أهم المعايير القياسية المستخدمة في الفيزياء

ما هو القياس في الفيزياء

– “قد أضاف العلماء في مجال الفيزياء العديد من النظريات واستنتجوا القوانين الفيزيائية، والتي تمكنا من خلالها من تحديد المعايير القياسية والوحدات المستخدمة في القياس. ومن بين هذه القوانين قانون رايلي وقانون بلانك وقانون بولتزمان وقانون أفوجادرو وغيرها.

يتم استخدام القياس في جميع المجالات، بما في ذلك الكيمياء والفيزياء والرياضيات، وفي التعليم أيضا. يعتمد القياس في الفيزياء على معايير محددة دوليا، والتي تستند إلى سبع ثوابت وهي

• سرعة الضوء في الفراغ
• تردد تقسيم السيزيوم فائق الدقة
• الشحنة الأولية (الشحنة على البروتون)
• ثابت بلانك
• ثابت افوجادرو
• ثابت بولتزمان
• الفعالية المضيئة المحددة مصدر أحادي اللون

يتم تعريف جميع الوحدات السبعة الأساسية للنظام الدولي باستخدام صيغة ثابتة صريحة، ويتم تنفيذها عن طريق التحرير باستخدام تقنية عملية.

المعايير القياسية في الفيزياء

يتم تحديد المعايير القياسية في الفيزياء عن طريق الاتفاق الدولي على وحدات القياس المعتمدة والمستندة إلى الثوابت المذكورة أعلاه، ويتم تحديد المعيار على أنها وحدة قياس كمية محددة مختارة للاعتماد عليها في القياسات الأخرى. على سبيل المثال، يتم استخدام المتر كوحدة قياس للطول في النظام المتري، وعندما يتم القول إن الجسم يبلغ طوله أربعة أمتار، فإن ذلك يعني أن طول الجسم يساوي أربعة أضعاف طول وحدة القياس (متر واحد).

وتعني كلمة “قياسي” المادة التي تستند إليها وحدة القياس، على سبيل المثال، كانت المادة المستخدمة في قياس الطول في النظام المتري لعدة سنوات هي المسافة بين خدوش على قضيب مصنوع من البلاتين والإيريديوم الذي يتم حفظه في مكتب المعايير في سيفر بفرنسا.

تتكون أهم المعايير القياسية التي تستخدم في الفيزياء من نفس الوحدات الأساسية التي تستخدم في نظام الوحدات الدولية، وتشمل:

• المتر (m) – يستخدم لقياس الطول
• الثانية (s) – تستخدم لقياس الزمن
• يتم استعمال الخلد (الخلد) لقياس كمية المادة
• يستخدم الأمبير (A) لقياس التيار الكهربائي
• تُستخدَم الحرفة (K) لقياس درجة الحرارة
• تُستخدم وحدة الكانديلا (CD) لقياس شدة الإضاءة
• الكيلوغرام (كجم) – يستخدم لقياس الكتلة

وحدات القياس في الفيزياء

بعد أن استعرضنا المعايير القياسية في الفيزياء بشكل نقطي، دعونا نوضحها فيما يلي:

• المتر (m)

يستخدم المتر في قياس الأطوال، ويتم تعريفه من خلال أخذ القيمة العددية الثابتة لسرعة الضوء في الفراغ، وتكون 299,792,458 عندما يتم التعبير عنها بوحدة m/s، ويتم تعريف الثانية من خلال ∆νCs، ومن العداد المستخدم يتم التوصل إلى عدة وحدات قياس أخرى مشتقة مثل:

1. وحدة السرعة تقاس بالمتر في الثانية (m/s)
2. وحدة التسارع يتم قياسها بالمتر في الثانية المربعة (m/s²)
3. وحدة الحجم – المتر المكعب (m³)

• الثانية (s)

تستخدم الثانية لقياس الزمن ، ويتم تعريفها من خلال أخذ القيمة العددية الثابتة لتردد السيزيوم ∆νCs ، وهو تردد الانتقال فائق الدقة للحالة الأرضية غير المضطرب لذرة السيزيوم -133 ، فيكون 9,192,631,770 هرتز ، والهرتز يساوي s −1 ، وهو وحدة قياس التردد (عدد الدورات في الثانية).

• الأمبير (A)

يمكن التعرف على الأمبير عن طريق قياس القيمة العددية الثابتة للشحنة الأولية e والتي تساوي 1.602176634 × 10−19 وحدة C، وهي تعبر عن امبير في الثانية ويتم قياس شدة التيار الكهربائي بالأمبير.

