Jednostki miary
Do dziś w technice stosowane są liczne układy jednostek miar, takie jak układ CGS, wykorzystywany głównie w publikacjach o charakterze stricte naukowym, układ techniczny, czyli MKS, układ anglosaski itp. Poniższe tabele przedstawiają podstawowe, pomocnicze i pochodne wielkości Międzynarodowego Układu Miar (SI) oraz współczynniki konwersji najczęściej używanych jednostek miar.
Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (SI)
Grandezza | Unità | Simbolo |
---|---|---|
lunghezza | metro | m |
massa | kilogrammo | kg |
intervallo di tempo | secondo | kg |
corrente elettrica | ampere | A |
temperatura | grado kelvin | K |
luminosità | candela | cd |
quantità di materiale | mole | mol |
Grandezza | Unità | Simbolo |
---|---|---|
angolo piano | radiante | rad |
angolo solido | steradiante | sr |
Note:
gradi centigradi [°C] = gradi Kelvin [K] – 273,15
gradi Fahrenheit [°F] = (9/5 * °C) + 32
Grandezza | Unità | Simbolo | Formula |
---|---|---|---|
frequenza (di un fenomeno periodico) | hertz | Hz | 1/s |
forza | newton | N | (kg×m)/s2 |
pressione | pascal | Pa | N/m2 |
energia, lavoro, quantità di calore | joule | J | Nxm |
potenza | watt | W | J/s |
quantità di elettricità, carica elettrica | coulomb | C | Axs |
potenziale elettrico, forza elettromotrice, differenza di potenziale | volt | V | W/A |
capacitanza | farad | F | C/V |
resistenza elettrica | ohm | W | V/A |
conduttanza | siemens | S | A/V |
flusso magnetico | weber | Wb | Vxs |
densità del flusso magnetico | tesla | T | Wb/m2 |
induttanza | henry | H | Wb/A |
flusso luminoso | lumen | Lm | cdxsr |
illuminanza | lux | Lx | lm/m2 |
attività (di sostanze radioattive) | becquerel | Bq | 1/s |
dose assorbita | gray | Gy | J/kg |
Note
1 caloria = 4,184 joule
Fattore moltiplicativo (=notazione scientifica) | Prefisso | SIMBOLO |
---|---|---|
1 000 000 000 000 000 000 000 000= 10(24) | Yotta | Y |
1 000 000 000 000 000 000 000= 10(21) | Zetta | Z |
1 000 000 000 000 000 000= 10(18) | Exa | E |
1 000 000 000 000 000= 10(15) | Peta | P |
1 000 000 000 000= 10(12) | Tera | T |
1 000 000 000= 10(9) | Giga | G |
1 000 000= 10(6) | Mega | M |
1 000= 10(3) | Kilo | K |
100= 10(2) | Hecto | H |
10= 10(1) | Deka | Da |
0.1= 10(-1) | Deci | D |
0.01= 10(-2) | Centi | C |
0.001= 10(-3) | Milli | M |
0.000 001= 10(-6) | Micro | m |
0.000 000 001= 10(-9) | Nano | N |
0.000 000 000 001= 10(-12 | Pico | P |
0.000 000 000 000 001= 10(-15) | Femto | F |
0.000 000 000 000 000 001= 10(-18) | Atto | A |
0.000 000 000 000 000 000 001= 10(-21) | Zepto | Z |
0.000 000 000 000 000 000 000 001= 10(-24) | Yocto | Y |
Note
In occasione della 11a Conférence Générale des Poids et Mésures (CGPM) del 1960, venne adottata la prima serie dei prefissi e simboli dei multipli e sottomultipli decimali delle unità del Sistema Internazionale.
I prefissi 10-15 e 10-18 sono stati inseriti nel 1964 dalla 12a CGPM.
I prefissi 1015 e 1018 nel 1975 dalla 15a CGPM.
I prefissi 1021, 1024, 10-21 e 10-24, proposti nel 1990 dal CIPM, sono stati poi approvati nel 1991 dalla 19a CGPM.
Regole di scrittura delle unità di misura del SI
Układ SI kodyfikuje zasady zapisu nazw i symboli wielkości fizycznych. Oto najważniejsze zasady:
nazwy jednostek należy zawsze pisać małymi literami, bez akcentów lub innych znaków graficznych.
Przykład: amper, a nie Ampère.
Nazwy jednostek miar odmienia się według zasad deklinacji polskiej. Nazwy jednostek miar pochodzenia obcojęzycznego pisze się fonetycznie lub spolszczone, np.: niuton, kelwin, wat, kiur, dżul.
Przykład: 3 bary, nie 3 bar.
I simboli delle unità di misura vanno scritti con l’iniziale minuscola, tranne quelli derivanti da nomi propri.
Esempio: mol per la mole, K per il kelvin.
Symbole jednostek powinny być pisane małymi literami; wyjątkiem są symbole pochodzące od nazw własnych.
Przykład: mol dla mola, K dla kelwina.
