Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация / / Алфавиты, номиналы, единицы / / Перевод единиц измерения величин. Перевод единиц измерения физических величин. Таблицы перевода единиц величин. Перевод химических и технических единиц измерения величин. Величины измерения. Таблицы соответствия величин. / / Перевод единиц измерения Времени — таблица. Поделиться:
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Коды баннеров проекта DPVA.ru Консультации и техническая | Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Единица измерения времени в системе СИ
А)секунда
Б)час
В)минута
Г)сутки
160. Яка кількість теплоти утвориться у разі згоряння 40 кг кам’яного вугілля? Скільки води можна нагріти від 10 до 60° С, якщо на й нагрівання витрач
…
ається половина отриманої енергії? Б)
Сириус доп.главы физики 8 класс
Помогите, пожалуйста, я не понимаю это задание(((
Если кого-то заинтересует, могу отправить условие «предыдущую задач
…
у» .
В условиях предыдущей задачи найдите R, для которого отношение значений R2 и R1, то есть R2/R1, минимально. Ответ выразите в омах, округлите до целого числа. Указание. Если x>0, a>0 и b>0, то минимум выражения x/a+b/x достигается при x=√(ab).
Дам 50 баллов, если объясните.
Погрешность измерения тока I специальным амперметром, рассчитанным на токи до Imax=50 мА, определяется только погрешнос
…
тью считывания и равна ΔI=1 мА. У вас в распоряжении много таких амперметров.
1. Какое наименьшее количество амперметров нужно использовать, чтобы можно было измерить ток 1 А с наименьшей относительной погрешностью?
2. Чему равна относительная погрешность измерения такого тока? Ответ выразите в процентах, округлите до целого числа.
решите задачу 5.16 20 баллов
ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА. ФИЗИКА. ЗАДАНИЕ НА ФОТО
помогите срочноо пожалуйста!!
При температуре 11 °С относительная влажность воздуха была равна 70 %. Используя данные таблицы, определи, на сколько ум
…
еньшилась или увеличилась относительная влажность воздуха, если температуру повысили до 18 °С.
помогите срочноо
Определи массу паров воды в воздухе актового зала объёмом 65 м³ при температуре воздуха 24 °С и относительной влажности 56 %. Плотно
…
сть насыщенного пара равна 17,3 гм3.
Автомобиль движется прямолинейно по горизонтальной дороге. Известно, что равнодействующая сила растёт по величине прямо пропорционально скорости. Мимо
…
светофора автомобиль проехал со скоростью `v_0=5` м/с. На расстоянии `S_1=45` м от светофора скорость автомобиля `v_1=20` м/с.
На каком расстоянии `S_2` от светофора скорость автомобиля будет равна `v_2=30` м/с?
3 ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИКЕ. ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА ПОЖАЛУЙСТА
решите пожалуйста задачу 5.14 20 баллов
Единицы измерения
Этот урок не будет новым для новичков. Все мы слышали со школы такие понятия как сантиметр, метр, километр. А когда речь заходила о массе, обычно говорили грамм, килограмм, тонна.
Сантиметры, метры и километры; граммы, килограммы и тонны носят одно общее название — единицы измерения физических величин.
В данном уроке мы рассмотрим наиболее популярные единицы измерения, но не будем сильно углубляться в эту тему, поскольку единицы измерения уходят в область физики. Сегодня мы вынуждены изучить часть физики, поскольку нам это необходимо для дальнейшего изучения математики.
Единицы измерения длины
Для измерения длины предназначены следующие единицы измерения:
- миллиметры;
- сантиметры;
- дециметры;
- метры;
- километры.
Самая маленькая единица измерения это миллиметр (мм). Миллиметры можно увидеть даже воочию, если взять линейку, которой мы пользовались в школе каждый день
Подряд идущие друг за другом маленькие линии это и есть миллиметры. Точнее, расстояние между этими линиями равно одному миллиметру (1 мм):
Следующая единица измерения это сантиметр (см). На линейке каждый сантиметр обозначен числом. К примеру наша линейка, которая была на первом рисунке, имела длину 15 сантиметров. Последний сантиметр на этой линейке выделен числом 15.
В одном сантиметре 10 миллиметров. Между одним сантиметром и десятью миллиметрами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одну и ту же длину:
1 см = 10 мм
Вы можете сами убедиться в этом, если посчитаете количество миллиметров на предыдущем рисунке. Вы обнаружите, что количество миллиметров (расстояний между линиями) равно 10.
Следующая единица измерения длины это дециметр (дм). В одном дециметре десять сантиметров. Между одним дециметром и десятью сантиметрами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одну и ту же длину:
1 дм = 10 см
Вы можете убедиться в этом, если посчитаете количество сантиметров на следующем рисунке:
Вы обнаружите, что количество сантиметров равно 10.
Следующая единица измерения это метр (м). В одном метре десять дециметров. Между одним метром и десятью дециметрами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одну и ту же длину:
1 м = 10 дм
К сожалению, метр нельзя проиллюстрировать на рисунке, потому что он достаточно великоват. Если вы хотите увидеть метр в живую, возьмите рулетку. Она есть у каждого в доме. На рулетке один метр будет обозначен как 100 см. Это потому что в одном метре десять дециметров, а в десяти дециметрах сто сантиметров:
1 м = 10 дм = 100 см
100 получается путём перевода одного метра в сантиметры. Это отдельная тема, которую мы рассмотрим чуть позже. А пока перейдём к следующей единице измерения длины, которая называется километр.
Километр считается самой большой единицей измерения длины. Есть конечно и другие более старшие единицы, такие как мегаметр, гигаметр тераметр, но мы не будем их рассматривать, поскольку для дальнейшего изучения математики нам достаточно и километра.
В одном километре тысяча метров. Между одним километром и тысячью метрами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одну и ту же длину:
1 км = 1000 м
В километрах измеряются расстояния между городами и странами. К примеру, расстояние от Москвы до Санкт-Петербурга около 714 километров.
Международная система единиц СИ
Международная система единиц СИ — это некоторый набор общепринятых физических величин.
Основное предназначение международной системы единиц СИ — достижение договоренностей между странами.
Мы знаем, что языки и традиции стран мира различны. С этим ничего не поделать. Но законы математики и физики одинаково работают везде. Если в одной стране «дважды два будет четыре», то и в другой стране «дважды два будет четыре».
Основная проблема заключалась в том, что для каждой физической величины существует несколько единиц измерения. К примеру, мы сейчас узнали, что для измерения длины существуют миллиметры, сантиметры, дециметры, метры и километры. Если несколько ученых, говорящих на разных языках, соберутся в одном месте для решения какой-нибудь задачи, то такое большое многообразие единиц измерения длины может породить между этими учеными противоречия.
Один ученый будет заявлять, что в их стране длина измеряется в метрах. Второй может сказать, что в их стране длина измеряется в километрах. Третий может предложить свою единицу измерения.
Поэтому была создана международная система единиц СИ. СИ это аббревиатура от французского словосочетания Le Système International d’Unités, SI (что в переводе на русский означает — международная система единиц СИ).
В СИ приведены наиболее популярные физические величины и для каждой из них определена своя общепринятая единица измерения. К примеру, во всех странах при решении задач условились, что длину будут измерять в метрах. Поэтому, при решении задач, если длина дана в другой единице измерения (например, в километрах), то её обязательно нужно перевести в метры. О том, как переводить одну единицу измерения в другую, мы поговорим немного позже. А пока нарисуем свою международную систему единиц СИ.
Наш рисунок будет представлять собой таблицу физических величин. Каждую изученную физическую величину мы будем включать в нашу таблицу и указывать ту единицу измерения, которая принята во всех странах. Сейчас мы изучили единицы измерения длины и узнали, что в системе СИ для измерения длины определены метры. Значит наша таблица будет выглядеть так:
Единицы измерения массы
Масса – это величина, обозначающая количество вещества в теле. В народе массу тела называют весом. Обычно, когда что-либо взвешивают, говорят «это весит столько-то килограмм», хотя речь идёт не о весе, а о массе этого тела.
Вместе с тем, масса и вес это разные понятия. Вес — это сила с которой тело действует на горизонтальную опору. Вес измеряется в ньютонах. А масса это величина, показывающая количество вещества в этом теле.
Но ничего страшного нет в том, если вы назовёте массу тела весом. Даже в медицине говорят «вес человека», хотя речь идёт о массе человека. Главное быть в курсе, что это разные понятия
Для измерения массы используются следующие единицы измерения:
- миллиграммы;
- граммы;
- килограммы;
- центнеры;
- тонны.
Самая маленькая единица измерения это миллиграмм (мг). Миллиграмм скорее всего вы никогда не примените на практике. Их применяют химики и другие ученые, которые работают с мелкими веществами. Для вас достаточно знать, что такая единица измерения массы существует.
Следующая единица измерения это грамм (г). В граммах принято измерять количество того или иного продукта при составлении рецепта.
В одном грамме тысяча миллиграммов. Между одним граммом и тысячью миллиграммами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одну и ту же массу:
1 г = 1000 мг
Следующая единица измерения это килограмм (кг). Килограмм это общепринятая единица измерения. В ней измеряется всё что угодно. Килограмм включен в систему СИ. Давайте и мы включим в нашу таблицу СИ ещё одну физическую величину. Она у нас будет называться «масса»:
В одном килограмме тысяча граммов. Между одним килограммом и тысячью граммами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одну и ту же массу:
1 кг = 1000 г
Следующая единица измерения это центнер (ц). В центнерах удобно измерять массу урожая, собранного с небольшого участка или массу какого-нибудь груза.
В одном центнере сто килограммов. Между одним центнером и ста килограммами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одну и ту же массу:
1 ц = 100 кг
Следующая единица измерения это тонна (т). В тоннах обычно измеряются большие грузы и массы больших тел. Например, масса космического корабля или автомобиля.
В одной тонне тысяча килограмм. Между одной тонной и тысячью килограммами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одну и ту же массу:
1 т = 1000 кг
Единицы измерения времени
Что такое время думаем объяснять не нужно. Каждый знает что из себя представляет время и зачем оно нужно. Если мы откроем дискуссию на то, что такое время и попытаемся дать ему определение, то начнем углубляться в философию, а это нам сейчас не нужно. Лучше начнём с единиц измерения времени.
Для измерения времени предназначены следующие единицы измерения:
- секунды;
- минуты;
- часы;
- сутки.
Самая маленькая единица измерения это секунда (с). Есть конечно и более маленькие единицы такие как миллисекунды, микросекунды, наносекунды, но их мы рассматривать не будем, поскольку на данный момент в этом нет смысла.
В секундах измеряются различные показатели. Например, за сколько секунд спортсмен пробежит 100 метров. Секунда включена в международную систему единиц СИ для измерения времени и обозначается как «с». Давайте и мы включим в нашу таблицу СИ ещё одну физическую величину. Она у нас будет называться «время»:
Следующая единица измерения времени это минута (м). В одной минуте 60 секунд. Между одной минутой и шестьюдесятью секундами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одно и то же время:
1 м = 60 с
Следующая единица измерения это час (ч). В одном часе 60 минут. Между одним часом и шестьюдесятью минутами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одно и то же время:
1 ч = 60 м
К примеру, если мы изучали этот урок один час и нас спросят сколько времени мы потратили на его изучение, мы можем ответить двумя способами: «мы изучали урок один час» или так «мы изучали урок шестьдесят минут». В обоих случаях, мы ответим правильно.
Следующая единица измерения времени это сутки. В сутках 24 часа. Между одними сутками и двадцатью четырьмя часами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одно и то же время:
1 сут = 24 ч
Понравился урок?
Вступай в нашу новую группу Вконтакте и начни получать уведомления о новых уроках
Возникло желание поддержать проект?
Используй кнопку ниже
Навигация по записям
Международная система единиц физических величин.
Международная система единиц физических величин — СИ
Когерентная, или согласованная Международная система единиц физических величин СИ (SI — от французского — Le Système International d’Unités) принята в 1960 г. XI Генеральной конференцией по мерам и весам.
По этой системе предусмотрено семь основных единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела и моль) и две дополнительные (для плоского угла радиан и для телесного угла — стерадиан).
Все остальные физические величины могут быть получены как производные основных.
***
История появления системы единиц СИ
Появление Международной системы единиц СИ связано с интенсивным развитием науки и техники, которое тормозилось путаницей, обусловленной применяемыми в разных странах разномастными единицами измерения физических величин, в первую очередь — длины, массы и времени. Ученый мир все чаще задумывался над тем, чтобы привести имеющийся беспорядок в системах мер к единой международной системе.
В результате отбора наиболее оптимальных вариантов из многочисленных идей, предложенных учеными многих стран для систематизации измерений, 22 июня 1799 года во Франции впервые были изготовлены два эталона из платины для измерения длины и массы — эталонный метр и эталонный килограмм. Эту дату можно считать днем рождения Международной системы измерений — СИ.
В последующие годы в эту систему были введены основные единицы для физических величин в других областях естественных наук — времени, электричества, светооптики, температуры, количества вещества, а также единицы измерения плоских и телесных (объемных) углов.
