Основні інфекційні захворювання, спричинені біологічним
| Хвороби | Шляхи передачі інфекції | Прихований період, днів | Тривалість втрати працездатності, днів |
| Чума | Повітряно-краплинний контакт з легеневим хворим; через укуси бліх, від великих гризунів | 7-14 | |
| сибірська виразка | Контакт із великими тваринами, їхньою шерстю, шкурами; вживання зараженого м'яса, вдихання інфекційного пилу | 2-3 | 7-14 |
| Сап | Теж саме | 20-30 | |
| Туляремія | Вдихання пилу, інфекційними збудниками; контакт із хворими гризунами; вживання інфекційної води | 3-6 | 40-60 |
| Холера | Вживання зараженої води та їжі | 5-30 | |
| Жовта лихоманка | Через укуси комарів, від хворих тварин та людей | 4-6 | 10-14 |
| Натуральна віспа | Повітряно-краплинний контакт; через інфекційні предмети | 12-24 | |
| Крапкова лихоманка скелястих гір | Через укуси кліщів-переносників (від хворих гризунів) | 4-8 | 90-180 |
| Ботулізм | Вживання їжі, яка містить токсини | 0,5-1,5 | 40-80 |
Патогенні мікроорганізми, які спричиняють кишкові інфекційні захворювання, можуть потрапити в питну воду, молоко, продукти харчування, вживаючи які, здорова людина може захворіти.
Поширення кишкових інфекційчасто сприяють мухи, а також забруднення фекаліями рук у людей, які не дотримуються правил власної гігієни.
Поразка здорової людинивідбувається внаслідок близького контакту з хворим, коли інфекційні частки слизу легко проникають у верхні дихальні шляхи.
Механізм передачі інфекції дихальних шляхів створює можливість її великого епідемічного поширення, особливо серед дітей.
Серед окремих видів групи інфекцій – грип та кір – характеризується тим, що патологічні процесирозвиваються у місці проникнення збудника.
Боротьба з поширенням інфекцій дихальних шляхів ведеться ізоляцією хворих та за допомогою засобів індивідуальної безпеки (носити марлеві пов'язки, які закривають ніс та рот хворої людини).
У профілактиці натуральної віспи велике значеннямають високоефективні щеплення (вакцинації та ревакцинації).
До цієї групи належать сибірка, сап, ящур та інші захворювання. Заразне початок передається від джерела інфекції безпосередньо, і через заражені предмети: наприклад людина може заразитися сибіркою через хутряний комір, заражений бактеріями сибірки, причому на шкірі шиї чи обличчі утворюється типовий сибірський карбункул.
Основними методами боротьби з інфекціями зовнішніх покривів є ізоляція та лікування хворих, а також розрив шляхів передачі інфекції, наприклад, виготовлення взуття, тільки з такої сировини, яка пройшла контроль на зараженість спорами сибірки.
Для запобігання вищезгаданим інфекціям існує щеплена профілактика.
Зона (вогнище) біологічного зараження. Карантин, обсервація
Внаслідок потрапляння в довкілля небезпечних біологічних засобів (аварія, випадки занесення збудника хвороби, використання біологічної зброї) та поширення на місцевості хвороботворних мікробів, токсинів, небезпечних шкідників, можуть утворитися зони біологічного зараження та вогнище біологічного ураження.
Зона біологічного зараження– ця територія, заражена біологічними збудниками захворювань небезпечних для людей, тварин чи рослин.
Збудники інфекційних захворювань можуть поширюватися, збільшуючи зону зараження людьми, комахами, особливо кровоносними, тваринами, гризунами, птахами. Заражатися можуть люди, сільськогосподарські тварини, птиця, дикі звіріта птиці, повітря, місцевість, водоймища, колодязі, резервуари з питною водою, фураж, сільськогосподарські посіви, запаси врожаю, продукти харчування, техніка, пасовища та житлові приміщення.
Зона зараження характеризується:
Видами біологічного захисту;
Розмірами;
Розміщенням щодо ОНГ;
Часом освіти;
ступенем небезпеки;
Зміна часу.
Розміри осередку біологічного зараження залежить від:
Типу, виду, кількості хвороботворних мікробів та шкідників рослин;
Умови влучення та розмноження у навколишньому середовищі;
Метеорологічні умови;
Швидкість їх виявлення;
Своєчасності проведення профілактичних та лікувальних заходів.
Осередок біологічної поразкице територія, де внаслідок впливу біологічних властивостей виникли масові поразки людей, сільськогосподарських тварин, рослин.
Він характеризується:
видами біологічних властивостей;
Кількість уражених людей, рослин, тварин;
тривалістю дій;
Вражаючих властивостей збудників хвороб.
У разі виникнення вогнища біологічного зараження попередження поширення інфекцій з вогнища вводиться карантин та обсервація.
Карантин– це система державних заходів, яким проводяться в епідеміологічному (епізоотичному, епіфітотичному) осередку для запобігання поширенню інфекційних захворювань із вогнища ураження для повної ізоляції та його ліквідації. Карантин передбачає ізоляцію колективу, серед якого виникли інфекційні захворювання із госпіталізацією хворих, обсервацію тих, хто був у контакті з ними, медичним та ветеринарним спостереженням з рештою.
З цією метою проводяться наступні адміністративно-господарські, протиепідемічні, ветеринарно-санітарні, санітарно-гігієнічні, протиепідемічні, лікувально-профілактичні заходи:
1.Повна ізоляція вогнища ураження:
Навколо осередку виставляється охорона, організується комендантська служба, патрулювання руху.
Усі господарств, що межують із осередком біологічного зараження, сповіщаються про встановлення карантину. При виявленні збудників особливо небезпечних захворювань(сибірка, сап, чума, ящур, чума ВРХ, африканська чумасвиней та інших захворювань) райони, прилеглі до осередку зараження, оголошуються загрозливою зоною. На всіх сухопутних водних шляхах сполучення біля перетину з кордоном карантин виставляються цілодобові пости, між якими організуються патрулювання. На магістральних шляхах сполучення – шосейних, залізничних, водних, місцях їхнього перетину з кордоном зони ураження, а також в аеропортах карантинної зони виставляються КПП. На всіх дорогах, що ведуть до осередку, встановлюють попереджувальні знаки із зазначенням об'їзду та обходу.
2.В населених пунктахта на об'єктах організується внутрішня комендантська служба, здійснюється охорона інфекційних ізоляторів та лікарень, контрольних пунктів тощо.
3.З районів карантину вихід людей, вивезення тварин та майна забороняється. Вивезення на заражену територію дозволяється начальником ДЗ лише спеціалізованих формувань з їхньої транспорті.
4.Транзитний проїзд транспорту через осередки ураження забороняється (виключенням може бути залізничний транспорт).
5. Об'єкти господарської діяльності, які продовжують свою діяльність, переходять на особливий режим роботи із суворим виконанням епідеміологічних заходів. p align="justify"> Робочі зміни діляться на невеликі групи, контакт між ними скорочується до мінімуму. Прийом їжі та відпочинок робітників та службовців організується за групами спеціально виділених ним приміщеннях. Припиняється робота всіх навчальних закладів, видовищних заходів, ринків та базарів.
6. Населення у зоні карантину поділяється на дрібні групи, так звана карантинізація. Йому не дозволяється без крайньої необхідності виходити зі своїх будинків чи квартир. Продукти харчування, вода та предмети першої необхідності доставляються спеціальними командами. За необхідності виконання термінових робіт поза домом люди повинні бути обов'язково у засобах індивідуального захисту.
7.Робота магазинів, майстерень, побутових установ може бути відновлена лише після встановлення виду збудника, встановлення епідеміологічної ситуації. В цьому випадку не будуть потрібні суворі режимні заходи відразу після проведення дезінфекції навколишнього середовища та санітарної обробки населення.
У комплексі протиепізоотичних заходів у вогнищі зараження важливе значення мають:
Клінічне та лабораторне обстеження тварин та поділ їх за групами;
Заходи щодо знищення впливу на зовнішньому середовищі– знезараження місцевості, транспорту, тваринницьких та інших приміщень та прилеглих до них територій, води, продовольства, фуражу та предметів догляду за тваринами;
Ведення ветеринарної розвідки, узагальнення та аналіз її результатів;
Профілактичні та вимушені щеплення;
Ветеринарна обробка та лікування хворих та підозрілих у захворюванні тварин;
Експертиза та знезараження м'яса та інших сирих продуктів від тварин які зазнали впливу біологічних властивостей;
Приведення в належний стан та розгортання знову забійних пунктів, майданчиків;
Устаткування скотомогильників та місць утилізації трупів;
Контроль за використанням м'яса та молока від уражених тварин;
Контроль за збиранням трупів та їх похованням.
