UDC 389.6 BBK 30.10ya7 K59 Kozlov M.G. Metrologi dan standardisasi: Textbook M., St. Petersburg: Publishing House "Petersburg Institute of Printing", 2001. 372 hal. 1000 eksemplar

Reviewer: L.A. Konopelko, Doktor Ilmu Teknik, Profesor V.A. Spaev, Doktor Ilmu Teknik, Profesor

Buku ini menguraikan dasar-dasar sistem untuk memastikan keseragaman pengukuran, yang saat ini diterima secara umum di wilayah Federasi Rusia. Metrologi dan standardisasi dianggap sebagai ilmu yang dibangun di atas undang-undang ilmiah dan teknis, sistem untuk membuat dan menyimpan standar satuan besaran fisik, layanan data referensi standar, dan layanan sampel standar. Buku tersebut berisi informasi tentang prinsip-prinsip pembuatan alat ukur, yang dianggap sebagai objek perhatian spesialis yang terlibat dalam memastikan keseragaman pengukuran. Alat ukur dikategorikan menurut jenis pengukurannya, berdasarkan standar satuan dasar sistem SI. Ketentuan utama layanan standardisasi dan sertifikasi di Federasi Rusia dipertimbangkan.

Direkomendasikan oleh UMO sebagai buku teks untuk spesialisasi: 281400 - "Teknologi produksi pencetakan", 170800 - "Peralatan pencetakan otomatis", 220200 - "Sistem pemrosesan dan kontrol informasi otomatis"

Tata letak asli disiapkan oleh penerbit "Petersburg Institute of Printing"

ISBN 5-93422-014-4

© M.G. Kozlov, 2001. © N.A. Aksinenko, desain, 2001. © Rumah penerbitan "Petersburg Institute of Press", 2001.

http://www.hi-edu.ru/e-books/xbook109/01/index.html?part-002.htm

Kata pengantar Bagian I. METROLOGI 1. Pengantar metrologi 1.1. Aspek sejarah metrologi 1.2. Konsep dasar dan kategori metrologi 1.3. Prinsip membangun sistem satuan besaran fisis 1.4. Reproduksi dan transmisi ukuran unit kuantitas fisik. Standar dan alat ukur teladan 1.5. Alat ukur dan instalasinya 1.6. Langkah-langkah dalam metrologi dan teknologi pengukuran. Verifikasi alat ukur 1.7. Konstanta fisik dan data referensi standar 1.8. Standardisasi dalam menjamin keseragaman pengukuran. Kamus metrologi 2. Dasar-dasar membangun sistem satuan besaran fisis 2.1. Sistem satuan besaran fisis 2.2. Rumus dimensi 2.3. Satuan dasar sistem SI 2.4. Satuan SI untuk panjang adalah meter 2.5. Satuan waktu dalam SI adalah sekon 2.6. Satuan suhu SI - Kelvin 2.7. Satuan SI untuk arus listrik adalah Ampere 2.8. Implementasi unit dasar sistem SI - unit intensitas cahaya - candela 2.9. Satuan SI untuk massa adalah kilogram 2.10. Satuan SI untuk jumlah suatu zat adalah mol 3. Estimasi kesalahan dalam hasil pengukuran 3.1. pengantar 3.2. Kesalahan sistematis 3.3. Kesalahan pengukuran acak Bagian II. TEKNOLOGI PENGUKURAN 4. Pengantar teknologi pengukuran 5. Pengukuran besaran mekanis 5.1. Pengukuran linier 5.2. Pengukuran kekasaran 5.3. Pengukuran kekerasan 5.4. Pengukuran tekanan 5.5. Pengukuran massa dan gaya 5.6. Pengukuran viskositas 5.7. Pengukuran kepadatan 6. Pengukuran suhu 6.1. Metode pengukuran suhu 6.2. Termometer kontak 6.3. Termometer non-kontak 7. Pengukuran listrik dan magnetik 7.1. Pengukuran besaran listrik 7.2. Prinsip di balik pengukuran magnetik 7.3. Transduser magnetik 7.4. Instrumen untuk mengukur parameter medan magnet 7.5. Perangkat magnetometri kuantum dan galvanomagnetik 7.6. Instrumen magnetometrik induksi 8. Pengukuran optik 8.1. Ketentuan umum 8.2. Instrumen fotometrik 8.3. Alat ukur spektral 8.4. Filter Instrumen Spektral 8.5. Instrumen Spektral Interferensi 9. PENGUKURAN FISIK DAN KIMIA 9.1. Fitur pengukuran komposisi zat dan bahan 9.2. Pengukuran kelembaban zat dan bahan 9.3. Analisis komposisi campuran gas 9.4. Pengukuran komposisi zat cair dan zat padat 9.5. Dukungan metrologi pengukuran fisik dan kimia Bagian III. STANDARDISASI DAN SERTIFIKASI 10. Fondasi organisasi dan metodologi metrologi dan standardisasi 10.1. pengantar 10.2. Dasar hukum metrologi dan standardisasi 10.3. Organisasi internasional untuk standardisasi dan metrologi 10.4. Struktur dan fungsi badan Standar Negara Federasi Rusia 10.5. Layanan negara untuk metrologi dan standardisasi Federasi Rusia 10.6. Fungsi layanan metrologi perusahaan dan lembaga yang berbadan hukum 11. Ketentuan utama Layanan Standardisasi Negara Federasi Rusia 11.1. Basis ilmiah standardisasi Federasi Rusia 11.2. Badan dan layanan sistem standardisasi Federasi Rusia 11.3. Karakteristik standar dari berbagai kategori 11.4. Katalog dan pengklasifikasi produk sebagai objek standardisasi. Standarisasi layanan 12. Sertifikasi teknologi pengukuran 12.1. Tujuan dan sasaran utama sertifikasi 12.2. Istilah dan definisi khusus untuk sertifikasi 12.3. 12.3. Sistem dan skema sertifikasi 12.4. Sertifikasi wajib dan sukarela 12.5. Aturan dan prosedur sertifikasi 12.6. Akreditasi lembaga sertifikasi 12.7. Sertifikasi layanan Kesimpulan Aplikasi

Kata pengantar

Isi dari konsep "metrologi" dan "standardisasi" masih menjadi bahan diskusi, meskipun kebutuhan akan pendekatan profesional untuk masalah ini sudah jelas. Maka dalam beberapa tahun terakhir, banyak karya telah muncul di mana metrologi dan standardisasi disajikan sebagai alat untuk sertifikasi alat ukur, barang dan jasa. Dengan rumusan pertanyaan seperti itu, semua konsep metrologi diremehkan dan masuk akal sebagai seperangkat aturan, undang-undang, dokumen yang memungkinkan untuk memastikan kualitas produk komersial yang tinggi.

Faktanya, metrologi dan standardisasi telah menjadi pengejaran ilmiah yang sangat serius sejak berdirinya Depot of Exemplary Measures di Rusia (1842), yang kemudian diubah menjadi Kamar Utama Berat dan Ukuran Rusia, yang selama bertahun-tahun dipimpin oleh ilmuwan D.I. Mendeleev. Negara kita adalah salah satu pendiri Konvensi Metrik, yang diadopsi 125 tahun yang lalu. Selama tahun-tahun kekuasaan Soviet, sistem standarisasi negara-negara untuk bantuan ekonomi timbal balik telah dibuat. Semua ini menunjukkan bahwa di negara kita metrologi dan standardisasi telah lama menjadi dasar dalam organisasi sistem bobot dan ukuran. Momen-momen inilah yang abadi dan harus mendapat dukungan negara. Dengan perkembangan hubungan pasar, reputasi produsen harus menjadi jaminan kualitas barang, dan metrologi dan standardisasi harus memainkan peran pusat ilmiah dan metodologis negara, yang berisi alat ukur paling akurat, teknologi paling menjanjikan, dan mempekerjakan spesialis yang paling berkualitas.

