انت هنا الان : شبكة جامعة بابل > موقع الكلية > نظام التعليم الالكتروني > مشاهدة المحاضرة

اجهزة القياس

Share |
الكلية كلية التربية للعلوم الصرفة     القسم قسم الفيزياء     المرحلة 1
أستاذ المادة فاتن فاضل محمود       12/11/2016 17:15:47
وحـــــــــدات القـيـــاس
ما القياس ؟ .. ولماذا نقيس؟
إن ما يقوم به العلماء من بحوث وتجارب وأعمال لدراسة ظاهرة معينة يتم التعبير عنها بالأرقام لبيان العلاقة بين متغيرات الظاهرة وكيفية التحكم فيها، والقياس هو أسلوب ، يتم بواسطته التعبير عن صفة لظاهرة فيزيائية برقم معين كنتيجة لمقارنة هذه الصفة بكمية معيارية مشابهة تم التعرف عليها كوحدة اعتبارية للقياس، فمثلا:

إذا كان لديك صندوق مكعب الشكل فإن ذلك يمثل ظاهرة فيزيائية لأنه يؤثر على الحواس مباشرة، وطول الصندوق وعرضه وارتفاعه وحجمه وكتلته جميعها صفات لهذه الظاهرة، وأنت تقيس هذه الصفات بوحدات معيارية معينة خصصت لقياسها، أما لماذا نقيس الظواهر الفيزيائية فذلك لتقنينها حتى يسهل علينا إدراكها وتفسيرها والاستفادة منها.

أنظمة القياس :
قديما كان لكل بلد نظاما معينا يستخدم فيه وحدات قياس قد يتفق أو يختلف فيها مع بلد اخر، وأدى ذلك إلى صعوبات كثيرة في التعامل خاصة في مجال التجارة.
النظام الدولي للقياس International system for measurement :
ويسمى نظام (متر، كيلوجرام، ثانية ) (m k s) أو النظام المتري وقد اتفق على هذا النظام للقياس في المؤتمر الدولي للأوزان والمقاييس عام م 1960 كنظام موحد للقياس يسمى النظام الدولي للقياس ( SI ) وفيه تستخدم وحدات دولية لقياس الكميات الفيزيائية فى المجالين العلمى والعملى وقد عممت عالميا وذلك للتغلب على الصعوبات التي واجهت الدول بسبب اختلاق أنظمة القياس وسهولة التعامل بين الدول مع بعضها البعض.
وفي هذا النظام يستخدم (المتر) كوحدة عيارية لقياس الأطوال، والكيلوجرام وحدة عيارية لقياس الكتل، والثانية وحدة عيارية لقياس الزمن، والدرجة المئوية وحدة لقياس درجة الحرارة، وهنالك أيضا النظام الفرنسي، ونظام جاوس للقياس، وهذان النظامان يتفقان معا في استخدام مشتقات النظام الدولي للقياس عند قياس الكميات الصغيرة حيث يتخذ السنتيمتر وحدة أساسية لقياس الاطوال، والجرام وحدة أساسية لقياس الكتلة، والثانية وحدة أساسية لقياس الزمن ويسمى نظام (سنتمتر، جرام، ثانية) (سم، جم، ث) أو (Cm G S) كذلك يوجد أيضا النظام الإنجليزي للقياس ويسمى نظام(قدم، رطل، ثانية) وفيه يستخدم ( القدم) وحدة أساسية لقياس الطول، (والباوند) أو الرطل لقياس الكتل ( والثانية ) وحدة لقياس الزمن، و(الفهرنهيت) وحدة لقياس درجة الحرارة.

ماهي وحدات القياس
يحتاج الانسان الى قياس المقادير المختلفة والمتنوعة, وعمليات القياس المختلفة ليست عمليات ثابتة على مر الزمان , فقد تختلف اشكال وادوات القياس والطريقة التي يتم القياس بها بالاظافة الى ذلك فقد يختلف شيء اخرله علاقة بالقياس الا وهو وحدات القياس.
وحدة القياس هي الوحدة التي يتم بها تمييز القيمة او المقدار , فالمقدار لامعنى له دون ان يتم ذكر وحدته. فمثلا ان اراد شخصا ما ذكر طول شي ما – على سبيل المثال – وقال 100 وتوقف , لم يكن لهذا الرقم معنى واضح , اما ان قال 100 مترهنا يتضح الامر وتقرب الصورة في ذهن المستمع , لهذا السبب فالوحدات شيء اساسي ومهم جدا في عملية القياس . وحدات القياس ليست مختصة في مقدار معين بل تتضمن العديد من المقادير المختلفة والتي تهم الناس سواءفي الحياة العملية ام في الامور العلمية, فهناك وحدات لقياس الاطوال ووحدات لقياس المساحة ووحدات لقياس الاحجام ووحدات لقياس الطاقة ووحدات لقياس درجة الحرارة ووحدات لقياس الضغط بانواعه ووحدات لقياس الزمن وغير ذلك من الوحدات المختلفة.
ومن اشهر وحدات القياس هي المتر للطول والثانية للزمن والكيلو جرام للكتلة والامبير لشدة التيار الكهربائي والدرجة المؤية لدرجات الحرارة والشمعة لشدة الاضاءة وغير ذلك من الوحدات.
والجدول ادناه يبين رموز وحدات القياس :-









