«Наука начинается там, где начинаются измерения» Д.И.Менделеев Основы метрологии Наука, предметом изучения которой являются все аспекты измерений, называется метрологией.

Схема из методологии

Измерение Измерение операция Сравнения одной (измеряемой) величины с другой однородной величиной, которая берётся за единицу. Получившееся значение будет численным значением измеряемой величины. Измерение физической величины опытным путем проводится с помощью приборов. Измерение физической величины включает в себя несколько этапов: 1) собственно сравнение с эталоном; 2) преобразование в форму, удобную для использования (различные способы индикации).

Физическая величина Физическая величина- свойство тел или явлений, которое можно выразить числом. У физической величины должны быть: масса обозначениеm единица измерениякг

Эталон Этало́н (фр. etalon) представляет собой средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее; воспроизведение и (или) хранение единицы, передачу её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, утвержденное в качестве эталона в установленном порядке

Измерительный прибор Cредство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

Классификация * По способу индикации Показывающий измерительный прибор измерительный прибор, допускающий только отсчитывание показаний значений измеряемой величины Регистрирующий измерительный прибор измерительный прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний. Регистрация значений может осуществляться в аналоговой или цифровой формах. Различают самопишущие и печатающие регистрирующие приборы

По методу измерений * Измерительный прибор прямого действия измерительный прибор, например, манометр, амперметр в котором осуществляется одно или несколько преобразований измеряемой величины и значение её находится без сравнения с известной одноимённой величиной * Измерительный прибор сравнения измерительный прибор, предназначенный для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно.

По форме представления показаний * Аналоговый измерительный прибор измерительный прибор, показания которого или выходной сигнал являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины * Цифровой измерительный прибор измерительный прибор, показания которого представлены в цифровой форме

По другим признакам * Суммирующий измерительный прибор измерительный прибор, показания которого функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к нему по различным каналам * Интегрирующий измерительный прибор измерительный прибор, в котором значение измеряемой величины определяются путем ее интегрирования по другой величине

У прибора должны быть: 1.Шкала (явная или скрытая) 2.Единицы измерения 3.Предел измерения 4.Цена деления 5.Класс точности

Возникновение систем единиц В конце XVIII в. в странах Европы существовало около 100 разных «футов», несколько десятков различных миль, более сотни «фунтов», что очень мешало торговле. В 1789 г. торговые центры Франции обратились в правительство с ходатайством о введении в законодательном порядке одинаковых для страны единиц измерения. Возникновение систем единиц

Правительство поручило рассмотреть этот вопрос специальной комиссии, в которой работали математики, астрономы и физики. Среди них были Пьер Симон Лаплас, Гаспар Монж, Жан Антуан Никола Кондорсе.

Комиссия постановила принять за единицу измерения длины метр, определяемый как 1/40-миллионная длины меридиана, на котором расположен Париж. Для измерения длины меридиана была организована экспедиция под руководством астрономов и геодезистов, и в течении 7 лет (с 1792 по 1799 г.) проводились угловые замеры участка меридиана между Дюнкерком и Барселоной (около 1000 км). Затем на основании полученных результатов был изготовлен платиновый эталон метра.

За единицу массы (килограмм) комиссия приняла массу 1 дм 3 (понятие мера уже было введено) дистиллированной воды при температуре 4 о С. Оба эталона Лаплас представил Национальному собранию которое и утвердило их 10 декабря 1799 года. Единицей времени, секундой, было решено считать 1/86400 часть средних солнечных суток.

В 1799 г. были утверждены два эталона - для единицы длины (метр) и для единицы массы (килограмм). В 1874 г. по предложению Карла Фридриха Гаусса была создана система единиц, базирующаяся на 3-х основных физических величинах: длине, массе и времени- система СГС, основанная на трёх единицах - сантиметр, грамм и секунда. Были также введены десятичные приставки от микро до мега. Развитие систем единиц

Для расширения торговли, поддержания контактов ученых и инженеров разных стран требовалась общая система единиц. В 1875 г. 17 стран, в том числе и Россия, подписали Метрическую конвенцию. В соответствии с этим документом страны вводили у себя метрическую систему мер и принимали за эталоны метра и килограмма прототипы, хранящиеся в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа.

