Пикула Н.П. и др. Метрология, стандартизация и сертификация

Подождите немного. Документ загружается.

для научных и технических измерений и в большинстве стран в промышленности и

быту пользуются метрической системой.

В системе единиц для каждой измеряемой физической величины должна быть

предусмотрена соответствующая единица измерения. Таким образом, отдельная

единица измерения нужна для длины, площади, объема, скорости и т.д. Каждую та-

кую единицу можно определить, выбрав тот или иной эталон. Но система единиц

оказывается значительно более удобной, если в ней всего лишь несколько единиц

выбраны в качестве основных, а остальные определяются через основные. Так, если

единицей длины является метр, эталон которого хранится в Государственной мет-

рологической службе, то единицей площади можно считать квадратный метр, еди-

ницей объема – кубический метр, единицей скорости – метр в секунду и т.д.

Удобство такой системы единиц (особенно для ученых и инженеров, которые

гораздо чаще встречаются с измерениями, чем остальные люди) в том, что матема-

тические соотношения между основными и производными единицами системы ока-

зываются более простыми. При этом единица скорости есть единица расстояния

(длины) в единицу времени, единица ускорения – единица изменения скорости в

единицу времени, единица силы – единица ускорения единицы массы и т.д. В мате-

матической записи это выглядит так: v = l/t, a = v/t, F = ma = ml/t

. Представленные

формулы показывают «размерность» рассматриваемых величин, устанавливая соот-

ношения между единицами. Аналогичные формулы позволяют определить единицы

для таких величин, как давление или сила электрического тока. Такие соотношения

носят общий характер и выполняются независимо от того, в каких единицах (метр,

фут или аршин) измеряется длина и какие единицы выбраны для других величин.

В технике за основную единицу измерения механических величин обычно

принимают не единицу массы, а единицу силы. Таким образом, если в системе, наи-

более употребительной в физических исследованиях, металлический цилиндр при-

нимается за эталон массы, то в технической системе он рассматривается как эталон

силы, уравновешивающей действующую на него силу тяжести. Но поскольку сила

тяжести неодинакова в разных точках на поверхности Земли, для точной реализации

эталона необходимо указание местоположения. Исторически было принято место-

положение на уровне моря на географической широте 45 . В настоящее же время

такой эталон определяется как сила, необходимая для того, чтобы придать указан-

ному цилиндру определенное ускорение. Правда, в технике измерения проводятся,

как правило, не со столь высокой точностью, чтобы нужно было заботиться о ва-

риациях силы тяжести (если речь не идет о градуировке измерительных приборов).

Немало путаницы связано с понятиями массы, силы и веса. Дело в том, что

существуют единицы всех этих трех величин, носящие одинаковые названия. Масса

– это инерционная характеристика тела, показывающая, насколько трудно выводит-

ся оно внешней силой из состояния покоя или равномерного и прямолинейного

движения. Единица силы есть сила, которая, воздействуя на единицу массы, изме-

няет ее скорость на единицу скорости в единицу времени.

Все тела притягиваются друг к другу. Таким образом, всякое тело вблизи Зем-

ли притягивается к ней. Иначе говоря, Земля создает действующую на тело силу

тяжести. Эта сила называется его весом. Сила веса, как указывалось выше, неоди-

накова в разных точках на поверхности Земли и на разной высоте над уровнем моря

из-за различий в гравитационном притяжении и в проявлении вращения Земли. Од-

нако полная масса данного количества вещества неизменна; она одинакова и в меж-

звездном пространстве, и в любой точке на Земле.

Точные эксперименты показали, что сила тяжести, действующая на разные те-

ла (т.е. их вес), пропорциональна их массе. Следовательно, массы можно сравнивать

на весах, и массы, оказавшиеся одинаковыми в одном месте, будут одинаковы и в

любом другом месте (если сравнение проводить в вакууме, чтобы исключить влия-

ние вытесняемого воздуха). Если же некое тело взвешивать на пружинных весах,

уравновешивая силу тяжести силой растянутой пружины, то результаты измерения

веса будут зависеть от места, где проводятся измерения. Поэтому пружинные весы

нужно корректировать на каждом новом месте, чтобы они правильно показывали

массу. Простота же самой процедуры взвешивания явилась причиной того, что сила

тяжести, действующая на эталонную массу, была принята за независимую единицу

измерения в технике.

