Physikalische Größen und Parameter, Einheiten
Physikalische Quantitäten
Mit Größen sind diejenigen Eigenschaften von Phänomenen gemeint, die Phänomene und Prozesse bestimmen und unabhängig vom Zustand der Umwelt und Bedingungen existieren können. Dazu gehören beispielsweise elektrische Ladung, Feldstärke, Induktion, elektrischer Strom usw. Die Umgebung und die Bedingungen, unter denen die durch diese Größen definierten Phänomene auftreten, können diese Größen hauptsächlich nur quantitativ verändern.
Physikalische Parameter
Unter Parametern versteht man solche Eigenschaften von Phänomenen, die die Eigenschaften von Medien und Stoffen bestimmen und den Zusammenhang zwischen den Größen selbst beeinflussen. Sie können nicht unabhängig existieren und manifestieren sich nur in ihrer Wirkung auf die tatsächliche Größe.
Zu den Parametern gehören beispielsweise elektrische und magnetische Konstanten, elektrischer Widerstand, Koerzitivkraft, Restinduktivität, elektrische Schaltkreisparameter (Widerstand, Leitfähigkeit, Kapazität, Induktivität pro Längen- oder Volumeneinheit in einem Gerät) usw.
Werte physikalischer Parameter
Die Werte der Parameter hängen normalerweise von den Bedingungen ab, unter denen dieses Phänomen auftritt (von Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit usw.), aber wenn diese Bedingungen konstant sind, behalten die Parameter ihre Werte unverändert und werden daher auch als konstant bezeichnet .
Quantitative (numerische) Ausdrücke von Mengen oder Parametern werden als deren Werte bezeichnet. Dabei ist zu beachten, dass die Werte üblicherweise als zu vermeidende Mengen bezeichnet werden. Beispiel: Der Messwert des Voltmeters U beträgt 5 V, daher hat die gemessene Spannung (Wert) V einen Wert von 5 V.
Einheiten
Die Untersuchung eines Phänomens in der Physik beschränkt sich nicht auf die Feststellung qualitativer Beziehungen zwischen Größen, diese Beziehungen müssen quantifiziert werden. Ohne Kenntnis der quantitativen Abhängigkeiten gibt es keinen wirklichen Einblick in dieses Phänomen.
Quantitativ kann eine Größe nur durch Messung geschätzt werden, d. h. durch experimentellen Vergleich einer bestimmten physikalischen Größe mit einer Größe derselben physikalischen Natur, die als Maßeinheit verwendet wird.
Die Messung kann direkt oder indirekt erfolgen. Bei der direkten Messung wird die zu bestimmende Größe direkt mit der Maßeinheit verglichen. Bei der indirekten Messung werden die Werte der gewünschten Größe ermittelt, indem die Ergebnisse direkter Messungen anderer Größen in Bezug auf ein bestimmtes spezifisches Verhältnis berechnet werden.
Die Festlegung von Maßeinheiten ist sowohl für die Entwicklung der Wissenschaft in der wissenschaftlichen Forschung und der Aufstellung physikalischer Gesetze als auch in der Praxis für die Durchführung technologischer Prozesse sowie für die Kontrolle und Abrechnung von großer Bedeutung.
Die Maßeinheiten für verschiedene Größen können beliebig festgelegt werden, ohne deren Beziehung zu anderen Größen zu berücksichtigen oder solche Beziehungen zu berücksichtigen. Im ersten Fall ist es beim Einsetzen numerischer Werte in die Beziehungsgleichung erforderlich, diese Beziehungen zusätzlich zu berücksichtigen. Im zweiten Fall entfällt die Notwendigkeit für Letzteres.
Jedes Einheitensystem wird unterschieden Grund- und abgeleitete Einheiten… Die Grundeinheiten werden willkürlich festgelegt, während sie normalerweise von einem charakteristischen physikalischen Phänomen oder einer Eigenschaft eines Stoffes oder Körpers ausgehen. Die Grundeinheiten müssen voneinander unabhängig sein und ihre Anzahl muss durch die Notwendigkeit und Hinlänglichkeit für die Bildung aller abgeleiteten Einheiten bestimmt werden.
So beträgt beispielsweise die Anzahl der Grundeinheiten, die zur Beschreibung elektrischer und magnetischer Phänomene benötigt werden, vier. Es ist nicht notwendig, die Einheiten der Grundgrößen als Grundeinheiten zu akzeptieren.
