Что такое физическая величина
Перейти к содержимому

Что такое физическая величина

  • автор:

Физическая величина

Физи́ческая величина́ — физическое свойство материального объекта, физического явления, процесса, которое может быть охарактеризовано количественно.

Значение физической величины — одно или несколько (в случае тензорной физической величины) чисел, характеризующих эту физическую величину, с указанием единицы измерения, на основе которой они были получены.

Размер физической величины — значения чисел, фигурирующих в значении физической величины.

Например, автомобиль может быть охарактеризован с помощью такой физической величины, как масса. При этом, значением этой физической величины будет, например, 1 тонна, а размером — число 1, или же значением будет 1000 килограмм, а размером — число 1000. Этот же автомобиль может быть охарактеризован с помощью другой физической величины — скорости. При этом, значением этой физической величины будет, например, вектор определённого направления 100 км/ч, а размером — число 100.

Размерность физической величины — единица измерения, фигурирующая в значении физической величины. Как правило, у физической величины много различных размерностей: например, у длины — нанометр, миллиметр, сантиметр, метр, километр, миля, дюйм, парсек, световой год и т. д. Часть таких единиц измерения (без учёта своих десятичных множителей) могут входить в различные системы физических единиц — СИ, СГС и др.

Часто физическая величина может быть выражена через другие, более основополагающие физические величины. (Например, сила может быть выражена через массу тела и его ускорение). А значит, соответственно, и размерность такой физической величины может быть выражена через размерности этих более общих величин. (Размерность силы может быть выражена через размерности массы и ускорения). (Часто такое представление размерности некоторой физической величины через размерности других физических величин является самостоятельной задачей, которая в некоторых случаях имеет свой смысл и назначение.) Размерности таких более общих величин часто уже являются основными единицами той или другой системы физических единиц, то есть такими, которые сами уже не выражаются через другие, ещё более общие величины.

Пример.
Если физическая величина мощность записывается как

P = 42,3 × 10³ Вт = 42,3 кВт,

Р — это общепринятое литерное обозначение этой физической величины, 42,3 × 10³ Вт — значение этой физической величины, 42,3 × 10³ — размер этой физической величины.

Вт — это сокращённое обозначение одной из единиц измерения этой физической величины (ватт). Литера к является обозначением десятичного множителя «кило» Международной системы единиц (СИ).

Содержание

Размерные и безразмерные физические величины
  • Размерная физическая величина — физическая величина, для определения значения которой нужно применить какую-то единицу измерения этой физической величины. Подавляющее большинство физических величин являются размерными.
  • Безразмерная физическая величина — физическая величина, для определения значения которой достаточно только указания её размера. Например, относительная диэлектрическая проницаемость — это безразмерная физическая величина.
Аддитивные и неаддитивные физические величины
  • Аддитивная физическая величина — физическая величина, разные значения которой могут быть суммированы, умножены на числовой коэффициент, разделены друг на друга. Например, физическая величина масса — аддитивная физическая величина.
  • Неаддитивная физическая величина — физическая величина, для которой суммирование, умножение на числовой коэффициент или деление друг на друга её значений не имеет физического смысла. Например, физическая величина температура — неаддитивная физическая величина.
Экстенсивные и интенсивные физические величины
  • экстенсивной, если величина её значения складывается из величин значений этой физической величины для подсистем, из которых состоит система (например, объём, вес); , если величина её значения не зависит от размера системы (например, температура, давление).

Некоторые физические величины, такие как момент импульса, площадь, сила, длина, время, не относятся ни к экстенсивным, ни к интенсивным.

От некоторых экстенсивных величин образуются производные величины:

  • удельная величина — это величина, делённая на массу (например, удельный объём);
  • молярная величина — это величина, делённая на количество вещества (например, молярный объём).
Скалярные, векторные, тензорные величины

В самом общем случае можно сказать, что физическая величина может быть представлена посредством тензора определённого ранга (валентности) [источник не указан 956 дней] .