Dalam buku ini, metrologi dianggap sebagai bidang ilmu pengetahuan, terutama fisika, yang harus memastikan keseragaman pengukuran di tingkat negara bagian. Sederhananya, harus ada sistem dalam sains yang memungkinkan perwakilan dari berbagai ilmu pengetahuan, seperti fisika, kimia, biologi, kedokteran, geologi, dll., untuk berbicara dalam bahasa yang sama dan saling memahami. Sarana untuk mencapai hasil ini adalah bagian-bagian penyusun metrologi: sistem satuan, standar, sampel standar, data referensi, terminologi, teori kesalahan, sistem standar. Bagian pertama buku ini dikhususkan untuk dasar-dasar metrologi.

Bagian kedua dikhususkan untuk menggambarkan prinsip-prinsip membuat peralatan ukur. Bagian-bagian dari bagian ini disajikan dengan cara yang sama seperti jenis pengukuran yang diatur dalam sistem Standar Negara Federasi Rusia: mekanik, suhu, listrik dan magnetik, optik dan fisiko-kimia. Teknologi pengukuran dianggap sebagai area penggunaan langsung dari pencapaian metrologi.

Bagian ketiga dari buku ini adalah deskripsi singkat tentang esensi sertifikasi - bidang kegiatan pusat metrologi dan standardisasi modern di negara kita. Karena standar bervariasi dari satu negara ke negara lain, ada kebutuhan untuk memeriksa semua aspek kerja sama internasional (barang, alat ukur, layanan) untuk memenuhi standar negara tempat mereka digunakan.

Buku ini ditujukan untuk berbagai spesialis yang bekerja dengan alat ukur khusus di berbagai bidang kegiatan mulai dari perdagangan hingga pengendalian kualitas proses teknologi dan pengukuran dalam ekologi. Presentasi menghilangkan rincian beberapa bagian fisika yang tidak memiliki karakter metrologi yang menentukan dan tersedia dalam literatur khusus. Banyak perhatian diberikan pada makna fisik menggunakan pendekatan metrologi untuk memecahkan masalah praktis. Diasumsikan bahwa pembaca mengetahui dasar-dasar fisika dan setidaknya memiliki pemahaman umum tentang pencapaian modern dalam sains dan teknologi, seperti teknologi laser, superkonduktivitas, dll.

Buku ini ditujukan bagi para spesialis yang menggunakan instrumen tertentu dan tertarik untuk memberikan pengukuran yang mereka butuhkan secara optimal. Ini adalah mahasiswa sarjana dan pascasarjana dari universitas yang berspesialisasi dalam sains berdasarkan pengukuran. Kami ingin melihat materi yang disajikan sebagai penghubung antara mata kuliah disiplin ilmu umum dan mata kuliah khusus dalam menyajikan esensi teknologi produksi modern.

Materi ditulis berdasarkan kursus kuliah tentang metrologi dan standardisasi yang disampaikan oleh penulis di Institut Seni Percetakan Universitas Negeri Moskow dan Universitas Negeri St. Petersburg. Hal ini memungkinkan untuk mengoreksi penyajian materi, sehingga dapat dipahami oleh siswa dari berbagai spesialisasi, dari pelamar hingga siswa senior.

Penulis mengharapkan materi tersebut sejalan dengan konsep dasar metrologi dan standardisasi berdasarkan pengalaman kerja pribadi selama hampir satu setengah dekade dalam Standar Negara Uni Soviet dan Standar Negara Federasi Rusia.

Uji

Disiplin: "Pengukuran listrik"

Pendahuluan1. Pengukuran rangkaian listrik dan tahanan isolasi2. Pengukuran daya aktif dan reaktif3. Pengukuran besaran magnet Referensi
Pengantar Masalah pengukuran magnetik Bidang teknologi pengukuran listrik yang berhubungan dengan pengukuran besaran magnetik biasanya disebut pengukuran magnetik.. Berbagai macam masalah saat ini sedang dipecahkan dengan bantuan metode dan peralatan untuk pengukuran magnetik. Yang utama adalah sebagai berikut: pengukuran besaran magnet (induksi magnet, fluks magnet, momen magnet, dll.); karakterisasi bahan magnetik; studi tentang mekanisme elektromagnetik; pengukuran medan magnet Bumi dan planet lain; studi tentang sifat fisikokimia bahan (analisis magnetik); studi tentang sifat magnetik atom dan inti atom; penentuan cacat pada bahan dan produk (magnetik deteksi cacat), dll. Terlepas dari berbagai tugas , diselesaikan dengan bantuan pengukuran magnetik, biasanya hanya beberapa besaran magnet dasar yang ditentukan: Kuantitas magnetik yang menarik bagi kita ditentukan dengan perhitungan berdasarkan hubungan yang diketahui antara kuantitas magnetik dan listrik. Dasar teoritis dari metode tersebut adalah persamaan kedua Maxwell, yang menghubungkan medan magnet dengan medan listrik; medan ini adalah dua manifestasi dari jenis materi khusus yang disebut medan elektromagnetik. Manifestasi lain (tidak hanya listrik) dari medan magnet, seperti mekanik, optik, digunakan dalam pengukuran magnetik. Bab ini memperkenalkan pembaca hanya untuk beberapa metode untuk menentukan besaran magnetik dasar dan karakteristik bahan magnetik.

1. Mengukur resistansi sirkuit listrik dan isolasi

Alat pengukur

Alat ukur isolasi meliputi megohmmeter: ESO 202, F4100, M4100/1-M4100/5, M4107/1, M4107/2, F4101. F4102/1, F4102/2, BM200/G dan lain-lain yang diproduksi oleh perusahaan dalam dan luar negeri. Resistansi isolasi diukur dengan megohmmeter (100-2500V) dengan nilai terukur dalam ohm, kOhm dan megohm.

1. Untuk melakukan pengukuran tahanan isolasi, diperbolehkan personil listrik terlatih yang memiliki sertifikat uji pengetahuan dan kelompok kualifikasi keselamatan listrik minimal 3, saat melakukan pengukuran di instalasi hingga 1000 V, dan tidak lebih rendah dari 4, saat mengukur di instalasi di atas 1000 AT.

2. Orang dari tenaga listrik dengan pendidikan khusus menengah atau lebih tinggi dapat diizinkan untuk memproses hasil pengukuran.

3. Analisis hasil pengukuran harus dilakukan oleh personel yang menangani insulasi peralatan listrik, kabel dan kawat.

Persyaratan keamanan

1. Saat melakukan pengukuran resistansi isolasi, persyaratan keselamatan harus diperhatikan sesuai dengan GOST 12.3.019.80, GOST 12.2.007-75, Aturan untuk pengoperasian instalasi listrik konsumen dan peraturan Keselamatan untuk pengoperasian instalasi listrik konsumen.

2. Tempat yang digunakan untuk mengukur insulasi harus memenuhi persyaratan ledakan dan keselamatan kebakaran sesuai dengan GOST 12.01.004-91.

3. Alat ukur harus memenuhi persyaratan keselamatan sesuai dengan GOST 2226182.

4. Pengukuran dengan megohmmeter diperbolehkan untuk dilakukan oleh orang yang terlatih dari tenaga listrik. Dalam instalasi dengan tegangan di atas 1000 V, pengukuran dilakukan oleh dua orang, salah satunya harus memiliki setidaknya kelompok IV dalam keselamatan listrik. Pengukuran selama pemasangan atau perbaikan ditentukan dalam perintah kerja di baris "Ditugaskan". Dalam instalasi dengan tegangan hingga 1000 V, pengukuran dilakukan atas perintah dua orang, salah satunya harus memiliki grup setidaknya III. Pengecualian adalah pengujian yang ditentukan dalam paragraf BS.7.20.

5. Pengukuran isolasi saluran yang dapat menerima tegangan dari dua sisi hanya diperbolehkan jika pesan diterima dari penanggung jawab instalasi listrik, yang terhubung ke ujung saluran ini, melalui telepon, melalui kurir, dll. (dengan pemeriksaan terbalik) bahwa pemutus saluran dan sakelar dimatikan dan poster "Jangan nyalakan. Orang sedang bekerja" dipasang.

6. Sebelum memulai pengujian, perlu dipastikan bahwa tidak ada orang yang bekerja pada bagian instalasi listrik yang terhubung dengan perangkat uji, untuk melarang orang yang berada di dekatnya menyentuh bagian aktif dan, jika perlu, mengatur penjaga.

