožitja in medsebojne postavitve teles, ki se med seboj omejujejo in nadaljujejo;

čas- univerzalna oblika obstoja sveta, ki je sestavljena iz korelacije, vrstnega reda dogodkov, ki se zamenjujejo.

Prostor in čas imata nekatere splošne lastnosti kvalitativne narave ali topološke lastnosti, kot sta kontinuiteta, homogenost, pa tudi specifične za vsako obliko obstoja materije, kot sta izotropnost za prostor in enosmernost za čas. Prostor in čas imata tudi kvantitativne, to je metrične lastnosti, povezane z obsegom prostora, ko so telesa postavljena, in dolžino časa, ko se zgodijo dogodki.

Gibanje snovi je v spremembah relativne postavitve teles in zaporedja dogodkov. Takšne spremembe pogosto niso odvisne od nekaterih sprememb v topoloških značilnostih prostora in časa (na primer, ko se spremeni znak teh sprememb). Ta lastnost kontinuuma teles/dogodkov se imenuje simetrija .

Noetherjev izrek povezuje simetrijo in ohranitvene zakone, pri čemer pravi, da transformacija, ki je zvezno odvisna od fizikalnega parametra in pusti nespremenjeno delovanje H = E∙t (zmnožek energije sistema E s časom t), ustreza določenemu ohranitvenemu zakonu. Transformacije, kot so premiki v času in prostoru, tridimenzionalna rotacija, ne spremenijo delovanja H, medtem ko je njena invariantnost (konsistentnost) s premikom v času podana z zakonom o ohranitvi energije; pri premikanju v prostoru – zakon o ohranitvi gibalne količine; pri tridimenzionalni rotaciji – zakon o ohranitvi kotne količine.

2 . V svetu teles in dogodkov so tudi ljudje, ki so posebni, ugledni deli sveta. Posebnost človeka v odnosu do preostalega sveta ga naredi predmet . Znana je tudi kot fenomen človeški faktor v človekovem odnosu do sveta. Vse ostalo je v skladu z osebo - predmetov mir. Analiza fenomena človeka kot subjekta v odnosih s svetom bi morala temeljiti na pozicijah ontologije – splošna teorija objektov in principov bivanja– o primarnih konceptih, kot so povezava, odnos in soodvisnost.

Povezava pomeni, da nekaj ne more biti nekaj ali nekaj, razen če obstaja nekaj drugega, in to nekaj postane ali se izkaže za nekaj in nekaj samo v prisotnosti tega nečesa drugega.

Odnos – osredotočenost ene strani na drugo pri povezovanju teh strank z razpoložljivo povezavo.

Soodvisnost – razmerje strank v obstoječi povezavi ne samo kot napoteno, temveč tudi vplivanjeDrug drugega .

Človek je produkt razvoja sveta v tistem njegovem delu, ki ga imenujemo živalski svet . Živa bitja imajo živčni sistem in spomin ; jim daje prožnost prilagajanje na spremembe življenjskih pogojev. Živčni sistem višjih živali je bolj razvit in prožen. In človek, ki je izstopil iz živalskega sveta in ohranil njegovo dostojanstvo, je našel nekaj novega. In ta nova stvar je sestavljena iz edinstvene, enkratne sposobnosti figurativnega in abstraktnega razmišljanja, obvladovanja jezika in govora. To je novi profesor Baudouin de Courtenay I.A. definiral takole: "Človek se od živali razlikuje po tem, da je sposoben teoretičnega razmišljanja." Ta človeška lastnost se uresničuje skozi govori , jezik , misli in spomin ; To je tisto, zaradi česar je človek v bistvu subjekt, ki se zaveda odnosa do sveta okoli sebe.

3 . Človekovo zavedanje prostora in časa kot oblike obstoja našega sveta je zgrajeno na osnovi človekove interakcije s telesi, ki v korelaciji tvorijo prostor. Na podlagi takšnih včasih živih interakcij se človek prepriča tako o prisotnosti teles, ki so drugačna od nas, kot o urejenih dogodkih, povezanih s temi telesi.

Celota interakcij med človekom kot družbenim bitjem in svetom okoli njega ter rezultati interakcij soizkušnje – izkušnjo tako posameznika kot izkušnjo človeštva kot celote. Vključuje tudi čutno-empirična stanja ( Občutek , dojemanje , reprezentanca ) in psiho-duševna stanja ( verbalnoizjave , jezikovni modeli,idealne abstrakcije ), In spomin .

Občutek- najpreprostejši rezultat čutnega vpliva sveta na človekove čute. Zaznavanje– celostna podoba predmeta kot posledica občutkov. Izvedba- čutno-vizualna podoba predmeta realnosti, reproducirana brez neposrednega čutnega vpliva predmeta na človekove čute.

Spomin- subjekt ohranja rezultate njegove interakcije s svetom, kar omogoča reprodukcijo in uporabo teh rezultatov v nadaljnjih interakcijah osebe s svetom.

dejavnost– zaporedje človeških interakcij z zunanjim svetom, organizirano po družbenem pomenu. Stopnja človekovega odnosa s svetom nam omogoča, da razlikujemo različne vrste dejavnosti, na primer kognitivno-orientacijsko dejavnost.

Človek od rojstva kaže zanimanje za svet, v katerem živi; hoče vedeti in razložiti. Zanimanje nastane zaradi genetsko prirojene potrebe po razumevanju sveta. Ta genetsko pogojena in družbeno zahtevana potreba po razumevanju in razlagi sveta (naravnega in človeškega) je služila, služi in bo služila globalnemu cilju in smislu človeškega obstoja: živijo in pustijo živeti svojim potomcem, se samoohranjajo in razvijajo telesno in duhovno, praktično in ustvarjalno. Človek je v svojih dejavnostih vedno izhajal iz načela prihranki : doseči maksimum z minimalnim potrebnim naporom.

PREDAVANJE 2. OSNOVNE OBLIKE SPOZNAVANJA IN RAZVOJA

SVET (ELEMENTI SODOBNE SLIKE SVETA)

4 . Spoznanje, znanje, družbena praksa; institucija tradicije, oblike in podlage za izvajanje.

5 . Znanost in tehnologija; pojem, vsebino in mesto v življenju ljudi.

6 . Računalništvo in informacije; pojem in mesto v človeškem življenju.

7 . Metodologija in njen znanstveni značaj. Pojem sinergetike in osnovne lastnosti kompleksnih sistemov.

4 . Temeljni za človekov odnos s svetom so koncepti, kot je spoznanje ter znanja, družbene prakse in tradicije.

Spoznanje– najpopolnejše področje človekovega delovanja pri doseganju njegovega globalnega cilja je proces reflektiranja in reproduciranja realnosti v človekovi zavesti z vso raznolikostjo odnosov v njej ustrezno njihovi naravi, pogojeni z razvojem družbe in povezani z družbeno prakso. .

znanje- produkt kognitivno usmerjene človeške dejavnosti, ki idealno reproducira v jezikovni obliki (v jezikovnem kodu) objektivne, redne povezave in odnose v svetu ter sistem človeških interakcij s svetom.

merilo resnica pridobljenega znanja je povezana s spoznanjem družbena praksa. Kot kategorija filozofije nujno vključuje celoten sklop neposrednih in posrednih vzročno-posledičnih odnosov in odnosov v dejavnostih mnogih generacij ljudi, ki so zgodovinsko in družbeno povezane.

Javni zavod je pomembno orodje povezovanja generacij tradicije, ki ga razumemo kot prenašanje iz roda v rod kulturne vsebine izkušenj ljudi, ki jih določena družba na podlagi določene lestvice vrednot izpostavlja kot družbeno pomembne za sedanjost in prihodnost. Kulturna vsebina človekovega doživljanja, dediščina njihovega življenja, so na primer običaji, pogledi na svet in odnosi v njem, verovanja in prepričanja, način mišljenja in vedenja, norme vedenja, etika in estetika itd.

Institucija tradicij je nastala, ker je človek z razvojem možganov zaradi razvoja informacijskega sistema lahko premagal oviro dednosti pri prenosu izkušenj, dajal svoje izkušnje drugim in uporabljal izkušnje drugih kot svoje. konceptov in abstraktnega mišljenja. Učinkovita podlaga za uresničevanje institucije izročila je univerzalni kodeks miselnosti-govora-jezika, ki so ga ljudje odkrili in razvili ter spomin posameznika in človeštva kot celote.

5. Kmetijstvo, živinoreja, obrt, trgovina, kultura, izobraževanje in nazadnje znanost so postali dragocena tradicija ljudi.

Znanost je postala ena od pomembnih pridobitev v instituciji tradicij v moderni dobi človekovega obstoja. Ta smer v tradicijah se je pojavila, razvijala in razvija s kopičenjem dejstev, idej in izkušenj. V svoji sodobni obliki se je znanost pojavila v zadnjih 450 letih, ko so bile v času renesanse odkrite najprimernejše metode, tehnike, sredstva in ideje, potrebne za učinkovito poznavanje naravnega sveta, ki jih je sprejela družbena praksa.

Znanost – sistematično organizirana, genetsko pogojena in družbeno zahtevana spoznavna dejavnost, ki se izvaja z opazovanjem, kopičenjem dejstev, idej in zamisli, doživljanjem in razumevanjem nakopičenih izkušenj z vzpostavljanjem povezav in odnosov med dejstvi, dogodki, pojavi, z ugotavljanjem vzorcev v njihovih manifestacijah, odkrivanje zakonitosti in novih pojavov v gibanju sveta.

Toda ljudje so žejni tako po razumevanju sveta kot po uporabi znanja in ugotovljeno (odpreti vase in posredovati drugi) razumevanje zakonov in vzorcev gibanja sveta. Uporabiti nekaj v dobro ljudi se imenuje pragmatika .

Pragmatika naravoslovja – tehnika, to je sredstva za delo, ki so se razvila in se razvijajo v sferi proizvodnje za njeno izvajanje, kot tudi odnosi ljudi s svetom, ki nastajajo v proizvodnji, pogoji in sam proces vpliva delovnih sredstev na subjekt dela in okolje.

Znanost o naravi, njeno poznavanje v celotnem obsegu odnosov v naravi razumemo kot naravoslovje ; in vključuje številne posebne vede o naravi, vključno z vodilno med njimi - fizika .

6. Naravoslovje vključuje tri sestavine, ki jih ustvarja specifičen odnos človeka do sveta v procesu njegovega spoznavanja in razvoja. to znanost kako poznavanje sveta, tehnika kot znanstveno pragmatika in Informatika kot sta izmenjava spomina in znanja.

Računalništvo – znanost o procesih nastajanja(izginotje), prenos, sprejem (sprejem), shranjevanje in obdelava informacij. Računalništvo – to in tehnika sredstva in metode uporabe informacij. Računalništvo v aplikativnem smislu gre za razvoj in uporabo računalnikov.

Računalništvo deluje informacije . latinska beseda informacije- tio prevedeno kot "razlaga", "pojasnilo", "informacija". Izraz informacije pogosto uporabljen v različnih pomenih: humanisti poudarjajo pomen 'informacije o ...', filozofi - 'odsev ...', v komunikacijskih sistemih - 'sporočilo'; "prenos informacij".

Sprejmimo bolj splošno definicijo informacije po G. Kastlerju: informacije obstaja ena zapomnila(nepozabno),vključeno ali vključeno v pomnilnik,izbiro ene možnosti izmed več možnih in enakovrednih.

Toda izbira se morda ne bo spomnila (takoj pozabljena). Ta izbira se imenuje mikroinformacije. Pomnjena izbira je nasprotje nepozabne izbire. makro informacije oz informacije .

samostalnik " izbira» razumeti in kako postopek, In kako njegov rezultat. V naši definiciji se razume kot rezultat procesa. V tem smislu je konstruktiven, če se uporablja v resničnih problemih. Vendar pa je informacija kot rezultat izbire nepredstavljiva brez selekcijskega procesa. Zato je sam postopek selekcije izpostavljen kot informacijski proces .

7. Med aktivnostmi se pojavljajo nekatera vprašanja. Vprašanja, ki zahtevajo posebno študijo in rešitev, se imenujejo težave . Dovoljene samo, če se zanašajo na znanstvena metodologija .

Metodologija (grško 'beseda o poti do nečesa') v smislu pragmatizma - sistem metode znanja v okviru znanstvene dejavnosti, in celota dejanj in tehnik za njegovo učinkovito izvajanje. Metodologija v svetovnem nazoru - nauk o metodah znanstvenega spoznavanja materije, in tudi o struktura in sistem znanstvenih pojmov. Znanstvena metodologija pomeni pristop k problemu znanja s stališča znanstvenih spoznanj o bistvu problema, njegovem izvoru in mehanizmu razvoja, vključno z objektivno analizo in napovedjo posledic njegove rešitve.. Tu potrebujemo globoko poznavanje narave pojavov, povezanih s problemom, v celoti medsebojnih povezav in odnosov v prostoru in času za vse elemente realnosti, ki so z njim povezani.

V našem času se znanstvena disciplina imenuje sinergetika. Izraz je v 70. letih dvajsetega stoletja izumil nemški fizik G. Haken.

Sinergetika –znanstvena smer integralne narave, ki preučuje splošne zakone samoorganizacije kompleksnih sistemov.

Kompleksen sistem– odprt mobilni makrosistem, ki je sposoben spremeniti vedenje, ko se spremenijo prometne razmere.

Kompleksnost sistemi - sposobnost ponovne izgradnje vedenja, ko se spremenijo zunanji pogoji njegove interakcije z zunanjim svetom.

Kompleksni sistemi imajo temeljne lastnosti, ki razkrivajo vse posebnosti njihovega gibanja. to:

1) odprtost sistemi (prisotnost interakcije z zunanjim svetom);

2) kvantizacija prag odziv na zunanje vplive;

3) nelinearnost (nelinearna povezava med odzivom in vplivom);

4)nezvodljivost sestava celote iz njenih delov na njihovo vsoto ;

5) dinamična heterogenost deli sistema (njihova lastnost za razstavljanje različne hitrosti odgovor zunanji vpliv);

6) skladnost , samoskladnost;

7) katastrofa – spazmodična samoregulacija stanja sistema;

8) alternativnost (različni načini premagovanja nesreče);

9)hevristično (nepredvidljivost).

Sinergetika temelji na miselnosti, znani kot kvantna paradigma – holistični sistem idej, katerega osnova je razumevanje kvantne organizacije sveta in kvantnih zakonitosti njegovega gibanja ter uporaba kvantne metodologije za pridobivanje znanja o svetu.. Samo zavedanje o kvantni naravi odnosov v svetu omogoča človeku, da razume pojav trajnost v svetu, spoznajte zakone sveta in ukrepajte glede na situacijo glede na vaše cilje in zmožnosti.

PREDAVANJE 3. MERITEV KOT DEJAVNOST

NA PODROČJU SPOZNAVANJA IN RAZISKOVANJA SVETA

8. Opazovanje in opisovanje kot dejavnosti na področju spoznavanja in raziskovanja sveta.

9 . Merjenje kot temeljna dejavnost na področju spoznavanja in obvladovanja sveta. Definicija, zgodovina nastanka in manifestacije, glavne vrste meritev (znanstvene meritve ali poskus, kontrolna meritev, ocenjevanje).

10 . Fizikalna količina kot predmet merjenja. Rezultat meritve; njen prikaz, vrstni red in dimenzija merjene fizikalne količine.

11 . Vrste meritev; klasifikacija in predstavitev (neposredne, posredne meritve; statične, dinamične, in situ meritve; eno- in večkanalne, eno- in večparametrične meritve; kumulativne, skupne; absolutne, relativne meritve).

8. Izkušnje služi kot edini vir vsega našega znanja o svetu. Človek spoznava svet samo skozi izkušnje, samo skozi komunikacijo s svetom okoli sebe. V bistvu je izkušnja človekova dejavnost, ki jo povzroča njegov odnos do sveta in dejanja pri reševanju nastajajočih problemov. Njegove posebne manifestacije so opazovanje , opis in merjenje .

Opazovanje (»Razlagalni slovar ruskega jezika«) – dejanje na glagol opazovati , ki ima več razlag: 1) natančno slediti nekomu ali nečemu z očmi; 2) pozorno opazovati koga (ali kaj), preučevati, raziskovati; 3) naleteti na kakšen pojav, opaziti, zaznati; in tudi to je rezultat takega dejanja, to je tisto, kar je opaziti, pridobljeno kot rezultat skrbnega preučevanja, opazovanja, zaznavanja. V znanstveni literaturi opazovanje – postopek pridobivanja informacij o predmetih, ki se nahajajo v območju neposrednega vida (območje sledenja ali vidnosti). na primer radarski nadzor (»Enciklopedija elektronske tehnologije«) je postopek pridobivanja radarskih informacij o predmetih, ki se nahajajo v območju vidnosti radarske postaje. IN optično opazovanje Tukaj je postopek pridobivanja informacij o predmetih, ki se nahajajo v območju vidnosti subjekta(optični instrumenti). Za subjekt so takšna optična naprava seveda njegove oči. Opazovanje je nujno prisotno na kateri koli stopnji in kateri koli ravni akta spoznavanja; njegova glavna značilnost je zbiranje dejstev, znakov in lastnosti, dogodkov in pojavov, zato je njegova kvalitativna narava kot oblika dejavnosti očitna.

Opis – stopnja znanstvenega in praktičnega poznavanja sveta, sestavljena iz označevanja(zapisi)podatki opazovanja z uporabo določenih sistemov zapisov, sprejetih na ustreznem področju človekove dejavnosti ali v določeni skupini predmetov.

9. Merjenje - glavna vrsta kognitivne in orientacijske dejavnosti človeka v njegovih odnosih s svetom. S prizadevanji njenih ustvarjalcev je postala osnova fizike kot vodilne vede o naravi. Tako je G. Galileo pred približno 450 leti v renesansi postavil merjenje za osnovo fizične metode razumevanja sveta. S stališča fizike je preučevanje pojava postalo merjenje, izvajanje meritev. Spodbujen z razvojem industrije v Evropi, razsežnost, ki je najbolj formalizirana v kemiji in fiziki, sčasoma pridobiva pomemben in vse večji pomen v znanosti, tehnologiji, industrijski proizvodnji in gospodarskem življenju ljudi.

Merjenje se je, tako kot opazovanje, pokazalo kot vrsta človeške dejavnosti, seveda veliko prej kot renesansa v Evropi, celo v antiki, v dobi zgodovinskega povoja človeštva. Primarnost opazovanja in merjenja kot oblike človekovih odnosov z zunanjim svetom dokazuje slika ontogeneze in otrokovega razvoja. Njegova dejanja jasno kažejo dejanja, ki jih ni mogoče okvalificirati drugače kot opazovanja in meritve. V plenicah ali v posteljici lahko dojenček z očmi pozorno spremlja gibe mame, ropotajoče igrače in ujame mamin nasmeh (po konceptu opazovanje). Sposoben je posneti situacije, kot so " daleč/blizu», « visoka/nizka», « tih/glasno», « temno/svetloba», « okusno/ni okusno" in tako naprej. Seveda so takšna otrokova dejanja odkrito kvalitativna, vendar so zgrajena po povsem stabilnem pravilu (lahko bi rekli algoritmu) primerjave in primerjave. Ta gensko pogojena dejanja razkrivajo merjenje kot posebno, specifično človeško dejavnost. In človeka v svetu odlikuje ravno sposobnost merjenja sveta.

Torej, merjenje – namenska dejavnost, ki je sestavljena iz primerjanja nečesa, kar je še neznano, z nečim, kar je že znano, ki je po svoji naravi identično proučevanemu in vzeto kot standard ali enota primerjave, pri čemer se taka primerjava izvaja v skladu z izbranim kriterijem in neizogibno z določeno negotovostjo. ali primerjalna napaka.

Izmeri - Pomeni primerjati nekaj neznanega z nečim že znanim z nekim namenom in izbranim kriterijem,enake narave in vzeti kot enota(standard)primerjave in neizogibno z nekaj napake.

Merjenje kot dejavnost predstavljajo tri glavne vrste: znanstveno merjenje (eksperiment), kontrolno merjenje in vrednotenje.

Znanstvena dimenzija (poskus) –meritve, ki se izvajajo v interesu razumevanja sveta, iskanja novih znanj in zakonitosti svetovnega razvojaminimalno možno merilna napaka.

Kontrolna meritev – merjenje v družbeni proizvodnji produktov uporabe. Kontrolne meritve so področje meroslovja kot vede in tehnologije natančnih meritev.

Ocena – meritve, izvedene v interesupragmatiki , to je uporaba v interesu in koristi osebe kot celote ali skupine ljudi,s standardno napako , torej z napako, ki je zadostna za dosego namena primerjave (in ne ravno najmanjša možna, minimalna zahteva pa je tu ne le nepotrebna, ampak pogosto tudi škodljiva).

Ocena – to pomeni vključiti nekaj v svojo izkušnjo na podlagi obstoječih izkušenj. IN Vsakdanje življenje Pogosto ocenjujemo situacijo, ki je pred nami. Tako na primer nekaj poimenovati pomeni to ovrednotiti, vključiti v svojo izkušnjo.

Nominacija, imenovanje– in je ocenjevanje izvedeno praviloma brez numerične refleksije. brez ocene– meritve z standardna napaka , – niti koraka ne moremo narediti.

In že tako običajno, a na splošno temeljno dejstvo naredi merilni koncept temeljni v celotnem sistemu človekovih predstav o odnosih v svetu okoli sebe.

10. Fizična količina , ki je potrebna za vsako meritev, Tukaj je ena od številnih specifičnih lastnosti fizičnega predmeta (fizično sistemi, postopek, pojavov oz država), ki je v kvalitativnem smislu skupen številnim fizičnim objektom, a kvantitativno različen za vsak posamezen fizični objekt in torej nekaj, kar se izmeri kot naše.

