Стандартизация как вид упорядочивающей деятельности

СТАНДАРТИЗАЦИЯ

Стандартизация как вид упорядочивающей деятельности

В современном понимании стандартизация трактуется как деятельность, за- ключающаяся в нахождении решений для повторяющихся задач в сфере науки, тех- ники и экономики, направленная на достижение оптимальной степени упорядоче- ния в определенной области, заканчивающаяся разработкой нормативного доку- мента.

Стандартизация – это деятельность по установлению правил и характеристик в целях их добровольного многократного использования, на- правленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции и повышение конкурентоспособности продукции, работ или услуг [1].

Деятельность в области стандартизации на всех уровнях направлена на удовле- творение трех основных социально-экономических потребностей:

– упорядочение объектов, создаваемых в процессе научно-технического твор- ческого труда человека;

– установление в нормативных документах по стандартизации оптимальных организационно-технических, общетехнических, технических, и натуральных тех- нико-экономических норм и требований;

– правоприменение, то есть использование и соблюдение оптимальных требо- ваний, установленных в нормативной документации по стандартизации.

Цели и принципы стандартизации

Основными целями стандартизации являются:

– повышение уровня безопасности жизни и здоровья граждан, имущества фи- зических и юридических лиц, государственного и муниципального имущества, объ- ектов с учетом риска возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техно- генного характера, повышение уровня экологической безопасности, безопасности жизни и здоровья животных и растений;

– обеспечение конкурентоспособности и качества продукции (работ, услуг), единства измерений, рационального использования ресурсов, взаимозаменяемости

технических средств (машин и оборудования, их составных частей, комплектующих изделий и материалов), технической и информационной совместимости, сопостави- мости результатов исследований (испытаний) и измерений, технических и экономи- ко-статистических данных, проведения анализа характеристик продукции (работ, услуг), исполнения государственных заказов, добровольного подтверждения соот- ветствия продукции (работ, услуг);

– содействие соблюдению требований технических регламентов;

– создание систем классификации и кодирования технико-экономической и социальной информации, систем каталогизации продукции (работ, услуг), систем обеспечения качества продукции (работ, услуг), систем поиска и передачи данных, содействие проведению работ по унификации.

Стандартизация осуществляется в соответствии с принципами:

– добровольного применения документов в области стандартизации;

– максимального учета при разработке стандартов законных интересов заинте- ресованных лиц;

– применения международного стандарта как основы разработки национально- го стандарта, за исключением случаев, если такое применение признано невозмож- ным вследствие несоответствия требований международных стандартов климатиче- ским и географическим особенностям Российской Федерации, техническим и (или) технологическим особенностям или по иным основаниям либо Российская Федера- ция в соответствии с установленными процедурами выступала против принятия ме- ждународного стандарта или отдельного его положения;

– недопустимости создания препятствий производству и обращению продук- ции, выполнению работ и оказанию услуг в большей степени, чем это минимально необходимо для выполнения целей, указанных выше;

– недопустимости установления таких стандартов, которые противоречат тех- ническим регламентам;

– обеспечения условий для единообразного применения стандартов.

Категории и виды стандартов

Категории стандартов

Стандарты по категории подразделяются на международные, региональные, национальные стандарты и стандарты организаций.

Виды стандартов

Виды стандартов определяют содержание стандарта в зависимости от его на- значения. Это основополагающие стандарты, стандарты на продукцию, процессы, услуги, на методы контроля, на совместимость, на термины и определения.

Примеры:

основополагающие стандарты – ГОСТ Р 1.0-2004 Стандартизация в Россий- ской Федерации. Основные положения;

стандарты на продукцию – ГОСТ 1908-88 Бумага конденсаторная. Общие технические условия;

стандарты на процессы - ГОСТ 18690-82 Кабели, провода, шнуры. Марки- ровка, упаковка, транспортирование, хранение;

на методы контроля – ГОСТ 28097-89 Лакоткани. Методы ускоренного ис- пытания на нагревостойкость;

на совместимость – ГОСТ Р 51524-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Системы электропривода с регулируемой скоростью вращения. Требования и методы испытаний;

на термины и определения - ГОСТ Р 52002-2003 Электротехника. Термины и определения основных понятий.

Основополагающий стандарт – стандарт, имеющий широкую область рас- пространения и содержащий общие положения для определенной области деятель- ности.