Wichtig ist lediglich, dass die Anzahl der Grundmaßeinheiten gleich der Anzahl der Grundgrößen ist und diese (in Form von Standards) mit größtmöglicher Genauigkeit reproduzierbar sind.
Abgeleitete Einheiten sind Einheiten, die auf der Grundlage von Gesetzmäßigkeiten festgelegt werden, die den Wert, für den die Einheit festgelegt wird, mit den Werten in Beziehung setzen, deren Einheiten unabhängig festgelegt werden.
Um eine Ableitungseinheit einer beliebigen Größe zu erhalten, wird eine Gleichung geschrieben, die die Beziehung dieser Größe zu den durch die Grundeinheiten bestimmten Größen ausdrückt, und dann wird der Proportionalitätskoeffizient (sofern er in der Gleichung enthalten ist) mit eins gleichgesetzt, der Mengen werden durch Maßeinheiten ersetzt und in Basiseinheiten ausgedrückt.Daher stimmt die Größe der Maßeinheiten mit der Größe der entsprechenden Größen überein.
Grundlegende Blocksysteme der Elektrotechnik
In der Physik waren bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts zwei von Gauß entwickelte absolute Einheitensysteme üblich: SGSE (Zentimeter, Gramm, Sekunde – elektrostatisches System) und SGSM (Zentimeter, Gramm, Sekunde – magnetostatisches System), bei dem die Hauptgrößen Zentimeter, Gramm, Sekunde und die dielektrische oder magnetische Permeabilität des Hohlraums sind.
Das erste Einheitensystem leitet sich aus dem Coulombschen Gesetz für die Wechselwirkung elektrischer Ladungen ab, das zweite basiert auf dem gleichen Gesetz für die Wechselwirkung magnetischer Massen. Die Werte derselben Größen, ausgedrückt in Einheiten eines Systems, unterscheiden sich stark von denselben Einheiten in einem anderen. Infolgedessen verbreitete sich auch das symmetrische Gaußsche CGS-System, bei dem elektrische Größen im CGSE-System und magnetische Größen im CGSM-System ausgedrückt werden.
Die Einheiten von CGS-Systemen erwiesen sich in den meisten Fällen als unpraktisch für die Praxis (zu groß oder zu klein), was zur Schaffung eines Systems praktischer Einheiten führte, die Vielfache der Einheiten des CGS-Systems (Ampere, Volt, Ohm, Farad) sind , Anhänger usw.) .). Sie bildeten die Grundlage des Systems, das einst weit verbreitet war. IVSS, dessen ursprüngliche Einheiten Meter, Kilogramm (Masse), Sekunde und Ampere sind.
Der Vorteil dieses Einheitensystems (das sogenannte absolute praktische System) liegt darin, dass alle seine Einheiten mit den praktischen Einheiten übereinstimmen, sodass keine Notwendigkeit besteht, zusätzliche Koeffizienten in die Formeln für die Beziehung zwischen den in diesem System ausgedrückten Größen einzuführen von Einheiten.
Derzeit gibt es ein einziges internationales Einheitensystem. SI (Internationales System), das 1960 verabschiedet wurde. Es basiert auf dem IVSS-System.
Das SI-System unterscheidet sich vom MCSA dadurch, dass zur Anzahl der ersten Einheiten des ersteren eine Einheit der thermodynamischen Temperatur hinzugefügt wird, der Kelvin-Grad, die Maßeinheit der Materiemenge das Mol und die Lichteinheit Die Intensität ist die Candela, wodurch dieses System nicht nur auf elektrische, magnetische und mechanische Phänomene, sondern auch auf andere Bereiche der Physik ausgeweitet werden kann.
Im SI-System gibt es sieben Grundeinheiten: Kilogramm, Meter, Sekunde, Ampere, Kelvin, Mol, Candela.
Um Mengen zu berechnen, die viel größer als diese Maßeinheit oder viel kleiner als diese sind, werden Vielfache und Untervielfache der Einheiten verwendet. Diese Einheiten werden durch Anhängen des entsprechenden Präfixes an den Namen der Basiseinheit erhalten.
Die Entstehungsgeschichte des SI-Systems und die Grundeinheiten dieses Systems werden in diesem Artikel beschrieben: SI-Messsystem – Geschichte, Zweck, Rolle in der Physik