7. Untuk mengontrol keadaan isolasi mesin listrik sesuai dengan pedoman atau program, pengukuran dengan megohmmeter pada mesin yang berhenti atau berputar, tetapi tidak bersemangat, dapat dilakukan oleh personel operasional atau, atas perintahnya, dalam urutan operasi saat ini oleh karyawan laboratorium listrik. Di bawah pengawasan personel operasi, pengukuran ini juga dapat dilakukan oleh personel pemeliharaan. Pengujian insulasi rotor, armature dan sirkit eksitasi dapat dilakukan oleh satu orang dengan kelompok pengaman listrik paling sedikit III, pengujian insulasi stator oleh paling sedikit dua orang, salah satunya harus memiliki kelompok paling sedikit IV, dan yang kedua - setidaknya III.

8. Saat bekerja dengan megohmmeter, dilarang menyentuh bagian aktif yang terpasang. Setelah menyelesaikan pekerjaan, perlu untuk menghilangkan muatan sisa dari peralatan yang diuji melalui pembumian jangka pendeknya. Orang yang mengeluarkan muatan sisa harus mengenakan sarung tangan dielektrik dan berdiri di atas alas berinsulasi.

9. Pengukuran dengan megohmmeter dilarang: pada satu rangkaian jalur rangkaian ganda dengan tegangan di atas 1000 V, sedangkan rangkaian lainnya diberi energi; pada saluran sirkuit tunggal, jika berjalan secara paralel dengan saluran kerja dengan tegangan di atas 1000 V; selama atau dekat badai petir.

10. Pengukuran resistansi insulasi dengan megohmmeter dilakukan pada bagian pembawa arus yang terputus, dari mana muatan dihilangkan dengan pentanahan awal. Pembumian dari bagian yang membawa arus harus dilepas hanya setelah menghubungkan megohmmeter. Saat melepas pembumian, sarung tangan dielektrik harus digunakan.

Kondisi pengukuran

1. Pengukuran isolasi harus dilakukan dalam kondisi iklim normal sesuai dengan GOST 15150-85 dan dalam mode normal jaringan pasokan atau ditentukan dalam paspor pabrik - deskripsi teknis untuk megohmmeter.

2. Nilai hambatan listrik dari insulasi dari kabel penghubung dari sirkit pengukur harus melebihi setidaknya 20 kali nilai minimum yang diijinkan dari hambatan listrik dari insulasi dari produk yang diuji.

3. Pengukuran dilakukan di dalam ruangan pada suhu 25 ± 10 ° C dan kelembaban udara relatif tidak lebih dari 80%, kecuali jika kondisi lain ditentukan dalam standar atau spesifikasi teknis untuk kabel, kabel, kabel senur dan perlengkapannya.

Bersiap untuk melakukan pengukuran

Dalam persiapan untuk melakukan pengukuran resistansi insulasi, operasi berikut dilakukan:

1. Mereka memeriksa kondisi iklim di tempat di mana resistansi isolasi diukur dengan pengukuran suhu dan kelembaban dan kepatuhan ruangan terhadap ledakan dan bahaya kebakaran untuk pemilihan megohmmeter dengan kondisi yang sesuai.

2. Dengan inspeksi eksternal, periksa kondisi megohmmeter yang dipilih, konduktor penghubung, pengoperasian megohmmeter sesuai dengan deskripsi teknis untuk megohmmeter.

3. Periksa masa berlaku verifikasi negara pada megohmmeter.

4. Persiapan pengukuran sampel kabel dan kabel dilakukan sesuai dengan GOST 3345-76.

5. Saat melakukan pemeliharaan preventif berkala di instalasi listrik, serta saat melakukan pekerjaan di fasilitas yang direkonstruksi di instalasi listrik, persiapan tempat kerja dilakukan oleh personel listrik perusahaan, di mana pekerjaan dilakukan sesuai dengan aturan PTBEEP dan PEEP.

Melakukan pengukuran

1. Pembacaan nilai hambatan listrik insulasi selama pengukuran dilakukan setelah 1 menit dari saat tegangan pengukuran diterapkan pada sampel, tetapi tidak lebih dari 5 menit, kecuali persyaratan lain ditentukan dalam standar atau spesifikasi untuk produk kabel tertentu atau peralatan terukur lainnya.

Sebelum pengukuran ulang, semua elemen logam dari produk kabel harus diarde setidaknya selama 2 menit.

2. Tahanan listrik dari insulasi inti individu dari kabel inti tunggal, kabel dan kabel senur harus diukur:

untuk produk tanpa selubung logam, layar dan pelindung - antara inti konduktif dan batang logam atau antara inti dan pembumian;

untuk produk dengan selubung logam, layar dan pelindung - antara inti konduktif dan selubung atau layar logam, atau pelindung.

3. Tahanan listrik dari insulasi kabel multi-inti, kabel dan kabel harus diukur:

untuk produk tanpa selubung logam, layar dan pelindung - antara setiap inti konduktif dan inti lainnya yang terhubung satu sama lain atau antara masing-masing inti konduktif; konduktor perumahan dan lainnya saling berhubungan dan membumi;

untuk produk dengan selubung logam, layar dan pelindung - antara setiap inti konduktif dan inti lainnya yang terhubung satu sama lain dan ke selubung atau layar atau pelindung logam.

4. Dengan penurunan resistansi isolasi kabel, kabel dan kabel, yang berbeda dari aturan peraturan PUE, PEEP, GOST, perlu untuk melakukan pengukuran berulang dengan melepaskan kabel, kabel dan kabel dari klem konsumen dan mengencerkan pembawa arus inti.

5. Ketika mengukur tahanan insulasi masing-masing sampel kabel, kawat dan kabel senur, mereka harus dipilih untuk panjang bangunan yang dililitkan pada drum atau dalam gulungan, atau sampel dengan panjang minimal 10 m, tidak termasuk panjang alur ujung, jika dalam standar atau spesifikasi untuk kabel , kabel dan kabel dengan panjang lainnya tidak ditentukan. Jumlah panjang bangunan dan sampel untuk pengukuran harus ditunjukkan dalam standar atau spesifikasi untuk kabel, kabel dan kabel.

Salah satu konsep penting dalam teori dan praktik pengukuran adalah konsep besaran fisis. Kuantitas fisik- properti yang secara kualitatif umum untuk banyak objek, tetapi secara kuantitatif individual untuk masing-masing objek.

Pengukuran kuantitas fisik menemukan nilainya secara eksperimental dengan bantuan sarana teknis khusus. Menurut metode untuk memperoleh nilai numerik dari nilai yang diukur, semua pengukuran dibagi menjadi langsung, tidak langsung, kumulatif dan bersama.

Pengukuran langsung didasarkan pada cara membandingkan besaran yang diukur dengan ukuran besaran tersebut atau pada cara menilai secara langsung besaran yang diukur dengan menggunakan alat baca yang skalanya dinyatakan dalam satuan besaran yang diukur. Contoh pengukuran langsung adalah pengukuran arus dengan amperemeter.

Pengukuran tidak langsung- pengukuran, yang hasilnya diperoleh setelah pengukuran langsung besaran yang terkait dengan besaran yang diukur dengan hubungan yang diketahui. Jadi, pengukuran hambatan listrik pada rangkaian DC dilakukan dengan pengukuran langsung kuat arus dengan amperemeter dan tegangan dengan voltmeter, dilanjutkan dengan perhitungan nilai hambatan yang diinginkan.

Pengukuran kumulatif berulang, biasanya pengukuran langsung satu atau lebih besaran dengan nama yang sama dengan diterimanya hasil pengukuran umum dengan memecahkan sistem persamaan yang disusun dari hasil pengukuran tertentu. Sebagai contoh, berikut adalah proses penentuan induktansi timbal balik antara dua kumparan dengan mengukur induktansi totalnya dua kali. Pertama, kumparan dihubungkan sehingga medan magnetnya bertambah, dan induktansi total diukur: L 01 \u003d L 1 + L 2 + 2M, di mana M adalah induktansi timbal balik; L 1 , L 2 - induktansi dari kumparan pertama dan kedua. Kemudian kumparan dihubungkan sehingga medan magnetnya dikurangi, dan induktansi total diukur: L 02 \u003d L 1 + L 2 - 2M. Nilai M yang diinginkan ditentukan dengan menyelesaikan persamaan berikut: M = (L 01 - L 02)/4.