V naravoslovju in še posebej na področju tako imenovanih eksaktnih fizikalnih in tehničnih ved uporabljajo zaradi praktičnih razlogov bolj zoženo definicijo merjenja, ki temelji predvsem na konceptu fizikalne količine: 1) merjenje – postopek eksperimentalnega določanja vrednosti fizikalne količine s posebnimi tehničnimi sredstvi (»Enciklopedija elektronske tehnologije«); 2) merjenje – operacija, s katero se določi razmerje med eno (merjeno) količino in drugo homogeno količino (vzeto kot enoto); Število, ki izraža takšno razmerje, se imenuje numerična vrednost merjene količine ("Velika Sovjetska enciklopedija"). Na vprašanje: "Kaj je merjenje?" – običajno sledi odgovor: “Pridobitev števila za fizikalno količino.” To ne pomeni, da je napačno; ustreza ozkemu razumevanju merjenja. Toda to je le zadnja točka problema. Pravzaprav je v merjenje vključenih več delov dejavnosti: 1) izbira fizikalne količine; 2) izbira njegove enote, 3) izbira primerjalnega kriterija; 4) sama izvedba primerjave; 5) rezultat primerjave; 6) njeno evidentiranje (shranjevanje); 7) ocena meja njegove zanesljivosti.

Rezultat kaj je namen merjenja? imenovano številko in je izražena z zmnožkom navadnega števila (brez imena) z mersko enoto, ki številu daje ime.

Število X (brez imena) je predstavljeno kot decimalni ulomek kot produkt dveh faktorjev: enega kot pomembnega dela v obliki decimalno z vrednostjo X 0 v razponu od ena do devet (1  X 0  9) ali v razponu od ene desetine do ena (0,1  X 0  1), drugi pa kot del lestvice v obliki neke potence število 10 s celoštevilskim indikatorjem "n", ki je lahko pozitiven ali negativen ali nič: X = X 0 10 n (3.1)

Imenuje se eksponent "n" potence števila 10 v redu fizikalna količina. Zlasti pri n = 0 govorimo o ničelnem redu, ko so vrednosti izmerjene fizikalne količine v istem merilu z mersko enoto (1  X 0  9); pri n = 1 govorimo o prvem redu, ko je fizikalna količina približno 10-krat večja od merske enote; pri n = – 1 pa že govorijo o minus prvem redu, ko je izmerjena fizikalna količina približno 10-krat manjša od merske enote. Kakovost (kvalitativna raven) samega merilnega rezultata določa uporabljena merska enota; opredeljuje t.i razsežnost fizikalna količina. To je lahko na primer dolžina palice, površina ploščine, prostornina telesa, hitrost telesa, tlak plina, jakost električnega toka, indukcija magnetnega polja, gostota energijskega toka, kotni moment oz. spin osnovnega delca itd.

11. Razvrstitev Upoštevali bomo meritve s trenutno najbolj razvito vrsto meritev - znanstvenimi meritvami.

Najenostavnejša in zgodovinsko izvirna vrsta znanstvenih meritev je neposredno merjenje, ko rezultat meritve dobimo z neposredno primerjavo fizikalne količine z mersko enoto. To so meritve telesne dolžine, velikosti parcele, telesne teže itd.

Če neposredne meritve niso mogoče, uporabite posredno meritve, ko se številčna vrednost fizikalne veličine ugotovi z izračunom na podlagi neposrednih meritev drugih fizikalnih veličin, ki so funkcionalno povezane s parametri izvorne količine. Tako se hitrost zvezd meri s tako imenovanim modrim ali rdečim premikom svetlobnih frekvenc, ki jih te zvezde oddajajo.

Neposredne meritve katerih koli dveh fizikalnih količin, ki sta med seboj funkcionalno povezani, se imenujejo enofaktorski oz enoparameterski. Dandanes je povsem običajno, da izvajamo hkratne meritve več kot dveh fizikalnih veličin; Ta vrsta večplastnih merilnih dejanj se imenuje več parametrov oz večfaktorski meritve.

Meritev fizikalne količine, ki je zaradi lastnosti preučevanega predmeta sprejeta kot nespremenljiva (konstantna) skozi celotno trajanje dejanj, se imenuje statična meritev . Merjenje fizikalne količine, ki se zaradi lastnosti preučevanega predmeta spremeni med trenutnim poskusom, se imenuje dinamično merjenje . Uporaba sodobnih hitrih računalnikov med eksperimentom omogoča meritve V ti način v situ – v realnem času za preučevani proces. Končno se zdaj razlikujejo matematični, računalniški, strojni in modelni poskusi.

Tudi odlikovan kumulativno in sklep , absolutno in relativno meritve. Kumulativno meritve so meritve več istoimenskih fizikalnih veličin, katerih vrednosti so ugotovljene na podlagi reševanja sistema enačb, pridobljenih kot rezultat neposrednih meritev različnih kombinacij teh fizikalnih veličin. Sklep meritve – sočasne meritve dveh ali več različnih fizikalnih veličin z namenom ugotavljanja funkcionalnega razmerja med njimi. Absolutno meritve so posredne meritve, ki uporabljajo temeljne fizikalne konstante, s katerimi je mogoče izraziti fizikalno količino, ki jo merimo. Sorodnik meritve so bodisi meritve razmerja med količino in istoimensko količino, ki igra vlogo poljubne merske enote, bodisi meritve količine glede na drugo količino, ki je vzeta za izhodiščno.

PREDAVANJE 4. MERILSKE NAPAKE;

NJIHOVA RAZVRSTITEV IN METODE OCENJEVANJA

12 . Pojem merilne napake (napaka, negotovost). Pojem prave vrednosti merjene fizikalne količine. Vrste merilnih napak (absolutne, relativne; grobe, naključne, sistematične, totalne).

13 . Metode za ocenjevanje (ugotavljanje) merskih napak (napake, negotovosti) in prikaz napak (povprečni modul odstopanja, povprečni kvadrat ali standard); varianca meritev, standardna deviacija vzorca.

14 . Gaussov zakon seštevanja posrednih merilnih napak.

12 . Merilni proces nujno vključuje analizo meja zanesljivosti merilnega rezultata. Kot kaže merilna praksa, pri ponavljanju istega poskusa vedno dobimo različne številčne vrednosti. To se zgodi tudi, če se pri vsaki določeni ponovitvi merilnih operacij vse izvede na povsem enak način, se zdi. In zato se neizogibno in naravno postavlja vprašanje ne le o resnični (dejanski) vrednosti preučevane fizikalne količine, temveč tudi o stopnji (meji) njene zanesljivosti.

Kakovost in stopnjo (mejo) zanesljivosti oziroma stopnjo negotovosti merilnega rezultata označujeta t.i. napaka meritve(oz napaka meritve).

Napaka meritve(napaka meritve) je odstopanje merilnega rezultata od prave vrednosti izmerjene vrednosti. Strogo gledano je merljiva količina, ki ima mero, ki se ugotovi z merjenjem fizikalna količina .

Zaradi neizogibnih merilnih napak prave vrednosti X fizikalne količine (X) načeloma ni mogoče poznati. Da bi zagotovili gotovost v rezultatih primerjave, smo se strinjali, da bomo pravo vrednost X razumeli kot aritmetično sredino X avg (<Х>) za celotno diskretno množico rezultatov X k večkratnih ponovitev merjenja fizikalne količine (X), pri čemer so ponovitve niz določenega števila n (n ≥ 1) poskusov, ki se izvajajo praviloma na enem mestu. in ob približno istem času isti čas: X ≡ X av =<Х>= [(X 1 + X 2 + X 3 + … + X n)/n] (4.1)

In v vsakem posameznem poskusu se delna merilna napaka ∆X k razume kot odstopanje ∆X k rezultat meritveX k iz aritmetične sredine X Sre za niz merilnih rezultatovX k , vzeto kot prava vrednost izmerjene fizikalne količine{X} , in je določen z relacijo oblike: X k = X k – X povpr. (4.2)

Merske napake običajno delimo v tri skupine napak, imenovane as sistematično ,naključen in nesramen (oz odrasti ).

Hude napake oz emisije meritve izpadejo iz splošne pravilne porazdelitve merilnih rezultatov okoli prave vrednosti merjene fizikalne količine in se preprosto izločijo iz nabora vrednosti merjene količine.

Sistematske napake imajo veliko razlogov in se običajno praktično ne razkrijejo v nizu ponovljenih poskusov, saj v takih poskusih praviloma ohranijo svojo velikost. Zaradi tega sistematične napake (napake ) In so definirane kot napake, ki ohranijo svoj pomen med večkratnimi ponovitvami iste serije eksperimentov. Odkrivanje in obračunavanje sistematične napake običajno ni enostavno. In tukaj je nemogoče ponuditi en sam recept (tehniko) za njihovo identifikacijo z uporabo uporabljenega postopka ponavljanja merilnih operacij. Možno je seveda spreminjati pogoje za njihovo izvajanje, razvrščati najrazličnejše vire napak, znane v pogojih izvajanja poskusov. Ampak ponavadi je to na koncu to. ne reši problema ocenjevanja sistematične napake. Identificiramo jih bodisi s primerjavo njihovih merilnih podatkov s podatki drugih raziskovalcev bodisi s spremembo samega merilnega postopka.

Naključne napake tudi meritve imajo številne razloge. Zanje je značilna edinstvenost ponavljanja poskusov od primera do primera. Zaradi tega naključne napake – napake, za katere je značilna neponovljivost od primera do primera ob ponavljanju poskusov. In načeloma je nemogoče navesti velikost naključne merilne napake za eno meritev. Zato se pri merjenju preučevane fizikalne količine poskusi ponavljajo do določene razumne meje. Pravzaprav so te ponovitve namenjene ugotavljanju prav naključne napake pri merjenju količine, saj sistemske napake v takih serijah ponovitev poskusov načeloma ne zaznamo.

Kombinirana manifestacija naključnih in sistematičnih napak (z izjemo izstopajočih vrednosti) se imenuje popolna napaka meritve.

Zmnožek skupne vrednosti napake Х merskega poda na mersko enoto [X] fizikalne količine (X) se razume kot absolutno napaka (poimenovana napaka) meritve (Х nadstropje) fizikalne količine (X): (Х nadstropje) = Х nadstropje [X] (4.3)

Glavni rezultat meritve – to je pokazatelj (1) vrednosti X fizikalne količine (X), (2) območja (meje) njene zanesljivosti, to je merilne napake X nadstropja fizikalne količine, in (3) njegova kvalitativna raven, določena z mersko enoto [X]:

(X) = (X povprečje  X nadstropje)[X] (4,4)

Ta oblika predstavitve rezultata merjenja fizikalne količine v numeričnem izrazu oblike (4.4) se imenuje tudi merilna enačba . Tako je rezultat merjenja dolžine L palice, predstavljen v obliki: (L) = (L avg  L tla) [m] – to je enačba za merjenje dolžine palice.

Dejansko kakovost merjenja fizikalne količine (X) označuje relativna napaka , določeno z razmerjem med absolutno napako X meritve in vrednostjo X avg same fizikalne količine:  = (X/X povprečje) (4,5)

Relativna napaka  je brezdimenzijska količina, določeno število; zato je njegova vrednost v praksi pogosto izražena v odstotkih (%). Njegove majhne vrednosti na ravni najmanj 0,1% služijo kot ocena, značilna za visoko kakovost opravljene meritve. Nasprotno, za meritev slabe kakovosti so značilne relativno velike vrednosti relativne napake  na ravni približno 10%; Včasih pride do merilnih situacij, ko se relativna napaka  izkaže celo za večjo od enote (>1).

13 . Razmislimo z metode ocenjevanja (ugotovitev) napak (napak, negotovosti) meritev in predstavitev napake .

Delna napaka ∆X k je lahko pozitivno število (∆X k > 0), negativno število (∆X k< 0) или нулём (∆X k = 0), а средне-арифметическая погрешность ∆X ср (<Х>) je enaka nič (∆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)

Če v to zvezo (4.6) nadomestimo vsak njen člen ∆X k, ki ga ločimo s številom k = 1, 2,..., n v skladu z zvezo (4.2), dobimo zahtevano: ∆X av = ([(X 1 –X povprečje) + (X 2 –X povprečje) +… + (X n –X povprečje)])/n =

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

Torej aritmetična sredina ∆X avg za odstopanja ∆X k delnih merilnih rezultatov X k od prave vrednosti X avg izmerjene vrednosti ne more biti merilo meje zanesljivosti rezultata merjenja fizikalne količine (X) v podane serije poskusov.

Zato smo se za določitev takšne mere odstopanja dogovorili, da bomo uporabili količine, ki ne bodo spremenile predznaka pri prehodu iz ene merilne operacije v drugo, ko bomo uporabljali niz poskusov za preučevano količino. Najenostavnejši takšni količini konstantnega predznaka sta absolutna vrednost (ali modul) in temu primerno kvadrat določene merilne napake, in sicer: |∆X k | ≥ 0 in (∆X k) 2 ≥ 0 (4,8)

Ocenjene so meje zanesljivosti merilnega rezultata pomotoma modul glede na niz odstopanj ∆X k merilnih rezultatov X k od dejanske vrednosti X avg izmerjene vrednosti kot aritmetične sredine ∆X avg za modul odstopanja ∆X k :

∆X av = [(∆X 1 +∆X 2 +∆X 3 +…+∆X n )/n] (4.9)

Drugo merilo za ocenjevanje zanesljivosti merilnega rezultata je koren srednje kvadratne napake (napaka ) ∆X kV, označeno tudi z grško črko . Upoštevajte zlasti, da se njegov kvadrat  2 imenuje disperzija izmerjena fizikalna količina. Koren srednje kvadratne merilne napake  ali ∆X kV, imenovan tudi standardna merilna napaka , je sestavljen na podlagi metod matematične statistike in nabora kvadratov delnih merilnih napak (∆X k) 2 , pridobljenih s ponavljajočimi se ponovitvami poskusov v obliki:

  ∆X kv = ([Σ k n (X k – X povprečje) 2 ]/) ½ (4.10)

Meja zanesljivosti merilnega rezultata je ocenjena in selektivna varianca , to je povprečna vrednost s n 2 za kvadrat odstopanja (∆X k) 2 po analogiji z aritmetično srednjo vrednostjo same fizikalne količine: s n 2 = ([Σ k n (X k – X avg) 2 ]/( n –1)) (4.11)

Poleg tega je tukaj v (4.11) namesto delitelja n, kot velja za dejansko aritmetično srednjo vrednost (4.1) fizikalne količine, uporabljen delitelj (n – 1), saj je za izračun odstopanj ∆X k = X k –X avg morate imeti vsaj dva štetja.

Imenuje se tudi kvadratni koren s n variance vzorca s n 2 standardni odklon vzorca s n, ki označuje razmik posameznih merilnih rezultatov od aritmetične srednje vrednosti. Enostavno je primerjati formuli (4.10) in (4.11) in najti njeno povezavo s standardnim odklonom  v obliki:  = s n /√n (4.12)

14. Gaussov zakon dodajanja napak uporablja se v primeru posrednega merjenja, ko je numerična vrednost fizikalne količine X določena na podlagi neposrednih meritev nekaterih drugih fizikalnih veličin, na primer P in Q, povezanih z neko funkcionalno odvisnostjo od prve količine X prek funkcija dveh argumentov f(P,Q) : X = f(P,Q) (4.13)

Količini P in Q sta izmerjeni p oziroma q-krat; hkrati pa so vrednosti samih vrednosti P avg in Q avg ter njihove standardne napake  P in  Q znane na podlagi opravljenih meritev. Za vsak par delnih vrednosti p i in q j obstaja vrednost posredne delne vrednosti x ij in njena aritmetična sredina X avg s celotnim nizom razpoložljivih različnih odčitkov (ali, kot pravijo, moč vzorčenja) pq je določen s pravilom seštevanja vseh vrednosti x ij za banko dobljenih vrednosti pri dani moči vzorčenja v skladu z razmerjem oblike: X av = (Σ i p Σ j q x ij)/( pq) (4,14)

Delna vrednost x ij je funkcija vrednosti izmerjenih parametrov p i in q j: x ij = f(p i,q j) (4.15)

Poleg tega je ta funkcija pridobljena z uporabo funkcije f(P,Q) za vrednost X z ustrezno zamenjavo vrednosti P in Q z delnima vrednostima pi in q j.

Razširimo vrednost x ij v Taylorjev niz v bližini delnih vrednosti pi in q j, ki igrata vlogo trenutnih argumentov za našo funkcijo f(p i,q j): x ij = f(P avg,Q povprečje) + (∂f/∂P) (p i –P povprečje) + (∂f/∂Q)(q i –Q povprečje) (4.16)

Disperzijo σ Х 2 rezultata posrednega merjenja vrednosti X dobimo z njeno definicijo z uporabo razširitve x ij (4.16) v Taylorjev niz v obliki: σ Х 2 = ([Σ i p Σ j q (x ij –X povprečje) 2 ]/[(p q)(pq–1)]) 

 ([Σ i p Σ j q (x ij –Х povpr.) 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)

Prva dva člena sta tukaj določena z variancama  P 2 in  Q 2 izmerjenih količin P in Q, zadnji člen pa je enak nič. Potem pridemo do splošnega odnosa:

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

znan kot Gaussov zakon dodajanja napak.

Gaussov zakon seštevanja napak se uporablja v praksi meroslovja tako pri ocenjevanju meja zanesljivosti posrednih meritev kot pri ocenjevanju celotne napake σ Xtotal katere koli meritve:

σ Xtotal 2 =  Xcase 2 +  Xsist 2 (4.19) določeno, kot je znano, s prisotnostjo naključnih  Xcase in s tem sistematičnih  Xsist napak.

PREDAVANJE 5. PRINCIP, METODA IN OBJEKT MERITVE.

KLASIČNA MERILSKA SHEMA;

NJIHOVI ELEMENTI IN RAZVRSTITEV.

15 . Princip, metoda, predmet merjenja. Klasična funkcijska in strukturna merilna vezja, njihovi primeri.

16. Pojem hierarhije pri razvrščanju merilnih metod po njihovih nivojih in podnivojih. Koncept glavnih vrst metod za merjenje fizikalnih količin.

15. Merjenje je namenska dejavnost, zato ima načrt za izvedbo. »Eksperimentator, ki nima načrta dela, je kot ladja brez krmila med nevihto,« pravijo modri ljudje. Temeljni vidik načrtovanja, organizacije in izvedbe meritve (eksperimenta) je načelo , metoda in predmet merjenja .

Princip merjenja – fizični pojav, na katerem temelji meritev.

Metoda merjenja – tehnika (nabor tehnik) za primerjavo fizikalne količine z mersko enoto v skladu s kriterijem in sredstvom za primerjavo pri izvajanju merilnega principa.

Predmet merjenja – to je bodisi telo, ali fizikalni sistem, ali fizikalni proces, ali fizikalni pojav itd., ki je opisan z eno ali več merljivimi fizikalnimi količinami.

Merjenje je proces ali izvedena aktivnost, v katero je vključen določen nabor različnih funkcionalnih elementov, katerih en del sestavljajo specifični objekti (predmeti in merilni instrumenti), drugi del pa koncepti, definicije, določene operacije in postopki, pogoji. , itd.

Ta niz elementov, ki zagotavlja merjenje, se imenuje funkcionalni merilni diagram ali preprosto merilno vezje . Grafično predstavljene medsebojne povezave in razmerja med različnimi funkcionalnimi elementi merilnega vezja imenujemo blokovni diagram meritve; tipičen primer tega je prikazan na sliki 5–1.

Dajmo razlago njegovih elementov. Enota – fizikalna količina, ki ji je pripisana številska vrednost, enaka ena (1).

Merilni instrument – tehnični pripomoček, namenjen meritvam; ima standardizirane meroslovne značilnosti, ki reproducirajo in (ali) z njihovo pomočjo shranjujejo mersko enoto (znotraj ugotovljene napake) za znani časovni interval. Uporablja se v določenem območju sprememb merjene količine ( obseg meritve ) in ima lestvico, katere vrsta je odvisna od tehnične izvedbe izdelka.

Naslednji blok v blokovnem diagramu meritev zaseda merilna metoda , ki je v vsakem primeru specifična in osrednja.

V diagramu merilnega bloka je označen kvadrat tehnike izvajanje meritev. V znanstveni in tehnični literaturi se merilne metode in merilne tehnike pogosto identificirajo in zamenjujejo.

Tehnika merjenja (Samo merilna tehnika ) je ustaljen niz operacij in pravil med merjenjem, katerih izvajanje zagotavlja pridobivanje merilnih rezultatov z zajamčenim merilnim pogreškom glede na merilno metodo. Merilna metodologija se v celoti odraža v besedah: delaj kot mi !

Ko govorimo o meritvah, ne smemo pozabiti na pogoje za izvedbo meritev. Lahko so normalno , delavcev in ekstremno .

Normalni pogoji – pogoji, ko lahko zanemarimo prisotnost vplivnih veličin. Delovni pogoji – pogoji merjenja, pri katerih so vrednosti vplivnih veličin znotraj delovnega območja merilnega instrumenta. Mejni pogoji ustrezajo tistim skrajnim vrednostim izmerjenih in vplivnih veličin, ki jih merilni instrument še lahko prenese brez poslabšanja delovanja.

16. Razvrstitev merilnih metod , ki sta ga znanost in tehnologija obvladali do našega časa, je treba izvajati po nekem splošnem načelu; viden je v obliki principa hierarhične organiziranosti celotnega sistema znanstvenega znanja - znanosti - in sistema obvladovanja rezultatov znanja - tehnologije.

Hierarhija merilnih metod je zgrajena glede na hierarhijo v organizaciji fizikalne znanosti po njenih znanstvenih disciplinah: mehanika, toplotna fizika, elektrofizika, magnetizem, optika, atomska fizika, kvantna fizika, jedrska fizika, fizika plazme, kozmofizika, astrofizika, biofizika, geofizika, atmosferska in morska fizika. V skladu s tem ločimo mehanske, termofizikalne, električne, magnetne, optične, atomsko fizikalne, kvantnofizikalne, jedrske fizikalne, plazemsko fizikalne, kozmofizikalne, astrofizikalne, biofizikalne in geofizikalne merilne metode.

