บทท 1ระบบหนวยและมาตรฐานการวด
(System of Units and Standard of Measurement)
หวขอ• ระบบหนวยของการวด1
• ระบบมาตรฐานนานาชาตหรอระบบสากล2
• มาตรฐานของการวด3
• มาตรฐานเวลาและความถ 4
• มาตรฐานทางไฟฟา 5• มาตรฐานของอณหภมและความเขมของแสงสวาง
6
ปรมาณ หนวย สญลกษณ
ความหนาแนน ความเรงแรงดนแรงปรมาตร
lb/ft3
ft/s2
lb/ft2
lbsft3
L-3MML-2
L-2MLML-2
L-3
ตารางแสดงตวอยางหนวยพนฐานของระบบองกฤษ
1.1 ระบบหนวยของการวด (Systems of Units Measurement ) ระบบองกฤษ (British Systems) เปนระบบทเกดขนเปน
เวลานานเพอใชในทางคาขายมหนวยพนฐานส าหรบ ความยาว , มวล และ เวลา คอ ฟต (ft) , ปอนด (lb) และวนาท (s) โดยเรมจากหนวยพนฐาน คอ ฟต ปอนด และ วนาท
ระบบเมทรก ในป 1790 รฐบาลฝรงเศสไดสนบสนนใหมการศกษาคนควาและจดตงระบบเพอใชแทนระบบมาตราชงตวงวดใหมมาตรฐานเปนทยอมรบและใชรวมกนโดย ก าหนดพนฐานไว 3 ประการคอ 1. เปนระบบของการชง,ตวง ใชไดทวโลก โดยไมขนกบการเอาบคคลมาเปนมาตรฐานควรจะขนอยกบการวดทแนนอนจากธรรมชาต 2. หนวยอนๆ ทกหนวยควรจะสบทอดมาจากหนวยพนฐานทง 3 คอ ความยาว,มวล,และ เวลา ซงก าหนดหนวยเปน เมตร กรม และ วนาท ตามล าดบ 3. ตงระบบการเขยนแทน ซงน ามาใชจนถงปจจบนน แสดงไวใน ตารางท 1.1 คอ ค าทใชเตมหนาหนวยในกรณทเปนทศนยม หรอ ยกก าลงลบ
ชอ สญลกษณ เลขยกก าลง
เทระ(tera) T 1012
จกะ giga G 109
เมกะ mege M 106
กโล (kiko) k 103
เฮกโต(hecto) h 102
เดคา(deca) da 10เดซ(deci) d 10-1
เซนต(centi) c 10-2
มลล (milli) m 10-3
ไมโคร(micro) 10-6
นาโน(nano) n 10-9
พโก(pico) p 10-12
เฟมโต(femto) f 10-15
อตโต(atto) a 10-18
ตารางท 1.1 แสดงเลขฐานสบยกก าลง
หนวยพนฐานปฐม1. ความยาว หนวยเปน เมตร (m)
ความยาว 1 เมตร คอ ความยาวทเทากบ 1,650,763.73 เทาของความยาวคลนในสญญากาศของการแผรงส เนองจากการเปลยนระดบระหวางชน 2P10 และ 5d5 ของอะตอมของครสตน - 86 ถกกระตนท triple point ของไนโตรเจนทอณหภม 63.15 เคลวน
1.2 ระบบมาตรฐานนานาชาตหรอระบบสากล (International System of Units) ในระบบ SI จะก าหนดหนวยพนฐาน (fundamental unit) ออกเปนก. หนวยพนฐานปฐม ( Primary Fundamental Unit)ข. หนวยพนฐานเสรม ( Supplementary Fundamental Unit)
3. เวลา หนวยเปนวนาท ( s )เวลา 1 วนาท เทากบชวงเวลา 9,192,631,770 เทาของคาบ ( period) การแผ
รงสเนองจากการเปลยนระดบระหวาง 2 ระดบทละเอยดมากๆ ( hyperfine) ของ ground state ของอะตอมของซเซยม -133
3.กระแสไฟฟา หนวยเปนแอมปแปร (A)กระแส 1 แอมป คอ คากระแสทเมอคงอยในลวดตวน าทมความยาวเปน
อนนต มพนทหนาตดเลกมากจนไมตองน ามาคดได และวางขนานกนโดยหางจากกน 1 เมตร ในสญญากาศจะท าใหเกดแรงระหวางตวน าเทากบ 2x10-7 นวตนตอเมตร
หนวยพนฐานเสรม1. มมระบบ (plane angle) หนวยเปนเรเดยนมม 1 เรเดยน คอ มมทจด