Pengukuran bersama terdiri dari pengukuran simultan dari dua atau lebih besaran yang tidak sejenis dengan perhitungan selanjutnya dari hasil dengan memecahkan sistem persamaan yang diperoleh selama pengukuran. Biarkan, misalnya, diperlukan untuk menemukan koefisien suhu A, B dari termistor R t \u003d R 0 (1 + AT + BT 2), di mana R 0 adalah nilai resistansi pada T 0 \u003d 20 ° C, T adalah suhu medium. Dengan mengukur nilai resistansi R 0 , R 1 , R 2 termistor pada suhu T 0 , T 1 , T 2 yang ditentukan menggunakan termometer, dan menyelesaikan sistem yang dihasilkan dari tiga persamaan, kita menemukan nilai A dan B.

alat ukur- perangkat teknis yang digunakan dalam pengukuran dan memiliki karakteristik metrologi yang dinormalisasi. Alat ukur meliputi alat ukur, transduser ukur, alat ukur dan sistem pengukuran.

Ukuran- alat ukur yang dirancang untuk menyimpan dan mereproduksi kuantitas fisik dengan ukuran tertentu. Langkah-langkah tersebut termasuk elemen normal, kotak resistansi, generator sinyal standar, skala instrumen penunjuk.

Mengukur transduser- alat ukur yang dirancang untuk mengubah sinyal pengukuran menjadi bentuk yang nyaman untuk transmisi, penyimpanan, dan pemrosesan.

Alat pengukur- alat ukur yang dirancang untuk menghasilkan sinyal informasi pengukuran, yang secara fungsional terkait dengan nilai numerik dari kuantitas yang diukur, dan menampilkan sinyal ini pada perangkat pembacaan atau registrasinya.

Sistem pengukuran- satu set alat ukur dan perangkat bantu yang memberikan informasi pengukuran pada objek yang diteliti dalam volume tertentu dan kondisi tertentu.

Sifat yang paling penting dari alat ukur adalah sifat metrologi. Sifat metrologi (karakteristik) meliputi akurasi, jangkauan pengukuran, sensitivitas, kecepatan, dll.

Minsk: BNTU, 2003. - 116 hal. Pendahuluan.
Klasifikasi besaran fisika.
Besaran besaran fisis. Nilai sebenarnya dari besaran fisika.
Postulat utama dan aksioma teori pengukuran.
Model teoritis objek material, fenomena dan proses.
model fisik.
model matematika.
Kesalahan model teoritis.
Karakteristik umum dari konsep pengukuran (informasi dari metrologi).
Klasifikasi pengukuran.
Pengukuran sebagai proses fisik.
Metode pengukuran sebagai metode perbandingan dengan suatu ukuran.
Metode perbandingan langsung.
Metode penilaian langsung.
Metode konversi langsung.
metode penggantian.
Metode konversi skala.
metode shunt.
Metode penyeimbangan lanjutan.
Metode jembatan.
metode perbedaan.
Metode nol.
Menyapu metode kompensasi.
Mengukur transformasi besaran fisika.
Klasifikasi transduser pengukur.
Karakteristik statis dan kesalahan statis SI.
Karakteristik dampak (pengaruh) lingkungan dan benda terhadap SI.
Pita sensitivitas SI dan interval ketidakpastian.
MI dengan kesalahan aditif (kesalahan nol).
SI dengan kesalahan perkalian.
SI dengan kesalahan aditif dan perkalian.
Pengukuran jumlah besar.
Rumus untuk kesalahan statis alat ukur.
Rentang alat ukur yang lengkap dan berfungsi.
Kesalahan dinamis alat ukur.
Kesalahan dinamis dari tautan pengintegrasian.
Penyebab kesalahan aditif dalam SI.
Pengaruh gesekan kering pada elemen bergerak SI.
konstruksi SI.
Beda potensial kontak dan termoelektrik.
Beda potensial kontak
arus termoelektrik.
Gangguan karena landasan yang buruk.
Penyebab kesalahan SI perkalian.
Penuaan dan ketidakstabilan parameter SI.
Nonlinier dari fungsi transformasi.
Non-linier geometris.
Non-linier fisik.
arus bocor.
Tindakan proteksi aktif dan pasif.
Fisika proses acak yang menentukan kesalahan pengukuran minimum.
Kemungkinan mata manusia.
Batas alami pengukuran.
hubungan ketidakpastian Heisenberg.
Lebar spektral alami dari garis emisi.
Batas mutlak keakuratan pengukuran intensitas dan fasa sinyal elektromagnetik.
Kebisingan foton dari radiasi koheren.
Suhu kebisingan setara radiasi.
Gangguan listrik, fluktuasi dan kebisingan.
Fisika kebisingan listrik non-kesetimbangan internal.
Suara tembakan.
Generasi kebisingan - rekombinasi.
1/f noise dan keserbagunaannya.
kebisingan impuls.
Fisika kebisingan keseimbangan internal.
Model statistik fluktuasi termal dalam sistem kesetimbangan.
Model matematika fluktuasi.
Model fisik paling sederhana dari fluktuasi keseimbangan.
Rumus dasar untuk menghitung dispersi fluktuasi.
Pengaruh fluktuasi pada ambang sensitivitas instrumen.
Contoh perhitungan fluktuasi termal besaran mekanis.
Kecepatan tubuh bebas.
Osilasi bandul matematika.
Rotasi cermin yang ditangguhkan secara elastis.
Perpindahan beban pegas.
Fluktuasi termal dalam rangkaian osilasi listrik.
Fungsi korelasi dan kerapatan spektral daya kebisingan.
Teorema fluktuasi-disipasi.
Formula Nyquist.
Kerapatan spektral fluktuasi tegangan dan arus dalam rangkaian osilasi.
Suhu setara kebisingan non-termal.
Kebisingan dan interferensi elektromagnetik eksternal dan metode pengurangannya.
Kopling kapasitif (penjemputan kebisingan kapasitif).
Kopling induktif (pengambilan kebisingan induktif).
Melindungi konduktor dari medan magnet.
Fitur layar konduktif tanpa arus.
Fitur layar konduktif dengan arus.
Koneksi magnetik antara layar dengan arus dan konduktor tertutup di dalamnya.
Menggunakan pelindung konduktif dengan arus sebagai penghantar sinyal.
Perlindungan ruang dari radiasi konduktor dengan arus.
Analisis berbagai skema perlindungan sirkuit sinyal dengan perisai.
Perbandingan kabel koaksial dan twisted pair berpelindung.
Fitur layar berupa jalinan.
Pengaruh ketidakhomogenan saat ini di layar.
penyaringan selektif.
Penekanan kebisingan di sirkuit sinyal dengan metode penyeimbangannya.
Metode pengurangan kebisingan tambahan.
Tautan nutrisi.
Memisahkan filter.
Perlindungan terhadap radiasi elemen dan sirkuit bising frekuensi tinggi.
Kebisingan di sirkuit digital.
Kesimpulan.
Penggunaan layar logam lembaran tipis.
medan elektromagnetik dekat dan jauh.
efisiensi perisai.
Impedansi karakteristik total dan tahanan layar.
kehilangan penyerapan.
Kehilangan refleksi.
Penyerapan total dan kerugian refleksi untuk medan magnet.
Pengaruh lubang pada efisiensi perisai.
Pengaruh retak dan lubang.
Menggunakan pandu gelombang pada frekuensi di bawah frekuensi cutoff.
Pengaruh lubang bundar.
Penggunaan spacer konduktif untuk mengurangi radiasi di celah.
Kesimpulan.
Karakteristik kebisingan dari kontak dan perlindungannya.
Pelepasan yang membara.
Pelepasan busur.
Perbandingan rangkaian AC dan DC.
Bahan kontak.
beban induktif.
Prinsip perlindungan kontak.
Penekanan sementara untuk beban induktif.
Sirkuit perlindungan kontak untuk beban induktif.
Rantai dengan kapasitas.
Rangkaian dengan kapasitansi dan resistor.
Rangkaian dengan kapasitansi, resistor dan dioda.
Perlindungan kontak dengan beban resistif.
Rekomendasi untuk pemilihan sirkuit perlindungan kontak.
Data paspor untuk kontak.
Kesimpulan.
Metode umum untuk meningkatkan akurasi pengukuran.
Metode pencocokan transduser pengukuran.
Generator arus ideal dan generator tegangan ideal.
Pencocokan resistansi generator IP.
Mencocokkan resistansi transduser parametrik.
Perbedaan mendasar antara rantai informasi dan energi.
Penggunaan transformator yang cocok.
Metode umpan balik negatif.
Metode pengurangan bandwidth.
Bandwidth kebisingan yang setara.
Metode rata-rata sinyal (akumulasi).
Metode penyaringan sinyal dan kebisingan.
Masalah membuat filter yang optimal.
Metode transfer spektrum sinyal yang berguna.
Metode deteksi fase.
Metode deteksi sinkron.
Kesalahan integrasi kebisingan menggunakan rantai RC.
Metode modulasi faktor konversi SI.
Penggunaan modulasi sinyal untuk meningkatkan kekebalan kebisingannya.
Metode penyertaan diferensial dari dua IP.
Metode untuk koreksi elemen MI.
Metode untuk mengurangi pengaruh lingkungan dan perubahan kondisi.
Organisasi pengukuran.