Vsaka od teh ravni v hierarhiji merilnih metod je razdeljena na hierarhične podravni, povezane z značilnostmi ali značilnostmi meritev na področju manifestacije te podravni. Na primer, za raven mehanskih meritev, kinematičnih, statičnih, dinamičnih, hidrodinamičnih, energetskih, elastofizičnih, mikromehanskih merilne metode. (Predvsem mehanika nadzorovanega gibanja sistemov mikronske velikosti – mikromehanika – obravnava mikrorobote z značilnimi linearnimi dimenzijami mikronskega reda, ki so lahko helikopterji, planetarni roverji, podvodna plovila itd. Ena od pomembnih nalog pri tem je razvoj in ustvarjanje senzorjev linearnih pospeškov za nadzor gibanja robotov in nadzorovanih letal). Termofizične merilne metode vključujejo temperaturne, kalorimetrične, sile, pretočne in kinetične merilne metode.

Oglejmo si zdaj vrste merilnih metod, za katere se pogosto izkaže, da so skupne različnim hierarhičnim nivojem merilnih metod. Tu so neposredna, posredna, absolutna, relativna, statična, dinamična (in situ način), večkanalna (večfaktorska), ničelna, z zamenjavo z mero, diferencialna (razlika), brezkontaktna merilne metode.

Metoda neposrednega merjenja – metoda, ki temelji na neposredni primerjavi merjene količine z njeno mersko enoto s potrebnimi pogoji in zahtevami za katero koli vrsto meritve; – to je tudi način kalibracije (overitve) merilnega instrumenta, ko je mogoče preizkušano napravo primerjati z natančnejšo napravo v določenih merilnih mejah.

Posredna merilna metoda – metoda, ki temelji na posredni primerjavi merjene količine z mersko enoto, ki temelji na izvajanju posrednih meritev; – to je tudi način kalibracije merilnega instrumenta, kadar dejanske vrednosti izmerjene fizikalne veličine ni mogoče določiti z neposrednimi meritvami ali pa se posredne meritve izkažejo za natančnejše od neposrednih meritev. Posredna merilna metoda se običajno uporablja v avtomatiziranih merilnih napravah.

Absolutna metoda (relativno )meritve – metoda, ki temelji na izvajanju absolutno (relativno ) meritve z vsemi značilnimi in specifičnimi vidiki izvedbe.

Dinamična metoda (statična )meritve – metoda merjenja fizikalne veličine, ki se v času merjenja spreminja (ne spreminja) v skladu z merilnim principom in merilno nalogo.

V drugi polovici dvajsetega stoletja se je pojavila nujna potreba po hkratnem merjenju vrednosti številnih fizikalnih količin, ki opisujejo stanje fizični sistem na eni ali več točkah v prostoru. To je povzročilo razvoj metode večtočkovnih (večkanalnih) meritev, ki se izvajajo v organski kombinaciji z visoko zmogljivimi informacijskimi sistemi in veliko količino informacijskega pomnilnika. Glavni informacijsko intenzivni so tisti, ki se hkrati pojavljajo in izvajajo. meritve , diagnostiko in nadzor v situ , prepoznavanje vzorcev . Vse te procese združuje potreba po uporabi primerjave pojava ali predmeta, ki se preučuje, z normaliziranim analogom, to je na koncu primerjava s tako imenovano "mero slike", ki odraža celoto velikega števila lastnosti opazovanega predmeta ter njihove medsebojne povezave in razmerja. To ni enodimenzionalna količina, ki je funkcionalno odvisna od enega parametra, ampak fizično polje , katerih parametri so porazdeljeni v prostoru in se s časom spreminjajo. Pomembno je, da v teh prostorsko-časovnih spremembah obstaja šum, ki kaotično spreminja parametre fizičnega polja.

Pri meritvah se pogosto uporablja tehnika, ko se vrednost količine določi neposredno na podlagi odčitkov merilnega instrumenta in se imenuje metoda neposrednega ocenjevanja . Hitrost metode je privlačna, vendar ima omejeno natančnost.

Metoda, pri kateri se izmerjena količina primerja s ponovljivo količino ukrep , poklical metoda primerjave z mero .

Ta metoda, pri kateri učinek izmerjene količine in mere na primerjalno napravo izniči rezultat primerjave na nič, se imenuje ničelna merilna metoda . To je metoda Wheatstonovega mostu, dvožarkovnega interferometra, ničelnega elipsometra itd.

Razlika (diferencial )Metoda merjenja – metoda, pri kateri se merjena količina primerja s homogeno veličino, ki ima znano vrednost, ki se nekoliko razlikuje od vrednosti merjene količine, in se izmeri razlika med tema dvema količinama. Metoda zagotavlja visoko natančnost tudi pri uporabi precej grobih merilnikov za merjenje razlike med primerjanimi vrednostmi, vendar le, če obstaja merilo zahtevane natančnosti.

Metoda merjenja, sestavljena iz primerjave z mero, pri kateri se merjena količina nadomesti z mero z znano vrednostjo količine, se imenuje substitucijska merilna metoda . (To se pogosto uporablja na primer pri tehtanju teles).

Brezkontaktna metoda merjenja – merilna metoda, pri kateri občutljivi element merilnega instrumenta ni v neposrednem stiku z merilnim objektom (npr. pri telemetriji).

PREDAVANJE 6. MERILNE TEHTNICE, FIZIKALNE TEHTNICE.

VEČUMNOST PODOB SVETA

17 . Tehtnica za merilne instrumente; definicija in oblikovanje, parametri. Kalibracija skale merilnega instrumenta, njena verifikacija in sistematična napaka; koncept razreda točnosti meritev.

18 . Lestvica fizikalnih količin; definicija in izvedba, metode predstavitve; dvoumnost podob sveta. Temperaturna lestvica in metode njene izdelave kot zgledne lestvice fizikalne količine; enosmerna termodinamična temperaturna lestvica.

Pojem "merilna lestvica" je v praksi in teoriji meritev zastopan kot drugi glavni pojem za pojmom merjenja. In v zvezi s tem je metodološko potrebno in pomembno razlikovati, prvič, lestvica merilnega instrumenta in drugič, lestvica fizikalnih količin .

17. Merilna lestvica - To del bralne naprave naprave, ki je nabor oznak nahajav določenem zaporedja in označeno pri nekaterih od teh oznakštevilke odštevanje (oz znakov), ki ustreza številu zaporednih vrednosti izmerjene fizikalne količine.

Določeni so parametri lestvice merilne naprave - meje, cena delitve (to je razlika vrednosti vrednosti, ki ustreza dvema sosednjima oznakama) meje merjenja napravo, njeno občutljivost in napaka bralno odštevanje.

Odvisno od zasnove merilne naprave naprave se oznake lahko nahajajo na različne načine: v ravni črti, loku ali krogu, njihova lokacija pa je lahko enakomerna ali neenakomerna. Ta kakovost lestvice merilne naprave je določena, prvič, z načelom merjenja in, drugič, z metodo pretvorbe izmerjene vrednosti na vhodu občutljivega elementa naprave v vrednost na njenem izhodu, kot tudi kot zasnova same bralne naprave. Same neenakomerne lestvice so kvadratne, logaritemske itd.

Za štetje deležev delitve lestvice merilnega instrumenta se uporabljajo dodatne lestvice - nonijusi . Torej, za čeljust in mikrometer je cena glavne delitve lestvice 1 mm, vendar uporaba nonijusa omogoča razširitev cene delitve lestvice teh naprav na 0,05 mm in 0,01 mm.

Lestvice merilnih instrumentov so zakonsko standardizirane s posebej razvitimi določbami GOST.

Občutljivost S merilne naprave - se določi z razmerjem linearnega ℓ (kotnega ) gibanja kazalca po skali instrumenta (izhodni signal v obliki števila  pri digitalnih instrumentih) na spremembo x izmerjena fizikalna količina x, ki jo je povzročila: S = ℓ(, )/х (6.1)

Njeno inverzno vrednost R (R=S ) razumemo kot odzivni prag merilna naprava na vhodni vpliv.

Učinkovite zmožnosti njegove lestvice so podane s pridobivanjem mature merilni instrument kalibracijska karakteristika , to je razmerje med vrednostmi količin na izhodu in vhodu naprave, predstavljeno s tabelo, grafom ali formulo. Poišči jo praznovanje in preverjanje napravo skozi inter-kalibracija in interverifikacija intervalih čas.

Praznovanje - niz operacij, ki vzpostavljajo ujemanje med vrednostmi količine, pridobljene z uporabo dane merilne naprave, in standardom.

Preverjanje – ustanovitev organ državne meroslovne službe (ali drug uradni organ) primernost merilna naprava za uporabo na podlagi eksperimentalno določenih meroslovnih karakteristik in potrditve njihove skladnosti z uveljavljenimi obveznimi zahtevami.

18 .Lestvica fizikalnih količin – določeno zaporedje številskih vrednosti, ki so po dogovoru dodeljene fizični količini, ko se povečuje (zmanjšuje).

Lestvica fizikalne količine je določena s sprejeto metodo njenega merjenja. V takih primerih pod merilna lestvica razumeti merilna lestvica določeno fizikalno količino, zlasti merilo dolžine, časa, valovnih dolžin svetlobe, fotometričnih količin itd.

Kot je znano, se je merilni postopek rodil iz geometrije, ki je bila na začetku svojega nastanka praktična veda, ki je služila interesom rabe zemljišč. In tu je bila lestvica določena lestvica, merilni instrument (sredstvo), s pomočjo katerega so primerjali predmete različnih dolžin. Tako so razumeli tudi na drugih področjih naravoslovja: merilna lestvica je poseben del merilne naprave. Ko pa so meritve vdrle v krogle z očitno nemetričnimi lastnostmi ( duševni razvoj, občutek, mnenje), merilne lestvice ni bilo več mogoče razumeti kot graduirano lestvico merilnega instrumenta. Razlika med materialna oblika tehtnice , implementirano v obliki instrumentne lestvice , in njo konceptualno predstavitev kot lestvica fizikalne količine je postala tako jasna kot v primeru številčnice ure in časovne lestvice.

Idejna zasnova fizične lestvice velikosti n (čas, temperatura itd.) je zgrajen kot enota določenev redu - vrednote številčne vrednosti , delitvene cene in referenčne točke (lestvica nič). Oblika lestvice fizično količin, namenjenih zagotavljanju informacij o uporabljenih vrednostih na lestvici, povzroča na ceno delitve (v obliki številskih vrednosti za izbrano njihovo določeno urejenost) In lestvica nič (pika odštevanje luske). Te nianse merilne lestvice fizičnih količin so bile v celoti in dosledno obdelane pri izdelavi temperaturne lestvice.

Temperaturne lestvice – sistemi primerljivih temperaturnih vrednosti. Temperature ni mogoče izmeriti neposredno, lahko pa jo posredno izmerimo s katero koli manifestacijo, povezano z njenimi spremembami, na primer s spremembami katere koli fizikalne lastnosti snovi, primerne za meritve. Ta lastnost se imenuje termometrična lastnost (znak). To je lahko tlak plina, toplotna ekspanzija tekočine, upor prevodnika, magnetna občutljivost magnetne soli, emisijska sposobnost vira sevanja, intenzivnost resonančne absorpcije radijskih valov itd.

Pri izdelavi temperaturne lestvice dodelimo temperaturni vrednosti t 1 in t 2 dvema fiksnima in ponovljivima temperaturnima točkama x = x 1 in x = x 2, na primer tališča ledu in vrelišča vode pri normalen pritisk. Razliko med tema temperaturama t 1 in t 2 (t = t 1  t 2) imenujemo temperatura interval temperaturna lestvica. Če obravnavamo v bistvu poljubno razmerje med termometrično lastnostjo x in temperaturo t kot linearno in eno od temperaturnih vrednosti, recimo t 1, enako nič (t 1 = 0), dobimo za katero koli vrednost x na empirični temperaturni lestvici na ta način določena temperatura t:

t = t 2 [(x x 1)/(x 2 x 1)] (6.2)

Tako je temperaturna lestvica specifično funkcionalno numerično razmerje med temperaturo t in vrednostjo x izmerjene termometrične karakteristike. Načeloma je možno imeti poljubno število temperaturnih lestvic, ki se razlikujejo po termometričnih karakteristikah, sprejeti povezavi med temperaturo in termometričnimi karakteristikami ter po fiksnih temperaturnih točkah (referenčnih vrednostih). Ta točka v konstrukciji empiričnih temperaturnih lestvic odraža dobro znano dvoumnost v predstavitvi slike mir.

Glavna pomanjkljivost empiričnih temperaturnih lestvic je njihova odvisnost od termometrične snovi. Ta pomanjkljivost je odsotna pri tako imenovanih termodinamična temperaturna lestvica. Temelji na znanem Carnotovem izreku – osnovi drugega zakona termodinamike. Po izreku delovna tekočina v reverzibilnem posebnem tako imenovanem Carnotovem ciklu absorbira količino toplote Q 1 pri temperaturi grelnika T 1 in odda količino toplote Q 2 pri temperaturi hladilnika T 2 tako, da je razmerje teh količine toplote (Q 1 /Q 2) je enako temperaturnemu razmerju (T 1 / T 2). Po istem Carnotovem izreku razmerje med količinami toplote (Q 1 /Q 2) ni odvisno od lastnosti delovne tekočine (lastnosti termometrične snovi). Količine toplote Q 1 in Q 2 lahko vedno izmerimo. In Carnotov cikel, ki se izvaja na primer med temperaturama vrele vode T s in talečega se ledu To o, omogoča z merjenjem količin toplote Q s oziroma Q o najti temperaturno razmerje (T s / T o) in katero koli temperaturo T, če ima eden od rezervoarjev temperaturo T o.

Ta temperaturna lestvica, ki ni odvisna od izbire termometrične snovi, je znana tudi kot absolutno temperaturna lestvica (Kelvinova lestvica). Da bi ohranili kontinuiteto numeričnega izražanja s temperaturno lestvico 100 °C (ºC), je temperaturno območje za stanje vrele vode in talečega se ledu pri normalnem atmosferskem tlaku prav tako enako 100 stopinjam Kelvinove lestvice (100 K).

Praktično izvajanje termodinamične temperaturne lestvice pa otežujejo specifične težave pri merjenju količin toplote, ki se pridobijo kvazistatično pri stalnih temperaturah delovne snovi toplotnega stroja in toplotnih hranilnikov grelnika, hladilnika in izmerjenega. predmet. V zvezi s tem je leta 1927 7. genovska konferenca o uteži in merah sprejela praktično tehtnico, ki je priročna za uporabo. Imenovali so jo mednarodna praktična temperaturna lestvica. Njegovo uporabo je odobrila 10. genovska konferenca o uteži in merah leta 1948, ki je priporočila uporabo v praksi razširjenega niza definiranih in dobro ponovljivih referenčnih točk: 1) - 182,57ºС (fazno ravnovesje tekočega kisika O 2 in njegovih hlapov ); 2) + 0,01ºС (trojna točka vode: fazno ravnovesje pare, vode in ledu); 3) + 100,0ºС (vrelišče vode pri normalnih pogojih); 4) + 419,505ºС, 5) + 960,8ºС in 6) + 1063ºС (točke kristalizacije cinka, srebra in zlata).

Williams Thomson (Lord Kelvin) in neodvisno D.I. Mendeleev sta opozorila na smiselnost konstruiranja termodinamične temperaturne lestvice, v kateri bi bila uporabljena le ena referenčna točka - trojna točka vode (0,01ºC), spodnja točka pa bi bila temperatura 0 K. Dejansko so bile napake pri reprodukciji vrelišča vode pri normalnem atmosferskem tlaku, glede na meroslovne meritve (0,0020,010ºC), tališče ledu pri normalnem atmosferskem tlaku (0,00020,0010ºC) in trojna točka vode – (0,0001ºС). Svetovalni odbor za termometrijo Mednarodnega odbora za uteži in mere je priporočil sprejetje termodinamične temperaturne lestvice z eno referenčno točko (trojna točka vode): 273,1600  0,0001 K (1954).

PREDAVANJE 7. SISTEMI ENOT FIZIKALNIH VELIČIN.

TEMELJNE FIZIKALNE KONSTANTE.

19 . Enote fizikalnih količin; definicija in splošne lastnosti. Sistemske in nesistemske enote fizikalnih veličin. Osnovne in izpeljane enote fizičnih enot; principi njihovega oblikovanja in razsežnosti.

20 . Sistemi enot fizikalnih veličin; definicija, lastnosti in principi gradnje. Glavni sistemi enot: metrični, Gaussov, tehnični, mednarodni SI, naravni. Prednosti in slabosti teh sistemov enot.

Obrnimo se k tretjemu stebru, ki drži obsežni svet naših meritev - k enotam in sistemom enot fizikalnih veličin.

19. Enote fizikalnih količin – posebne fizikalne količine, ki so jim po dogovoru dodeljene številčne vrednosti, enake eni. Z Na začetku so se pojavile merske enote za dolžino, ploščino in prostornino, s katerimi se je ukvarjala geometrija. Nato so se pojavile enote za merjenje časa, mase itd., V različnih državah pa se velikosti merskih enot praviloma niso ujemale. Toda z razvojem trgovine, znanosti in tehnologije ter širitvijo mednarodnih odnosov se je število enot fizikalnih veličin močno povečalo. In potreba po enotnosti merskih enot in ustvarjanju sistema merskih enot fizičnih količin, vključenih v kroženje človeške dejavnosti, se je začela močno čutiti. Prvi v zgodovini je bil metrični sistem mer, ki se je pojavil na pobudo vidne osebnosti Velike francoske revolucije 18. stoletja Lazarja Carnota. Dobila je

svetovno priznanje; Na njegovi podlagi so ustvarjeni številni metrični sistemi enot fizičnih količin. Začeli so ločevati sistemske in zunajsistemske enote fizikalnih veličin.

Sistemske enote fizikalnih količin – enote fizikalnih količin, ki so vključene v neki sistem enot fizikalnih količin.

Nesistemske enote fizikalnih količin – enote fizikalne količine, ki niso vključene v sistem enot fizikalnih veličin.

Sistemske enote delimo na osnovne in izpeljane enote.

Osnovne enote fizikalne količine – enote fizikalnih veličin, ki so po dogovoru poljubno sprejete kot osnovne enote.

Izpeljane enote fizikalne količine – druge enote fizikalnih veličin, ki se razlikujejo od osnovnih, vzpostavljene na podlagi funkcionalnih povezav med osnovnimi enotami.

Povezavo izpeljane enote X z osnovnimi merskimi enotami izrazimo s funkcionalnim razmerjem v obliki dimenzijske formule, ki je monom oblike: X = L a ·T b ∙M c (7.1)

sestavljen kot produkt posplošenih simbolov osnovnih enot (npr. L, T, M) v različnih potencah (a, b, c) (celoštevilskih ali ulomkih, pozitivnih ali negativnih), ki jih imenujemo indikatorji dimenzij. Dimenzija enote fizikalne količine X je izraz, ki kaže, kolikokrat se bo spremenila enota dane fizikalne količine X, ko se spremenijo osnovne enote (na primer L, T, M) v sprejetem sistemu enot.

20. Sistem enot fizikalnih količin – množica osnovnih in izpeljanih enot fizikalnih veličin, ki je zgrajen v skladu s sprejetimi načeli.

Sistemi enot fizikalnih količin so zgrajeni na podlagi obstoječih fizikalnih teorij in idej, ki odražajo medsebojne povezave in razmerja med fizikalnimi količinami, ki obstajajo v naravi. Pri konstruiranju merskih enot v ustreznem sistemu enot se izbere takšno zaporedje fizikalnih relacij, v katerem naslednja relacija vsebuje samo eno novo fizikalno količino. Ta pristop k določanju enot fizikalnih veličin omogoča določitev enote nove fizikalne količine preko nabora predhodno definiranih enot fizikalnih veličin in na koncu preko osnovnih enot fizikalnih veličin za uporabljeni sistem enot fizikalnih veličin.

Prvi v zgodovini meritev je bil metrični sistem , ki je temeljil na meter (desetmilijontina četrtine dolžine pariškega poldnevnika) in kilogram (masa 1 dm 3 čiste vode pri temperaturi + 4С). Njegova posebnost je bil princip decimalnih razmerij pri tvorbi večkratniki in lobar enote.

V 19. stoletju. K. Gauss in W. Weber sta predlagala sistem enot za električne in magnetne fizikalne količine z osnovnimi enotami milimeter ,miligram in drugo ; izpeljane enote v njej so bile zgrajene po enačbah povezave med fizikalnimi količinami.

V 2. polovici 19. stol. Britansko združenje za napredek znanosti je sprejelo dva sistema enot fizikalnih količin z osnovnimi enotami cm , gram , drugo : elektrostatični (SGSE) in magnetni (SGSM) sistemi. Pojavili so se tudi drugi sistemi enot: simetrično sistem GHS, tehnične (MTS ) sistem ( meter, kilogram, sekunda ). Leta 1901 je J. Georgi predlagal sistem enot fizikalnih količin; njene osnovne enote so bile meter, kilogram, sekunda in električna enota: amper , volt , ohm oz vat .

Na njegovi podlagi je sredi 20. let 20. st. metrika je bila ustvarjena Mednarodni sistem enot (SI ), ki ga je sprejela 11. genovska konferenca o uteži in merah (1960). Ima sedem glavnih enot: meter , kilogram , drugo , amper , kelvin , kandela , Krt .

V fiziki se uporabljajo sistemi enot, ki temeljijo na univerzalnih osnovnih fizikalnih konstantah (konstantah), na primer hitrosti svetlobe. z , naboj elektrona q , Planckova konstanta ħ itd. Sistemi enot fizičnih veličin, zgrajeni na ta način, so znani kot naravni sistemi enot . Prvič je tak sistem enot predlagal M. Planck (1906). Verjel je, da je sistem enot z osnovnimi enotami v obliki temeljnih fizikalnih konstant ħ (Planckova konstanta), z (svetlobna hitrost), G (gravitacijska konstanta), k (Boltzmannova konstanta) bi bila univerzalna, neodvisna od zemeljskih razmer. Naravne sisteme enot so predlagali L. Hartree, P. Dirac in drugi, vendar so se takšni sistemi izkazali za neprijetne za praktično uporabo zaradi velikega širjenja vrednosti enot za običajne fizikalne količine, ki se pogosto uporabljajo v praksi. Tako imamo v sistemu Planck za enote dolžine, mase in časa 4,03·10 - 25 m; 5,42·10  8 kg in 1,34·10  43 s, za temperaturo pa 3,63·10 32 K. Za znanost pa naravni sistemi enot fizikalnih veličin poenostavljajo enačbe in zagotavljajo nekatere druge prednosti.