В настоящее время в различных уголках планеты в быту и практической деятельности нередко используются старые, местечковые единицы измерения длины и массы, а также производных от этих величин (объема, площади, веса и т. п.). Но в научных расчетах и трудах используются только единицы измерения, предусмотренные Международной системой СИ.
***
Основные и дополнительные единицы системы SI приведены в табл. 1.
Наименование | Размерность | Единица измерения | ||
Наименование | Обозначение междунар. | Обозначение российское | ||
Основные | ||||
| Длина | L | Метр | m | м |
| Масса | M | Килограмм | kg | кг |
| Время | T | Секунда | s | с |
| Сила электрического тока | I | Ампер | A | А |
| Термодинамическая температура | q | Кельвин | K | К |
| Количество вещества | N | Моль | mol | моль |
| Сила света | J | Кандела | cd | кд |
Дополнительные | ||||
| Плоский угол | Радиан | rad | рад | |
| Телесный угол | Стерадиан | cr | ср | |
***
В качестве эталона единицы длины утверждён метр, который равен длине пути, проходимого светом в вакууме за 1/299.792.458 долю секунды.
Эталон единицы массы — килограмм — представляет собой цилиндр из сплава платины (90%) и иридия (10%), у которого диаметр и высота примерно одинаковы (около 30 мм).
За единицу времени принята секунда, равная 9.192.631.770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Эталоном единицы силы тока принят ампер (названа в честь французского физика Андре Ампера) — сила неизменяющегося во времени электрического тока, который, протекая в вакууме по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади круглого поперечного сечения, расположенным один от другого на расстоянии 1 м, создаёт на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия 2×10-7 Н.
Единицей термодинамической темᴨературы является кельвин, составляющий 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды (температура, при которой все три агрегата воды — твердый, жидкий и газообразный находятся в равновесии).
Единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона, которому было пожаловано звание лорд Кельвин Ларгский из Айршира. В свою очередь, это звание пошло от реки Кельвин (River Kelvin), протекающей через территорию университета в Глазго.
До 1968 года кельвин официально именовался градусом Кельвина.
За эталон количества вещества принят моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов частиц, сколько атомов содержится в 12 г углерода-12 (1 моль углерода имеет массу 12 г, 1 моль кислорода — 32 г, а 1 моль воды — 18 г).
Эталон единицы света – кандела (от лат. candela — свеча) — представляет собой силу света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540×1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср (Ватт/ Стерадиан).
Единица измерения плоского угла — Радиан равен углу между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу.
Единица измерения телесного угла — Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, по длине равной радиусу сферы.
***
На XXIV Генеральной конференции по мерам и весам 17-21 октября 2011 года была единогласно принята резолюция, в которой, в частности, предложено в будущей ревизии Международной системы единиц переопределить четыре основные единицы СИ: килограмм, ампер, кельвин и моль.
Предполагается, что новые определения будут базироваться на фиксированных численных значениях постоянной Планка, элементарного электрического заряда, постоянной Больцмана и постоянной Авогадро, соответственно.
Всем этим величинам будут приписаны точные значения, основанные на наиболее достоверных результатах измерений, рекомендованных Комитетом по данным для науки и техники (CODATA).
В резолюции сформулированы следующие положения, касающихся этих единиц:
- Килограмм останется единицей массы; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Планка равным в точности 6,62606×10−34, когда она выражена единицей СИ м2×кг×с−1, что эквивалентно Дж×с.
- Ампер останется единицей силы электрического тока; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения элементарного электрического заряда равным в точности 1,60217×10−19, когда он выражен единицей СИ с×А, что эквивалентно Кл.
- Кельвин останется единицей термодинамической температуры; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Больцмана равным в точности 1,3806×10−23, когда она выражена единицей СИ м−2×кг×с−2×К−1, что эквивалентно Дж×К−1.
- Моль останется единицей количества вещества; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Авогадро равным в точности 6,02214×1023, когда она выражена единицей СИ моль−1.
***
Методы и средства измерений
Что такое масса тела?
Главная страница
Дистанционное образование
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты
Базовые единицы измерений СИ | megapaskal.ru
Метрическая система (СИ) представляет собой систему единиц измерения, принятой с самого ее начала в 1874 году дипломатическим договором до более современной ее версии Генеральной конференцией по весам и мерам – CGPM (Conferérence Générale des Poids et Measures). Современная система на самом деле называется Международной системой единиц измерения или СИ (SI). SI это аббревиатура с французского Международной Системы управления Le Système International d’Unités и выросла она из исходной метрической системы.
Сегодня большинство людей используют метрическую систему.
СИ или «метрическая система» считается основной системой единиц измерений, используемых в науке сегодня. Каждая единица считается независимой. Эти измерения описываются как измерения длины, массы, времени, электрического тока, температуры, количества вещества и интенсивности света. Этот список содержит текущие определения каждого из семи базовых единиц измерений.
Длина – метр (м)
Метр это единица длины в СИ. Метр определяется длиной пути прошедшего световым потоком в вакууме в течение 1/299 792 458 секунды.
Масса – килограмм (кг). Килограмм – единица массы в СИ. Это масса международного прототипа килограмма. В Международном бюро мер и весов (International Bureau of Weights and Measures – сокращенно BIPM) расположенном недалеко от Парижа имеется стандартная масса платины/иридия 1 кг.
Время – Секунда (с) Базовая единица времени – секунда. Секунда определяется как длительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Электрический ток – Ампер (A)
Основной единицей электрического тока является ампер. Ампер определяется тем, что постоянный ток, который, если он поддерживается в двух бесконечно длинных прямых параллельных проводниках, которые имеют незначительное круговое поперечное сечение и размещен на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, будет создавать между силой между проводниками, равной 2×10-7 ньютон на метр длины.
Температура – Кельвин (K)
Кельвин является единицей термодинамической температуры. Это доля 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. Шкала Кельвина является абсолютной шкалой.
Количество вещества – моль (моль)
Моль определяется как количество вещества, которое содержит столько же частиц, сколько атомов в 0,012 кг углерода-12. Когда используется единица моль, частицы должны быть указаны. Например, частицами могут быть атомы, молекулы, ионы, электроны, коровы, дома или что-то еще.
Световая интенсивность – кандела (кд)
Единицей световой интенсивности, или света, является кандела. Кандела – это сила света в заданном направлении, излучающего источником монохроматического излучения с частотой 540 x 1012 герц с интенсивностью излучения в этом направлении 1/683 ватт на стерадиан.
Вышеприведенные определения на самом деле являются методами выражения единиц. Каждая единица была создана с уникальной и надежной теоретической базой для создания воспроизводимых и точных результатов.
| Длина | L | метр | м |
| Масса | M | килограмм | кг |
| Время | T | секунда | с |
| Сила электрического тока | I | ампер | А |
| Термодинамическая температура | Θ | кельвин | К |
| Количество вещества | N | моль | моль |
| Сила света | J | кандела | кд |
Важные не метрические единицы измерения
В дополнение к семи базовым единицам измерений часто используются некоторые «не метрические» единицы, т.е. не относящиеся к СИ:
Литр (л) – В то время как единица измерения SI – это кубический метр, м3, наиболее часто используемой единицей является литр. Литр равен по объему одному кубическому дециметру, дм3, который представляет собой куб, равный 0,1 м с каждой стороны.
Ангстрем (Å) – один ангстрем равен 10-8 см или 10-10 м. Единица названа в честь Андерса Джонаса Энгстром, единица используется для измерения длины химической связи и длины волны электромагнитного излучения.
Кубический сантиметр (см3) – кубический сантиметр – это основная единица измерения, используемая для измерения объема твердого (или жидкого) тела. Соответствующей единицей для объема жидкости является миллилитр (мл), который равен одному кубическому сантиметру.
ФГУП ВНИИОФИ : Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений
Измерение физической величины (англ. measurement) – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.
Примеры:
- В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, по сути сравнивают ее размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчет, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали).
- С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора, и проводят отсчет.
Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.
Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.
Однократное измерение – измерение, выполненное один раз. Примечание. Во многих случаях на практике выполняются именно однократные измерения. Например, измерение конкретного момента времени по часам обычно производится один раз.
Многократное измерение – измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т.е. состоящее из ряда однократных измерений.
Статическое измерение (англ. static measurement) – измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.
Примеры
- Измерение длины детали при нормальной температуре.
- Измерение размеров земельного участка
Динамическое измерение (англ. dynamic measurement) – измерение изменяющейся по размеру физической величины.
Абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Пример. Измерение силы F=mg основано на измерении основной величины — массы m и использовании физической постоянной g (в точке измерения массы). Примечание. Понятие абсолютное измерение применяется как противоположное понятию относительное измерение и рассматривается как измерение величины в ее единицах. В таком понимании это понятие находит все большее и большее применение.
Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.
Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. Примечание. Термин прямое измерение возник как противоположный термину косвенное измерение. Строго говоря, измерение всегда прямое и рассматривается как сравнение величины с ее единицей. В этом случае лучше применять термин прямой метод измерений.
Примеры
- Измерение длины детали микрометром.
- Измерение силы тока амперметром.
- Измерение массы на весах.
Косвенное измерение – определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Примечание. Во многих случаях вместо термина косвенное измерение применяют термин косвенный метод измерений.
Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Примечание. Для определения значений искомых величин число уравнений должно быть не меньше числа величин.
Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними.
Наблюдение при измерении (англ. observation) – операции, проводимые при измерении и имеющие целью своевременно и правильно произвести отсчет.
Отсчет показаний средства измерений – фиксация значения величины или числа по показывающему устройству средства измерений в заданный момент времени.
Измерительный сигнал (англ. measurement signal) – сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.
Измерительная информация (англ. measurement information) – информация о значениях физических величин.
Измерительная задача – задача, заключающаяся в определении значения физической величины путем ее измерения с требуемой точностью в данных условиях измерений.
Объект измерения – тело (физическая система, процесс, явление и т.д.), которое характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами.
Область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой.
Вид измерений – часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин.
Подвид измерений – часть вида измерений, выделяющаяся особенностями измерений однородной величины (по диапазону, по размеру величины и др.).
Вернуться к списку разделов
Навигация по справочнику TehTab.ru: главная страница / / Техническая информация / / Алфавиты, номиналы, коды / / Перевод единиц измерения. / / Единицы измерения времени. Перевод единиц измерения времени — таблица.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
TehTab.ru Реклама, сотрудничество: [email protected] | Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
единиц измерения | Безграничная химия
Стандартные единицы (единицы СИ)
Международная система единиц (сокращенно SI ) — это метрическая система, используемая в науке, промышленности и медицине.
Цели обучения
Распознавать единицы СИ и их важность для измерения
Основные выводы
Ключевые моменты
- Каждая область науки включает в себя проведение измерений, понимание их и передачу их другим.Другими словами, мы все должны говорить на одном базовом языке.
- Система СИ, также называемая метрической системой, используется во всем мире.
- В системе СИ семь основных единиц: метр (м), килограмм (кг), секунда (ы), кельвин (K), ампер (A), моль (моль) и кандела. (компакт диск).
Ключевые термины
- Система СИ : серия единиц, принятая и используемая во всем научном мире.
Потребность в общем языке
Каждая область науки включает в себя проведение измерений, понимание их и передачу их другим.Другими словами, мы все должны говорить на одном базовом языке. Независимо от того, являетесь ли вы химиком, физиком, биологом, инженером или даже врачом, вам нужен последовательный способ передачи информации о размере, массе, форме, температуре, времени, количестве, энергии, мощности и скорости.
Рассмотрим экран, на котором вы сейчас читаете этот текст. Это может быть ЖК-экран, состоящий из жидких кристаллов. Химик, разрабатывающий конкретный состав жидкого кристалла, должен осмысленно передавать информацию инженеру, чтобы инженер знал, как ее производить.Инженер, в свою очередь, должен иметь возможность общаться с другими инженерами, физиками и химиками для проектирования печатных плат, экранов дисплеев и электронных интерфейсов остальной части компьютера. Если все эти люди не говорят на одном языке, предприятие никогда не сдвинется с мертвой точки.
Международная система единиц (сокращенно SI, от французского Système international d’unités) — это метрическая система, используемая в науке, промышленности и медицине . В зависимости от вашего возраста и географического положения вы, возможно, хорошо знакомы с «имперской» системой, которая включает такие единицы измерения, как галлоны, футы, мили и фунты.Имперская система используется для «повседневных» измерений в нескольких местах, например в США. Но в большинстве стран мира (включая Европу) и во всех научных кругах широко используется система СИ.
Научные единицы СИ и метрические единицы: Г-н Кози преподает научные единицы системы СИ, метрической системы и системы СКГ. Мистер Кози также разделяет основные префиксы и их значения. Научные измерения основаны на метрической системе, поэтому важно знать основные метрические единицы и префиксы.
Единиц системы СИ
В системе СИ семь основных единиц:
- килограмм (кг), для массы
- секунды, за время
- кельвин (K), для температуры
- Ампер (А), для электрического тока
- моль (моль) на количество вещества
- кандела (кд) для силы света
- метр (м), на расстояние
Семь единиц СИ : На этом рисунке показаны основные единицы СИ и их комбинации, которые приводят к более сложным единицам измерения.
