《量和单位制g》ppt课件

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1、一、量与量纲,根据量在计量学中所处的地位和作用,有不同的分类方法。 1基本量和导出量 基本量是“在量制中,约定地认为是彼此独立的量”； 导出量是“在量制中,为该量制基本量的函数所定义的量”。基本量和相应导出量的特定组合构成整个科学领域或某个专业领域的“量制”。如在力学领域里,公认的基本量有三个： 长度、质量和时间； 在电磁学中,还要增加一个基本量电流； 在热学中,则要增加一个基本量温度； 在整个科学领域里,则还有物质的量和发光强度两个基本量。,2 量值的概念 由一个数和合适的计量单位表示的量称为量值。即量由数值和计量单位两部分组成,且其所选用的单位大小要合适。,二、法定计量单位,1 单位的概念

2、 计量单位是“约定采用的特定量,用以定量表示具有相同量纲的量”。这个定义也可以表示为“习惯上公认数值为1的一个量值”。首先,它明确表示,计量单位是数值等于1的特定量,在计量过程中起已知其值的比较标准之用； 其次,单位是用来定量表示具有相同量纲的量,这就可以比较同量纲量的大小。但是应该注意,有个别量同量纲但不同单位,例如力矩和功、材料强度和压力的量纲相同,但是都用各自的计量单位。,2 基本单位和导出单位 基本单位是“在给定量制中基本量的单位”。如在MKS单位制中,有三个基本量： 长度、质量和时间,相应的基本单位为米、千克和秒。在国际单位制中,基本单位有七个。在给定量制中,约定地认为基本量是彼此独

3、立的,但与其相对应的基本单位并不都是彼此独立的。,例如,电流是独立的基本量,但是在安培的定义中,包含了其他基本单位米、千克和秒； 导出单位是“在给定量制中导出量的计量单位”。在单位制中,导出单位可以用基本单位和比例因数表示,而且对有些导出单位,为了表示方便,给以专门的名称和符号,如牛顿N）、赫兹（Hz）、帕斯卡（Pa）等。,国际单位制的特点 1954年第十届国际计量大会决定采用米、千克、秒、安培、开尔文和坎德拉作为基本单位。 1960年第十一届国际计量大会决定将以这六个单位为基本单位的实用计量单位制命名为“国际单位制”,并规定其符号为“SI”。此后,1974年的第十四届国际计量大会又决定增加物

4、质的量的单位摩尔作为基本单位。因此,目前国际单位制共有七个基本单位。,国际单位制有以下几个特点： (1) 通用性：国际单位制适用于任何科学技术领域,也适用于商品流通领域及人民日常生活。 (2) 简明性：采用国际单位制可以取消其他单位制的一些单位,明显地简化量的表示形式,省略了各单位制之间的换算。国际单位制规定每个单位只有一个名称和一个国际符号,同时， 坚持一个量只有一个SI单位的原则,避免多种单位制和单位的并用。 (3) 实用性：国际单位制的基本单位和大多数导出单位的主单位量值都比较实用,而且保持了历史的连续性,如安培、伏特、欧姆、米等。它还包括数值范围很广的词头,以便构成十进制倍数和分数单位

5、,适合各类计量需要。,(4) 准确性： 国际单位制的七个基本单位都有严格的科学定义,复现方法有重大改进,其相应的计量基准代表当代科学技术所能达到的最高计量准确度。,1 SI基本单位的定义及概述 国际单位制的SI基本单位为米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔和坎德拉。 基本单位是通过计量标准来定义、实现、保持或复现的,基准是在特定领域内具有最高计量特性的计量标准。,实现基本单位的初期基准是利用宏观自然现象和有关实物来建立的,它们被称为实物基准。例如国际米原器、国际千克原器和平太阳时。实物基准比较简单直观,因而在一段历史时期内得到广泛应用,而且国际千克原器至今仍在使用。但是,由于实物基准受到材料纯度、