  • Скалярная физическая величина — физическая величина, валентность (ранг)тензора которой равна нулю. Это означает, что данная физическая величина может быть охарактеризована одним числом. Примеры скалярных физических величин [1] :
      ; ; ;
    • примеры векторных физических величин:
        ; ; ;
        ; ;
      • Остальные физические величины описываются тензорами высших валентностей (2 и более), то есть являются тензорными физическими величинами.
        • Многие тензорные величины, рангтензора которых равен 2 определяются уравнением вида \vec x = \hat A \vec y , где \vec x и \vec y  — две векторные физические величины, связанные преобразованием\hat A[источник не указан 956 дней] . Примеры:
            ; ; .
          • Тензор упругости.

          Система единиц физических величин

          Система единиц физических величин — совокупность единиц измерений физических величин, в которой существует некоторое число так называемых основных единиц измерений, а остальные единицы измерения могут быть выражены через эти основные единицы. Примеры систем физических единиц — Международная система единиц (СИ), СГС.

          Символы физических величин

          В качестве символов физических величин обычно выступают отдельные прописные и строчные литеры латинского или греческого алфавита. Часто к обозначениям добавляют верхние или нижние индексы, обозначающие, к чему относится величина, например Eп часто обозначает потенциальную энергию, а cp — теплоёмкость при постоянном давлении.

          Виды физических величин и их единицы измерения

          Физические величины — что под этим понимается

          Физические величины — это понятие в физике описывает характеристики тел или процессов, которые могут быть измерены на опыте с использованием измерительных методов и приборов.

          Физическая величина — это одно из свойств материальных объектов (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но по количественной характеристике индивидуальное для каждого из них.

          Значение физической величины выражается одним или несколькими числами, характеризующими необходимую физическую величину, у которой обязательно должна быть указана размерность.

          Размер физической величины — это значения чисел, указанные в значении физической величины.

          Описание основных физических величин в системе СИ, единицы их измерения, обозначения и формулы

          Основными физическими величинами в Международной системе единиц (СИ) являются: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, количество вещества, сила света.

          Единицы измерения основных физических величин в системе СИ

          Время в системе СИ измеряется в секундах (с).

          Расчет величины секунды основан на фиксировании численного значения частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 при температуре 0 °К, равной в точности 9 192 631 770 Гц.

          Солнечные сутки разбираются на 24 часа, каждый час разбирается на 60 минут, а каждая минута состоит из 60 секунд.

          Основная физическая величина Обозначение Единица измерения в системе СИ
          Длина l метр (м)
          Масса m килограмм (кг)
          Время t секунда (с)
          Сила электрического тока I Ампер (А)
          Термодинамическая температура T Кельвин (К)
          Количество вещества n моль
          Сила света I_c Кандела (кд)

          Табл.1. Основные физические величины, их обозначения и единицы измерения.

          Производные единицы СИ, имеющие собственные наименования

          Производные единицы СИ — это единицы измерения, которые исходят от семи основных единиц, определенных Международной системой единиц (СИ).

          Такие единицы либо безразмерные, либо могут быть выражены с помощью различных математических операций из основных единиц СИ.

          Пространство и время

          Единиц измерения, входящих в систему СИ и имеющих собственные названия, которые относятся к пространству и времени — нет.

          Периодические явления, колебания и волны, акустика

          Частота — это число колебаний совершаемых за одну секунду. Единица измерения названа в честь физика Генриха Герца и обозначается Гц.

          Тепловые явления

          Температура по Цельсию. Абсолютный ноль по шкале Кельвинов (0 °K) соответствует -273,15 °C, поэтому для перевода температура из Кельвинов (T) в Цельсии (t), нужно совершить арифметическое действие t = T-273,15.

          Энергия — это физическая величина, показывающая какую работу может совершить тело. Измеряется в джоулях (Дж).

          Механика

          Плоский угол — это часть плоскости, ограниченная двумя лучами, выходящими из одной точки. В системе СИ измеряется в радианах (рад).

          Телесный угол — часть пространства, ограниченная некоторой конической поверхностью. Измеряется в системе СИ в стерадианах (ср).

          Молекулярная физика

          Давление — это скалярная физическая величина равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади этой поверхности. Единицей измерения в системе СИ является паскаль (Па).

          Активность катализатора — характеристика, показывающая насколько катализатор активен в процессе своей работы.