Должно быть очевидно, что переход в современность значительно улучшил условия измерения для каждой базовой единицы в системе СИ, сделав измерение, например, силы света источника света стандартным измерением в каждой лаборатории в Мир. Источник света, рассчитанный на 20 кд, будет одинаковым независимо от того, произведен ли он в Соединенных Штатах, в Великобритании или где-либо еще. Использование системы SI предоставляет всем ученым и инженерам общий язык измерений.
История системы SI
У единиц измерения СИ интересная история. Со временем они были усовершенствованы для ясности и простоты.
- Метр (м) или метр изначально определялся как 1/10 000 000 расстояния от экватора Земли до Северного полюса, измеренного на окружности, проходящей через Париж. Говоря современным языком, он определяется как расстояние, проходимое светом в вакууме за промежуток времени в 1/299 792 458 секунды.
- Килограмм (кг) изначально определялся как масса литра (т. Е.е., одной тысячной кубометра). В настоящее время он определяется как масса платино-иридиевого килограммового образца, хранимого Bureau International des Poids et Mesures в Севре, Франция.
- Секунды изначально основывались на «стандартном дне», состоящем из 24 часов, при этом каждый час делился на 60 минут, а каждая минута — на 60 секунд. Однако теперь мы знаем, что полное вращение Земли на самом деле занимает 23 часа 56 минут и 4,1 секунды. Следовательно, секунда теперь определяется как продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
- Ампер (А) — это мера количества электрического заряда, проходящего через точку в электрической цепи за единицу времени. 6,241 × 10 18 электронов, или один кулон, в секунду составляет один ампер.
- Кельвин (K) — единица термодинамической шкалы температур. Эта шкала начинается с 0 К. Приращение кельвина такое же, как и у градуса по шкале Цельсия (также называемой градусом Цельсия). Кельвин — это доля 1 / 273,16 термодинамической температуры тройной точки воды (точно 0.01 ° C или 32,018 ° F).
- Моль (моль) — это число, связывающее молекулярную или атомную массу с постоянным числом частиц. Он определяется как количество вещества, которое содержит столько элементарных единиц, сколько атомов в 0,012 кг углерода-12. {12} [/ латекс] Герц и который имеет интенсивность излучения в этом направлении 1/683 ватт на стерадиан.
Префиксы единиц СИ
Основные единицы СИ могут быть выражены как доли или кратные основным единицам с помощью набора простых префиксов.
Цели обучения
Преобразование единиц СИ
Основные выводы
Ключевые моменты
- Набор приставок прост и удобен в использовании.
- Префиксы нельзя комбинировать.
- Набор приставок универсальный.
Ключевые термины
- префикс : одна или несколько букв или слогов, добавленных в начало слова, чтобы изменить его значение; например, килограмм можно добавить к грамму, чтобы получить килограмм
- фракция : часть целого, особенно сравнительно небольшая часть
Префиксы единиц СИ
Теперь, когда мы знаем о системе СИ и о том, что она предоставляет ученым и инженерам, мы можем изучить некоторые аспекты реальных измерений.В системе СИ используется стандартная система префиксов к основным единицам, которая позволяет им быть более релевантными и описывать относительную величину.
Например, читая о химической кинетике, вы можете встретить термины «мс» или «нс», означающие «миллисекунда» и «наносекунда» соответственно. Как только вы привыкнете к практике использования префиксов, вы сразу поймете, что миллисекунда составляет 1/1000 одной секунды и в 1 миллион раз больше, чем наносекунда, что составляет 1/1000000000 одной секунды, или 10 -9 секунд.
Кратко просмотрите основные единицы СИ, прежде чем изучать префиксы.
| Название агрегата | Условное обозначение | Кол-во наименование | Условное обозначение | Обозначение размеров |
|---|---|---|---|---|
| метр | м | длина | л , x , л | л |
| килограмм | кг | масса | м | M |
| второй | с | время | т | Т |
| ампер | А | электрический ток | Я | я |
| кельвин | К | термодинамическая температура | т | Θ |
| кандела | компакт-диск | сила света | I v | Дж |
| моль | моль | количество вещества | n | N |
Допускается 20 префиксов.Префикс может использоваться для обозначения кратных оригинальной единицы или частей исходной единицы. Например, кило- обозначает число, кратное тысяче, так что в километре одна тысяча метров. Милли — обозначает тысячную; следовательно, в метре тысяча миллиметров.
Префиксы для единиц СИ : Префиксы переопределяют измерение как кратное или дробное от основной единицы.
Имейте в виду, что префиксы нельзя комбинировать.Таким образом, миллионная доля метра — это микрометра , а не миллимиллиметр, а миллионная доля килограмма — это миллиграмм , а не микрокилограмм.
В более раннем использовании микрон (измерение, часто встречающееся в физике и технике) совпадает с микрометром, 10 -6 метров. Другая старая форма использования, миллимикрон, составляет одну тысячную микрометра, или одну тысячную от 10 -6 метров, или 10 -9 метров, теперь называемых нанометром. Хотя эти старые термины не используются широко, они часто встречаются в старых публикациях, и знание их современных эквивалентов является преимуществом.
Объем и плотность
Плотность и объем — два общих измерения в химии.
Цели обучения
Опишите взаимосвязь между плотностью и объемом
Основные выводы
Ключевые моменты
- Объем вещества связан с количеством вещества, присутствующего при определенной температуре и давлении.
- Объем вещества можно измерить в мерной посуде, такой как мерная колба и мерный цилиндр.
- Плотность указывает, сколько вещества занимает определенный объем при определенной температуре и давлении. Плотность вещества может использоваться для определения вещества.
- Вода необычна, потому что когда вода замерзает, ее твердая форма (лед) менее плотная, чем жидкая вода, и поэтому плавает поверх жидкой воды.
Ключевые термины
- объем : Единица трехмерной меры пространства, которая включает длину, ширину и высоту.Он измеряется в кубических сантиметрах в метрических единицах.
- плотность : Мера количества вещества, содержащегося в данном объеме.
Объем и плотность
Свойства материала можно описать разными способами. Любое количество любого вещества будет иметь объем. Если у вас есть две емкости с водой разного размера, каждая из них вмещает разное количество или объем воды. Единица измерения объема — это единица, производная от единицы длины в системе СИ, а не фундаментальное измерение в системе СИ.
Если две пробы воды имеют разные объемы, они все равно имеют общее измерение: плотность. Плотность — еще одно измерение, производное от основных единиц СИ. Плотность материала определяется как его масса на единицу объема. В этом примере каждый объем воды отличается и, следовательно, имеет определенную и уникальную массу. Масса воды выражается в граммах (г) или килограммах (кг), а объем измеряется в литрах (л), кубических сантиметрах (см 3 ) или миллилитрах (мл). Плотность рассчитывается путем деления массы на объем, поэтому плотность измеряется в единицах массы / объема, часто г / мл.Если обе пробы воды имеют одинаковую температуру, их плотности должны быть одинаковыми, независимо от объема пробы.
Измерительные инструменты
Мерная чашка : Мерная чашка — это обычная домашняя утварь, используемая для измерения объемов жидкостей.
Если вы когда-либо готовили на кухне, вы, вероятно, видели какую-то мерную чашку, которая позволяет пользователю измерять объемы жидкости с разумной точностью. Мерная чашка показывает объем жидкости в стандартных единицах СИ — литрах и миллилитрах.Большинство американских мерных стаканчиков также измеряют жидкость в более старой системе, состоящей из стаканов и унций.
Мерная посуда
Ученые, работающие в лаборатории, должны быть знакомы с типичной лабораторной посудой, которую часто называют мерной стеклянной посудой. Это могут быть химические стаканы, мерная колба, колба Эрленмейера и градуированный цилиндр. Каждый из этих контейнеров используется в лабораторных условиях для измерения объемов жидкости в различных целях.
Лабораторная мерная посуда : Посуда, такая как эти химические стаканы, обычно используется в лабораторных условиях для удобного измерения и разделения различных объемов жидкостей.
Плотность воды
Различные вещества имеют разную плотность, поэтому плотность часто используется как метод идентификации материала. Сравнение плотностей двух материалов также может предсказать, как вещества будут взаимодействовать. Вода используется в качестве общего стандарта для веществ, и ее плотность составляет 1000 кг / м. 3 при стандартных температуре и давлении (называемых STP).
Использование воды в качестве сравнения плотности
Когда объект помещается в воду, его относительная плотность определяет, плавает он или тонет.Если объект имеет меньшую плотность, чем вода, он всплывет на поверхность воды. Объект с большей плотностью утонет. Например, пробка имеет плотность 240 кг / м 3 , поэтому она будет плавать. Плотность воздуха составляет примерно 1,2 кг / м. 3 , поэтому он сразу поднимается к вершине водяного столба. Металлы натрий (970 кг / м 3 ) и калий (860 кг / м 3 ) будут плавать на воде, а свинец (11340 кг / м 3 ) тонуть.
Плотность: История Архимеда и золотой короны: Изготовлена ли корона из чистого золота? Древнегреческий король должен знать, обманул ли его ювелир.Он вызывает Архимеда, который решает использовать плотность для определения металла. Но как он может определить объем короны?
Жидкости имеют тенденцию образовывать слои при добавлении в воду. Глицерин сахарного спирта (1261 кг / м 3 ) погружается в воду и образует отдельный слой, пока он не будет тщательно перемешан (глицерин растворим в воде). Растительное масло (прибл. 900 кг / м 3 ) будет плавать в воде и, независимо от того, насколько сильно перемешано, всегда будет возвращаться в виде слоя на поверхность воды (масло не растворяется в воде).
Переменная плотность воды
Вода — сложная и уникальная молекула. Даже при постоянном давлении плотность воды будет меняться в зависимости от температуры. Напомним, что тремя основными формами материи являются твердое тело, жидкость и газ (пока не учитывайте плазму). Как показывает практика, почти все материалы в твердой или кристаллической форме более плотны, чем в жидкой форме; поместите твердую форму практически любого материала на поверхность его жидкой формы, и она утонет.С другой стороны, вода делает нечто особенное: лед (твердая форма воды) плавает на жидкой воде.
Внимательно посмотрите на соотношение между температурой воды и ее плотностью. Начиная с 100 ° C, плотность воды неуклонно увеличивается до 4 ° C. В этот момент тенденция плотности меняется на противоположную. При 0 ° C вода замерзает до льда и плавает.
В этой таблице перечислены плотности воды при различных температурах и постоянном давлении.
| Плотность воды при постоянном давлении | |
|---|---|
| Температура (ºC) | Плотность (кг / м 3 ) |
| 100 | 958.4 |
| 80 | 971,8 |
| 60 | 983,2 |
| 40 | 992,2 |
| 30 | 995.6502 |
| 25 | 997.0479 |
| 22 | 997,7735 |
| 20 | 998.2071 |
| 15 | 999.1026 |
| 10 | 999.7026 |
| 4 | 999.9720 |
| 0 | 999,8395 |
| −10 | 998,117 |
| −20 | 993,547 |
| −30 | 983,854 |
| Значения ниже 0 ° C относятся к переохлажденной воде | |
Последствия этого простого факта огромны: когда озеро замерзает, ледяная корка на поверхности изолирует жидкость внизу от замерзания, в то же время позволяя более холодной воде (с температурой прибл.4 ° C и высокой плотности) опуститься на дно. Если бы лед не плавал, он бы опускался на дно, позволяя образовываться и тонуть большему количеству льда, пока озеро не замерзло! Аквалангисты и пловцы часто сталкиваются с этими градиентами температуры воды, и они могут даже столкнуться со слоем воды на самом дне озера с температурой примерно 4 ° C. Это примерно так же холодно, как и на дне озера; как только вода становится холоднее, жидкая вода становится менее плотной и поднимается вверх.
Слои воды в зимнем озере : В зимние месяцы сезонного климата самая теплая вода в большинстве озер и рек имеет температуру всего 4 ° C.Эта вода с температурой 4 ° C имеет самую высокую плотность и опускается на дно озера. По мере того, как вода становится холоднее (<4 ° C), она становится менее плотной и поднимается, образуя лед на поверхности озера. В результате в зимние месяцы в озерах и реках всегда присутствует жидкая вода. Это уникальное свойство воды позволяет животным и растениям выживать под замерзшим озером или зимой, гарантируя, что всю пресноводную жизнь не вымирают каждую зиму.
Температура
Способность точно измерять температуру была крупным научным достижением, позволившим получить абсолютные числа для наблюдаемого явления.
Цели обучения
Укажите основные достижения в истории измерения температуры
Основные выводы
Ключевые моменты
- Измерение температуры точное и воспроизводимое.
- Измерение температуры должно соответствовать принятым стандартам.
- Температуру можно откалибровать по нескольким шкалам, включая Цельсия, Фаренгейта и Кельвина.
- Преобразование между различными температурными шкалами легко выполняется с помощью уравнений преобразования.
- Кинетическая энергия возникает в результате движения атомов и молекул. Постулируется, что при абсолютном 0 движения и, следовательно, кинетической энергии нет.
