Một số hệ đơn vị thường dùng trong Vật Lý

Khoá luận tốt ĐHSP Hà Nội LI CM N Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới cô giáo : PGS-TS Lưu Thị Kim Thanh , người tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu thực đề tài: “Một số hệ đơn vị thường dùng vật lý” Em xin chân thành cảm ơn thầy cô tổ Vật lý lý thuyết khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm Hà Nội thư viện trường Đại học sư phạm Hà Nội truyền thụ kiến thức quí báu tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài Do thời gian trình độ nhận thức hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót định Em mong nhận đóng góp ý kến thầy cô giáo bạn sinh viên để đề tài hoàn chỉnh Một lần em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội ngày 20 tháng 04 năm 2010 Sinh viên Thiệu Thị Hạnh ThiÖu ThÞ Líp K32C –VËt MỤC LỤC Trang PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.4 Đối tượng nghiên cứu 1.5 phương pháp nghiên cứu PHẦN : NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan số hệ đơn vị sử dụng vật lý 1.1 Hệ đơn vị SI 1.1.1 Met 1.1.2 kilômet 1.1.3 Giây 1.1.4 Ampe 1.1.5 Kenvin 1.1.6 Mol 1.1.7Ca dela 1.1.8 Đơn vị phụ 1.2 Hệ đơn vị CGS 1.3 Những điểm khác hệ đơn vị SI, hệ đơn vị CGS 10 1.3.1 Sự hợp lý hóa 10 1.3 phương trình Macxell 17 1.4 Hệ đơn vị TỰ NHIÊN 19 1.5 ngoại hệ 23 1.6 Kết luận 23 Chương 2: Hệ thống đơn vị 24 2.1 Đơn vị CƠ 24 2.2 Đơn vị NHIỆT 33 2.3 Đơn vị ĐIỆN TỪ 37 2.4 Đơn vị QUANG 39 2.5 Đơn vị ÂM 41 2.6 Đơn vị PHÓNG XẠ- HẠT NHÂN 44 2.7 Đơn vị THIÊN VĂN 46 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC 49 PHẦN 1: MỞ ĐẦU Khi nói đến đại lượng vật lý ta Lý chọn đề tài: phải nhắc tới đơn vị Trong vật lý có nhiều hệ đơn vị , hệ đơn vị đặc trưng đơn vị khác Hệ đơn vị có nhiệm vụ : - Xác định giá trị đại lượng - Xác định mối quan hệ đại lượng Do có nhiều hệ đơn vị nên đại lượng có nhiều đơn vị ,ví dụ : Các đại lượng điện tích có đơn vị hệ SI, Hệ CGS, Hệ TỰ NHIÊN số đơn vị thường dùng thói quen…Nhưng ngày hệ đơn vị phổ biến chọn làm ‘hệ đơn vị quốc tế’ hệ đơn vị SI Hiện chưa có tài liệu trình bày cách đầy đủ có hệ thống hệ đơn vị thường dùng Vật lý, mà trình học tập việc tra cứu ,kiểm tra cách xác đơn vị đại lượng mối quan hệ với đại lượng khác cần thiết Chính lựa chọn đề tài : ‘Một số hệ đơn vị thường dùng vật lý’ Qua đề tài tơi muốn tìm hiểu cách tổng quan hệ đơn vị việc sử dụng hệ đơn Vật lý Hy vọng tài liệu bổ ích cho bạn sinh viên trình học tập, nghiên cứu mơn Vật lý MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mục đích đề