Содержание

стр.

1. Стабильность – необходимое условие достижения достоверности и точности результатов измерений………………………………………….

2. Элементы современной физической картины мира…………………..

3. Постоянные необратимые изменения Вселенной и стабильность фундаментальных физических постоянных…………………………………..

4. Принципиальная невозможность полного устранения неопределенности результатов измерений………………………………………………..

5. Фундаментальный источник погрешности измерений — самодви-жение материи и его конкретные проявления – необратимость, инерция, тепловые и квантовые флуктуации, шумы нетеплового происхождения….

 

Внимание!

Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы №2078, цена оригинала 200 рублей. Оформлена в программе Microsoft Word.

Оплата. Контакты.

1. Стабильность – необходимое условие достижения достоверности и точности результатов измерений.

 

Измерительное оборудование (включая измерительные эталоны), необходимое для выполнения каких-либо работ, должно обладать соответствующими его назначению характеристиками, такими как точность, стабильность, диапазон измерения и разрешающей способности. Стабильность является необходимым условием для достижения достоверности и точности результатов измерений.

Стабильность — способность прибора поддерживать заданную точность измерения в течение определенного времени после калибровки.

Измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Часто измерительным прибором называют средство измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператора.

 

 

2. Элементы современной физической картины мира

 

Физическая картина мира – это представление о мире и его процессах, выработанное физикой на основе эмпирического исследования и теоретического осмысления. Физическая картина мира следует за ходом развития науки; сначала она основывалась на механике атома (атомизм), затем – на механике сил (динамизм, энергетизм), а в наши дни – на представлении о неразрывной связи пространства и времени (Континуум), а также силы и материи (Поля теория), на понимании совокупности условий микрофизики, статистического характера физических законов и двойственной природы материи.

Континуум (от лат. continuus – сплошной, непрерывный) — это непре-рывная совокупность. В современной метафизике приобретает значение теория четырехмерного, или риманова, континуума (по имени математика Бернхарда Римана, 1796-1866). Эта теория объединяет три измерения пространства и одно измерение времени в едином математическом по-строении.

Поля теория — это способ рассмотрения новейшей физики, согласно которому не существует «сил, действующих на расстоянии», без некоторой посредствующей субстанции (следовательно, также без некоего «эфира»); напротив, каждая сила создает вокруг себя «поле» (т.е. сила состоит в создании поля), распространяющееся по способу континуума и действующее на любое тело (а также испытывающее действие любого тела), помещенное в данное поле. Пустое само по себе пространство обладает (единственным) свойством содержать в себе поля. По трем видам сил, известных в настоящее время, различают гравитационные поля (сила тяготения тяжелых масс), электромагнитные поля (силы притяжения и отталкивания электрически заряженных тел, силы притяжения магнитных тел) и поля ядерных сил (силы притяжения нуклеонов, составляющих атомное ядро, т.е. протонов и нейтронов). Поскольку всякая энергия одновременно представляет собой некоторую массу, а всякая масса – некоторую энергию, то и всякое поле представляет определенную массу, напр. электрическое поле, создаваемое электроном. Теория поля приравнивает, т. о., массу, представленную энергией поля, к массе элек-трона, так что обе совпадают в поле. Если бы даже существовало наглядное различие между материей электрона и его силовым полем, то это не изменило бы физической картины. Энергия и материя сливаются в понятие поля, которое охватывает и ту и другую. Математическая функция описывает изменение напряжения поля в пространстве. Напряжение поля – единственная физическая реальность. Если напряжение поля возрастает в узкой области пространства со всех сторон, подходя к экстремально высокому значению, то мы выражаем это, говоря, что в данном месте находится электрон и, следовательно, материальная частица. Материя есть не что иное, как сингулярности поля (узлы поля).

Физическая картина мира, развиваемая на основе этого физического учения, все сильнее теряла характер наглядности; качественные различия все более сводились к количественным. Современная физическая картина мира состоит из системы недоступных наблюдению уравнений, значение которых трудно для понимания; она не является более «картиной». Прежде всего стало совершенно абстрактным понятие материальной действительности. Но, согласно Планку, прогрессирующее удаление физической картины мира от мира чувственного означает не что иное, как увеличивающееся приближение к реальной действительности (физическому миру, трансцендентному по отношению к переживаниям).

 

 

3. Постоянные необратимые изменения Вселенной и стабильность фундаментальных физических постоянных.

 

Вселенная — фундаментальное понятие астрономии, строго неопределяемое, включает в себя весь окружающий мир.