Po symbolach nie piszemy kropki (chyba że jest to kropka na końcu zdania).
symbole muszą zawsze występować po wartościach liczbowych.
Przykład: 1 kg, a nie kg 1.
Iloczyn dwóch lub kilku jednostek powinien być oznaczony kropką w połowie wysokości lub małym odstępem między symbolami.
Przykład: N · m lub N m.
Iloraz dwóch jednostek powinien być oznaczony ukośnikiem lub ujemnymi wykładnikami.
Przykład: J/s lub J×s-1).
Definicje jednostek miar
Definicje jednostek miar podstawowych wielkości Definicje jednostek miar podstawowych wielkości podano poniżej.
Dla każdej jednostki miary został podany rok jej wprowadzenia przez Generalną Konferencję Miar (GKM).
Przedział czasu
Sekunda to czas trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania emitowanego przez atom cezu 133 w przejściu między dwoma poziomami nadsubtelnymi (F=4, M=0) i (F=3, M=0) stanu podstawowego 2S(1/2).
(XIII GKM, 1967 r.)
Podstawowym przyrządem do definiowania sekundy jest cezowy zegar atomowy. Maksymalny błąd względny w przypadku cezowego zegara atomowego wynosi 110-12, co odpowiada 1 ms co 12 dni.
Długość
Metr to odległość pokonywana przez światło w próżni w czasie 1/299 792 458 sekundy.
(XVII GKM, 1983 r.)
Prędkość rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w próżni (prędkość światła) jest jedną z głównych stałych wartości w fizyce. Zgodnie z definicją metra wprowadzoną w 1983 roku, przyjmuje się, że jego wartość jest dokładna (tj. wolna od niepewności) i niezmienna: c = 299 792 458 m/s.
Do praktycznej realizacji próbki metrowej zaleca się stosowanie promieniowania monochromatycznego emitowanego przez laser helowo-neonowy w widzialnym obszarze czerwonym (długość fali 633 nm).
MASA
Kilogram to masa międzynarodowego prototypu przechowywanego w Pavillon de Breteuil (Sevres, Francja).
(III GKM, 1901 r.)
Jest to jedyna podstawowa jednostka układu SI oparta na sztucznej próbce. Jest nią platynowo-irydowy cylinder o średnicy 38 mm i wysokości 38 mm, przechowywany w potrójnej obudowie próżniowej wraz z sześcioma innymi replikami, w stanie ustalonym przez pierwszą Generalną Konferencję Miar z 1889 roku.
Próbka cechuje się precyzją względną rzędu 10-9.
Obecnie badana jest możliwość wprowadzenia dla masy naturalnej próbki opartej na właściwościach atomowych.
Temperatura
Kelwin to 1/273,16 część termodynamicznej temperatury punktu potrójnego wody.
(XIII GKM, 1967 r.)
Punkt potrójny substancji definiuje się jako stan termodynamiczny, w którym trzy fazy: ciekła, stała i gazowa znajdują się w równowadze. Punkt potrójny wody występuje przy ciśnieniu 610 Pa i (z definicji) temperaturze 273,16 K, czyli 0,01°C.
Dokładność wyznaczania temperatury punktu potrójnego wody wynosi około 110-6.
Liczność materii
Mol to wielkość fizyczna określająca ilość materii, która zawiera tyle jednostek elementarnych, ile atomów znajduje się w 0,012 kg węgla 12. W przypadku posługiwania się jednostką mola należy określić charakter jednostek elementarnych, którymi mogą być atomy, cząsteczki, jony, elektrony, inne cząstki lub określone grupy takich cząstek.
(XIV GKM, 1971 r.)
(XVII GKM, 1983 r.)
12C (węgiel 12) jest najczęściej występującym izotopem węgla: jądro atomowe składa się z 6 protonów i 6 neutronów.
W przypadku użycia mola konieczne jest określenie charakteru jednostek elementarnych, o których mowa: liczba moli atomów, cząsteczek, jonów itp.
Liczba jednostek elementarnych składających się na 1 mol nazywana jest liczbą Avogadro; jej przybliżona wartość wynosi
NA= 6,022*10(23).
Natężenie prądu elektrycznego
Amper to prąd, który utrzymywany w dwóch nieskończenie długich równoległych przewodnikach o znikomym polu przekroju poprzecznego, umieszczonych w odległości jednego metra w próżni, powoduje powstanie między tymi dwoma przewodnikami siły równej 210-7 niutonów na metr długości.
(IX GKM, 1948 r.)
Amper jest definiowany w odniesieniu do prawa, które podaje siłę oddziaływania F między dwoma równoległymi przewodnikami o długości s umieszczonymi w odległości d, przez które przechodzi odpowiednio prąd I1 i I2: F = 2 kmI1I2s/d,
przyjmując wartość liczbową 10-7 dla stałej km (km jest zwykle wyrażana jako funkcja przenikalności magnetycznej próżni 0: km = 0/4).
