ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ УКРАИНЫ
Метрология
Единицы физических величин
ФИЗИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ
И ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ ЧИСЛА
Основные положения,
обозначения, наименования и значения
Издание официальное
Киев
ГОССТАНДАРТ УКРАИНЫ
1998ПРЕДИСЛОВИЕ
РАЗРАБОТАН Харьковским государственным политехническим университетом; Государственным научно-исследовательским институтом «Система»; Украинским научно-исследовательским институтом стандартизации, сертификации и информатики
ВНЕСЕН Харьковским государственным политехническим университетом
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом Госстандарта Украины от 9 октября 1997 г. № 620
Этот стандарт соответствует:
The 1986 Adjustment of the Fundamental Physical Constants. A Report of the CODATA Task Group on Fundamental Constants//CODATA Bulletin № 63, 1986
ISO 31: 1992 Quantities and units
Part 0: General principles
Part 12: Characteristic numbers
Уровень соответствия— неэквивалентный (neq)
ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
РАЗРАБОТЧИКИ: В. Базакуца, д-р физ.-мат. наук (руководитель разработки);
О. Величко, канд. техн, наук (руководитель разработки);
О. Винниченко; В. Владимиров, д-р техн, наук (руководитель разработки);
Л. Коваль; Е. Козырь; И. Кугасян; Е. Луковникова;
А. Сук, канд. физ.-мат. наук
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован
и распространен в качестве официального издания без разрешения
Госстандарта Украин
ыСОДЕРЖАНИЕ
с.
Область применения 1
Нормативные ссылки 2
Термины и определения 2
Основные положения 2
Приложение А Фундаментальные физические постоянные 4
Приложение Б Характеристические числа 8
Приложение В Перечень использованных международных стандартов 12
ВВЕДЕНИЕ
Группу стандартов под общим наименованием «Метрология. Единицы физических величина разработано на основании международных стандартов ISO 31:1992 и ISO 1000:1992.
Эта группа стандартов состоит из трех документов с такими наименованиями:
ДСТУ 3651.0-97 Метрология. Единицы физических величин. Основные единицы физических величин Международной системы единиц. Основные положения, наименования и обозначения;
ДСТУ 3651.1-97 Метрология. Единицы физических величин. Производные единицы физических величин Международной системы единиц и внесистемные единицы. Основные понятия, наименования и обозначения;
ДСТУ 3651.2-97 Метрология. Единицы физических величин. Физические постоянные и характеристические числа. Основные положения, обозначения, наименования и значения.
Уровень соответствия стандартов этой группы соответствующим международным стандартам — неэквивалентный (neq), поскольку на основании международных стандартов разработано национальные стандарты другой структуры. Приведенные в ДСТУ 3651 физические величины,-единицы физических величин, их наименования, обозначения и правила применения соответствуют аналогичным требованиям международных стандартов.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ УКРАИНЫ
МЕТРОЛОГИЯ
ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
ФИЗИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ
И ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ ЧИСЛА
Основные положения, обозначения,
наименования и значения
МЕТРОЛОГІЯ
ОДИНИЦІ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН
ФІЗИЧНІ СТАЛІ
ТА ХАРАКТЕРИСТИЧНІ ЧИСЛА
Основні положення, позначення,
назви та значення
METROLOGY
UNITS OF PHYSICAL QUANTITIES
PHYSICAL CONSTANTS
AND CHARACTERISTIC NUMBERS
General principles, symbols,
names and values
Дата введения 1999—01—01
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий стандарт устанавливает физические постоянные, подлежащие обязательному применению в Украине, а также их обозначения, наименования и значения в Международной системе единиц (SI).
Стандарт рекомендует к применению в Украине наименования и обозначения наиболее распространенных характеристических чисел.
Наименования и обозначения физических постоянных и характеристических чисел, а также значения основных физических постоянных, регламентированные настоящим стандартом, следует использовать в нормативных документах, во всех видах разрабатываемой или пересматриваемой документации, в научно-технических публикациях, учебной и справочной литературе, в учебном процессе всех учебных заведений.
Издание официальное
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящем стандарте содержатся ссылки на:
ДСТУ 2681-94 Метрология. Термины и определения
ДСТУ 3651.0-97 Метрология. Единицы физических величин. Международной системы единиц. Основные положения, наименования и обозначения
ДСТУ 3651.1-97 Метрология. Единицы физических величин. Производные единицы физических величин Международной системы единиц и внесистемные единицы. Основные понятия, наименования и обозначения.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящем стандарте использованы термины, установленные ДСТУ 2681, а именно: (физическая) величина, размерность (физической) величины, размерная (физическая) величина, безразмерная (физическая) величина, единица (физической) величины, система единиц (физических величин), значение (физической) величины, числовое значение (физической) величины, Международная система единиц.