V praksi so osnovne enote določene s končno natančnostjo z ustreznimi merilnimi metodami. Zgodovina kaže, da ne le naraščajo zahteve po natančnosti njihovega določanja, ampak se pojavljajo tudi bistveno nove metode merjenja. In razumljiva je želja znanstvenikov, da bi osnovne fizikalne količine povezali s temeljnimi fizikalnimi konstantami, ki jih je mogoče kadar koli izmeriti z dobro ponovljivostjo. Osupljiv primer je enota za dolžino - meter. Najprej je opredeljena kot delček dolžine zemeljskega poldnevnika, nato - skozi valovno dolžino svetlobe in zdaj - z uporabo hitrosti svetlobe v vakuumu: meter –to dolžina segmenta, ki ga prepotuje svetloba v 1/299792458 sekunde.

PREDAVANJE 8. METODE PODOBNOSTI IN DIMENZIJ.

KRITERIJI PODOBNOSTI. NEVARNOST.

21 . Metode podobnosti; mesto v merilni praksi. Zakoni podobnosti. Variacijske in ohranitvene zakonitosti v naravi.

22 . Koncept kriterijev podobnosti in principi njihove konstrukcije. Osnovni izreki teorije podobnosti.

21 Vsak eksperiment kot vrsta merjenja je običajno premišljen, organiziran in zgrajen na podlagi znanih teorij, konceptov in predhodno pridobljenih eksperimentalnih rezultatov. Če je eksperiment dobro premišljen in uspešno pripravljen, takšen uspeh pa je praviloma v veliki meri povezan z izbiro metod in merilnih sredstev, ima eksperiment veliko možnosti in možnosti za uspeh. Uspeh razumemo kot pridobivanje predvsem novih informacij, pa tudi njihove vsebine. Pri načrtovanju in izvedbi eksperimenta je pomembno, da izključimo ali vsaj nekako omejimo in po možnosti čim bolj zmanjšamo vplive zunanjega okolja.

Sodobni poskusi se izvajajo z uporabo določenih merilnih instrumentov, katerih izdelava in uporaba sta zlasti v zadnjem času povezana z velikimi in zelo velikimi materialnimi, energetskimi in drugimi finančnimi stroški. Eksperimentatorji se skušajo izogniti tem težavam in ohraniti namen eksperimenta. Dandanes obstaja poleg izkušenj in spretnosti eksperimentatorja precej različnih metod in merilnih instrumentov, ki omogočajo izogibanje težavam v pravem eksperimentu. Merilne metode, ki omogočajo izogibanje omenjenim eksperimentalnim težavam, vključujejo metode podobnosti in dimenzije .

Uporabljajo se v primerih, ko preučevanje fizikalnega pojava (procesa) praviloma zahteva resne stroške, vendar omogoča eksperimentiranje v zmanjšanem (povečanem) obsegu proučevanih odnosov na modelnih sistemih, katerih lastnosti je mogoče spremeniti, doseganje potrebnih pogojev za študijski proces.

Ta možnost temelji na teorija podobnosti , ki temelji na idejah o zakoni podobnosti . V veliki meri temeljijo na zakonih geometrijske podobnosti geometrijskih teles ali likov, ki so znani iz prakse preučevanja geometrije. Zakoni podobnosti omogočajo prenos podatkov, pridobljenih na modelnem sistemu, v izvirni fizični (tehnični) sistem. Široko se uporabljajo v aero- in hidrodinamičnih ter plazemsko-kemijskih laboratorijih, v visokonapetostnih laboratorijih itd.

Podobno imenujemo fizikalni procesi, upoštevajo iste fizikalne zakone, če je mogoče fizikalne količine, ki označujejo en proces, pretvoriti v količine, ki označujejo drug proces,množenje s konstantnim faktorjem, poklical koeficient podobnosti .

O popolni (fizikalni) podobnosti govorijo, če vse osnovne fizikalne količine, ki opisujejo preučevani proces, izpolnjujejo njegove zahteve.

Teorija podobnosti je nauk o pogojih za podobnost fizikalnih pojavov. Temelji na konceptu dimenzije fizikalnih veličin. Naj to spomnimo dimenzijska formula – odvisnost merske enote izpeljane fizikalne veličine od enot osnovnih veličin izbranega sistema enot– za izpeljano količino X – to je potenčni monom v obliki zmnožka osnovnih fizikalnih veličin L, M, T za izbrani sistem merskih enot, dvignjenih na ustrezne potence a, b, c, imenovan dimenzionalni. indeksi: X = L a M b T c (8.1)

Če so vsi indikatorji (a, b, c) enaki nič, potem je izpeljana količina X brezdimenzijska količina; ne spremeni vrednosti, ko se spremeni velikost glavnih merskih enot. Brezdimenzijska količina je vedno razmerje dveh homogenih dimenzijskih količin. Brezdimenzijska količina, sestavljena iz tri ali več dimenzionalnih količin, se imenujekompleksen . Dimenzijska teorija zahteva dimenzijska enotnost posamezne člene na levi in ​​desni strani enačbe, ki opisujejo obravnavani fizikalni pojav.

Ta pristop temelji na dopustnosti transformacij, ki ohranjajo pomen proučevanih odnosov. Z drugimi besedami, če se sodbe o razmerjih med preučevanimi predmeti, pridobljene na podlagi izvedenih matematičnih operacij, spremenijo z nekaterimi dovoljenimi transformacijami numeričnega sistema uporabljenih merilnih lestvic, potem so takšne operacije brez fizičnega pomena. Zahteva po dimenzijski izenačenosti pomeni sorazmernost merskih lestvic: numerične značilnosti za dve različni,a fizikalno podobni pojavi(procesov)lahko obravnavamo kot numerične značilnosti istega pojava, izražene v dveh različnih sistemih enot.

Druga stran dopustnosti transformacij, ki ohranjajo pomen preučevanih odnosov, je invariantnost ti odnosi, tj lastnost poteka procesov v dinamičnih sistemih ne glede na nekatere fizične pogoje, njihova lastnost, da ostanejo nespremenjeni, ko se ti fizični pogoji spremenijo. V topološkem (matematičnem) smislu se razume kot nespremenljivost, ohranitev fizikalne količine glede na določene transformacije referenčnega sistema. Na primer, projekciji hitrosti telesa na koordinatne osi dveh različnih referenčnih sistemov bosta različni, kvadrat hitrosti pa bo enak. To pomeni, da kinetična energija telesa T = (mv 2 /2) ni odvisna od izbire referenčnega sistema.

Relativistična invariantnost sestoji iz enakosti naravnih zakonov glede relativističnih Lorentzovih transformacij, kar odraža enakost vseh inercialna referenčni sistemi; Poleg tega imajo enačbe, ki opisujejo fizikalne procese, enako obliko v vseh inercialnih sistemih. Relativistična invariantnost omejuje razred možnih fizikalnih enačb, ki urejajo iskanje fizikalnih zakonov.

Invariantnost je tesno povezana z ohranitveni zakoni , zlasti s temeljnimi zakoni, kot so zakoni o ohranitvi gibalne količine, kotne količine, energije in delovanja. Ta povezava je, kot že vemo, razkrita Noetherjev izrek.

22. Predmet teorije podobnosti je ugotoviti merila podobnosti fizikalne procese in z njihovo uporabo preučevati lastnosti teh procesov.

Fizična podobnost je posplošitev vizualne geometrijske podobnosti. Z geometrijsko podobnostjo imajo sorazmernost (to je podobnost!) Za podobne geometrijske elemente podobnih figur (na primer strani podobnih trikotnikov). Fizikalna podobnost je reducirana na podobnost v prostoru in času polj ustreznih fizikalnih veličin.

Tako s kinematično podobnostjo obstaja podobnost polj hitrosti za obravnavana gibanja (podobnost linearnih hitrosti za točke togega telesa, ki se vrtijo okoli fiksne osi vrtenja). Pri dinamični podobnosti imamo podobnost polj sil različne fizikalne narave (gravitacijsko in električno polje). Mehanska podobnost, ki zagotavlja posplošitev kinematične in dinamične podobnosti, uporablja prisotnost geometrijske, kinematične in dinamične podobnosti, na primer v primeru dveh tokov tekočine ali dveh elastičnih nihajnih sistemov.

Podobnost toplotnih procesov pomeni podobnost ustreznih temperaturnih polj in toplotnih tokov.

Elektrodinamična podobnost je podobnost različnih polj vektorjev sil, porazdelitve električnih nabojev in tokov, aktivnih in pasivnih bremen v tokokrogih, moči električnega toka, tokov elektromagnetnih valov itd.

Vse te naštete vrste fizične podobnosti so njeni posebni primeri. Sorazmernost takšnih fizikalno podobnih pojavov je opisana z uporabo brezdimenzionalnih kombinacij, sestavljenih iz dimenzij tistih fizikalnih veličin, ki opisujejo te obravnavane procese. Te brezdimenzijske kombinacije dimenzij dejanskih fizikalnih količin imajo enake numerične vrednosti za fizikalno podobne pojave. Takšne brezdimenzijske kombinacije, sestavljene iz dejanskih parametrov, ki določajo preučevane procese, poklical merila podobnosti . Vsaka kombinacija kriterijev podobnosti je tudi kriterij podobnosti za obravnavane procese. Poleg tega je vsaka funkcija enega ali več kriterijev podobnosti sama kriterij podobnosti. Upoštevajte, da je najpomembnejše merilo podobnosti ime kot številka velikega znanstvenika in je označeno z dvema črkama, običajno prvima črkama njegovega priimka (ime). To je Newtonovo število ne, Reynoldsovo število Re, Machovo število M(primer označbe z eno črko), kot tudi Prandtlova številka Pr, Fourierjevo število Fu in tako naprej.

Upoštevajte, da lahko dimenzionalni fizični parametri, vključeni v merila podobnosti, za take sisteme prevzamejo zelo različne številčne vrednosti, vendar sami kriteriji podobnosti ostajajo enaki.

Merila podobnosti lahko dobimo, če poznamo enačbe, ki opisujejo fizične objekte. Vse te enačbe je treba prenesti le v brezdimenzionalno obliko z uporabo značilnih vrednosti za vsakega od parametrov, ki določajo predmet in so vključeni v sistem enačb, ki ga opisujejo. Kriteriji podobnosti pa so definirani kot brezdimenzionalni koeficienti, ki se pojavijo pred nekaterimi člani novega sistema enačb z brezdimenzijskimi količinami.

Če matematična oblika enačb, ki opisujejo procese na fizičnem objektu, ki ga preučujemo, ni znana, se merila podobnosti določijo z metodo dimenzij fizikalnih veličin, ki definirajo preučevani objekt.

Osnove teorije podobnosti je mogoče oblikovati v obliki treh izrekov.

1) Newtonov izrek : podobni pojavi imajo številčno enake kombinacije parametrov, ki jih imenujemo kriteriji podobnosti.

2) Noetherjev pi izrek : enačbo fizičnega objekta, zapisano v določenem sistemu merskih enot, lahko predstavimo kot razmerje med kriteriji podobnosti, pridobljenimi iz količin, ki opisujejo predmet.

3) Kirpičev-Gukhmanov izrek : nujna in zadostna pogoja za podobnost sta a) sorazmernost podobnih količin, vključenih v pogoje edinstvenosti, in b) enakost kriterijev podobnosti primerjanih objektov.

Dodatno pravilo : če fizikalna enačba, ki opisuje objekt, vsebuje trigonometrične, logaritemske, eksponentne ali druge nehomogene funkcije, potem mora biti njihov argument brezrazsežen in obravnavan kot dodaten kriterij podobnosti drugim pridobljenim kriterijem.

Navedimo nekaj posebnih meril podobnosti.

Kriterij podobnosti mehanskega gibanja na podlagi drugega Newtonovega zakona – Newtonovo število ne : Ne = (Ft 2 /mL) (8,2)

(F je sila, ki deluje na telo z maso m, t je čas in L je linearna dimenzija).

V aerodinamiki je to: Reynoldsovo število : Re = (vL/) = (vL/) (8,3)

Machovo število : M = (v/s) (8,4)

( in  = / – dinamična in kinematična viskoznost medija; v in s – hitrost toka in zvoka; L – karakteristična velikost).

Merila podobnosti za izmenjavo toplote med plinom in trupom letala so:

Prandlova številka Pr = (/) = (c p /) (8,5)

Nusseltova številka Nu = (L/) (8,6)

( in  – koeficienta toplotne prevodnosti in toplotne difuzivnosti; c p – specifična toplotna kapaciteta medija pri konstantnem tlaku).

Merilo homohronija H o označuje enakost procesov skozi čas: H o = (vt/L) (8.7)

ki je pri elektromagnetnih (akustičnih) pojavih določena s ciklično frekvenco : H o = t (8.8)

Kriteriji podobnosti v električnih tokokrogih so določeni z značilnimi relaksacijskimi časi procesov v tokokrogih, ki poleg upora R vsebujejo induktivnost L in kapacitivnost C: (L/Rt) (8.9)

V jedrski fiziki je kriterij podobnosti razmerje med časom razpada radioaktivnega zdravila t in razpolovno dobo T ½: Nu = (t/T ½) (8.11)

PREDAVANJE 9. MERITVE V TEHNIKI; MERITI

TEHNIKA. MERILA IN STANDARDI, NJIHOVA RAZVRSTITEV.

23 . Meritve v tehniki; merilna tehnologija. Meriti; meroslovne lastnosti in parametri. Standardi, njihova klasifikacija; državna referenčna baza.

23. Tehnika - To pragmatika(to je uporabo v človeško korist) naravoslovje kot skupek ved o narave; se kaže predvsem kot celota sredstev človeške dejavnosti za izvajanje(v interesu in z namenom učinkovitega reševanja globalnega problema in zagotavljanja smisla človekovega bivanja) družbena proizvodnja, in tudi celoten niz človeških odnosov s svetom v teku proizvodnje.

Meritve enako v tehnologiji in so specifična implementacija v obliko in vsebino človekovega odnosa s svetom v teku družbene proizvodnje. Ta implementacija se kaže v treh komplementarnih ravneh njene organizacije: merilna tehnika, nadzorne meritve in meroslovje.

Merilna tehnika - To veja znanosti in tehnologije, ki preučuje in ustvarja metode in sredstva za merjenje fizikalnih količin, ki označujejo lastnosti in stanja predmetov znanstvenih in proizvodnih procesov. V mnogih industrializiranih državah se na merilno tehnologijo gleda preprosto kot na edinstveno vejo industrijske proizvodnje, ki temelji na znanju; in v tem je seveda veliko zrno resnice.

Kontrolne meritve – meritve, ki se izvajajo na področju in pogojih industrijske proizvodnje izdelkov javne porabe. Med proizvodnim procesom beležijo, da so njegove lastnosti znotraj zakonsko določenih toleranc. V številnih primerih se kontrolne meritve izvajajo na ravni znanstvenih meritev v interesu učinkovitosti same proizvodnje.

Merilna tehnika obstaja že od antičnih časov. Trgovina je mnogo tisočletij pred novim štetjem pripeljala do nastanka tehtnic; raba tal je povzročila mere linearnih dimenzij in površin parcel; gospodinjske potrebe so prispevale k ustvarjanju sredstev za merjenje prostornine tekočih, zrnatih in trdnih teles; nato so se pojavile ure, sredstva za beleženje informacij in vzdrževanje koledarjev itd. Merilna oprema je danes nujen sestavni del znanstvenih laboratorijev in opreme tehnoloških procesov. Sodobna merilna oprema je ustvarjena tako, da ne vpliva toliko na človekove čute, ampak na senzorje avtomatskih, telemetričnih, analitičnih in računalniških sistemov.

Meroslovje – veja znanosti in tehnologije visokonatančnih meritev; proučuje pojave, ki se uporabljajo za izdelavo merilnih instrumentov (referenčnih, standardnih in delovnih), ter zagotavlja njihovo uporabo v proizvodnji.

Merilni instrument – dokončana tehnično merilni instrument, ki ima standardizirane meroslovne lastnosti, ki reproducira in/ali shrani enoto fizikalne količine (z določeno napako) za določen časovni interval..

Namenjen je določenemu obsegu sprememb merjene količine, imenovanemu merilno območje oz dinamično območje merilni instrumenti.

Merilni instrument ima skalo; njegova vrsta je odvisna od tehnične izvedbe samega izdelka. Lestvica merilnega instrumenta - del kazalne naprave v sistemu merilnih instrumentov, predstavlja niz oznak in z njimi povezano oštevilčenje. Koncept lestvice merilnega instrumenta je neposredno povezan s konceptom kalibracijske lastnosti merilni instrument - razmerje med vrednostmi količin na njegovem izhodu in vhodu, predstavljeno s tabelo, grafom ali formulo. Postopek za njegovo ugotavljanje se imenuje matura meriti. Na njegovi podlagi je nameščen vrednost delitve merilna lestvica kot razlika v vrednostih za sosednje oznake na lestvici.

Po nekaj časa delovanja se preverijo meroslovne značilnosti merilnega instrumenta: parametri lestvice - njene meje, vrednost delitve; občutljivost in napaka indikacij.

Napaka meriti– razlika med njenimi odčitki med postopkom merjenja in dejansko vrednostjo merjene količine. Ta razlika je vir sistematičnih merilnih napak in se identificira z uporabo praznovanje (preverjanje ) merilni instrument, izveden skozi inter-kalibracija (interverifikacija) intervalčas.

Praznovanje meriti– niz operacij, ki vzpostavljajo ujemanje med vrednostjo količine, pridobljeno z uporabo merilnega instrumenta, in ustrezno vrednostjo količine, pridobljeno z uporabo standarda.

Preverjanje meriti– ustanovitev organ državne meroslovne službe (drug pooblaščeni organ) primernost merilni instrumenti za uporabo in skladnost njegovih meroslovnih značilnosti z uveljavljenimi obveznimi zahtevami. Primernost merilni instrument je skladnost meroslovnih lastnosti merilnega instrumenta z uveljavljenimi tehničnimi zahtevami.

Običajno se za osnovne merske enote izberejo enote takih fizikalnih količin, ki so lahko osnova za ustvarjanje ukrepe in jih je mogoče reproducirati standardi z največjo natančnostjo na dani stopnji razvoja znanosti in tehnologije.

Izmeri je merilno sredstvo, ki shrani fizično količino določene velikosti. Merilo je lahko kot izdelek preprosto ali kompleksno. Tako je na primer merilo za dolžino ravnilo, prostornina je čaša, masa je utež; mera e.m.f. - običajni element. Obstajajo ukrepi nedvoumno (reprodukcija količin enake velikosti) in večpomensko (reprodukcija vrednosti različnih velikosti). Imajo pomen in Nazivna (to je pripisano) in veljaven (tj. ponovljivo); razlika med nominalno in dejansko vrednostjo je sistematično merilna napaka.

Referenca (iz francoskega ètalon  'vzorec, mera') je merilno sredstvo, ki služi shranjevanju legaliziranih enot fizičnih veličin, pa tudi prenosu njihove velikosti na druga merilna sredstva. Standardi so primarni, posebni in sekundarni.

Primarni standardi zagotavljajo največjo natančnost reprodukcije merske enote. Poseben standardi služijo za reprodukcijo merske enote v tistih posebnih pogojih, v katerih primarnih standardov ni mogoče uporabiti. Sekundarno standardi služijo za prenos velikosti merskih enot na standardne merilne instrumente in celo na nekatere najnatančnejše delujoče merilne instrumente. Brez uporabe standardov je praktično nemogoče doseči potrebno primerljivost rezultatov meritev, ki jih izvajajo različni instrumenti v različnih obdobjih. Zaradi dokaj visokih zahtev po točnosti standardov, njihova izdelava, shranjevanje in uporaba zahtevajo poseben razvoj, raziskave in tehnično izvedbo. Vse to delo je v rokah nacionalnih meroslovnih laboratorijev. Za mednarodno poenotenje enot fizikalnih količin se oblikujejo mednarodni standardi, v državi pa se oblikujejo nacionalni standardi. Skupek vseh uporabljenih standardov predstavlja referenčno bazo države.

PREDAVANJE 10. TEMELJNI VIR

NAPAKA MERITVE –

SAMOGIBANJE SNOVI IN NJEGOVE SPECIFIČNE UPORABE

MANIFESTACIJE: VZTRAJNOST, IREVERZIBILNOST, HRUP.

TEMELJNA NEMOGOČNOST POPOLNEGA

ODPRAVA MERSKIH NAPAK.

24 . Temeljni vir merskih napak je lastno gibanje snovi in ​​njegove posebne manifestacije. Notranja konceptualna nedoslednost klasične paradigme.

25. Nihanja in hrup. Brownovo gibanje delcev. Akustični hrup. Električni šum in Nyquistov zakon. Hrupna temperatura radijskih merilnih instrumentov. Koncept strelnega hrupa.

24. V subjektovem spoznavanju okoliškega sveta je primarna stvar čutno spoznanje . Izvaja se na podlagi zaznavanja vplivov zunanjega sveta na človeka s čutili. Toda razvoj tehnologije in ustvarjanje merilnih instrumentov, ki temeljijo na njej, bistveno širi možnosti senzorične kognicije. Možno je ustvariti merilne instalacije in komplekse, s pomočjo katerih se izvaja merilni proces, tako da postaja čutno spoznanje kot primarna oblika spoznavanja vedno manj omejeno z zmožnostmi samih človeških čutil. Tako le redko uporabljamo lasten sluh za izvajanje kakršnih koli meritev v akustiki, čeprav se hidroakustična kontrola s pomočjo sluha operaterjev rutinsko uporablja na podvodnih in površinskih ladjah. Toda vid ostaja aktivno sredstvo človekovega zaznavanja velikega obsega pretoka informacij, ne samo v vsakdanjem življenju ljudi, temveč tudi pri branju odčitkov različnih analognih instrumentov in bralnih tabel, ki so postale bogat del človeške dejavnosti.