В осередку індивідуальних захворювань усі робітники та службовці підприємств та установ повинні виконувати заходи особистої безпеки:
Одягти захисні маски;
Дотримуватись елементарних правил особистої гігієни на роботі та вдома;
Не вживати неперевірені продукти харчування та воду;
Розводити вогонь на зараженій території;
З появою ознак захворювання звертатися до лікувальних органів;
Населення в осередку інфекційних захворювань проводить:
дезінфекцію своїх квартир;
Знезараження води та продуктів харчування;
Миється у домашніх умовах;
Змінює одяг;
Слідкує за своїм самопочуттям і при невеликому захворюванні(температура, застуда, пронос) негайно викликає до себе лікаря по телефону через прикріплену санітарну дружину або санітарного уповноваженого по будівлі.
В умовах карантину передбачається:
Проведення екстреної профілактики;
Посилення епідеміологічного спостереження;
За населенням: – поквартирні обходи; раннє виявлення; ізоляція та госпіталізація інфекційних хворих; посилений медичний контроль за виконанням санітарно-гігієнічних заходів; санітарна обробка та дезінфекція; а також профілактичних щеплень.
Таке лікування організує медичний персонал, прикріплений до об'єктів господарської діяльності
За кожною санітарною дружиною закріплюється частина вулиці, кварталу, будівлі чи цех, які сандружини обходять 2-3 рази на добу. Населенню, робітникам та службовцям, видаються лікувальні препарати. Для профілактики використовуються антибіотики широко спектра дії та інші препарати, які забезпечують профілактичний та лікувальний ефект. Населення, яке має аптечки АІ-2, профілактику лікування проводить за допомогою препаратів із аптечки.
Карантин організують рішенням держадміністрації та виконкомом району, області. Карантинні заходи повною мірою проводяться тільки при появі особливо небезпечних захворювань і тим, яким притаманні швидке та масове ураження (чума, тиф, холера, натуральна віспа, ящур, сибірка, сап).
У тих випадках, коли встановлений вид збудника не відноситься до групи особливо небезпечних інфекційних захворювань та немає загрози масовим захворюванням, введений карантин замінюється. обсервацією. Під обсервацієюрозуміють проведення в осередку ураження ряду ізоляційно-обмежувальних та лікувально- профілактичних заходівспрямованих на запобігання поширенню інфекційних захворювань.
Режимні заходи в зоні обсервації, на відміну від карантину, включають:
Максимальне обмеження в'їзду та виїзду, а також виведення з осередку майна без попереднього знезараження та дозволу епідеміологів;
Посилення медичного контролю за харчуванням та водопостачанням;
Обмеження руху на зараженій території, спілкування між окремими групами людей;
Інші заходи.
Під час встановлення режиму обсервації необхідно з'ясувати:
Кількість уражених тварин;
Провести ветеринарну обробку тварин з одночасною дезінфекцією місць розміщення тварин та всіх предметів, які з ними стикаються.
При цьому встановлюють:
Ветеринарне спостереження за ураженими тваринами;
Забороняють їхню пащу в осередку зараження;
Обмежують контакт із нею;
Організовують виїзд із осередку зараження та в'їзд на його територію всіх видів транспорту, перегін та перевезення тварин, проводи продуктів тваринництва та рослинництва через зону обсервації;
Проводять біологічний контроль за зараженістю сільськогосподарських тварин, продуктів тваринництва, води та кормів.
Для попередження інфекційних захворювань проводяться такі ж лікувально – профілактичні заходи, що й за карантину, але в умовах обсервації ізоляційно – запобіжні заходи є менш суворими, тобто вихід населення із зони зараження не забороняється, а обмежується та допускається, за умови обов'язкового проведення профілактичних заходів.
Рідше обмежується контакт спілкування населення серед очага.
Встановлений в осередку інфекційних захворювань режим та правила поведінки, а також вимоги медичної служби має виконуватися всіма громадянами. Ніхто не має права ухилятися від запобіжних щеплень, прийняття лікарських препаратів.
Для запобігання масовому розширенню неухильно виконувати правила особистої гігієни:
У житлових будинках необхідно провести дезінфекцію поручнів входів, дверні ручки, унітази – засипати хлорним вапном, збирання у приміщеннях проводити вологим способом, не допускати розведення мух та комарів.
У вогнищах інфекційних захворювань воду брати з водопроводу чи незаражених перевірених медичною службоювододжерел.
Всі продукти слід зберігати в закритій тарі та обробляти перед вживанням:
Воду та молоко кип'ятити;
Сирі овочі та фрукти ретельно промити;
Їда з використанням індивідуального посуду.
Перед виходом із приміщення:
Одягнути індивідуальні засобизахисту органів дихання та шкіри;
Перед входом з вулиці до житлових приміщень взуття та плащі необхідно залишити поза приміщенням, а потім їх обробити дезінфікуючими речовинами. Особливу увагузвернути на огляд хворих.
Необхідно дотримуватися всіх застережень, якщо хворий залишається вдома: його краще помістити в окрему кімнату. Якщо такої можливості немає, закрити його ширмою.
У приміщенні провести дезінфекцію, знезараження предметів, яких хворий торкався. Знезараження провести найпростішими способами: миттям їх із милом, кип'ятінням окремих предметів тощо.
Доглядати постійно має одна людина. При цьому потрібне виконання правил безпеки та правил особистої гігієни.
Для дезінфекції приміщень найчастіше використовують відстояний розчин 0,1-0,5% хлорного вапна. Для приготування 5%-ного розчину необхідно в 10 літрів води розчинити 0,5 кг хлорного вапна і дати можливість розчину відстоятися.
Карантин або обсервація може виникнути й у час у випадках небезпечних захворювань у районах, регіонах. Проте, він має досить ослаблений характер (режим) залежно від захворювань (не використовуються воєнізовані формування ГЗ).
Можливе оголошення карантину місцевого значення (школи, дитячі садки тощо) без обмежень та ізоляцій територій без використання воєнізованої служби тощо, силами медичних засобів міста, району.
У зонах карантину та обсервації з самого початку їх утворення проводять заходи щодо знезараження (дезінфекція), дезінфекції та дератизації (знищення комах та гризунів). Терміни карантину та обсервації встановлюються виходячи з тривалості максимального інкубаційного періодуу вогнищі інфекційного захворювання(з урахуванням госпіталізації останнього інфекційного хворого та закінчення заключної дезінфекції).
Проблема вибору системи одиниць фізичних величин нещодавно не могла повністю ставитися до нашого свавілля. З погляду матеріалістичної філософії нам непросто було переконати будь-кого в тому, що великий розділ природничих наук, що відноситься до забезпечення єдності вимірів, в основі своїй спирається на залежність основних моментів від нашої свідомості. Можна обговорювати, добре чи погано складено систему одиниць фізичних одиницьАле факт, що в основі своєї будь-яка система величин і одиниць має свавілля, пов'язане з людською свідомістю, залишається безперечним.
Одиниці фізичних величин поділяються на основні та похідні. До 1995 р. мали місце ще додаткові одиниці - одиниці плоского і тілесного кута, радіан і стерадіан, але з метою спрощення системи ці одиниці були переведені в категорію безрозмірних похідних одиниць.
Основними фізичними величинамиє величини, вибрані довільно та незалежно один від одного.
Основні одиниці вибираються те щоб користуючись закономірним зв'язком між величинами можна було б утворити одиниці інших величин. Відповідно, утворені таким чином величини та одиниці називаються похідними.
Самий головне питанняпри побудові систем одиниць у тому, скільки має бути основних одиниць чи, точніше, якими принципами потрібно керуватися під час побудови тієї чи іншої системи? Частково в метрологічній літературі можна знайти твердження, що головний принцип системи має полягати у мінімальній кількості основних одиниць. Насправді такий підхід є невірним, оскільки за цим принципом така величина і одиниця може бути одна. Наприклад, через енергію можна виразити практично будь-яку фізичну величину, тому що в механіці енергія дорівнює:
- кінетична енергія
де m – маса, -v – швидкість руху тіла;
- потенціальна енергія
(1.4)
де m – маса, g – прискорення, Н – висота (довжина).
В електричних вимірах енергія заряду
(1.5)
де q – заряд, U – різниця потенціалів.
