Физические величины

Основным объектом измерения в метрологии являются физические величины.

Физическая величина – одно из свойств физического объекта (явления, процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Физическая величина (краткая форма термина – «величина») применяется для описания материальных систем и объектов (явлений, процессов и т.п.), изучаемых в любых науках (физике, химии и др.). Как известно, существуют основные и производные величины. В качестве основных выбирают величины, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира. Механика базируется на трех основных величинах, теплотехника – на четырех, физика – на семи. ГОСТ 8.417 устанавливает семь основных физических величин – длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света, сила электрического тока, с помощью которых создается все разнообразие производных физических величин и обеспечивается описание любых свойств физических объектов и явлений.

Измеряемые величины имеют качественную и количественную характеристики. Формализованным отражением качественного различия измеряемых величин является их размерность. Согласно международному стандарту ИСО размерность обозначается символом dim, от латинского dimensim (размерность). Размерность основных физических величин – длины, массы и времени – обозначается соответствующими заглавными буквами: dim l – L; dim m – M; dim t – T.

Размерность производной физической величины выражается через размерность основных физических величин с помощью степенного одночлена:

dim X = L^a.M ^β.T^γ (1)

где L, M, T – размерности соответствующих основных физических величин; а a, β, γ – показатели размерности (показатели степени, в которую возведены размерности основных физических величин).

Каждый показатель размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным, нулем. Если все показатели размерности равны нулю, то величина называется безразмерной. Она может быть относительной, определяемой как отношение одноименных величин (например, относительная диэлектрическая проницаемость), и логарифмической, определяемой как логарифм относительной величины (например, логарифм отношения мощностей или напряжений).

Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения.

Значение физической величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения:

Q = X [Q], (2)

где Q – значение физической величины; X – числовое значение измеряемой величины в принятой единице; [Q] – выбранная для измерения единица.

Допустим, измеряется длина отрезка прямой в 10 см с помощью линейки, имеющей деления в сантиметрах и миллиметрах. Для данного случая Q₁ = 10 см при X₁ = 10 и [Q₁] = 1 см; Q₂ = 100 мм при X₂ = 100 и [Q₂] = 1 мм; Q₁ = Q₂, так как 10см = 100 мм. Применение различных единиц (1 см и 1 мм) привело к изменению числового значения результата измерений.