3.2.2 Метрическая система единиц

Метрическая система – это общее название международной десятичной сис-

темы единиц, основными единицами которой являются метр и килограмм. При не-

которых различиях в деталях элементы системы одинаковы во всем мире.

История. Метрическая система выросла из постановлений, принятых Нацио-

нальным собранием Франции в 1791 и 1795 по определению метра как одной деся-

тимиллионной доли участка земного меридиана от Северного полюса до экватора.

Декретом, изданным 4 июля 1837, метрическая система была объявлена обяза-

тельной к применению во всех коммерческих сделках во Франции. Она постепенно

вытеснила местные и национальные системы в других странах Европы и была зако-

нодательно признана как допустимая в Великобритании и США. Соглашением,

подписанным 20 мая 1875 семнадцатью странами, была создана международная ор-

ганизация, призванная сохранять и совершенствовать метрическую систему.

Ясно, что, определяя метр как десятимиллионную долю четверти земного ме-

ридиана, создатели метрической системы стремились добиться инвариантности и

точной воспроизводимости системы. За единицу массы они взяли грамм, определив

его как массу одной миллионной кубического метра воды при ее максимальной

плотности. Поскольку было бы не очень удобно проводить геодезические измерения

четверти земного меридиана при каждой продаже метра ткани или уравновешивать

корзинку картофеля на рынке соответствующим количеством воды, были созданы

металлические эталоны, с предельной точностью воспроизводящие указанные иде-

альные определения.

Вскоре выяснилось, что металлические эталоны длины можно сравнивать друг

с другом, внося гораздо меньшую погрешность, чем при сравнении любого такого

эталона с четвертью земного меридиана. Кроме того, стало ясно, что и точность

сравнения металлических эталонов массы друг с другом гораздо выше точности

сравнения любого подобного эталона с массой соответствующего объема воды.

В связи с этим Международная комиссия по метру в 1872 постановила принять

за эталон длины «архивный» метр, хранящийся в Париже, «такой, каков он есть».

Точно так же члены Комиссии приняли за эталон массы архивный платино-

иридиевый килограмм, «учитывая, что простое соотношение, установленное созда-

телями метрической системы, между единицей веса и единицей объема представля-

ется существующим килограммом с точностью, достаточной для обычных примене-

ний в промышленности и торговле, а точные науки нуждаются не в простом чис-

ленном соотношении подобного рода, а в предельно совершенном определении это-

го соотношения».

В 1875 г. многие страны мира подписали соглашение о метре, и этим соглаше-

нием была установлена процедура координации метрологических эталонов для ми-

рового научного сообщества через Международное бюро мер и весов и Генераль-

ную конференцию по мерам и весам.

Новая международная организация незамедлительно занялась разработкой ме-

ждународных эталонов длины и массы и передачей их копий всем странам-

участницам.

Эталоны длины и массы, международные прототипы. Международные

прототипы эталонов длины и массы – метра и килограмма – были переданы на хра-

нение Международному бюро мер и весов, расположенному в Севре – пригороде

Парижа.

Эталон метра представлял собой линейку из сплава платины с 10% иридия,

поперечному сечению которой для повышения изгибной жесткости при минималь-

ном объеме металла была придана особая X-образная форма. В канавке такой ли-

нейки была продольная плоская поверхность, и метр определялся как расстояние

между центрами двух штрихов, нанесенных поперек линейки на ее концах, при тем-

пературе эталона, равной 0 С.

За международный прототип килограмма была принята масса цилиндра, сде-

ланного из того же платино-иридиевого сплава, что и эталон метра, высотой и диа-

метром около 3,9 см. Вес этой эталонной массы, равной 1 кг на уровне моря на гео-

графической широте 45 , иногда называют килограмм-силой. Таким образом, ее

можно использовать либо как эталон массы для абсолютной системы единиц, либо

как эталон силы для технической системы единиц, в которой одной из основных

единиц является единица силы.