В оптиці та квантовій механіці енергія фотона
де h - стала Планка, v - частота випромінювання.
У теплофізиці енергія теплового руху частинок
(1.7)
де k – постійна Больцмана, Т – температура.
Використовуючи зазначені закони та спираючись на закон збереження енергії, можна визначити будь-яку фізичну величину, незалежно від того, до яких явищ вона відноситься - до механічних, електричних, оптичних або теплових.
Для того щоб сказане виглядало переконливіше, розглянемо основні механічні одиниці, прийняті в більшості систем - одиниці довжини, часу і маси. Ці величини є основними, тобто обрані довільно та незалежно один від одного. Розглянемо тепер, який ступінь цієї незалежності і чи не можна скоротити кількість довільно вибраних основних механічних одиниць.
Більшість із нас звикла до того, що другий закон Ньютона записується як
(1.8)
де F – сила взаємодії, m – маса тіла, а – прискорення руху, і цей вираз є визначенням інерційної маси. З іншого боку, маса гравітаційна згідно із законом всесвітнього тяжіння визначається із співвідношення
(1.9)
де r - відстань між тілами і γ- гравітаційна постійна, рівна
(1.10)
Розглядаючи, наприклад, рівномірний рух одного тіла навколо іншого по колу, коли сила інерції Fi дорівнює силі гравітації Fg і враховуючи, що маса m в обох законах є одна і та ж величина, отримаємо:
(1.11)
(1.12)
де Т - період звернення, отримаємо
(1.13)
Це вираз для третього закону Кепплера, давно відомого для руху небесних тіл, Тобто ми отримали зв'язок між часом Т, довжиною r і масою m у вигляді
(1.14)
Це означає, що достатньо покласти коефіцієнт До рівним одиниці, і одиниця маси буде визначена через довжину та час. Значення цього коефіцієнта
(1.15)
є наслідком лише того факту, що ми довільно вибрали одиницю маси і для приведення ситуації у відповідність до фізичних законів зобов'язані в законі Кепплера ввести додатковий множник К. Наведений приклад наочно показує, що кількість основних одиниць може бути змінена як у меншу, так і більшу бік, тобто повністю залежить від нашого вибору, що визначається зручністю практичного використання системи.
Природно, що вибравши будь-яку одиницю в якості основної, ми довільно вибираємо розмір цієї одиниці. У механічних вимірах довжину, час і масу ми маємо можливість порівнювати з будь-якими обраними як вихідні однойменні величини. У міру розвитку метрології визначення розміру величин основних одиниць неодноразово змінювалися, проте ні на фізичних законах, ні на єдності вимірів це не вплинуло.
Покажемо, що свавілля вибору розміру одиниці має місце як основних, довільно обраних величин, але й величин похідних, т. е. що з основним яким-небудь фізичним законом. Як приклад повернемося до визначення сили через інерційні властивості тіл або через гравітаційні властивості. Ми припускаємо, що основними величинами є довжина, час та маса. Ніщо не заважає вважати рівним одиниці коефіцієнт пропорційності в законі всесвітнього тяжіння, тобто вважати, що
(1.16)
Тоді у другому законі Ньютона ми будемо запровадити коефіцієнт пропорційності, званий інерційної постійної, тобто.
(1.17)
Значення інерційної постійної має дорівнювати
(1.18)
Аналогічну картину можна простежити, виражаючи та приймаючи одиницю площі. Ми звикли до того, що одиницею площі вважається площа квадрата зі стороною в одиницю довжини - квадратний метр, квадратний сантиметр і т.д. що
(1.19)
У цьому випадку площа квадрата висловиться
(1.20)
Така одиниця площі, яка називається «круглий метр», дуже зручна у вимірі площ кіл. Очевидно, що «круглий метр» буде в 4/π разів меншим за «квадратний метр».
Наступне питання проблеми вибору одиниць системи полягає у визначенні доцільності введення нових основних одиниць при розгляді нового класу фізичних явищ. Почнемо з електромагнітних явищ. Добре відомо, що електричні явища спираються на закон Кулона, що зв'язує механічні величини – силу взаємодії та відстані між зарядами – з електричною величиною – зарядом:
(1.21)
У законі Кулона, як і інших законах, де згадуються векторні величини, ми опускаємо одиничний векторз метою спрощення. У законі Кулона коефіцієнт пропорційності дорівнює 1. Якщо прийняти це за основу, що і зроблено в деяких системах одиниць, то основна електрична одиниця не потрібна, тому що одиницю сили струму можна отримати зі співвідношення
(1.22)
де q – заряд, визначений законом Кулона; t – час. Всі інші одиниці електричних величин визначаються із законів електростатики та електродинаміки. Проте у більшості систем одиниць, у тому числі й у системі СІ, для електричних явищ вводиться довільно своя основна електрична одиниця. У системі СІ це Ампер. Вибравши Ампер довільно, заряд висловиться із співвідношення як
(1.23)
В результаті повторилася ситуація, розглянута вище, коли та сама фізична величина визначається двічі. Один раз через величини механічні - формула (1.21). Інший раз через Ампер-формула (1.23). Така неоднозначність змушує ввести до закону Кулона додатковий коефіцієнт, який отримав назву «діелектрична проникність вакууму». Закон Кулона набуває вигляду:
Про фізичному сенсіДіелектричний постійний вакуум часто задають питання, коли хочуть з'ясувати ступінь розуміння сутності закону Кулона. З метрологічної точки зору все просто і зрозуміло: вводячи довільно основну одиницю електрики - ампер - ми повинні вжити заходів для того, щоб була відповідність механічних одиниць, введених раніше, їх новим можливим виразом з використанням ампера.
Така сама ситуація може бути простежена в температурних вимірах з введенням довільно основної одиниці - Кельвіна, а також в оптичних вимірахіз запровадженням кандели.
Тут докладно розглянуто ситуацію з вибором одиниць основних фізичних величин та з вибором їх розміру для того, щоб довести сутність головного принципу побудови систем одиниць фізичних одиниць.
Цей принцип - зручність практичного використання.Тільки цими міркуваннями визначається кількість основних одиниць, вибір їх розміру, і всі додаткові, вторинні принципи відштовхуються від цього як від основного. Таким, наприклад, є відомий принцип, що говорить, що як основна величина потрібно вибрати таку, одиниця якої може бути відтворена з найвищою можливою точністю. Однак це бажано, але в ряді випадків недоцільно. Зокрема в механічних вимірах одиниця частоти – герц – відтворюється з найвищою точністю, проте в розряд основних одиниць частота не потрапила.
В електричних вимірах точніше Ампера може бути відтворений Вольт – одиниця різниці потенціалів. В оптиці досягнуто граничної точності у вимірах енергії шляхом рахунку квантів. З зазначених причин загальновизнаність виразу величин і одиниць стає переважаючою над прагненням вибрати за основну одиницю ту, яка найточніше відтворюється.
Остаточним підтвердженням вибору системи одиниць на основі принципу зручності використання є два моменти.
Перший – це факт присутності у міжнародній системі СІ двох основних одиниць кількості речовини – кілограма та моля. Нічим, крім зручності використання в хімічних процесахвведення ще однієї основної одиниці – молячи, – цей факт не поясниш.
Другий - факт використання в ряді випадків систем одиниць, відмінних від системи СІ. Багато років та десятиліття метрологи намагаються залишити одну єдину систему одиниць.Проте, у розрахунках атомних і молекулярних структур система СІ незручна, і продовжують використовувати атомну систему одиниць, у якій основними є величини, зумовлені розмірами атома і процесами, які у атомі. Під час розгляду різних систем одиниць ми докладно зупинимося на побудові цієї системи. Так само система СІ виявляється незручною при вимірах відстаней до космічних об'єктів. У цій галузі склалася своя специфічна система одиниць та величин.
Вибір в метрології системи одиниць фізичних величин в основному пов'язаний із зручністю їх використання і великою мірою спирається на традиції у вирішенні проблеми забезпечення єдності вимірів.
Лекція 1
Вступне заняття. Предмет «метрологія», завдання, принципи, об'єкти та засоби метрології, стандартизації та сертифікації. Закон РФ «Про забезпечення єдності вимірів». Міжнародні організації з метрології.
Слово метрологіяутворено із двох грецьких слів метрон(захід) та логос(Вчення, вміння) і означає - вчення про заходи. Метрологія в сучасному розумінні - наука про виміри, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності.
Єдністю вимірівназивається стан вимірювань, при яких їх результати виражені в узаконених одиницях та похибки відомі із заданою ймовірністю.