ศนยกลางของวงกลมทรองรบดวยสวนโคงของวงกลมทยาวเทากบรศมของวงกลมนน2. มมตน (solid angle) หนวยเปนสเตอเรเดยน ( sr ) มม1เตอเรเดยน คอ
มมทวดทจดศนยกลางของทรงกลม โดยปดพนผวของทรงกลม มพนทเทากบก าลงสองของรศมทรงกลมนน เปนตน
3212
3123
3
/154.2
1
1
6.453/1062.3
1062.312
15.65
cmgcm
in
lb
ginlb
inlbin
ft
ft
lb
การเปลยนหนวย ( Conversion of Unit ) บอยครงทจ าเปนตองเปลยนปรมาณทางฟสกสจากระบบหนงไปสระบบอน สงทควรจะเขาใจกคอ Dimensional Formular Prefix รวมถงความสมพนธของปรมาณในระบบตางๆ เชน ก าหนดความหนาแนนของน าเปน 62.5 lb/ft3 ถาตองการคาในหนวยlb/in และ g/cm3 จะมคา
การเปลยนหนวยจากระบบองกฤษเปนระบบ SI
ตวอยางท 1 พนทของหองเรยนขนาด 30 ฟต x 24 ฟต ซงเปนหนวยในระบบองกฤษ ตองการทราบพนท ในหนวย SI วาเปนเทาไร
วธท า พนท
ดงนน 289.66
3152.7440.9
3152.7
24)1/30348.0
1440.9
30)1/3048.0(
m
mm
m
ftftm
m
ftftm
ft
ft
24
20
ตวอยางท 2 ความเรวของแสงในอวกาศอสระมคา 2.997925 × 10 8 m/s ตองการทราบความเรวแสงเปน km/hr
วธท า )1/3600()10/1(/10997925.2 38 hrmkmsmc
hrkm/1079.10 8
1.3 มาตรฐานของการวด (Standard of Measurement)มาตรฐานของการวดเปนการแสดงหนวยการวดทางฟสกส หนวยนจะ
เปนการอางองโดยการก าหนด มาตรฐานของวตถ หรอปรากฏการณธรรมชาตควบคกบคาคงทของอะตอม ตวอยางเชน หนวยพนฐาน ของมวลในระบบสากล (SI) คอ กโลกรม (Kilogram) ซงหมายถง มวล 1 ลกบาศกเดซเมตร (Cubic decimeter)
การแบงชนดของหนวยมาตรฐานสามารถแบงตามหนาทและการประยกตไดเปน 4 มาตรฐานหลกไดแกก. มาตรฐานสากล ( International Standard )ข. มาตรฐานปฐมภม หรอมาตรฐานขนตน ( Primary or Basic Standards )ค. มาตรฐานทตยภม หรอมาตรฐานขนท 2 ( Secondary standards)ง. มาตรฐานใชงาน ( Working standards)
ก. มาตรฐานสากล ( International Standard เปนมาตรฐานทก าหนดขนจากการตกลงระหวางนานาชาต โดยการแทน
หนวยของการวดคาวดใหใกลเคยง และเทยงตรงทสดเทาทเทคโนโลยในการผลตและการวดจะเอออ านวยให มาตรฐานสากลนจะถกตรวจและทดสอบคาอยางสม าเสมอ โดยการวดแบบสมบรณ ( Absolute measurements )
ตารางแสดงตวอยางหนวยพนฐานของระบบ SI
ปรมาณ หนวย สญลกษณ
ความยาว ( length )มวล ( mass )เวลา ( time )กระแสไฟฟา ( electric current )
เมตร ( meter )กโลกรม( kilogram )วนาท ( second )
แอมปแปร(ampere)
mKgsA
ข. มาตรฐานปฐมภม หรอมาตรฐานขนตน ( Primary or Basic Standards ) เปนมาตรฐานทถกเกบรกษาไวในหองปฏบตการมาตรฐานแหงชาตในสวนตางๆ ของโลก โลก เชน หองปฏบตการทางฟสกสแหงชาต ( National Physical Laboratory หรอ NPL ) ในสหราชอาณาจกรซงเกาแกทสดในโลก มาตรฐานขนตนนจะถกใชในการแทนหนวยพนฐานและหนวยตอเนอง ในหนวยทางเครองกลและหนวยทางไฟฟาจะขนอยกบการปรบแตงโดยการวดแบบสมบรณทหองปฏบตการแหงชาตแตละแหงผลของการวดคาจะน าไปเปรยบเทยบกบคาอน ๆ อก