Международные прототипы были выбраны из значительной партии одинако-

вых эталонов, изготовленных одновременно. Другие эталоны этой партии были пе-

реданы всем странам-участницам в качестве национальных прототипов (государст-

венных первичных эталонов), которые периодически возвращаются в Международ-

ное бюро для сравнения с международными эталонами. Сравнения, проводившиеся

в разное время с тех пор, показывают, что они не обнаруживают отклонений (от

международных эталонов), выходящих за пределы точности измерений.

3.2.3 Международная система единиц

Метрическая система была весьма благосклонно встречена учеными XIX в.

Частично потому, что она предлагалась в качестве международной системы единиц,

частично же по той причине, что ее единицы теоретически предполагались незави-

симо воспроизводимыми, а также благодаря ее простоте. Ученые начали выводить

новые единицы для разных физических величин, с которыми они имели дело, осно-

вываясь при этом на элементарных законах физики и связывая эти единицы с еди-

ницами длины и массы метрической системы. Последняя все больше завоевывала

различные европейские страны, в которых ранее имело хождение множество не свя-

занных друг с другом единиц для разных величин.

Хотя во всех странах, принявших метрическую систему единиц, эталоны мет-

рических единиц были почти одинаковы, возникли различные расхождения в произ-

водных единицах между разными странами и разными дисциплинами. В области

электричества и магнетизма появились две отдельные системы производных еди-

ниц: электростатическая, основанная на силе, с которой действуют друг на друга

два электрических заряда, и электромагнитная, основанная на силе взаимодействия

двух гипотетических магнитных полюсов.

Положение еще более усложнилось с появлением системы так называемых

практических электрических единиц, введенной в середине XIX в. Британской ассо-

циацией содействия развитию науки для удовлетворения запросов быстро разви-

вающейся техники проводной телеграфной связи. Такие практические единицы не

совпадают с единицами обеих названных выше систем, но от единиц электромаг-

нитной системы отличаются лишь множителями, равными целым степеням десяти.

Таким образом, для столь обычных электрических величин, как напряжение,

ток и сопротивление, существовало несколько вариантов принятых единиц измере-

ния, и каждому научному работнику, инженеру, преподавателю приходилось само-

му решать, каким из этих вариантов ему лучше пользоваться. В связи с развитием

электротехники во второй половине 19 и первой половине 20 вв. находили все более

широкое применение практические единицы, которые стали в конце концов доми-

нировать в этой области.

Для устранения такой путаницы в начале 20 в. было выдвинуто предложение

объединить практические электрические единицы с соответствующими механиче-

скими, основанными на метрических единицах длины и массы, и построить некую

согласованную (когерентную) систему. В 1960 г. XI Генеральная конференция по

мерам и весам приняла единую Международную систему единиц (СИ), дала опре-

деление основных единиц этой системы и предписала употребление некоторых про-

изводных единиц, «не предрешая вопроса о других, которые могут быть добавлены

в будущем». Тем самым впервые в истории международным соглашением была

принята международная когерентная система единиц. В настоящее время она при-

нята в качестве законной системы единиц измерения большинством стран мира.

Международная система единиц (СИ) представляет собой согласованную сис-

тему, в которой для любой физической величины, такой, как длина, время или сила,

предусматривается одна и только одна единица измерения. Некоторым из единиц

даны особые названия, примером может служить единица давления «Паскаль», то-

гда как названия других образуются из названий тех единиц, от которых они произ-

ведены, например единица скорости – метр в секунду.

В настоящее время в РФ действует межгосударственный стандарт ГОСТ 8.417-

2002 [11], который устанавливает единицы физических величин, применяемых в

стране. В стандарте указано, что подлежат обязательному применению единицы

СИ, а также десятичные кратные и дольные этих единиц.