Довгий часметрологія була в основному описовою наукою про різні заходи та співвідношення між ними. Але в процесі розвитку суспільства роль вимірів зростала, і з кінця минулого століття завдяки прогресу фізики метрологія піднялася якісно на новий рівень.
Сьогодні метрологія - це наука про вимірах, а й діяльність, яка передбачає вивчення фізичних величин, їх відтворення і передачу, застосування еталонів, основних принципів і методів створення засобів вимірювань, оцінку їх похибки, і навіть метрологічний контроль і нагляд.
Мета метрології полягає у забезпеченні єдності вимірів, тобто. сумісності та узгодженості їх результатів, причому незалежно від того, де, коли та ким були ці результати отримані.
Оскільки за результатами вимірювань приймаються відповідальні рішення, то має бути забезпечена відповідна точність, достовірність та своєчасність вимірів.
Можна виділити три основні функціївимірювань у народному господарстві:
1) облік продукції народного господарства, що обчислюється за масою, довжиною, обсягом, витратою, потужністю, енергією;
2) вимірювання, що проводяться для контролю та регулювання технологічних процесів та для забезпечення нормального функціонування транспорту та зв'язку;
3) вимірювання фізичних величин, технічних параметрів, складу та властивостей речовин, що проводяться при наукових дослідженнях, випробуваннях та контролі продукції в різних галузях народного господарства
Значимість вимірів особливо важлива при переході до ринкових відносин, пов'язаних з конкуренцією виробників і відповідно з підвищеними вимогами до якості та технічних параметрів продукції. Підвищення якості вимірювань та впровадження нових методів вимірювань залежить від рівня розвитку метрології.
Основними завданнями метрології є;
· Забезпечення досліджень, виробництва та експлуатації технічних пристроїв;
· Контроль за станом навколишнього середовища;
· Забезпечення установ організацій відповідними засобами вимірювань.
Метрологію поділяють на
· загальну - теоретичну та експериментальну;
· Прикладну (практичну);
· Законодавчу.
Теоретична метрологіязаймається питаннями фундаментальних досліджень, створенням системи одиниць вимірів, фізичних постійних, розробкою нових методів вимірів.
Експериментальна метрологія- питання створення еталонів, зразків заходів, розробка нових вимірювальних приладів, пристроїв та інформаційних систем.
Прикладна (практична) метрологіязаймається питаннями практичного застосування у різних сферах діяльності результатів теоретичних дослідженьу межах метрології.
Законодавча метрологіявключає комплекс взаємопов'язаних та взаємозумовлених загальних правил, а також інші питання, регламентація та контроль яких необхідні з боку держави та для забезпечення єдності вимірів та однаковості системи вимірів.
Метрологічна служба- сукупність суб'єктів діяльності та видів робіт, спрямованих на забезпечення єдності вимірів.
Закон визначає, що Державна метрологічна службазнаходиться у віданні Держстандарту Росії та включає: державні наукові метрологічні центри; органи Державної метрологічної служби біля республік у складі Російської Федерації, автономної області, автономних округів, країв, областей, міст Москви і Санкт-Петербурга.
Держстандарт Росії здійснює керівництво Державною службою часу та частоти та визначення параметрів обертання Землі (ДСВЧ), Державною службою стандартних зразків складу та властивостей речовин та матеріалів (ДССО) та Державною службою стандартних довідкових даних про фізичні константи та властивості речовин та матеріалів (ГСССД) та координацію їхньої діяльності.
Об'єктами державного нагляду є:
1. нормативні документи зі стандартизації та технічна документація;
2. продукція, процеси та послуги;
3. інші об'єкти відповідно до чинного законодавства про державний нагляд.
У 1993 р. було прийнято «Закон Російської Федерації про забезпечення єдності вимірів», який встановлює правові основи забезпечення єдності вимірів у Російській Федерації. Закон регулює відносини державних органів управління Російської Федерації з юридичними та фізичними особами з питань виготовлення, випуску, експлуатації, ремонту, продажу та імпорту засобів вимірювань та спрямований на захист прав та законних інтересів громадян, встановленого правопорядку та економіки Російської Федерації від негативних наслідків недостовірних результатів вимірювань .
Закон «Про забезпечення єдності вимірів» складається із семи розділів: загальні положення; одиниці величин, засоби та методики виконання вимірювань; метрологічні служби; державний метрологічний контроль та нагляд; калібрування та сертифікація засобів вимірювань; відповідальність за порушення закону та фінансування робіт із забезпечення єдності вимірів.
У першому розділі Закон «Про забезпечення єдності вимірів» встановлює та законодавчо закріплює основні поняття, що приймаються для цілей Закону: єдність вимірів, засіб вимірів, державний еталон одиниці величини, нормативні документи щодо забезпечення єдності вимірів, метрологічна служба, метрологічний контроль та нагляд, перевірка та калібрування засобів вимірювань, сертифікат про затвердження типу засобів вимірювань, акредитація на право перевірки засобів вимірювань та сертифікат про калібрування. У першій статті закону дається таке визначення поняття «єдність вимірів».
єдність вимірів- стан вимірів, у якому їх результати виражені в узаконених одиницях величин і похибки вимірів не виходять за встановлені межі із заданою ймовірністю.
Поняття «єдність вимірів» охоплює найважливіші завданняметрології: уніфікацію одиниць, розробку систем відтворення одиниць та передачі їх розмірів робочим засобам вимірів звстановленою точністю, проведення вимірювань з похибкою, що не перевищує встановлені межі, та ін. Єдність вимірювань має витримуватися за будь-якої точності вимірювань, необхідної галузі економіки.
Забезпечення єдності вимірів єзавданням метрологічних служб.
Комплекс нормативних, нормативно-технічних та методичних документів міжгалузевого рівня, що встановлюють правила, норми, вимоги, спрямовані на досягнення та підтримання єдності вимірювань у країні за необхідної точності, становить державну систему забезпечення єдності вимірів(ДСІ).
У ДСІ виділяються базові стандарти, що встановлюють загальні вимоги, правила та норми, а також стандарти, що охоплюють конкретну область чи вид вимірів.
До основних базових стандартів відносяться, наприклад, ГОСТ 8.417 «ДСІ. Одиниці фізичних величин», ГОСТ 16363 «Метрологія. Терміни та визначення». Базові стандарти можна поділити на групи залежно від об'єкта стандартизації:
· Зразки одиниць фізичних величин;
· Передача інформації про розмір одиниці від еталонів до засобів вимірювань;
· Порядок нормування метрологічних характеристик засобів вимірювань;
· Правила виконання та оформлення результатів вимірювань;
· Одноманітність засобів вимірювань;
· метрологічний нагляд за розробкою, станом та застосуванням засобів вимірювань;
· Державна служба стандартних довідкових даних.
В даний час нормативна база ГС І налічує понад 2600 документів, у тому числі 388 ГОСТів, близько 2000 методичних вказівок метрологічних інститутів, 77 керівних документів та 87 інструкцій.
Мережа організацій, куди покладено відповідальність за метрологічне забезпечення вимірювань, становить метрологічну службу. Розрізняють два рівні метрологічної служби – державну метрологічну службу та метрологічні служби юридичних осіб (підприємств та об'єднань).
До складу державної служби входять територіальні органи та державні наукові метрологічні центри (НДІ Держстандарту Росії). До структури державної метрологічної служби включені також спеціалізовані служби: державна служба часу та частоти – ДСВЧ, державна служба стандартних зразків – ДССО, державна служба стандартних довідкових даних – ДСССД.
До основних видів метрологічної діяльності належать метрологічне забезпечення підготовки виробництва, державні випробування засобів вимірів, перевірка засобів вимірів.
Метрологічне забезпечення підготовки виробництва- це комплекс організаційно-технічних заходів, спрямованих на визначення з необхідною точністю параметрів продукції (виробів, вузлів, матеріалів) та сировини, технологічних процесів та обладнання та дозволяють домогтися високої якості продукції, а також зниження непродуктивних витрат на її випуск.
Роботи з метрологічного забезпечення підготовки виробництва виконують метрологічні, конструкторські, технологічні служби підприємств з моменту отримання вихідних документів на виріб, що освоюється.
Випробування засобів вимірів проводяться державними науковими центрами Держстандарту Росії.
До складу комісії входять представники:
· Державного центру випробувань засобів вимірювань;
· Замовника засобів вимірювань;
· Відомчої метрологічної служби;
· Організації-розробника;
· Виробника засобів вимірювань.