Примеры:

ГОСТ Р 8.000-2000 Государственная система обеспечения единства измерений.

Основные положения

ГОСТ Р 50779.0-95 Статистические методы. Основные положения

СНиП 10.01-94 Система нормативных документов в строительстве. Основные положения.

Основополагающие стандарты устанавливают общие организационно- технические или организационно-методические положения для определенной об- ласти деятельности, а также общетехнические требования, нормы и правила, обес- печивающие взаимопонимание, техническое единство, взаимосвязь различных об- ластей науки, техники, производства. Основополагающий стандарт может приме- няться непосредственно в качестве самостоятельного стандарта или служить осно- вой для разработки других стандартов. Основополагающие стандарты подразделяют на два подвида: организационно-методические и общетехнические.

Стандарт на продукцию – стандарт, устанавливающий требования, которым должна удовлетворять продукция или группа однородной продукции с тем, чтобы обеспечить ее соответствие своему назначению.

Стандарты на продукцию в РФ получили следующие наименования:

– стандарты общих технических условий на продукцию, в них устанавливают- ся требования к группе однородной продукции;

– стандарты технических условий на продукцию, в них устанавливаются тре- бования для одной или нескольких марок или моделей продукции.

– требования и условия технически эффективной и безопасной утилизации.

Стандарт на процесс – стандарт, устанавливающий требования, которым должен удовлетворять процесс с тем, чтобы обеспечить соответствие процесса его назначению.

На современном этапе большое значение приобретают стандарты на управ- ленческие процессы в рамках системы обеспечения качества продукции – это управление документацией, закупками продукции, подготовкой кадров и пр. Управ- ленческий процесс – типичный объект стандартизации в стандартах организации (СТО), на котором внедрена система качества.

В стандартах на производственные процессы или работы могут устанавливать- ся требования как ко всем возможным и необходимым аспектам стандартизации объектов стандартизации этого вида, так и к части этих аспектов, например отдель- ный стандарт на правила упаковки продукции.

Стандарт на услугу – стандарт, устанавливающий требования, которым должна удовлетворять услуга или группа однородных услуг с тем, чтобы обеспе- чить соответствие услуг их назначению.

Стандарт на методы контроля – стандарт, устанавливающий методы, прие- мы, методики проведения испытаний, измерений и (или) анализа.

Стандарт на совместимость – стандарт, устанавливающий требования, ка- сающиеся совместимости продукции или систем в местах их сочленения. Совмес- тимость – пригодность продукции, процессов или услуг к совместному, не вызы-

вающему нежелательных взаимодействий, использованию при заданных условиях для выполнения заданных требований. Взаимозаменяемость – пригодность одного изделия, процесса или услуги для использования вместо другого изделия, процесса или услуги в целях выполнения одних и тех же требований.

Стандарт на термины и определения – устанавливает термины и их опреде- ления, содержащие необходимые и достаточные признаки понятия.

Характер требований в технических регламентах и стандартах

В соответствии с законом РФ «О техническом регулировании», Федеральным Законом «Об энергосбережении» и рядом других законов РФ часть требований вы- делена в категорию обязательных. Обязательными являются требования:

– обеспечивающие безопасность продукции, процессов и услуг для жизни, здоровья и имущества граждан (безопасность излучений, взрывобезопасность, био- логическую, механическую, пожарную, промышленную, термическую, химическую, электрическую, ядерную и радиационную безопасность);

– обеспечивающие электромагнитную совместимость в части обеспечения безопасности работы приборов и оборудования;

– обеспечивающие единство измерений;

– не введение в заблуждение приобретателей.

Если государство в процессе надзорных работ на рынке обнаружило, что про- дукция отклоняется от требований, установленных в добровольно применяемых стандартах, но на них есть ссылки на этикетке, то за обман потребителя производи- тель может быть привлечен к ответственности.

Выделение части требований в категорию обязательных связана с тем, что оценка соответствия продукции, процессов ее жизненного цикла обязательным тре- бованиям нормативных документов, контролируется отделами технического кон- троля предприятий и государством, за счет бюджетного финансирования через сис- тему государственного метрологического надзора и через систему обязательной сертификации или декларирования соответствия. Оценка соответствия продукции, процессов ее жизненного цикла, выполняемых работ и услуг, систем менеджмента качества, систем управления всем остальным требованиям контролируется соответ- ствующими службами предприятий и по желанию по хозяйственному договору тре- тей стороной, независимой от потребителя и изготовителя (исполнителя) через сис- тему добровольной сертификации.