При построении СИ исходили из следующих основных принципов:

– система базируется на основных единицах, которые являются независимыми

друг от друга;

– производные единицы образуются по простейшим уравнениям связи, для ве-

личины каждого вида устанавливается только одна единица СИ;

– система является когерентной;

– допускаются наряду с единицами СИ широко используемые на практике вне-

системные единицы;

– в систему входят десятичные кратные и дольные единицы.

К преимуществам использования СИ можно отнести следующее:

– универсальность, поскольку она охватывает все области измерений;

– унификация единиц для всех видов измерений – применение одной едини-

цы для данной физической величины, например, для давления, работы, энергии;

– единицы СИ по своему размеру удобны для практического применения;

– переход на нее повышает уровень точности измерений, т.к. основные еди-

ницы этой системы могут быть воспроизведены более точно, чем единицы других

систем;

– это единая международная система и ее единицы распространены.

3.2.4 Единицы международной системы единиц

Основные единицы системы СИ представлены в таблице 2.

Таблица 2

Основные единицы СИ

Величина

Наименование

Обозначение

Русское

Международное

Длина

метр

Масса

килограмм

кг

Время

секунда

Сила электрического тока

ампер

Термодинамическая темпера-

тура

кельвин

Сила света

кандела

кд

Количество вещества

моль

mol

Определения некоторых единиц приведены в ГОСТ 8.417 [11] и представле-

ны ниже:

Метр – это длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299 792 458 долю

секунды. Это определение было принято в октябре 1983.

Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

Секунда – продолжительность 9 192 631 770 периодов колебаний излучения,

соответствующего переходам между двумя уровнями сверхтонкой структуры ос-

новного состояния атома цезия-133.

Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точ-

ки воды.

Моль равен количеству вещества, в составе которого содержится столько же

структурных элементов, сколько атомов в изотопе углерода-12 массой 0,012 кг.

Производные единицы системы СИ образуются по правилам когерентности.

Примерами могут служить следующие величины и их единицы: площадь – м

; объ-

ем (вместимость) – м

; скорость – м/с; ускорение – м/с

; плотность – кг/м

; удельный

объем – м

/кг; молярная концентрация компонента – моль/м

Производные единицы, для которых приняты особые названия, приведены в

таблице 3.

Таблица 3

Производные единицы СИ, имеющие собственные наименования

Величина

Единица

Выражение производной

единицы

Наимено-

вание

Обозначе-

ние

через

другие

едини-

цы СИ

через основ-

ные и допол-

нительные

единицы СИ

Частота

герц

Гц

–

–1

Сила

ньютон

–

м кг с

–2

Давление

паскаль

Па

Н/м

–1

кг с

–2

Энергия, работа, количество

теплоты

джоуль

Дж

Н м

кг с

–2

Мощность, поток энергии

ватт

Вт

Дж/с

кг с

–3

Количество электричества,

электрический заряд

кулон

Кл

А с

с А

Электрическое напряжение,

электрический потенциал

вольт

Вт/А

кг с

–3

–1

Электрическая емкость

фарада

Кл/В

–2

кг

–1

Электрическое сопротивление

ом

Ом

В/А

кг с

–3

–2

Электрическая проводимость

сименс

См

А/В

–2

кг

–1

Поток магнитной индукции

вебер

Вб

В с

кг с

–2

–1

Магнитная индукция

тесла

Т, Тл

Вб/м

кг с

–2

–1

Индуктивность

генри

Г, Гн

Вб/А

кг с

–2

Световой поток

люмен

лм

кд ср

Освещенность

люкс

лк

кд ср

Активность радиоактивного

источника

беккерель

Бк

–1

Поглощенная доза излучения

грэй

Гр

Дж/кг

–2

Из всех производных механических единиц наиболее важное значение имеют

единица силы – Ньютон, единица энергии – Джоуль и единица мощности – Ватт.

Ньютон определяется как сила, которая придает массе в один килограмм ус-

корение, равное одному метру за секунду в квадрате.

Джоуль равен работе, которая совершается, когда точка приложения силы,

равной одному ньютону, перемещается на расстояние один метр в направлении дей-

ствия силы.

Ватт – это мощность, при которой работа в один джоуль совершается за одну

секунду.

