 |
Идентификация физических измерений; единицы измерения и определение их области применения
|
|
|
|
Содержание работы
1. Анализ и определение теоретических аспектов физических измерений
. Идентификация физических измерений; единицы измерения и определение их области применения
Основные величины, используемые в полиграфии
Производные величины, используемые в полиграфии
Выводы
Библиография
Анализ и определение теоретических аспектов физических измерений
Цель работы: идентификация физических величин, которые используются в полиграфии (механические, геометрические, реологические и поверхностные).
Проблема выбора системы единиц физических величин совсем недавно не могла полностью относиться к нашему произволу. С точки зрения материалистической философии нам непросто было убедить кого-либо в том, что большой раздел естественных наук, относящийся к обеспечению единства измерений, в основе своей опирается на зависимость основных моментов от нашего сознания. Можно обсуждать, хорошо или плохо составлена система единиц физических единиц, но факт, что в основе своей любая система величин и единиц имеет произвол, связанный с человеческим сознанием, остается бесспорным.
Единицы физических величин подразделяются на основные и производные. До 1995 г. имели место еще дополнительные единицы - единицы плоского и телесного угла, радиан и стерадиан,- но с целью упрощения системы эти единицы были переведены в категорию безразмерных производных единиц.
Основными физическими величинами являются величины, выбранные произвольно и независимо друг от друга.
Основные единицы выбираются так, чтобы пользуясь закономерной связью между величинами можно было бы образовать единицы других величин. Соответственно, образованные таким образом величины и единицы называются производными.
|
|
|
Измерения физических величин выполняются с помощью устройств, называемых измерительными приборами или измерительными установками.
Измерительным прибором называют измерительное устройство, представляющее собой более или менее единое целое и градуированное по большей части непосредственно в единицах измеряемой физической величины. Измерительная установка Измерительная установка обычно включает в себя несколько приборов и вспомогательных устройств. Четкую грань между прибором и установкой провести трудно. Так, если температура измеряется при помощи термопары и вольтметра, можно говорить о термоэлектрической установке, а можно то же самое назвать электрическим термометром.
Первый шаг в построении систем был связан с попыткой связать основные единицы с величинами, встречающимися в природе. Так, в эпоху Великой французской революции в 1790-1791 гг. было предложено единицей длины считать одну сорокамиллионную долю земного меридиана. В 1799 г. эта единица была узаконена в виде прототипа метра - специальной платино-иридиевой линейки с делениями. Одновременно был определен килограмм как вес одного кубического дециметра воды при 4°С. Для хранения килограмма была изготовлена образцовая гиря - прототип килограмма. В качестве единицы времени была узаконена 1/86400 доля средних солнечных суток.
В результате поисков оптимального варианта международной системы единиц в 1948 г. IX Генеральная конференция по мерам и весам на основе опроса стран-членов Метрической конвенции приняла вариант, в котором предлагалось в качестве основных единиц принять метр, килограмм массы и секунду. Килограмм-силу и связанные с ней производные единицы предлагалось исключить из рассмотрения. Окончательное решение на основании результатов опроса 21 страны было сформулировано на Х Генеральной конференции по мерам и весам в 1954 г.
|
|
|
Резолюция гласила:
"В качестве основных единиц практической системы для международных сношений принять:
единицу длины - метр
единицу массы - килограмм
единицу времени - секунду
единицу силы тока - Ампер
единицу термодинамической температуры - градус Кельвина
единицу силы света - свечу".
Позднее по настоянию химиков международная система была дополнена седьмой основной Единица количества веществаединицей количества вещества - молем.