Также использованы нижеприведенные термины.
Физическая постоянная — физическая величина, имеющая неизменное значение при определенных обстоятельствах в выбранной системе единиц.
Фундаментальная физическая постоянная — физическая постоянная, значение которой, определенное экспериментально в выбранной системе единиц, содержит информацию о наиболее общих (фундаментальных) свойствах материи и остается неизменным при любых условиях.
Характеристическое число — безразмерная комбинация физических величин, которая возникает в функциональных зависимостях, отражающих физические факты, не зависящие от выбора системы единиц.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
При преобразовании эмпирических соотношений для числовых значений величин в уравнения для значений физических величин в выбранной системе единиц в последних появляются коэффициенты, которые имеют различное происхождение.
Например, коэффициент пропорциональности в уравнении для физических величин, значение которого не зависит от принятых определений физических величин и не зависит от выбора системы единиц, — это числовой множитель, а коэффициент пропорциональности, который зависит от выбора системы единиц, входящих в данное уравнение, — это либо физическая постоянная, либо произведение нескольких физических постоянных и числового множителя.
Следует различать фундаментальные физические постоянные и постоянные вещества или системы. Последние являются физическими величинами, которые при определенных условиях сохраняют неизменными свои значения в выбранной системе единиц только для некоторого вещества или системы.
Примеры
Соотношение между энергией W кванта электромагнитного поля и его частотой V определяется формулой Планка W = Av, где А — фундаментальная постоянная Планка.
Закон радиоактивного распада N = Noexp(-Xt), где N — число атомов некоторого радиоактивного элемента, не распавшихся через время t, Мо — число этих атомов в начальный момент (t - 0), — содержит постоянную радиоактивного распада X, которая является постоянной вещества — рассматриваемого радиоактивного элемента.
Характеристика ионной кристаллической решетки, определяющая электростатическую энергию взаимодействия, приходящуюся на пару ионов, — постоянная Маделунга а, — является постоянной системы (определенного кристалла).
В Приложении А приведены фундаментальные физические постоянные, значения которых регламентированы международно согласованным документом. При этом использованы определения основных и производных единиц SI, приведенные в ДСТУ 3651.0 и ДСТУ 3651.1.
Любое физическое соотношение между размерными физическими величинами можно сформулировать как соотношение между безразмерными величинами. При этом в безразмерном соотношении возникают безразмерные комбинации физических величин — характеристические числа, которые не зависят от выбора системы единиц и служат критерием подобия процессов или систем. Характеристические числа вместе с физическими постоянными, свойственными рассматриваемому процессу, полностью определяют этот процесс.
Два физических процесса следует считать подобными, если их описывают одинаковые безразмерные соотношения, а все характеристические числа, свойственные одному процессу, равны характеристическим числам второго процесса.
Произвольная комбинация характеристических чисел образует новое характеристическое число и может также служить критерием подобия.
В Приложении Б приведены характеристические числа, используемые при исследовании явлений переноса, то есть необратимых процессов переноса массы, энергии, импульса, заряда, имеющие место в среде вследствие движения и взаимодействия микрочастиц.
Обозначение характеристического числа печатается наклонным шрифтом (курсивом) и состоит из двух латинских букв, первая из которых заглавная.
Пример
Число Рейнольдса Re.
В случае, когда характеристическое число представляет собой множитель в произведении, его обозначение следует отделять от других обозначений знаком умножения, промежутком или скобками.ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ
А. 1 Приведенные ниже в таблице АЛ согласованные значения фундаментальных физических постоянных вычислены на основании измерений отдельных постоянных или их комбинаций в 12 странах мира. При последнем согласовании (XV Генеральная Ассамблея КО- ДАТА, 1986 р.) использовались согласованные размеры поддерживаемых единиц, значения ряда физических констант и переводные энергетические множители.
А.2 Данные таблицы совпадают с данными единственного международно согласованного документа, систематизирующего значения фундаментальных физических постоянных и действительного до тех пор, пока не будет произведены пересмотр постоянных и процедура нового согласования.
А.З В столбце 3 «Определяющее уравнение» таблицы АЛ приведены соотношения постоянной с другими постоянными, если они существуют.
Если в столбце 4 «Значение величины» таблицы АЛ приведено точное числовое значение постоянной, то в последнем столбце 5 «Относительная погрешность» указано «точно». В других случаях в столбце 4 после среднего значения постоянной и символа «±» приведена среднеквадратичная погрешность, а в столбце 5 таблицы — относительная среднеквадратичная погрешность.