• كلفن (K)

يمكن الوصول إلى القيمة العددية لوحدة القياس كلفن عن طريق استخدام القيمة الثابتة لثابت بولتزمان k والتي تساوي 1.380649 × 10 عند التعبير عنها بالوحدة JK – 1. وعادة يشار إلى درجة الحرارة صفر كلفن باسم “الصفر المطلق”، ويساوي كلفن درجة مئوية واحدة المستخدمة على نطاق واسع، حيث يتجمد الماء عند صفر درجة مئوية ويغلي عند 100 درجة، ويساوي صفر درجة سيليزية 273.15 كلفن.

• كانديلا (cd)

تعريف الكانديلا يتم عن طريق استخدام القيمة العددية الثابتة للفعالية المضيئة للإشعاع أحادي اللون بتردد 540 × 1012 هرتز، Kcd، بقيمة 683 عند التعبير عنها بالوحدة lm W – 1، وهي تساوي cd sr W− 1، أو cd sr kg – 1 m – 2 s3، ويمكن قياس الإشعاع بوحدة الكانديلا أيضا عند ترددات أخرى غير 540 × 1012 هرتز وفقا للكفاءة الإضاءة القياسية.

• الكيلو جرام (Kg)

يتم تحديد الكيلوجرام من خلال استخدام القيمة العددية الثابتة التي وضعها بلانك h والتي تساوي 6.62607015 × 10−34 عند التعبير عنها بوحدة الجول – الثانية، والتي تعادل كجم × متر 2 × الثانية -1، حيث تحدد القيمة المعروفة للمتر والثانية من خلال السرعة الضوئية وشحنة الإلكترون.

ادوات القياس في الفيزياء

• المسافة

تقوم المسافة بقياس مدى تباعد نقطتين ؛ من الممكن أن تكونا نقطتين منفصلتين مثل المسافات بين المدن ، او نقاط على نفس الخط يسمى بالطول ، والارتفاع ، والعرض ، والفطر ، والعنق وكذلك ، ومن الممكن استخدام مقاييس عديدة لقياس المسافة على جسم واحد ، واعتمادها على ما يتم قياسها يتم استخدام أداة مختلفة كما يلي :

1. عصى المتر ؛ تقيس الطول بالمتر.
2. الميكرومتر هو أداة لقياس الأطوال الصغيرة من أول المليمترات وما دونه.
3. مسماها فيرنير؛ يستخدم لقياس الأشكال الدائرية مثل العملات المعدنية والأسطوانات.
4. تستخدم مقاييس التأثير لقياس الأطوال المنحنية القصيرة

• الكتلة

تُقاس الكتلة بكمية المادة الموجودة في شيء ماأو بقيمة القصور الذاتي في الجسم، وعادةً ما يتم قياسها باستخدام ميزان الكتلة، على الرغم من أنه يمكن معايرتها باستخدام مقاييس مختلفة وإطلاق أسماء مختلفة على الموازيين.

• القوة

تستخدم موازين الزنبرك قانون هوك لتحويل القوة إلى انحراف.

• الزمن

يتم قياس فترة الوقت التي استغرقها حدث ما أو الوقت الذي مضى بين حدثين، ويمكن للعديد من الأجهزة مثل الساعات تحديد الوقت، ولكن عادة ما نحتاج إلى أجهزة تحكم بالوقت لقياس فترة زمنية محددة.

• الطاقة

لا يمكن قياس الطاقة مباشرة دائمًا، ولكن غالبًا ما يتم حسابها بالاعتماد على قياسات أخرى مثل الكتلة وسرعة الطاقة الحركية.

• درجة الحرارة

يمكننا استخدام موازين الحرارة المختلفة لقياس درجة الحرارة.

• الكهرباء

يمكن قياس العديد من الكميات الكهربائية باستخدام أجهزة مثل الفولتميتر والمقاييس الأميتية، ومع ذلك، غالبًا ما يتم استخدام أجهزة القياس المتعددة التي يمكن استخدامها لقياس عدة كميات مختلفةتعتمد على كيفية إعدادها

• الفولتميتر هو جهاز يستخدم لقياس الجهد، ويمكنه قياس أي قيمة من الجهد، ولكن من الممكن أن يحدد قياسًا فرديًا في حدود القيمة المحددة.
• يُستخدم الجلفانوميتر كنوع من مقاييس التيار الكهربائي لقياس التيارات الصغيرة.
• تحتوي أجهزة القياس المختلفة على مجموعة من التكوينات المختلفة التي تسمح لها بقياس كميات مختلفة ومقاييس مختلفة وفقًا لتكوينها.