В дальнейшем международная система СИ или в английской транскрипции Sl (System International) несколько уточнялась, например единица температуры получила название Кельвин вместо "градус Кельвина", система эталонов электрических единиц была переориентирована с Ампера на Вольт, поскольку был создан эталон разности потенциалов на основе квантового эффекта - Эффект Джозефсонаэффекта Джозефсона, который позволил уменьшить погрешность воспроизведения единицы разности потенциалов - Вольта -более чем на порядок. В 1983 г. на XVIII Генеральной конференции по мерам и весам было принято новое определение метра. По новому определению метр представляет собой расстояние, проходимое светом за 1/2997925 долю секунды. Такое определение, точнее переопределение, понадобилось в связи с внедрением в эталонную технику лазеров. Следует сразу указать, что размер единицы, в данном случае метра, не изменяется. Изменяются только методы и средства ее воспроизведения, отличающиеся меньшей погрешностью (большей точностью).
Идентификация физических измерений; единицы измерения и определение их области применения
Основные величины, используемые в полиграфии
Метр по определению равен длине 1 650 763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2p10-5d5 атома криптона 86 (86Kr). Это определение было принято в 1960 г. В 1927 г. определение было несколько иным, так как в качестве эталона-свидетеля была утверждена длина волны излучения кадмия 114 с длиной волны λ = 0,64402 мкм.
Согласно новому определению метра основной единицей длины системы единиц СИ является длина, равная расстоянию, проходимому светом за 1/с долю секунды.
Учитывая, что скорость света, как указывалось выше, равна с = 2,997925 • 108 м/с этот промежуток времени равен t = 3,33564 • 10-9 с.
|
|
|
Секунда. Исторические аспекты проблемы измерения времени с давних пор связывались с движением Земли вокруг своей оси и с движением Земли вокруг Солнца.
Тропический год - число средних солнечных суток, прошедших от одного весеннего равноденствия до другого. Продолжительность тропического года равна:
год троп. = 365, 24220 средних солнечных суток.
Продолжительность тропического года превышает целое число дней (365) примерно на 1/4 суток. Поэтому каждый четвертый год становится високосным, т. е. к нему добавляют 366-й день. Кроме того, по международным соглашениям некоторые года дополнительно удлиняются. Например, високосный год 1972 был на 2 секунды длиннее других високосных лет.
Учитывая всевозможные причины непостоянства определения единицы времени на основе измерений параметров движения Земли, Международным бюро по мерам и весам в 1956 г. было принято определение так называемой Секунда эфемеридная"эфемеридной секунды", которое гласило, что
1 секунда = (1/31556925,9747) тропического года 1900,
при этом началом отсчета является 31 декабря 1899 г. в 12 часов, а концом отсчета является 0-е января 1900 г. в 12 часов. Это время обозначалось как ЕТ.
Эфемеридная секунда и отметки точного времени, связанные с вращением Земли, служили основной единицей практически во всех системах единиц до тех пор, пока не встала проблема определения единицы времени с относительной погрешностью не хуже 10-10. Кроме того, нужен был способ воспроизведения единицы времени, который позволял бы это сделать за промежуток времени, меньший, чем год. По этой причине XII Генеральная конференция по мерам и весам поручила Международному комитету по мерам и весам установить некую молекулярную или атомную частоту, которая должна с 1967 г. стать определением единицы времени в системе СИ. Это означало переход от воспроизведения единицы времени к воспроизведению частоты какого-либо стабильного во времени периодического процесса.
|
|
|
В результате международных обсуждений и согласований в 1967 г. было принято следующее определение единицы времени.
Единица времени - 1 секунда - равна продолжительности 9,192 631770 ×109 колебаний излучения при квантовом переходе между линиями сверхтонкой структуры атома цезия 133Cs, соответствующих переходу [F = 4; mF = 0] [F = 3; mF = 0] основного состояния 2S1/2.
Температура. С точки зрения рассмотрения всей совокупности физических величин и единиц правильнее всего Температура температуру определить как основную физическую величину Международная система СИмеждународной системы единиц СИ, характеризующую человеческое ощущение тепло - холодно и определяющую параметры состояния идеального газа, коэффициент полезного действия идеального термодинамического цикла Карно, законы излучения черного тела и распределение атомов по уровням энергии. Из такого определения температуры следует, что это во многих отношениях универсальная физическая величина. Отметим, что в данном определении речь идет о Температура термодинамическаятермодинамической температуре.
