ЧЕРТОВ А.Г. "ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН", 1977

ГЛАВНАЯ СТРАНИЦА / МЕНЮ САЙТА / СОДЕРЖАНИЕ ДАННОЙ СТАТЬИ

Глава IV. ВНЕСИСТЕМНЫЕ ЕДИНИЦЫ

ВВЕДЕНИЕ

Внесистемными единицами называют единицы, не входящие ни в одну из систем единиц. К ним относятся, например, единица мощности - лошадиная сила, единица давления - миллиметр ртутного столба и др. Внесистемных единиц очень много. Например, существует свыше 25 внесистемных единиц энергии и работы, более десяти внесистемных единиц давления и т.д. Внесистемные единицы за небольшим исключением представляют лишь исторический интерес. Однако некоторые внесистемные единицы и в настоящее время оказываются весьма полезными и удачно дополняют Международную систему единиц и систему СГС.

В любой когерентной системе единиц имеется лишь одна единица данной физической величины. Например, в системе МКС длина может измеряться только в метрах, в системе СГС - только в сантиметрах. Но в производственной и научной деятельности человек встречается с необходимостью измерять расстояния, которые во много раз больше размера метра или, наоборот, во много раз меньше его. Например, современному астроному приходится измерять расстояния, превышающие 1040 м, а исследователи микромира имеют дело с объектами, размеры которых не превышают 10-15 м. Естественно, как очень большие, так и очень малые расстояния неудобно измерять в метрах. Аналогичное положение возникает при измерении и других физических величин. Поэтому было бы непрактично пользоваться только единицами когерентных систем единиц. Целесообразно применять также некоторые внесистемные единицы, в том числе кратные и дольные единицы. Как было указано в § 4, XI Генеральная конференция по мерам и весам включила в Международную систему единиц десятичные кратные и дольные единицы от единиц СИ, приняв для образования этих единиц таблицу приставок (см. табл. 2).

Включение этих единиц в СИ переводит их в число системных. Сама же Международная система единиц при этом становится некогерентной. Как указывается в ГОСТ 16263-70, "...Кратные и дольные единицы от системных единиц не входят в когерентную систему".

Государственным стандартом "Единицы физических величин" допущено к применению в СССР значительное число внесистемных единиц.

Рассмотрим различные виды внесистемных единиц: кратные и дольные, относительные и логарифмические, специальные.

§ 23. КРАТНЫЕ И ДОЛЬНЫЕ ЕДИНИЦЫ

Кратной единицей называют единицу, в целое число раз большую системной или внесистемной единицы. Например, кратная единица длины - километр в 1000 раз больше исходной единицы метра (1 км = 103 м); кратная единица времени - минута в 60 раз больше секунды (1 мин = 60 с), кратная единица вместимости - гектолитр в 100 раз больше внесистемной единицы литра (1 гл = 100 л).

Дольной единицей называют единицу, в целое число раз меньшую системной или внесистемной единицы. Например, дольная единица длины - нанометр в 109 раз меньше метра (1 нм = 10-9 м); дольная единица плоского угла - минута в 60 раз меньше градуса (1ʹ = 1/60°).

Наиболее удобны для применения десятичные кратные и дольные единицы, т.е. единицы, образуемые умножением или делением на число 10 или степень десяти с целым показателем степени. Государственным стандартом "Единицы физических величин" предусмотрено применение главным образом десятичных кратных и дольных единиц, указанных в табл. 2.

Наименования десятичных кратных и дольных единиц образуются присоединением приставок к наименованиям исходных единиц. При этом соблюдаются следующие правила:

1) присоединение двух и более приставок подряд не допускается. Например, дольная единица электрической емкости 10-12 Ф образуется с одной приставкой "пико" (1 пФ = 10-12 Ф), но не с двумя приставками "микро", т.е. применяется дольная единица "пикофарада", а не "микромикрофарада";

2) при образовании наименования десятичной кратной или дольной единицы от основной единицы СИ - килограмма, наименование которой уже содержит приставку, новую приставку присоединяют к простому наименованию, т.е. к наименованию "грамм". Например, кратную единицу 103 кг называют "мегаграмм", а не "килокилограмм";

3) нельзя присваивать дольным и кратным единицам собственные наименования. В соответствии с этим правилом следует отказаться от таких, например, наименований, как микрон (10-6 м) или миллимикрон (10-9 м). Вместо наименований "микрон" и "миллимикрон" следует применять наименования соответственно "микрометр" и "нанометр";

4) если наименование исходной единицы состоит из одного слова (метр, ампер, ньютон и т.п.), то приставку пишут слитно с наименованием единицы (миллиметр, микроампер, килоньютон);

5) при сложном наименовании производной единицы приставку присоединяют к наименованию первой единицы, входящей в произведение или в числитель дроби. Например, кратную единицу момента силы 103 Н·м называют "килоньютон-метр", но не "ньютон-километр"; кратную единицу удельного акустического сопротивления 103 Па·с/м называют "килопаскаль-секунда на метр", но не "паскаль-килосекунда на метр";

