الكميات والمعلمات الفيزيائية والوحدات

كميات فيزيائية

تعني الكميات خصائص الظواهر التي تحدد الظواهر والعمليات ويمكن أن توجد بشكل مستقل عن حالة البيئة والظروف. وتشمل هذه ، على سبيل المثال ، الشحنة الكهربائية ، شدة المجال ، الحث ، التيار الكهربائي ، إلخ. يمكن للبيئة والظروف التي تحدث في ظلها الظواهر التي تحددها هذه الكميات أن تغير هذه الكميات بشكل أساسي فقط من الناحية الكمية.

المعلمات الفيزيائية

تعني المعلمات خصائص الظواهر التي تحدد خصائص الوسائط والمواد وتؤثر على العلاقة بين الكميات نفسها. لا يمكن أن توجد بشكل مستقل ولا تتجلى إلا في عملها على الحجم الفعلي.

تشمل المعلمات ، على سبيل المثال ، الثوابت الكهربائية والمغناطيسية ، المقاومة الكهربائية ، القوة القسرية ، الحث المتبقي ، معلمات الدائرة الكهربائية (المقاومة ، التوصيل ، السعة ، المحاثة لكل وحدة طول أو حجم في الجهاز) ، إلخ.

قيم المعلمات الفيزيائية

تعتمد قيم المعلمات عادةً على الظروف التي تحدث فيها هذه الظاهرة (من درجة الحرارة والضغط والرطوبة وما إلى ذلك) ، ولكن إذا كانت هذه الظروف ثابتة ، فإن المعلمات تحافظ على قيمها دون تغيير وبالتالي تسمى أيضًا ثابتة .

تسمى التعبيرات الكمية (العددية) للكميات أو المعلمات بقيمها. وتجدر الإشارة إلى أن القيم يشار إليها عادة بالكميات التي يجب تجنبها. على سبيل المثال: قراءة الفولتميتر U هي 5 فولت ، وبالتالي فإن الجهد المقاس (القيمة) V له قيمة 5 فولت.

الوحدات

لا تقتصر دراسة أي ظاهرة في الفيزياء على إقامة علاقات نوعية بين الكميات ، بل يجب تحديد هذه العلاقات كمياً. بدون معرفة التبعيات الكمية ، لا توجد رؤية حقيقية لهذه الظاهرة.

من الناحية الكمية ، لا يمكن تقدير الكمية إلا عن طريق قياسها ، أي عن طريق المقارنة التجريبية بين كمية مادية معينة مع كمية من نفس الطبيعة الفيزيائية ، مأخوذة كوحدة قياس.

يمكن أن يكون القياس مباشرًا أو غير مباشر. في القياس المباشر ، تتم مقارنة الكمية المراد تحديدها مباشرة بوحدة القياس. في القياس غير المباشر ، يتم العثور على قيم الكمية المرغوبة عن طريق حساب نتائج القياسات المباشرة للكميات الأخرى المتعلقة بنسبة معينة.

يعد إنشاء وحدات القياس أمرًا بالغ الأهمية لتطوير العلوم في البحث العلمي وإنشاء القوانين الفيزيائية ، وفي الممارسة العملية لإجراء العمليات التكنولوجية ، وكذلك للرقابة والمحاسبة.

يمكن تعيين وحدات القياس للكميات المختلفة بشكل تعسفي دون مراعاة علاقتها بكميات أخرى ، أو أخذ هذه العلاقات في الاعتبار. في الحالة الأولى ، عندما تستبدل القيم الرقمية في معادلة العلاقة ، من الضروري أيضًا مراعاة هذه العلاقات. في الحالة الثانية ، تختفي الحاجة إلى هذا الأخير.

كل نظام من الوحدات مميز الوحدات الأساسية والمشتقة... يتم تعيين الوحدات الأساسية بشكل تعسفي ، بينما تنطلق عادةً من ظاهرة فيزيائية مميزة أو خاصية لمادة أو جسم. يجب أن تكون الوحدات الأساسية مستقلة عن بعضها البعض ويجب تحديد عددها من خلال الضرورة والكفاية لتشكيل جميع الوحدات المشتقة.

لذا ، على سبيل المثال ، فإن عدد الوحدات الأساسية اللازمة لوصف الظواهر الكهربائية والمغناطيسية هو أربعة. ليس من الضروري قبول وحدات الكميات الأساسية كوحدات أساسية.