Технические регламенты с учетом степени риска причинения вреда устанав- ливают минимально необходимые обязательные требования к продукции и к про- цессам ее жизненного цикла

В действующих в настоящее время национальных стандартах содержится ряд обязательных требований. Те из них, которые не противоречат целям принятия тех- нических регламентов, останутся обязательными для применения, до тех пор, пока не будут разработаны соответствующие технические регламенты. После их приня- тия и введения в действие эти стандарты перейдут в разряд применяемых на добро- вольной основе документов.

Национальные стандарты

Национальные стандарты являются частью национальной системы стандарти- зации. Национальные стандарты разрабатываются в порядке, установленном Феде- ральным законом РФ «О техническом регулировании» [1].

Одним из принципов стандартизации является то, что международные стан- дарты применяются как основа разработки национальных стандартов. Исключением

может являться, если такое применение признано невозможным вследствие несоот- ветствия требований международных стандартов климатическим и географическим особенностям Российской Федерации, техническим и (или) технологическим осо- бенностям или по иным основаниям, например, Российская Федерация в соответст- вии с установленными процедурами выступала против принятия международного стандарта или отдельного его положения.

К национальным стандартам относятся действующие государственные и меж- государственные стандарты, введенные в действие до 1 июля 2003 г.

Ростехрегулирование определяет порядок разработки, оформления, изложения, утверждения, учета, официального опубликования национальных стандартов Рос- сийской Федерации, внесения в них изменений и их отмену.

Правила разработки и утверждения национальных стандартов определены Федеральным законом «О техническом регулировании».

Требования к построению, изложению и оформлению национальных стандар тов приведены в ГОСТ Р 1.5-2004 [8].

Стандарты организаций

Стандарты организаций, в том числе коммерческих, общественных, научных организаций, саморегулируемых организаций, объединений юридических лиц могут разрабатываться и утверждаться ими самостоятельно исходя из необходимости применения этих стандартов для совершенствования производства и обеспечения качества продукции, выполнения работ, оказания услуг, а также для распространения и использования полученных в различных областях знаний результатов исследований (испытаний), измерений и разработок.

Порядок разработки, утверждения, учета, изменения и отмены стандартов ор- ганизаций устанавливается ими самостоятельно с учетом ГОСТ Р 1.4-2004 «Стан- дартизация в Российской Федерации. Стандарты организаций. Общие положения» [9].

Проект стандарта организации может представляться разработчиком в техни- ческий комитет по стандартизации, который организует проведение экспертизы данного проекта. На основании результатов экспертизы данного проекта техниче- ский комитет по стандартизации готовит заключение, которое направляет разработ- чику проекта стандарта.

Стандарты организации могут разрабатываться на применяемые в данной ор- ганизации продукцию, процессы и оказываемые в ней услуги, а также на продук- цию, создаваемую и поставляемую данной организацией на внутренний и внешний рынок, на работы, выполняемые данной организацией на стороне, и оказываемые ею на стороне услуги в соответствии с заключенными договорами (контрактами).

В частности, объектами стандартизации внутри организации могут быть:

- составные части (детали и сборочные единицы) разрабатываемой или изго- тавливаемой продукции;

- процессы организации и управления производством;

- процессы менеджмента;

- технологическая оснастка и инструмент;

- технологические процессы, а также общие технологические нормы и требо- вания с учетом обеспечения безопасности для жизни и здоровья граждан, окру- жающей среды и имущества;

- методы; методики проектирования, проведения испытаний, измерений и/или анализа;

- услуги, оказываемые внутри организации, в том числе и социальные;

- номенклатура сырья, материалов, комплектующих изделий, применяемых в организации;

- процессы выполнения работ на стадиях жизненного цикла продукции и др.

Стандарты организации могут разрабатываться для обеспечения соблюдения требований технических регламентов и применения в данной организации нацио- нальных российских стандартов, международных, региональных стандартов (в том числе межгосударственных), национальных стандартов других стран, а также стан- дартов других организаций.

Стандарты организации не должны противоречить требованиям технических регламентов, а также национальных стандартов, разработанных для содействия со- блюдению требований технических регламентов.

