Elektrotechnika - to nie takie trudne! (część 1)

Wielkość i jej wartość

Nauki ścisłe mają to do siebie, że operują dokładnie zdefiniowanymi pojęciami. Hipotezę lub teorię uważa się za prawdziwą, jeżeli można ją potwierdzić doświadczalnie. Wymagane jest również spełnienie kryterium powtarzalności, tzn. identyczne wyniki powinien otrzymać badacz np. w Warszawie, Atenach, San Francisco i Melbourne. Aby to było możliwe, ludzie umówili się co do sposobu przedstawiania wyników pomiarów. Pomiar polega na porównaniu mierzonej wielkości ze ściśle określoną wielkością porównawczą, przyjętą za jednostkę miary. To co mierzymy jest wielkością fizyczną, natomiast liczbowa wartość wielkości fizycznej wskazuje, ile razy mierzona wielkość jest większa (lub mniejsza) od jednostki użytej miary.

Wielkości fizyczne powiązane są ze sobą określonymi związkami, które znajdują swoje odzwierciedlenie również w ich jednostkach miary. Niektóre jednostki da się wybrać niezależnie od innych i nazywa się je jednostkami podstawowymi. Odtwarzane są one w postaci bardzo dokładnych wzorców. Pozostałe jednostki nazywa się pochodnymi, a ich wymiar ustala się przez podstawienie jednostek podstawowych do równań przedstawiających matematyczny zapis praw fizyki. Całość podstawowych i pochodnych jednostek miar wielkości fizycznych nazywa się układem jednostek. Historycznie najstarszy jest układ CGS (jednostki podstawowe to centymetr, gram i sekunda). Obecnie powszechnie stosowany jest międzynarodowy układ jednostek SI.

Jego jednostki podstawowe to: Metr (m), Kilogram (kg), Sekunda (s), Amper (A), Kelvin (K), Kandela (cd). Definicji Metra, Kilograma, Sekundy i Kelvina nie będę podawał - są (mam nadzieję) wszystkim dobrze znane. Natomiast podam definicję Ampera i Kandeli, ponieważ są to jednostki związane z elektrycznością. Bez tego reszta tłumaczenia zawisłaby w próżni informacyjnej. Wprawdzie definicja ampera zawiera nieznane jeszcze pojęcie prądu, ale uznałem, że przed zagłębieniem się w szczegóły trzeba uporządkować kwestię jednostek. Czym jest prąd elektryczny wytłumaczę w dalszej części przewodnika, po wyjaśnieniu kilku innych pojęć.

Amper (A) określa natężenie nie zmieniającego się prądu, który przepływając przez dwa równoległe, prostoliniowe i nieskończenie długie przewody o przekroju kołowym, umieszczone w próżni w odległości 1 m od siebie, wywołałby powstanie między tymi przewodami siły równej 2*10^-7 N (niutona - kłania się fizyka), na każdy metr długości przewodu.

Kandela (cd) jest jednostką światłości (ale nie wiekuistej!); jest to światłość, z jaką świeci w określonym kierunku źródło emitujące promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 540*10¹² Hz i którego natężenie w tym kierunku wynosi 1/683 W/sr.

Dodatkowo do układu SI włączono dwie jednostki uzupełniające: Radian (rad) i Steradian (sr). Z tych jednostek wywodzi się 27 jednostek pochodnych, wchodzących w skład systemu SI. W tabeli poniżej zestawione są pochodne jednostki elektryczne i magnetyczne układu SI.

Ponieważ wartość jednostek podstawowych lub pochodnych czasami okazuje się niezbyt wygodna do przeprowadzenia obliczeń, wprowadzono tzw. jednostki wielokrotne i podwielokrotne. Polega to na mnożeniu jednostek podstawowych i pochodnych przez liczbę 10ⁿ, gdzie n jest całkowite i dodatnie dla wielokrotnych, i całkowite i ujemne dla podwielokrotnych. Właśnie stąd biorą się znane dobrze przedrostki, jak: giga, mega, kilo, mili, nano itd. Po tym nieco męczącym, ale moim zdaniem niezbędnym wprowadzeniu możemy zająć się wspomnianym już polem.