Дополнительные единицы системы СИ приведены в таблице 4.

Для образования десятичных кратных и дольных единиц предписывается ряд

приставок и множителей, указываемых в таблице 5.

Таблица 4

Дополнительные единицы СИ

Величина

Наименование

Обозначение

Русское

Международное

Плоский угол

радиан

рад

rad

Телесный угол

стерадиан

ср

Таблица 5

Приставки и множители десятичных кратных и дольных единиц СИ

Приставка

Обозначение

Множитель

Приставка

Обозначение

Множитель

экса

деци

-1

пета

санти

-2

тера

милли

-3

гига

микро

мк

-6

мега

нано

-9

кило

пико

-12

гекто

фемто

-15

дека

да

атто

-18

Таким образом, километр (км) – это 1000 м, а миллиметр – 0,001 м. Эти при-

ставки применимы ко всем единицам, как, например, в киловаттах, миллиамперах и

т.д.

Первоначально предполагалось, что одной из основных единиц должен быть

грамм, и это отразилось в названиях единиц массы, но в настоящее время основной

единицей является килограмм. Вместо названия мегаграмм употребляется слово

«тонна». В физических дисциплинах, например, для измерения длины волны види-

мого или инфракрасного света, часто применяется миллионная доля метра (микро-

метр). В спектроскопии длины волн часто выражают в Ангстремах ( ); ангстрем

равен одной десятой нанометра, т.е. 10

м. Для излучений с меньшей длиной вол-

ны, например рентгеновского, в научных публикациях допускается пользоваться

пикометром и икс-единицей (1 икс-ед. = 10

-13

м). Объем, равный 1000 кубических

сантиметров (одному кубическому дециметру), называется литром (л).

3.2.5 Масса, длина и время

Все основные единицы системы СИ, кроме килограмма, в настоящее время оп-

ределяются через физические константы или явления, которые считаются неизмен-

ными и с высокой точностью воспроизводимыми. Что же касается килограмма, то

еще не найден способ его реализации с той степенью воспроизводимости, которая

достигается в процедурах сравнения различных эталонов массы с международным

прототипом килограмма. Такое сравнение можно проводить путем взвешивания на

пружинных весах, погрешность которых не превышает 1·10

–8

. Эталоны кратных и

дольных единиц для килограмма устанавливаются комбинированным взвешиванием

на весах.

Поскольку метр определяется через скорость света, его можно воспроизводить

независимо в любой хорошо оборудованной лаборатории. Так, интерференционным

методом штриховые и концевые меры длины, которыми пользуются в мастерских и

лабораториях, можно поверять, проводя сравнение непосредственно с длиной волны

света. Погрешность при таких методах в оптимальных условиях не превышает од-

ной миллиардной (1·10

–9

). С развитием лазерной техники подобные измерения

весьма упростились, и их диапазон существенно расширился.

Точно так же секунда в соответствии с ее современным определением может

быть независимо реализована в компетентной лаборатории на установке с атомным

пучком. Атомы пучка возбуждаются высокочастотным генератором, настроенным

на атомную частоту, и электронная схема измеряет время, считая периоды колеба-

ний в цепи генератора. Такие измерения можно проводить с точностью порядка 10

– гораздо более высокой, чем это было возможно при прежних определениях се-

кунды, основанных на вращении Земли и ее обращении вокруг Солнца. Время и его

обратная величина – частота – уникальны в том отношении, что их эталоны можно

передавать по радио. Благодаря этому всякий, у кого имеется соответствующее ра-

диоприемное оборудование, может принимать сигналы точного времени и эталон-

ной частоты, почти не отличающиеся по точности от передаваемых в эфир.

Механика. Исходя из единиц длины, массы и времени, можно вывести все

единицы, применяемые в механике, как было показано выше. Если основными еди-

ницами являются метр, килограмм и секунда, то система называется системой еди-

ниц МКС; если – сантиметр, грамм и секунда, то – системой единиц СГС. Единица

силы в системе СГС называется диной, а единица работы – эргом. Имеется ряд еди-

ниц с особыми названиями, не входящих ни в одну из указанных систем единиц.