ค. มาตรฐานทตยภม หรอมาตรฐานขนท 2 ( Secondary standards)ใชการอางองจากมาตรฐานปฐมภม โดยน าไปใชในหองปฏบตการการวด
ในทางอตสาหกรรม มาตรฐานทตยภมน จะถกเกบรกษาไวในหองปฏบตการของโรงงานอตสาหกรรมแตละแหง และจะถกตรวจสอบอกครงหนงดวยมาตรฐานปฐมภมในบรเวณนน ผลการตรวจสอบและปรบแตงของมาตรฐานทตยภม ทงหมดจะอาศยหองปฏบตการในโรงงานอตสาหกรรมของตวเอง
ง. มาตรฐานใชงาน ( Working standards)เปนมาตรฐานทใชในเครองมอทวไปของการวดคาในหองปฏบตการ เพอ
ใชในการตรวจสอบและปรบแตงเครองมอในหองปฏบตการทวไป ส าหรบแสดงหรอเปรยบเทยบคาความเทยงตรงของการวดในการใชงานทางอสาหกรรม ถอวาเปนมาตรฐานใชงานในการควบคมคณภาพของ การผลตและตรวจสอบอปกรณทผลตขนมา
1.4 มาตรฐานเวลาและความถ (Time and Frequency Standards )การคนควาหนวยเวลาสากลท าใหนกดาราศาสตร นยาม หนวยของเวลาเปน
ephemeris time (ET) มพนฐานมาจากการเคลอนทของดวงจนทรรอบโลก มขอเสยทยงไมใชการวดโดยตรง อยางไรกตาม วนาทสากลและ ephemeris second ยงใชในการเดนเรอท าการส ารวจแผนทโลกอยในปจจบน
ส าหรบการวดหนวยของเวลาทางฟสกส จะถกนยามในเทอม มาตรฐานทางอะตอม ซงมความเทยงตรงสงกวาทไดรบจากการวดทางดาราศาสตรมาก คาทไดจะสม าเสมอและสะดวกในการใชเปนคาอางอง
1.5 มาตรฐานทางไฟฟา ( Electrical Standards)จะกลาวถงมาตรฐานทใชงานทางดานไฟฟา ทงคาปรมาณและอปกรณท
เกยวของ แบงออกเปน 5 มาตรฐาน 1. แอมปแปรสมบรณ ( Absolute Ampere )2. มาตรฐานแรงดนไฟฟา ( Voltage Standard ) 3. มาตรฐานความตานทาน ( Resistance Standard )4. มาตรฐานความจ ( Capacitance Standard )5. มาตรฐานความเหนยวน า (Inductance Standard)
1. แอมปแปรสมบรณ (Absolute ampere) หนวยของระบบสากลใหนยามค าวา แอมปแปร (เปนหนวยพนฐานของ
กระแสไฟฟา) คอ คากระแสคงททถกสงผานเขาไปในตวน า 2 เสนทตอขนานกนและวางหางกน 1 เมตร มความยาวของลวดตวน าเปนอนนต ถกวางในสญญากาศจะท าใหเกดแรงระหวางตวน าทงสองเทากบ2X10-7 นวตนตอเมตร (N/m) ถอวาเปนการวดแบบสมบรณเบองตน เปนการวดทคอนขางหยาบ ไมเหมาะใชเปนมาตรฐานในหองปฏบตการ
ดงนนแอมปแปรสมบรณ (Absolute ampere) จงถกนยามใหมโดยอาศยความ
สมดลของกระแส ทปอนผานเขาไปในขดลวดทง 2 ชดท าใหเกดแรงระหวางกนและกนขน น าคาดงกลาวมาค านวณโดยใชทฤษฎ พนฐาน ของสนามแมเหลกไฟฟาและการค านวณทางดานเรขาคณต โดยใชเสนผานศนยกลางของขดลวดวงกลม แอมปแปรสมบรณในนยามใหมนในปจจบนไดถกก าหนดเปนหนวยพนฐานของกระแสไฟฟาในระบบสากล และเปนทยอมรบของนานาชาต
2. มาตรฐานแรงดนไฟฟา ( Voltage Standard ) เวสตนเซลล ( Weston cell ) เปนเซลลทเปนตวก าหนดแรงดนมาตรฐาน
ปฐมภม โครงสรางของเวสตนเซลลประกอบดวยปรอทเปนขวบวก และปรอทผสมแคดเมยม (แคดเมยม 10 % ) เปนขวลบ มสารละลายของแคดเมยมซลเฟตเปนอเลกโทรไลต ทงหมดถกบรรจอยในขวดแกวรปตว H ดงรป