В 1901 году итальянский инженер Джованни Джорджи на конгрессе Итальянской электротехнической ассоциации (А.Е.I.) в Риме доказал, что когерентную систему единиц можно получить, добавив к уже имеющимся 3 механическим единицам еще одну - электрическую. Так зародилась Международная система единиц (СИ).

В 1960 XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)». В 1971 IV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу количества вещества (моль). В настоящее время СИ принята в качестве законной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области науки (даже в тех странах, которые не приняли СИ).

занимается Технический комитет Международной электротехнической комиссии МЭК/ТК 25 «Величины, единицы и их буквенные обозначения», учрежденный в 1938 году. Комитет разрабатывает международные стандарты и проводит анализ практического применения в нормативных документах МЭК электротехнических величин и единиц. В настоящее время вопросами системы СИ

По техническим вопросам МЭК/ТК 25 работает в тесном взаимодействии с Международным бюро мер и весов (МБМВ), Техническим комитетом ИСО (Международной организации по стандартизации) «Величины, единицы, условные обозначения, коэффициенты преобразования» (за исключением величин, используемых в электротехнике), Международным союзом электросвязи (МСЭ), Международной организацией законодательной метрологии (МОЗМ). Сегодня большинство стандартов МЭК разрабатывается на основе СИ.

Христиан Гюйгенс ( ) - создатель волновой теории света ( в 1690 г.опубликован «Трактат о свете»)), один из величайших физиков, астрономов и математиков. Гюйгенс конкретизировал принципы и понятия кинематики и динамики Галилея, разрешил основные задачи динамики о математическом и физическом маятнике и центробежной силе и создал основания динамики твердого тела. Исследовал причину силы тяжести Результаты работы Гюйгенса послужили прочной базой для создания механики Ньютона.

Создатель маятниковых и карманных часов. В астрономии с именем Гюйгенса связано открытие кольца Сатурна и одного из его спутников, туманностей в Орионе и пятен на Марсе, усовершенствование телескопа («окуляр Гюйгенса»). Одна из последних работ о множественности миров, «Kosmotheoros», содержит догадки об обитаемости других миров, гипотезы о форме земли и других астрономических вопросах.

В математике, Гюйгенс был исследователем кривых (циклоиды, логарифмики, цепной линии), математической теории игр. Гюйгенсу принадлежит также один из первых трактатов по теории вероятности. Гюйгенс является одним из наиболее ярких представителей механического миросозерцания, господствовавшего в физике со времен Декарта и вплоть до Генриха Герца.

Гаспар Монж ( ), французский математик и общественный деятель, член Парижской Академии Наук. Профессор Мезьерской военно- инженерной школы, один из основателей и профессор Политехнической школы в Париже В Основные труды Монжа относятся к геометрии. Ввсемирное признание, за создание(в 70-е годы современных методов проекционного черчения и его основу - начертательную геометрию. Написал – «Начертательную геометрию»; опубликованная в 1799г. Важные открытия сделал также в дифференциальной геометрии.В 1804 издана книга «Применение анализа в геометрии».

Монжу принадлежат также работы по математическому анализу, химии, оптике, метеорологии и практической механике. В период Великой французской революции Монж состоял в комиссии по установлению системы мер и весов. В был морским министром. В 1793 заведовал пороховыми и пушечными заводами республики. Во время Директории сблизился с Наполеоном, принимал участие в его походе в Египет и основании в Каире Египетского института (1798г.); В период Реставрации был лишён всех прав и изгнан из Политехнической школы и Академии наук.