          Электричество и магнетизм

          Сила — физическая величина, которая характеризует действие на тело других тел, в результате чего у тела изменяется скорость или оно деформируется. Измеряется в ньютонах (Н).

          Мощность — это физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, за который совершенна эта работа. В Международной системе (СИ) единицей измерения мощности является ватт (Вт).

          Электрический заряд — это физическая величина, характеризующая свойство тел или частиц входить в электромагнитные взаимодействия и определяющая значение сил и энергий этих взаимодействий. Единица измерения в системе СИ — это кулон (Кл).

          Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при перемещении положительного заряда из начальной точки в конечную к величине этого заряда. Измеряется в вольтах (В).

          Сопротивление — физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению тока. Единица измерения — Ом. Источник электрической энергии является проводником и всегда имеет некоторое сопротивление, поэтому ток выделяет в нем тепло. Такое сопротивление называется внутренним. Если оно очень мало, то ток короткого замыкания будет большим, что может вывести источник тока из строя.

          Емкость — это физическая величина, которая характеризует способность накапливать электрический заряд на одной из металлических обкладок конденсатора, равная отношению заряда к напряжению и измеряется в фарадах (Ф).

          Конденсатор — это совокупность двух проводников, находящихся на малом расстоянии друг от друга и разделенных слоем диэлектрика. На значение емкости влияют геометрические размеры и среда. Материал, из которого сделаны обкладки конденсатора, может быть разным.

          Электрическая проводимость (электропроводность) — это способность веществ пропускать электрический ток под действием электрического напряжения. Электрическая проводимость — величина, обратная сопротивлению. Измеряется в сименсах (См).

          Характер электропроводности может быть разный, поэтому вещества делятся на электролиты (вещества, растворы и расплавы, проводящие электрический ток) и неэлектролиты (вещества, растворы и расплавы, которые не проводят электрический ток).

          Оптика, электромагнитное излучение

          Световой поток — величина, измеряемая количеством энергии, которую излучает источник света за единицу времени. В системе СИ единицей измерения светового потока является люмен (лм).

          Освещенность — это величина светового потока, приходящаяся на единицу площади освещаемой поверхности. Освещенность измеряется в люксах.

          Магнитный поток — физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь контура и на косинус угла между нормалью к контуру и вектором магнитной индукции. Единицей измерения магнитного потока в системе СИ является вебер (Вб).

          Магнитная индукция — это векторная физическая величина, модуль которой численно равен максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока. Единичный элемент тока — это проводник длиной 1 м и силой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является тесла (Тл).

          Индуктивность — это физическая величина, характеризующая способность проводника с током создавать магнитное поле. Единица измерения — генри (Гн).

          Атомная и ядерная физика. Радиоактивность

          Радиоактивность — это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Различают радиоактивность естественную – для существующих в природе неустойчивых изотопов, а также искусственную — для изотопов, полученных с использованием ядерных реакций. Единицей измерения радиоактивности является беккерель (Бк).

          Поглощенная доза ионизирующего излучения — величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм, и имеет специальное название — грей (Гр).

          Эффективная доза ионизирующего излучения — величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв).

          Собственные наименования имеют 22 производные единицы измерения, которые представлены в таблице 2.

          Физическая величина — что это такое, и в чем ее измеряют?

          Физика — наука, осуществляющая наблюдения за самыми различными предметами и явлениями. А главная ценность этих наблюдений заключается в том, что их можно описать — и выявить причины, закономерности, возможные следствия.

          Для того, чтобы дать понятное описание явлению или предмету, необходимо измерить его сразу по нескольким параметрам. Результаты этих измерений и называются физической величиной.

          Физические величины, примеры

          Определение понятия и его практическая суть

          Физическая величина — это характеристика, которая с точки зрения своего качества едина для многих объектов, но в количественно верна только для одного из них. К сожалению, это официальное объяснение звучит не слишком понятно, и после него все еще остаются вопросы.

          Простыми словами понятие физической величины можно объяснить немного иначе, на примере.

          • Если взять две неодинаковых металлических гирьки — большую и маленькую — то обе из них будут обладать определенной массой.
          • Таким образом, масса в качественном отношении будет характеристикой, объединяющей два разных предмета.
          • Но поскольку гирьки в нашем примере отличаются между собой, одна из них будет тяжелее, а другая — легче.
          • Соответственно, в конкретном, количественном выражении их масса будет разной — допустим, 5 кг для одной и 10 кг для другой.