Ключевые термины
- температура : Мера холода или тепла, часто измеряемая термометром.
- кельвин : Единица измерения температуры. Это одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).
- Фаренгейт : единица измерения температуры, наиболее часто используемая в США.
- Цельсия : шкала и единица измерения температуры, где 0 ° C — точка замерзания воды. Также известен как стоградусный.
- Цельсия : шкала и единица измерения температуры, где 0 ° C — точка замерзания воды. Также известен как стоградусный.
Насколько жарко было прошлым летом? Будет ли на следующей неделе достаточно холодно для катания на лыжах? Каждый из этих вопросов требует количественной оценки рутинного опыта. Говорим ли мы о погоде, готовим еду или проводим научный эксперимент, нам нужно знать, насколько что-то жарко или насколько холодно.Чтобы знать это, нужно уметь поставить какое-то точное число на концепцию. Хотя измерению температуры (термометрии) посвящена целая область исследований, в этом разделе основное внимание уделяется фундаментальным измерениям температуры.
Среднемесячная температура : Температура позволяет нам точно измерять и сравнивать климат в разных частях мира.
История измерения температуры
Для людей в 21 веке измерение температуры — это быстро и легко.Однако тысячи лет назад все было иначе. Явления, связанные с температурой, наблюдались всегда. Снег падал и собирался в холодную погоду, а весной таял в жидкую воду. Когда воздух был теплым, жидкая вода падала дождем. Лед таял, когда ставился рядом с источником тепла, а вода полностью выкипала из кастрюли на раскаленной плите. Однако это все качественные наблюдения. Они не производят числа: они не говорят нам, что вода замерзает при 0 ° C или кипит при 100 ° C.Все, что мы узнаем из наблюдений, — это то, что тепло и холод что-то делают с водой или что вода ведет себя по-разному, когда она нагревается или охлаждается.
В 16 -м и 17 -м веках ученые усовершенствовали наблюдения и эксперименты византийцев и греков, чтобы создать элементарные устройства, определяющие количество «тепла» или «холода» в воздухе. Созданные ими устройства назывались термоскопами. Эти основные измерительные инструменты использовали расширение и сжатие воздуха и воды при нагревании и охлаждении.
Идея была замечательной, но у термоскопов не было числовой шкалы. Термоскоп не смог ответить на вопрос: «Насколько сегодня жарко?» с числом, но он может дать относительное измерение. Термоскоп часто представлял собой простую трубку с газом над жидкостью. Термоскопы также служили барометрами (которые измеряют давление). Это затрудняло их использование в качестве термометров, но они реагировали как на давление, так и на температуру. Даже когда первые термометры имели числовую шкалу, они не были стандартизированы.
На заре 18 -го и века произошли большие изменения в термометрах благодаря работам Исаака Ньютона, Андерса Цельсия и Даниэля Фаренгейта.
- Исаак Ньютон предложил термометр со шкалой 12 градусов между точками замерзания и кипения воды.
- Fahrenheit работал с трубками, заполненными ртутью, которая имеет очень высокий коэффициент теплового расширения. Это, в сочетании с качеством и точностью работы Фаренгейта, привело к гораздо большей чувствительности, и его термометр был стандартизирован для раствора солевого раствора и повсеместно принят, а шкала Фаренгейта была названа в его честь.
- Андерс Цельсий предложил шкалу в 100 градусов для разницы между замерзанием и кипением воды, и после нескольких незначительных корректировок система Цельсия, или Цельсия, также получила широкое распространение.
Термометр, откалиброванный с помощью шкалы Цельсия : Цельсий — это шкала и единица измерения температуры, где 0 ° C — точка замерзания воды. Наша способность точно измерять температуру позволяет нам измерять погоду, точно готовить пищу или проводить научный эксперимент.
Дальнейшие достижения привели к созданию термометров более быстрого действия, которые нашли применение в медицине и химии. Ранние термометры не записывали и не удерживали температуру, которую они измеряли: если вы удалите термометр от измеряемого вещества, его показания изменится. Ученые изобрели новые термометры, которые сохраняли бы свои показания, по крайней мере, в течение ограниченного периода времени, чтобы уменьшить ошибки измерения и упростить регистрацию температуры. Также были разработаны циферблатные термометры с использованием биметаллических лент.Биметаллические полосы сделаны из двух разнородных металлов, соединенных вместе, причем каждый металл имеет свой коэффициент теплового расширения. При нагревании или охлаждении два металла расширяются или сжимаются с разной скоростью, вызывая изгиб или искривление полосы. Этот изгиб полезен в качестве преобразователя для измерения температуры; он может управлять схемой термостатирования или управлять простым термометром со шкалой.
Абсолютный ноль
Однако, благодаря развитию измерения температуры, один вопрос остался без ответа: «Насколько холодно может быть? Насколько холодно абсолютный 0? »
Тривиальный ответ — «0 градусов», но что именно это означает? Сама температура является мерой средней кинетической энергии вещества.Кинетическая энергия возникает из движения атомов и молекул, и постулируется, что при абсолютном нуле нет движения и, следовательно, кинетической энергии. Следовательно, температура должна быть «абсолютной 0».
Остается вопрос: насколько холоднее абсолютный 0, чем 0 ° C?
В 1848 году лорд Кельвин (Уильям Томсон) написал статью под названием «Об абсолютной термометрической шкале» о необходимости поиска термодинамической нулевой температуры. Используя систему Цельсия для измерения градусов, лорд Кельвин вычислил предельную температуру холода, равную -273 ° C.Сегодня это обозначается как 0 K по термодинамической шкале температур Кельвина. Современные методы улучшили измерение до -273,16 ° C.
Типы температурных шкал
Температуру можно измерить и представить множеством различных способов. Основные требования практики включают точность, стандарт, линейность и воспроизводимость. Единица СИ, выбранная из-за ее простоты и связи с термодинамикой, — это кельвин, названный в честь лорда Кельвина. Хотя постепенно она равна шкале Цельсия, температура в градусах Кельвина является истинным представлением кинетической энергии в термодинамическом смысле.Химия и физика требуют многих расчетов, связанных с температурой. Эти расчеты всегда производятся в кельвинах.
Сравнение температурных шкал : Температуры некоторых общих явлений и веществ в различных единицах измерения.
Таблица сравнения температурных шкал иллюстрирует различные температурные шкалы, некоторые из которых больше не используются. Интересно увидеть температуры обычно происходящих событий в этих масштабах и представить себе огромные препятствия, которые были преодолены при развитии современной термометрии.
Преобразование в Кельвин и обратно : Используйте уравнения в этой таблице для расчета температуры с использованием системы измерения Кельвина.
Хотя в большинстве случаев ученые оснащены каким-либо электронным калькулятором, иногда может потребоваться перевод одной шкалы в другую. Таблицы преобразования могут использоваться для преобразования измерения в любую шкалу из любой другой шкалы температур, например, в градусах Кельвина или Цельсия.
Преобразование в градусы Цельсия и обратно : Используйте уравнения в этой таблице, чтобы преобразовать температуры в систему измерения Цельсия.
Что такое единица силы в системе СИ?
Международная система единиц (СИ) широко используется в торговле, науке и технике
Единицей силы в системе СИ является ньютон, символ N. Базовые единицы, относящиеся к силе:
- Метр, единица длины — условное обозначение м
- Килограмм, единица массы — условное обозначение кг
- Секунда, единица времени — символ s
Сила определяется как скорость изменения количества движения.Для неизменной массы это эквивалентно ускорению массы x.
Итак, 1 Н = 1 кг м / с -2 , или 1 кг м / с 2 .
Исторически сложилось так, что существовало множество единиц силы и коэффициентов пересчета. Некоторые из них приведены в таблице ниже. Точные преобразования выделены жирным шрифтом, остальные указаны до семи значащих цифр.
Блок | Символ | Эквивалентное значение в системе СИ |
дина | дин | 10.0 мкН |
гран-сила | гр | 635,460 2 мкН |
грамм-сила | gf | 9.806 65 мН |
фунта стерлингов | pdl | 138.255 0 мН |
унция-сила (avdp) | унций | 278,013 9 мН |
фунт-сила | фунтов | 4.448 222 N |
килограмм-сила | кгс | 9.806 65 N |
килопонд | кп | 9.806 65 № |
sthène | sthène | 1.0 кН |
тысяч фунтов (= 1000 фунтов-силы) | тысячных фунтов | 4.448 222 кН |
Тонна сила США (= 2000 фунтов-силы) (короткая) | тс (США) | 8,896 443 кН |
тонна сила (= 1000 кгс) (метрическая система) | тс | 9.806 65 кН |
Великобритания тонна-сила (= 2240 фунтов-силы) (длинный) | тс (Великобритания) | 9.964 016 кН |
Использование сокращенных форм для больших и малых чисел поощряется системой СИ. Префиксы SI представляют собой кратные 10 3 или 10 ‑3 .
Возможно вам понравится
Единицы СИ
Реализация счетчика
Измерения жизни
Семь базовых единиц СИ | System International
Есть семь базовых единиц, которые составляют основу Système International d’Unités или Международной системы единиц.
СИ, Международная система единиц Включает:
базовые единицы СИ
Единицы и символы СИ
SI / метрические префиксы
Определения единиц
СИ (метрическая) / британская преобразование
Международная система единиц СИ была создана в течение многих лет и составляет основу большинства измерений, используемых во всем мире.
Международная система единиц официально именуется «Système International d’Unités» и была учреждена в 1960 году 11-й Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM).Многие старые системы, такие как система Imperial, используемая в Великобритании и многих других странах, были не так просты в обращении или использовании, и ни одна из них не была стандартизирована во всем мире.
В СИ существует семь базовых единиц, на которых основаны все остальные. Базовые единицы включают: массу, длину, время, температуру, количество вещества, электрический ток и силу света.
Таблица основных единиц СИ
| Базовые блоки SI | |||
|---|---|---|---|
| Физическое количество | Обозначение размеров | Название агрегата | Условное обозначение |
| Масса | M | Килограмм | кг |
| Длина | л | Метр | м |
| Время | Т | Второй | с |
| Температура | ° | Кельвин | к |
| Количество вещества | N | Моль | моль |
| Текущий | я | Ампер | А |
| Сила света | Дж | Кандела | компакт-диск |
Определения единиц СИ
Для того, чтобы каждую из единиц и величин СИ можно было стандартизировать во всем мире, необходимо иметь точные определения каждой из них.Хотя маловероятно, что эти определения единиц СИ будут использоваться где-либо, кроме лаборатории стандартов, их часто полезно видеть и знать.
- Метр: Метр — это длина пути, пройденного светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 секунд.
- Килограмм: Килограмм — это единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.
- Секунда: Вторая — длительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующая переходу между двумя сверхтонкими рычагами (F = 4, м F = от 0 до F = 3, м F = 0) основного состояния атома цезия 133.
- Ампер: Ампер — это постоянный ток, который, если его поддерживать в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с незначительным круглым поперечным сечением и помещать на расстоянии 1 метра в вакууме, создавал бы между этими проводниками силу, равную 2×10 -7 Ньютон на метр длины
- Кельвин: Кельвин, единица термодинамической температуры, представляет собой долю 1 / 273,16 термодинамической температуры тройной точки воды.
- Моль: Моль — это масса вещества системы, которая содержит столько элементарных объектов, сколько атомов в 0,012 кг углерода 12 (около 6,022×10 23 атомов). Когда используется моль, должны быть указаны элементарные объекты, которые могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами, другими частицами или определенными группами таких частиц.
- Кандела: Кандела — это сила света в заданном направлении источника, который испускает монохроматическое излучение с частотой 540×10 12 Гц и имеет силу излучения в этом направлении 1/683 Вт на стерадиан.
Дополнительные единицы СИ
| Дополнительные блоки SI | |||
|---|---|---|---|
| Физическое количество | Обозначение размеров | Название агрегата | Условное обозначение |
| Плоский угол | α | Радиан | рад |
| Твердый уголок | ω | Стерадиан | ср |
Обоснование семи основных единиц СИ
СИ или Международная система единиц имеет набор из семи основных единиц.Они были выбраны для выполнения требований к измерениям в области науки и техники. Выбор семи базовых единиц является обязанностью Международного комитета мер и весов (CIPM), который определил и поддерживает систему единиц СИ.
Базовые единицы — это до некоторой степени произвольный выбор. Когда была создана метрическая система, была выбрана трехмерная механическая система, в которой в качестве базовых единиц использовались метр, килограмм и секунда. Позднее это было расширено до четырехмерной системы, включив сначала ампер, затем кельвин, канделу и, наконец, моль.Эти дополнения довели количество основных единиц СИ до семи.
СИ, или Международная система единиц, хорошо известна, хотя в некоторых странах все еще используются другие системы — например, старая имперская система все еще широко используется в США, но обычно единицы СИ используются по всему миру, что позволяет использовать общую систему, тем самым уменьшая проблемы совместимости и ошибки в покрытии между системами.
