Рентгеновское и гамма-излучение, радиоактивность

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 23Следующая ⇒

Рентген (Р) – это устаревшая единица экспозиционной дозы рентгеновского, гамма- и фотонного излучений, равная количеству излучения, которое с учетом вто- ричноэлектронного излучения образует в 0, 001 293 г воздуха ионы, несущие заряд, равный одной единице заряда СГС каждого знака. В системе СИ единицей погло- щенной дозы излучения является Грэй, равный 1 Дж/кг. Эталоном поглощенной до- зы излучения служит установка с ионизационными камерами, которые измеряют ионизацию, производимую излучением.

Кюри (Ки) – устаревшая единица активности нуклида в радиоактивном ис- точнике. Кюри равен активности радиоактивного вещества (препарата), в котором за 1 с происходит 3, 700·1010актов распада. В системе СИ единицей активности изо- топа является Беккерель, равный активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит один акт распада. Эталоны радиоактивности по- лучают, измеряя периоды полураспада малых количеств радиоактивных материа- лов. Затем по таким эталонам градуируют и поверяют ионизационные камеры, счет- чики Гейгера, сцинтилляционные счетчики и другие приборы для регистрации про- никающих излучений.

Основные виды измерений и измеряемых величин

Понятие об измерении

Весь прогресс науки и техники неразрывно связан с возрастанием роли и со- вершенствованием искусства измерений. В свое время Д.И. Менделеев говорил, что

«наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры».

Не меньшее значение имеют измерения в технике, производственной деятель- ности, при учете материальных ценностей, при обеспечении безопасных условий труда и здоровья человека, в сохранении окружающей среды. Современный научно- технический прогресс невозможен без широкого использования средств измерений и проведения многочисленных измерений.

В нашей стране проводится десятки миллиардов измерений в день, свыше 4 млн. человек считают измерение своей профессией.

В соответствии с ФЗ «Об обеспечении единства измерений» измерение – это совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины. В соответствии с РМГ 29-99 измерение физической величины есть со- вокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или не- явном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой вели- чины.

Примеры: В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к какой- либо детали, по сути сравнивают ее размер с единицей, хранимой линейкой, и, про- изведя отсчет, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других па- раметров детали). С помощью измерительного прибора сравнивают размер величи- ны, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора, и проводят отсчет.

Существуют различные физические объекты, обладающие различными физи- ческими свойствами, количество которых неограниченно. Среди них можно выде- лить ограниченное количество свойств общих качественным отношением для раз- личных объектов, но индивидуальных для каждого из них в количественном отно- шении. Эти свойства называются физическими величинами. Их различие заклю- чается в качественном и количественном отношении. Качественная сторона опреде- ляет вид физической величины (например, электрическое сопротивление), а коли- чественная ее размер (например, сопротивление конкретного резистора). Количест- венное содержание свойства общее в количественном отношении для множества объектов и соответствует понятию физическая величина для конкретного объекта – размер физической величины. Размер физической величины существует объектив- но. В результате измерения получается значение физической величины.

В любом случае, измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Найденное значение называют результатом измерения. В определении измерения отражаются следую- щие главные признаки этого понятия:

– измерять можно свойства реально существующих объектов, т.е физические величины;

– измерение требует проведения опытов, т.е. теоретические рассуждения или расчеты не могут заменить эксперимент и не являются измерением;

– измерение производится с помощью специальных технических средств –

средств измерения, приводимых во взаимодействие с материальным объектом;

– результатом измерения является количественное значение физической вели- чины.

Принципиальная особенность измерения заключается в отражении физической величины числом. Значение физической величины должно быть не просто числом, а

числом именованным, то есть результат измерения должен быть выражен в опреде- ленных единицах, принятой для данной величины. Только в этом случае результи- рующее измерение, производимое с помощью различных средств измерений и раз- ными экспериментаторами, могут быть сопоставимы.

Размер единицы физической величины может быть любым, однако измерения должны выполняться в общепринятых единицах, в частности в России принята сис- тема СИ.

Обобщая вышесказанное можно отметить, что для того, чтобы можно было провести измерение и достичь поставленную перед ним цель, необходимо сформу- лировать измерительную задачу, в которую должны войти следующие составляю- щие элементы измерений:

объект измерения, т.е. измеряемая величина;

единица измерения, с которой сравнивается эта величина;

средство измерений, выбор которого должен быть оптимальным для дости- жения требуемого результата измерений;

результат измерения, представляющий, как правило, именованное число, например, метр, грамм;

точность измерений, которая, как правило, задается при постановке измери- тельной задачи.

Процедура измерения состоит из следующих основных этапов:

– принятие модели объектов измерения;

– выбор метода измерения;

– выбор средств измерения;

– проведение эксперимента с целью получения численного значения измеряе- мой величины.

Различные недостатки, присущие этим этапам приводят к тому, что результат измерения неизбежно отличается от истинного значения измеряемой величины.

Виды измерений

Измерения как экспериментальные процессы весьма разнообразны. Это объяс- няется множеством экспериментальных величин, различным характером измерения величин, различными требованиями точности измерения и другие.