KEMENTERIAN PENDIDIKAN FEDERASI RUSIA UNIVERSITAS TEKNOLOGI NEGARA SIBERIAN TIMUR

Departemen "Metrologi, standardisasi dan sertifikasi

DASAR PENGUKURAN FISIK

Kursus kuliah "Konstanta fisis universal"

Disusun oleh: Zhargalov B.S.

Ulan-Ude, 2002

Kursus kuliah "Konstanta Fisika Universal" ditujukan untuk mahasiswa jurusan "Metrologi, standardisasi dan sertifikasi" ketika mempelajari disiplin "Dasar-dasar pengukuran fisik". Makalah ini memberikan gambaran singkat tentang sejarah penemuan konstanta fisik oleh fisikawan terkemuka dunia, yang kemudian menjadi dasar sistem internasional satuan besaran fisika.

Pengantar Konstanta gravitasi

Konstanta Avogadro dan Boltzmann Konstanta Faraday Muatan dan massa elektron Kecepatan cahaya

Konstanta Rydberg Planck Massa diam proton dan neutron Kesimpulan Referensi

pengantar

Konstanta fisika universal adalah besaran yang dimasukkan sebagai koefisien kuantitatif dalam ekspresi matematis dari hukum fisika dasar atau merupakan karakteristik objek mikro.

Tabel konstanta fisik universal tidak boleh dianggap sebagai sesuatu yang sudah selesai. Perkembangan fisika terus berlanjut, dan proses ini pasti akan disertai dengan munculnya konstanta baru, yang saat ini tidak kita ketahui.

Tabel 1

Konstanta fisik universal

Nama				Nilai angka
Gravitasi				6.6720*10-11 N*m2 *kg-2
konstan
konstanta avogadro				6.022045*1022 mol-1
konstanta Boltzmann				1.380662*10-23 J*K-1
konstanta faraday				9.648456*104 C*mol-1
Muatan elektron				1.6021892*10-19 C
Massa diam elektron				9.109534*10-31kg
Kecepatan				2.99792458*108 m*s-2
konstanta Planck				6.626176*10-34*J*s
konstanta Rydberg			R	1.0973731*10-7*m--1
Massa diam proton				1.6726485*10-27kg
Massa istirahat neutron				1.6749543*10-27kg

Melihat tabel, Anda dapat melihat bahwa nilai konstanta diukur dengan sangat akurat. Namun, mungkin pengetahuan yang lebih akurat tentang nilai satu atau lain konstanta ternyata menjadi penting secara fundamental bagi sains, karena ini sering menjadi kriteria validitas satu teori fisika atau kesalahan teori lainnya. Data eksperimen terukur yang andal adalah dasar untuk membangun teori-teori baru.

Keakuratan pengukuran konstanta fisik adalah keakuratan pengetahuan kita tentang sifat-sifat dunia sekitarnya. Itu memungkinkan untuk membandingkan kesimpulan dari hukum dasar fisika dan kimia.

konstanta gravitasi

Penyebab ketertarikan tubuh satu sama lain telah dibahas sejak zaman kuno. Salah satu pemikir dunia kuno - Aristoteles (384-322 SM) membagi semua tubuh menjadi berat dan ringan. Benda berat - batu jatuh, mencoba mencapai "pusat dunia" tertentu yang diperkenalkan oleh Aristoteles, benda ringan - asap dari api - terbang ke atas. Menurut ajaran filsuf Yunani kuno lainnya, Ptolemy, "pusat dunia" adalah Bumi, sementara semua benda langit lainnya berputar di sekitarnya. Kewibawaan Aristoteles begitu besar hingga abad kelima belas. pandangannya tidak dipertanyakan.

Leonardo da Vinci (14521519) adalah orang pertama yang mengkritik asumsi "Pusat Dunia".Kegagalan pandangan Aristoteles ditunjukkan oleh pengalaman pertama dalam sejarah fisika.

ilmuwan-eksperimen G. Galileo (1564-1642). Dia menjatuhkan bola meriam besi dan bola kayu dari atas Menara Miring Pisa yang terkenal. Benda dengan massa yang berbeda jatuh ke bumi secara bersamaan. Kesederhanaan eksperimen Galileo tidak mengurangi signifikansinya, karena ini adalah fakta eksperimental pertama yang dapat diandalkan yang ditetapkan oleh pengukuran.

Semua benda jatuh ke Bumi dengan percepatan yang sama - ini adalah kesimpulan utama dari eksperimen Galileo. Dia juga mengukur nilai percepatan jatuh bebas, yang, dengan mempertimbangkan

tata surya berputar mengelilingi matahari. Namun, Copernicus tidak dapat menunjukkan alasan mengapa rotasi ini terjadi. Hukum gerak planet disimpulkan dalam bentuk akhirnya oleh astronom Jerman J. Kepler (1571-1630). Kepler masih belum mengerti bahwa gaya gravitasi menentukan gerak planet-planet. Orang Inggris R. Cook pada tahun 1674

Dia menunjukkan bahwa pergerakan planet-planet dalam orbit elips konsisten dengan asumsi bahwa mereka semua tertarik oleh Matahari.

Isaac Newton (1642-1727) pada usia 23 sampai pada kesimpulan bahwa pergerakan planet-planet terjadi di bawah aksi gaya tarik radial yang diarahkan ke matahari dan modulo berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara Matahari dan planet.

Tapi asumsi ini harus diverifikasi oleh Newton, dengan asumsi bahwa gaya gravitasi dari asal yang sama membuat satelitnya, Bulan, dekat Bumi, melakukan perhitungan sederhana. Dia melanjutkan dari yang berikut: Bulan bergerak mengelilingi Matahari dalam orbit yang dapat dianggap melingkar pada pendekatan pertama. Percepatan sentripetalnya a dapat dihitung dengan rumus

a \u003d rω 2

di mana r adalah jarak dari Bumi ke Bulan, dan adalah percepatan sudut Bulan. Nilai r sama dengan enam puluh jari-jari bumi (R3 = 6370 km). Percepatan dihitung dari periode revolusi Bulan mengelilingi Bumi, yaitu sebesar 27,3 hari: = 2π rad/27,3 hari

Maka percepatannya sama dengan:

a \u003d r 2 \u003d 60 * 6370 * 105 * (2 * 3,14 / 27,3 * 86400) 2 cm / s2 \u003d 0,27 cm / s2

Tetapi jika benar gaya gravitasi berkurang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak, maka percepatan jatuh bebas g l di Bulan adalah:

g l \u003d pergi / (60) 2 \u003d 980 / 3600 cm / s2 \u003d 0,27 cm / s3

Sebagai hasil dari perhitungan, persamaan

a \u003d g l,

itu. gaya yang membuat bulan tetap pada orbitnya tidak lebih dari gaya tarik bulan oleh bumi. Persamaan yang sama menunjukkan validitas asumsi Newton tentang sifat perubahan gaya dengan jarak. Semua ini memberi Newton alasan untuk menuliskan hukum gravitasi di

bentuk matematika akhir:

F=G (M1 M2 /r2 )

di mana F adalah gaya tarik-menarik timbal balik yang bekerja antara dua massa M1 dan M2 yang terpisah sejauh r.