Другие основные концепции электроники:
Напряжение
Текущий
Мощность
Сопротивление
Емкость
Индуктивность
Трансформеры
Децибел, дБ
Законы Кирхгофа
Q, добротность
РЧ шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .
Единицы, не относящиеся к СИ — Science Learning Hub
Обычно используется ряд единиц, не относящихся к СИ, хотя система единиц СИ позволяет полностью охватить все научные измерения. Причины этого исторические и политические, а также повседневное удобство.
Почти все страны мира, за исключением США, Либерии и Мьянмы, приняли систему единиц СИ для повседневного коммерческого и научного использования.В 1988 году Американский Конгресс принял СИ в качестве предпочтительной системы США, но не принял эффективных законов, обеспечивающих ее соблюдение. В результате единицы измерения, обычно используемые в США, взяты из имперской системы мер и весов. Например, расстояние измеряется в дюймах, футах, ярдах и милях, а не в миллиметрах, метрах и километрах.
Некоторые британские единицы измерения (Великобритания)
Длина | Масса и вес | Объем жидкости | ||
|---|---|---|---|---|
12 дюймов = 1 фут | 20 жидких унций = 1 пинта | |||
3 фута = 1 ярд | 16 унций = 1 фунт | |||
14 фунтов = 1 стоун | 2 пинты = 1 кварта | |||
8 фарлонгов = 1 миля | 8 стоун = 1 центнер ( | |||
5280 футов = 1 миля | 20 центнеров = 1 тонна | 8 пинт = 1 галлон | ||
64 | ярдов = 1 м |
Некоторые часто используемые единицы, не относящиеся к СИ
Физическая величина | Единица, не относящаяся к СИ | Symbol | Коэффициент преобразования | |
|---|---|---|---|---|
Энергия | калорий | кал | 1 кал = 4.184 Дж | |
Длина | Ангстрем | 1 Å = 10 -10 м | ||
Масса | 1 t = 10 3 кг | |||
Давление | атмосфера | атм | 1 атм = 1.013 x 10 5 Па | |
Температура | градус Цельсия | ° C | 1 ° C = 1 K | |
64 минут Время | мин | 1 мин = 60 с | ||
час | час или час | 1 час = 3600 с | ||
1 d = 86400 с | ||||
Объем | литр | L | 1 L = 1 дм 3 = 10 -3 м |
Энергия
С тех пор как Термин «калорийность» во многом стал частью области питания / диеты.Люди, соблюдающие диету, часто измеряют или оценивают потребление пищи и выработку энергии в калориях, а не в единицах СИ — джоулях.
Калория — это количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1 ° C. Это соответствие 1: 1: 1, возможно, легче понять, чем определение джоуля: 4,18 джоуля — это количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1 ° C.
На этикетках пищевых продуктов в Новой Зеландии требуется указывать информацию о содержании энергии в килоджоулях или килоджоулях и калориях.
Время
В исходной метрической системе, разработанной во Франции в 1790-х годах, была сделана попытка десятичного представления измерения времени. Например, день нужно было разделить на 10 часов по 100 минут в час и 100 секунд в минуту. Эта идея не прижилась, поскольку требовала переделки всех устройств для измерения времени, таких как часы. В результате, использование часов, минут и секунд с их неудобными числовыми соотношениями по-прежнему актуально.
Вторая стала универсальной базовой единицей времени:
- 1 час = 3600 с
- 1 день = 86 400 с
- 1 год ~ 31.6 мега секунд (Ms)
Давление
Единицей давления в системе СИ является паскаль (Па), где 1 Па = 1 Нм -2 .
По-прежнему широко используется термин «атмосфера», который относится к давлению, оказываемому весом атмосферы на поверхность Земли. В среднем в день на уровне моря это давление составляет 1 атмосферу, что равно 101,325 кПа.
При накачивании пневматических шин, например, на автомобилях и велосипедах, часто используется единица, не относящаяся к системе СИ, фунты на квадратный дюйм (psi):
Объем
Хотя литр обычно используется в качестве меры объема, он не является единицей СИ. базовая единица объема — кубический метр ( 3 м).В оригинальной французской метрической системе базовой единицей объема был литр (л), определяемый как объем 1 килограмма воды при 4 ° C. Этот объем эквивалентен 1000 см 3 и также известен как 1 дециметр в кубе (дм 3
- 1 м 3 = 1000 дм 3 = 1000000 см 3
- 1 м 3 = 1000 л = 1 000 000 мл
Литр (л) и миллилитр (мл) не являются единицами системы СИ, но, поскольку их легче писать и произносить, они широко используются.
Путаница с единицами измерения
В повседневной деятельности мы часто видим единицы измерения, которые либо неправильно написаны, либо применены:
- Торговые станции часто рекламируют автомобиль как имеющий «низкий Ks», но если они имеют в виду малый километраж, то блок «км». Единица измерения «Ks» — секунда в градусах Кельвина, которая не имеет физического значения.
- Когда люди говорят о своем «счете за электроэнергию», на самом деле они имеют в виду счет за «электроэнергию». Мощность измеряется в ваттах, а энергия — в джоулях.Мы покупаем «электрическую энергию», а не электрическую «мощность» у «электростанции».
- Некоторые люди ходят в тренажерный зал, чтобы «сжечь калории», чтобы снизить свой «вес». С научной точки зрения, они расходуют энергию, измеряемую в килоджоулей, в попытке сбросить некоторую массу тела, измеряемую в килограммах.
Чаще всего из-за неправильного использования не происходит никакого вреда. Однако использование неправильных единиц имело неудачный и дорогостоящий эффект для Mars Climate Orbiter — космического корабля, предназначенного для выхода на орбиту вокруг планеты Марс и сбора данных об атмосфере и климате Марса.
23 сентября 1999 г. Mars Climate Orbiter был потерян, когда космический корабль вышел на более низкую траекторию орбиты, чем планировалось. Эта более низкая орбита заставила космический корабль нагреться и разрушиться, прежде чем упасть на поверхность планеты.
Основная причина этого происшествия была обнаружена в таблице калибровки подруливающих устройств, в которой использовались британские имперские единицы вместо единиц СИ. Программное обеспечение для навигации в Лаборатории реактивного движения предполагало, что данные об импульсе двигателя будут выражаться в ньютон-секундах, но компания Lockheed Martin Astronautics, которая построила орбитальный аппарат, предоставила значения в фунт-силе секунды.Это привело к интерпретации импульса как четверть его фактического значения. В результате орбитальный аппарат упал на более низкую орбиту, для которой он не был конструктивно рассчитан.
Стоимость этой аварии оценивалась в 125 миллионов долларов.
Природа науки
Одним из ключевых аспектов природы науки является то, что она производит, требует и полагается на тщательные измерения. Тщательно разработанная Международная система единиц обеспечивает надежный способ достижения этого.Если ученые и инженеры общаются друг с другом, используя разные системы измерения, могут возникнуть дорогостоящие недопонимания.
Как использовать единицы СИ в техническом письме
Le Système international d’unités (SI), или Международная система единиц, используется в метрической системе и в качестве принятого соглашения в технической и научной литературе. Существует семь базовых единиц и двадцать две определенные производные единицы (названные таким образом, потому что они являются производными от базовых единиц), но с помощью этой системы можно сформировать ряд других единиц.Стандарты единиц СИ (используемые для определения основных единиц) основаны на системе метр-килограмм-секунда (мкс), а не на системе сантиметр-грамм-секунда (сгс).
В письменной форме названия единиц СИ всегда пишутся строчными буквами. Однако символы единиц, названных в честь человека, начинаются с заглавной буквы (например, ампер и А). Эти символы не являются сокращениями, поэтому точки не требуются. Кроме того, между числом и единицей СИ всегда должен быть пробел, за исключением символа градуса.Курсив обычно не используется с единицами СИ.
Базовые единицы
Базовые единицы являются строительными блоками системы СИ. Есть семь основных единиц и символов для семи основных величин, которые считаются независимыми. Хотя это не официальный символ SI, секунд иногда сокращается как секунд в техническом письме.
| Базовое количество | Базовое количество | Символ | Определение | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| длина | метр | м | расстояние, пройденное светом в вакууме в 1 / 299,792,456 секунд | кг кг | масса международного прототипа килограмм | ||
| время | секунда | с | длительность 9,192,631,770 периодов стандартного перехода Cs-133 | ||||
| электрический ток | ампер | А | А два бесконечно длинных параллельных проводника с ничтожно малым поперечным сечением, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга, которые создают силу 2×10 -7 ньютонов на метр длины | ||||
| термодинамическая температура | кельвин | K | 1/273.16 термодинамической температуры тройной точки воды | ||||
| количество вещества | моль | моль | количество, которое содержит столько элементарных единиц, сколько атомов в 0,012 кг углерода-12 | ||||
| сила света | кандела | кд | сила света источника с частотой 540×10 12 герц и силой излучения 1/683 Вт на стерадиан |
Производные единицы
Существует 22 производных единицы, которым для удобства присвоены специальные названия и символы.Все производные единицы представляют собой комбинации основных единиц (произведения, мощности и т. Д.), Хотя радиан и стерадиан фактически безразмерны.
| Количество | Название | Символ | Изображение базового блока | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| угол | рад 2 / м 2 (без единицы измерения) | |||||
| частота | Гц | Гц | 1 / с | |||
| сила / вес | ньютон | N | кг * м / с | |||
| давление / напряжение | паскаль | Па | кг / (м * с 2 ) или Н / м 2 | |||
| энергия / работа / тепло | джоуль | кг | джоуль * м 2 / с 2 или Н / м | |||
| мощность / поток излучения | Вт | Вт | кг * м 2 / с 3 или Дж / с | |||
| электрический заряд | кулон | C | с * A | |||
| напряжение | вольт | В | кг * м 2 / (с 3 * A) или W / A 64 | электрическая емкость | фарад | F | с 4 * A 2 / (кг * м 2 ) или C / V |
| электрическое сопротивление | Ом | Ом | кг * м 2 / (с 3 * A 2 ) или V / A | |||
| электрическая проводимость | siemens | S | s 3 * A 2 / (кг * м 2 ) или A / V | |||
| магнитный поток | weber | Wb | кг * м 2 / (с 2 * A) или V * s | |||
| напряженность магнитного поля | тесла | T | кг / (с 2 * A) = Вт / м 2 | |||
| индуктивность | генри | H | кг * м 2 / (с 2 * A 2 ) = Wb / A | |||
| температура | градус Цельсия | ° C | ° C 90 -273.15 | |||
| световой поток | люмен | лм | кд * ст радиоактивность | беккерель | Бк | 1 / с |
| поглощенная доза | серый | Гр | м 2 / с 2 или Дж / кг | эквивалентная доза Sv | м 2 / с 2 или Дж / кг | |
| каталитическая активность | katal | kat | моль / с |
Другие блоки
Хотя существует 22 определенных производных единицы, существует гораздо больше комбинаций, которые можно составить с семью базовыми единицами.Некоторые общие производные величины, которым не присвоены специальные имена и символы, включают площадь ( 2 м), объем ( 3 м), скорость (м / с), ускорение (м / с 2 , включая единицу ). g , используется для обозначения кратных ускорению свободного падения), волнового числа (1 / м) и плотности (кг / м 3 ).
Кроме того, в документах с единицами СИ часто используются единицы, которые сами по себе не являются единицами СИ. Общие единицы, не относящиеся к системе СИ, принятые для использования с единицами СИ, включают единицы времени (минута = 60 с, мин; час = 3600 с, час или час; день = 86 400 с, сутки), объем (литр = 10 -3). м 3 , символ которого является исключением из правила использования заглавных букв: L, а не l) и давления (бар = 10 5 Па, бар).
Мы надеемся, что сегодняшний совет предоставит разъяснения о том, как использовать правильные сокращения для единиц СИ в вашем письме. Если у вас есть вопросы, напишите нам по адресу [адрес электронной почты защищен]. Спасибо за чтение!
Поделитесь с коллегами
1.3 Язык физики: физические величины и единицы
Точность, прецизионность и значащие числа
Наука основана на экспериментах, требующих точных измерений. Достоверность измерения можно описать с точки зрения его точности и прецизионности (см. Рисунок 1.19 и рисунок 1.20). Точность — это насколько измерение близко к правильному значению для этого измерения. Например, предположим, что вы измеряете длину стандартного листа бумаги для принтера. На упаковке, в которой вы приобрели бумагу, указано, что она имеет длину 11 дюймов, и предположим, что указанное значение верное. Вы трижды измеряете длину бумаги и получаете следующие размеры: 11,1 дюйма, 11,2 дюйма и 10,9 дюйма. Эти измерения довольно точны, потому что они очень близки к правильному значению 11.0 дюймов. Напротив, если бы вы получили размер в 12 дюймов, ваше измерение не было бы очень точным. Вот почему измерительные приборы калибруются на основе известного измерения. Если прибор постоянно возвращает правильное значение известного измерения, его можно безопасно использовать для поиска неизвестных значений.