6、加工准确度、使用磨损、环境变化等的限制,因此它们难以达到并保持很高的准确度。 随着科学技术的进步,特别是量子力学的发展,实现基本单位的基准相继利用宏观量子效应来建立,它们被称为自然基准。例如,铯原子时间频率基准、国际计量大会推荐的辐射波长和探索中的质量自然基准。自然基准的不确定度较小,并且可以在不同国家中以同样的准确度来建立。,1） 米 米是国际单位制中表示长度的基本单位,其符号是m。 米的定义：米是光在真空中于1/299 792 458 s时间间隔内所经路径的长度。 最初的米是以地球子午线的四分之一的一千万分之一来定义的,其原器保存在法国档案局。1889年第一届国际计量大会正式批准了根据“档

7、案局米”的值,用铂铱合金制造的新米原器中,最接近“档案局米”的一支为国际米原器,并宣布： 该米原器在冰融点温度时代表长度的单位米。尽管国际米原器用铂铱合金制成,具有高硬度和高抗氧化性能,但其长度随时间的推移仍不可能保持不变。因为任何金属经加工后都难免产生一定的内应力,这必然要引起微晶结构的缓慢变化。,2）千克 千克是国际单位制中表示质量的基本单位,其符号是kg。千克的定义：千克是质量单位,等于国际千克原器的质量。 需要指出的是： 质量与重量有区别,重量具有力的性质,物体的重量是它的质量与重力加速度的乘积,而标准重力加速度为9.806 65 m/s2。,国际千克原器是用铂铱合金制造的。为了减少由

8、于磨损或其他物质的吸附而引起的变化,原器的表面积应尽可能小,因而最好的形状应该是球形。但是考虑到加工和调准的困难,还是取了最小面积的圆柱体,即高等于直径的圆柱体。该国际千克原器于1878年提出并订制,1880年与“档案局千克”进行比对,1883年被国际计量局选定,1889年被第一届国际计量大会承认,并在1901年第三届国际计量大会上被正式定义。该原器近百年来一直被保存在国际计量局的地下室里,被精心安置于有三层钟罩保护的托盘上。,3） 秒 秒是国际单位制中表示时间的基本单位,其符号是s。 秒的定义： 秒是与铯-133原子基态两个超精细能级间跃迁相对应的辐射的9 192 631 770 个周期的持

9、续时间。, 4） 安培 安培是国际单位制中表示电流的基本单位,其符号是A。 安培的定义：在真空中,截面可忽略的两根相距1 m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时,若导线间相互作用力在每米长度上为210-7 N,则每根导线中的电流为1 A。,由于实现安培的计量装置十分复杂,而且安培也难以长期保持,因此实际上人们是根据欧姆定律 I= (U/R) 通过电压U的单位伏特(V)和电阻R的单位欧姆()来保持电流I的单位安培(A)的。 人们长期分别利用标准电池组和标准电阻组等实物基准保持伏特和欧姆。随着计量科学的发展,现在已经开始分别利用交流约瑟夫森效应和量子霍尔效应所建立的基准来保持伏特和欧姆。这些利

10、用量子效应的自然基准的复现性远优于实物基准的复现性,并且基本上与环境条件和所用材料无关。 ,5） 开尔文 热力学温度单位开尔文等于水的三相点热力学温度的1/273.16。 除以开尔文（K）表示热力学温度（T）外,也使用摄氏度（）来表示摄氏温度（t）。,摄氏度常用于日常生活,作为单位,它与开尔文相等,即1=1 K。但由于摄氏度是以水的冰点的热力学温度（ T0 =273.15 K,与水三相点的热力学温度差0.01 K）为零度的,故摄氏温度与热力学温度的数值关系为t=T-T0。,6） 摩尔 物质的量的单位摩尔是一系统的物质的量,该系统中所包含的基本单元数与0.012 kg碳-12的原子数目相等,其符

11、号是mol。 基本单元可以是原子、分子、离子、电子或其他粒子,也可以是这些粒子的特定组合(在使用摩尔时应指明)。,7） 坎德拉 坎德拉是国际单位制中表示发光强度的基本单位,其符号是cd。 ,坎德拉的定义： 坎德拉是一光源在给定方向上的发光强度,该光源发出频率为5401012 Hz的单色辐射,且在此方向上的辐射强度为1/683瓦特(W)每球面度。定义中,5401012 Hz辐射的波长约为555 nm,它是人眼感觉最灵敏的波长。 发光强度单位最初是用蜡烛（或其他火焰）来定义的,故有“烛光”之称,后来逐渐采用黑体辐射原理对发光强度单位进行研究, 但由于用该定义复现的坎德拉的误差较大,满足不了需要,加

