Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   Искать в Школе для электрика:
 
 

 

Справочник электрика / Электрические измерения

 

Физические величины и параметры, единицы измерения


Физические величины

Под  величинами подразумевают те характеристики явлений, которые определяют явления и процессы и могут существовать независимо от состояния среды и условий. К таким, например, относятся электрический заряд, напряженность поля, индукция, электрический ток и т. д. Среда и условия, в которых протекают явления, определяемые данными величинами, могут изменить эти величины в основном только количественно.

Физические параметры

Под параметрами подразумевают такие характеристики явлений, которые определяют свойства сред и веществ и влияют на соотношение между собственно величинами. Они не могут существовать самостоятельно и проявляются лишь в их действии на собственно величины.

К параметрам относятся, например, электрическая и магнитная постоянные, удельное электрическое сопротивление, коэрцитивная сила, остаточная индукция, параметры электрических цепей (сопротивление, проводимость, емкость, индуктивность на единицу длины или объема в данном устройстве) и др.

Приборы для электрических измерений

Значения физических параметров

Значения параметров обычно зависят от условий, в которых протекает данное явление (от температуры, давления, влажности и т. п.), но при постоянстве этих условий параметры сохраняют свои значения неизменными и поэтому называются также постоянными.

Количественные (числовые) выражения величин или параметров называются их значениями. Необходимо заметить, что обычно значения называют величинами, чего следует избегать. Например: показание вольтметра U - 5 В, следовательно, измеренное напряжение (величина) V имеет значение 5 В.

Единицы измерения

Изучение любого явления в физике не ограничивается только установлением качественных зависимостей между величинами, эти зависимости должны быть оценены количественно. Без знания количественных зависимостей нет действительного представления о данном явлении.

Количественно же величина может быть оценена только путем измерения ее, т. е. путем экспериментального сравнения заданной физической величины с одинаковой по физической природе величиной, принятой за единицу измерения.

Измерение может быть прямым или косвенным. При прямом измерении величину, значение которой необходимо определить, непосредственно сравнивают с единицей измерения. При косвенном измерении значения искомой величины находят вычислением по результатам прямых измерений других величин, связанных с данной определенным соотношением..

Электрические измерения в лаборатории

Установление единиц измерения крайне важно как для развития науки при исследованиях и установления физических законов, так и в практике для ведения технологических процессов, а также для контроля и учета.

Единицы измерения разных величин могут устанавливаться произвольно, без учета связи их с другими величинами, или с учетом таких связей. В первом случае при подстановке числовых значений в уравнение связи необходимо еще дополнительно учитывать эти связи. Во втором случае необходимость в последнем отпадает.

В каждой системе единиц различают основные и производные единицы. Основные единицы устанавливают произвольно, при этом обычно исходят из какого-либо характерного физического явления или свойства вещества или тела. Основные единицы должны быть независимы друг для друга и число их должно определяться необходимостью и достаточностью для образования всех производных единиц.

Так, например, число основных единиц, необходимых для описания электрических и магнитных явлений, равно четырем. В качестве основных единиц не обязательно принимать единицы измерения основных величин.

Важно лишь, чтобы число основных единиц измерения было равно числу основных величии, а также чтобы их можно было воспроизвести (в виде эталонов) с максимальной точностью.

Производными единицами называются единицы, установленные на основании закономерностей, связывающих величину, для которой устанавливается единица, с величинами, единицы которых установлены независимо.

Для получения производной единицы какой-либо величины записывают уравнение, выражающее связь этой величины с величинами, определяемыми основными единицами, и затем, приравняв коэффициент пропорциональности (если он в уравнении имеется) единице, заменяют величины единицами измерения и выражают их через основные единицы. Следовательно, размерность единиц совпадает с размерностью соответствующих величин.

Измерение электрического тока без разрыва цепи

Основные системы единиц в электротехнике

В физике до середины XX века были распространены две разработанные Гауссом абсолютные системы единиц - СГСЭ (сантиметр, грамм, секунда - электростатическая система) и СГСМ (сантиметр, грамм, секунда - магнитостатическая система), в которых основными величинами являются сантиметр, грамм, секунда и диэлектрическая или магнитная проницаемость пустоты.

Первая система единиц была выведена исходя из закона Кулона для взаимодействия электрических зарядов, вторая - исходя из такого же закона для взаимодействия магнитных масс. Значения одних и тех же величин, выраженные в единицах одной системы, крайне отличаются от таких же единиц в другой. Поэтому получила распространение также симметричная Гауссова система СГС, в которой электрические величины выражаются в системе СГСЭ, а магнитные - в системе СГСМ.

Единицы систем СГС оказались в большинстве случаев неудобными для практики (слишком большими или слишком малыми), что привело к созданию системы практических единиц, кратных единицам системы СГС (ампер, вольт, ом, фарада, кулон и т. д.). Они и были положены в основу получившей в свое время широкое распространение системы МКСА, исходными единицами которой являются метр, килограмм (масса), секунда и ампер.

Удобство этой системы единиц (получившей название абсолютной практической системы) заключается в том, что все ее единицы совпадают с практическими, благодаря чему в формулах связи между величинами, выраженными в этой системе единиц, исчезла необходимость во введении добавочных коэффициентов.

Электрические измерения при эксплуатации электрооборудования и систем электроснабжения

В настоящее время действует единая международная система единиц СИ (Система Интернациональная), которая была принята в 1960-м году. В основу которой положена система МКСА.

Система СИ отличается от МКСА тем, что к числу основных единиц первой добавлены еще единица термодинамической температуры - градус Кельвина, единица измерения количества вещества - моль и и единица силы света - кандела, что позволяет распространить эту систему не только на электрические, магнитные и механические явления, но и на другие области физики.

В системе СИ семь исходных единиц: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела. 

Для оценки величин, значительно превышающих по размерам данную единицу измерения, либо значительно меньше ее, применяются кратные и дольные значения единиц. Эти единицы получаются путем присоединения к наименованию основной единицы соответствующей приставки.

История становления системы СИ и сновные единицы этой системы приведены в этой статье: Система измерения СИ - история, назначение, роль в физике