เวสตนเซลลชนดอมตว เวสตนเซลลชนดไมอมตว
เวสตนเซลลม 2 ชนด คอ ก. เวสตนเซลลชนดอมตว ( Saturated Weston cell ) เปนเซลลไฟฟาทสารละลายอเลคโทรไลตจะอมตวในทก ๆ อณหภม ข. เวสตนเซลลชนดไมอมตว ( Unsaturated weston cell ) เปนเซลลไฟฟาทสารละลายอเลกโทรไลตจะอมตวทอณหภม 4 องศาเซลเซยส
โครงสรางภายในและรปจรงของตวตานทานมาตรฐาน
3. มาตรฐานความตานทาน ( Resistance Standard )ตวตานทานมาตรฐานถกสรางขนเปนขดลวด โดยใชลวดพวกแมงกานน
(manganin) ซงจะมความตานทานจ าเพาะทางไฟฟาสง (high electrical resistivity) และมสมประสทธความตานทานตออณหภมต า
ถงแมวาความตานทานของเสนลวดจะมคาเกอบคงทตลอดยานอณหภมกวางๆ แตกมคาความเปลยนแปลงบาง ดงนนคาความตานทานทอณหภมใดๆ สามารถค านวณไดจากสมการตอไปน
เมอ
คอ ความตานทานทอณภมหองคอ ความตานทานท 25 องศาเซลเซยสคอ สมประสทธของอณหภมเทากบ คอ สมประสทธของอณหภมมคาอยในชวงเทากบ และ
2
25)25()25( ttRR
ct
c
t
R
R
25
61010
7103 7106
4. มาตรฐานความจ ( Capacitance Standard )ผลตจากการวางแผนโลหะ 2 แผนไวใกลกน มอากาศเปนฉนวนพนทและ
ระยะหางระหวางแผนโลหะทง 2 ซงจะตองทราบคาทถกตองแนนอนคาความจของมาตรฐานใชงาน ถาใชฉนวนเปนอากาศจะมคาความจต า และถา
ใชฉนวนเปนวสดแขงจะมคาความจสง ตวเกบปะจเงนแบบไมกาจะเปนตวเกบปะจทดมากในมาตรฐานใชงาน ซงมความคงทและมคาการสญเสยของฉนวนต า มผลตอการเปลยนแปลงคาตามอณหภมต า อายการใชงานจะมผลเลกนอยหรอไมมผลตอความผดพลาด
ตวเกบประจมาตรฐานทผลตขนมาใชงานและวงจรภายใน
(ก) ชนดคาคงท
(ข) ชนดปรบคาแบบดเคด
5. มาตรฐานความเหนยวน า (Inductance Standard)มาตรฐานความเหนยวน าปฐมภมไดจากความสมพนธระหวางโอหมและฟา
รด โดยทไมไดใชรปทรงทางกายภาพทน ามาผลตตวเหนยวน า มาตรฐานใชงานของคาความเหนยวน าทผลตขนมาใชงานมมากมายหลายคา
ทงแบบคงทและแบบปรบเปลยนคาได ชนดคงทจะมคาความเหนยวน ามาตรฐานประมาณ 100 ไมโครเฮนร ถง 10 เฮนร ปรบเปลยนคาไดมคาความเหนยวน าประมาณ 0 ถง 200 มลลเฮนร
ขดลวดทถกผลตขนมาใชงานในหองปฏบตการ
1.6 มาตรฐานของอณหภมและความเขมของแสงสวาง (Standards of Temperature and Luminous Intensity)
มาตรฐานปฐมภมของเครองวดอณหภม เปน ความตานทานของ platinum ซงมการสรางพเศษ สวนมาตรฐานปฐมภมความเขมของแสงสวาง เปนการแผรงสเตมท (black body or planckian radiator ) ทอณหภมของ solidification ของ platinum ( 2,042 K ) หนวย เคนเดลลา (candela) มนยามเปน 1/60 ของความเขมแสงสวางตอตารางเซนตเมตรทการแผรงสเตมท
มาตรฐานทตยภมของความเขมแสงสวาง คอ หลอดไสทงสะเตน ท างานทอณหภมจะปลอยพลงออกมาไดจนถงมาตรฐาน ซงมาตรฐานทตยภมจะตองไดรบการปรบเทยบกบมาตรฐานพนฐานทชวงเวลานน ๆ ดวย
จบบทท 1ค าถาม
บทท 6บรดจ ( Bridge )
Top Related