Базовая единица (измерение) - Base unit (measurement)

Базовый блок (также называемый как основная единица ) представляет собой блок принят для измерения базовой величины . Базовая величина - это одна из традиционно выбранных подмножеств физических величин , где никакое количество в подмножестве не может быть выражено через другие. Единицы СИ, или Международная система единиц, которая состоит из метра, килограмма, секунды, ампера, Кельвина, моля и канделы, являются базовыми единицами.

Базовая единица - это единица, явно обозначенная таким образом; вторичная единица для того же количества является производной единицей. Например, при использовании с Международной системой единиц грамм является производной единицей, а не базовой единицей.

На языке измерения , величины являются исчисляемой аспекты мира, такими как время , расстояние , скорость , массы , температуры , энергия и массы , а также блоки используются для описания их величины или количества. Многие из этих величин связаны друг с другом различными физическими законами, и в результате единицы величин обычно могут быть выражены как произведение мощностей других единиц; например, импульс - это масса, умноженная на скорость, а скорость измеряется расстоянием, деленным на время. Эти отношения обсуждаются в размерном анализе . Те единицы, которые могут быть выражены таким образом в базовых единицах, называются производными единицами .

Международная система единиц

В Международной системе единиц существует семь основных единиц: килограмм , метр , кандела , секунда , ампер , кельвин и моль .

Натуральные единицы

Набор фундаментальных измерений физической величины - это минимальный набор единиц, такой, что каждая физическая величина может быть выражена в терминах этого набора. Традиционными фундаментальными измерениями физических величин являются масса , длина , время , заряд и температура , но в принципе можно использовать и другие фундаментальные величины. Вместо заряда можно использовать электрический ток или вместо длины можно использовать скорость . Некоторые физики не признали температуру фундаментальным измерением физической величины, поскольку она просто выражает энергию, приходящуюся на одну частицу на степень свободы, которую можно выразить через энергию (или массу, длину и время). Кроме того, некоторые физики признают электрический заряд отдельным фундаментальным измерением физической величины, даже если он выражается в единицах массы, длины и времени в системах единиц, таких как электростатическая система cgs . Есть также физики, которые ставят под сомнение само существование несовместимых фундаментальных величин.

Существуют и другие отношения между физическими величинами, которые могут быть выражены с помощью фундаментальных констант, и до некоторой степени это произвольное решение, сохранять ли фундаментальную константу как величину с размерностями или просто определять ее как единицу или фиксированное безразмерное число , и уменьшить количество явных фундаментальных констант на одну. Онтологический вопрос , действительно ли эти фундаментальные константы существуют как размерные или безразмерные величины. Это эквивалентно трактовке длины как того же соизмеримого физического материала, что и время, или пониманию электрического заряда как комбинации величин массы, длины и времени, что может показаться менее естественным, чем представление о температуре как о измерении того же материала, что и энергия (что можно выразить по массе, длине и времени).

Так , например, время и расстояние связаны друг с другом с помощью скорости света , с , который является фундаментальной константой. Это соотношение можно использовать для исключения единицы времени или расстояния. Аналогичные соображения применимы и к постоянная Планку , ч , который относится энергия (с размерностью выражается через массу, длину и время) на частоту (с размерностью выразима с точкой зрения времени). В теоретической физике принято использовать такие единицы ( натуральные единицы ) , в которой с = 1 и ħ = 1 . Подобный выбор может быть применен к вакуумной диэлектрической проницаемости , & epsi ; 0 .

  • Можно исключить счетчик или второй, установив c равным единице (или любому другому фиксированному безразмерному числу).
  • Затем можно было бы исключить килограмм, установив ħ на безразмерное число.
  • Затем можно было бы дополнительно исключить ампер, установив либо диэлектрическую проницаемость вакуума ε 0 (альтернативно, кулоновскую постоянную k e = 1 / (4 πε 0 ) ), либо элементарный заряд e равным безразмерному числу.
  • Можно исключить моль как базовую единицу, установив постоянную Авогадро N A равной 1. Это естественно, поскольку это техническая константа масштабирования.
  • Можно исключить градус Кельвина, поскольку можно утверждать, что температура просто выражает энергию, приходящуюся на одну частицу на степень свободы , которая может быть выражена в единицах энергии (или массы, длины и времени). Другими словами, постоянная Больцмана k B является технической масштабной постоянной и может быть установлена ​​на фиксированное безразмерное число.
  • Точно так же можно исключить канделу, поскольку она определяется в терминах других физических величин через техническую константу масштабирования K cd .
  • Остается одно базовое измерение и связанная с ним базовая единица, но остается несколько фундаментальных констант, чтобы устранить и это - например, можно использовать G , гравитационную постоянную , m e , массу покоя электрона или Λ, космологическую постоянную .

Широко используемый выбор, в частности, для теоретической физики , дается системой единиц Планка , которые определяются следующим образом: ħ = c = G = k B = k e = 1 .

При использовании натуральных единиц каждая физическая величина выражается в виде безразмерного числа, что отмечается физиками, оспаривающими существование несовместимых фундаментальных физических величин.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Майкл Дафф (2015). "Насколько фундаментальны фундаментальные константы?" . Современная физика . 56 (1): 35–47. arXiv : 1412.2040 . Bibcode : 2015ConPh..56 ... 35D . DOI : 10,1080 / 00107514.2014.980093 (неактивный 31 мая 2021).CS1 maint: DOI неактивен с мая 2021 г. ( ссылка )
  2. ^ Джексон, Джон Дэвид (1998). «Приложение по единицам и габаритам» (PDF) . Классическая электродинамика . Джон Уайли и сыновья. п. 775. Архивировано из оригинального (PDF) 13 января 2014 года . Проверено 13 января 2014 года . Произвольности числа основных единиц и в размерах любой физической величины в терминах этих единиц были подчеркнуты Авраамом, Планк, Бриджмно, Бирг и другими.
  3. ^ Бирдж, Раймонд Т. (1935). «Об установлении основных и производных единиц, с особым упором на электрические единицы. Часть I.» (PDF) . Американский журнал физики . 3 (3): 102–109. Bibcode : 1935AmJPh ... 3..102B . DOI : 10.1119 / 1.1992945 . Архивировано из оригинального (PDF) 23 сентября 2015 года . Проверено 13 января 2014 года . Однако из-за произвольного характера размеров, столь умело представленного Бриджменом, выбор и количество основных единиц являются произвольными.