Построение, изложение, оформление и содержание стандартов организаций выполняются с учетом ГОСТ Р 1.5. Организациями самостоятельно устанавливается порядок тиражирования, распространения, хранения и уничтожения утвержденных ими стандартов. Стандарты организации утверждает руководитель (заместитель ру- ководителя) организации приказом и (или) личной подписью на титульном листе стандарта в установленном в организации порядке.

Вопросы для контроля и самоконтроля

1. Что такое стандартизация?

2. Каковы цели и принципы стандартизации в соответствии с законом «О тех- ническом регулировании»?

3. В чем заключается экономическая эффективность стандартизации?

4. Какие существуют функции стандартизации?

5. Охарактеризуйте работу органов по стандартизации.

6. Чем технический регламент отличается от стандарта?

7. Каковы правила разработки национальных стандартов?

8. Каковы правила и порядок разработки стандартов организаций?

9. Что такое национальный стандарт, каков его статус и каково его содержа-

ние?

10. Охарактеризуйте основные аспекты стандартизации.

11. Какие комплексы стандартов Вы знаете?

12. Каковы пути развития национальной системы стандартизации в России?

МЕТРОЛОГИЯ

Общие сведения о метрологии

Метрология – наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Слово «мет- рология» по своему образованию состоит из греческих слов «метро» мера и «ло- гос» учение и означает учение о мерах. Слово «мера» в общем смысле означает средство оценки чего-либо. В метрологии оно имеет два значения: как обозначение единицы (например, «квадратные меры») и как средство для воспроизведение еди- ницы величины.

Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью. Средством метрологии является совокупность измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих требуемую точность.

Метрология состоит из трех разделов:

– теоретическая метрология рассматривает общие теоретические проблемы (разработка теории и проблем измерений, физических величин, их единиц, методов измерений).

– прикладная метрология изучает вопросы практического применения разра- боток теоретической метрологии. В еѐ ведении находятся все вопросы метрологиче- ского обеспечения.

– законодательная метрология устанавливает обязательные технические и юридические требования по применению единиц физической величины, методов и средств измерений.

Основными целями и задачами метрологии являются:

– создание общей теории измерений;

– образование единиц физических величин и систем единиц;

– разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов опреде- ления точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений (так называемая «законодательная метрология»);

– создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений. Приоритетной подзадачей данного направления является выработка системы эталонов на основе физических констант.

Также метрология изучает развитие системы мер, денежных единиц и счѐ та в исторической перспективе.

История метрологии. Исторически важными этапами в развитии метрологии являются:

XVIII век – установление эталона метра (эталон хранится во Франции, в Музее мер и весов; в настоящее время является в большей степени историческим экспона- том, нежели научным инструментом);

1832 год – создание Карлом Гауссом абсолютных систем единиц; 1875 год – подписание международной Метрической конвенции;

1960 год – разработка и установление Международной системы единиц (СИ); XX век – метрологические исследования отдельных стран координируются

Международными метрологическими организациями.

Вехами отечественной истории метрологии служит присоединение России к Метрической конвенции и создание в 1893 году Д. И. Менделеевым Главной пала- ты мер и весов (современное название: «Научно-исследовательский институт мет- рологии им. Менделеева»).

Всемирный день метрологии отмечается ежегодно 20 мая. Праздник учрежден Международным Комитетом мер и весов в октябре 1999 года.

Бурное развитие науки, техники и технологии в ХХ веке потребовало развития метрологии как науки.

В СССР метрология развивалась в качестве государственной дисциплины, т.к. нужда в повышении точности и воспроизводимости измерений росла по мере инду- стриализации и роста оборонно-промышленного комплекса. Зарубежная метрология также отталкивалась от требований практики, но эти требования исходили в основ- ном от частных фирм. Косвенным следствием такого подхода оказалось государст- венное регулирование различных понятий, относящихся к метрологии, которые не- обходимо стандартизовать. За рубежом эту задачу взяли на себя негосударственные организации, например ASTM. В силу этого различия в метрологии СССР и постсо- ветских республик государственные стандарты (эталоны) признаются главенствую- щими, в отличие от конкурентной западной среды, где частная фирма может не пользоваться плохо зарекомендовавшим себя стандартом или прибором и догово- риться со своими партнѐ рами о другом варианте удостоверения воспроизводимости измерений.