Бар, единица давления, применявшаяся ранее в метеорологии, равен 1 000 000

дин/см

. Лошадиная сила, устаревшая единица мощности, все еще применяемая в

британской технической системе единиц, а также в России, равна приблизительно

746 Вт.

3.2.6 Температура и теплота

Механические единицы не позволяют решать все научные и технические зада-

чи без привлечения каких-либо других соотношений. Хотя работа, совершаемая при

перемещении массы против действия силы, и кинетическая энергия некой массы по

своему характеру эквивалентны тепловой энергии вещества, удобнее рассматривать

температуру и теплоту как отдельные величины, не зависящие от механических.

Термодинамическая шкала температуры. Единица термодинамической

температуры Кельвина (К), называемая Кельвином, определяется тройной точкой

воды, т.е. температурой, при которой вода находится в равновесии со льдом и па-

ром. Эта температура принята равной 273,16 К, чем и определяется термодинамиче-

ская шкала температуры. Данная шкала, предложенная Кельвином, основана на вто-

ром начале термодинамики. Если имеются два тепловых резервуара с постоянной

температурой и обратимая тепловая машина, передающая тепло от одного из них

другому в соответствии с циклом Карно, то отношение термодинамических темпе-

ратур двух резервуаров дается равенством T

= –Q

, где Q

и Q

– количества

теплоты, передаваемые каждому из резервуаров (знак «минус» говорит о том, что у

одного из резервуаров теплота отбирается). Таким образом, если температура более

теплого резервуара равна 273,16 К, а теплота, отбираемая у него, вдвое больше теп-

лоты, передаваемой другому резервуару, то температура второго резервуара равна

136,58 К. Если же температура второго резервуара равна 0 К, то ему вообще не бу-

дет передана теплота, поскольку вся энергия газа была преобразована в механиче-

скую энергию на участке адиабатического расширения в цикле. Эта температура

называется абсолютным нулем. Термодинамическая температура, используемая

обычно в научных исследованиях, совпадает с температурой, входящей в уравнение

состояния идеального газа PV = RT, где P – давление, V – объем и R – универсальная

газовая постоянная. Уравнение показывает, что для идеального газа произведение

объема на давление пропорционально температуре. Ни для одного из реальных га-

зов этот закон точно не выполняется. Но если вносить поправки на вириальные си-

лы, то расширение газов позволяет воспроизводить термодинамическую шкалу тем-

пературы.

Международные температурные шкалы. Температуру можно с весьма вы-

сокой точностью (примерно до 0,003 К вблизи тройной точки) измерять методом

газовой термометрии. В теплоизолированную камеру помещают платиновый тер-

мометр сопротивления и резервуар с газом. При нагревании камеры увеличивается

электрическое сопротивление термометра и повышается давление газа в резервуаре

(в соответствии с уравнением состояния), а при охлаждении наблюдается обратная

картина. Измеряя одновременно сопротивление и давление, можно проградуировать

термометр по давлению газа, которое пропорционально температуре. Затем термо-

метр помещают в термостат, в котором жидкая вода может поддерживаться в рав-

новесии со своими твердой и паровой фазами. Измерив его электрическое сопро-

тивление при этой температуре, получают термодинамическую шкалу, поскольку

температуре тройной точки приписывается значение, равное 273,16 К.

Существуют две международные температурные шкалы – Кельвина (К) и

Цельсия (С). Температура по шкале Цельсия получается из температуры по шкале

Кельвина вычитанием из последней 273,15 К.

Точные измерения температуры методом газовой термометрии требуют много

труда и времени. Поэтому в 1968 была введена Международная практическая тем-

пературная шкала (МПТШ). Пользуясь этой шкалой, термометры разных типов

можно градуировать в лаборатории. Данная шкала была установлена при помощи

платинового термометра сопротивления, термопары и радиационного пирометра,

используемых в температурных интервалах между некоторыми парами постоянных

опорных точек (температурных реперов). МПТШ должна была с наибольшей воз-

можной точностью соответствовать термодинамической шкале, но, как выяснилось

позднее, ее отклонения весьма существенны.