Koefisien G, yang merupakan bagian dari hukum gravitasi universal, masih merupakan konstanta gravitasi misterius. Tidak ada yang diketahui tentang itu - baik maknanya, maupun ketergantungannya pada sifat-sifat tubuh yang menarik.

Karena hukum ini dirumuskan oleh Newton secara bersamaan dengan hukum gerak benda (hukum dinamika), para ilmuwan secara teoritis dapat menghitung orbit planet-planet.

Pada tahun 1682, astronom Inggris E. Halley, menggunakan rumus Newton, menghitung waktu kedatangan kedua ke Matahari dari komet terang yang diamati pada waktu itu di langit. Komet itu kembali dengan ketat pada waktu yang diperkirakan, membenarkan kebenaran teori itu.

Pentingnya hukum gravitasi Newton sepenuhnya terwujud dalam sejarah penemuan planet baru.

Pada tahun 1846, astronom Prancis W. Le Verrier menghitung posisi planet baru ini. Setelah ia melaporkan koordinat selestialnya kepada astronom Jerman I. Halle, sebuah planet tak dikenal, yang kemudian dinamai Neptunus, ditemukan persis di tempat yang dihitung.

Terlepas dari keberhasilan yang jelas, teori gravitasi Newton akhirnya tidak diakui untuk waktu yang lama. Nilai konstanta gravitasi G dalam rumus hukum diketahui.

Tanpa mengetahui nilai konstanta gravitasi G, mustahil untuk menghitung F. Namun, kita mengetahui percepatan jatuh bebas benda: go = 9,8 m/s2, yang memungkinkan kita untuk memperkirakan secara teoritis nilai konstanta gravitasi G. Memang , gaya di mana bola jatuh ke bumi adalah gaya tarik bola oleh bumi:

F1 =G(M111 M 3 /R3 2 )

Menurut hukum kedua dinamika, gaya ini akan memberikan tubuh percepatan jatuh bebas:

g 0=F/M 111=G M 3/R 32

Mengetahui nilai massa Bumi dan jari-jarinya, dimungkinkan untuk menghitung nilai gravitasi

konstan:

G=g0 R3 2 / M 3= 9,8*(6370*103)2 /6*1024 m3/s2 kg=6,6*10-11 m3/s2 kg

Pada tahun 1798, fisikawan Inggris G. Cavendish menemukan daya tarik antara benda-benda kecil dalam kondisi terestrial. Dua bola timah kecil dengan berat 730 g digantung di ujung kursi goyang. Kemudian dua bola timah besar seberat 158 ​​kg dibawa ke bola-bola ini. Dalam eksperimen ini, Cavendish pertama kali mengamati ketertarikan tubuh satu sama lain. Dia juga secara eksperimental menentukan nilai gravitasi

konstan:

G \u003d (6,6 + 0,041) * 10-11 m3 / (s2 kg)

Eksperimen Cavendish sangat penting bagi fisika. Pertama, nilai konstanta gravitasi diukur, dan kedua, eksperimen ini membuktikan universalitas hukum gravitasi.

Konstanta Avogadro dan Boltzmann

Bagaimana dunia bekerja telah berspekulasi sejak zaman kuno. Pendukung satu sudut pandang percaya bahwa ada unsur utama tertentu dari mana semua zat terdiri. Elemen seperti itu, menurut filsuf Yunani kuno Geosidas, adalah Bumi, Thales menganggap air sebagai elemen utama, Anaximenes udara, Heraclitus - api, Empedocles memungkinkan keberadaan keempat elemen utama secara bersamaan. Plato percaya bahwa dalam kondisi tertentu, satu elemen utama dapat masuk ke elemen lain.

Ada juga sudut pandang yang berbeda secara fundamental. Leucippus, Democritus dan Epicurus mewakili materi sebagai terdiri dari partikel kecil, tak terpisahkan dan tak tertembus, berbeda satu sama lain dalam ukuran dan bentuk. Mereka menyebut partikel ini atom (dari bahasa Yunani "atomos" - tidak dapat dibagi). Pandangan terhadap struktur materi tidak didukung secara eksperimental, tetapi dapat dianggap sebagai tebakan intuitif para ilmuwan kuno.

Untuk pertama kalinya, teori sel tentang struktur materi, di mana struktur materi dijelaskan dari posisi atomistik, diciptakan oleh ilmuwan Inggris R. Boyle (1627-1691).

Ilmuwan Prancis A. Lavoisier (1743-1794) memberikan klasifikasi pertama unsur kimia dalam sejarah sains.

Teori sel darah dikembangkan lebih lanjut dalam karya kimiawan Inggris terkemuka J. Dalton (1776-1844). Pada tahun 1803 Dalton menemukan hukum rasio kelipatan sederhana, yang menyatakan bahwa berbagai elemen dapat bergabung satu sama lain dalam rasio 1:1, 1:2, dll.

Paradoks sejarah sains adalah Dalton yang tidak mengakui hukum hubungan volumetrik sederhana yang ditemukan pada tahun 1808 oleh ilmuwan Prancis J. Gay-Lusac. Menurut hukum ini, volume kedua gas yang terlibat dalam reaksi dan produk reaksi gas dalam beberapa rasio sederhana. Misalnya, menggabungkan 2 liter hidrogen dan 1 liter oksigen menghasilkan 2 liter. uap air. Ini bertentangan dengan teori Dalton dan menolak hukum Gay-lusak karena tidak sesuai dengan teori atomnya.

Jalan keluar dari krisis ini ditunjukkan oleh Amedeo Avogadro. Dia menemukan cara untuk menggabungkan teori atomistik Dalton dengan hukum Gay-Lusac. Hipotesisnya adalah bahwa jumlah molekul selalu sama dalam volume yang sama dari setiap gas, atau selalu sebanding dengan volume. Dengan demikian, Avogadro untuk pertama kalinya memperkenalkan konsep molekul sebagai kombinasi atom ke dalam sains. Ini menjelaskan hasil Gay-Lusac: 2 liter molekul hidrogen dikombinasikan dengan 1 liter molekul oksigen menghasilkan 2 liter molekul uap air:

2H2 + O2 \u003d 2H2 O

Hipotesis Avogadro memperoleh kepentingan yang luar biasa karena fakta bahwa hipotesis itu menyiratkan keberadaan jumlah molekul yang konstan dalam satu mol zat apa pun. Memang, jika kita menyatakan massa molar (massa zat yang diambil dalam jumlah satu mol) melalui M, dan massa molekul relatif melalui m, maka jelas bahwa

M = NA m

di mana NA adalah jumlah molekul dalam satu mol. Ini sama untuk semua zat:

NA = M/m

Dengan menggunakan ini, seseorang dapat memperoleh hasil penting lainnya. Hipotesis Avogadro menyatakan bahwa jumlah molekul gas yang sama selalu menempati volume yang sama. Oleh karena itu, volume Vo yang ditempati oleh satu mol gas dalam kondisi normal (suhu 0Co dan tekanan 1,013*105 Pa) adalah nilai konstan. geraham ini

volume segera diubah secara eksperimental dan ternyata sama dengan: Vo = 22,41 * 10-3 m3

Salah satu tugas utama fisika adalah menentukan jumlah molekul dalam satu mol zat NA, yang kemudian menerima konstanta Avogadro.

Ilmuwan Austria Ludwig Boltzmann (1844-1906), seorang fisikawan teoretis yang luar biasa, penulis berbagai studi fundamental di berbagai bidang fisika, ia dengan gigih mempertahankan hipotesis anatomi.