У разі успішного випробування засобу вимірювань, в результаті якого підтверджені всі параметри та характеристики засобів вимірювань, документація надається до Держстандарту Росії та приймається рішення про затвердження типу засобу вимірювань. Це рішення засвідчується сертифікатом про затвердження типу засобів вимірювальної техніки. Затверджений тип заноситься до державного реєстру засобів вимірів.
Державний метрологічний контроль та нагляд є технічною і правовою діяльністю, здійснюваної органами державної метрологічної служби з метою перевірки дотримання правил законодавчої метрології - Закону РФ «Про забезпечення єдності вимірів», нормативних актів з питань метрології.
До об'єктів державного метрологічного контролю та нагляду належать:
· Засоби вимірювань;
· Зразки, що застосовуються для перевірки засобів вимірювань;
· Методики виконання вимірювань;
· кількість фасованих товарів в упаковках будь-якого виду при їх продажу та розфасовці.
Державний метрологічний контроль (ГМК) поширюється на:
1. на охорону здоров'я, ветеринарію, охорону довкілля, забезпечення безпеки;
2. торгові операції та взаємні розрахунки між покупцем та продавцем;
3. державні облікові операції;
4. забезпечення оборони;
5. геодезичні та гідрометеорологічні роботи;
6. банківські, податкові, митні та поштові операції;
7. продукцію, що постачається за державними контрактами;
8. випробування та контроль якості продукції на відповідність обов'язковим вимогам стандартів та при обов'язкової сертифікаціїпродукції;
9. виміри, які проводяться за дорученням органів суду, прокуратури, арбітражу, інших органів державного управління;
10. реєстрацію національних та міжнародних спортивних рекордів.
Характеристикавидів державного метрологічного контролю та нагляду.Державний метрологічний контроль та нагляд включає:
1. державний метрологічний нагляд за кількістю товарів, що відчужуються під час здійснення торгових операцій; за кількістю фасованих товарів в упаковках будь-якого виду при їх розфасовуванні та продажу;
2. перевірку засобів вимірів, зокрема еталонів;
3. затвердження типу засобів вимірів;
ліцензування діяльності юридичних та фізичних осіб з виготовлення, ремонту, продажу, прокату засобів вимірювань. Державному метрологічному контролю підлягають торгові операції, під час здійснення яких визначається маса, обсяг, витрата та інші величини, що характеризують кількість товарів, що відчужуються.
Державному метрологічному нагляду у сфері банківських операцій підлягають засоби вимірювання для ідентифікації цінних паперівта валют (наприклад, детектори валют, лічильники банкнот), електронних підписів, заставних цінностей. Беручи на депозитне зберігання такі цінності, як, наприклад, благородні метали, дорогоцінне каміння, банки повинні забезпечити вимірювання їх кількості та складу з необхідною точністю.
Державному метрологічному нагляду підлягають фасовані товари в упаковках будь-якого виду під час їх продажу або розфасовки, у випадках, коли вміст упаковки не може бути змінений без її розтину або деформації, а кількість вмісту вказана нанесеним на упаковку значенням маси. При проведенні нагляду перевіряють відповідність дійсного значення маси, обсягу та інших величин кількості фактично міститься в упаковці товару та нанесеному на упаковку значенню.
Засоби вимірювань, що використовуються у зазначених сферах державного метрологічного контролю та нагляду, підлягають повірці органами державної метрологічної служби під час випуску та після ремонту, експлуатації та продажу, ввезення по імпорту. Повірку засобів вимірювань здійснюють особи, атестовані як повірителі в органах державної метрологічної служби. Позитивні результати перевірки засобів вимірювань засвідчують знаком повірного тавра або сертифікатом про перевірку. Знак повірного тавра наносять на засоби вимірювань і в експлуатаційну документацію, а у разі видачі сертифіката про перевірку – на сертифікат. Якщо знак повірного тавра пошкоджений, а також сертифікат втрачено, засіб вимірювань визнається непридатним до застосування.
Засоби вимірювань, призначені для випуску чи ввезення імпорту, піддаються обов'язковим випробуванням з наступним затвердженням типу. Рішення про затвердження типу засобу вимірювань приймається Держстандартом Росії та засвідчується сертифікатом. Затверджений тип вноситься до Державного реєстру засобів вимірів. У необхідних випадкахтип засобу вимірювань піддається обов'язкової сертифікації на безпеку застосування відповідно до законодавства про захист здоров'я, життя та майна громадян, охорону праці та навколишнього середовища.
Організація державного метрологічного контролю та нагляду.Контроль та нагляд здійснюються державними інспекторами органів державної метрологічної служби. Держінспектори безперешкодно відвідують об'єкти, де експлуатуються засоби вимірювань, з метою їхньої перевірки, відбору зразків товару для здійснення контролю при їх продажу та розфасовці та інших видів контролю. При виявленні порушення держінспектор має право забороняти застосування засобів виміру незатверджених, а також неповірених типів; гасити тавра або анулювати сертифікат про перевірку, у випадках коли засіб вимірювань дає неправильні показання або прострочений міжповірочний інтервал; давати обов'язкові розпорядження та встановлювати терміни усунення порушення метрологічних правил; складати протоколи про адміністративну відповідальність порушників метрологічних правил для ухвалення рішень щодо застосування санкцій.
Юридичні та фізичні особи зобов'язані сприяти інспектору у виконанні покладених на нього обов'язків. Особи, які перешкоджають здійсненню державного метрологічного контролю та нагляду, несуть відповідальність відповідно до чинного законодавства.
Відповідно до чинного законодавства за порушення правил законодавчої метрології передбачено адміністративну та кримінальну відповідальність, економічні санкції.
Адміністративну відповідальність за порушення правил несуть керівники та посадові особи юридичних осіб, а також фізичні особи, з вини яких було допущено порушення. Адміністративні стягнення накладаються у вигляді штрафу. Підставою для стягнення є недотримання правил метрології при продажу та розфасовці товарів в упаковки, недотримання правил перевірки засобів вимірювань, перешкоджання здійсненню метрологічного контролю та нагляду уповноваженими на те органами.
Кримінальна відповідальність настає у разі застосування неповірених чи інших непридатних засобів вимірювань у роздрібній торговельній мережі чи сфері громадського харчування, охорони здоров'я, охорони навколишнього середовища, забезпечення безпеки. Залежно від рівня порушення метрологічних правил передбачаються великий штраф, виправні роботи, позбавлення права обіймати посади, пов'язані з виміром, позбавлення волі. Економічні санкції застосовуються зазвичай до юридичних осіб. Розмір санкцій визначається чинним законодавством.