Необратимость — характеристика изменения, при котором не происходит возврата в начальное состояние, а есть переход в качественно новое состояние. Необратимость в большей или меньшей степени присуща всем процессам в мире. Это обусловлено:

1) бесконечностью материи, неисчерпаемой сложностью ее структуры и наличием в ней бесчисленного множества возможностей изменений, которые не могут быть полностью реализованы ни за какой конечный отрезок времени,

2) принципиальной незамкнутостью всех существующих материальных систем, многообразием их внешних связей, которые постоянно изменяются и переводят систему в новое состояние. Поэтому всякий цикличный процесс включает в себя элемент необратимых изменении, что и находит свое выражение в общем необратимом течении времени от прошлого к будущему. Н. нельзя сводить к какой-либо единой однонаправленности изменений всего мира. Развитие по восходящей линии или же, напротив, деградация систем с последующей гибелью являются частными случаями необратимости. Однонаправленное изменение может происходить лишь в конечных системах. В бесконечной вселенной необратимость предполагает изменения в самых различных на-правлениях, непрекращающееся возникновение принципиально новых возможностей развития.

Фундаментальная физическая постоянная (константа) — физическая величина, характеризующая не отдельные тела, а физические свойства нашего мира в целом. Фундаментальные физические постоянные возникают при математическом описании окружающего мира с помощью теоретической физики. Часто сюда же относят и некоторые другие физические постоянные, так или иначе связанные с конкретными телами.

Слово «постоянная» подразумевает, что численное значение этой величины не меняется со временем. В реальности это может быть и не так (например, в последние годы появились свидетельства в пользу того, что постоянная тонкой структуры меняется в ходе эволюции Вселенной). Однако даже если эти величины и меняются со временем, то крайне медленно, и сколько-нибудь заметные изменения стоит ожидать лишь на масштабах порядка возраста Вселенной.

Стоит различать размерные и безразмерные физические постоянные. Численное значение размерной величины зависит от выбора единиц измерения. Численное же значение безразмерных постоянных более фундаментально, так как оно не зависит от системы единиц.

К постоянным физическим постоянным относят:

скорость света в вакууме 299 792 458 м•с−1

характеристическое сопротивление вакуума 376,73031346177

гравитационная постоянная 6,674 28(67)×10−11 м3•кг−1•с−2

постоянная Планка 6,626 068 96(33)×10−34 Дж•с

постоянная Дирака 1,054 571 628(53)×10−34 Дж•с

элементарный заряд 1,602 176 487(40)×10−19 Кл

магнитная постоянная 1,256 637 061 4359… ×10−6 Н•А−2

постоянная Вина 2,89782×10-3 К•м

 

4. Принципиальная невозможность полного устранения неопреде-ленности результатов измерений.

 

В 2004 году на международном уровне был принят новый документ (ISO/IEC Guide 2:2004. Standardization and related activities — General vocabulary), диктующий условия проведения измерений и установивший новые правила сличения государственных эталонов. Понятие «погрешность» стало устаревать, вместо него было введено понятие «неопределенность измерений», однако ГОСТ Р 50.2.038-2004 допускает использовать термин погрешность для документов, использующихся в России.

Погрешность измерения — оценка отклонения величины измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения.

Поскольку выяснить с абсолютной точностью истинное значение любой величины невозможно, то невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного. При этом за истинное значение принимается среднестатистическое значение, полученное при статистической обработке результатов серии измерений. Это полученное значение не является точным, а лишь наиболее вероятным. Поэтому в измерениях необходимо указывать, какова их точность. Для этого вместе с полученным результатом указывается погрешность измерений. Например, запись T=2,8±0,1 c. означает, что истинное значение величины T лежит в интервале от 2,7 с. до 2,9 с. некоторой оговоренной вероятностью.

По причине возникновения различают:

— Инструментальные / приборные погрешности — погрешности, которые определяются погрешностями применяемых средств измерений и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора.

— Методические погрешности — погрешности, обусловленные несовер-шенством метода, а также упрощениями, положенными в основу методики.

— Субъективные / операторные / личные погрешности — погрешности, обусловленные степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и другими качествами оператора.

В технике применяют приборы для измерения лишь с определенной заранее заданной точностью — основной погрешностью, допускаемой нормали в нормальных условиях эксплуатации для данного прибора.

Если прибор работает в условиях, отличных от нормальных, то возникает дополнительная погрешность, увеличивающая общую погрешность прибора. К дополнительным погрешностям относятся: температурная, вызванная отклонением температуры окружающей среды от нормальной, установочная, обусловленная отклонением положения прибора от нормального рабочего положения, и т. п. За нормальную температуру окружающего воздуха принимают 20 °C, за нормальное атмосферное давление 101,325 кПа.

Обобщенной характеристикой средств измерения является класс точности, определяемый предельными значениями допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими параметрами, влияющими на точность средств измерения; значение параметров установлено стандартами на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их точностные свойства, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств, так как точность зависит также от метода измерений и условий их выполнения. Измерительным приборам, пределы допускаемой основной погрешности которых заданы в виде приведенных основных (относительных) погрешностей, присваивают классы точности, выбираемые из ряда следующих чисел: (1; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0)*10n, где показатель степени n = 1; 0; −1; −2 и т. д.