6) при сложном наименовании единицы, образованном как сочетание единиц с кратной или дольной единицей длины, площади пли объема, допускается в необходимых случаях применять приставки во втором множителе числителя или в знаменателе, например тонна-километр, ватт на квадратный сантиметр, вольт на сантиметр, ампер на квадратный миллиметр и т.д.;

7) для образования наименований кратных и дольных единиц от единицы, возведенной в степень, отличающуюся от первой, приставку присоединяют к наименованию единицы в первой степени. Например, для образования наименования кратной или дольной единицы от единицы площади - квадратного метра, представляющего собой вторую степень единицы длины - метра, приставку присоединяют к наименованию этой последней единицы: квадратный километр, квадратный сантиметр и т.д.;

8) приставки гекто, дека, деци, санти допускается применять только в наименованиях кратных и дольных единиц, уже получивших широкое применение (например, гектар, декалитр, дециметр, сантиметр и др.).

При образовании кратных и дольных единиц следует руководствоваться правилами:

а) обозначения приставок пишутся слитно с обозначениями единиц, к которым они присоединяются, например мг (миллиграмм), Мм (мегаметр), пФ (пикофарада) и т.д.;

б) обозначения кратных и дольных единиц от единицы в степени, отличающейся от первой, образуют возведением в соответствующую степень обозначения кратной или дольной от этой единицы в первой степени, причем показатель степени относится ко всему обозначению (вместе с приставкой), например:

1 км2 = 1 (км)2 = (103 м)2 = 106 м2;

1 см-1 = 1 (см)-1 = (10-2 м)-1 = 100 м-1.

При выражении величины в десятичных кратных и дольных единицах следует приставки выбирать таким образом, чтобы числовые значения величин находились в пределах от 0,1 до 1000. Например, для выражения длины, равной 7,5·10-6 м, следует выбрать приставку "микро", но не "милли" и не "нано". С приставкой "микро" получим 7,5·10-5 м = 75 мкм, т.е. число, находящееся в пределах от 0,1 до 1000. С приставкой "милли" получим 7,5·10-5 м = 0,075 мм, т.е. число меньше 0,1, а с приставкой "нано" получим 7,5·10-5 м = 75 000 нм, т.е. число больше 1000.

Из числа недесятичных кратных и дольных единиц допущены к применению только единицы времени - минута, час, сутки и единицы плоского угла - градус, минута, секунда (см. табл. 13, а также §26).

§ 24. ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ И ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ ЕДИНИЦЫ

В гл. II было дано определение относительной или безразмерной величины. Было выяснено также, что все относительные величины (относительная деформация, относительная плотность, относительные диэлектрическая и магнитная проницаемость и др.) выражаются в Международной системе единиц в безразмерных или относительных единицах.

Кроме безразмерной единицы относительные величины могут выражаться также во внесистемных относительных единицах: процентах, промиллях и миллионных долях.

В ряде случаев оказывается полезным для количественной характеристики некоторых физических явлений вводить так называемые логарифмические величины. Логарифмической величиной называют величину, равную логарифму безразмерного отношения физической величины к однородной величине, принятой за исходную. К логарифмическим величинам относятся, например, уровень звукового давления, уровень громкости, усиление и ослабление электрической величины (напряженности электрического поля, напряжения, силы тока и т.п.).

В Международной системе нет системных единиц для выражения логарифмических величин. Логарифмические величины выражаются во внесистемных логарифмических единицах - белах, децибелах и неперах (см. табл. 13, 14, а также § 26).

§ 25. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЕДИНИЦЫ

Специальные единицы - большая группа внесистемных единиц, к которой относятся все внесистемные единицы, не вошедшие в группы кратных и дольных, относительных и логарифмических единиц. Большинство специальных единиц появилось независимо друг от друга. Каждая из них применялась преимущественно в какой-нибудь узкой области науки или производства. Необходимость в той или иной специальной единице какой-нибудь физической величины возникала тогда, когда в действующих системах единиц не было соответствующей единицы или когда системные единицы по своим размерам оказывались неудобными для выражения данной величины. Так, с открытием элементарных частиц/ энергию которых неудобно выражать в джоулях и эргах, появилась специальная единица - электронвольт. Единица длины - световой год появилась тогда, когда в астрономии возникла необходимость измерять расстояния до звезд, галактик и других звездных систем Вселенной.

К группе специальных следует отнести некоторые единицы, входившие ранее в системы единиц, утратившие в настоящее время свое значение. К таким системам относятся системы: МТС, МКГСС, а также системы электрических и магнитных величин, построенные на трех основных единицах системы СГС и единице одной из электромагнитных величин (системы СГС ε0, СГС μ0, СГСФ, СГСБ). Единицы, входившие в системы единиц, вышедшие из употребления, не могут ныне рассматриваться как системные. Однако некоторые из них находят еще практическое применение. Например, в некоторых областях техники применяется единица силы "килограмм-сила". Но ее применение уже не связано с использованием системы МКГСС, в которую эта единица входила в качестве основной. Точно так же широко применяется единица массы - тонна для выражения массы выплавленного металла, добытого угля, валового сбора зерна и других сельскохозяйственных культур. Тонну также применяют независимо от системы МТС, основной единицей которой являлась эта единица массы. Поэтому и килограмм- силу, и тонну следует относить уже не к системным единицам, а к специальным внесистемным единицам.