Таблица АЛ — Фундаментальные физические постоянные
Наименование величины |
Обозначения |
Определяющее уравнение |
Значение величины |
Относительная погрешность, io-* |
Фундаментальные константы |
||||
Скорость света в вакууме |
С |
— |
299 792 458 м-с |
ТОЧНО |
Магнитная постоянная |
Но |
— |
47I10-7 Гн/м = 12,566 370 614...-Ю’7 Гн/м |
точно |
Электрическая постоянная |
|
|
8,854 187 817...-10"12 Ф-м"’ |
точно |
Гравитационная постоянная |
G |
— |
(6,672 59 ±0,000 85)-IO-11 мЧг’-с"2 |
128 |
Постоянная Планка |
h |
— |
(6,626 0755 ±0,000 0040)40"мДж-с |
0,60 |
Постоянная Дирака |
h |
Л/2я |
(1,054 572 66 ± 0,000 000 63) -10"3* Дж-с |
0,60 |
Планковская масса |
m₽ |
(ftc/G),/2 |
(2,176 71 +0,000 W-IO^kf |
64 |
Планковская длина |
|
h/mfc - = (ftG/c3)1/2 |
(1,616 05 +0,000 10)40-35м |
64 |
Планковское время |
'р |
= (AG/cs),/! |
(5,390 56 ±0,000 34) 10 ^ с |
64 |
Электромагнитные константы |
||||
Элементарный заряд |
е |
'— |
(1,602 177 33 ±0,000 000 49)40"*’ Кл |
0,30 |
Квант магнитного потока |
Фо |
h/2e |
(2,067 834 61 ±0,000 000 61)40"'5 Вб |
0,30 |
Отношение Джозефсона |
ГО |
2e/h |
(4,835 9767 ± 0,000 0014)40м Гц-В'] |
0,30 |
Наименование величины |
Обозначения |
Определяющее уравнение |
Значение величины |
Относительная погрешность, 1СГ* |
Квантовая проводимость Холла |
Он |
e2/h |
(3,874 046 14 ± 0,000 000 17) -Ю’5 См |
0,045 |
Квантовое сопротивление Холла |
|
h/e7= = рос/2сс |
25 812,8056 ± 0,0012 Ом |
0,045 |
Магнетон Бора |
Ив |
eft/2me |
(9,274 0154 ±0,000 0031)* 10 24 Дж-Тл'1 |
0,34 |
Ядерный магнетон |
Ин |
ей/2шр |
(5,050 7866 ± 0,000 0017>-10 27 Дж-Тл'1 |
0,34 |
Атомные константы |
||||
Постоянная тонкой структуры |
а |
Цосе2/2Л |
(7,297 353 08 ±0,000 000 ЗЗИО-3 |
0,045 |
Постоянная Ридберга |
|
теса2/2Л |
10 973 731,534 ±0,013 ми |
0,0012 |
Боровский радиус |
|
а/4я/?_ |
(0,529 177 249 ± 0,000 000 024)* 1СН° м |
0,045 |
Энергия Хартри |
|
e2/4nE„a0 = = 2R_hc |
(4,359 7482 ±0,000 0026М0-18 Дж |
0,60 |
Квант циркуляции |
— |
Л/2те |
(3,636 948 07 ± 0,000 000 33)■ 10u м2-г‘ |
0,089 |
Электрон |
||||
Масса покоя электрона |
7Пе |
— |
(9,109 3897 ±0,000 0054)-10 "3t кг |
0,59 |
Отношение заряда электрона к его массе |
|
-e/me |
(-1,758 819 62 ±0,000 000 53)* 10" Кл’кг-1 |
0,30 |
Молярная масса электрона |
М(с) |
— |
(5,485 799 03 ±0,000 000 13)-10‘: кг/моль |
0,023 |
Комптоновская длина волны электрона |
Ас |
h/mtc |
(2,426 310 58 ±0,000 000 22)-10-*2 м |
0,089 |
Классический радиус электрона |
г. |
а2в0 |
(2,817 940 92 ±0,000 000 38)-10",5м |
0,13 |
Томсоновское сечение рассеяния |
ае |
(8р/3)ге2 |
(0,665 246 16 ±0,000 000 18)*10"28 м2 |
0,27 |
Магнитный момент электрона |
|
— |
(928,477 01 ±0,000 31)*10-26 Дж*Тл-1 |
0,34 |
Аномалия магнитного момента электрона |
at |
Ми»-1 |
(1,159 652 193 ±0,000 000 010)*10“3 |
0,0086 |
g-фактор свободного электрона |
& |
2(1 +де) |
2,002 319 304 386 ± 0,000 000 000 020 |
1-Ю'5 |
Мюон |
||||
Масса покоя мюона |
|
— |
(1,883 5327 ±0,000 OOlD-lO’28 кг |
0,61 |