3. По отношению к процессу измерения:

‑ активные и пассивные;

‑ аддитивные и интенсивные.

Активные – величины, которые могут быть преобразованы в сигналы измерительной информации без вспомогательных источников энергии (например: ЭДС, сила тяжести и т. д.).

Пассивные – величины, которые при измерении требуют использования источника энергии и преобразования в активные величины (например: сопротивление, индуктивность, емкость и т. д.).

Аддитивные – величины, к которым применимы операции суммирования и вычитания (например: масса, длина, ЭДС, заряд и т. д.).

Интенсивные (неаддитивные) – величины, к которым не применимы операции суммирования и вычитания (например: температура, удельная электропроводность, диэлектрическая проницаемость и т. д.).

Физические законы, связывающие между собой физические величины имеют вид математических уравнений. Для установления и записи количественных соотношений (законов), связывающих различные физические величины, необходимо иметь возможность измерять различные физические величины, кроме их определения указать способ измерения и единицы измерения.

Единица определенной физической величины представляет собой значение данной величины, которое по определению считается равным 1.1

Операция, с помощью которой мы узнаем числовое значение той или иной величины для данного объекта, представляет собой измерение этой величины. Измерить какую-либо физическую величину означает сравнить ее с величиной того же вида, принятой за единицу. Таким образом, при измерении физической величины ее значение сравнивают с единицей измерения. Число, которое получается при измерениях, называют численным значением физической величины.

Повседневно нам приходится иметь дело с всевозможными измерениями. Измерения таких величин, как длина, площадь, объем, время, масса известны человеку с незапамятных времен и встречаются на каждом шагу.

Особенно велико значение измерений в технике и научных исследованиях. Такие науки как физика, механика стали называться точными именно потому, что благодаря измерениям они получили возможность устанавливать точные количественные отношения, выражающие объективные законы природы.

Нередко результат измерений, произведенный в том или ином научном опыте, давал решающий ответ на принципиальный вопрос, поставленный наукой, позволял сделать выбор между различными теориями, а подчас приводил к возникновению новой теории или даже новой отрасли науки, так, измерение скорости распространения света в различных средах способствовало утверждению волновой теории света. Измерение отклонения катодных лучей в магнитном и электрическом полях привело к открытию электрона²; измерение распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела послужило причиной зарождения теории квантов.

Огромное разнообразие явлений, с которыми приходится встречаться в технике и научных исследований, делает широким круг величин, подлежащих измерений. Разнообразны также и методы измерений. Простые измерительные линейки и сложные оптические приборы служат для измерения длины; магнитоэлектрические, электромагнитные и тепловые приборы измеряют напряжение и силу тока; манометры различных типов измеряют давление. Однако независимо от применяемого способа всякое измерение любой физической величины сводится к экспериментальному определению отношения данной величины к другой подобной величине, принятой за единицу.

Способ измерения ‑ это указание экспериментальных действий, которые необходимо выполнить, чтобы сравнить значение величины с единицей измерения и получить численное значение величины.

Так как само понятие «больше» ‑ «меньше» применимо лишь к однородным величинам, очевидно, что и сравнивать можно только однородные величины.

Для того чтобы измерение имело однозначный характер, необходимо, чтобы отношение двух однородных величин не зависело от того, какой единицей измерены эти величины. Подавляющее большинство физических величин удовлетворяет этому условию, которое обычно называют условием абсолютного значения относительного количества.

Встречаются, однако, такие свойства, которые не удается охарактеризовать величиной, удовлетворяющей этому требованию. В этих случаях вводят некоторые условные числовые характеристики, которые уже нельзя рассматривать как единицы. С развитием измерительной техники иногда возникает возможность замены таких условных характеристик «настоящими» единицами. Так, например, для определения скорости ветра раньше служила условная шкала «силы ветра» Бофорта, которую затем заменили измерениями скорости ветра в метрах за секунду. В настоящее время каждому баллу шкалы Бофорта приведен в соответствие численный интервал силы ветра. К числу таких условных величин относится и твердость материалов, для сравнения которой существуют различные шкалы, между которыми нет вполне однозначного соответствия. Хотя эти условные числовые характеристики физических свойств, строго говоря, и не являются единицами, они позволяют производить качественное сравнение величин, что в ряде случаев достаточно удовлетворительно для практических целей.

Вопрос о том, как определить единицу измеряемой величины, вообще говоря, может быть решен произвольно: история знает громадное число единиц, в особенности для массы, длины и объема, это разнообразие единиц сохранилось, в некоторой степени и до наших дней.

Наличие большого числа разнообразных единиц создавало определенные трудности, в частности при обмене результатами научных исследований. Вследствие этого учены различных стран пытались установить общие единицы, которые действовали бы во всех странах. При этом, разумеется не ставилась задача для каждой величины установить одну единственную единицу. Поскольку на практике приходилось встречаться с большими и малыми значениями измеряемых величин, целесообразно было иметь соответственно единицы различного размера – крупные и мелкие, с тем условием, чтобы переход от одних единиц к другим осуществлялся возможно более просто. Такими единицами стали единицы метрической системы мер, созданной в эпоху Великой Французской революции.

С середины XIX века метрическая система стала широко применяться, была узаконена почти во всех странах и легла в основу построения единиц, служащих для измерения различных величин в физике и смежных науках. Отличительным свойством метрической, или, как ее называют, десятичной системы мер является то, что разные единицы одной и той же величины относятся друг к другу как целые (положительные или отрицательные) степени десяти.

То обстоятельство, что для измерения одной и той е величины применяется несколько единиц, требует умения переходить от одних единиц к другим. Иначе говоря, нужно уметь определять число, выражающее данную величину одной единицей, если известно число, выражающее ее другой. Если величина А, будучи измеренной единицей α₁, дает число а₁, то можно написать

А/α_{1 =} а_1.

Если при измерении той же величины А единицей α₂ мы получим число а₂, то соответственно

А/α₂₌ а_2.

или же

А = α_1·а₁ = α_2·а_2.

Сравнивая эти выражения, можно записать

а_1/а₂ = α_2/α_1.

Эта формула выражает хорошо известное положение, что числовое значение физической величины и ее единица находятся в обратном отношении, то есть, во сколько раз крупнее единица данной величины, во столько раз меньше число, которым эта единица выражается (100 см = 10 дм = 1 м).

Для каждой физической величины можно было бы установить ее единицу произвольно, независимо от других. Однако оказывается, что можно ограничиться произвольным выбором единиц для нескольких (минимум трех) в принципе любых величин, принятых за основные, это такие величины, которые не сводятся одна к другой. Единицы всех прочих величин можно установить с помощью основных, воспользовавшись для этой цели физическими законами, связывающими соответствующую величину с основными величинами или с величинами, для которых единицы уже установлены подобным образом.

Ранее большинство единиц устанавливалось, как правило, совершенно независимо друг от друга. Исключение в ряде случаев составляли лишь единицы длины, площади и объема. Наоборот, основной особенностью современных единиц является как раз то, что между единицами разных величин устанавливаются зависимости на основе законов и определений, которыми связаны между собой измеряемые величины. Таким образом, из нескольких условно выбираемых так называемых основных единиц строятся производные единицы.