Boltzmann adalah orang pertama yang mempertimbangkan pertanyaan penting tentang distribusi energi panas pada berbagai derajat kebebasan partikel gas. Dia dengan tegas menunjukkan bahwa energi kinematik rata-rata partikel gas E sebanding dengan suhu mutlak T:

E T Koefisien proporsionalitas dapat dicari dengan menggunakan persamaan dasar

teori kinematik molekul:

p \u003d 2/3 pU

Dimana p adalah konsentrasi molekul gas. Mengalikan kedua ruas persamaan ini dengan volume molekul Vo. Karena n Vo adalah jumlah molekul dalam satu mol gas, kita peroleh:

p Vo == 2/3 NA E

Di sisi lain, persamaan keadaan gas ideal mendefinisikan produk p

sebagai

p Vo = RT

Jadi, 2/3 NA E = RT

Atau E=3RT/2NA

Rasio R/NA adalah nilai konstan, sama untuk semua zat. Konstanta fisik universal baru ini diterima, atas saran M.

papan, judul Konstanta Boltzmann k

k=R/NA.

Kelebihan Boltzmann dalam penciptaan teori molekul-kinetik gas dengan demikian sepatutnya diakui.

Nilai numerik dari konstanta Boltzmann adalah: k= R/NA =8,31 J mol/6.023*1023 K mol=1,38*10-16 J/K.

Konstanta Boltzmann, seolah-olah, menghubungkan karakteristik mikrokosmos (energi kinetik rata-rata partikel E) dan karakteristik makrokosmos (tekanan gas dan suhu).

konstanta faraday

Studi tentang fenomena, dengan satu atau lain cara yang terkait dengan elektron dan pergerakannya, memungkinkan untuk menjelaskan dari posisi terpadu fenomena fisik yang paling beragam: listrik dan magnet, osilasi cahaya dan elektromagnetik. Struktur atom dan fisika partikel elementer.

Sejauh 600 SM. Thales dari Miletus menemukan daya tarik benda-benda ringan (bulu halus, potongan kertas) dengan amber yang digosok (amber berarti elektron dalam bahasa Yunani kuno).

Karya yang secara kualitatif menggambarkan fenomena kelistrikan tertentu. muncul pada awalnya sangat hemat. Pada tahun 1729, S. Gray menetapkan pembagian benda menjadi konduktor arus listrik dan isolator. Orang Prancis C. Dufay menemukan bahwa sealing wax yang digosok dengan bulu juga dialiri arus listrik, tetapi berlawanan dengan elektrifikasi batang kaca.

Karya pertama yang berusaha menjelaskan fenomena listrik secara teoritis ditulis oleh fisikawan Amerika W. Franklin pada tahun 1747. Untuk menjelaskan elektrifikasi, ia mengusulkan keberadaan "cairan listrik" (fluida) tertentu, yang termasuk sebagai bagian yang tidak terpisahkan dalam hal apapun. Dia mengaitkan keberadaan dua jenis listrik dengan keberadaan dua jenis cairan - "positif" dan "negatif". Setelah ditemukan. bahwa ketika kaca dan sutra digosokkan satu sama lain, mereka mengeluarkan listrik secara berbeda.

Franklinlah yang pertama kali menyarankan sifat atomik listrik yang granular "Materi listrik terdiri dari partikel-partikel yang pasti sangat kecil."

Konsep dasar dalam ilmu kelistrikan dirumuskan hanya setelah studi kuantitatif pertama kali muncul. Mengukur gaya interaksi muatan listrik, ilmuwan Prancis C. Coulomb pada tahun 1785 menetapkan hukum

interaksi muatan listrik:

F= k q1 q2 /r2

di mana q1 dan q2 adalah muatan listrik, r adalah jarak antara mereka,

F adalah gaya interaksi antara muatan, k adalah koefisien proporsionalitas. Kesulitan dalam menggunakan fenomena listrik sebagian besar disebabkan oleh fakta bahwa para ilmuwan tidak memiliki sumber arus listrik yang nyaman. Seperti

sumbernya ditemukan oleh ilmuwan Italia A. Volta pada tahun 1800 - itu adalah kolom lingkaran seng dan perak yang dipisahkan oleh kertas yang direndam dalam air asin. Studi intensif dimulai pada perjalanan arus melalui berbagai zat.

elektrolisis, itu berisi indikasi pertama itu. bahwa materi dan listrik saling berhubungan. Penelitian kuantitatif terpenting di bidang elektrolisis dilakukan oleh fisikawan Inggris terbesar M. Faraday (1791-1867). Dia menemukan bahwa massa zat yang dilepaskan pada elektroda selama aliran arus listrik sebanding dengan kekuatan arus dan waktu (hukum elektrolisis Faraday). Berdasarkan ini, dia menunjukkan bahwa untuk melepaskan massa zat pada elektroda, secara numerik sama dengan M / n (M-molar massa zat, n adalah valensinya), muatan F yang ditentukan secara ketat harus melewati elektrolit.Dengan demikian, F universal penting lainnya muncul dalam fisika, sama, seperti yang ditunjukkan pengukuran, F = 96484,5 C / mol.

Selanjutnya, konstanta F disebut bilangan Faraday. Analisis fenomena elektrolisis membawa Faraday pada gagasan bahwa pembawa gaya listrik bukanlah cairan listrik, tetapi atom-partikel materi. "Atom materi entah bagaimana diberkahi dengan kekuatan listrik," katanya.

Faraday pertama kali menemukan pengaruh medium pada interaksi muatan listrik dan menentukan bentuk hukum Coulomb:

F= q1 q2/ r2

Di sini, adalah karakteristik medium, yang disebut konstanta dielektrik. Berdasarkan studi ini, Faraday menolak aksi muatan listrik di kejauhan (tanpa media perantara) dan memperkenalkan ke dalam fisika ide yang sama sekali baru dan penting bahwa medan listrik adalah pembawa dan pemancar pengaruh listrik!

Muatan dan massa elektron

Eksperimen untuk menentukan konstanta Avogadro membuat fisikawan berpikir tentang apakah karakteristik medan listrik terlalu penting. Apakah tidak ada pembawa listrik yang lebih konkrit dan material? Untuk pertama kalinya ide ini jelas pada tahun 1881. G. Helmolts menyatakan: “Jika kita mengakui adanya atom kimia, maka dari sini kita terpaksa menyimpulkan lebih jauh bahwa listrik, baik positif maupun negatif, juga dibagi menjadi jumlah unsur tertentu yang berperan sebagai atom listrik.”

Perhitungan "jumlah unsur listrik tertentu" ini dilakukan oleh fisikawan Irlandia J. Stoney (1826-1911). Hal ini sangat sederhana. Jika pelepasan satu mol unsur monovalen selama elektrolisis membutuhkan muatan yang sama dengan 96484,5 C, dan satu mol mengandung 6 * 1023 atom, maka jelas bahwa dengan membagi bilangan Faraday F dengan bilangan Avogadro NA, kita mendapatkan jumlah listrik yang dibutuhkan untuk melepaskan satu

atom materi. Mari kita nyatakan bagian minimum listrik ini dengan e:

E \u003d F / NA \u003d 1,6 * 10-18 C.

Pada tahun 1891, Stoney menyarankan untuk menyebut jumlah listrik minimal ini sebagai elektron. Segera itu diterima oleh semua orang.

Konstanta fisika universal F dan NA, bersama dengan upaya intelektual para ilmuwan, menghidupkan konstanta lain - muatan elektron e.

Fakta keberadaan elektron sebagai partikel fisik independen didirikan dalam studi dalam studi fenomena yang terkait dengan aliran arus listrik melalui gas. Dan sekali lagi kita harus menghargai wawasan Faraday, yang pertama kali memulai studi ini pada tahun 1838. Studi-studi inilah yang mengarah pada penemuan apa yang disebut sinar katoda dan akhirnya penemuan elektron.

Untuk memastikan bahwa sinar katoda benar-benar mewakili aliran partikel bermuatan negatif, perlu untuk menentukan massa partikel ini dan muatannya dalam percobaan langsung. Percobaan ini pada tahun 1897. dilakukan oleh fisikawan Inggris J. J. Thomson. Pada saat yang sama, ia menggunakan pembelokan sinar katoda dalam medan listrik kapasitor dan dalam medan magnet. Perhitungan menunjukkan bahwa sudut

pembelokan sinar dalam medan listrik dengan kekuatan sama dengan:

\u003d eδ / t * l / v2,

di mana e adalah muatan partikel, m adalah massanya, l adalah panjang kapasitor,

v adalah kecepatan partikel (sudah diketahui).