| склад Державної метрологічної служби РФ (ГМС). | |||
| Найменування установи | Функції установи | ||
| Федеральне агентство з технічного регулювання та метрології - очолює ГМС | Розробка, обговорення, затвердження та облік технічних регламентів, національних стандартів, загальноросійських класифікаторів, систем каталогізації тощо. Керівництвод_координація діяльності ГМС. Проведення конкурсів на здобуття премій Уряду РФ. | ||
| Державні наукові метрологічні центри (ДНМЦ) -7ВНДІ | Зберігання державних стандартів, проведення дослідження; розробка методів високоточних вимірів та нормативних документів | ||
| Регіональні центри стандартизації, метрології та сертифікації (ЦСМ та С) - більше | Держконтроль та нагляд за забезпеченням єдності вимірювань у регіоні, метрологічне забезпечення підприємств, повірка та калібрування засобів вимірювань, акредитація вимірювальних лабораторій, навчання та атестація повірителів, розробка нових засобів вимірювань, техобслуговування та ремонхср^Д£гв^13з1ер^ний. | ||
| Державна служба часу, частоти та визначення параметрів обертання землі (ДСВЧ) | Міжрегіональна та міжгалузева координація робіт у цій галузі, зберігання та передача розмірів одиниці часу та частоти, координат полюсів землі. Вимірювальну інформацію використовують служби навігації та управління судами, літаками та супутниками та ін. | ||
| Державна служба стандартних зразків складу та властивостей матеріалів (ДССО) | Забезпечують розробку засобів зіставлення стандартних зразків з характеристиками речовин та матеріалів, що виробляються промисловими та сільськогосподарськими підприємствами, для їх ідентифікації та контролю. | ||
| Державна служба стандартних довідкових даних про фізичні константи та властивості речовин та матеріалів (ДСССД) | Забезпечують розробку достовірних даних про фізичні константи, властивості речовин, нафти, газу та ін. Інформацію використовують організації, що створюють нову техніку. | ||
| Міжнародні організації з метрології | ||
| Найменування організації | Цілі, завдання та діяльність організації | |
| 1. Міжнародна організація законодавчої метрології (МОЗМ) | Створена 1955 р. об'єднує понад 80 країн. Цілі: розробка загальних питаньзаконодавчої метрології, зокрема. встановлення класів точності СІ, забезпечення одноманітності визначення типів та зразків систем СІ, рекомендацій щодо випробувань та підготовки кадрів. Вищий орган Міжнародна конференціязаконодавчої метрології. Скликається 1 раз на 4 роки. Рішення мають рекомендаційний характер. Росію в МОЗМ представляє Федеральне агентство з технічного регулювання та метрології, а також 12 міністерств та відомств. Участь Росії дозволяє проводити зміст прийнятих рекомендацій, домагаючись їх відповідності російським стандартамдозволяє удосконалювати метрологічну роботу. | |
| 2. Міжнародна організація заходів та ваг (МОМБ) | Створено 1875 р. - підписано Метрологічна конвенція. Цілі: уніфікація національних одиниць вимірів та встановлення єдиних фактичних еталонів довжини та маси. МБМВ – науково-дослідна лабораторія, яка зберігає та підтримує міжнародні зразки. ЇЇ головне завдання - звірення національних еталонів з міжнародними, вдосконалення систем вимірів. Вищий орган МОМБ – Генеральна конференція заходів та ваг. (1 раз на 4 роки). Роботою МОБВ між конференціями керує Міжнародний комітет заходів та терезів, до якого входять найбільші фізики та метрологи світу, у т.ч. представники Росії. Усього 18 членів. Найважливіший результат діяльності - перехід держав на єдині одиниці та зразки. | |
| 3. Міжнародна організація зі стандартизації (ІСО) | Створено 1946 р. Члени ІСО - національні організації зі стандартизації країн світу. 135 країн представлено. Сфера діяльності ІСО поширюється на всі області, крім електротехніки та електроніки. Головні завдання: розвиток стандартизації, метрології та сертифікації з метою забезпечення обміну товарами та послугами, розвиток співробітництва у науково-технічній та економічній галузях. Стандарти ІСО - найбільш широко використовуються у світі, їх загальна кількість перевищує 12000. Щорічно приймається та переглядається близько 1000 стандартів. Вони не є обов'язковими для застосування країнами-членами ISO. Все залежить від ступеня участі країни у міжнародному поділі праці та стану її зовнішньої торгівлі. У Росії йде активний процесвпровадження стандартів ISO а національну системустандартизації. | |
| 4. Міжнародна електротехнічна комісія (МЕК) | Створено 1906 р. Автономна організація у складі ИСО. Основна мета визначена Статутом – сприяння міжнародному співробітництву зі стандартизації у галузі електротехніки та радіотехніки шляхом розробки стандартів. Країни представлені в МЕК своїми національними органами по | |
| стандартизації (РФ - Федеральне агентство з технічного регулювання та метрології). Вищий керівний орган МЕК - Рада національних комітетів усіх країн. МЕК прийнято понад 2000 стандартів. Вони конкретніші, ніж стандарти ІСО і тому більш придатні до застосування у країнах - членах МЕК. У Росії її впроваджено більше половини прийнятих МЕК стандартів. | ||
| Європейська організація з метрології (ЄВРОМЕТ) | Регіональна міжнародна організація. Працює в галузі дослідження та розробки національних еталонів, сприяє розвитку перевірочних служб, розробляє методи найвищої точності. | |
Міжнародна організаціямір та ваг(МОМВ) забезпечує зберігання та підтримку міжнародних еталонів різних одиниць та звірення з ними державних еталонів і складається з Генеральної конференції заходів та ваг, Міжнародного комітету з мір і ваг, Міжнародного бюро мір та ваг (МБМВ).
У більшості країн світу заходи щодо забезпечення єдності вимірів встановлені законодавчо. Тому один із розділів метрології називається законодавчою метрологієюі включає комплекс загальних правил, вимог та норм, спрямованих на забезпечення єдності вимірів та однаковості засобів вимірів. Для одноманітності в одиницях вимірів у 1978 р. було затверджено Міжнародний стандарт«Одиниці фізичних величин» (СІ), який запроваджено з 1 січня 1979 р. як обов'язковий у всіх галузях народного господарства, науки, техніки та при викладанні.
Основні поняття та визначення прийняті у метрології. фізичні величини. Типи шкал. Поняття системи фізичних величин.
Основні терміни та визначення сформульовані у низці нормативно-технічних документів.
Фізична величина- властивість фізичного об'єкта, явища чи процесу, загальне якісно для багатьох фізичних об'єктів, але у кількісному вираженні індивідуальне кожному за них, наприклад довжина, маса, електричний опір.
Вимірювання- сукупність операцій із застосування технічного засобу, Що зберігає одиницю фізичної величини, що полягають у порівнянні вимірюваної величини з одиницею
Діапазон вимірювань- область значень величин, у межах яких нормовані межі похибки, що допускаються. Значення величини, що обмежують діапазон вимірювань знизу або зверху (ліворуч або праворуч), називають нижньою межею або верхньою межею вимірів.
Поріг чутливості- Найменше значення вимірюваної величини, що викликає помітну зміну вихідного сигналу. Наприклад, якщо поріг чутливості ваг дорівнює $Q mi» це означає, що помітне переміщення стрілки ваг досягається при такій малій зміні маси, як 10 мг.
ШКАЛИ ВИМІРЮВАНЬ
Шкала вимірів- це впорядкована сукупність значень фізичної величини, які є основою виміру цієї величини. Упорядкування значень фізичної величини можна досягти різними способами.
Шкала найменуваньхарактеризується лише ставленням еквівалентності різних якісних проявів якості. Ці шкали немає нульової позначки, одиниць виміру, вони немає відносин зіставлення типу більше, менше, краще, гірше тощо. Наприклад, у шкалі кольорів процес вимірювань досягається визначенням еквівалентності при візуальному спостереженні зразка з одним з еталонів, що входять в атлас кольорів.
Найпростіший спосіб отримання інформації, що дозволяє скласти деяке уявлення про розмір вимірюваної величини, полягає в порівнянні його з іншим за принципом «що більше (менше)?», або «що краще (гірше)?».
При цьому кількість порівнюваних між собою розмірів може бути досить великою. Розташовані в порядку зростання або зменшення розміри вимірюваних величин утворюють шкали порядку.
Операція розміщення розмірів за їх зростанням або зменшенням з метою отримання вимірювальної інформації за шкалою порядку називається ранжуванням . Для полегшення вимірювань за шкалою порядку деякі точки на ній можна зафіксувати як опорні (реперні).Точкам шкали можуть бути присвоєні цифри, які часто називають балами.Наприклад, знання оцінюють за чотирибальною реперною шкалою, що має наступний вигляд: незадовільно, задовільно, добре, відмінно. За реперними шкалами вимірюється твердість мінералів, чутливість плівок та інші величини (інтенсивність землетрусів вимірюється за 12-бальною шкалою, яка називається міжнародною сейсмічною шкалою).
Шкала інтервалів (різниці)описує властивості величини як з допомогою відносин еквівалентності, але й з допомогою підсумовування і пропорційності інтервалів між кількісними проявами властивості. Прикладом може бути шкала виміру часу, яка розбита великі інтервали - року, більш дрібні - добу тощо.
За шкалою інтервалів можна судити не тільки про те, що один розмір більший за інший, а й про те, наскільки більший. Однак за шкалою інтервалів не можна оцінити, у скільки разів один розмір більший за інший. Це пов'язано з тим, що у шкалі інтервалів відомий лише масштаб, а початок відліку може бути обрано довільно.
Найбільш досконалою є шкала стосунків.Прикладом її може бути температурна шкала Кельвіна, шкала Цельсія, шкали маси тощо.
За шкалою відносин можна визначити не тільки, на скільки один розмір більший за інший, а й у скільки разів більше або менше.
ФІЗИЧНІ ВЕЛИЧИНИ
Основним об'єктомВимірювання в метрології є фізичні величини. Фізична величина застосовується для опису матеріальних систем, об'єктів, явищ, процесів, що вивчаються у науках. Існують основні та похідні величини. Як основні вибирають величини, що характеризують фундаментальні властивості матеріального світу. ГОСТ 8.417 встановлює сім основних фізичних величин: довжину, масу, час, термодинамічну температуру, кількість речовини, силу світла, силу струму. Вимірювані величини мають кількісну та якісну характеристики.