§ 26. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О НАИБОЛЕЕ ИЗВЕСТНЫХ ВНЕСИСТЕМНЫХ ЕДИНИЦАХ

В данном параграфе приведены краткие сведения о некоторых наиболее известных специальных, относительных и логарифмических единицах. Часть из них допущена к применению наравне с единицами СИ или временно.

Единицы, допущенные к применению наравне с единицами СИ, отмечены одной звездочкой (*), допущенные к применению в физике и астрономии, - двумя звездочками (**), допущенные к применению временно, - тремя звездочками (***).

Для каждой единицы приведено соотношение ее с соответствующей единицей Международной системы.

Ампер-час (А·ч) - единица электрического заряда, равная заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за 1 ч при силе постоянного тока 1 А; 1 А·ч = 3,6·103 Кл.

Ангстрем (Å) (**) - единица длины. Применяется при измерении линейных величин, характеризующих атом, и длины волны в оптике; 1 Å = 10-10 м.

Апостильб (асб) - единица яркости, равная 10-4/π сб. В настоящее время выходит из употребления. 1 асб = 1/π кд/м2.

Астрономическая единица (а. е.) (***) - единица длины, равная среднему расстоянию от Земли до Солнца; 1 а. е. = 1,49600·1011 м.

Атмосфера техническая (ат) - единица давления, равная давлению, производимому силой 1 кгс, равномерно распределенной по плоской поверхности площадью 1 см2 (1 ат = 1 кгс/см2). Получила широкое распространение в технике, однако с введением стандарта "Единицы физических величин" подлежит отмене. 1 ат = 9,80665·104 Па.

Атмосфера физическая (атм) - единица давления, равная нормальному атмосферному давлению (1 атм = 760 мм рт. ст.). Применялась в физике, метеорологии и других смежных с физикой науках. Имеет следующее соотношение с атмосферой технической: 1 атм = 1,033233 ат. С введением ГОСТа "Единицы физических величин" подлежит отмене. 1 атм = 1,013250·105 Па.

Атомная единица массы (а.е.м.) (**) - масса, равная 1/12 массы атома изотопа углерода 12C (1 а.е.м. = ). Применяется для выражения массы молекул, атомов, атомных ядер и элементарных частиц. Введена по рекомендациям X Генеральной ассамблеи Международного союза чистой и прикладной физики (1961 г.) и состоявшегося в том же году Конгресса Международного союза чистой и прикладной химии. В 1962 г. были опубликованы новые таблицы относительных атомных масс, рассчитанные по новой углеродной шкале.

С введением новой атомной единицы массы (углеродной) утратили свое значение применявшиеся ранее: единица химической шкалы, равная одной шестнадцатой средней массы атома кислорода, и единица физической шкалы, равная одной шестнадцатой массы атома изотопа кислорода 16O. Новая (углеродная) атомная единица массы:

1 а.е.м. = 1,0003179 ед. физ. шкалы = 1,000043 ед. хим. шкалы;

1 а.е.м. = 1,660531 (11)·10-27 кг.

Бар (бар): 1) единица давления, применяемая главным образом в метеорологии. 1 бар = 105 Па; 2) вышедшее из употребления название единицы давления в системе СГС. 1 бар = 1 дин/см2.

Барн (б) - единица площади. Применяется для выражения площади эффективного поперечного сечения ядерных процессов. 1 б = 10-28 м2.

Бел (Б) (*) - единица логарифмической величины. Применяется для выражения уровня звукового давления, уровня громкости, усиления, ослабления и т.п.

Для энергетических величин (мощности, энергии, плотности энергии и т.п.) бел - это логарифм безразмерного отношения измеряемой величины Р2 к однородной величине Р1 принятой за исходную:

1 Б = lg(P2/P1) при Р2 = 10Р1;

для силовых величин (напряжения, силы тока, давления, напряженности поля и т. п.) бел - это логарифм отношения измеряемой величины F2 к однородной величине F1, принятой за исходную:

1 Б = 2 lg (F2/F1) при

При необходимости указать исходную величину, ее значение помещают в скобках после обозначения логарифмической величины. Например, для уровня звукового давления: Lp (re 20 мкПа) = 20 дБ [или Lp (re 20 μPa) = 20 dB]; здесь re - начальные буквы слова reference, т.е. "исходный". При краткой форме записи значение исходной величины указывают в скобках после значения уровня, например 20 дБ (re 20 мкПа), или 20 dB (re 20 μPa).

⇦ Ctrl предыдущая страница / следующая страница Ctrl ⇨

ГЛАВНАЯ СТРАНИЦА / МЕНЮ САЙТА / СОДЕРЖАНИЕ ДАННОЙ СТАТЬИ 

cartalana.orgⒸ 2008-2021 контакт: koshka@cartalana.org