Метрическая система единиц

Метрическая система – это общее название международной десятичной сис- темы единиц, основными единицами которой являются метр и килограмм. При не- которых различиях в деталях элементы системы одинаковы во всем мире.

История. Метрическая система выросла из постановлений, принятых Нацио- нальным собранием Франции в 1791 и 1795 по определению метра как одной деся- тимиллионной доли участка земного меридиана от Северного полюса до экватора.

Декретом, изданным 4 июля 1837, метрическая система была объявлена обяза- тельной к применению во всех коммерческих сделках во Франции. Она постепенно вытеснила местные и национальные системы в других странах Европы и была зако- нодательно признана как допустимая в Великобритании и США. Соглашением, подписанным 20 мая 1875 семнадцатью странами, была создана международная ор- ганизация, призванная сохранять и совершенствовать метрическую систему.

Ясно, что, определяя метр как десятимиллионную долю четверти земного ме- ридиана, создатели метрической системы стремились добиться инвариантности и точной воспроизводимости системы. За единицу массы они взяли грамм, определив его как массу одной миллионной кубического метра воды при ее максимальной плотности. Поскольку было бы не очень удобно проводить геодезические измерения четверти земного меридиана при каждой продаже метра ткани или уравновешивать корзинку картофеля на рынке соответствующим количеством воды, были созданы металлические эталоны, с предельной точностью воспроизводящие указанные иде- альные определения.

Вскоре выяснилось, что металлические эталоны длины можно сравнивать друг с другом, внося гораздо меньшую погрешность, чем при сравнении любого такого эталона с четвертью земного меридиана. Кроме того, стало ясно, что и точность сравнения металлических эталонов массы друг с другом гораздо выше точности сравнения любого подобного эталона с массой соответствующего объема воды.

В связи с этим Международная комиссия по метру в 1872 постановила принять за эталон длины «архивный» метр, хранящийся в Париже, «такой, каков он есть». Точно так же члены Комиссии приняли за эталон массы архивный платино- иридиевый килограмм, «учитывая, что простое соотношение, установленное созда- телями метрической системы, между единицей веса и единицей объема представля- ется существующим килограммом с точностью, достаточной для обычных примене-

ний в промышленности и торговле, а точные науки нуждаются не в простом чис- ленном соотношении подобного рода, а в предельно совершенном определении это- го соотношения».

В 1875 г. многие страны мира подписали соглашение о метре, и этим соглаше- нием была установлена процедура координации метрологических эталонов для ми- рового научного сообщества через Международное бюро мер и весов и Генераль- ную конференцию по мерам и весам.

Новая международная организация незамедлительно занялась разработкой ме- ждународных эталонов длины и массы и передачей их копий всем странам- участницам.

Эталоны длины и массы, международные прототипы. Международные прототипы эталонов длины и массы – метра и килограмма – были переданы на хра- нение Международному бюро мер и весов, расположенному в Севре – пригороде Парижа.

Эталон метра представлял собой линейку из сплава платины с 10% иридия, поперечному сечению которой для повышения изгибной жесткости при минималь- ном объеме металла была придана особая X-образная форма. В канавке такой ли- нейки была продольная плоская поверхность, и метр определялся как расстояние между центрами двух штрихов, нанесенных поперек линейки на ее концах, при тем- пературе эталона, равной 0 С.

За международный прототип килограмма была принята масса цилиндра, сде- ланного из того же платино-иридиевого сплава, что и эталон метра, высотой и диа- метром около 3, 9 см. Вес этой эталонной массы, равной 1 кг на уровне моря на гео- графической широте 45, иногда называют килограмм-силой. Таким образом, ее можно использовать либо как эталон массы для абсолютной системы единиц, либо как эталон силы для технической системы единиц, в которой одной из основных единиц является единица силы.

Международные прототипы были выбраны из значительной партии одинако- вых эталонов, изготовленных одновременно. Другие эталоны этой партии были пе- реданы всем странам-участницам в качестве национальных прототипов (государст- венных первичных эталонов), которые периодически возвращаются в Международ- ное бюро для сравнения с международными эталонами. Сравнения, проводившиеся в разное время с тех пор, показывают, что они не обнаруживают отклонений (от международных эталонов), выходящих за пределы точности измерений.