          В обоих случаях речь идет о физической величине — массе. Но индивидуальный показатель массы для объектов отличается.

          В чем измеряют физическую величину? Примеры физических величин

          Физическая величина — это не только масса объекта. Под это определение попадают длина и температура, сила тока и количество вещества, сила света. Все они характеризуют некий объект или явление и выделяют его из множества.

          Таким образом, можно назвать несколько параметров и единиц для измерения физической величины:

          • длина — ее измеряют в метрах;
          • масса — измеряется в килограммах;
          • температура — в международном научном сообществе ее определяют в Кельвинах, а уже потом могут переводить в градусы Цельсия;
          • сила тока — измеряется в амперах;
          • время — для измерения берется небольшая единица, секунда;
          • количество вещества — измеряется в молях;
          • сила света — измеряется канделами.

          Во многих странах существуют локальные единицы измерения, которые сильно отличаются от единиц, принятых в других государствах. Однако официальная наука пользуется унифицированной системой мер и весов. Только при необходимости общепринятые единицы переводят в какие-либо другие, принятые в определенной местности.

          Создание понятия о явлении

          Согласно «Рекомендациям по межгосударственной стандартизации» (РМГ 29-99) физическая величина — это «одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них».

          В «Международном словаре основных и общих терминов метрологии» (ИСО, 1993)

          применено понятие величина (измеримая), раскрываемое как «характерный признак (атрибут) явления, тела или вещества, которое может выделяться качественно и определяться количественно».

          Можно сформулировать и проще, например: физическая величина — это свойство группы объектов, веществ или явлений, для которого разработан метод количественной оценки.

          Или еще короче: физическая величина — свойство, которое можно оценить числом.

          Следовательно, признаками, по которым одна величина отличается от другой, является свойство, для количественного описания которого она вводится, и способ числовой оценки этого свойства. Оба признака должны быть указаны в определении физической величины. Приведу примеры.

          «Напряженность электрического поля – физическая величина, характеризующая силовое воздействие поля на внесенный в него заряд (свойство), и равная отношению силы, с которой поле действует на внесенный в данную точку поля заряд, к значению этого заряда (способ определения)».

          «Масса тела – физическая величина, характеризующая инертность тела (свойство), и определяемая взаимодействием тела с эталонным телом, при этом отношение масс равно обратному отношению полученных телами ускорений (способ определения)».

          Речь идет об определении инертной массы!

          Обратите внимание, что способ количественной оценки свойства может быть различным: в первом определении это формула, а во втором — способ измерения.

          Посмотрим примеры таких величин в курсе физики. Через способ измерения вводятся все величины, единицы которых являются основными: есть эталоны длины, времени, массы. Температура вводится с использованием явления расширения тел при нагревании, на этом явлении основано действие термометра. Но есть и исключения. Единица силы — производная, но чаще всего силу вводят через способ измерения — с использованием динамометра, действие которого основано на законе Гука, а уже после получения второго закона Ньютона выясняется связь единицы силы с единицами массы и ускорения.

          Через уравнение связи, т.е. через формулу, вводятся такие физические величины, как скорость, плотность, давление, работа, мощность. Сила тока вводится через уравнение связи, но единица силы тока является основной. Через нее вводится единица электрического заряда.

          Уравнение связи можно придумать в процессе введения физической величины. Например, при введении давления мы понимаем, что новая физическая величина должна определяться силой давления, но знаем, что чем больше площади опоры, тем меньшее значение должна иметь эта величина. В результате мы вводим давление как отношение силы давления к площади опоры.

          Уравнение связи может быть задано законом, когда новая величина является коэффициентом пропорциональности в законе. Так, например, формулу для упругости пружины мы не придумываем, а выводим из закона Гука: раз сила упругости пропорциональна удлинению пружины, можно ввести коэффициент пропорциональности, который будет равен отношению силы упругости к удлинению и характеризовать упругие свойства пружины. Все описанные варианты введения физической величины (ФВ) показаны на следующей схеме:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *