כמויות ופרמטרים פיזיים, יחידות

כמויות פיזיות

כמויות פירושן אותם מאפיינים של תופעות הקובעים תופעות ותהליכים ויכולים להתקיים ללא תלות במצב הסביבה והתנאים. אלה כוללים, למשל, מטען חשמלי, חוזק שדה, אינדוקציה, זרם חשמלי וכו'. הסביבה והתנאים שבהם מתרחשות התופעות המוגדרות בכמויות אלו יכולים לשנות את הכמויות הללו בעיקר מבחינה כמותית בלבד.

פרמטרים פיזיים

פרמטרים פירושם מאפיינים כאלה של תופעות הקובעים את תכונות המדיה והחומרים ומשפיעים על היחס בין הכמויות עצמן. הם אינם יכולים להתקיים באופן עצמאי ובאים לידי ביטוי רק בפעולתם על הגודל האמיתי.

פרמטרים כוללים, למשל, קבועים חשמליים ומגנטיים, התנגדות חשמלית, כוח כפייה, השראות שיורית, פרמטרים של מעגלים חשמליים (התנגדות, מוליכות, קיבול, השראות ליחידת אורך או נפח במכשיר) וכו'.

ערכים של פרמטרים פיזיים

ערכי הפרמטרים תלויים בדרך כלל בתנאים שבהם מתרחשת תופעה זו (מטמפרטורה, לחץ, לחות וכו'), אך אם תנאים אלו קבועים, הפרמטרים שומרים על ערכיהם ללא שינוי ולכן נקראים גם קבועים. .

ביטויים כמותיים (מספריים) של כמויות או פרמטרים נקראים ערכם. יש לציין כי הערכים מכונים בדרך כלל כמויות שיש להימנע מהן. לדוגמה: הקריאה של מד המתח U היא 5 וולט, לכן למתח (הערך) הנמדד V יש ערך של 5 וולט.

יחידות

חקר כל תופעה בפיזיקה אינו מוגבל לביסוס קשרים איכותיים בין כמויות, יש לכמת את הקשרים הללו. ללא ידע על התלות הכמותית, אין תובנה אמיתית לתופעה זו.

מבחינה כמותית, ניתן להעריך כמות רק על ידי מדידה, כלומר על ידי השוואה נסיונית של כמות פיזיקלית נתונה עם כמות בעלת אותו אופי פיזיקלי, הנלקחת כיחידת מדידה.

המדידה יכולה להיות ישירה או עקיפה. במדידה ישירה משווים את הכמות שיש לקבוע ישירות ליחידת המידה. במדידה עקיפה, ערכי הכמות הרצויה נמצאים על ידי חישוב התוצאות של מדידות ישירות של כמויות אחרות הקשורות ליחס ספציפי נתון.

הקמת יחידות מדידה חשובה ביותר הן לפיתוח המדע במחקר המדעי וקביעת חוקים פיזיקליים, והן בפועל לביצוע תהליכים טכנולוגיים, כמו גם לבקרה וחשבונאות.

ניתן לקבוע את יחידות המדידה לכמויות שונות באופן שרירותי מבלי להתחשב ביחס שלהן לכמויות אחרות, או לקחת בחשבון קשרים כאלה. במקרה הראשון, כאשר אתה מחליף ערכים מספריים במשוואת היחסים, יש צורך לקחת בחשבון בנוסף את היחסים הללו. במקרה השני, הצורך באחרון נעלם.

כל מערכת יחידות נבדלת יחידות בסיסיות ונגזרות... היחידות הבסיסיות נקבעות באופן שרירותי, בעוד שהן נובעות בדרך כלל מאיזו תופעה פיזיקלית או תכונה אופיינית של חומר או גוף. היחידות הבסיסיות חייבות להיות בלתי תלויות זו בזו ומספרן חייב להיקבע על פי ההכרח והספיקות להיווצרות כל היחידות הנגזרות.

כך, למשל, מספר היחידות הבסיסיות הדרושות לתיאור תופעות חשמליות ומגנטיות הוא ארבע. אין צורך לקבל את היחידות של הכמויות הבסיסיות כיחידות הבסיס.