Масса, длина и время

Все основные единицы системы СИ, кроме килограмма, в настоящее время оп- ределяются через физические константы или явления, которые считаются неизмен- ными и с высокой точностью воспроизводимыми. Что же касается килограмма, то еще не найден способ его реализации с той степенью воспроизводимости, которая достигается в процедурах сравнения различных эталонов массы с международным прототипом килограмма. Такое сравнение можно проводить путем взвешивания на

пружинных весах, погрешность которых не превышает 1·10–8. Эталоны кратных и дольных единиц для килограмма устанавливаются комбинированным взвешиванием на весах.

Поскольку метр определяется через скорость света, его можно воспроизводить независимо в любой хорошо оборудованной лаборатории. Так, интерференционным

методом штриховые и концевые меры длины, которыми пользуются в мастерских и лабораториях, можно поверять, проводя сравнение непосредственно с длиной волны света. Погрешность при таких методах в оптимальных условиях не превышает од- ной миллиардной (1·10–9). С развитием лазерной техники подобные измерения весьма упростились, и их диапазон существенно расширился.

Точно так же секунда в соответствии с ее современным определением может быть независимо реализована в компетентной лаборатории на установке с атомным пучком. Атомы пучка возбуждаются высокочастотным генератором, настроенным на атомную частоту, и электронная схема измеряет время, считая периоды колеба- ний в цепи генератора. Такие измерения можно проводить с точностью порядка 10- 12 – гораздо более высокой, чем это было возможно при прежних определениях се- кунды, основанных на вращении Земли и ее обращении вокруг Солнца. Время и его обратная величина – частота – уникальны в том отношении, что их эталоны можно передавать по радио. Благодаря этому всякий, у кого имеется соответствующее ра-

диоприемное оборудование, может принимать сигналы точного времени и эталон- ной частоты, почти не отличающиеся по точности от передаваемых в эфир.

Механика. Исходя из единиц длины, массы и времени, можно вывести все единицы, применяемые в механике, как было показано выше. Если основными еди- ницами являются метр, килограмм и секунда, то система называется системой еди- ниц МКС; если – сантиметр, грамм и секунда, то – системой единиц СГС. Единица силы в системе СГС называется диной, а единица работы – эргом. Имеется ряд еди- ниц с особыми названиями, не входящих ни в одну из указанных систем единиц. Бар, единица давления, применявшаяся ранее в метеорологии, равен 1 000 000 дин/см2. Лошадиная сила, устаревшая единица мощности, все еще применяемая в британской технической системе единиц, а также в России, равна приблизительно 746 Вт.

Температура и теплота

Механические единицы не позволяют решать все научные и технические зада- чи без привлечения каких-либо других соотношений. Хотя работа, совершаемая при перемещении массы против действия силы, и кинетическая энергия некой массы по своему характеру эквивалентны тепловой энергии вещества, удобнее рассматривать температуру и теплоту как отдельные величины, не зависящие от механических.

Термодинамическая шкала температуры . Единица термодинамической температуры Кельвина (К), называемая Кельвином, определяется тройной точкой воды, т.е. температурой, при которой вода находится в равновесии со льдом и па- ром. Эта температура принята равной 273, 16 К, чем и определяется термодинамиче- ская шкала температуры. Данная шкала, предложенная Кельвином, основана на вто- ром начале термодинамики. Если имеются два тепловых резервуара с постоянной температурой и обратимая тепловая машина, передающая тепло от одного из них другому в соответствии с циклом Карно, то отношение термодинамических темпе- ратур двух резервуаров дается равенством T2 /T1= –Q2Q1, где Q2и Q1– количества теплоты, передаваемые каждому из резервуаров (знак «минус» говорит о том, что у одного из резервуаров теплота отбирается). Таким образом, если температура более теплого резервуара равна 273, 16 К, а теплота, отбираемая у него, вдвое больше теп- лоты, передаваемой другому резервуару, то температура второго резервуара равна 136, 58 К. Если же температура второго резервуара равна 0 К, то ему вообще не бу-

дет передана теплота, поскольку вся энергия газа была преобразована в механиче- скую энергию на участке адиабатического расширения в цикле. Эта температура называется абсолютным нулем. Термодинамическая температура, используемая обычно в научных исследованиях, совпадает с температурой, входящей в уравнение состояния идеального газа PV = RT, где P – давление, V – объем и R – универсальная газовая постоянная. Уравнение показывает, что для идеального газа произведение объема на давление пропорционально температуре. Ни для одного из реальных га- зов этот закон точно не выполняется. Но если вносить поправки на вириальные си- лы, то расширение газов позволяет воспроизводить термодинамическую шкалу тем- пературы.