Glede zmogljivosti naših čutnih organov ugotavljamo, da je človeško oko v svoji občutljivosti za zaznavanje šibkih signalov boljše od skoraj vseh optičnih tako imenovanih objektivnih naprav, vključno s fotocelicami in fotopomnoževalci. Občutljivost temno prilagojenega očesa je še posebej visoka. Naj spomnimo, da je največja občutljivost človeškega očesa pri valovni dolžini 507 nm, medtem ko je najmanjši delež energije, ki jo oko lahko zazna pri tej valovni dolžini, približno 210 –18 J. To ustreza približno petim kvantom svetlobe, ki morajo zadeti isto mesto na mrežnici v eni milisekundi časa snemanja. Fotokatoda fotopomnoževalne cevi, ki je v tem območju svetlobe po občutljivosti enakovredna očesu, mora imeti tako imenovani kvantni izkoristek (učinek pretvorbe števila svetlobnih kvantov - fotonov -, ki vpadejo na fotokatodo, v število izbitih elektronov iz fotokatode) na ravni 20 %. Samo najboljše elektronske naprave imajo tako visok kvantni izkoristek.

Po klasičnih pojmih lahko vsako fizikalno količino izmerimo s poljubno majhnim pogreškom; potrebno je le skrbno organizirati in izvesti meritve, taka skrbna organizacija in izvedba meritev pa pomenita zagotavljanje visoke strokovne ravni izvajalca eksperimentov, uporabo kakovostnih merilnih instrumentov in vestnost samega merilnega postopka.

A v resnici zaradi vztrajnost (učinek zamude ) pri gibanju fizičnih sistemov in nepovratnost (nezmožnost vrnitve v začetno stanje) med procesi v njih, začetnega stanja sistema tudi pri statičnih meritvah ni mogoče reproducirati. In popolna odprava merilnih napak, ki je načeloma mogoča po logiki klasične paradigme, se izkaže za načeloma nemogočo. Podlaga za takšno sklepanje, ki je v nasprotju s klasičnimi predstavami, je samopogon materija kot temeljni vir merskih napak in tako specifične manifestacije samogibanja materije, kot je vztrajnost , nepovratnost v gibanju snovi in ​​njenih nosilcev ter raznih spremljajočih gibanjih zvoki .

24. Trenutni vir merilnih napak so nihanja izmerjene fizikalne količine in zvoki dejansko uporabljeni merilni instrumenti. Nihanja (iz latinskega fluctuatio - "nihanje") so naključna odstopanja fizične količine od njene povprečne vrednosti, ki jih povzročajo različni viri naključne narave. Kvantitativno merilo nihanja je standardna deviacija izmerjene fizikalne količine in njene relativne vrednosti. Značilnosti teh količin se dobesedno odražajo v teoriji merilnih napak.

Nihanja v makrosistemih, ki jih obravnava statistična fizika, so posledica kaotičnega toplotnega gibanja delcev, ki sestavljajo te sisteme. Zlasti manifestacija takšnega nihanja gibanja delcev je njihov t.i Brownovo gibanje , ki ga je odkril angleški botanik R. Brown (1827), ko je z mikroskopom opazoval obnašanje delcev cvetnega prahu (velikih okoli 1 mikrona) v tekočem mediju. Kot je znano, intenzivnost kaotičnega Brownovega gibanja ni odvisna od časa, ampak je odvisna od temperature, viskoznosti in gostote tekočega medija. Teorijo Brownovega gibanja sta podala A. Einstein in poljski fizik M. Smoluchowski (1905–1906). Brownovo gibanje je najbolj nazorna eksperimentalna potrditev določb molekularno-kinetične teorije o toplotnem gibanju delcev snovi. V meroslovju Brownovo gibanje razumemo kot glavni dejavnik, ki omejuje natančnost zelo občutljivih merilnih instrumentov. Šteje se, da je meja merilne točnosti dosežena, če nihajni premik gibljivega dela merilne naprave in premik, ki ga povzroča merjeni učinek, približno sovpadata.

Električna nihanja imenujemo naključne spremembe električnih nabojev, potencialov in tokov v sistemih električno nabitih delcev, ki jih povzročajo diskretna narava in kaotično toplotno gibanje samih nabitih delcev, pa tudi drugi kaotično spreminjajoči se fizikalni procesi v telesih in naključne spremembe (nestabilnosti ) značilnosti tokovnih vodnikov, ki se nahajajo v električnih tokokrogih, različnih električnih napravah itd.

Imenujejo se nihanja, ki jih ni mogoče zmanjšati pri fiksnih zunanjih merilnih pogojih hrup . Hrup glede na naravo pojava nihanj izmerjenih fizikalnih veličin in parametrov uporabljenih merilnih instrumentov delimo na termični in kvantni zvoki . Toplotni hrup so posledica kaotičnega toplotnega gibanja delcev, ki sestavljajo obravnavane sisteme; kvantni šum posledica kvantne diskretne in valovne narave delcev.

Verjetnost P pojava nihanja in šuma v izoliranem sistemu je podana s formulo A. Einsteina: P = Aexp[(S – S o)/k B ] (10.1)

(kjer je S – S o odstopanje entropije sistema S od njegove ravnotežne vrednosti S o , k B je Boltzmannova konstanta, A je neka normalizacijska konstanta). Ta formula je inverzija Boltzmannove formule za entropijo izoliranega sistema.

Če razširimo odstopanje (S – S o) entropije S od ravnotežne vrednosti S o v Taylorjevo vrsto, dobimo: (S – S o) = ( 2 S)/2 (10.2)

ker je za izoliran sistem: (S) 0 = 0 (10.3)

Nato je za izoliran sistem verjetnost P pojava šuma opisana s formulo v obliki: P = Aexp[( 2 S)/2k B ] (10.4)

Relativno nihanje  S za opazovane tako imenovane ekstenzivne količine ( prostornina V ali število delcev N sistema) je sorazmerno z (1/N 1/2):  S = [( 2 S) 1/ 2 /S 0 ]  ( 1/N 1/2) (10,5)

Zato se opazovane vrednosti obsežnih fizičnih količin makrosistemov ne razlikujejo od njihovih povprečnih statističnih vrednosti. Toda za izolirane mikrovolumene sistema (z majhnim številom delcev N) se izkaže, da so nihanja zelo opazna, relativna nihanja pa so lahko na ravni enote ( 1).

V vsakdanjem življenju in pri delu še posebej izpostavljajo akustični hrup v povezavi z akutnimi problemi našega časa v ekološkem preživetju ljudi. Takšen hrup povzroča kakršna koli nihanja v trdnih snoveh, tekočinah in plinih, najmočnejši viri hrupa pa so različni motorji in mehanizmi, vozila itd.

Hrupe delimo na stacionarne in nestacionarne.

Stacionarni hrup za katero je značilna konstantnost povprečnih vrednosti izmerjenih (nadzorovanih) fizikalnih količin ali parametrov merilnih instrumentov. V praksi je hrup, ki nastane ob sočasnem delovanju različnih neodvisnih virov hrupa, kvazistacionaren (na primer hrup množice ljudi, morja, proizvodnih strojev, hrup na izhodu radijskega sprejemnika itd.) .

Prehodni hrup za katere so značilni počasi spreminjajoči se parametri ali predstavljeni kot šum, ki traja kratek čas v primerjavi s časom snemanja signala (na primer ulični hrup mimo vozečega tramvaja ali drugega vozila, posamezni udarci v proizvodnji ali doma, moduliran šum v radijskih sprejemnikih) .

Hrup ima pomembno vlogo na številnih področjih znanosti in tehnologije: optika in akustika, radiotehnika in radiofizika, radiometrija in radioastronomija, radarski in komunikacijski sistemi, radiotelefonija in televizija, informatika in računalniška tehnologija itd.

Elektronski šum je naključna nihanja električnih tokov in napetosti v radijskih merilnih in radijskih oddajnih napravah. Nastanejo zaradi neenakomernega oddajanja elektronov v elektrovakuumskih in polprevodniških napravah, kar povzroča predvsem strelni hrup , in neenakomerni procesi generiranja in rekombinacije nosilcev električnega naboja v polprevodniških napravah. Zlasti neenakomernost oddajanja elektronov povzroča nihanje (strelni šum) jakosti toka I - tako imenovano jakost toka šuma I šum v obliki: I šum = I 2 (t) 1/2 = 2q e I  (10,6)

q e – elementarni naboj,  – frekvenčna pasovna širina naprave.

Kaotično toplotno gibanje nosilcev električnega naboja ustvarja električni šum v prevodniku z uporom R pri ravnotežni temperaturi T, ki ga opisuje formula Nyquist oblika: U 2 R (t) = 4k B TR (10.7)

kjer je U 2 R (t) povprečna vrednost kvadrata napetosti na uporu.

Merilo jakosti hrupa v radijskih sprejemnih napravah je ti hrupna temperatura Tsh, definirana kot temperatura T o absolutno črnega telesa (BLB), katerega moč sevanja je enaka moči toplotnega hrupa naprave. Šumna temperatura Tsh se uporablja v radiometriji za oceno ravni šuma v instrumentih, ki se uporabljajo za ojačanje, snemanje in pretvorbo električnih signalov, za oceno šuma anten pri opisovanju virov kozmičnega sevanja, za oceno velikosti prispevka šuma k izmerjenemu šibkemu signalu. itd. Hrupna temperatura Tsh se običajno določi s primerjavo z referenčnimi generatorji hrupa.

PREDAVANJE 11. MERITVE ULTRA VISOKE NATANČNOSTI

S POZICIJE KLASIČNE IN KVANTNE PARADIGME

(KVANTNA PARADIGMA KOT OSNOVA PRAKSE IN

MERILSKE TEORIJE; PLAČILNA SPOSOBNOST

KLASIČNA METODOLOGIJA V MEROSLOVJU)

26. Kvantna paradigma kot osnova za prakso in teorijo meritev.

Neuspeh načela strogega determinizma in klasične metodologije na področju visokonatančnih meritev.

26. V praksi spoznavanja in asimilacije pridobljenega znanja se ljudje soočajo s problemi, katerih rešitev bi morala temeljiti na znanstveni metodologiji. To splošno stališče velja za katero koli področje človeške dejavnosti. Posebej pomembna in potrebna pa je v praksi in teoriji meritev. V našem času se je upravičeno razglasila za osnovo znanstvene metodologije. kvantna paradigma in ga manifestiramo sinergetika– integralna znanstvena disciplina, ki proučuje samoorganizacijo kompleksnih sistemov.

Paradigma kot filozofska kategorija je celosten sistem ideoloških idej o odnosih v svetu in načinih njihovega spoznavanja. . Klasična paradigma izhaja iz klasičnih predstav o bistvu odnosov v svetu in klasičnih načinov razumevanja sveta. Kvantna paradigma izhaja iz razumevanja kvantne narave odnosov v svetu, njegove kvantne organizacije in kvantnih zakonov gibanja ter uporabe kvantne metodologije za pridobivanje znanja o svetu.

Zavedanje kvantne narave odnosov v svetu je osnova sodobne fizikalne slike videnja sveta, zakonitosti razvoja in

nujen element kulture našega časa. Koncepti, ki določajo kvantno vizijo odnosov v svetu, so kvantni in kvantizacija . Kvantna – najmanjši del celote, ki ohrani svoje lastnosti; izraz je generiran iz latinske besede quantum – 'porcija, količina'. Kvantizacija – premoženje (sposobnost )spreminjajo stanje diskretno, v majhnih končnih količinah in tudiizvajanje dejanja za diskretno spreminjanje stanja sistema, spreminjanje v majhnih končnih delih– kvanti . Kvantni sistem – dinamičen sistem, ki lahko spreminja stanje diskretno, v majhnih delih ali v kvantih.

Koncept kvantni kot najmanjši del celote, ki ohranja(ne izgubljati)lastnosti celote ne glede na njeno naravo, je koncept kvantizacije odnosov v svetu postal temeljni. Postala je univerzalni člen kvantne paradigme. Enako je omogočilo naravno povezovanje dosežkov na različnih področjih znanja v okviru splošne znanosti – sinergetika kot znanost o kompleksnih sistemih.

Kvantizacija dinamični sistemi služijo kot osnovno načelo sodobne kvantne fizike. Znanstvena misel se je usmerila v celostno sliko kvantnega videnja sveta in odnosov v njem, opirajoč se na naravno, genetsko pogojeno potrebo po spoznavanju sveta in gotovosti, stabilnosti človekovih odnosov z zunanjim, nenehno spreminjajočim se svetom, in potrebo po harmoniji z njim. Na dolgi poti obvladovanja sveta in razumevanja odnosov v njem imamo velika imena in odkritja (Demokrit, Gassendi, Lomonosov, Dalton, Avogado, Planck, Bohr, Einstein, de Broglie, Heisenberg, Schrödinger, Fermi, Dirac). Brez njih kvantna znanost kako niz kvantnih idej o svetu in zakonitosti njegovega gibanja, vnesenih v sistem, ki ustreza kvantni naravi odnosov v njem, v sodobni obliki in kvaliteti ne bi mogel potekati.

Kvantna narava odnosov v svetu nujno postavlja meroslovje (kot posebno področje človeške dejavnosti, ki se kaže tako kot znanost kot visoka tehnologija in kot družbeno-pravna podpora za visoko natančne meritve), resno in temeljni problem identifikacije in uporabe merilnih lastnosti kvantnih sistemov.

Temeljna rešitev tega problema s stališča znanstvene metodologije se zdi jasna. Njeno rešitev je mogoče in mora rešiti na podlagi uporabe analize in študija samih kvantnih pojavov in kvantnih sistemov. Zdi se očitno, da je treba uporabo klasičnih norm in stereotipov za merilne probleme uskladiti z zahtevami ustreznosti kvantnemu pojavu, ki ga preučujemo (nadziramo).

V bistvu klasični pristop temelji na znanem stališču velikega antičnega misleca Aristotela, na podlagi katerega je bila zavrnjena Demokritova hipoteza o atomih. Kot merilo resnice priznava znanje kriterij očitnosti in merilo logična doslednost , ki izhaja iz špekulativnega dojemanja odnosov v svetu. Toda ta pristop je v bistvu le nek zelo grob in netočen model odnosov v svetu. Na podlagi spekulativnega opisa sveta je Aristotel načeloma zavračal nemožnost kakršne koli drobne drobitve elementov sveta.

Seveda je Aristotelovo stališče temeljilo na določenih izkušnjah. Toda to je bila izkušnja naivnega intuitivno-čutnega pogleda na svet ljudi, ki vidijo svet kot »viden z našimi očmi«. Spontano razvijajoče se znanje o naravnem svetu je vodilo do temeljnega znanstveno-tehničnega problema gibanja teles v prostoru in času, ki je bil razrešen z nastankom koncepta novega sveta - renesanse. In temeljna osnova tega novega koncepta je bila fizična metoda spoznavanja svet, na katerem je stal G. Galileo, in klasično Mehanika veliki I. Newton.

Vsakdanja izkušnja našega življenja, ki je v svojem odnosu do narave v mnogih pogledih podobna izkušnjam ljudi starega sveta, nam je omogočila oblikovanje tako imenovanega klasičnega načela. determinizem (gotovost ). Temelji na naših klasičnih predstavah, ki pa temeljijo na na videz povsem naravni predpostavki, da je vsako fizikalno količino načeloma mogoče izmeriti s poljubno majhno napako. Ta predpostavka izraža Aristotelovo stališče. Z drugimi besedami, vsaka fizikalna količina je lahko strogo točna s katero koli stopnjo natančnosti, slednjo pa določata izključno stopnja razvoja merilne tehnologije in prizadevnost izvajalcev. To razumevanje, če hočete, prepričanje je posledica dejstva, da s stališča klasične znanosti ni temeljnih omejitev glede točnosti meritev. Običajno se o tem ne razpravlja zaradi očitnosti, da je z dovolj truda in prizadevnosti mogoče inštrumente narediti zelo popolne, izkušnje in spretnost eksperimentatorja pa so lahko zelo visoke, zahvaljujoč delu, času in tudi talentu strokovnjaka. eksperimentator. Toda resnih eksperimentalnih utemeljitev za legitimnost takšnega pristopa ali prepričanja ni. In vendar je bilo a priori sprejeto kot resnično resnično, kot nekaj samoumevnega (in to je le učinek vere, ne pristne resnice). Toda dokazi kot merilo znanosti, merilo resnice, so se večkrat izkazali za nevzdržne. Spomnimo se vsaj znanega soočenja Aristotelovega in Galilejevega pristopa k problemom gibanja, ki se je končalo z odkritjem zakona vztrajnosti pri gibanju teles.

G. Galileo je s svojim odkritjem vztrajnostnega zakona pokazal in dokazal, da sila ni vzrok za velikost hitrosti teles, temveč vzrok za spremembe hitrosti teles (torej vzrok za pospešek teles). Ta na videz nepomemben premik poudarka je v resnici korenito spremenil celotno sliko sveta in privedel do rojstva Newtonove mehanike. Končno je to revolucioniralo celoten sistem načinov in metod razumevanja sveta: družbena praksa v obliki znanstvenega eksperimenta v kombinaciji s teorijo in praktičnim preizkušanjem celotnega sklopa njenih posledic je postala merilo za reševanje problemov v svetu..

Vendar pa je ideja o temeljni možnosti poznavanja sveta s tako visoko natančnostjo, kot si želimo, s čim manj netočnosti, kot želimo, ostala v temelju filozofije znanosti in človeške zavesti, v temelju prakse vseh človekove kognitivno-orientacijske dejavnosti. Po klasičnih konceptih poznavanje sil v svetu omogoča predvidevanje poteka dogodkov v prihodnosti in poznavanje poteka dogodkov v preteklosti zaradi invariantnosti drugega Newtonovega zakona v mehaniki: (d str /dt) = F (11.1)

do zamenjave predznaka časa t – do zamenjave časa t s časom “– t”.

To idejo je prvi izrazil francoski znanstvenik R. Descartes: "svet je ura, ki je bila enkrat zagnana!" V sodobni interpretaciji je načelo determinizma podal Laplace: »vsak dogodek ima en sam vzrok; razmerje med posledico in vzrokom je nedvoumno; gibanje katerega koli sistema je enolično določeno z zakoni gibanja za dano interakcijo teles in dane začetne pogoje.«

Kvantna znanost je prinesla korenito spremembo v predstavah o svetu in v strukturi mišljenja, ki je do neke mere značilna za naš čas. Izbira dejstev, na podlagi katerih je oblikovana teorija, ni edinstvena. Vendar je priporočljivo upoštevati najpreprostejše situacije, brez nočne more malenkosti in podrobnosti.

Oglejmo si ploščo, postavljeno na pot ozkega snopa svetlobe (slika 1–11).

Na plošči se svetloba razcepi: del žarka gre skozi ploščo in ga posname sprejemnik 1, drugi pa se odbije in posname sprejemnik 2. Tako enaki delci v

V svetlobnem toku enake frekvence (fotoni) pod enakimi pogoji pred vstopom v ploščo se po interakciji s ploščo obnašajo povsem drugače. Z drugimi besedami, obnašanje fotona se izkaže za nepredvidljivo! To pomeni, da determinizem v smislu, kot ga je dal Laplace/Descartes, v naravi sploh ne obstaja! Odboj fotona od plošče je naključen dogodek! Vendar pa se z velikim številom testov, kar je enako velikemu številu fotonov N >> 1, izkaže, da je obnašanje fotonov predvidljivo v skladu z zakoni valovne optike.

Kvantna znanost je torej, ko je vnesla korenit preobrat v predstave o razmerjih v svetu in natančnosti njihovega merjenja, razkrila temeljno neskladje klasičnega principa determinizma in klasične metodologije na področju meritev posebej visoke natančnosti, ki so osnovnega pomena za sodobno meroslovje, nezdružljiva z njihovo zmožnostjo razreševanja protislovja klasičnih pristopov k problemu meritev s posebno visoko natančnostjo in nedosegljivostjo zaradi neodstranljivega vira napak v obliki nihanj fizikalnih veličin in hrupa med meritvami.

PREDAVANJE 12. N. BOROVO NAČELO KOMPLEMENTARNOSTI IN

W. HEISENBERGOVE RELACIJE NEGOTOVOSTI

27. Bohrov princip komplementarnosti in razmerja negotovosti W. Heisenberga.

27. Kvantna znanost pomeni radikalen preobrat tako v sistemu naših predstav o svetu okoli nas, vesolju, kot tudi v sami strukturi mišljenja, ki je v določeni meri značilna za naš čas.

Razmerje med pristopi k pojavom in odnosi v svetu, značilno za klasične in kvantne znanosti, je določeno s prisotnostjo tako imenovanega kvanta delovanja v obliki Planckove konstante h = 2πћ (ali ћ = h/2π), ki ima razsežnost dejanja, torej produkt dela na čas (J sek). Če je katera koli fizikalna količina, ki ima razsežnost delovanja (na primer vrtilna količina L = pr), zelo velika številka N>>1 kvantov delovanja ћ = h/2π, potem zavlada klasična mehanika in se klasične zakonitosti v gibanju teles popolnoma pokažejo. Če pa je fizikalna količina, ki ima dimenzijo delovanja (na primer vrtilna količina L = рr), majhno število N ~ 1 kvantov delovanja ћ = h/2π, potem vlada kvantna mehanika in je treba pri gibanju uporabljati kvantne zakone. mikropredmetov. To metodološko stališče, ki ga je prvi oblikoval N. Bohr, je znano kot načelo komplementarnosti .

Močna osnova za razvoj znanstvene metodologije pri reševanju merilnih problemov je bila relacija negotovosti, ki jo je leta 1927 odkril W. Heisenberg.

