量的单位和数值
在同类量中,如选出某一特定的量作为一个称为单位的参考量,则这一类量中的任何其他量都可用这个单位与一个数的乘积表示,这个数就称为该量的数值。例如:钠的一条谱线的波长为 λ =5.896×10 −7 m,其中 λ 是波长这一量的符号,m是“长度”单位“米”的符号,而5.896×10 −7 则是以米(m)为单位时这一波长的数值。
按量和单位的正规表达方式,二者之间的关系可以表示为
A ={ A }·[ A ]。
式中, A 为某一量的符号,{ A }是以单位[ A ]表示量 A 的数值,[ A ]为某一单位的符号。对于矢量和张量,其分量亦可按上述方式表示。
当选取不同的单位时,数值会发生变化,而量的符号不发生变化。例如:将某一量用另一单位表示,而此单位等于原来单位的 k 倍,则新的数值等于原来数值的1/ k 倍。这就表明作为数值和单位乘积的量与单位的选择无关,即当选取不同的单位表达量时,量的大小(即量值)本身不变,也即选择不同的单位时,只会改变与之相关的数值,而不会影响量值的大小。例如:把波长的单位由m改成nm,即为原单位m的10 −9 倍,使量的数值等于用m表示时的10 9 倍,于是表示为 λ =5.896×10 −7 m=5.896×10 −7 ×10 9 nm=589.6 nm。
量的方程式
量与量之间可建立某种数学关系(如加、减、乘或除)而形成方程式。两个或两个以上的量,只要都属于可以相比较的同类量,就可相加或相减,一个量可按代数法则与另外的量相乘或相除。科学技术中所用的方程式分为两类:一类是量方程式,其中用量符号代表量值(即数值×单位);另一类是数值方程式。数值方程式与所选用的单位有关,而量方程式的优点是与所选用的单位无关,因此应该优先采用量方程式。例如:式 v = l / t ( v 表示速度, l 表示长度, t 表示时间)为量方程式,此方程式与所选用的单位无关;如果分别用“km/h”“m”和“s”作为速度、长度和时间的单位,则可导出数值方程式{ v } km/h =3.6{ l } m /{ t } s ,在此方程式中出现的数字“3.6”是由所选择的特定单位造成的,如果作另外的选择,此数字即随之改变。如果在此方程式中删去表明单位符号的下标,则得{ v }=3.6{ l }/{ t },这是一个不再与所选单位无关的方程式,故不宜使用。如果采用数值方程式,则在文中相应位置必须注明单位。
量的量纲
任一量 Q 可用其他量以方程式的形式表示,这一表达形式可以是若干项的和,而每一项又可表示为所选定的一组基本量 A , B , C ,…的乘方之积,有时还乘以数字因数 ζ ,即 ζ A α B β C γ …,而各项的基本量组的指数( α , β , γ ,…)则相同。于是量 Q 的量纲可以表示为量纲积:
dim Q =A α B β C γ …
式中,A, B, C,…表示基本量 A , B , C ,…的量纲,而 α , β , γ ,…则称为量纲指数。
在以7个基本量(包括长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量和发光强度)为基础的量制中,其基本量的量纲可分别用L, M, T, I,Θ,N, J表示,则量 Q 的量纲一般为
dim Q =L α M β T γ I δ Θ ε N ζ J η 。
例如:功的量纲可表示为dim W =L 2 M T −2 ,其量纲指数为2,1,-2。