Мари-Жан-Антуан-Никола Карита, маркиз де Кондорсе ( ) – французский философ- просветитель, математик, социолог, политический деятель. С 1785 секретарь Французской академии; сотрудничал в "Энциклопедии" Д. Дидро и Д Аламбера. Занимал пост председателя комитета по управлению мер и весов с 1774 по В 1791 избран в Законодательное собрание, в Конвенте примыкал к жирондистам. В философии - сторонник деизма и сенсуализма; развил концепцию исторического прогресса, в основе которого развитие разума («Эскиз исторической картины прогресса человеческого разума", 1794»). Умер в тюрьме в 1794 года.

Пьер Симон Лаплас ( ) - французский астроном, математик, физик. Автор классических трудов по теории вероятностей и небесной механике (динамика Солнечной системы в целом и её устойчивость и других.): сочинения «Аналитическая теория вероятностей» «Трактат о небесной механике» много трудов по дифференциальным уравнениям, математической физике, теории капиллярности, теплоте, акустике, геодезии и др. Предложил космогоническую гипотезу (гипотеза Лапласа). Классический представитель механистического детерминизма.

С 1766г.- преподаватель математики. В 1784 Лапласа сделали экзаменатором королевского корпуса артиллеристов В 1790г. Национальное собрание Франции поручило Академии наук создать систему мер и весов "на все времена и для всех народов". Председателем Палаты мер и весов был назначен Лаплас. В 1793г. Лаплас был уволен из Комиссии по мерам и весам из-за народного восстания. В 1795 Лаплас становится членом Национального института наук и искусств и возглавляет Бюро долгот, которое занималось измерением длины земного меридиана. После переворота 18 брюмера Наполеон назначил Лапласа министром внутренних дел, президентом сената, а через месяц - канцлером.

Благодаря ему теория вероятностей приобрела законченный вид. В физике Лаплас вывел формулу для скорости распространения звука в воздухе, создал ледяной калориметр, получил барометрическую формулу для вычисления изменения плотности воздуха с высотой, учитывающую его влажность. Он выполнил ряд работ по теории капиллярности и установил закон, который позволяет определить величину капиллярного давления.

В 1780 Лаплас предложил новый способ вычисления орбит небесных тел, доказал устойчивость Солнечной системы,. определил величину сжатия Земли у полюсов; установил законы движения спутников Юпитера. Полученные результаты были опубликованы Лапласом в его самом известном пятитомном классическом сочинении "Трактат о небесной механике" ( ). Космогоническая гипотеза Лапласа была опубликована в 1796 в приложении к его книге "Наложение системы мира".

После реставрации монархии Лаплас пользовался благосклонностью Людовика XVIII, который сделал его пэром Франции и пожаловал титул маркиза. В 1817 году Лаплас стал членом вновь созданной Французской академии. Его последние слова были: "То, что мы знаем, так ничтожно по сравнению с тем, что мы не знаем".

ГАУСС Карл Фридрих ( ) Первый успех пришел к Гауссу, когда ему не было еще девятнадцати - доказательство того, что можно построить правильный 17 - угольник циркулем и линейкой. 1799г. Гаусс получил степень доктора философии. Работы Гаусса оказали большое влияние на все дальнейшее развитие высшей алгебры, теории чисел, дифференциальной геометрии. В Арифметических исследованиях" содержатся вопросы теории чисел и высшей алгебры.

Гаусс составил большие таблицы простых чисел, квадратичных вычетов и невычетов, выразил все дроби вида 1/p для р от 1 до 1000 десятичными дробями, доведя эти вычисления до полного периода. В он опубликовал метод наименьших квадратов. В алгебре Гаусс занимался преимущественно основной теоремой, расширил область теории чисел, благодаря введению целых гауссовых чисел.

В связи с астрономическими вычислениями Гаусс занялся исследованием вопроса о сходимости бесконечных рядов. ( Эти исследования привели к прогрессу в общей теории рядов. Гаусс изложил идеи изучения формы земной поверхности в сочинении "Общие исследования о кривых поверхностях". Астрономические труды Гаусса также значительны. Он вычислил орбиту малой планеты Цереры, занимался теорией возмущений.

