 |
|
Измерение физических величин
В основе точных естественных наук лежат измерения. При измерениях значения величин выражаются в виде чисел, которые указывают во сколько раз измеренная величина больше или меньше другой величины, значение которой принято за единицу. Полученные в результате измерений числовые значения различных величин могут зависеть друг от друга.
Если измерение заключается в сравнении данной величины с другой, однородной величиной, принятой за единицу, то измерение в этом случае называетсяпрямым.
1. Прямые (непосредственные) измерения – это такие измерения, при которых мы получаем численное значение измеряемой величины либо прямым сравнением ее с мерой (эталоном), либо с помощью приборов, градуированных в единицах измеряемой величины.
Однако далеко не всегда такое сравнение производится непосредственно. В большинстве случаев измеряется не сама интересующая нас величина, а другие величины, связанные с нею теми или иными соотношениями и закономерностями. В этом случае для измерения необходимой величины приходится предварительно измерить несколько других величин, по значению которых вычислением определяется значение искомой величины. Такое измерение называется косвенным.
2. Косвенные измерения состоят из непосредственных измерений одной или нескольких величин, связанных с определяемой величиной количественной зависимостью, и вычисления по этим данным определяемой величины.
В измерениях всегда участвуют измерительные приборы, которые одной величине ставят в соответствие связанную с ней другую, доступную количественной оценке с помощью наших органов чувств. Например, силе тока ставится в соответствие угол отклонения стрелки на шкале с делениями. При этом должны выполняться два основных условия процесса измерения: однозначность и воспроизводимость результата. Эти два условия всегда выполняются только приблизительно. Поэтому процесс измерения содержит наряду с нахождением искомой величины и оценку неточности измерения.
Температура — скалярная физическая величина, характеризующая среднюю энергию частиц макроскопической системы, которая находится в состоянии термодинамического равновесия. В жидких и твердых телах молекулы колеблются вокруг фиксированных точек вещества. В то же время, в газах молекулы свободно перемещаются и сталкиваются друг с другом при движении. Для всех частей изолированной системы, находящейся в термодинамическом равновесии, температура будет одинаковой. Если изолированная система не находится в равновесии, то с течением времени переход энергии (теплопередача) от более нагретых частей системы к менее нагретым приведет к установлению в системе термодинамического равновесия, при котором все части этой системы будут иметь одинаковую температуру (нулевое начало термодинамики). Этот закон позволяет сконструировать термометр, точно измеряющий температуру среды, в которую он помещен.
В состав производных величин Международной системы единиц СИ входит температура Цельсия, измеряемая в градусах Цельсия (°C). На практике часто применяют градусы Цельсия из-за исторической привязки к важным характеристикам воды — температуре таяния льда (0 °C) и температуре кипения (100 °C). Это удобно, так как климатические процессы и большинство процессов в живой природе связаны с этим диапазоном. Градус Цельсия равен одному Кельвину.
На шкале Ранкина нуль соответствует температуре абсолютного нуля, точка замерзания воды соответствует 491,67°Ra, Число градусов между точками замерзания и кипения воды по шкале Фаренгейта и Ранкина одинаково и равно 180. Этим она отличается от абсолютной шкалы Кельвина, где 1 кельвин соответствует 1°С.
На шкале Фаренгейта точка таяния льда равна +32 °F, а точка кипения воды +212 °F (при нормальном атмосферном давлении). Один градус Фаренгейта равен 1/180 разности этих температур.
Температурная шкала Реомюра— устаревшая шкала для измерения температуры, в которой точки кипения и замерзания воды соответственно равны 80 и 0 градусам. В XVIII веке Шкала Реомюра была распространена в Европе, особенно во Франции, Германии и в России. К 1790 году, в связи с переходом на метрическую систему, Франция перешла и на шкалу Цельсия. В наше время шкала Реомюра используется только для измерения температуры молока при производстве сыра.