Формалізованим відображенням якісної відмінності вимірюваних величин служить їх розмірність.Відповідно до документів ISO розмірність позначається символом dim (від лат. dimension - вимір).
Розмірність основних фізичних величин - довжини, маси, часу - позначається відповідними великими літерами:
dim t= Т.
Розмірність фізичної величини записується у вигляді добутку символів відповідних основних фізичних величин, зведених у певний ступінь – показник розмірності:
де L, М, Т- Розмірності основних фізичних величин;
Показники розмірності (показники ступеня, у якому зведені розмірності основних фізичних величин).
Наприклад: розмірність прискорення - м/с 2
Кожен показник розмірності може бути позитивним або негативним, цілим або дрібним, нулем. Якщо всі показники розмірності дорівнюють нулю, то величина називається безрозмірною.
Кількісною характеристикою вимірюваної величини є її Розмір.Отримання інформації про розмір фізичної величини є змістом будь-якого виміру.
Значення вимірюваної величини- Оцінка розміру фізичної величини у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць.
Наприклад: L= 1 м = 100 см = 1000 мм.
Абстрактне число, що входить до нього, називається числовим значенням.У наведеному прикладі це 11001000.
Значення фізичної величини одержують в результаті її вимірювання або обчислення відповідно до основного рівняння вимірювання:
де Q – значення фізичної величини;
X- числове значення вимірюваної величини прийнятої одиниці; [Q] – обрана для вимірювання одиниця.
Припустимо, вимірюється довжина відрізка прямий 10 см за допомогою лінійки, що має поділки в сантиметрах і міліметрах. Для цього випадку:
У той самий час застосування різних одиниць (1 див і 1 мм) призвело до зміни числового значення результату вимірів.
Принципи побудови Міжнародної системиодиниць. Переваги СІ.
Одиниця фізичної величини- це фізична величина, якій за визначенням надано числове значення, що дорівнює одиниці (1 м, 1 фунт, 1 см). Система одиниць фізичних величин- сукупність основних та похідних одиниць, що належать до деякої системи величин та утворена відповідно до прийнятих принципів.
У Росії її, як у всіх країнах світу, діє Міжнародна система одиниць, основними фізичними величинами якої є метр, кілограм, секунда, ампер, кандела, кельвін, моль. Міжнародна система була затверджена 1960 р. на XI конференції заходів та ваг.
Одиниці фізичних величин міжнародної системи фізичних величин утворюються з урахуванням законів, встановлюють зв'язок між фізичними величинами, чи підставі прийнятих у певних НДІ фізичних величин.
Для одноманітності в одиницях вимірів у 1978 р. було затверджено Міжнародний стандарт «Одиниці фізичних величин» (СІ), який запроваджено з 1 січня 1979 р. як обов'язковий у всіх галузях народного господарства, науки, техніки та при викладанні.
СІ містить сім основних одиниць, які зачіпають вимірювання різноманітних параметрів: механічних, теплових, електричних, магнітних, світлових, акустичних та іонізуючих випромінювань та в галузі хімії. Основними одиницями встановлено: метр (м) – для вимірювання довжини; кілограм (кг) – для вимірювання маси; секунда (с) – для вимірювання часу; ампер (А) – для вимірювання сили електричного струму; Кельвін (К) – для вимірювання температури; кандела (свічка) кд – для вимірювання сили світла, моль – для вимірювання кількості речовини.
До 1960 р. за міжнародний і національний зразок довжини 1 м приймалася відстань між серединами двох штрихів на бруску Х-образного перерізу, зробленому із сплаву платини з іридієм. У цього зразка відстань між серединами штрихів було неможливо виміряти точніше ±0,1 мкм, що не відповідало вимогам сучасного станунауки та техніки. Недоліком еталона було і те, що він був металевим бруском, який при стихійному лиху (наприклад, землетрусі або повені) міг зникнути або втратити з часом точне значення метра.
Принципи побудови Міжнародної системи одиниць
Перша система одиниць фізичних величин, хоча вона і не була ще системою одиниць у сучасному розумінні, була прийнята Національними зборами Франції в 1791 р. Вона включала одиниці довжини, площі, обсягу, місткості і маси, основними з яких були дві одиниці: метр та кілограм.
Систему одиниць як сукупності основних та похідних одиниць вперше у 1832 р. запропонував німецький вчений К. Гаусс. Він побудував систему одиниць, де за основу прийняв одиниці довжини (міліметр), маси (міліграм) та часу (секунда), і назвав її абсолютною системою
Одиниця довжини(метр)- Довжина шляху, що проходить світлом у вакуумі за 1/299 792 458 частку секунди.
Одиниця маси(кілограм)- Маса, що дорівнює масі міжнародного прототипу кілограма.
При побудові систем одиниць фізичних величин виділяють два етапи: 1 етап – вибір основних одиниць; 2 етап – освіта похідних одиниць.
Послідовність розташування похідних одиниць має задовольняти у своїй наступним умовам:
першою має бути величина, яка виражається лише через основні величини;
кожна наступна повинна бути величиною, яка виражається лише через основні та такі похідні, які їй передують. Наприклад, така послідовність одиниць: площа, об'єм, густина.
Основним принципом при побудові системи одиниць є зручність використання одиниць у науці, промисловості, торгівлі. При цьому керуються рядом правил: простотою утворення похідних одиниць, високою точністю відтворення основних та похідних одиниць та близькістю їх розмірів до розмірів фізичних величин, що найчастіше зустрічаються у практичній діяльності. Крім того, кількість основних одиниць завжди намагаються зробити мінімальною.
Приклади систем одиниць фізичних величин
Система Гауса. Як основні одиниці в ній обрані міліметр, міліграм, секунда і побудована система магнітних величин. Система одержала назву абсолютної. У 1851 р. Вебер поширив її область електричних величин. Нині становить лише історичний інтерес, т.к. одиниці мають надто малий розмір. Однак відкритий Гауссом принцип лежить в основі побудови сучасних систем одиниць - це розподіл на основні та похідні одиниці.
Система СГС було прийнято 1881 р. з основними одиницями сантиметр, грам, секунда. Ця система зручна для фізичних досліджень. На основі її виникло сім систем електричних та магнітних величин. В даний час система СГС використовується в теоретичних розділах фізики та астрономії.
Природна система одиниць ґрунтується на фізичних константах. Перша така система була запропонована 1906 р. Планком. Як основні одиниці були обрані: швидкість світла у вакуумі, гравітаційна постійна, постійні Больцмана та Планка. Перевага цих систем - при побудові фізичних теорій вони надають фізичним законамПростіший вигляд і деякі формули звільняються від числових коефіцієнтів. Однак одиниці фізичних величин мають у них розмір, незручний для практики. Наприклад, одиниця довжини дорівнює в цій системі 4,03 10-35 м. Крім того, ще не досягнуто такої точності вимірювання вибраних універсальних констант, щоб можна було встановити всі похідні одиниці.
Відносні та логарифмічні величини та одиниці
Відносні та логарифмічні величини широко поширені в науці та техніці, т.к. вони характеризують склад та властивості матеріалів, відношення енергетичних величин, наприклад, відносну щільність, відносну діелектричну проникність, посилення та ослаблення потужності.
Відносна величина - це безрозмірне відношення фізичної величини до однойменної фізичної величини, яка приймається за вихідну. Наприклад, атомні та молекулярні маси хімічних елементів по відношенню до 1/12 маси атома вуглецю-12. Відносні величини можуть виражатися у безрозмірних одиницях, у відсотках, промілі (ставлення дорівнює 10-3), у мільйонних частках.
Логарифмічна величина є логарифмом безрозмірного відношення двох однойменних фізичних величин. Вони застосовуються, наприклад, для вираження рівня звукового тиску, посилення, ослаблення тощо.
Одиницею логарифмічної величини є білий (Б): 1 Б = lg (P2/P1) при Р2 = 10Р1, де Р2 і Р1 - однойменні величини потужності, енергії тощо. Для відношення двох однойменних величин, пов'язаних із силою (напруги, тиску тощо) біл визначається за формулою:
1Б = 2 lg (F2/F1) за F2 = 100,5 F1.
Подільною одиницею від біла є децибел, що дорівнює 0,1 Б.
Міжнародна система одиниць (СІ)
Розвиток науки і техніки все наполегливіше вимагало уніфікації одиниць вимірів. Потрібна єдина системаодиниць, зручна для практичного застосування та охоплює різні області вимірювань. Крім того, вона мала бути когерентною. Так як метрична система заходів широко використовувалася в Європі з початку 19 століття, вона була взята за основу при переході до єдиної міжнародної системи одиниць.
