2.Классификация физических величин

В основе любой классификаций должен лежать определённый критериальный признак. Если таким признаком является наличие или отсутствие раз

мерности, тогда все физические величины де­лятся на безразмерные и размерные. Безразмерными являются все относительные величины, например отно­сительное

удлинение, относительная диэлектрическая проницаемость и др. Ясно, что раз­мерности одной и той же ФВ в различных системах величин могут оказать

ся различными. Поэтому размерность производной ФВ является ее относительной характеристикой, зависящей от выбора системы величин.

Если группировать ФВ по признаку изменчивости (изменяется или не изменяется), тогда все физические величины можно разделить на три больших класса.

1. Переменные физические величины

2. Постоянные физические величины

3. Физические величины, являющиеся постоянными при определённых условиях или допущениях.

Рассмотрим каждый класс ФВ подробнее.

К классу I относятся все основные величины, а также производные величины, выраженные определяющими уравнениями, то есть функциональными зависимостями через основные:

А) через прямо пропорциональную зависимость, например:

работа A = F r cos (F^ r) , магнитный поток Ф= ВS cos ( В^n) и др;

Б) через прямо и обратно пропорциональную зависимость, например:

давление P = F / S , мощность N = A/ t, ускорение a = v/ t и др.

К классу II относятся постоянные физические величины, которые по степени (уровню) общности можно разделить на подклассы или группы, при этом они могут быть размерными и безразмерными .

1) универсальные постоянные физические величины , которые входят в фундаментальные физические законы как коэффициенты пропорциональности или являются характеристиками элементарных частиц и процессов микромира Например гравитационная постоянная G в законе всемирного тяготения:

F =

Константа определяются из закона так: G – это ФВ, численно равная силе, действующей между двумя телами единичной массы на расстоянии равном единице.

. К этой группе ФВ относятся: элементарный электрический заряд e, гравитационная постоянная G , , постоянная k в законе Кулона , универсальная газовая постоянная R и др. и др.

2) постоянные физические величины, символизирующие константы физических теорий: скорость света c, постоянная Авагадро N_A , постоянная

Больцмана k = R / N_A , постоянная Планка h и др.Численные значения констант первой и второй групп определяются опытным путём и составляют содержание таблицы фундаментальных физических постоянных.

3) специфические постоянные величины, характеризующие узкий круг явлений и процессов определенные свойства физических отдельных систем или

веществ (например, красная граница фотоэффекта , критическая температура, температура Кюри, показатель адиабаты и др. ) .

4) коэффициенты и относительные постоянные (коэффициент трения, коэффициент полезного действия, относительная диэлектрическая проницаемость, магнитная восприимчивость, коэффициент размножения нейтронов, коэффициент отражения и др) .

5) постоянные, являющиеся производными от других постоянных, введенные для удобства применения. Например, диэлектрическая постоянная ε₀ явилась в результате того, что английский учёный Хевисайд в 1924 году предложил ввести число π в коэффициент пропорциональности k в законе Кулона, так как число π входит в множество формул для объемов и площадей различных фигур и решение многих электростатических физических задач упрощается (например, расчёт напряжённостей полей около заряженных тел по теореме Гаусса и др.). Хевисайд определил, что число π целесообразно ввести в знаменатель нового коэффициента. Таким образом, появился коэффициент пропорциональности в законе Кулона для вакуума в виде k = 1/ 4 π ε_{0 .} Отсюда высчитали значение ε_{0 .} = 8,85 10 ^-12 Ф/м. Таким же образом возникла магнитная постоянная μ₀ из закона Ампера для параллельных токов и др.

К этой же группе относится постоянная Больцмана k = R / N_A; постоянная Планка в виде h/ 2 π и др.

К классу III относятся ФВ двух видов:

А) ФВ, отражающие свойства материалов и процессов и зависящие от свойств материалов, условий и среды протекания процессов

• В эту группу входят ФВ, являющиеся коэффициентами пропорциональности в законах или закономерностях. Например, коэффициент жёсткости пружины, удельное сопротивление проводников, удельная теплоёмкость веществ, коэффициент диффузии, коэффициент теплопроводности и др.

• В эту группу входят также ФВ, представляющие определения некоторых производных величин, например плотности однородного тела ρ = ; концентрации частиц n = N /V и др. Данные ФВ также зависят от свойств материалов.

Постоянные этой группы составляют содержание многочисленных частных таблиц физических величин.

Б) ФВ, вытекающие из определительной формулы, но не являющиеся функциональными зависимостями. Такие ФВ являются характеристиками определённых тел или частных (конкретных) систем (отражающие свойства среды и зависящие от определённых параметров системы, не входящих в определительную формулу ФВ). Примеры: напряженность электростатического поля Е= F/ q" , потенциал ϕ = W / q" . Рассмотренные величины не зависят от параметров, входящих в формулы (при увеличении в 10 раз величины пробного заряда q" , сила, действующая на заряд и его энергия возрастут тоже в 10 раз, отношения останутся постоянными, но для данной точки поля и для конкретного заряда, создающего поле). Однако для других точек поля и для другой среды значения Е и ϕ будут другими. К этой же группе относится ФВ - электроёмкость проводника С = q / ϕ и др.

Рассмотрим классификацию производных ФВ, в основании которой лежит формальный признак – форма записи ФВ, отражающая простые арифметические действия – деление или умножение, т.е. производные ФВ получаются в результате операций деления или умножения. В этом случае ФВ делятся на два вида:

• Ф В, как произведение нескольких других ФВ (схема такой ФВ

= )

• Ф В, как отношение двух других ФВ (схема ФВ = )

Размер физической величины – это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «физическая величина» . Для сравнения размеров однородных величин вводит­ся значение ФВ .

Значением физической величины называется оценка этой ве­личины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Например, 24 кг — значение массы некоторого тела.