Международные температурные шкалы. Температуру можно с весьма вы- сокой точностью (примерно до 0, 003 К вблизи тройной точки) измерять методом газовой термометрии. В теплоизолированную камеру помещают платиновый тер- мометр сопротивления и резервуар с газом. При нагревании камеры увеличивается электрическое сопротивление термометра и повышается давление газа в резервуаре (в соответствии с уравнением состояния), а при охлаждении наблюдается обратная картина. Измеряя одновременно сопротивление и давление, можно проградуировать термометр по давлению газа, которое пропорционально температуре. Затем термо- метр помещают в термостат, в котором жидкая вода может поддерживаться в рав- новесии со своими твердой и паровой фазами. Измерив его электрическое сопро- тивление при этой температуре, получают термодинамическую шкалу, поскольку температуре тройной точки приписывается значение, равное 273, 16 К.

Существуют две международные температурные шкалы – Кельвина (К) и Цельсия (С). Температура по шкале Цельсия получается из температуры по шкале Кельвина вычитанием из последней 273, 15 К.

Точные измерения температуры методом газовой термометрии требуют много труда и времени. Поэтому в 1968 была введена Международная практическая тем- пературная шкала (МПТШ). Пользуясь этой шкалой, термометры разных типов можно градуировать в лаборатории. Данная шкала была установлена при помощи платинового термометра сопротивления, термопары и радиационного пирометра, используемых в температурных интервалах между некоторыми парами постоянных опорных точек (температурных реперов). МПТШ должна была с наибольшей воз- можной точностью соответствовать термодинамической шкале, но, как выяснилось позднее, ее отклонения весьма существенны.

Температурная шкала Фаренгейта. Температурную шкалу Фаренгейта, ко- торая широко применяется в сочетании с британской технической системой единиц, а также в измерениях ненаучного характера во многих странах, принято определять по двум постоянным опорным точкам – температуре таяния льда (32º F) и кипения воды (212 º F) при нормальном (атмосферном) давлении. Поэтому, чтобы получить температуру по шкале Цельсия из температуры по шкале Фаренгейта, нужно вы- честь из последней 32 и умножить результат на 5/9.

Единицы теплоты. Поскольку теплота есть одна из форм передачи энергии, ее можно измерять в Джоулях, и эта метрическая единица была принята междуна- родным соглашением. Но поскольку некогда количество теплоты определяли по из- менению температуры некоторого количества воды, получила широкое распростра- нение единица, называемая калорией. Калория равная количеству теплоты, необхо- димому для того, чтобы повысить температуру одного грамма воды на 1 С. В связи с тем, что теплоемкость воды зависит от температуры, пришлось уточнять величину

калории. Появились по крайней мере две разные калории – «термохимическая» (4, 1840 Дж) и «паровая» (4, 1868 Дж). «Калория», которой пользуются в диететике, на самом деле есть килокалория (1000 калорий). Калория не является единицей сис- темы СИ, и в большинстве областей науки и техники она вышла из употребления.

Электричество и магнетизм

Все общепринятые электрические и магнитные единицы измерения основаны на метрической системе. В согласии с современными определениями электрических и магнитных единиц все они являются производными единицами, выводимыми по определенным физическим формулам из метрических единиц длины, массы и вре- мени. Поскольку же большинство электрических и магнитных величин не так-то просто измерять, пользуясь упомянутыми эталонами, было сочтено, что удобнее ус- тановить путем соответствующих экспериментов производные эталоны для некото- рых из указанных величин, а другие измерять, пользуясь такими эталонами.

Ниже дается перечень электрических и магнитных единиц системы СИ.

Ампер, единица силы электрического тока, – одна из шести основных единиц системы СИ. Ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины с ничтожно малой площадью кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на рас- стоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2·10-7Н.

Вольт, единица разности потенциалов и электродвижущей силы. Вольт – элек- трическое напряжение на участке электрической цепи с постоянным током силой 1 А при затрачиваемой мощности 1 Вт.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