من المهم فقط أن يكون عدد وحدات القياس الأساسية مساويًا لعدد الكميات الأساسية ، ويمكن إعادة إنتاجها (في شكل معايير) بأقصى قدر من الدقة.

الوحدات المشتقة هي وحدات يتم إنشاؤها على أساس القواعد النظامية المتعلقة بالقيمة التي تم إنشاء الوحدة من أجلها للقيم التي يتم تعيين وحداتها بشكل مستقل.

للحصول على وحدة مشتقة لكمية عشوائية ، تتم كتابة معادلة تعبر عن علاقة هذه الكمية بالكميات التي تحددها الوحدات الأساسية ، ومن ثم ، معادلة معامل التناسب (إذا كان في المعادلة) بواحد ، يتم استبدال الكميات بوحدات القياس ويتم التعبير عنها من حيث الوحدات الأساسية.لذلك ، يتطابق حجم وحدات القياس مع حجم الكميات المقابلة.

أنظمة الكتل الأساسية في الهندسة الكهربائية

في الفيزياء حتى منتصف القرن العشرين ، كان نظامان مطلقان للوحدات التي طورها غاوس شائعين - SGSE (سم ، غرام ، ثاني - نظام إلكتروستاتيكي) و SGSM (سم ، جرام ، ثاني - نظام مغناطيسي) ، حيث الكميات الرئيسية هي السنتيمتر ، الجرام ، الثواني والعزل الكهربائي أو النفاذية المغناطيسية للتجويف.

النظام الأول للوحدات مشتق من قانون كولوم لتفاعل الشحنات الكهربائية ، والثاني - يعتمد على نفس القانون لتفاعل الكتل المغناطيسية. تختلف قيم نفس الكميات المعبر عنها بوحدات نظام واحد اختلافًا كبيرًا عن نفس الوحدات في نظام آخر. ونتيجة لذلك ، أصبح نظام Gaussian CGS المتماثل أيضًا واسع الانتشار ، حيث يتم التعبير عن الكميات الكهربائية في نظام CGSE ويتم التعبير عن الكميات المغناطيسية في نظام CGSM.

أثبتت وحدات أنظمة CGS في معظم الحالات أنها غير ملائمة للممارسة (كبيرة جدًا أو صغيرة جدًا) ، مما أدى إلى إنشاء نظام من الوحدات العملية التي تعد مضاعفات وحدات نظام CGS (أمبير ، فولت ، أوم ، فاراد ، قلادة ، إلخ).). كانوا أساس النظام الذي تم اعتماده على نطاق واسع في وقت واحد. ISSA، ووحداتها الأصلية هي المتر والكيلوغرام (الكتلة) والثانية والأمبير.

تكمن راحة نظام الوحدات هذا (يسمى النظام العملي المطلق) في حقيقة أن جميع وحداته تتطابق مع الوحدات العملية ، لذلك لا داعي لإدخال معاملات إضافية في الصيغ للعلاقة بين الكميات المعبر عنها في هذا النظام من الوحدات.

يوجد حاليًا نظام دولي واحد للوحدات. SI (النظام الدولي) الذي تم اعتماده في عام 1960. يقوم على نظام ISSA.

يختلف نظام SI عن MCSA في أنه يتم إضافة وحدة درجة الحرارة الديناميكية الحرارية إلى عدد الوحدات الأولى من الأولى ، ودرجة كلفن ، ووحدة قياس كمية المادة هي المولي ، ووحدة الإضاءة الشدة هي الشمعة ، التي تسمح لهذا النظام بالامتداد ليس فقط للظواهر الكهربائية والمغناطيسية والميكانيكية ، ولكن أيضًا إلى مجالات الفيزياء الأخرى.

يوجد في نظام SI سبع وحدات أساسية: كيلوغرام ، متر ، ثانية ، أمبير ، كلفن ، مول ، كانديلا.

لحساب الكميات الأكبر بكثير من وحدة القياس هذه أو أصغر منها بكثير ، يتم استخدام المضاعفات والمضاعفات الفرعية للوحدات. يتم الحصول على هذه الوحدات من خلال إلحاق البادئة المناسبة باسم الوحدة الأساسية.

يتم تقديم تاريخ تكوين نظام SI والوحدات الأساسية لهذا النظام في هذه المقالة: نظام قياس SI - التاريخ والغرض والدور في الفيزياء