Объектом измерения служит тело (физическая система; процесс, явление и т.д.), которое характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами.

Классифицировать измерения можно по различным принципам:

– по способу получения измерения;

– по характеру изменения измеряемой величины;

– по отношению к основным единицам измерения и т.д.

Классификация измерений по способу получения или по способу обработ- ки данных. Наиболее распространена классификация видов измерений в зависимо- сти от способа обработки экспериментальных данных. В соответствии с этой клас- сификацией измерения делятся на: прямые, косвенные, совместные и совокупные.

Прямые измерение – это измерение, при котором искомое значение физиче- ской величины находится непосредственно из опытных данных в результате выпол-

нения измерений, т.е. когда физическая величина непосредственно связана с его ме- рой, например, измерение напряжения вольтметром.

Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение величины находится на основании известной зависимостью между этой величиной и величи- нами, подвергаемыми прямым измерениям.

Пример – сопротивление резистора находим на основании закона Ома подста- новкой значений I и U получаемых в результате измерения.

Совместное измерение – одновременное измерение нескольких неодноимен- ных величин, для нахождения зависимости между ними. При этом решается система уравнений.

Пример: определение зависимости сопротивления от температуры. При этом измеряются неодноименные величины, по результатам измерений определяется за- висимость.

Совокупное измерение – одновременное измерение нескольких одноименных величин, при котором искомые значения величин находятся решением системы уравнений, состоящих из результирующих прямых измерений, различных сочета- ний этих величин.

Пример: измерение сопротивления резисторов соединенных треугольником. При этом измеряется значение сопротивления между вершинами. По результатам определяются сопротивления резисторов.

Классификация измерений по характеру изменения измеряемой величи- ны. По характеру изменения измеряемой величины или по характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения делятся на: статические и динамиче- ские. Статические измерения соответствуют случаю, когда измеряемая величина остается постоянной на протяжении времени измерения. Динамические – когда из- меряемая величина изменяется в период изменения.

Классификация измерений по отношению к основным единицам измере- ния или по способу выражения результатов измерений. По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения. Абсо- лютное измерение основано на прямых измерениях одной или нескольких основ- ных величин и (или) использовании значений физических констант. Относитель- ным называется измерение отношения величины к одноименной величине, играю- щей роль единицы, или изменения величины по отношению к одноименной величи- не, принимаемой за исходную.

Измерения также можно делить на равноточные и неравноточные, измерения, проводимые с одинаковыми или различающимися по точности средствами измере- ний.

В настоящее время все измерения в соответствии с физическими законами, ис- пользуемыми при их проведении, сгруппированы в 13 видов измерений. Им в со- ответствии с классификацией были присвоены двухразрядные коды видов измере- ний: геометрические (27), механические (28), расхода, вместимости, уровня (29), давления и вакуума (30), физико-химические (31), температурные и теплофизиче- ские (32), времени и частоты (33), электрические и магнитные (34), радиоэлектрон- ные (35), виброакустические (36), оптические (37), параметров ионизирующих из-

лучений (38), биомедицинские (39).

Методы измерений

Взаимодействие средств измерений с объектом измерений основано на физи- ческих явлениях, совокупность которых составляет принцип измерений, а сово- купность приемов использования принципа и средств измерений называется мето- дом измерений.

По используемому методу измерения – совокупности приемов использования принципов и средств измерений различают:

Метод непосредственной оценки, в котором значение величины определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного преобразователя пря- мого действия;

Метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину сравнивают с ве- личиной, воспроизводимой мерой. Этот метод имеет следующие модификации:

метод противопоставления – измеряемая величина и величина, воспроизво- димая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которо- го устанавливаются соотношения между этими величинами;

метод дифференциальный – на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой;

метод нулевой – результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля;

метод замещения – измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой;

метод совпадений – разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или перио- дических сигналов.

Качество измерений

Результат измерения – значение величины, полученное путем ее измерения.

Погрешность измерений – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Истинное значение физической величины идеаль- ным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответ- ствующие свойства объекта, но оно остается неизвестным. Поэтому с помощью из- мерений находят такое действительное значение, настолько приближающееся к ис- тинному, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Точность измерения – качество измеряемой величины, отражающее близость к нулю систематической погрешностей результатов (т.е. таких погрешностей, кото- рые остаются постоянными или закономерно изменяются при повторных измерени- ях одной и той же величины).

Правильность измерений зависит от того, насколько тщательно были устра- нены систематические погрешности и верно выбраны средства измерений, исполь- зуемые при эксперименте.

Достоверность измерения – степень доверия к результатам измерений. Изме- рения, для которых известны вероятные характеристики отклонения результатов от истинного значения, относятся к достоверным. Наличие погрешности ограничивает достоверность измерений, так как вносит ограничение в число достоверных знача- щих цифр числового значения измеряемой величины и определяет точность измере- ний.

Сходимость измерений – качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.

Воспроизводимость измерений – качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполненных в различных условиях (в различ- ное время, в различных лабораториях и т.д.). Более подробно показатели качества измерений в химическом анализе будут рассмотрены в разделе 5.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