Heisenbergovo razmerje negotovosti (ali, kot se pogosto reče, načelo) je temeljno načelo kvantne teorije, ki nalaga pomembne omejitve glede največje natančnosti, s katero je mogoče izmeriti dinamične značilnosti kvantnih sistemov. Navaja, da noben fizični sistem ne more biti v stanjih, v katerih koordinate njegovega vztrajnostnega središča in gibalne količine hkrati zavzamejo natančno definirane (to je določene s poljubno majhno napako) vrednosti, posamezno pa je te količine načeloma mogoče izmeriti na poljubna stopenjska natančnost, načeloma izmerjena s poljubno majhno napako.

Kvantitativno je razmerje negotovosti formulirano na naslednji način. Če х k in p xk predstavljata negotovosti v vrednostih koordinate x k (kjer je k = 1,2,3) vztrajnostnega središča sistema in projekcije gibalne količine R na ustrezni osi x k, razumljeni kot standardna odstopanja x k 2  1/2 in p xk 2  1/2 teh fizikalnih količin od njihovih povprečnih vrednosti, potem zmnožek negotovosti teh konjugiranih fizikalnih količin ne sme biti biti v redu velikosti manjši od polovice Planckove konstante s prečko (ħ/2): p x 2  1/2 x 2  1/2 ≥ (ħ/2) (12.1)

Zaradi majhnosti Planckove konstante v primerjavi z akcijskimi dimenzijami za makroskopske količine se razmerja negotovosti (12.1) pravzaprav izkažejo za pomembna le za atomsko mikroskopske sisteme. Iz odnosov negotovosti izhaja, da čim natančneje je izmerjena ena od konjugiranih fizikalnih veličin, tem bolj negotova se izkaže vrednost druge od njih. Nezmožnost hkratnega določanja teh konjugiranih fizikalnih veličin je posledica objektivnih kvantnofizikalnih razlogov, pri čemer morebitna nepopolnost merilnih instrumentov ni odločilna.

Relacija negotovosti je oblikovana na podoben način za drugo skupino konjugiranih fizikalnih veličin, katerih produkt ima enako dimenzijo delovanja kot dimenzija Planckove konstante. Takšna para konjugiranih fizikalnih veličin z dimenzijo delovanja sta energija E in čas t ter projekcije L z na os vrtilne količine z. L in kotni položaj  te projekcije v ravnini, pravokotni na vektor vrtilne količine, to pomeni, da pride do neenakosti oblike:

Et ≥ (ħ/2) (12,2)

L z  ≥ (ħ/2) (12,3)

Zlasti razmerje negotovosti za energijo in čas (12.2) pomeni, da če je fizični sistem v stacionarnem stanju, potem energije E, tudi v tem stanju, ni mogoče izmeriti z napako E, manjšo od vrednosti, določene z razmerjem v obliki: E = (ħ/2t) (12,4)

kjer t predstavlja trajanje v času merjenja energije E stacionarnega stanja.

Razlog za to je v interakciji fizikalnega sistema z merilno napravo, razmerje negotovosti pa nam v tem primeru omogoča oceno energije interakcije med merilno napravo in fizikalnim sistemom. Razmerje (12.4) kot neposredno posledico razmerja negotovosti (12.2) za energijo in čas lahko uporabimo tudi za oceno negotovosti vrednosti energije nestacionarnega stanja zaprtega sistema, negotovost t v času pa je razumemo kot značilno življenjsko dobo  sistemov nestacionarnih (vzbujenih) stanj.

Razmerje negotovosti za energijo in čas vodi do pomembnih zaključkov glede vzbujenih stanj mikroskopskih kvantnih sistemov, kot so atomi, molekule, skupki molekul in jedra. Vzbujena stanja kvantnih sistemov so nestabilna, njihove energije so zamegljene okoli povprečne vrednosti z določeno širino zamegljenosti, imenovano naravna širina Г = 2E kvantne ravni sistema, ki je povezana z življenjsko dobo  stanja z a razmerje oblike: Г = ħ (12.5)

In v tej obliki je razmerje negotovosti pomembno za atomsko in jedrska fizika, za fiziko nestacionarnih stanj.

Če razmerje negotovosti (12.2) za energijo E in čas t uporabimo za monokromatske elektromagnetne valove, ki praktično nikoli niso strogo monokromatski, potem dobimo razmerje negotovosti  in N za fazo valovanja  in število N povezanih fotonov s tokom sevanja, ki ga prenese dano elektromagnetno valovanje, in to razmerje ima obliko:

N ≥ 1/2 (12,6)

To razmerje določa absolutno mejo napak oziroma natančnost merjenja parametrov toka elektromagnetnega sevanja. To je še posebej pomembno za optično področje nekoherentnih tokov elektromagnetnega valovanja, kjer je zaradi visoke energije kvantov število fotonov N, zabeleženih v karakterističnem merilnem času, in posledično negotovost N njihovega števila. na ravni enotnosti. Zato je negotovost faze  zelo velika. In stanje koherentnega elektromagnetnega valovanja je določeno z nepomembnim faznim razmakom , tako da razmerje (12.6) dobi značaj enakosti: N = 1/2 (12.7)

Razmerje negotovosti  in N za fazo  valovne funkcije kvantnega sistema in število N nosilcev kvantnih stanj takih sistemov lahko uporabimo, kot smo prvič pokazali v enem od naših del leta 1991, za človeška družba.

PREDAVANJE 13. O MEROSLOVNIH LASTNOSTIH

MIKROOBJEKTI. VIRI ZA SKLADNOST RAVNI

STABILNOST PARAMETROV MIKROBJEKTA

DO ZAHTEV MEROSLOVJA S KVANTNIH POZICIJ.

28. Koncept kvantnih fizikalnih meritev po N. Bohru.

29. Popoln nabor fizičnih veličin mikroobjektov je način za zagotavljanje vira meroslovnih parametrov mikroobjektov in osnova kvantnega meroslovja mikroobjektov.

28. Nujni pogoj za znanstveno spoznavanje sveta in učinkovito uporabo pridobljenega znanja je, da je celoten sistem odnosov v svetu stabilen in vzdržen v dovolj dolgem in za človeštvo družbeno pomembnem časovnem obdobju. Po drugi strani sta znanstvenost poznavanja sveta in učinkovitost obvladovanja njegovih rezultatov, ki jih zahteva družba, zagotovljena s stabilnostjo sveta, ki dejansko obstaja in ga ljudje uporabljajo, ter stabilnostjo globalnih odnosov v njem. Stabilnost in stabilnost odnosov v svetu je posledica kvantne narave gibanja in interakcije različnih delov našega sveta. Problem stabilnosti odnosov v svetu je mogoče rešiti in se rešuje le v okviru kvantne paradigme, na podlagi razumevanja in upoštevanja kvantnih zakonitosti v gibanju različnih podsistemov našega sveta.

In problem prepoznavanja in uporabe meroslovnih lastnosti mikropredmetov je rešen na podlagi ustrezne študije samih kvantnih pojavov in kvantnih sistemov. Seveda se zdi stopnja stabilnosti parametrov, opazovana s stališča klasičnega pristopa v primeru mikroobjektov, katerih obnašanje je povsem kvantno, popolnoma neskladna z zahtevami meroslovja kot vede o zagotavljanju visoko natančnih meritev. . To neskladje je vidno že v ideji klasične metodologije o možnostih izvajanja meritev s poljubno majhnim pogreškom tako za eno kot hkrati za več fizikalnih veličin, ki določajo stanje sistema. Globino protislovja med kvantno in klasično sliko obnašanja mikrodelcev nakazujejo Heisenbergova razmerja negotovosti za fazno konjugirane fizikalne količine (veličine, katerih dimenzija produkta je enaka dimenziji delovanja). V bistvu vodijo do zaključka, da v kvantni teoriji gibanja mikrodelcev sploh ne more obstajati koncept trajektorije mikrodelcev. Poleg tega odsotnost določene trajektorije za mikrodelce odpravlja že samo potrebo po govoru o takšnih dinamičnih značilnostih, ki so v klasični teoriji znane kot hitrost, pospešek, pot, premik mikrodelca itd. Seveda je treba opozoriti, da tukaj govorimo le o količinah, ki opisujejo prostorsko gibanje mikrodelca, ne pa tudi o količinah, ki ga definirajo kot delec, torej ne govorimo o masi, niti o električnem naboju, niti spin mikrodelcev

Toda zaradi negotovosti dinamično konjugiranih fizikalnih količin, povezanih z razmerjem negotovosti, je stopnja stabilnosti ustreznih parametrov mikroobjektov neprimerna za zahteve meroslovja le s stališča meritev kot načina razumevanja sveta v okviru klasične paradigme. Na položaj meritev kot načina razumevanja sveta se moramo opreti že v okviru kvantne paradigme. In tukaj se soočamo s situacijo, ki je edinstvena v zgodovini znanja. V prid razvoja kvantnega meroslovja jo je prvi identificiral in razrešil N. Bohr v okviru načela komplementarnosti, ki ga je razvil. Po njegovem mnenju to stanje vključuje neločljivo korelacijo kvantnih in klasičnih paradigem in metodologij, kvantne in klasične mehanike.

Dejansko običajno bolj splošna teorija (a kvantna teorija to je tisto, kar je za klasično) je formuliran (lahko formuliran) na logično zaprt način, ne glede na manj splošno teorijo, ki je omejitveni primer splošne teorije. Toda oblikovanje glavnih določb kvantne teorije, kvantne fizike ali, če smo natančni, določb kvantne mehanike je v osnovi nemogoče brez vključevanja klasične fizike ali, če smo natančni, brez vključevanja klasične mehanike. To je, prvič, posledica dejstva, da je samo za sistem kvantnih mikroobjektov na splošno nemogoče zgraditi logično zaprto mehaniko, in, drugič, načina, na katerega so informacije o stanjih mikroobjektov pridobljene v resničnem eksperimentu. Ta situacija v bistvu odraža paradoksalno naravo antinomije kognitivnega dejanja, ko je nemogoče storiti brez uporabe logičnih konceptov in ko se slika razmerij v svetu, pridobljena z njihovo pomočjo, izkaže za nepopolno.

Potreba in možnost kvantitativnega opisa gibanja mikrodelca zahteva prisotnost fizičnih objektov, ki dokaj visoka natančnost opisujejo zakoni klasične mehanike (fizike). Če mikrodelec interagira s takim klasičnim predmetom, se stanje slednjega na splošno spremeni. Narava in obseg takšne spremembe v klasičnem objektu služi kot merilo stanja mikrodelca, saj so spremembe v stanju klasičnega predmeta odvisne od njegovega stanja.

V zvezi s tem se imenuje klasični objekt napravo oz merilni instrument stanje mikrodelcev. In takoj je treba opozoriti, da tukaj, v kvantni teoriji, pod merjenje razumeti, po konceptu N. Bohra, samo proces interakcije med kvantnimi in klasičnimi objekti, proces interakcije mikrodelca s klasičnim objektom– napravo , in ta postopek kvantno fizikalno merjenje poteka ločeno od in neodvisno od katerega koli opazovalca. Opazovalec lahko in mora uporabiti rezultate takšne interakcije med klasičnim objektom - napravo - in kvantnim objektom - mikrodelcem - kot objekt znanja v interesu znanja samega.

Običajno je merilni instrument predstavljen kot določen fizični objekt, ki ima veliko maso in je makro-objekt. Toda makroskopska narava predmeta v običajnem pomenu kot določena ogromnost ni obvezna lastnost naprave ali zahteva za možnost njene uporabe. Pod določenimi pogoji ima vlogo naprave tudi znani mikroobjekt, saj pojem naprave vključuje koncept naprave z zadostno natančnostjo in ta koncept "z zadostno natančnostjo", na kar smo pozorni. , odvisno od naloge, namena in natančnosti izvedbe .

Kvantno fizikalna meritev - interakcija kvantnega objekta s klasičnim objektom - ima bistveno lastnost - vedno vpliva na sam merjeni kvantni objekt. Tega vpliva nikakor ne moremo narediti tako majhnega, kot si želimo – to je temeljna razlika med klasičnimi in kvantnimi metodologijami. Toda razumevanje te okoliščine nam daje metodološko osnovo za zagotavljanje vira meroslovnih lastnosti in parametrov mikroobjektov.

29 . Kot se je izkazalo, se zahteve meroslovja z vidika klasične paradigme glede stopnje stabilnosti parametrov mikroobjektov pri njihovem merjenju razlikujejo od kvantne narave samogibanja snovi in ​​njenih mikroobjektov.

To protislovje nujno zahteva rešitev problema identifikacije in uporabe meroslovnih lastnosti mikroobjektov, saj kvantni zakoni, hočemo ali nočemo, določajo obstoj našega sveta. In koncept kvantnega merjenja, ki ga N. Bohr razume kot interakcijo kvantnega mikroobjekta in naprave, je omogočil rešitev. Metodologija - sistem sredstev in metod učinkovitega spoznavanja - je zgrajena na konceptu kvantnega merjenja po N. Bohru, ob upoštevanju nians vsake posamezne meritve.

Obrnitev na rezultate specifične interakcije mikrodelca z napravo v skladu z ugotovljenimi kvantnimi zakonitostmi in pogoji specifičnega eksperimenta je odprla velike vire pri doseganju ustrezne ravni stabilnosti parametrov mikroobjektov z zahtevami meroslovja. En sam recept za vse možne situacije merjenja parametrov mikroobjekta načeloma ni mogoč. Sam pristop bo splošen, temeljil bo na kvantni naravi razmerja med mikroobjektom in napravo, upošteval bo principe komplementarnosti in negotovosti ter bo razkrival rezultat meritve, izračunan na katerem koli od parametrov mikroobjekta.

Pravzaprav je v klasični mehaniki v vsakem trenutku delec nekje (ima tri koordinate) in ima hitrost (moment). Podatki o stanjih delca so tukaj predstavljeni kot niz fizikalnih količin, dobljenih kot rezultat njihovega sočasnega (vsaj v obsegu proučevanega pojava) merjenja, in sicer merjenja koordinat, hitrosti, časa, mase in , posledično gibalno količino in energijo delcev. In v kvantni situaciji dobi na primer elektron določene koordinate kot rezultat meritve in hkrati izgubi vsako določenost v hitrosti (moment). In elektron, ki ima zaradi meritve določeno hitrost, izgubi določeno lokacijo.

Torej kvantna teorija ne dovoljuje, da ima elektron istočasno lokacijo in hitrost. Prav ta ugotovitev je s stališča klasične paradigme v neskladju med stopnjo stabilnosti parametrov mikroobjektov in zahtevami sodobnega meroslovja. Iz njegovega položaja se izvede popoln opis stanja fizičnega sistema tako, da se najprej določijo koordinate in hitrosti vseh njegovih delov ali delcev v začetnem trenutku gibanja sistema, nato pa na podlagi teh začetnih podatkov enačbe klasične mehanike načeloma omogočajo popoln opis obnašanja sistema v prihodnosti, pri čemer nakazujejo koordinate in hitrosti vseh delov in delcev sistema v katerem koli naslednjem trenutku (dovolj je, če se spomnimo besed Descartesa: "svet je enkrat navita ura").

V kvantni teoriji je tako podroben opis obnašanja fizikalnega sistema načeloma nemogoč, saj koordinate mikroobjekta in z njimi povezane projekcije impulzov ne morejo obstajati hkrati. Opis stanja kvantnega sistema poteka na podlagi manjšega števila fizikalnih parametrov, kot je to storjeno v klasični mehaniki. Njihovo število ne more biti večje od števila N tako imenovanih kvantnih »celic« v faznem prostoru , ki je v klasični teoriji definiran s produktom običajne prostornine V = abc sistema z njegovimi linearnimi parametri a, b in c glede na prostornino impulznega prostora W = P x P y P z , kjer so P x ​​, P y in P z značilne vrednosti projekcije impulza R na koordinatne osi X, Y in Z referenčnega sistema. Najmanjša velikost "celice"  x enodimenzionalnega faznega prostora  x je podana s Heisenbergovo razmerjem negotovosti za ustrezne vrednosti koordinate X in projekcije momenta P x:  x = Х Р x = 2ћ = h (13,1 )

Razmerje med faznim volumnom  sistema in volumnom njegove celice  je skupno število N kvantnih "celic" sistema: N = [/(2ћ) 3 ] (13.2)

Vse kvantne meritve lahko razdelimo v dve kategoriji. Pri eni od njih, ki pokriva večino tovrstnih meritev, v nobenem stanju kvantnega sistema rezultati niso zanesljivo točni. Druga med njimi vključuje zelo omejeno število vrst meritev, ki omogočajo pridobitev zanesljivo natančnih nedvoumnih rezultatov v določenih stanjih kvantnega sistema. Take meritve lahko imenujemo tudi "predvidljive". Imajo glavno vlogo v kvantni teoriji meritev, saj določajo sam vir skladnosti s stopnjo stabilnosti parametrov mikroobjektov, kar nam v skladu z zahtevami sodobnega meroslovja omogoča, da postavimo problem identifikacije meroslovne lastnosti mikroobjektov na trdni znanstveni podlagi in zagotoviti izdelavo merilnih instrumentov in meroslovnih etalonov pri proučevanju in uporabi lastnosti mikroobjektov.

Določene s takšnimi meritvami - interakcijami mikro-objekta z napravo - so kvantitativne značilnosti stanja mikro-objekta fizikalne količine mikropredmetov . Take količine ne morejo biti hitrost mikrodelca, niti njegove koordinate, niti kinetična ali potencialna energija itd.

Če v določenem stanju kvantnega merjenja (v stanju interakcije kvantnega sistema z napravo) dobimo zanesljivo nedvoumen rezultat, potem pravijo, da ima v takem stanju fizikalna količina določen pomen. In takšne količine so skupna energija mikrodelca (natančneje celotna energija fizičnega sistema v njegovem določenem kvantnem stanju) (in celotno energijo razumemo kot tisto, kar v klasični fiziki služi kot vsota kinetične in potencialne energije delec), spin (skupni kotni moment), njegova projekcija na določeno os vrtenja sistema, pa tudi kvantne količine, kot so električni, barionski, leptonski naboji itd.

Opis stanj kvantnega sistema temelji na celotnem nizu fizikalnih količin mikropredmeta, ki ima naslednje lastnosti:

– fizikalne količine celotnega sklopa so hkrati merljive;

– imajo sočasno določene merljive vrednosti;

– druge količine sploh ne morejo imeti dokončnega pomena.

Fizikalne količine, ki sestavljajo celoten nabor fizikalnih količin mikroobjektov, postavljajo osnovo meroslovje mikroobjektov . Mimogrede, celoten nabor meroslovja za mikroobjekte je mogoče zmanjšati na eno fizično količino, na primer energijo prostega delca.

Zdaj pa razkrijmo pomen popolnega opisa stanja kvantnega fizičnega sistema. Popolnoma opisana stanja mikroobjekta dobimo s hkratnim merjenjem celotnega niza fizikalnih veličin, ki opisujejo kvantno stanje mikroobjekta; na njihovi podlagi se pridobi verjetnost rezultatov nadaljnjih meritev ne glede na stanje mikroobjekta pred prvo meritvijo.

Torej, v skladu s kvantnimi zakoni interakcije mikro-objektov in njihovih kvantnih lastnosti, ima sodobno meroslovje s stališča kvantne paradigme ogromen vir za preučevanje in uporabo meroslovnih lastnosti mikro-objektov, ki jih določa celoten niz sočasnih izmerjene kvantnofizikalne količine. Sestavljena je iz celotne energije mikrosistema v njegovem določenem kvantnem stanju (podanem z glavnim kvantnim številom n), celotnega kotnega momenta sistema in njegove projekcije na določeno smer v prostoru, spina mikrodelca in njegove projekcije na tej smeri, kot tudi kvantna števila, ki jih razumemo kot mikroobjekte nabojev (električni, barionski, leptonski naboji itd.).

In vse meritve v meroslovju so načrtovane in izvedene na podlagi pridobitve celotnega nabora kvantnih količin mikroobjekta.

MINISTRSTVO ZA ŠOLSTVO RUSKE FEDERACIJE VZHODNOSIBIRSKA DRŽAVNA TEHNOLOŠKA UNIVERZA

Oddelek za meroslovje, standardizacijo in certifikacijo

FIZIKALNE OSNOVE MERITEV

Tečaj predavanj “Univerzalne fizikalne konstante”

Sestavil: Zhargalov B.S.

Ulan-Ude, 2002

Tečaj predavanj “Univerzalne fizikalne konstante” je namenjen študentom smeri “Meroslovje, standardizacija in certifikacija” pri študiju discipline “Fizikalne osnove meritev”. Delo podaja kratek pregled zgodovine odkritij fizikalnih konstant s strani vodilnih svetovnih fizikov, ki so kasneje predstavljale osnovo mednarodnega sistema enot fizikalnih veličin.

Uvod Gravitacijska konstanta

Avogadrova in Boltzmannova konstanta Faradayeva konstanta Elektronski naboj in masa Hitrost svetlobe

Planckove Rydbergove konstante Masa mirovanja protona in nevtrona Zaključek Literatura

Uvod

Univerzalne fizikalne konstante so količine, vključene kot kvantitativni koeficienti v matematične izraze temeljni fizikalni zakoni ali ki so značilnosti mikro objektov.

Tabele univerzalnih fizikalnih konstant ne smemo jemati kot nekaj že dokončanega. Razvoj fizike se nadaljuje in ta proces bo neizogibno spremljal nastanek novih konstant, ki se jih danes niti ne zavedamo.

Tabela 1

Univerzalne fizikalne konstante

Ime				Številčna vrednost
Gravitacijski				6,6720*10-11 N*m2 *kg-2
konstantna
Avogadrova konstanta				6,022045*1022 mol-1
Boltzmannova konstanta				1,380662*10-23 J* K-1
Faradayeva konstanta				9,648456*104 C*mol-1
Elektronski naboj				1.6021892*10-19 Cl
Masa mirovanja elektrona				9,109534*10-31 kg
Hitrost				2,99792458*108 m*s-2
Planckova konstanta				6,626176*10-34 *J*s
Rydbergova konstanta			R∞	1,0973731*10-7 *m--1
Masa mirovanja protona				1,6726485*10-27 kg
Masa mirovanja nevtronov				1,6749543*10-27 kg

Če pogledate tabelo, lahko vidite, da so vrednosti konstant izmerjene z veliko natančnostjo. Morebitno natančnejše poznavanje vrednosti posamezne konstante pa se izkaže kot temeljno pomembno za znanost, saj je to pogosto merilo za veljavnost ene fizikalne teorije ali zmotnost druge. Zanesljivo izmerjeni eksperimentalni podatki so temelj za gradnjo novih teorij.