По характеру проявления различают:

— Случайная погрешность — погрешность, меняющаяся (по величине и по знаку) от измерения к измерению. Случайные погрешности могут быть связаны с несовершенством приборов (трение в механических приборах и т. п.), тряской в городских условиях, с несовершенством объекта измерений (например, при измерении диаметра тонкой проволоки, которая может иметь не совсем круглое сечение в результате несовершенства процесса изготовления), с особенностями самой измеряемой величины (например при измерении количества элементарных частиц, проходящих в минуту через счётчик Гейгера).

— Систематическая погрешность — погрешность, изменяющаяся во вре-мени по определенному закону (частным случаем является постоянная по-грешность, не изменяющаяся с течением времени). Систематические по-грешности могут быть связаны с ошибками приборов (неправильная шкала, калибровка и т. п.), неучтёнными экспериментатором.

— Прогрессирующая (дрейфовая) погрешность — непредсказуемая по-грешность, медленно меняющаяся во времени. Она представляет собой не-стационарный случайный процесс.

— Грубая погрешность (промах) — погрешность, возникшая вследствие недосмотра экспериментатора или неисправности аппаратуры (например, если экспериментатор неправильно прочёл номер деления на шкале прибора или если произошло замыкание в электрической цепи).

 

 

5. Фундаментальный источник погрешности измерений — самодви-жение материи и его конкретные проявления – необратимость, инерция, тепловые и квантовые флуктуации, шумы нетеплового происхождения.

 

Самодвижение материи — вечное движение и развитие материи, не воз-буждаемое извне, а осуществляемое в силу присущих ей противоречий, борьбы противоположностей. Самодвижение материи является источником погрешности измерения. Рассмотрим более подробно конкретные его проявления:

 

Необратимость — характеристика изменения, при котором не происходит возврата в начальное состояние, а есть переход в качественно новое состояние. Необратимость в большей или меньшей степени присуща всем процессам в мире.

 

Закон инерции или Первый закон Ньютона: любое свободное тело, на которое не действуют силы со стороны других тел, находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения (понятие скорости здесь применяется к центру масс тела в случае непоступательного движения). Иными словами, телам свойственна инерция (от лат. inertia — «бездеятельность», «косность»), то есть явление сохранения скорости, если внешние воздействия на них скомпенсированы.

Первый закон Ньютона в современной формулировке звучит так:

Существуют такие системы отсчёта, относительно которых любое тело (материальная точка) при отсутствии на него внешних воздействий (или при их взаимной компенсации) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения

 

Флуктуации(от лат. fluctuatio — колебание) — случайные отклонения от среднего значения физических величин, характеризующих систему из большого числа частиц; вызываются тепловым движением частиц или квантовомеханическими эффектами.

Примером термодинамических флуктуаций являются флуктуации плотности вещества в окрестностях критических точек, приводящих, в частности, к сильному рассеянию света веществом и потере прозрачности.

Флуктуации, вызванные квантовомеханическими эффектами присутст-вуют даже при температуре абсолютного нуля. Они принципиально неустранимы. Пример проявления квантовомеханических флуктуаций — эффект Казимира, а также силы Ван-дер-Ваальса. Непосредственно наблюдаемы квантовомеханические флуктуации для заряда, прошедшего через квантовый точечный контакт — квантовый дробовой шум.

 

Шум — беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры.

Неакустические шумы

Радиоэлектронные шумы — случайные колебания токов и напряжений в радиоэлектронных устройствах, возникают в результате неравномерной эмиссии электронов в электровакуумных приборах (дробовой шум, фликкер-шум), неравномерности процессов генерации и рекомбинации носителей заряда (электронов проводимости и дырок) в полупроводниковых приборах, теплового движения носителей тока в проводниках (тепловой шум), теплового излучения Земли и земной атмосферы, а также планет, Солнца, звёзд, межзвёздной среды и т. д. (шумы космоса).

Дробовой шум — беспорядочные флуктуации напряжений и токов относительно их среднего значения в цепях радиоэлектронных устройств, обусловленные дискретностью носителей электрического заряда — электронов. Грубо говоря, прибытие каждого электрона сопровождается всплеском тока в цепи. В отличие от теплового шума, вызванного тепловым движением электронов, дробовой шум не зависит от температуры.

Фликкер-шум (фликкерный шум, 1/f шум, иногда розовый шум в узком прикладном понимании такого термина) — электронный шум, наблюдаемый практически в любых электронных устройствах; его источниками могут являться неоднородности в проводящей среде, генерация и рекомбинация носителей заряда в транзисторах и т. п. Обычно упоминается в связи с постоянным током.