В физике - занимался вопросами теории притяжения, классической теории электричества и магнетизма, геодезии, Основы высшей геодезии он изложил в сочинении «Исследования о предметах высшей геодезии» ( ). Гаусс изобрел специальный прибор - гелиотроп. Исследования Гаусса в теоретической физике ( ) явились результатом совместной научной работы с В. Вебером, с которым он создал абсолютную систему электромагнитных единиц (1832) и построил (1833) первый в Германии электромагнитный телеграф. Гаусс создал общую теорию магнетизма, заложил основы теории потенциала.

МЕНДЕЛЕЕВ Дмитрий Иванович ( ) - российский химик, разносторонний ученый, педагог. Открыл (1869) периодический закон химических элементов - один из основных законов естествознания. Оставил свыше 500 печатных трудов, среди которых классические «Основы химии» - первое стройное изложение неорганической химии.

Автор фундаментальных исследований по химии, химической технологии, физике, метрологии, воздухоплаванию, метеорологии, сельскому хозяйству, экономике, народному просвещению и др., тесно связанных с потребностями развития производительных сил России. Заложил основы теории растворов, предложил промышленный способ фракционного разделения нефти, изобрел вид бездымного пороха, пропагандировал использование минеральных удобрений, орошение засушливых земель.

Один из инициаторов создания Русского химического общества (1868). Профессор Петербургского университета ( ), ушел в отставку в знак протеста против притеснения студенчества. С 1876года член-корреспондент Петербургской АН, в 1880 выдвигался в академики, но был забаллотирован, что вызвало резкий общественный протест. Организатор и первый директор (1893) Главной палаты мер и весов (ныне ВНИИ метрологии им. Менделеева).

Можно обсуждать, хорошо или плохо составлена система единиц физических единиц, но факт, что в основе своей любая система величин и единиц имеет произвол, связанный с человеческим сознанием, является бесспорным. Самый главный вопрос при построении систем единиц состоит в том, сколько должно быть основных единиц или, более точно, какими принципами нужно руководствоваться при построении той или иной системы? Принципы построения систем единиц физических величин

Единицы физических величин подразделяются на основные и производные. Основными физическими величинами являются величины, выбранные произвольно и независимо друг от друга. Основные единицы выбираются так, чтобы, пользуясь закономерной связью между величинами можно было бы образовать единицы других величин. Соответственно, образованные таким образом величины и единицы называются производными.

Принципы построения систем единиц Частично в метрологической литературе можно найти утверждение, что главный принцип системы должен состоять в минимальном количестве основных единиц. На самом деле такой подход является неверным, так как, следуя этому принципу такая величина и единица может быть одна. Например, через энергию можно выразить практически любую физическую величину.

Е стественно, что, выбрав произвольно какую-либо единицу в качестве основной, мы произвольно выбираем размер этой единицы. В механических измерениях длину, время и массу мы имеем возможность сравнивать с любыми выбранными в качестве исходных одноименными величинами. По мере развития метрологии определения размера величин основных единиц неоднократно изменялись, тем не менее, ни на физических законах, ни на единстве измерений это не отразилось.

Сила света Количество вещества Термодинамическая температура Сила электрического тока Время Масса Длина Основные единицы

Длина Единица измерения Оптическая схема интерферометра Майкельсона, принцип построения которого положен в основу эталона единицы длины системы СИ - метра Современный эталон метра

Масса Единица измерения Эталон килограмма Используется сплан платины и иридия высотой 39мм и диаметром 39мм.

Время Единица измерения

Сила электрического тока Единица измерения Схема воспроизведен ия единицы силы тока на Ампер-весах

Термодинамическая температура Единица измерения Сосуд, воспроизводящий тройную точку воды

Количество вещества Единица измерения

Сила света Единица измерения Платиновый объемный излучатель - эталон канделы

Все остальные величины являются производными и могут быть вычислены по соответствующим формулам.