Единица температуры Кельвин определяется как 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды точно.
Килограмм. Согласно определению, утвержденному XI Генеральной конференцией по мерам и весам, принявшей систему СИ, в качестве основной механической единицы принята Единица массыединица массы - килограмм. Определение килограмму дано следующее: килограммом является масса вещества, равная массе прототипа килограмма.
Прототип килограмма представляет собой находящийся в Международном бюро по мерам и весам в Севре под Парижем цилиндр из сплава 90% платины и 10% иридия диаметром около 39 мм и такой же высоты. Выбор этого сплава обеспечивает высокие качества при хранении: химическую стойкость, однородность. Сплав легко полируется и хорошо очищается. Ввиду большой плотности, составляющей 21,5 г/см 3 он обладает тем недостатком, что отделение от него уже малых частей приводит к большому изменению массы. По этой причине копии с эталонов массы (вторичные эталоны различных рангов), как правило, изготавливают из стали или из латуни. метрический эталон реологический полиграфия
Моль. Седьмая основная единица системы СИ - единица количества вещества моль - занимает совершенно особое место в числе основных единиц. Причин для этого существует несколько. Первая причина - эта величина практически дублирует имеющуюся основную единицу, единицу массы. Масса, определяемая как мера инертности тела или мера сил тяготения, является мерой количества вещества. Вторая причина, обусловленная первой и тесно связанная с ней, состоит в том, что до сих пор не существует реализации эталона единицы этой физической величины. Многочисленные попытки независимого воспроизведения моля приводили к тому, что накопление точно измеренного количества вещества сводилось в конце концов с выходом на другие эталоны основных физических величин. Например, попытки электролитического выделения какого-либо вещества приводили к необходимости измерения массы и силы электрического тока. Точное измерение числа атомов в кристаллах приводило к измерению линейных размеров кристалла и его массы. Во всех других аналогичных попытках независимого воспроизведения моля метрологи наталкивались на те же трудности.
|
|
|
Естественно возникает вопрос: а по какой причине метрологические службы самых развитых стран согласились с тем, чтобы в числе основных единиц были две различные, характеризующие одно и то же физическое понятие? Ответ на этот вопрос очевиден, если отталкиваться от основного принципа построения систем единиц физических величин - удобства практического использования. В самом деле, для описания параметров механических процессов удобнее всего пользоваться произвольной искусственной мерой массы - килограммом. Для описания химических процессов очень важно знать число элементарных частиц, атомов или молекул, принимающих участие в химических реакциях. По этой причине моль называют химической основной единицей системы СИ, подчеркивая этим тот факт, что она вводится не для описания каких-то новых явлений, а для обслуживания специфических измерений, связанных с химическим взаимодействием веществ и материалов.
Указанная специфика породила еще одно очень важное качество единицы количества вещества - Моль моля. Оно состоит в том, что при введении химического определения единицы регламентируется не просто количество любого вещества, а количества вещества в виде атомов или молекул данного сорта. Поэтому моль можно называть единицей количества индивидуального вещества. При таком определении моль становится более универсальной единицей количества вещества, чем килограмм. В самом деле, индивидуальные вещества обладают свойствами инерции и тяготения, так что эталон моля при условии его реализации на необходимом уровне точности может использоваться как эталон массы. Обратное же невозможно, т. к. мера массы, изготовленная, например, из сплава платины и иридия, никогда не сможет быть носителем свойств, присущих, например, кремнию или углероду.
Молем является количество вещества, имеющее столько структурных единиц, сколько их содержится в 12 граммах моно изотопа углерода C12.
Из определения с очевидностью следует, что точно это значение не установлено, По физическому смыслу оно равно Постоянная Авогадропостоянной Авогадро - числу атомов в грамм-эквиваленте углерода. Это дает возможность определять моль как величину, обратную постоянной Авогадро. Для 12 грамм углерода с массовым числом 12 количество атомов будет равно NA [1].
|
|
|