Točnost merjenja fizikalnih konstant predstavlja točnost našega znanja o lastnostih okoliškega sveta. Omogoča primerjavo zaključkov osnovnih zakonov fizike in kemije.

Gravitacijska konstanta

O vzrokih, ki povzročajo privlačnost teles med seboj, so razmišljali že od antičnih časov. Eden od mislecev starodavni svet– Aristotel (384-322 pr. n. št.) je vsa telesa razdelil na težka in lahka. Težka telesa - kamni - padajo navzdol, poskušajo doseči določeno "središče sveta", ki ga je uvedel Aristotel, lahka telesa - dim iz ognja - letijo navzgor. »Središče sveta« je bila po učenju drugega starogrškega filozofa Ptolemeja Zemlja, a vse ostalo nebesna telesa vrtel okoli nje. Aristotelova avtoriteta je bila tako velika, da je vse do 15. st. njegovi pogledi niso bili dvomljivi.

Prvi, ki je kritiziral predpostavko o »središču sveta«, je bil Leonardo da Vinci (14521519), kar je pokazala izkušnja prvega fizika v zgodovini

eksperimentalni znanstvenik G. Galileo (1564-1642). Z vrha znamenitega poševnega stolpa v Pisi je spustil topovsko kroglo iz litega železa in leseno kroglo. Na Zemljo so hkrati padli predmeti različnih mas. Enostavnost Galilejevih poskusov ne zmanjša njihovega pomena, saj so bila to prva z meritvami zanesljivo ugotovljena eksperimentalna dejstva.

Vsa telesa padajo na Zemljo z enakim pospeškom - to je glavni zaključek Galilejevih poskusov. Izmeril tudi vrednost pospeška prostega pada, ki ob upoštevanju

sončni sistem se vrti okoli sonca. Vendar pa Kopernik ni mogel navesti razlogov, zaradi katerih pride do te rotacije. Zakone gibanja planetov je v končni obliki izpeljal nemški astronom J. Kepler (1571-1630). Kepler še vedno ni razumel, da sila gravitacije določa gibanje planetov. Anglež R. Cook leta 1674

Pokazal je, da je gibanje planetov po eliptičnih orbitah skladno s predpostavko, da jih vse privlači Sonce.

Isaac Newton (1642-1727) je pri 23 letih prišel do zaključka, da se gibanje planetov dogaja pod vplivom radialne sile privlačnosti, ki je usmerjena proti soncu in je po modulu obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med soncem in soncem. planet.

Toda Newton je moral to predpostavko preveriti s predpostavko, da gravitacijska sila istega izvora drži njegov satelit, Luno, blizu Zemlje, in izvedel preprost izračun. Izhajal je iz naslednjega: Luna se giblje okoli Sonca po orbiti, ki jo v prvem približku lahko štejemo za krožno. Njegov centripetalni pospešek a lahko izračunate s formulo

a =rω 2

kjer je r razdalja od Zemlje do Lune, ω pa je kotni pospešek Lune. Vrednost r je enaka šestdesetim zemeljskim polmerom (R3 = 6370 km). Pospešek ω izračunamo iz obdobja kroženja Lune okoli Zemlje, ki je 27,3 dni: ω =2π rad/27,3 dni

Potem je pospešek a enak:

a =r ω 2 =60*6370*105 *(2*3,14/27,3*86400)2 cm/s2 =0,27 cm/s2

Če pa je res, da se gravitacijske sile zmanjšujejo v obratnem sorazmerju s kvadratom razdalje, potem bi moral biti gravitacijski pospešek g l na Luni:

g l =go /(60)2 =980/3600cm/s2 =0,27 cm/s3

Kot rezultat izračunov je bila pridobljena enakost

a = g l,

tiste. Sila, ki drži Luno v orbiti, ni nič drugega kot sila privlačnosti Lune s strani Zemlje. Ista enakost kaže na veljavnost Newtonovih predpostavk o naravi spremembe moči z razdaljo. Vse to je Newtonu dalo osnovo, da je zapisal zakon gravitacije

končna matematična oblika:

F=G (M1 M2 /r2 )

kjer je F sila medsebojnega privlačenja, ki deluje med dvema masama M1 in M2, ki sta druga od druge ločeni z razdaljo r.

Koeficient G, ki je del zakona univerzalne gravitacije, je še vedno skrivnostna gravitacijska konstanta. O tem ni znano nič - niti njegov pomen, niti njegova odvisnost od lastnosti privlačnih teles.

Ker je ta zakon oblikoval Newton sočasno z zakoni gibanja teles (zakoni dinamike), so znanstveniki lahko teoretično izračunali orbite planetov.

Leta 1682 je angleški astronom E. Halley z uporabo Newtonovih formul izračunal čas drugega prihoda na Sonce svetlega kometa, ki je bil takrat opazovan na nebu. Komet se je vrnil točno ob predvidenem času, kar je potrdilo resničnost teorije.

Pomen Newtonovega gravitacijskega zakona se je v celoti pokazal v zgodovini odkritja novega planeta.

Leta 1846 je francoski astronom W. Le Verrier izračunal položaj tega novega planeta. Potem ko je njegove nebesne koordinate sporočil nemškemu astronomu I. Halleju, so neznani planet, pozneje poimenovan Neptun, odkrili točno na izračunani lokaciji.

Kljub očitnim uspehom pa Newtonova teorija gravitacije dolgo ni bila dokončno priznana. Znana je bila vrednost gravitacijske konstante G v formuli zakona.

Brez poznavanja vrednosti gravitacijske konstante G je nemogoče izračunati F. Poznamo pa pospešek prostega padanja teles: go = 9,8 m/s2, kar nam omogoča teoretično oceno vrednosti gravitacijske konstante G. Pravzaprav je sila, pod vplivom katere žoga pade na Zemljo, sila privlačnosti žoge na Zemljo:

F1 =G(M111 M 3 /R3 2)

Po drugem zakonu dinamike bo ta sila telesu posredovala pospešek prostega pada:

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

Če poznamo vrednost Zemljine mase in njenega polmera, je mogoče izračunati vrednost gravitacijske sile

konstanta:

G=g0 R3 2 / M 3= 9,8*(6370*103 )2 /6*1024 m3/s2 kg=6,6*10-11 m3/s2 kg

Leta 1798 je angleški fizik G. Cavendish odkril privlačnost med majhnimi telesi v zemeljskih razmerah. Dve majhni svinčeni krogli, težki po 730 g, sta bili obešeni na koncih zibalnika. Nato so k tem kroglam prinesli dve veliki svinčeni krogli, ki sta tehtali po 158 kg. V teh poskusih je Cavendish najprej opazoval privlačnost teles med seboj. Eksperimentalno je določil tudi vrednost gravitacije

konstanta:

G=(6,6 + 0,041)*10-11 m3 /(s2 kg)

Cavendishevi poskusi so izjemnega pomena za fiziko. Prvič, izmerjena je bila vrednost gravitacijske konstante, in drugič, ti poskusi so dokazali univerzalnost zakona gravitacije.

Avogadrove in Boltzmannove konstante

O tem, kako svet deluje, se ugiba že od antičnih časov. Zagovorniki enega stališča so verjeli, da obstaja določen primarni element, iz katerega so sestavljene vse snovi. Tak element je bila po starogrškem filozofu Geosidesu Zemlja, Tales je domneval vodo kot primarni element, Anaksimen zrak, Heraklit ogenj, Empedokles je domneval sočasen obstoj vseh štirih primarnih elementov. Platon je verjel, da se lahko pod določenimi pogoji en primarni element spremeni v drugega.

Obstajalo je tudi bistveno drugačno stališče. Levkip, Demokrit in Epikur so snov predstavljali kot sestavljeno iz majhnih nedeljivih in neprepustnih delcev, ki se med seboj razlikujejo po velikosti in obliki. Te delce so imenovali atomi (iz grščine "atomos" - nedeljivo). Pogled na strukturo snovi ni bil podprt z eksperimenti, ampak se lahko šteje za intuitivno ugibanje starodavnih znanstvenikov.

Prvič je korpuskularno teorijo zgradbe snovi, v kateri je bila struktura snovi pojasnjena z atomskega položaja, ustvaril angleški znanstvenik R. Boyle (1627-1691).

Francoski znanstvenik A. Lavoisier (1743-1794) je podal prvo klasifikacijo kemijskih elementov v zgodovini znanosti.

Korpuskularna teorija je bila nadalje razvita v delih izjemnega angleškega kemika J. Daltona (1776-1844). Leta 1803 Dalton je odkril zakon preprostih večkratnih razmerij, po katerem se lahko različni elementi med seboj kombinirajo v razmerjih 1:1, 1:2 itd.

Paradoks zgodovine znanosti je Daltonovo absolutno nepriznavanje zakona preprostih volumetričnih odnosov, ki ga je leta 1808 odkril francoski znanstvenik J. Gay-Lusac. Po tem zakonu sta prostornini plinov, ki sodelujejo v reakciji, in plinastih reakcijskih produktov v enostavnem večkratnem razmerju. Če na primer združimo 2 litra vodika in 1 liter kisika, dobimo 2 litra. vodna para. To je bilo v nasprotju z Daltonovo teorijo; zavrnil je Gaylusacov zakon kot neskladen z njegovo atomsko teorijo.

Pot iz te krize je nakazal Amedeo Avogadro. Našel je priložnost združiti Daltonovo atomsko teorijo z Gay-Lusacovim zakonom. Hipoteza je, da je število molekul vedno enako v enakih prostorninah katerega koli plina ali pa je vedno sorazmerno z volumni. Avogadro je s tem v znanost prvi uvedel koncept molekule kot kombinacije atomov. To je pojasnilo rezultate Gay-Lusac: 2 litra vodikovih molekul v kombinaciji z 1 litrom kisikovih molekul dajo 2 litra molekul vodne pare:

2H2 + O2 = 2H2 O

Avogadrova hipoteza pridobi izjemen pomen zaradi dejstva, da pomeni obstoj stalnega števila molekul v molu katere koli snovi. Pravzaprav, če definiramo molska masa(masa snovi, vzete v količini enega mola) skozi M in relativna molekulska masa skozi t, potem je očitno, da

M=NA m

kjer je NA število molekul v molu. Enako velja za vse snovi:

NA =M/m

Z uporabo tega lahko dobite še en pomemben rezultat. Avogadrova hipoteza navaja, da enako število molekul plina vedno zaseda enako prostornino. Posledično je prostornina Vo, ki zavzema mol katerega koli plina pri normalnih pogojih (temperatura 0Co in tlak 1,013 * 105 Pa), konstantna vrednost. Ta molar

prostornino so kmalu eksperimentalno spremenili in izkazalo se je, da je enaka: Vo = 22,41*10-3 m3

Ena od primarnih nalog fizike je bila določiti število molekul v molu katerekoli snovi NA, ki je kasneje prejela Avogadrovo konstanto.

Avstrijski znanstvenik Ludwig Boltzmann (1844-1906), izjemen teoretični fizik, avtor številnih temeljne raziskave na različnih področjih fizike je vneto zagovarjal anatomsko hipotezo.

Boltzmann je prvi obravnaval pomembno vprašanje porazdelitve toplotne energije po različnih prostostnih stopnjah delcev plina. Strogo je pokazal, da je povprečna kinematična energija delcev plina E sorazmerna z absolutno temperaturo T:

E T Koeficient sorazmernosti je mogoče najti z uporabo osnovne enačbe

molekularna kinematična teorija:

p = 2/3 pE

Kjer je n koncentracija molekul plina. Če pomnožimo obe strani te enačbe z molekulskim volumnom Vo. Ker je n Vo število molekul v molu plina, dobimo:

р Vo == 2/3 NA E

Po drugi strani pa enačba stanja idealnega plina določa produkt p

Kaj pa če

р Vo =RT

Zato je 2/3 NA E = RT

Ali E=3 RT/2NA

Razmerje R/NA je konstantna vrednost, enaka za vse snovi. Ta nova univerzalna fizična konstanta je bila sprejeta na predlog M.

Plank, ime Boltzmannova konstanta k

k = R/NA.

Boltzmannove zasluge pri ustvarjanju molekularne kinetične teorije plinov so bile deležne ustreznega priznanja.

Numerična vrednost Boltzmannove konstante je: k= R/NA =8,31 ​​J mol/6,023*1023 K mol=1,38*10-16 J/K.

Zdi se, da Boltzmannova konstanta povezuje značilnosti mikrokozmosa (povprečna kinetična energija delcev E) in značilnosti makrokozmosa (tlak plina in njegova temperatura).

Faradayeva konstanta

Preučevanje pojavov, ki so tako ali drugače povezani z elektronom in njegovim gibanjem, je omogočilo razlago z enotnega stališča najrazličnejših fizikalni pojavi: elektrika in magnetizem, svetloba in elektromagnetna nihanja. Atomska zgradba in fizika osnovnih delcev.

Že leta 600 pr. Tales iz Mileta je z drgnjenim jantarjem (jantar v prevodu iz stare grščine pomeni elektron) odkril privlačnost svetlobnih teles (puhov, papirčkov).

Dela, v katerih so kvalitativno opisani določeni električni pojavi. se je sprva pojavil zelo skopo. Leta 1729 je S. Gray vzpostavil delitev teles na prevodnike električnega toka in izolatorje. Francoz C. Dufay je ugotovil, da se tudi pečatni vosek, podrgnjen z dlako, naelektri, vendar v nasprotju s tem, kot naelektri steklena palica.

Prvo delo, v katerem je poskušal teoretično razložiti električne pojave, je napisal ameriški fizik W. Franklin leta 1747. Za razlago elektrifikacije je predlagal obstoj neke »električne tekočine« (fluid), ki je sestavni del vse je pomembno. Prisotnost dveh vrst elektrike je povezal z obstojem dveh vrst tekočin - "pozitivnih" in "negativnih". Ob odkritju. da ko se steklo in svila drgneta druga ob drugo, se drugače naelektrita.

Franklin je prvi predlagal atomsko, zrnato naravo elektrike: "Električna snov je sestavljena iz delcev, ki morajo biti izjemno majhni."

Osnovni pojmi v znanosti o elektriki so bili oblikovani šele po prvih kvantitativnih študijah. Z merjenjem sile interakcije električnih nabojev je francoski znanstvenik Charles Coulomb leta 1785 postavil zakon

interakcije električnih nabojev:

F = k q1 q2 /r2

kjer sta q1 in q 2 električna naboja, r je razdalja med njima,

F je sila interakcije med naboji, k je sorazmernostni koeficient. Težave pri uporabi električnih pojavov so bile v veliki meri posledica dejstva, da znanstveniki niso imeli na voljo priročnega vira električnega toka. Takšna

vir je leta 1800 izumil italijanski znanstvenik A. Volta - bil je stolpec cinkovih in srebrnih krogov, ločenih s papirjem, namočenim v slano vodo. Začele so se intenzivne raziskave prehajanja toka skozi različne snovi.

elektrolizo, je vseboval prve znake tega. da sta snov in elektrika med seboj povezani. Najpomembnejše kvantitativne raziskave na področju elektrolize je opravil največji angleški fizik M. Faraday (1791-1867). Ugotovil je, da je masa snovi, ki se sprosti na elektrodi med prehodom električnega toka, sorazmerna jakosti toka in času (Faradayev zakon elektrolize) je pokazal, da za sproščanje mase snovi na elektrode, številčno enake M/n (M je molska masa snovi, n je njena valenca), morate skozi elektrolit prenesti strogo določen naboj F. Tako se je v fiziki pojavil še en pomemben univerzalni F, enak, kot so pokazale meritve, F = 96.484,5 C/mol.

Kasneje se je konstanta F imenovala Faradayevo število. Analiza pojava elektrolize je Faradaya privedla do ideje, da nosilec električnih sil niso električne tekočine, temveč atomi-delci snovi. »Atomi snovi so nekako obdarjeni z električnimi silami,« trdi.

Faraday je prvi odkril vpliv okolja na interakcijo električnih nabojev in pojasnil obliko Coulombovega zakona:

F= q1 q2/ ε r2

Tu je ε značilnost medija, tako imenovana dielektrična konstanta. Na podlagi teh študij je Faraday zavrnil delovanje električnih nabojev na daljavo (brez vmesnega medija) in vnesel v fiziko povsem novo in najpomembnejšo idejo, da je nosilec in prenašalec električnega vpliva električno polje!

Naboj in masa elektrona

Poskusi za določitev Avogadrove konstante so fizike napeljali k vprašanju, ali velik pomen glede na značilnosti električnega polja. Ali ni konkretnejšega, bolj materialnega nosilca elektrike? Ta ideja je bila prvič jasno izražena leta 1881. je izrazil G. Helmoltz: "Če priznamo obstoj kemičnih atomov, potem smo prisiljeni sklepati od tukaj naprej, da je elektrika, tako pozitivna kot negativna, razdeljena na določene elementarne količine, ki igrajo vlogo atomov elektrike."

Izračun te »nekatere elementarne količine elektrike« je izvedel irski fizik J. Stoney (1826-1911). To je izjemno preprosto. Če je za sprostitev enega mola monovalentnega elementa med elektrolizo potreben naboj, enak 96484,5 C, in en mol vsebuje 6 * 1023 atomov, potem je očitno, da z deljenjem Faradayevega števila F z Avogadrovim številom NA dobimo količino električne energije, ki je potrebna za sprostitev enega

atom snovi. Najmanjši delež električne energije označimo z e:

E = F/NA =1,6*10-18 Cl.

Leta 1891 je Stoney predlagal, da bi to minimalno količino elektrike imenovali elektron. Kmalu so ga sprejeli vsi.

Univerzalni fizikalni konstanti F in NA sta v kombinaciji z intelektualnimi napori znanstvenikov oživili še eno konstanto - naboj elektrona e.

Dejstvo o obstoju elektrona kot samostojnega fizičnega delca je bilo ugotovljeno v raziskavah med proučevanjem pojavov, povezanih s prehodom električnega toka skozi pline. Še enkrat se moramo pokloniti vpogledu Faradayja, ki je leta 1838 prvi začel s temi študijami. Prav te študije so vodile do odkritja tako imenovanih katodnih žarkov in končno do odkritja elektrona.

Da bi se prepričali, ali katodni žarki res predstavljajo tok negativno nabitih delcev, je bilo treba v neposrednih poskusih določiti maso teh delcev in njihov naboj. Ti poskusi so iz leta 1897. izvedel angleški fizik J. J. Thomson. Hkrati je uporabil odklon katodnih žarkov v električnem polju kondenzatorja in v magnetnem polju. Kot kažejo izračuni, kot

odstopanje žarkov θ v električnem polju jakosti δ je enako:

θ = eδ / t* l/v2,

kjer je e naboj delca, m njegova masa, l dolžina kondenzatorja,

v je hitrost delcev (znana je).

Pri odklonu žarkov v magnetnem polju B je odklonski kot α enak:

α = eV/t * l/v

Za θ ≈ α (kar je bilo doseženo v Thomsonovih poskusih) je bilo mogoče določiti v in ga nato izračunati, razmerje e/t pa je konstanta, neodvisna od narave plina. Thomson

prvi je jasno oblikoval idejo o obstoju novega elementarnega delca snovi, zato se upravičeno šteje za odkritelja elektrona.

Čast, da je neposredno izmeril naboj elektrona in dokazal, da je ta naboj res najmanjši nedeljivi del elektrike, pripada izjemnemu ameriškemu fiziku R. E. Millikanu. Skozi zgornje okence so bile v prostor med ploščama kondenzatorja vbrizgane kapljice olja iz pršilne steklenice. Teorija in eksperiment sta pokazala, da ko kapljica pada počasi, zračni upor povzroči, da njena hitrost postane konstantna. Če je poljska jakost ε med ploščama enaka nič, je hitrost padca v 1 enaka:

v1 = f P

kjer je P teža kapljice,

f je sorazmernostni koeficient.

V prisotnosti električnega polja je hitrost padca v 2 določena z izrazom:

v2 = f (q ε - P),

kjer je q naboj kapljice. (Predpostavlja se, da sta gravitacija in električna sila usmerjeni druga proti drugi.) Iz teh izrazov sledi, da

q= P/ε v1 * (v1 + v2).

Za merjenje naboja kapljic je Millikan uporabil tiste, ki so jih odkrili leta 1895

ionizirajo zrak. Zračne ione ujamejo kapljice, kar povzroči spremembo naboja kapljic. Če naboj kapljice po zajetju iona označimo s q! , in njegova hitrost skozi v 2 1, potem je sprememba naboja delta q = q! -q

delta q== P/ε v1 *(v1 - v2),

vrednost P/ ε v 1 za dani padec je konstantna. Tako se sprememba naboja kapljice zmanjša na merjenje poti, ki jo je prepotovala kapljica olja, in časa, ki je bil potreben za to pot. Toda čas in pot bi lahko zlahka in precej natančno določili eksperimentalno.

Millikanove številne meritve so pokazale, da je ne glede na velikost kapljice sprememba naboja vedno celoštevilski večkratnik nekega najmanjšega naboja e:

delta q=ne, kjer je n celo število. Tako so Millikanovi poskusi ugotovili obstoj minimalne količine elektrike e. Poskusi so prepričljivo dokazali atomsko strukturo elektrike.

Poskusi in izračuni so omogočili določitev vrednosti naboja e E = 1,6*10-19 C.

Resničnost obstoja minimalnega deleža elektrike je bila dokazana; Millikan je bil odgovoren za te reakcije leta 1923. prejel Nobelovo nagrado.

Sedaj lahko z uporabo vrednosti specifičnega naboja elektrona e/m in e, znane iz Thomsonovih poskusov, izračunamo tudi maso elektrona e.

Izkazalo se je, da je njegova vrednost:

tj.=9,11*10-28 g.