Рис. 1.19. Механические весы с двумя чашами используются для сравнения различных масс. Обычно объект неизвестной массы помещается в одну чашу, а объекты известной массы — в другую.Когда стержень, соединяющий две посуды, расположен горизонтально, массы в обеих посудах равны. Известные массы обычно представляют собой металлические цилиндры стандартной массы, например 1 грамм, 10 грамм и 100 грамм. (Серж Мелки)
Рис. 1.20. В то время как механические весы могут считывать массу объекта только с точностью до десятых долей грамма, некоторые цифровые весы могут измерять массу объекта с точностью до ближайшей тысячной доли грамма. Как и в других измерительных приборах, точность шкалы ограничивается последними измеренными цифрами.Это сотые доли шкалы, изображенной здесь. (Splarka, Wikimedia Commons)
«Точность» указывает, насколько хорошо повторные измерения чего-либо дают одинаковые или похожие результаты. Следовательно, точность измерений означает, насколько близки друг к другу измерения, когда вы измеряете одно и то же несколько раз. Один из способов анализа точности измерений — определение диапазона или разницы между самым низким и самым высоким измеренными значениями. В случае размеров бумаги для принтера наименьшее значение было 10.9 дюймов, а максимальное значение было 11,2 дюйма. Таким образом, измеренные значения отклонялись друг от друга не более чем на 0,3 дюйма. Эти измерения были достаточно точными, потому что они варьировались всего на долю дюйма. Однако, если бы измеренные значения были 10,9 дюймов, 11,1 дюймов и 11,9 дюймов, тогда измерения не были бы очень точными, потому что есть много отклонений от одного измерения к другому.
Измерения в бумажном примере точны и точны, но в некоторых случаях измерения точны, но неточны, или они точны, но неточны.Давайте рассмотрим систему GPS, которая пытается определить местоположение ресторана в городе. Думайте о расположении ресторана как о самом центре мишени в яблочко. Затем представьте каждую попытку GPS определить местонахождение ресторана как черную точку в яблочко.
На рис. 1.21 вы можете видеть, что измерения GPS разнесены далеко друг от друга, но все они относительно близки к фактическому местоположению ресторана в центре цели. Это указывает на низкую точность измерительной системы с высокой точностью.Однако на рис. 1.22 измерения GPS сосредоточены довольно близко друг к другу, но они находятся далеко от целевого местоположения. Это указывает на высокую точность измерительной системы с низкой точностью. Наконец, на рис. 1.23 GPS является точным и точным, что позволяет определить местонахождение ресторана.
Рис. 1.21. Система GPS пытается определить местонахождение ресторана в центре мишени. Черные точки представляют каждую попытку определить местонахождение ресторана. Точки расположены довольно далеко друг от друга, что указывает на низкую точность, но каждая из них находится довольно близко к фактическому местоположению ресторана, что указывает на высокую точность.(Темное зло)
Рис. 1.22 На этом рисунке точки сосредоточены близко друг к другу, что указывает на высокую точность, но они довольно далеко от фактического местоположения ресторана, что указывает на низкую точность. (Темное зло)
Рис. 1.23 На этом рисунке точки сосредоточены близко друг к другу, что указывает на высокую точность, и они находятся недалеко от фактического местоположения ресторана, что указывает на высокую точность. (Темное зло)
Неопределенность
Точность и прецизионность измерительной системы определяют неопределенность ее измерений.Неопределенность — это способ описать, насколько ваше измеренное значение отклоняется от фактического значения, которое имеет объект. Если ваши измерения не очень точны или точны, то неопределенность ваших значений будет очень высокой. В более общем плане неопределенность можно рассматривать как отказ от ответственности за ваши измеренные значения. Например, если кто-то попросил вас указать пробег вашего автомобиля, вы можете сказать, что это 45 000 миль, плюс-минус 500 миль. Сумма плюс или минус — это неопределенность в вашей стоимости.То есть вы указываете, что фактический пробег вашего автомобиля может составлять от 44 500 миль до 45 500 миль или где-то между ними. Все измерения содержат некоторую неопределенность. В нашем примере измерения длины бумаги мы можем сказать, что длина бумаги составляет 11 дюймов плюс-минус 0,2 дюйма или 11,0 ± 0,2 дюйма. Неопределенность измерения, A , часто обозначается как δA («дельта A »),
.
Факторы, способствующие неопределенности измерения, включают следующее:
- Ограничения измерительного прибора
- Навык человека, производящего измерение
- Неровности в измеряемом объекте
- Любые другие факторы, влияющие на результат (в значительной степени зависящие от ситуации)
В примере с бумагой для принтера неточность может быть вызвана: тем фактом, что наименьшее деление на линейке равно 0.1 дюйм, человек, использующий линейку, имеет плохое зрение или неуверенность, вызванную бумагорезательной машиной (например, одна сторона бумаги немного длиннее другой). Хорошей практикой является тщательное рассмотрение всех возможных источников неопределенности в измерение и уменьшение или устранение их,
процент погрешности
Один из методов выражения неопределенности — это процент от измеренного значения. Если измерение A выражается с неопределенностью δ A , неопределенность в процентах составляет
.
1.2% неопределенность = δAA × 100%.% Неопределенность = δAA × 100%.
Рабочий пример
Расчет процентной погрешности: мешок яблок
В продуктовом магазине продаются 5-фунтовые пакеты с яблоками. Вы покупаете четыре пакета в течение месяца и каждый раз взвешиваете яблоки. Вы получите следующие размеры:
- Неделя 1 Вес: 4,8 фунта 4,8 фунта
- Вес 2 недели: 5,3 фунта 5,3 фунта
- Неделя 3 Вес: 4,9 фунта 4,9 фунта
- 4 неделя вес: 5.4 фунта 5,4 фунта
Вы определили, что вес 5-фунтового мешка имеет погрешность ± 0,4 фунта. Какова погрешность в процентах от веса мешка?
Стратегия
Во-первых, обратите внимание, что ожидаемое значение веса мешка AA составляет 5 фунтов. Неопределенность этого значения, δAδA, составляет 0,4 фунта. Мы можем использовать следующее уравнение для определения процентной погрешности веса
.
% Неопределенности = δAA × 100%.% Неопределенности = δAA × 100%.
Решение
Подставьте известные значения в уравнение
% Неопределенности = 0.4 фунта5 фунтов × 100% = 8%.% Погрешности = 0,4 фунта5 фунтов × 100% = 8%.
Обсуждение
Мы можем сделать вывод, что вес мешка с яблоками составляет 5 фунтов ± 8 процентов. Подумайте, как изменился бы этот процент неопределенности, если бы мешок с яблоками был вдвое тяжелее, но неопределенность в весе осталась бы прежней. Совет для будущих расчетов: при вычислении процентной погрешности всегда помните, что вы должны умножить дробь на 100 процентов. Если вы этого не сделаете, у вас будет десятичное количество, а не процентное значение.
Неопределенность в расчетах
Есть неопределенность во всех вычислениях на основе измеренных величин. Например, площадь пола, рассчитанная на основе измерений его длины и ширины, имеет неопределенность, потому что и длина, и ширина имеют неопределенности. Насколько велика неопределенность в том, что вы вычисляете умножением или делением? Если измерения в расчетах имеют небольшую погрешность (несколько процентов или меньше), то можно использовать метод сложения процентов.В этом методе говорится, что процент неопределенности в величине, вычисленной путем умножения или деления, представляет собой сумму процентных погрешностей в элементах, использованных для выполнения расчета. Например, если пол имеет длину 4,00 м и ширину 3,00 м с погрешностями 2 процента и 1 процент соответственно, то площадь пола составляет 12,0 м 2 и имеет погрешность 3 процента ( выраженная как площадь, это 0,36 м ( 2 ), которую мы округляем до 0,4 м ( 2 , поскольку площадь пола дается с точностью до одной десятой квадратного метра).
Для быстрой демонстрации точности, прецизионности и неопределенности измерений, основанных на единицах измерения, попробуйте это моделирование. У вас будет возможность измерить длину и вес стола, используя единицы измерения в миллиметрах и сантиметрах. Как вы думаете, что обеспечит большую точность, точность и неопределенность при измерении стола и блокнота в моделировании? Подумайте, как природа гипотезы или вопроса исследования может повлиять на точность измерительного инструмента, необходимого для сбора данных.
Прецизионность измерительных инструментов и значимых фигур
Важным фактором точности измерений является точность измерительного инструмента. В общем, точный измерительный инструмент — это инструмент, который может измерять значения с очень маленькими приращениями. Например, рассмотрите возможность измерения толщины монеты. Стандартная линейка может измерять толщину с точностью до миллиметра, а микрометр может измерять толщину с точностью до 0,005 миллиметра. Микрометр — более точный измерительный инструмент, потому что он может измерять очень небольшие различия в толщине.Чем точнее измерительный инструмент, тем точнее и точнее могут быть измерения.
Когда мы выражаем измеренные значения, мы можем перечислить только столько цифр, сколько мы первоначально измерили с помощью нашего измерительного инструмента (например, линейки, показанные на рисунке 1.24). Например, если вы используете стандартную линейку для измерения длины палки, вы можете измерить ее дециметровой линейкой как 3,6 см. Вы не можете выразить это значение как 3,65 см, потому что ваш измерительный инструмент не был достаточно точным, чтобы измерить сотую долю сантиметра.Следует отметить, что последняя цифра в измеренном значении была определена каким-то образом лицом, выполняющим измерение. Например, человек, измеряющий длину палки линейкой, замечает, что длина палки находится где-то между 36 и 37 мм. Он или она должны оценить значение последней цифры. Правило состоит в том, что последняя цифра, записанная в измерении, является первой цифрой с некоторой погрешностью. Например, последнее измеренное значение 36,5 мм состоит из трех цифр или трех значащих цифр.Количество значащих цифр в измерении указывает на точность измерительного инструмента. Чем точнее инструмент измерения, тем большее количество значащих цифр он может сообщить.
Рисунок 1.24 Показаны три метрические линейки. Первая линейка измеряется в дециметрах и может измерять до трех дециметров. Вторая линейка имеет длину в сантиметрах и может измерять три целых шесть десятых сантиметра. Последняя линейка в миллиметрах и может измерять тридцать шесть целых пять десятых миллиметра.
Нули
Особое внимание уделяется нулям при подсчете значащих цифр.Например, нули в 0,053 не имеют значения, потому что они всего лишь заполнители, устанавливающие десятичную точку. В 0,053 есть две значащие цифры — 5 и 3. Однако, если ноль встречается между другими значащими цифрами, нули имеют значение. Например, оба нуля в 10.053 значимы, поскольку эти нули были фактически измерены. Таким образом, заполнитель 10.053 содержит пять значащих цифр. Нули в 1300 могут иметь значение, а могут и не иметь значения, в зависимости от стиля написания чисел.Они могут означать, что число известно до последнего нуля, или нули могут быть заполнителями. Итак, 1300 может иметь две, три или четыре значащих цифры. Чтобы избежать этой двусмысленности, запишите 1300 в экспоненциальном формате как 1,3 × 10 3 . Только значащие цифры приведены в множителе x для числа в экспоненциальном представлении (в форме x × 10yx × 10y). Следовательно, мы знаем, что 1 и 3 — единственные значащие цифры в этом числе. Таким образом, нули имеют значение, кроме случаев, когда они служат только в качестве заполнителей.В таблице 1.4 приведены примеры количества значащих цифр в различных числах.
| Номер | Значимые цифры | Обоснование |
|---|---|---|
| 1,657 | 4 | Нет нулей, и все ненулевые числа всегда значимы. |
| 0,4578 | 4 | Первый ноль — это только местозаполнитель для десятичной точки. |
| 0,000458 | 3 | Первые четыре нуля — это заполнители, необходимые для представления данных с точностью до десятитысячных. |
| 2000,56 | 6 | Три нуля здесь значимы, потому что они встречаются между другими значащими цифрами. |
| 45 600 | 3 | Без подчеркивания или научного обозначения мы предполагаем, что последние два нуля являются заполнителями и не имеют значения. |
| 15895 00 0 | 7 | Два подчеркнутых нуля значимы, а последний ноль — нет, так как он не подчеркнут. |
| 5,457 × 10 13 | 4 | В экспоненциальном представлении все числа перед знаком умножения являются значащими |
| 6.520 × 10 –23 | 4 | В экспоненциальном представлении все числа перед знаком умножения значимы, включая нули. |
Значимые цифры в расчетах
При объединении измерений с разной степенью точности и точности количество значащих цифр в окончательном ответе не может быть больше количества значащих цифр в наименее точном измеренном значении. Существует два разных правила: одно для умножения и деления, а другое — для сложения и вычитания, как описано ниже.
Для умножения и деления: Ответ должен иметь такое же количество значащих цифр, что и начальное значение с наименьшим количеством значащих цифр.Например, площадь круга можно вычислить по его радиусу, используя A = πr2A = πr2. Посмотрим, сколько значащих цифр будет у площади, если в радиусе всего две значащие цифры, например, r = 2,0 м. Тогда, используя калькулятор, который хранит восемь значащих цифр, вы получите
.
A = πr2 = (3,1415927 …) × (2,0 м) 2 = 4,5238934 м2. A = πr2 = (3,1415927 …) × (2,0 м) 2 = 4,5238934 м2.