У 1960 р. ХІ Генеральна конференція з мір і ваги затвердила Міжнародну систему одиниць фізичних величин (російське позначення СІ, міжнародне SI) на основі шести основних одиниць. Було прийняте рішення:
- - присвоїти системі, що ґрунтується на шести основних одиницях, найменування «Міжнародна система одиниць»;
- - Встановити міжнародне скорочення для найменування системи SI;
- - запровадити таблицю приставок для утворення кратних та дольних одиниць;
- - утворити 27 похідних одиниць, вказавши, що можуть бути додані інші похідні одиниці.
У 1971 році до СІ була додана сьома основна одиниця кількості речовини (моль).
При побудові СІ виходили з таких основних принципів:
- - система базується на основних одиницях, які є незалежними одна від одної;
- - похідні одиниці утворюються за найпростішими рівняннями зв'язку та для величини кожного виду встановлюється лише одна одиниця СІ;
- - Система є когерентною;
- - Допускаються поряд з одиницями СІ широко використовуються на практиці позасистемні одиниці;
- - в систему входять десяткові кратні та подільні одиниці.
Переваги СІ:
- - Універсальність, т.к. вона охоплює всі області вимірів;
- - уніфікація одиниць всім видів вимірів - застосування однієї одиниці для даної фізичної величини, наприклад, для тиску, роботи, енергії;
- - одиниці СІ за своїм розміром зручні для практичного застосування;
- - перехід її підвищує рівень точності вимірювань, т.к. основні одиниці цієї системи можуть бути відтворені точніше, ніж одиниці інших систем;
- - це єдина міжнародна система та її одиниці поширені.
У СРСР Міжнародна система (СІ) була введена в дію ГОСТ 8417-81. У міру подальшого розвитку СІ з неї було виключено клас додаткових одиниць, запроваджено нове визначення метра та запроваджено низку інших змін. Нині РФ діє міждержавний стандарт ГОСТ 8.417-2002, який встановлює одиниці фізичних величин, застосовуваних країни. У стандарті зазначено, що підлягають обов'язковому застосуваннюодиниці СІ, і навіть десяткові кратні і дольные цих одиниць.
Похідні одиниці СІ утворюються за правилами утворення когерентних похідних одиниць (див. вище). Наведено приклади таких одиниць та похідних одиниць, що мають спеціальні найменування та позначення. 21 похідної одиниці дали найменування та позначення за іменами вчених, наприклад, герц, ньютон, паскаль, беккерель.
В окремому розділі стандарту наведено одиниці, які не входять до СІ. До них відносяться:
- 1. Позасистемні одиниці, що допускаються до застосування нарівні з СІ через їхню практичну важливість. Вони поділені на галузі застосування. Наприклад, у всіх областях застосовуються одиниці тонна, година, хвилина, доба, літр; в оптиці діоптрію, у фізиці електрон-вольт і т.п.
- 2. Деякі відносні та логарифмічні величини та їх одиниці. Наприклад, відсоток, проміле, біл.
- 3. Позасистемні одиниці, які тимчасово допускаються до застосування. Наприклад, морська миля, карат (0,2 г), вузол, бар.
В окремому розділі наведено правила написання позначень одиниць, використання позначень одиниць у заголовках граф таблиць тощо.
У додатках до стандарту дано правила утворення когерентних похідних одиниць СІ, таблиця співвідношень деяких позасистемних одиниць з одиницями СІ та рекомендації щодо вибору десяткових кратних та дольних одиниць.
Одиниці, найменування яких входять найменування основних одиниць. Приклади: одиниця площі – квадратний метр, розмірність L2, позначення одиниці м2; одиниця потоку іонізуючих частинок - секунда мінус першого ступеня, розмірність T-1, позначення одиниці с-1.
Одиниці, що мають спеціальні назви. Приклади:
сила, вага – ньютон, розмірність LMT-2, позначення одиниці Н (міжнародне N); енергія, робота, кількість теплоти - джоуль, розмірність L2MT-2, позначення Дж(J).
Одиниці, найменування яких утворені із застосуванням спеціальних найменувань. Приклади:
момент сили – найменування ньютон-метр, розмірність L2MT-2, позначення Нм (Nm); питома енергія - найменування джоуль на кілограм, розмірність L2T-2, позначення Дж/кг (J/kg).
Десяткові кратні та подільні одиниці утворюються за допомогою множників та приставок, від 1024 (йотта) до 10-24 (йокто).
Приєднання до найменування двох і більше приставок поспіль не допускається, наприклад, не кілокілограм, а тонна, що є позасистемною одиницею, що допускається поряд із СІ.
У зв'язку з тим, що найменування основної одиниці маси містить приставку кіло, для утворення дольних і кратних одиниць маси використовують дольну одиницю грам і приставки приєднуються до слова «грам» - міліграм, мікрограм.
Вибір кратної чи дольной одиниці від одиниці СІ диктується насамперед зручністю її застосування, причому, числові значення отриманих величин мають бути прийнятні практично. Вважається, що числові значення величин найлегше сприймаються в діапазоні від 0,1 до 1000.
У деяких сферах діяльності завжди використовують одну і ту ж дольну або кратну одиницю, наприклад, у кресленнях у машинобудуванні розміри завжди виражаються в міліметрах.
Для зниження ймовірності помилок при розрахунках десяткові і кратні одиниці рекомендується підставляти тільки в кінцевий результат, а в процесі обчислень всі величини виражати в одиницях СІ, замінюючи приставки ступенями числа 10.
У ГОСТ 8.417-2002 наведено правила написання позначення одиниць, основні у тому числі наступні.
Слід застосовувати позначення одиниць літерами або знаками, причому встановлюється два види літерних позначень: міжнародні та російські. Міжнародні позначення пишуться при відносинах з зарубіжними країнами(Договору, поставки продукції та документації). При використанні біля РФ застосовуються російські позначення. При цьому на табличках, шкалах та щитках засобів вимірювань застосовуються лише міжнародні позначення.
Назви одиниць пишуться з маленької літери, якщо вони не стоять на початку речення. Виняток становить градус Цельсія.
В позначеннях одиниць точку як знак скорочення не ставлять, друкуються вони шрифтом. Винятки становлять скорочення слів, які входять у найменування одиниці, але не є найменуваннями одиниць. Наприклад, мм рт. ст.
Позначення одиниць застосовують після числових значень та поміщають у рядок з ними (без перенесення на наступний рядок). між останньою цифроюта позначенням слід залишати пробіл, крім знака, піднятого над рядком.
При вказівці значень величин з граничними відхиленнями слід укладати числові значення в дужки та позначення одиниць поміщати після дужок або проставляти їх після числового значення величини і після її граничного відхилення.
Літерні позначення одиниць, що входять у твір, слід відокремлювати точками на середній лінії як знаками множення. Дозволяється відокремлювати літерні позначення пробілами, якщо це не призводить до непорозуміння. Геометричні розміри позначаються знаком "х".
У літерних позначеннях відносини одиниць як знак розподілу повинна застосовуватися тільки одна риса: коса або горизонтальна. Дозволяється застосовувати позначення одиниць у вигляді добутку позначень одиниць, зведених у ступені.
При застосуванні косої риси позначення одиниць у чисельнику та знаменнику слід поміщати в один рядок, добуток позначень у знаменнику слід укладати у дужки.
При зазначенні похідної одиниці, що з двох і більше одиниць, не допускається комбінувати літерні позначення та найменування одиниць, тобто. для одних позначення, для інших – найменування.
Позначення одиниць, найменування яких утворені на прізвища вчених, пишуться з великої (великої) літери.
Дозволяється застосовувати позначення одиниць у поясненнях позначень величин до формул. Приміщення позначень одиниць в одному рядку з формулами, що виражають залежності між величинами та їх числовими значеннями, представленими у літерній формі, не допускається.
У стандарті виділено одиниці з областей знань у фізиці та вказано рекомендовані кратні та подільні одиниці. Виділено 9 областей використання одиниць:
- 1. простір та час;
- 2. періодичні та пов'язані з ними явища;
- 3. механіка;
- 4. теплота;
- 5. електрику та магнетизм;
- 6. світло та пов'язані з ним електромагнітні випромінювання;
- 7. акустика;
- 8. фізична хімія та молекулярна фізика;
- 9. іонізуючі випромінювання.