Температурная шкала Фаренгейта. Температурную шкалу Фаренгейта, ко-

торая широко применяется в сочетании с британской технической системой единиц,

а также в измерениях ненаучного характера во многих странах, принято определять

по двум постоянным опорным точкам – температуре таяния льда (32º F) и кипения

воды (212 º F) при нормальном (атмосферном) давлении. Поэтому, чтобы получить

температуру по шкале Цельсия из температуры по шкале Фаренгейта, нужно вы-

честь из последней 32 и умножить результат на 5/9.

Единицы теплоты. Поскольку теплота есть одна из форм передачи энергии,

ее можно измерять в Джоулях, и эта метрическая единица была принята междуна-

родным соглашением. Но поскольку некогда количество теплоты определяли по из-

менению температуры некоторого количества воды, получила широкое распростра-

нение единица, называемая калорией. Калория равная количеству теплоты, необхо-

димому для того, чтобы повысить температуру одного грамма воды на 1 С. В связи

с тем, что теплоемкость воды зависит от температуры, пришлось уточнять величину

калории. Появились по крайней мере две разные калории – «термохимическая»

(4,1840 Дж) и «паровая» (4,1868 Дж). «Калория», которой пользуются в диететике,

на самом деле есть килокалория (1000 калорий). Калория не является единицей сис-

темы СИ, и в большинстве областей науки и техники она вышла из употребления.

3.2.7 Электричество и магнетизм

Все общепринятые электрические и магнитные единицы измерения основаны

на метрической системе. В согласии с современными определениями электрических

и магнитных единиц все они являются производными единицами, выводимыми по

определенным физическим формулам из метрических единиц длины, массы и вре-

мени. Поскольку же большинство электрических и магнитных величин не так-то

просто измерять, пользуясь упомянутыми эталонами, было сочтено, что удобнее ус-

тановить путем соответствующих экспериментов производные эталоны для некото-

рых из указанных величин, а другие измерять, пользуясь такими эталонами.

Ниже дается перечень электрических и магнитных единиц системы СИ.

Ампер, единица силы электрического тока, – одна из шести основных единиц

системы СИ. Ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по

двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины с ничтожно

малой площадью кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на рас-

стоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м

силу взаимодействия, равную 2·10

-7

Н.

Вольт, единица разности потенциалов и электродвижущей силы. Вольт – элек-

трическое напряжение на участке электрической цепи с постоянным током силой 1

А при затрачиваемой мощности 1 Вт.

Кулон, единица количества электричества (электрического заряда). Кулон –

количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника при

постоянном токе силой 1 А за время 1 с.

Фарада, единица электрической емкости. Фарада – емкость конденсатора, на

обкладках которого при заряде 1 Кл возникает электрическое напряжение 1 В.

Генри, единица индуктивности. Генри равен индуктивности контура, в кото-

ром возникает ЭДС самоиндукции в 1 В при равномерном изменении силы тока в

этом контуре на 1 А за 1 с.

Вебер, единица магнитного потока. Вебер – магнитный поток, при убывании

которого до нуля в сцепленном с ним контуре, имеющем сопротивление 1 Ом, про-

текает электрический заряд, равный 1 Кл.

Тесла, единица магнитной индукции. Тесла – магнитная индукция однородно-

го магнитного поля, в котором магнитный поток через плоскую площадку площа-

дью 1 м

, перпендикулярную линиям индукции, равен 1 Вб.

На практике величина Ампера воспроизводится путем фактического измере-

ния силы взаимодействия витков провода, несущих ток. Поскольку электрический

ток есть процесс, протекающий во времени, эталон тока невозможно сохранять.

Точно так же величину Вольта невозможно фиксировать в прямом соответствии с

его определением, так как трудно воспроизвести с необходимой точностью механи-

ческими средствами Ватт (единицу мощности). Поэтому Вольт на практике воспро-

изводится с помощью группы нормальных элементов. В США с 1 июля 1972 зако-

нодательством принято определение Вольта, основанное на эффекте Джозефсона на