وفيما يلي تعريف كل من الوحدات الأساسية ولمحة تاريخية حولها:
1 - وحدة الطول
تعود أصول المتر إلى القرن الثامن عشر، فقد كانت هناك مقاربتان متنافستان لتعريف واحدة معيارية للطول. ترى إحداهما تعريف المتر على أنه طول نواس نصف دوره ثانية واحدة، في حين ترى الأخرى تعريف المتر على أنه جزء من عشرة ملايين من ربع طول محيط الأرض وفق خط الطول. وفي عام 1791 ـ بعد الثورة الفرنسية بفترة وجيزة ـ اختارت أكاديمية العلوم الفرنسية تعريف المتر المستند إلى خط الطول لأن قوة الثقالة تتغير تغيراً طفيفاً من منطقة إلى أخرى على سطح الأرض وهذا يؤثر في دور النواس.
وبهذه الصورة عُرّف المتر على أنه 10ـ7 (أي جزء من عشرة ملايين) من خط الطول المار من مدينة باريس من القطب إلى خط الاستواء. ولهذا الغرض أُجري بكل عناية قياس قوس من خط الطول الأرضي، واستغرقت هذه العملية عدة سنوات. لكن النموذج الأول الذي صنع تبين أنه أقصر بما يعادل 0.2 مليمتر لأن العلماء أخطؤوا في حساب تفلطح الأرض الناجم عن دورانها. ومع ذلك أصبح هذا الطول هو المعيار المعتمد. وفي عام 1889 صُنع نموذج جديد من سبيكة من البلاتين الحاوي على 10 في المئة من الإيريديوم، وتوجب قياسه عند درجة حرارة ذوبان الجليد. وفي عام 1927 عُرّف المتر بصورة أكثر دقة على أنه المسافة عند الدرجة صفر سلسيوس بين محوري خطين معلّمين على قضيب البلاتين-إيريديوم المحفوظ في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس BIPM في مدينة سيفر Sèvres قرب باريس، وأعلن المؤتمر العام للأوزان والمقاييس أن هذا هو نموذج المتر. وهذا القضيب الموجود تحت الضغط الجوي النظامي محمول على أسطوانتين قطر الواحدة منهما سنتيمتر واحد موضوعتين بصورة متناظرة على مستوٍ أفقي البعد بينهما 571 مليمتر.
لكن المؤتمر العام للأوزان والمقاييس المنعقد عام 1960 استبدل بتعريف المتر العائد إلى العام 1889 والمستند إلى النموذج الدولي المصنوع من سبيكة البلاتين ـ إيريديوم ـ توخياً لمزيد من الدقة وللاعتماد على عيار موجود في الطبيعة ويتصف بالديمومة ـ تعريفاً يستند إلى طول موجة الإشعاع الكهرومغناطيسي الأحمر اللون الذي تصدره ذرات النظير كريبتون 86 (x86Kr) لدى انتقالها بين الحالتين x2Px10 و x5dx5. وفي عام 1983 عاد المؤتمر العام واستبدل بهذا التعريف الأخير التعريفَ الآتي:
«المتر هو الطول الذي يقطعه الضوء في الخلاء في مدة زمنية تساوي 1/299792458 من الثانية».
من الواضح أنه ينتج من هذا التعريف تثبيت سرعة الضوء في الخلاء عند القيمة: 299792458 م/ثا.
أما النموذج الدولي الأصلي للمتر الذي أقره المؤتمر العام في سنة 1889 فلا يزال محفوظاً في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس في الشروط المحددة من ذلك العام.
أدوات قياس الاطوال :
يعتبر الشريط المتري هو اكثر ادوات القياس استخدما في العادة لقياس الاطوال ولكن هناك العديد من الادوات لقياس الاطول الصغيرة جدا بدقة ومن أهمها :
1 - القدمة الورنية المترية: The Metric vernier Calipers
للتعرف على تركيبها انظر الصورة ادناه، وفيها الطرف الاول يستخدم لقياس العمق، والفكان السفليان لقياس القطر الخارجي، والفكان العلويان لقياس القطر الداخلي.
وتعد القدمة الورنية من أفضل وأدق الأدوات لقياس سمك جسم، كما أنها تستخدم القطر الداخلي والخارجي لجسم اسطواني مجوف وقياس عمقه أيضا وتبلغ دقة القياس لأقرب 0,1مم.