tài : - Tìm hiều hệ đơn vị sử dụng vật lý : hệ đơn vị thống , hệ đơn vị sử dụng số đơn vị thông dụng - Hệ thống đơn vị số đại lượng thường dùng Nhiệm vụ nghiên cứu: Tìm hiểu tổng quan hệ đơn vị sử dụng vật lý : nguồn gốc , cách xây dựng hệ đơn vị, đơn vị hệ đơn vị Tìm đơn vị số đại lượng vật lý phổ biến Đưa hệ thống đơn vị đại lượng vật lý phổ biến theo hệ đơn vị theo học phần : Cơ học, nhiệt học, điện từ, quang học, âm học, phóng xạ hạt nhân, thiên văn Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu giáo trình vật lý , sách giáo khoa phổ thông, số tài liệu Vật Lý, tài liệu hệ đơn vị , mối quan hệ đại lượng vật lý Phương pháp nghiên cứu : Phương pháp nghiên cứu sử dụng phương pháp : Thống kê, phân tích ,tổng hợp đánh giá PHẦN :NỘI DUNG Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ HỆ ĐƠN VỊ SỬ DỤNG TRONG VẬT LÝ Hệ đơn vị hệ thống đơn vị đại lượng đươc xây dựng từ đơn vị gọi đơn vị Trong Vật lý có nhiều hệ đơn vị với nhiều đơn vị khác : Hệ MTS(Metre-Ton-Second): hệ đơn vị có ba đơn vị : met, giây Hệ MKS(Metre-Kilogram-Second): hệ đơn vị có ba đơn vị : met, kilogam giây Hệ MKSA hợp lý hóa : hệ lấy met, kilogam, giây, ampe đơn vị Hệ SI: Ngày hệ đơn vị sử dụng phổ biến lấy làm hệ đơn vị quốc tế đơn vị SI Hệ đơn vị SI có đơn vị met, kilogam, giây, ampe ,Kenvin, mol candela 1.1 Hệ đơn vị quốc tế SI : Hệ đơn vị thông qua Đại Hội cân đo Quốc Tế lần thứ 11(101960) Làm nòng cốt cho hệ đơn vị hợp pháp nước Bảng đơn vị đo lường hợp pháp Việt Nam ban hành theo Nghị định số 186-CP hội đồng phủ ngày 26-12-1964 quy định Việt Nam cơng nhận hệ đơn vị SI hệ đơn vị sử dụng nước Đưa ấn phẩm :Hệ đơn vị quốc tế SI cục đo lường tiêu chuẩn quốc gia xuất năm 1972 Trong hệ đơn vị SI có đơn vị Các định nghĩa đơn vị Hệ SI 1.1.1Mét (đơn vị độ dài) Kí hiệu :m Mét quãng đường mà ánh sáng truyền qua chân khơng giây (1983) 1.1.2 Kilogam(đơn vị khối lượng): Kí hiệu: kg Kilogam chuẩn gốc (một hình trụ Platin-Iridi đó) lấy làm đơn vị khối lượng Hay kilogam chuẩn quốc tế kilogam(1889) 1.1.3 Giây (đơn vị đo thời gian) Kí hiệu :s Giây khoảng thời gian 9.112.631.770 chu kì xạ ứng với dịch chuyển hai mức siêu tinh thể nguyên tử seri 133 (1946) 1.1.4 Ampe Kí hiệu : A “Ampe dòng điện khơng đổi mà trì hai dây dẫn thẳng, song song , dài vô hạn, tiết diện không đáng kể đặt cách 1m chân không gây đoạn dây dẫn lực 2.10 7 Niuton mét chiều dài” (1946) 1.1.5 Kenvin (Đơn vị nhiệt động lực học) Kí hiệu : K “Kenvin phần 273,16 nước” (1967) 1.1.6 Mol (Đơn vị lượng chất) Kí hiệu : mol nhiệt độ nhiệt động lực học điểm ba “Mol lượng chất hệ chứa lượng phân tử số nguyên tử 0.012 kg Cacbon 12” (1971) 1.1.7 Candela(Đơn vị cường độ sáng) Kí hiệu: Cd “Candela cường độ sáng theo phương vng góc diện tích 600.000 mét vng vật đen nhiệt độ đông đặc Platin áp suất 101,325 Niuton mét vng” (1967) 1.1.8.Ngồi hệ SI có hai đơn vị phụ: 1.1 8.1.Radian(Đơn vị đo góc) Kí hiệu: Ra “Radian góc phẳng đường tròn có tâm đặt đỉnh góc cung dài bán kính ’’ Steradian: (Đơn vị góc đặc) Kí hiệu : Sr “Steradian góc khối chắn mặt cầu có tâm đặt đỉnh góc mặt có diện tích diện tích hình vng có cạnh bán kính ’’ Các đơn vị khác đơn vị dẫn xuất từ đơn vị nói 1.2 Hệ đơn vị CGS (Hệ Gauss) Hệ CGS viết tắt centimetre –gram-second Hệ gồm đơn vị bản: centimet,gam,giây Một số đại lượng có sử dụng đơn vị CGS hệ đơn vị dùng nhiều Điện Từ Học Hệ CGS Gauss vebe xây dựng từ hệ thống : CGSe dùng cho đại lượng điện CGSm dùng cho đại lượng từ Trong hệ CGSe đơn vị tĩnh điện tuyệt đối điện tich là: 1CGSe = 1cm.dyn / Trong dyn: đơn vị lực Suy ra: 1CGSe cường độ dòng điện = cm.dyn 1/ s Trong hệ CGSm đơn vị điện từ tuyệt đối cường độ dòng điện: CGSm cường độ dòng điện = dyn1 / Nếu ta gọi cường độ dòng điện hệ CGSe I e cường độ dòng điện hệ CGSm I m ta có: I m= I với c = 3.1010 cm/s (CGS) e c Vậy: CGSm cường độ dòng điện = 3.1010 CGSe cường độ dòng điện Khi chuyển sang hệ CGS dùng chung cho điện từ đơn vị điện hệ CGS trùng với đơn vị hệ CGSe, đơn vị từ xuất số c Vì chuyển sang hệ CGS công thức từ trường xuất số có thứ ngun c Ví dụ: I m= I e mà c Suy ra: q = I.t qm  qe c Ta thấy xuất số c chuyển sang hệ CGS qua số công thức điện từ trường Đại lượng Cường độ từ trường phần tử dòng điện Cường độ từ trường dòng điện thẳng Định lí lưu thơng cường độ từ trường CGSm dH  CGS I.d.sin  r I.d.sin  dH  c r 2I H d 2I H  c d    H d  4  I   H d  4  I  c  2.4 Đơn vị quang Đại lượng Hệ đơn vị Tên Kí hiệu Qui đổi đơn vị Đơn vị Đơn vị SI SI Candela cd Quang thông SI Lumen Lm 1lm=1cd.sr Lượng sáng SI Candela giây Cds 1cds=1s.cd Quang SI Lumen giây Lms 1lms=1s.lm Độ trưng SI Lumen Lm/m (kí hiệu) Cường độ sáng met vuông Candela met Cd/m Độ chói SI m cd.sr 1 m2 1nt=1cd/m lm cd.sr 1lx   m m SI Lux lx Lượng rọi SI Lux giây lxs Điốp nt Độ rọi SI lm vuông Nit Độ tụ dp 1lxs  cd.sr.s 1dp=1m m2 -1 hệ quang học SI Radian Rad/m met Độ tán sắc Ngoại hệ Radian Rad/nm m Nanomet Độ micromet 1Rad/nm=10 Rad/  m  m  10  rad 180 m 2.5Đơn vị âm Đại lượng Hệ Tên Kí hiệu Qui đổi (kí hiệu) Đơn vị Đơn vị Đơn vị Đơn vị SI Áp suất âm Niutơn SI vận tốc thể tích met vng Mét SI N/m N kg m  m.s 2 khối m /s giây sức cản âm học Niutơn SI giây met mũ Ns/m N.s kg  m m s N.s 1 kg m s năm sức cản học Niutơn giây SI cường độ âm met N.s/m Oát mét SI vuông W/m Mật độ Năng lượng 2 SI Jun met J/m khối Âm mJ  kg.m m s kg  m.s2 Còn gọi mức cường độ âm β Mức áp suất SI Đêxiben dB   10.log dB I0 Âm 12 I  10 ThiƯu ThÞ I 42 W/m Líp K32C –VËt Mức to SI Fơn fon Quãng tần số SI ốcta octa 2.6 Đơn vị Phóng Xạ-Hạt Nhân: Đại lượng Hệ Tên Kí hiệu Qui đổi (kí hiệu) Đơn vị Đơn vị Đơn vị Đơn vị SI Liều lượng SI Culong C/kg C A.s kg  kg xạ, Kilogam Rơnghen Ngoại xạ hệ Rơnghen R 1R  2,57976 C kg Gamma SI Culong C/kgs Kilogam Suất liều giây lượng Ngoại Rơnghen hệ C A 1 kg.s kg R s  2,57976 C kg.s R/s Giây SI Liều lượng Jun J/kg Kilogam J kg 1 m s hấp thụ xạ Ngoại rad rd 1rd  10 2 hệ Độ Phân rã Pr/s phóng xạ SI 1pr/s=1s J kg -1 giây (hoạt độ Phóng xạ) Quiri Đương Miligam Ci 1Ci=3,7.10 pr/s Có suất liều lượng lượng đương SI Gamma radi Tương đương mgdlRa lượng radi xạ gama 1mgRa chuẩnCó lọc nguồn Platin dày 0,5mm cường độ W/m Oát SI xạ mét vuông Manheton W m 1 kg s3   9,2732.1024 SI Bo Jun J J/T T tesla Momen từ SI hạt nhân Jun J/T tesla J T  kg.m A.s 2 s kg  1.m A Năng lượng SI Jun Liên kết Ngoại electron vôn eV 1eV=1,602.10 J hệ mega 1MeV=1,602.10 J Mev -19 -13 electron vôn SI Jun đơn vị khối J dvk ln t lượng nguyên tử Năng lượng liên riêng Ngoại kết hệ Electron đơn vị khốilượng nguyên tử eV dvk ln t eV dvk ln t  1,602.10 19 J dvk ln t Mêga electron đơn vị khối lượng nguyên tử MeV dvk ln t MeV dvk ln t  1,602.10 13 J dvk ln t 2.7 Đơn vị Thiên Văn Đại lượng Hệ Tên Kí hiệu Qui đổi (kí hiệu) Đơn vị Đơn vị Đơn vị Đơn vị SI SI Met m Ngoại hệ Năm ánh sáng n.a.s Độ dài Đơn vị thiên d.v.t.v 1n.a.s=9,46.10 m 11 1d.v.t.v=1,496.10 m văn pasec 16 1pasec=3,086.10 m pasêc Chu kì tự SI Giây S Ngoại hệ Ngày ngày 1ngày sao=86164,09s Ngày ng 1ng=86400s Radian rad quay Vĩ độ Kinh độ SI Độ  Tính sai SI Radian rad (góc chuyển dịch tinh độ  Độ    rad 180   rad 180  rad 180 sai) độ cao h xích kinh hồng vĩ SI  xích vĩ Thời sai SI s Giây '  ‫׳‬ Phút Radian Năng suất Phân giải e Rad s 60 ’’ -6 =4,848.10 rad SI Giây cung Tỉ xích ảnh SI Độ milimet ‫ ״‬1rad=206265s  mm 1 1  10 mm m KẾT LUẬN Sau nghiên cứu về: ‘ Một số hệ đơn vị thường dùng vật lý’’ luận văn bước đầu đưa nhìn tổng quan hệ vật lí dùng sách giáo trình sách giáo khoa vật lý Luận văn đưa hệ thống đơn vị theo phần học thuận lợi cho việc tra cứu đơn vị, thấy mối quan hệ đại lượng qua đơn vị chúng đồng thời thấy tiện ích hệ đơn vị Tuy nhiên hạn chế kinh nghiệm nghiên cứu tài liệu ham khảo nên khơng tránh khỏi sai sót Rất mong góp ý quý thầy cô để luận văn em hoàn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO David Halliday_Rober Resnick_Jearl Wealker Cơ sở vậ lý tập 1, tập tập NXB Giáo dục_2002 2.Lê Chấn Hùng_Vũ Thanh Khiết Vật lí nguyên tử hạ nhân.NXB Giáo dục_1989 3.