Но поскольку радиус состоит только из двух значащих цифр, вычисленная площадь имеет значение только до двух значащих цифр или
.
, даже если значение ππ имеет значение не менее восьми цифр.
Для сложения и вычитания : ответ должен иметь такие же числовые разряды (например, разряды десятков, разряда единиц, разряды десятков и т. Д.), Что и наименее точное начальное значение. Предположим, вы купили в продуктовом магазине 7,56 кг картофеля, измеренного по шкале с точностью 0,01 кг. Затем вы кладете в лабораторию 6,052 кг картофеля, измеренного по шкале с точностью до 0,001 кг. Наконец, вы идете домой и добавляете 13,7 кг картофеля, измеренное на весах с точностью до 0.1 кг. Сколько у вас сейчас килограммов картошки и сколько значащих цифр уместно в ответе? Масса находится простым сложением и вычитанием:
7,56 кг − 6,052 кг + 13,7 кг_ 15,208 кг 7,56 кг − 6,052 кг + 13,7 кг_ 15,208 кг
Наименьшее измерение — 13,7 кг. Это измерение выражается с точностью до 0,1 десятичного разряда, поэтому наш окончательный ответ также должен быть выражен с точностью до 0,1. Таким образом, ответ следует округлить до десятых, получая 15,2 кг. То же самое и с недесятичными числами.Например,
6527,23 + 2 = 6528,23 = 6528,6527,23 + 2 = 6528,23 = 6528.
Мы не можем указать десятичные разряды в ответе, потому что 2 не имеет значимых десятичных знаков. Следовательно, мы можем отчитаться только до одного места.
Рекомендуется оставлять лишние значащие цифры при вычислении и округлять до правильного числа значащих цифр только в окончательных ответах. Причина в том, что небольшие ошибки из-за округления при вычислении иногда могут привести к значительным ошибкам в окончательном ответе.В качестве примера попробуйте вычислить 5,098– (5.000) × (1010) 5,098– (5.000) × (1010), чтобы получить окончательный ответ только на две значащие цифры. Учет всего значимого во время расчета дает 48. Округление до двух значащих цифр в середине расчета изменяет его до 5 100 — (5.000) × (1000) = 100, 5 100 — (5.000) × (1000) = 100, что является способом выключенный. Точно так же вы бы избегали округления в середине вычислений при подсчете и ведении бухгалтерского учета, когда нужно аккуратно сложить и вычесть много маленьких чисел, чтобы получить, возможно, гораздо большие окончательные числа.
Значимые цифры в этом тексте
В этом учебнике предполагается, что большинство чисел состоит из трех значащих цифр. Кроме того, во всех проработанных примерах используется постоянное количество значащих цифр. Вы заметите, что ответ, данный для трех цифр, основан на вводе как минимум трех цифр. Если на входе меньше значащих цифр, ответ также будет иметь меньше значащих цифр. Также уделяется внимание тому, чтобы количество значащих цифр соответствовало создаваемой ситуации.В некоторых темах, таких как оптика, будет использоваться более трех значащих цифр. Наконец, если число является точным, например 2 в формуле, c = 2πrc = 2πr, оно не влияет на количество значащих цифр в вычислении.
Рабочий пример
Приблизительные огромные числа: триллион долларов
Федеральный дефицит США в 2008 финансовом году был немногим больше 10 триллионов долларов. Большинство из нас не имеют представления о том, сколько на самом деле стоит даже один триллион.Предположим, вам дали триллион долларов банкнотами по 100 долларов. Если вы сделали стопки по 100 купюр, как показано на рис. 1.25, и использовали их для равномерного покрытия футбольного поля (между концевыми зонами), сделайте приблизительное представление о том, насколько высокой станет стопка денег. (Здесь мы будем использовать футы / дюймы, а не метры, потому что футбольные поля измеряются в ярдах.) Один из ваших друзей говорит, что 3 дюйма, а другой говорит, что 10 футов. Как вы думаете?
Рис. 1.25. Банковская стопка содержит сто банкнот по 100 долларов и стоит 10 000 долларов.Сколько банковских стеков составляет триллион долларов? (Эндрю Мэджилл)
Стратегия
Когда вы представляете себе ситуацию, вы, вероятно, представляете себе тысячи маленьких стопок по 100 завернутых банкнот по 100 долларов, которые вы могли бы увидеть в фильмах или в банке. Поскольку это величина, которую легко оценить, давайте начнем с нее. Мы можем найти объем стопки из 100 купюр, узнать, сколько стопок составляют один триллион долларов, а затем установить этот объем равным площади футбольного поля, умноженной на неизвестную высоту.
Решение
- Рассчитайте объем стопки из 100 купюр. Размеры одной банкноты составляют примерно 3 на 6 дюймов. Пачка из 100 таких банкнот имеет толщину примерно 0,5 дюйма. Таким образом, общий объем стопки из 100 купюр равен
объем стопки = длина × ширина × высота, объем стопки = 6 дюймов × 3 дюйма × 0,5 дюйма, объем стопки = 9 дюймов. 3. объем стопки = длина × ширина × высота, объем стопки = 6 дюйма × 3 дюйма × 0,5 дюйма, объем стопки = 9 дюймов 3. Подсчитайте количество стопок.Обратите внимание, что триллион долларов равен 1 × 1012 $ 1 × 1012, а стопка из ста 100-долларовых банкнот равна 10000, 10000 долларов или 1 × 104 доллара 1 × 104. Количество стопок у вас будет
.
1,3 $ 1 × 1012 (триллион долларов) / 1 × 104 доллара на стек = 1 × 108 стеков. 1 доллар × 1012 (триллион долларов) / 1 × 104 доллара на стек = 1 × 108 стеков.
Вычислите площадь футбольного поля в квадратных дюймах. Площадь футбольного поля составляет 100 ярдов × 50 ярдов 100 ярдов × 50 ярдов, что дает 5 000 ярдов 25 000 ярдов2.Поскольку мы работаем в дюймах, нам нужно преобразовать квадратные ярды в квадратные дюймы
.
Площадь = 5000 ярдов2 × 3 фут1 ярд × 3 фут1 ярд × 12 дюймов 1 фут × 12 дюймов 1 фут = 6 480000 дюймов 2, Площадь ≈6 × 106 дюймов 2 Площадь = 5000 ярдов2 × 3 фут1 ярд × 3 фут1 ярд × 12 дюймов 0,1 фут × 12 дюймов 1 фут = 6 480 000 дюймов 2, Площадь ≈6 × 106 дюймов 2.
Это преобразование дает нам 6 × 106 дюймов 26 × 106 дюймов 2 для площади поля. (Обратите внимание, что в этих расчетах мы используем только одну значащую цифру.)
- Рассчитайте общий объем купюр.Объем всех стопок банкнот по 100 долларов составляет 9 дюймов 3 / стопку × 108 стопок = 9 × 108 дюймов 39 дюймов / стопку × 108 стопок = 9 × 108 дюймов 3
- Рассчитайте высоту. Чтобы определить высоту купюр, используйте следующее уравнение
объем купюр = площадь поля × высота денег Высота денег = объем купюр площадь поля Высота денег = 9 × 108 дюймов 36 × 106 дюймов 2 = 1,33 × 102 дюймов Высота денег = 1 × 102 дюйма = 100 дюймы объем купюр = площадь поля × высота денег Высота денег = объем купюр площадь поля Высота денег = 9 × 108 дюймов36 × 106 дюймов 2 = 1,33 × 102 дюйма Высота монеты = 1 × 102 дюйма = 100 дюймовВысота денег будет около 100 дюймов. Преобразование этого значения в футы дает
.
100 дюймов × 1 фут 12 дюймов = 8,33 футов ≈ 8 футов 100 дюймов × 1 фут 12 дюймов = 8,33 футов ≈ 8 футов
Обсуждение
Окончательное приблизительное значение намного выше, чем ранняя оценка в 3 дюйма, но другая ранняя оценка в 10 футов (120 дюймов) была примерно правильной. Как это приближение соответствует вашему первому предположению? Что это упражнение может сказать вам с точки зрения приблизительных оценок , и тщательно рассчитанных приближений?
В приведенном выше примере окончательное приблизительное значение намного выше, чем ранняя оценка первого друга в 3 дюйма.Однако ранняя оценка другого друга в 10 футов (120 дюймов) была примерно верной. Как это приближение соответствует вашему первому предположению? Что это упражнение может предложить относительно значения приблизительных оценок по сравнению с тщательно рассчитанными приближениями?
Energy and Power Units: основы
[pagebreak: Energy and Power Units: The Basics]
Если вы изучаете зеленые технологии, особенно возобновляемые источники энергии, вы не можете не столкнуться с такими утверждениями:
- 26-ваттная КЛЛ производит свет, эквивалентный Лампа накаливания мощностью 100 ватт.
- Энергетическая ценность галлона этанола варьируется от 75 700 БТЕ до 84 000 БТЕ.
- Toyota Prius Hybrid Synergy Drive включает в себя 67-сильный электродвигатель.
Но что такое ватты, БТЕ и лошадиные силы? Что они измеряют и как они относятся к возобновляемой энергии? Например, сколько ватт вырабатывает ветряная турбина и сколько домов будет на эту мощность? Сколько БТЕ требуется для обогрева среднего дома и сколько для этого требуется природного газа?
Прежде чем вы сможете ответить на такие вопросы, вы должны овладеть некоторыми основными понятиями и словарным запасом:
- Что такое энергия и мощность и как они соотносятся друг с другом?
- Какие стандартные единицы энергии и мощности используют ученые?
- Какие традиционные единицы измерения используются в промышленности и как они соотносятся со стандартными единицами измерения?
- Как различные блоки применимы к таким приложениям, как освещение, отопление и транспорт?
Этот отчет представляет собой краткий обзор энергии, мощности и единиц, используемых для их измерения.Но не волнуйтесь; это не физика в старших классах снова и снова. Это больше похоже на курс Берлитца по энергетической речи — достаточно, чтобы вы могли прочитать меню и, возможно, подслушать местных жителей.
Вот список содержания:
— Боб Беллман — внештатный писатель по технологиям и консультант по маркетингу.
[pagebreak: SI: Международная система единиц]
На протяжении веков ученые шли разными путями, исследуя энергию и мощь. Таким образом, каждый вид энергии — электрическая, механическая, химическая, тепловая и ядерная — приобрел свою собственную систему измерения, и каждая отрасль, связанная с энергетикой, разработала свою собственную терминологию.Автосалоны говорят о лошадиных силах. Подрядчики HVAC устанавливают тонны и БТЕ. Электроэнергетика поставляет киловатт-часы. Ученые относятся к ньютонам и джоулям.
В 1960 году Международная система единиц (СИ) была получена из метрической системы, чтобы обеспечить стандартный словарь для всего физического. СИ построена на семи основных единицах (см. Таблицу 1), из которых могут быть выведены все другие физические величины. В таблице 2 перечислены некоторые стандартные производные единицы. Например, ньютон (производная единица силы) определяется как один килограмм (базовая единица массы), ускоренный со скоростью один метр (базовая единица длины) в секунду (базовая единица времени) в квадрате.В таблице 3 перечислены некоторые стандартные префиксы, используемые для обозначения кратных и дробных единиц. Например, мегаватт (МВт) равен миллиону (10 6 ) ватт; Милливатт (мВт) составляет одну тысячную (10 -3 ) ватта.
Отрасли, связанные с энергетикой, начинают использовать терминологию СИ, но традиционные термины по-прежнему доминируют. Многие автомобильные компании теперь указывают мощность двигателя в киловаттах, но в скобках после номинальной мощности: 187 л.с. (140 кВт). Начиная с краткого руководства по энергии, мощности и силе, в следующих нескольких разделах рассматриваются единицы, наиболее часто используемые в приложениях возобновляемой энергии.
Таблица 1: Базовые единицы СИ
Таблица 2: Некоторые производные единицы СИ
Таблица 3: Некоторые множители СИ
[разрыв страницы: Энергия 101: Джоули, Ватты и Ньютоны]
Проще говоря, энергия — это емкость для выполнения работы ( W ) — все, от запуска автомобиля до обогрева дома и освещения комнаты. Многие формы работы предполагают преобразование энергии. Лампочка преобразует электрическую энергию в тепловую и световую. Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию в тепловую и механическую.Динамо-машина превращает механическую энергию в тепловую и электрическую.
Решения в области возобновляемых источников энергии используют источники энергии, которые не будут исчерпаны этими преобразованиями, и сокращают потребление энергии, делая преобразования более эффективными. Фотоэлектрические (PV) панели вырабатывают электричество из солнечного света вместо сжигания невозобновляемых ископаемых видов топлива. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) потребляют меньше энергии, чем лампы накаливания, поскольку они преобразуют больше электричества в свет и меньше — в тепло.
Поскольку энергия и работа — две стороны одной медали, они измеряются в одних и тех же единицах. Единица измерения энергии / работы в системе СИ — джоулей и (Дж), названная в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля (1818 — 1889). Джоуль открыл связь между теплотой и механической работой, что привело к развитию законов термодинамики.