2 - الميكروميتر (المقياس الحلزوني الدقيق ) : The Meteric Micrometer Screw Gauge
وهو أداة دقيقة جدا وتعطي قراءات لأقرب 0,001 مم وتوجد منه أنواع كثيرة منها ما يستخدم في المختبرات والمعامل المدرسية ويبلغ تدريجه من ( صفر —25مم) ، ويستخدم لقياس الاطوال التي تتراوح بين هذا المعدل مثل سمك ورقة كتاب أو قطر سلك.








وحدة الكتلة
كانت الوحـدة التي اختارها الفرنسيون للكتلة هي الجرام (g) الذي عُرِّف بأنه كتلة سنتيمتر مكعب من الماء المقطر عند الدرجـة 4 سلسيوس. واختيرت درجة الحرارة هذه لأنها الدرجة التي تكون عندها كثافة الماء عظمى. وفي عام 1889 أقر المؤتمر العام الأول للأوزان والمقاييس النموذج الدولي للكيلوجرام المصنوع من سبيكة البلاتين ـ إيريديوم، ولم يعد يُستخدم الماء مرجعاً لوحدة الكتلة. وأعلن المؤتمر العام الثالث عام 1901ـ في إشارة منه لوضع حد للالتباس الشائع بين الكتلة والوزن ـ التعريف الآتي للكيلوجرام:
``الكيلوجرام هو وحدة الكتلة ويساوي كتلة النموذج الدولي للكيلوجرام``.
1 - الميزان الحساس ذو الكفتين :
سبق لك دراسة هذا النوع من الموازين، وهو يعين الكتل الصغيرة جدا مثل كتل المواد الكيمياوية في التجارب العملية، والمجوهرات، وغيرها، ويعين القياس إلى أجزاء الجرام (المللي جرام) ويحفظ هذا الميزان في دولاب زجاجي لحاميته فهو يتأثر بالهواء والغبار ودرجة الحرارة، كما أن القطع التي تستخدم لتعيين الكتل لا تمسك باليد وإنما بواسطة ملقط صغير لضمان دقة القياس. (الشكل أ في الصورة ادناه)
2 - الميزان الالكتروني :
وهو أداة حديثة وأكثر دقة للقياس، حيث توضع المادة المراد قياسها علي كفة الميزان ثم تظهر القراءة الدالة على مقدار الكتلة على شاشة الكترونية صغيرة ويستخدم فى المعامل المدرسية والمختبرات الطبية ومحلات المجوهرات. الشكل (ب) في الصورة ادناه .






وحدة الزمن
كانت وحدة الزمن، الثانية، أصلاً معرّفة على أنها 1/86400 من اليوم الشمسي الوسطي. وتُرك التعريف الدقيق «لليوم الشمسي الوسطي» للنظريات الفلكية. لكن القياسات بينت أن النظرية لا يمكنها أن تأخذ بالحسبان وجود عدم الانتظام في دوران الشمس بسبب فعل المد والجزر. ولذلك فإن هذا التعريف لا يوفر الدقة المطلوبة. ولتعريف وحدة الزمن بدقة أكبر تبنى المؤتمر العام الحادي عشر للأوزان والمقاييس عام 1960 التعريف الذي صاغه الاتحاد الفلكي الدولي الذي يستند إلى السنة الشمسية: ووفق هذا التعريف فإن الثانية هي الجزء 1/31556925975 من مدة السنة الشمسية. 1900ولضرورة وجود تعريف دقيق جداً لوحدة الزمن في جملة الوحدات الدولية فقد قرر المؤتمر العام الثالث عشر عام 1967 استبدال التعريف الآتي للثانية بالتعريف السابق:
الثانية هي مدة 9192631770 دوراً من أدوار الإشعاع الناتج من الانتقال بين مستويي البنية الدقيقة للحالة الأساسية لذرة السيزيوم - 133 في حالتها الدنيا عند الدرجة صفر سلسيوس
ادوات قياس الزمن :
لقد علمت أن الثانية هي الوحدة الأساسية لقياس الزمن ومعروف أن كل (60) ثانية = دقيقة وكل (60) دقيقة = ساعة وكل (24) ساعة = يوما واحدا.

وفي المختبرات والمعامل العلمية وفي السباقات الرياضية تستخدم أنواع معينة من الساعات تسمى (ساعة إيقاف) (Stop Watch ) لقياس أجزاء الثانية، وفي الساعة الرقمية يتم قياس الزمن إلى 0,01 من الثانية، كما تعد الساعة الالكترونية أدق أنواع الساعات للقياسات الدقيقة، وهناك أنواع منها توجد بها وظيفة ساعة آلإيقاف.



المادة المعروضة اعلاه هي مدخل الى المحاضرة المرفوعة بواسطة استاذ(ة) المادة . وقد تبدو لك غير متكاملة . حيث يضع استاذ المادة في بعض الاحيان فقط الجزء الاول من المحاضرة من اجل الاطلاع على ما ستقوم بتحميله لاحقا . في نظام التعليم الالكتروني نوفر هذه الخدمة لكي نبقيك على اطلاع حول محتوى الملف الذي ستقوم بتحميله .
download lecture file topic