Đào Văn Phúc : Điện động lực học_NXB Giáo dục _1971 4.Vũ Thanh Khiết_Nguyễn Thế Khôi_Vũ Ngọc Hồng Giáo trình điện đại cương, tập 3.NXB Giáo dục_1977 Phạm Viết Trinh_Nguyễn Đình Nỗn Giáo trình Thiên Văn NXB Giáo dục_1999 MỤC LỤC 1.Ước bội thập phân đơn vị Ước Bội Tên gọi Kí hiệu Gía trị Atto a a=10 Femto f f=10 Pico p p=10 Nano n n=10 Micro µ µ=10 Mili m m=10 Centi c c=10 d=10 Đêxi d Đêca da da=10 Hecto h h=10 Kilo k k=10 Mega M M=10 Giga G G=10 Tera T T=10 -18 -15 -12 -9 -6 -3 -2 12 - Một số sốHằng số Vật Lý Hằng số Kí hiệu Gía trị ước tính Tốc độ ánh sáng chân khơng c c=3.10 m/s Điện tích ngun tố e e=1,6.10 C Khối lượng electron me me=9,11.10 kg Khối lượng proton mp -19 -31 -27 mp=1,67.10 kg mp me Tỷ số khối lượng proton electron mn Khối lượng nơtron mµ Khối lượng muon mp  1840 me -27 mn=1,68.10 kg -28 mµ=1,88.10 kg ε0   8,85.1012 Hằng số điện µ0 Hằng số từ thẩm F   4 10 7 H m  1,26.10 m 6 NA Hằng số Avôgadrô 23 NA=6,02.10 mol -1 h Hằng số Planck -34 h = 6,63.10 J.s R Hằng số khí lí tưởng ThiƯu ThÞ 52 Líp K32C –VËt H m R  8,31 Hằng số Boltzman k J mol.K k  1,38.10 Hằng số Faraday F Hằng số Stephan-Boltzman σ Hằng số Ryberg J  23 K F=9,65.10 C/mol W   5,67.108 m k R -7 -1 R=1,1.10 m Hằng số hấp dẫn Thể tích mol khí lí tưởng điều G G  6,67.10 m 11 s kg Vm Vm  2,24.10 kiện chuẩn bán kính Bohr rB Bước sóng compton electron λC Mơmen từ elcetron µe m 24 mol -11 rB =5,29.10 m -12 λC=2,43.10 m   9,28.1024 J e Mơmen từ proton µp   1,41.10 26 T J p Manheton Bohr µB T   9,27.1024 B Manheton hạt nhân µN   5,05.10 N Đương lượng nhiệt J 27 J T J T J  4,1855 J cal ... TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ HỆ ĐƠN VỊ SỬ DỤNG TRONG VẬT LÝ Hệ đơn vị hệ thống đơn vị đại lượng đươc xây dựng từ đơn vị gọi đơn vị Trong Vật lý có nhiều hệ đơn vị với nhiều đơn vị khác : Hệ MTS(Metre-Ton-Second):... tổng quan hệ đơn vị sử dụng vật lý : nguồn gốc , cách xây dựng hệ đơn vị, đơn vị hệ đơn vị Tìm đơn vị số đại lượng vật lý phổ biến Đưa hệ thống đơn vị đại lượng vật lý phổ biến theo hệ đơn vị theo... nhiều hệ đơn vị nên đại lượng có nhiều đơn vị ,ví dụ : Các đại lượng điện tích có đơn vị hệ SI, Hệ CGS, Hệ TỰ NHIÊN số đơn vị thường dùng thói quen…Nhưng ngày hệ đơn vị phổ biến chọn làm hệ đơn vị