Ketika sinar dibelokkan dalam medan magnet B, sudut defleksi sama dengan:

= eV/t * l/v

Pada (yang dicapai dalam percobaan Thomson), adalah mungkin untuk menentukan v, dan kemudian menghitung dan rasio e / m adalah konstanta yang tidak bergantung pada sifat gas. Thomson

yang pertama dengan jelas merumuskan gagasan tentang keberadaan partikel dasar materi yang baru, sehingga ia dianggap sebagai penemu elektron.

Kehormatan untuk mengukur muatan elektron secara langsung dan membuktikan bahwa muatan ini memang merupakan bagian terkecil dari listrik yang tidak dapat dibagi-bagi adalah milik fisikawan Amerika yang luar biasa R. E. Milliken. Tetesan minyak dari pistol semprot disuntikkan ke ruang antara pelat kondensor melalui jendela atas. Teori dan eksperimen telah menunjukkan bahwa ketika setetes jatuh perlahan, hambatan udara mengarah pada fakta bahwa kecepatannya menjadi konstan. Jika kuat medan antara pelat adalah nol, maka kecepatan jatuh v 1 sama dengan:

v1 = fP

di mana P adalah berat jatuh,

f adalah koefisien proporsionalitas.

Di hadapan medan listrik, kecepatan tetesan v 2 ditentukan oleh ekspresi:

v2 = f (q - P),

di mana q adalah muatan jatuh. (Diasumsikan bahwa gaya gravitasi dan gaya listrik diarahkan berlawanan satu sama lain.) Dari ekspresi ini dapat disimpulkan bahwa

q= P/ε v1 * (v1 + v2 ).

Untuk mengukur muatan tetes, Millikan menggunakan

mengionisasi udara. Ion udara ditangkap oleh tetesan, akibatnya muatan tetesan berubah. Jika kita menyatakan muatan penurunan setelah penangkapan ion sebagai q ! , dan kecepatannya melalui v 2 1, maka perubahan muatan delta q \u003d q! - q

delta q== P/ε v1 *(v1 - v2 ).,

nilai P/ v 1 untuk penurunan ini adalah konstan. Jadi, perubahan muatan tetesan itu ternyata dikurangi untuk mengukur lintasan yang ditempuh oleh tetesan minyak dan waktu selama lintasan ini ditempuh. Tetapi waktu dan jalur dapat dengan mudah dan cukup akurat ditentukan oleh pengalaman.

Banyak pengukuran Millikan telah menunjukkan bahwa selalu, terlepas dari ukuran penurunan, perubahan muatan adalah kelipatan bilangan bulat dari beberapa muatan terkecil e:

delta q=ne, di mana n adalah bilangan bulat. Jadi, dalam percobaan Millikan, keberadaan jumlah minimum listrik e ditetapkan. Eksperimen secara meyakinkan membuktikan struktur atomistik listrik.

Eksperimen dan perhitungan memungkinkan untuk menentukan nilai muatan e E = 1,6 * 10-19 C.

Realitas adanya porsi minimum listrik dibuktikan; Millikan sendiri untuk reaksi ini pada tahun 1923. dianugerahi Hadiah Nobel.

Sekarang, dengan menggunakan nilai muatan elektron spesifik e/m dan e yang diketahui dari percobaan Thomson, kita juga dapat menghitung massa elektron m e.

Nilainya ternyata:

yaitu \u003d 9,11 * 10-28 g.

kecepatan cahaya

Untuk pertama kalinya, metode pengukuran langsung kecepatan cahaya diusulkan oleh pendiri fisika eksperimental, Galileo. Idenya sangat sederhana. Dua pengamat dengan lampu terletak pada jarak beberapa kilometer dari satu sama lain. Yang pertama membuka rana pada lentera, mengirimkan sinyal cahaya ke arah yang kedua. Yang kedua, memperhatikan cahaya lentera, membuka penutupnya sendiri dan mengirim sinyal ke pengamat pertama. Pengamat pertama mengukur waktu t antara penemuannya

lenteranya dan waktu ketika dia melihat cahaya lentera kedua. Kecepatan cahaya c jelas sama dengan:

di mana S adalah jarak antara pengamat, t adalah waktu yang diukur.

Namun, percobaan pertama yang dilakukan di Florence menurut metode ini tidak memberikan hasil yang jelas. Interval waktu t ternyata sangat kecil dan sulit diukur. Namun demikian, mengikuti dari eksperimen bahwa kecepatan cahaya terbatas.

Kehormatan pengukuran pertama kecepatan cahaya adalah milik astronom Denmark O. Roemer. Melakukan pada tahun 1676. mengamati gerhana satelit Jupiter, ia memperhatikan bahwa ketika Bumi berada pada titik orbitnya yang jauh dari Jupiter, satelit Io muncul dari bayangan Jupiter 22 menit kemudian. Menjelaskan hal ini, Roemer menulis: "Ini adalah waktu yang digunakan cahaya untuk melewati tempat dari pengamatan pertama saya ke posisi sekarang." Dengan membagi diameter orbit bumi D dengan waktu tunda, adalah mungkin untuk mendapatkan nilai cahaya c. Pada zaman Roemer, D tidak diketahui secara pasti, sehingga dari pengukurannya diperoleh c 215.000 km/s. Selanjutnya, nilai D dan waktu tunda diperhalus, jadi sekarang, dengan menggunakan metode Roemer, kita akan mendapatkan c 300.000 km/s.

Hampir 200 tahun setelah Roemer, kecepatan cahaya diukur untuk pertama kalinya di laboratorium terestrial. Dia melakukan ini pada tahun 1849. Prancis L.Fizo. Metodenya, pada prinsipnya, tidak berbeda dari Galileo, hanya pengamat kedua yang digantikan oleh cermin pemantul, dan alih-alih penutup yang dibuka dengan tangan, roda gigi yang berputar cepat digunakan.

Fizeau menempatkan satu cermin di Suresnes, di rumah ayahnya, yang lain di Montmarte di Paris. Jarak antara cermin adalah L = 8,66 km. Roda memiliki 720 gigi, cahaya mencapai intensitas maksimum pada kecepatan putaran roda, sama dengan 25 rpm. Ilmuwan menentukan kecepatan cahaya menggunakan rumus Galileo:

Waktu t jelas adalah t = 1/25*1/720 s=1/18000 s dan s=312.000 km/s

Semua pengukuran di atas dilakukan di udara. Perhitungan kecepatan dalam ruang hampa dilakukan dengan menggunakan nilai indeks bias udara yang diketahui. Namun, ketika mengukur pada jarak yang jauh, kesalahan dapat terjadi karena ketidakhomogenan udara. Untuk menghilangkan kesalahan ini, Michelson pada tahun 1932. mengukur kecepatan cahaya menggunakan metode prisma berputar, tetapi ketika cahaya merambat dalam pipa tempat udara dipompa keluar, ia menerima

s=299 774 ± 2 km/s

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi telah memungkinkan untuk membuat beberapa perbaikan dalam metode lama dan mengembangkan yang baru secara fundamental. Jadi pada tahun 1928. roda gigi yang berputar digantikan oleh pemutus lampu listrik bebas inersia, sementara

=299 788± 20 km/s

Dengan perkembangan radar, kemungkinan baru muncul untuk mengukur kecepatan cahaya. Aslakson, dengan menggunakan metode ini pada tahun 1948, diperoleh nilai c = 299 792 + 1,4 km / s, dan Essen, dengan menggunakan metode interferensi gelombang mikro, c = 299 792 + 3 km / s. Pada tahun 1967 pengukuran kecepatan cahaya dilakukan dengan laser helium-neon sebagai sumber cahaya

Konstanta Planck dan Rydberg

Tidak seperti banyak konstanta fisika universal lainnya, konstanta Planck memiliki tanggal lahir yang tepat 14 Desember 1900. Pada hari ini, M. Planck membuat laporan di German Physical Society, di mana, untuk menjelaskan emisivitas benda yang benar-benar hitam, nilai baru h muncul bagi fisikawan.

dari data eksperimen, Planck menghitung nilainya: h = 6,62 * 10-34 J s.