Один джоуль равен работе, совершаемой силой в один ньютон, перемещающей объект на один метр (Дж = Н · м). Это примерно столько энергии, сколько требуется, чтобы поднять небольшое яблоко на один метр против силы тяжести Земли.Один джоуль также равен энергии, необходимой для перемещения электрического заряда в один кулон через разность электрических потенциалов в один вольт (J = C · V).
Мощность (P) — это скорость передачи или преобразования энергии. Таким образом, мощность равна работе, разделенной на время (P = Вт / т). Единица мощности в системе СИ — ватт и (Вт) в честь шотландского изобретателя Джеймса Ватта (1736-1819). Усовершенствования Ватта в паровой машине помогли запустить промышленную революцию. По иронии судьбы, сам Ватт ввел термин «лошадиные силы», чтобы охарактеризовать преимущества своего парового двигателя.
Один ватт равен одному джоулю в секунду (Вт = Дж / с). Человек, поднимающийся по лестнице, работает с мощностью около 200 Вт. В электрических приложениях один ватт равен одному вольту, умноженному на один ампер (Вт = В · А). Лампы накаливания используют электрическую энергию от 40 до 150 Вт.
Force редко упоминается в разговорах о возобновляемых источниках энергии, за исключением ненаучного смысла: «Высокая цена на бензин заставляет меня ходить на работу пешком». Тем не менее сила — важное понятие. Физики выделили четыре фундаментальных силы или взаимодействия: электромагнитная сила действует между электрическими зарядами, гравитационная сила действует между массами, а сильные и слабые силы удерживают вместе атомные ядра.Толчок и притяжение этих сил проявляются как энергия. Например, электромагнитная сила тянет электроны через проводник, создавая электрический ток. Гравитация тянет воду через турбины на гидроэлектростанции.
Единица силы в системе СИ — ньютон (Н) в честь английского физика сэра Исаака Ньютона (1643 — 1727). Многие считают, что Ньютон как личность оказал наибольшее влияние на историю науки, опередив даже Альберта Эйнштейна. Единица измерения Ньютон — это сила, которая ускоряет массу в один килограмм со скоростью один метр в секунду в квадрате (N = кг · м / с 2 ).Сила земного притяжения на человека весом 70 кг (154 фунта) составляет около 686 ньютонов.
[pagebreak: Механическая энергия: фут-фунты и лошадиные силы]
Из всех форм энергии механическую энергию, вероятно, легче всего понять — просто попробуйте поднять тяжелый чемодан. Таким образом, традиционной единицей механической энергии является фут-фунт (фут-фунт), количество работы, необходимое для перемещения объекта весом один фунт на расстояние в один фут. Один фут-фунт равен примерно 1,36 Дж. Метрическая аналогия фут-фунта — ньютон-метр (Н · м).Один ньютон-метр равен одному джоуля.
Вероятно, наиболее знакомая единица механической мощности — лошадиных сил и (л.с.), задуманная Джеймсом Ваттом в 1782 году, чтобы выставить свой паровой двигатель среди конкурентов. Ватт определил, что «идеальная» шахтная пони может поднять 33000-фунтовое ведро угля на один фут за одну минуту, и соответственно определил механическую мощность в лошадиных силах.
Хотя 33000 фут-фунт / мин звучит много, мощность в лошадиных силах — относительно небольшая единица, равная примерно 746 Вт. Тостер-печь потребляет около 1000 Вт (1.3 л.с.), а на мощной газонокосилке для вращения лезвия требуется не менее 5 л.с. Четырехцилиндровый двигатель седана Honda Accord 2007 года выпуска развивает 166 л.с. 12-цилиндровый двигатель нового Rolls-Royce Phantom выдает 453 л.с.
Greentech-компании решают проблемы механической энергии по нескольким направлениям. Биотопливо, гибридные бензиновые / электрические двигатели, подключаемые гибриды и другие технологии сокращают количество парниковых газов, образующихся при создании механической энергии. Они также помогают отучить автомобили и другую технику от ископаемого топлива.В гибридном двигателе Toyota Prius используется меньше бензина, чем в обычном двигателе, поскольку его мощность внутреннего сгорания составляет всего 76 л.с.
Исследования материалов еще больше снижают затраты на механическую энергию. Помните, работа равна весу, умноженному на расстояние. До 50 процентов Boeing 787 Dreamliner сделано из легких композитных материалов. Это, наряду с повышенным КПД двигателя, позволяет 787 использовать на 20 процентов меньше топлива, чем другие самолеты аналогичного размера.
[pagebreak: Электрическая энергия: вольты, амперы и киловатты]
Электрическая энергия менее интуитивна, чем механическая энергия, потому что она действует незаметно.Ближайшим аналогом подъема тяжелого чемодана является сила, которую вы чувствуете, когда играете с магнитами.
Электрическая энергия основана на притяжении и отталкивании заряженных частиц, т. Е. На электромагнитной силе. Сила зарядов и расстояние между частицами вместе создают разность электрических потенциалов или напряжение. В электрических приложениях напряжение тянет электроны через проводник, чтобы создать ток, в отличие от силы тяжести, тянущей молекулы воды по трубе.
Стандартная единица электрического заряда — кулонов (Кл). Шарль-Огюстен де Кулон (1736–1806) был французским физиком, открывшим связь между электрическими зарядами, расстоянием и силой. Кулон — это количество заряда, переносимое током в один ампер за одну секунду (C = A · s), и это удивительно большая единица. Сила отталкивания между двумя зарядами +1 кулон, находящимися на расстоянии одного метра друг от друга, составляет 9 x 10 9 Н, или более миллиона тонн! Таким образом, заряд чаще всего измеряется в микро- или нанокулонах.
Стандартная единица электрического потенциала — вольт (В), в честь графа Алессандро Вольта (1745 — 1827), известного разработкой электрической батареи. Вольт эквивалентен одному джоулю энергии на кулон заряда (V = Дж / Кл). Бытовая электрическая сеть в США обычно составляет 110 В, хотя 220 В может использоваться для тяжелой бытовой техники. Обычный аккумулятор фонарика выдает 1,5 В, а мощность молнии может составлять около 100 МВ. Линии дальней связи работают от 110 до 1200 кВ.
Стандартная единица измерения электрического тока — ампер, (А) или ампер. Французский физик Андре-Мари Ампер (1775–1836) был одним из главных первооткрывателей электромагнетизма. Один ампер равен перемещению одного кулона заряда в секунду (A = C / s). Большинство бытовых цепей потребляют менее 15 А.
Большая часть электроэнергии вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива. Фотоэлектрические, ветряные турбины и другие технологии предлагают экологически чистые возобновляемые альтернативы, но им предстоит пройти долгий путь, чтобы заменить существующие генерирующие установки.В 2006 году электростанции, работающие на ископаемом топливе, в США произвели 2874 миллиарда кВтч, а атомные станции — 787 миллиардов кВтч. Все вместе взятые возобновляемые источники энергии произвели 385 миллиардов киловатт-часов, что составляет менее 10 процентов от общего производства в США.
Отчасти проблема заключается в масштабе. Крупная установка, работающая на нефти, газе или угле, вырабатывает от 2 до 3 ГВт на полную мощность. Большинство концентрирующих солнечных установок вырабатывают десятки мегаватт, в то время как современная ветряная турбина вырабатывает около 3 МВт. Предлагаемому проекту Кейп-Уинд необходимо 130 турбин, чтобы обеспечить всего три четверти электроэнергии Кейп-Код.Типичная домашняя фотоэлектрическая система, подключенная к электросети, вырабатывает менее 6 кВт.
С другой стороны, доступно множество возобновляемых источников энергии, если мы только сможем понять, как их использовать. Количество энергии солнечного света, падающего на один квадратный метр поверхности Земли, составляет примерно один кВт в секунду или 3600 кВт в час. Холодильники и тостеры потребляют от 1,0 до 1,5 кВт каждая. Лампы накаливания потребляют от 40 до 150 Вт, а КЛЛ излучают такое же количество света мощностью от 10 до 40 Вт.S. home потребляет около 1000 кВт / ч в месяц, малая часть солнечной энергии, которая попадает на его крышу.
[pagebreak: Тепловая энергия: БТЕ, калории и тонны]
Тепловая энергия — это содержание энергии в системе, связанное с повышением или понижением температуры объекта. Тепло — это поток тепловой энергии между двумя объектами, вызванный разницей в температуре. Возьмите чашку горячего кофе в холодный день, и вы ощутите действие тепловой энергии.
Британская тепловая единица (БТЕ или БТЕ) обычно используется для описания содержания энергии в топливе и мощности систем отопления и охлаждения.Одна БТЕ — это количество энергии, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус Фаренгейта. Существует несколько различных определений BTU, основанных на начальной температуре воды, но в целом одна BTU равна примерно 1055 Дж, примерно 780 фут-фунтам и примерно 0,3 ватт-часам.
При сгорании химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию или тепло. Выход топочного мазута № 2 составляет около 138 000 БТЕ на галлон. Сжигание фунта угля дает около 15 000 БТЕ; сжигание кубического фута природного газа, около 1000 БТЕ.Для обогрева дома площадью 2 000 квадратных футов в Новой Англии требуется примерно 95 000 БТЕ / ч.
Одной из проблем, с которыми сталкиваются сторонники биотоплива, является более низкое энергосодержание этанола по сравнению с бензином. Галлон бензина содержит около 115 000 БТЕ, а галлон этанола — около 80 000 БТЕ. Таким образом, при сжигании этанола образуется меньше механической энергии, чем при сжигании бензина, и автомобили проезжают меньше миль на галлон. С топливом E10 (10 процентов этанола, 90 процентов бензина) сокращение пробега незначительно.С E85 (85 процентов этанола, 15 процентов бензина) водители видят сокращение пробега как минимум на 15 процентов. Некоторые автопроизводители устанавливают топливные баки большего размера, так что ассортимент их автомобилей с гибким топливом аналогичен бензиновым.
К другим единицам тепловой энергии относятся калорийность, терм и квадратик. small или грамм калорий (cal) — это количество энергии, необходимое для повышения температуры одного грамма воды на один градус Цельсия. большой или килограмм калорий (ккал) — это энергия, необходимая для повышения температуры одного килограмма воды на 1 ° C.Как и BTU, калорийность имеет разные значения в зависимости от начальной температуры воды. В среднем одна кал составляет около 4,18 Дж, а одна ккал — около 4,18 кДж или почти 4 БТЕ. Пищевые калории основаны на килограммах калорий.
therm (thm) равняется 100 000 БТЕ и приблизительно равно количеству энергии, выделяемой при сжигании 100 кубических футов природного газа.
Квадроцикл равен квадриллиону (1015) БТЕ и используется при обсуждении энергетического бюджета целых стран.В 1950 году США потребили 34,6 квадрата энергии. К 1970 году общее потребление выросло до 67,8 квадрата; к 1990 г. — 84,7 четверных; а к 2006 г. — 99,9 четверных. Количество возобновляемых источников энергии — гидроэнергии и биомассы — в 1950 году составляло 8,6 процента. К 2006 году потребление возобновляемых источников энергии — гидроэнергии, биомассы, геотермальной, солнечной и ветровой энергии — упало до 6,9 процента от общего объема.
Тепловая мощность измеряется в БТЕ в час (БТЕ / ч), часто сокращенно просто БТЕ. Большинство номинальных значений нагрева и охлаждения в БТЕ — действительно БТЕ / ч.Один ватт равен примерно 3,41 БТЕ / ч. Одна лошадиная сила составляет более 2500 БТЕ / ч.
Мощность охлаждения часто оценивается в тонн . Одна тонна охлаждения — это количество энергии, необходимое для растопления одной тонны льда за 24 часа и равное 12000 БТЕ / ч. Типичная домашняя центральная система кондиционирования воздуха рассчитана на мощность от 4 до 5 тонн (от 48 000 до 60 000 БТЕ / ч). Комнатные кондиционеры работают от 5000 до 15000 БТЕ / ч.
Министерство энергетики США в настоящее время применяет стандарт сезонной энергоэффективности (SEER), равный 13, для новых центральных кондиционеров в жилых домах.SEER определяется как общая мощность охлаждения в БТЕ, деленная на общую потребляемую энергию в ватт-часах (SEER = БТЕ / Вт · ч). Повышая стандарт SEER с 10 до 13, Министерство энергетики ожидает, что США сэкономят 4,2 квадрата энергии в период с 2006 по 2030 год с параллельным сокращением выбросов парниковых газов.
[разрыв страницы: Сравнение единиц измерения и коэффициенты преобразования]
Из-за своего разнообразного наследия блоки энергии и мощности сильно различаются по размеру. На Рисунке 1 показаны энергетические единицы, а на Рисунке 2 — силовые агрегаты.Обратите внимание, что вертикальный масштаб на обоих графиках логарифмический; каждая горизонтальная линия представляет собой десятикратное увеличение по сравнению с линией ниже.
Рисунок 1: Сравнение единиц энергии
Рисунок 2: Сравнение единиц мощности
В таблицах 4 и 5 перечислены коэффициенты преобразования между выбранными единицами энергии и мощности.