חשוב רק שמספר יחידות המדידה הבסיסיות יהיה שווה למספר הכמויות הבסיסיות, וניתן יהיה לשחזר אותן (בצורת תקנים) בדיוק מירבי.

יחידות נגזרות הן יחידות שנקבעו על בסיס סדירות המתייחסות לערך שלגביו הוקמה היחידה לערכים שיחידותיהם נקבעות באופן עצמאי.

כדי לקבל יחידה נגזרת של כמות שרירותית, נכתבת משוואה המבטאת את הקשר של כמות זו עם הכמויות שנקבעות על ידי היחידות הבסיסיות, ולאחר מכן, משווה את מקדם המידתיות (אם הוא במשוואה) לאחד, הכמויות מוחלפות ביחידות מדידה ומבוטאות במונחים של יחידות בסיס.לכן, גודל יחידות המדידה עולה בקנה אחד עם גודל הכמויות המתאימות.

מערכות בסיסיות של בלוקים בהנדסת חשמל

בפיזיקה עד אמצע המאה ה-20, שתי מערכות אבסולוטיות של יחידות שפותח על ידי גאוס היו נפוצות - SGSE (סנטימטר, גרם, שני - מערכת אלקטרוסטטית) ו SGSM (סנטימטר, גרם, שני - מערכת מגנטוסטטית), שבה הכמויות העיקריות הן הסנטימטר, הגרם, השני והחדירות הדיאלקטרית או המגנטית של החלל.

מערכת היחידות הראשונה נגזרת מחוק קולומב לאינטראקציה של מטענים חשמליים, השנייה - מבוססת על אותו חוק לאינטראקציה של מסות מגנטיות. הערכים של אותן כמויות המבוטאות ביחידות של מערכת אחת שונים מאוד מאותן יחידות במערכת אחרת. כתוצאה מכך, גם מערכת ה-CGS הגאוסית הסימטרית הפכה לנפוצה, שבה מתבטאים כמויות חשמליות במערכת CGSE וכמויות מגנטיות מתבטאות במערכת CGSM.

היחידות של מערכות CGS ברוב המקרים התבררו כבלתי נוחות לתרגול (גדולות מדי או קטנות מדי), מה שהוביל ליצירת מערכת של יחידות מעשיות שהן כפולות יחידות של מערכת CGS (אמפר, וולט, אוהם, פארד , תליון וכו') .). הם היו הבסיס למערכת שאומצה באופן נרחב בזמן אחד. ISSA, שהיחידות המקוריות שלו הן מטר, קילוגרם (מסה), שניה ואמפר.

הנוחות של מערכת יחידות זו (המכונה המערכת המעשית המוחלטת) נעוצה בכך שכל היחידות שלה חופפות לאלה המעשיות, ולכן אין צורך להכניס מקדמים נוספים בנוסחאות ליחס בין הכמויות המובעות במערכת זו. של יחידות.

נכון לעכשיו, קיימת מערכת בינלאומית אחת של יחידות. סִי (International System), אשר אומצה בשנת 1960. היא מבוססת על מערכת ISSA.

מערכת ה-SI שונה מה-MCSA בכך שיחידת טמפרטורה תרמודינמית מתווספת למספר היחידות הראשונות של הראשונה, דרגת קלווין, יחידת המדידה של כמות החומר היא השומה ויחידת הזוהר. העוצמה היא הקנדלה, המאפשרת להרחיב את המערכת הזו לא רק לתופעות חשמליות, מגנטיות ומכאניות, אלא גם לתחומים אחרים בפיזיקה.

במערכת SI יש שבע יחידות בסיסיות: קילוגרם, מטר, שניה, אמפר, קלווין, שומה, קנדלה.

כדי לחשב כמויות שגדולות בהרבה מיחידת מידה זו או קטנות ממנה בהרבה, משתמשים בכפולות ותת-כפולות של היחידות. יחידות אלו מתקבלות על ידי הוספת הקידומת המתאימה לשם יחידת הבסיס.

ההיסטוריה של היווצרות מערכת SI והיחידות הבסיסיות של מערכת זו ניתנות במאמר זה: מערכת מדידת SI - היסטוריה, מטרה, תפקיד בפיזיקה