12、之辐射功率的计量已取得了显著的进展,1979年第十六届国际计量大会便决定采用现行的新定义。,2 SI辅助单位及其定义 国际单位制有两个SI辅助单位,即弧度和球面度。 平面角单位弧度的定义是： 弧度是圆内两条半径之间的平面角,这两条半径在圆周上所截取的弧长与半径相等。 立体角单位球面度的定义是： 球面度是一立体角,其顶点位于球心,而它在球面上所截取的面积等于以球半径为边长的正方形的面积。,3 SI导出单位 SI导出单位是由SI基本单位按定义方程式导出的,它的数量很大。在这里列出其中三类： 用SI基本单位表示的一部分SI导出单位； 具有专门名称的SI导出单位； 用SI辅助单位表示的一部分SI导出单

13、位。,用SI基本单位表示的一部分SI导出单位,具有专门名称的SI导出单位,用SI辅助单位表示的一部分SI导出单位,用专门名称表示的一部分SI导出单位,5 制外单位 制外单位是“不属于给定单位制的计量单位”。有一些单位本身具有重要作用,而且广泛使用,可是国际单位制还不包括它们,这些单位就是国际单位制的制外单位。它们有 三类： (1) 与国际单位制并用的单位。如表示时间的单位分、时、日； 表示平面角的单位度、分、秒； 表示体积的单位升； 表示质量的单位吨。 (2) 暂时与国际单位制并用的单位。如表示转速的单位转每分； 表示长度的单位海里、公里、费密、埃； 表示压力的单位巴、标准大气压、托、毫米汞柱

14、等。,(3) 具有专门名称的CGS制单位。如尔格、达因、泊、高斯、奥斯特等等。 前一类单位将会长期使用下去,而后两类单位一般应该避免使用,而且还将在相当一段时间内逐渐被国际单位制单位所取代。,我国的法定计量单位,我国的法定计量单位是以国际单位制单位为基础,保留了少数其他计量单位组合而成的。它包括了SI的基本单位、辅助单位、导出单位和词头,同时选用了一些非国际单位制单位。,国家选定的非国际单位制单位,三、测量、计量、测试,四、基准和标准,国家基准 副基准 工作基准 计量标准,五、量值的传递和计量器具检定,1 量值传递的概念 将国家计量基准所复现的计量单位量值，通过检定（或其他传递方式）传递给下一

15、等级的计量标准， 并依次逐级传递到工作计量器具，以保证被计量的对象的量值准确一致，称为量值传递。近年来，有些量值（如典型的频率和时间量等）由于传递手段的进步， 也采用了从最高级别或很接近于最高级别的标准直接通过无线等方法对工作计量器具进行传递。 这对于传统的量值传递方法也是很大的改进。,同一量值，用不同的计量器具进行计量， 若其计量结果在要求的准确度范围内达到统一，称为量值准确一致。量值准确一致的前提是，计量结果必须具有“溯源性”，即被计量量必须具有能与国家计量基准或国际计量基准相联系的特性。要获得这种特性， 就要求用以计量的计量器具必须经过具有适当准确度的计量标准的检定，而该计量标准又受到上

16、一等级计量标准的检定, 逐级往上追溯， 直至国家计量基准或国际计量基准。 由此可见溯源性的概念是量值传递概念的逆过程。,2 量值传递与保证量值准确一致的基础 1） 科学基础 科学基础主要是计量学理论，如计量单位制、计量理论、 误差理论等。 2） 技术基础 主要的技术基础为： (1) 保证以最高准确度复现计量单位的国家计量基准体系。 (2) 将国家计量基准的量值传递到工作计量器具的计量标准体系。 ,(3) 用以保证计量器具准确一致的， 或保证材料成分与性能检测时准确一致的标准物质体系； (4) 计量器具的研制、 生产及修理的体系； (5) 计量器具的新产品定型鉴定体系； (6) 计量器具的检定体系等。 3）法制基础 主要的法制基础为： (1) 计量法及有关法规； （2） 计量检定系统； (3) 计量检定规程； (4) 具有法定性质的操作规范。,4）组织基础 主要的组织基础为： （1） 国