1.1.3 Перетворення фізичних величин

Людина порівняно добре здатна реєструвати дві фізичні величини: довжину і кут. Основну кількість фізичних величин, власне. напруженість електричного та магнітного полів, концентрацію речовин, вагу, яскравість, радіоактивність, інтенсивність радіохвиль людина зареєструвати не може. Тому реєстрація великої кількості фізичних величин здійснюється шляхом їх перетворення в довжину або кут. У цьому випадку довжину або кут, отримані внаслідок перетворення певної фізичної величини, називають її аналогом. Відповідно, перетворення фізичних величин однієї в другу називають аналоговим перетворенням, а відповідні засоби - аналоговими перетворювачами. Такими аналоговими перетворювачами тиску в довжину є барометри, тиску в кут - манометри, швидкості у кут - спідометри та ін.

У зв’язку з тим, що електричні величини, напруга і струм є зручними для вимірювання і для них створено багато досконалих перетворювачів у довжину, кут, цифру, то практично всі інші фізичні величини намагаються перетворювати в електричну напругу або струм. Створено перетворювачі тиску у напругу на основі тензометричного ефекту, освітленості в електричний струм - на основі фотоелектричного ефекту. Багато електричних величин перетворюються в електричний опір, у свою чергу, у наругу або струм. Наприклад, деякі напівпровідникові матеріали змінюють свій електричний опір під дією метану, водню, вуглекислого газу та інших газів, що дає можливість перетворити концентрацію газу в електричний опір. Концентрації молекул різних речовин, а також концентрації хімічних елементів на основі ефектів розсіювання. Поглинання та випромінювання світла перетворюються в інтенсивність світла, у свою чергу, перетворюється в електричну напругу або струм.

Перетворювачі фізичних величин є дуже важливими засобами сприйняття навколишнього середовища. З їх допомогою отримуємо можливість сприймати навколишній світ за допомогою радіохвиль, інфрачервоного випромінювання, ультрафіолетових променів, Х- променів (рентгенівських), реліктових космічних променів, ультразвукових потоків енергії, гіперзвуку, потоків елементарних частинок (електронів, позитронів,протонів, нейтронів. нейтрино). Але є теоретичні передбачення, що на сьогодні ми здатні зареєструвати лише 10% маси навколишнього середовища. 90% маси ми не відчуваємо, бо ми не маємо відповідних перетворювачів маси у прийняту фізичну величину. Цікава на сьогодні ситуація з природою біологічних полів і їх сприйняттям. Організм будь-якої живої істоти (як радіоприймач, телевізор, комп’ютер та ін..) складаються з мікро- і макроколивальних контурів (біоелектричних схем), які генетично настроєні кожен на свою частоту організму в цілому. Процес забезпечення відбувається за рахунок того, що кожен коливальний контур генерує інформаційні імпульси від 10-100 до 60-70 Гц, які (за законами електромагнетизму) збуджують біоелектричний струм в інших біоконтурах. Створюється рівноважна самонастроювальна (автоколивальна) система всього організму як інформаційно-біоелектрична система з певною частотою, яка отримує інформацію із зовнішнього середовища. На землі немає людей, у яких частоти були б однаковими. Здійснюючи частотний вплив на той чи інший організм або на весь організм, можна коректувати інформаційно-функціональну діяльність відповідного органа, забезпечуючи його гомеостаз (відносна сталість складу та властивостей внутрішнього середовища біологічних систем різних рівнів організації).

Практично всі тверді тіла перебувають під механічною напругою. Механічна напруга - це сила, що діє на складові твердого тіла. Під дією цієї сили у структурі твердого тіла практично постійно відбуваються зміни. Сила розриває одні енергетичні зв’язки й під її дією встановлюються нові.

Структурне перетворення твердого тіла призводить до так званої пластичної деформації, пружної деформації й навіть до зародження тріщин і в кінцевому рахунку до руйнування твердого тіла. Перетворення структури практично завжди іде у напрямі зменшення потенціальної енергії твердого тіла. Вивільнена енергія випромінюється у вигляді електромагнітних і пружних коливань.

Випромінювання енергії у вигляді електромагнітних і пружних коливань твердим тілом під дією сили називають акустичною та електромагнітною емісією.

Це випромінювання використовують для технічного діагностування різноманітних матеріалів і конструкцій.

Щодо реєстрації пасивних і активних фізичних величин, то активними фізичними величинами є різноманітні випромінювання та силові поля. Активні фізичні величини здатні виконувати роботу. Різноманітні засоби реєстрації електричних величин можуть сприймати тільки активні величини. Пасивні величини сприймаємо безпосередньо через активні величини. Наприклад, такі фізичні величини як довжина і кут сприймаються органами зору людини за наявності світла. Електричний опір можемо реєструвати шляхом прикладення наруги і реєстрації струму.

Далі природно постає завдання з визначення понять вимірювання фізичних величин і вимірювальної інформації.