Hitrost svetlobe

Utemeljitelj eksperimentalne fizike Galileo je prvič predlagal metodo za neposredno merjenje hitrosti svetlobe. Njegova ideja je bila zelo preprosta. Dva opazovalca s svetilkama sta bila nameščena več kilometrov narazen. Prvi je odprl loputo na luči in poslal svetlobni signal v smeri drugega. Drugi, ko je opazil svetlobo luči, je odprl lastno zaklop in poslal znak prvemu opazovalcu. Prvi opazovalec je izmeril čas t, ki je pretekel med njegovim odkritjem

njegova lučka in čas, ko je opazil svetlobo druge luči. Hitrost svetlobe c je očitno enaka:

kjer je S razdalja med opazovalcema, t izmerjeni čas.

Vendar pa prvi poskusi, opravljeni v Firencah s to metodo, niso dali jasnih rezultatov. Izkazalo se je, da je časovni interval t zelo majhen in težko merljiv. Kljub temu je iz poskusov sledilo, da je svetlobna hitrost končna.

Čast prvega merjenja svetlobne hitrosti pripada danskemu astronomu O. Roemerju. Izvedba leta 1676 ko je opazoval mrk Jupitrovega satelita, je opazil, da ko je Zemlja na točki svoje orbite, ki je oddaljena od Jupitra, se satelit Io pojavi iz Jupitrove sence 22 minut kasneje. Roemer je to pojasnil: "Svetloba ta čas porabi za potovanje po mestu od mojega prvega opazovanja do sedanjega položaja." Z deljenjem premera zemeljske orbite D z zakasnitvijo je bilo mogoče dobiti vrednost svetlobe c. V Roemerjevem času D ni bil natančno poznan, zato so njegove meritve pokazale, da je c ≈ 215.000 km/s. Pozneje sta bili tako vrednost D kot zakasnitveni čas izboljšani, tako da bi zdaj z uporabo Roemerjeve metode dobili c ≈ 300.000 km/s.

Skoraj 200 let po Roemerju so v zemeljskih laboratorijih prvič izmerili svetlobno hitrost. To je bilo storjeno leta 1849. Francoz L. Fizeau. Njegova metoda se načeloma ni razlikovala od Galilejeve, le drugega opazovalca je nadomestilo odsevno zrcalo, namesto ročnega zaklopa pa je bil uporabljen hitro vrteči se zobnik.

Fizeau je eno ogledalo postavil v Suresnes, v očetovo hišo, drugo pa na Montmarte v Parizu. Razdalja med ogledali je bila L=8,66 km. Kolo je imelo 720 zob, svetloba je dosegla največjo jakost pri hitrosti kolesa 25 vrt/s. Znanstvenik je določil hitrost svetlobe z Galilejevo formulo:

Čas t je očitno enak t = 1/25*1/720 s = 1/18000 s in s = 312.000 km/s

Vse zgoraj navedene meritve so bile izvedene v zraku. Hitrost v vakuumu smo izračunali z uporabo znane vrednosti lomnega količnika zraka. Pri meritvah na daljših razdaljah pa lahko pride do napake zaradi nehomogenosti zraka. Da bi odpravil to napako, je Michelson leta 1932 izmeril hitrost svetlobe z metodo vrtljive prizme, ko pa se je svetloba širila v cevi, iz katere je bil črpan zrak, in dobil

s=299 774 ± 2 km/s

Razvoj znanosti in tehnologije je omogočil nekatere izboljšave starih metod in razvoj popolnoma novih. Torej leta 1928 vrteči se zobnik nadomesti z brezvztrajnostnim električnim stikalom za luči, medtem ko

С=299 788± 20 km/s

Z razvojem radarja so se pojavile nove možnosti za merjenje svetlobne hitrosti. Aslakson je s to metodo leta 1948 dobil vrednost c = 299.792 +1,4 km/s, Essen pa z metodo mikrovalovne interference c = 299.792 +3 km/s. Leta 1967 meritve svetlobne hitrosti se izvajajo s helij-neonskim laserjem kot virom svetlobe

Planckove in Rydbergove konstante

Za razliko od mnogih drugih univerzalnih fizikalnih konstant ima Planckova konstanta natančen datum rojstva: 14. december 1900. Na ta dan je M. Planck podal poročilo v Nemškem fizičnem društvu, kjer se je za razlago emisivnosti absolutno črnega telesa pojavila nova vrednost za fizike: h Na podlagi

Iz eksperimentalnih podatkov je Planck izračunal njegovo vrednost: h = 6,62*10-34 J s.

Minsk: BNTU, 2003. - 116 str. Uvod.
Klasifikacija fizikalnih veličin.
Velikost fizikalnih količin. Prava vrednost fizikalnih količin.
Glavni postulat in aksiom teorije merjenja.
Teoretični modeli materialnih objektov, pojavov in procesov.
Fizični modeli.
Matematični modeli.
Napake teoretičnih modelov.
Splošne značilnosti pojma merjenje (podatki iz meroslovja).
Razvrstitev meritev.
Merjenje kot fizikalni proces.
Merske metode kot metode primerjave z merilom.
Metode neposredne primerjave.
Metoda neposrednega ocenjevanja.
Neposredna metoda pretvorbe.
Metoda zamenjave.
Metode transformacije lestvice.
Obvodna metoda.
Metoda naknadnega uravnoteženja.
Mostna metoda.
Metoda razlike.
Ničelne metode.
Metoda kompenzacije raztezanja.
Merske transformacije fizikalnih veličin.
Razvrstitev merilnih pretvornikov.
Statične karakteristike in statične napake SI.
Značilnosti udarca (vpliv) okolju in predmeti v SI.
Pasovi in ​​intervali negotovosti občutljivosti SI.
SI z aditivno napako (napaka nič).
SI z multiplikativno napako.
SI z aditivnimi in multiplikativnimi napakami.
Merjenje velikih količin.
Formule za statične napake merilnih instrumentov.
Celoten in delujoč obseg merilnih instrumentov.
Dinamične napake merilnih instrumentov.
Dinamična napaka povezovalne povezave.
Vzroki aditivnih napak SI.
Vpliv suhega trenja na gibljive elemente SI.
SI oblikovanje.
Kontaktna potencialna razlika in termoelektričnost.
Kontaktna potencialna razlika.
Termoelektrični tok.
Motnje zaradi slabe ozemljitve.
Vzroki multiplikativnih napak SI.
Staranje in nestabilnost parametrov SI.
Nelinearnost transformacijske funkcije.
Geometrijska nelinearnost.
Fizična nelinearnost.
Uhajajoči tokovi.
Aktivni in pasivni zaščitni ukrepi.
Fizika naključnih procesov, ki določajo najmanjšo merilno napako.
Zmogljivosti človeških vidnih organov.
Naravne meje meritev.
Heisenbergova razmerja negotovosti.
Naravna spektralna širina emisijskih linij.
Absolutna meja natančnosti merjenja jakosti in faze elektromagnetnih signalov.
Fotonski šum koherentnega sevanja.
Ekvivalentna temperatura hrupnega sevanja.
Električne motnje, nihanja in hrup.
Fizika notranjega neravnotežnega električnega šuma.
Hrup strelov.
Generiranje šuma - rekombinacija.
1/f hrup in njegova vsestranskost.
Impulzni šum.
Fizika hrupa notranjega ravnotežja.
Statistični model toplotnih nihanj v ravnotežnih sistemih.
Matematični model nihanj.
Najenostavnejši fizikalni model ravnotežnih nihanj.
Osnovna formula za izračun fluktuacijske disperzije.
Vpliv nihanj na prag občutljivosti naprav.
Primeri računanja toplotnih nihanj mehanskih veličin.
Prosta telesna hitrost.
Nihanje matematičnega nihala.
Rotacije elastično obešenega zrcala.
Premiki vzmetnih lusk.
Toplotna nihanja v električnem nihajnem krogu.
Korelacijska funkcija in spektralna gostota moči šuma.
Izrek o nihanju in disipaciji.
Nyquistove formule.
Spektralna gostota nihanja napetosti in toka v nihajnem krogu.
Ekvivalentna temperatura netoplotnega šuma.
Zunanji elektromagnetni šum in motnje ter metode za njihovo zmanjšanje.
Kapacitivna sklopitev (kapacitivne motnje).
Induktivna sklopka (induktivne motnje).
Zaščita vodnikov pred magnetnimi polji.
Značilnosti prevodnega zaslona brez toka.
Značilnosti prevodnega zaslona s tokom.
Magnetna povezava med zaslonom, po katerem teče tok, in vodnikom, ki je v njem.
Uporaba prevodnega zaslona s tokom kot signalnega prevodnika.
Zaščita prostora pred sevanjem prevodnika s tokom.
Analiza različnih shem zaščite signalnega tokokroga z oklopom.
Primerjava koaksialnega kabla in oklopljenega sukanega para.
Značilnosti zaslona v obliki pletenice.
Vpliv tokovne nehomogenosti na zaslonu.
Selektivna zaščita.
Zatiranje šuma v signalnem vezju z metodo uravnoteženja.
Dodatne metode za zmanjšanje hrupa.
Razčlenitev prehrane.
Ločevalni filtri.
Zaščita pred sevanjem visokofrekvenčnih šumnih elementov in vezij.
Hrup digitalnega vezja.
Sklepi.
Uporaba zaslonov iz tanke pločevine.
Bližnje in daljno elektromagnetno polje.
Učinkovitost zaščite.
Skupna karakteristična impedanca in odpornost oklopa.
Absorpcijske izgube.
Izguba refleksije.
Skupne absorpcijske in refleksijske izgube za magnetno polje.
Vpliv lukenj na učinkovitost zaščite.
Vpliv razpok in lukenj.
Uporaba valovoda pri frekvenci pod mejno frekvenco.
Učinek okroglih lukenj.
Uporaba prevodnih distančnikov za zmanjšanje sevanja v režah.
Sklepi.
Šumne lastnosti kontaktov in njihova zaščita.
Žareča razelektritev.
Obločna razelektritev.
Primerjava tokokrogov AC in DC.
Kontaktni material.
Induktivna bremena.
Načela zaščite pred stiki.
Prehodno dušenje induktivnih obremenitev.
Kontaktna zaščitna vezja za induktivna bremena.
Verižica s posodo.
Vezje s kapacitivnostjo in uporom.
Vezje s kapacitivnostjo, uporom in diodo.
Kontaktna zaščita za uporovne obremenitve.
Priporočila za izbiro vezij za zaščito stikov.
Podatki o potnem listu za kontakte.
Sklepi.
Splošne metode za povečanje merilne natančnosti.
Metoda ujemanja merilnih pretvornikov.
Idealen generator toka in idealen generator napetosti.
Usklajevanje uporov napajanja generatorja.
Usklajevanje upora parametričnih pretvornikov.
Temeljna razlika med informacijskimi in energetskimi verigami.
Uporaba ustreznih transformatorjev.
Metoda negativnih povratnih informacij.
Metoda zmanjšanja pasovne širine.
Ekvivalentna pasovna širina prenosa šuma.
Metoda povprečenja (akumulacije) signala.
Metoda filtriranja signala in šuma.
Problemi izdelave optimalnega filtra.
Metoda prenosa spektra uporabnega signala.
Metoda zaznavanja faze.
Metoda sinhronega odkrivanja.
Napaka integracije šuma z uporabo RC verige.
Metoda modulacije pretvorbenega faktorja SI.
Uporaba modulacije signala za povečanje njegove odpornosti proti hrupu.
Metoda diferencialne vključitve dveh napajalnikov.
Metoda popravljanja elementov SI.
Metode za zmanjšanje vpliva okolja in spreminjajočih se razmer.
Organizacija meritev.

UDK 389.6 BBK 30.10ya7 K59 Kozlov M.G. Meroslovje in standardizacija: Učbenik M., Sankt Peterburg: Založba "Peterburški tiskarski inštitut", 2001. 372 str. 1000 izvodov

Recenzenti: L.A. Konopelko, doktor tehničnih znanosti, profesor V.A. Spaev, doktor tehničnih znanosti, profesor

V knjigi so podane osnove sistema za zagotavljanje enotnosti meritev, ki so trenutno splošno sprejete na ozemlju Ruske federacije. Meroslovje in standardizacija se obravnavata kot vedi, ki temeljita na znanstveni in tehnični zakonodaji, sistem za ustvarjanje in shranjevanje etalonov enot fizikalnih veličin, storitev standardnih referenčnih podatkov in storitev referenčnih materialov. Knjiga vsebuje informacije o principih ustvarjanja merilna tehnologija, ki velja za predmet pozornosti strokovnjakov, ki se ukvarjajo z zagotavljanjem enotnosti meritev. Merilna oprema je razvrščena po vrstah meritev na podlagi standardov osnovnih enot sistema SI. Upoštevane so glavne določbe službe za standardizacijo in certificiranje v Ruski federaciji.

UMO priporoča kot učbenik za naslednje specialitete: 281400 - "Tehnologija tiskarske proizvodnje", 170800 - "Oprema za avtomatsko tiskanje", 220200 - "Sistemi za avtomatsko obdelavo informacij in upravljanje"

Prvotno postavitev je pripravila založba "Peterburški inštitut za tiskarstvo"

ISBN 5-93422-014-4

© M.G. Kozlov, 2001. © N.A. Aksinenko, oblikovanje, 2001. © Založba Peterburškega tiskarskega inštituta, 2001.

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

Predgovor Del I. MEROSLOVJE 1. Uvod v meroslovje 1.1. Zgodovinski vidiki meroslovja 1.2. Osnovni pojmi in kategorije meroslovja 1.3. Načela konstruiranja sistemov enot fizikalnih veličin 1.4. Reprodukcija in prenos velikosti enot fizikalnih veličin. Etaloni in zgledni merilni instrumenti 1.5. Merilni instrumenti in instalacije 1.6. Merila v meroslovju in merilni tehniki. Overitev merilnih instrumentov 1.7. Fizikalne konstante in standardni referenčni podatki 1.8. Standardizacija za zagotavljanje enotnosti meritev. Meroslovni slovar 2. Osnove konstruiranja sistemov enot fizikalnih veličin 2.1. Sistemi enot fizikalnih veličin 2.2. Dimenzijske formule 2.3. Osnovne enote SI 2.4. Enota SI za dolžino je meter 2.5. Enota SI za čas je sekunda. 2.6. Enota SI za temperaturo - Kelvin 2.7. Enota SI za električni tok je amper. 2.8. Implementacija osnovne enote SI, enota za jakost svetlobe, kandela 2.9. Enota SI za maso je kilogram. 2.10. Količinska enota snovi SI je mol. 3. Ocena napak merilnih rezultatov 3.1. Uvod 3.2. Sistematske napake 3.3. Naključne merilne napake del II. MERILNA TEHNOLOGIJA 4. Uvod v merilno tehnologijo 5. Meritve mehanskih veličin 5.1. Linearne meritve 5.2. Meritve hrapavosti 5.3. Meritve trdote 5.4. Meritve tlaka 5.5. Meritve mase in sile 5.6. Meritve viskoznosti 5.7. Merjenje gostote 6. Meritve temperature 6.1. Metode merjenja temperature 6.2. Kontaktni termometri 6.3. Brezkontaktni termometri 7. Električne in magnetne meritve 7.1. Električne meritve 7.2. Načela, na katerih temeljijo magnetne meritve 7.3. Magnetni pretvorniki 7.4. Instrumenti za merjenje parametrov magnetnega polja 7.5. Kvantne magnetometrične in galvanomagnetne naprave 7.6. Indukcijski magnetometrični instrumenti 8. Optične meritve 8.1. Splošne določbe 8.2. Fotometrični instrumenti 8.3. Spektralni merilni instrumenti 8.4. Filtrirne spektralne naprave 8.5. Interferenčne spektralne naprave 9. FIZIKALNE IN KEMIJSKE MERITVE 9.1. Značilnosti merjenja sestave snovi in ​​materialov 9.2. Meritve vlažnosti snovi in ​​materialov 9.3. Analiza sestave plinskih mešanic 9.4. Meritve sestave tekočin in trdnih snovi 9.5. Meroslovna podpora fizikalnim in kemijskim meritvam del III. STANDARDIZACIJA IN CERTIFIKACIJA 10. Organizacijske in metodološke osnove meroslovja in standardizacije 10.1. Uvod 10.2. Pravne podlage meroslovja in standardizacije 10.3. Mednarodne organizacije za standardizacijo in meroslovje 10.4. Struktura in funkcije organov državnega standarda Ruske federacije 10.5. Državne službe za meroslovje in standardizacijo Ruske federacije 10.6. Funkcije meroslovnih služb podjetij in ustanov, ki so pravne osebe 11. Osnovne določbe državne službe za standardizacijo Ruske federacije 11.1. Znanstvena osnova standardizacije Ruske federacije 11.2. Organi in službe sistemov standardizacije Ruske federacije 11.3. Značilnosti standardov različnih kategorij 11.4. Katalogi in klasifikatorji izdelkov kot predmet standardizacije. Standardizacija storitev 12. Certificiranje merilne opreme 12.1. Glavni cilji in cilji certificiranja 12.2. Izrazi in definicije, značilni za certificiranje 12.3. 12.3. Sistemi in sheme certificiranja 12.4. Obvezno in prostovoljno certificiranje 12.5. Pravila in postopek certificiranja 12.6. Akreditacija certifikacijskih organov 12.7. Certificiranje storitev Zaključek Aplikacije

Predgovor

Vsebina pojmov »meroslovje« in »standardizacija« je še vedno predmet razprave, čeprav je potreba po strokovnem pristopu k tem problemom očitna. Torej v Zadnja leta Pojavila so se številna dela, v katerih sta meroslovje in standardizacija predstavljena kot orodje za potrjevanje merilne opreme, blaga in storitev. S takšno postavitvijo vprašanja se vsi pojmi meroslovja omalovažujejo in osmišljajo kot skupek pravil, zakonov in dokumentov, ki omogočajo zagotavljanje visoke kakovosti komercialnih izdelkov.

Pravzaprav sta meroslovje in standardizacija zelo resna znanstvena dejavnost od ustanovitve Depoja vzorčnih mer v Rusiji (1842), ki se je nato preoblikovalo v Glavno zbornico za uteži in mere Rusije, ki jo je dolga leta vodil veliki znanstvenik D.I. Mendelejev. Naša država je bila ena od ustanoviteljic Metrične konvencije, sprejete pred 125 leti. V letih sovjetske oblasti je bil ustvarjen sistem standardizacije držav medsebojne gospodarske pomoči. Vse to kaže, da sta pri nas meroslovje in standardizacija že dolgo temeljni pri urejanju sistema uteži in mere. Prav ti trenutki so večni in bi morali imeti državno podporo. Z razvojem tržnih odnosov naj bi ugled proizvodnih podjetij postal jamstvo za kakovost blaga, meroslovje in standardizacija pa bi morala opravljati vlogo državnih znanstvenih in metodoloških centrov, ki zbirajo najnatančnejše merilne instrumente, najbolj obetavne tehnologije in zaposliti najbolj usposobljene strokovnjake.

V tej knjigi je meroslovje obravnavano kot področje znanosti, predvsem fizike, ki mora zagotavljati enotnost meritev na državni ravni. Preprosto povedano, v znanosti mora obstajati sistem, ki omogoča predstavnikom različnih ved, kot so fizika, kemija, biologija, medicina, geologija itd., da govorijo isti jezik in se razumejo. Sredstva za doseganje tega rezultata so komponente meroslovja: sistemi enot, standardi, referenčni materiali, referenčni podatki, terminologija, teorija napak, sistem standardov. Prvi del knjige je posvečen osnovam meroslovja.

Drugi del je namenjen opisu principov izdelave merilne opreme. Odseki tega dela so predstavljeni kot vrste meritev, ki so organizirane v sistemu Gosstandarta Ruske federacije: mehanske, temperaturne, električne in magnetne, optične in fizikalno-kemijske. Merilna tehnika se obravnava kot področje neposredne uporabe dosežkov meroslovja.

Tretji del knjige je kratek opis bistva certificiranja - področja delovanja sodobnih meroslovnih in standardizacijskih centrov pri nas. Ker se standardi od države do države razlikujejo, je treba vse vidike mednarodnega sodelovanja (izdelke, merilno opremo, storitve) preveriti glede na standarde držav, kjer se uporabljajo.

Knjiga je namenjena širokemu krogu strokovnjakov, ki se ukvarjajo s specifičnimi merilnimi instrumenti na različnih področjih delovanja od trgovine do kontrole kakovosti tehnoloških procesov in okoljskih meritev. V predstavitvi so izpuščene podrobnosti nekaterih delov fizike, ki nimajo opredelitvenega meroslovnega značaja in so dostopni v strokovni literaturi. Veliko pozornosti je namenjeno fizičnemu pomenu uporabe meroslovnega pristopa k reševanju praktičnih problemov. Predpostavlja se, da je bralec seznanjen z osnovami fizike in ima vsaj splošno razumevanje sodobnih dosežkov znanosti in tehnologije, kot so laserska tehnologija, superprevodnost itd.

Knjiga je namenjena strokovnjakom, ki uporabljajo določene instrumente in jih zanima optimalno zagotavljanje meritev, ki jih potrebujejo. To so dodiplomski in podiplomski študenti univerz, ki se specializirajo za vede, ki temeljijo na meritvah. Predstavljeno gradivo bi želel videti kot povezavo med tečaji splošnih znanstvenih disciplin in specialnimi predmeti o predstavitvi bistva sodobnih proizvodnih tehnologij.

Gradivo je napisano na podlagi tečaja predavanj o meroslovju in standardizaciji, ki jih je avtor vodil na Sanktpeterburškem inštitutu Moskovske državne univerze za tiskarsko umetnost in na Državni univerzi St. To je omogočilo prilagoditev predstavitve gradiva, tako da je bilo razumljivo študentom različnih specialnosti, od kandidatov do študentov višjih letnikov.

Avtor pričakuje, da gradivo ustreza temeljnim konceptom meroslovja in standardizacije, ki temelji na izkušnjah osebnega dela skoraj desetletja in pol v Državnem standardu ZSSR in Državnem standardu Ruske federacije.