Zgodnie z definicją SI, amper można uzyskać za pomocą elektrodynamometru, tj. przyrządu mierzącego siłę pomiędzy dwoma przewodnikami przewodzącymi prąd. W praktyce preferuje się stosowanie prawa Ohma (I=V/R) i realizowanie jednostki prądu (I wyrażonej w amperach) jako stosunku między jednostkami różnicy potencjałów (V wyrażonej w woltach) i rezystancji (R wyrażonej w omach). Próbki woltów i omów różnicy potencjałów są teraz realizowane przy użyciu dwóch zjawisk kwantowych, odpowiednio efektu Josephsona i kwantowego efektu Halla.
Natężenie światła
Kandela to natężenie światła w określonym kierunku pochodzącego ze źródła emitującego promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 5401012 Hz, którego natężenie energii w tym kierunku wynosi 1/683 W/sr.
(XVI GKM, 1979 r.)
Fotometria mierzy właściwości promieniowania elektromagnetycznego w zakresie czułości ludzkiego oka (tzw. światło widzialne). Przeciętne ludzkie oko jest wrażliwe na promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od około 400 nm do około 750 nm (odpowiednio kolory fioletowy i czerwony). Maksymalna czułość występuje przy długości fali około 556 nm, co odpowiada częstotliwości 5401012 Hz.
Natężenie światła jest podstawową wielkością fotometrii; odpowiada energii emitowanej przez źródło w jednostce czasu i w jednostce kąta bryłowego, ważonej przez średnią krzywą czułości ludzkiego oka.
UNità (1) | CM | M (*) | IN | FT |
---|---|---|---|---|
1 cm | 1 | 0.01 | 0.3937 | 0.032808 |
1 m (*) | 100 | 1 | 39.37 | 3.28083 |
1 in | 2.540 | 0.0254 | 1 | 0.08333 |
1 ft | 30.480 | 0.3048 | 12 | 1 |
(1) In questa tabellae nelle seguenti le unità del Sistema Internazionale sono indicate con(*)
Note:
in = inches = pollici ft = feet = piedi
Unità | cm2 | M2 (*) | sq.in (= in2) | sq.ft (= ft2) |
---|---|---|---|---|
1 cm2 | 1 | 10(-4) | 0.155 | 1.0764×10(-3) |
1 m2 (*) | 10(4) | 1 | 1550 | 10.764 |
1 sq.in (= 1 in2) | 6.4516 | 6.4516×10(-4) | 1 | 6.944×10(-3) |
1 sq.ft (= 1 ft2) | 929.034 | 0.0929 | 144 | 1 |
Unità | G | KG (*) | LB |
---|---|---|---|
1 g | 1 | 10(-3) | 2.2046×10(-3) |
1 kg (*) | 10(3) | 1 | 2.2046 |
1 slb | 453.59 | 0.45359 | 1 |
Note:
Uwagi: lb = funty
Unità | cm3 | litro | cubic in (= in3) | cubic ft (= ft3) | gal | m3 (*) |
---|---|---|---|---|---|---|
1 cm3 | 1 | 0.99997×10(-3) | 0.061023 | 3.5314×10(-5) | 2.6417×10(-4) | 10(-6) |
1 litre | 1000.028 | 1 | 61.025 | 0.0353 | 0.264 | 10(-3) |
1 cubic in (= in3) | 16.387 | 1.63867×10(-2) | 1 | 5.7870×10(-4) | 4.3290×10(-3) | 1.639×10(-5) |
1 cubic ft (= ft3) | 28317.017 | 28.316 | 1728 | 1 | 7.4805 | 0.0283 |
1 US gal | 3785.4345 | 3.7853 | 231.0000 | 0.13368 | 1 | 3.785×10(-5) |
1 m3 (*) | 10(4) | 999.97 | 6.1×10(4) | 35.315 | 264.18 | 1 |
Definizione:
il litro è l’unità di volume definita come il volume occupato da 1 kg di acqua alla temperatura di 4°C e alla pressione di 760 torr. Supera di circa 28 mm3 il volume di 1 dm3; quindi:
1 litro » 1 dm3 = 1000 cm3 (cc)
1 ml (millilitro) » 1 cm3
Note:
US gal = United States gallon = gallone americano
UK gal = United Kingdom gallon = gallo imperiale
1 UK gal = 4.5460 litri"
Jednostki pomiaru siły
Niuton (N) to siła potrzebna do nadania przyspieszenia 1 m/s2 ciału o masie 1 kg; zatem N = kg×m/s(2)
Masa kilograma lub siła kilograma (kgp lub kgf) to siła wymagana do nadania przyspieszenia grawitacyjnego, g, ciału o masie 1 kg;
Uwagi:
psi = funt na cal kwadratowy
Unità | Kg/m3 = g/litro (*) | lb/cubic ft | lb/cubic ft |
---|---|---|---|
1 g/cm(3) = 1 kg/litro | 1 | 1000 | 62.6 |
1 kg/m(3) = 1 g/litro (*) | 0.001 | 1 | 0.0625 |
1 lb/cubic ft | 0.016 | 16 | 1 |
Unità | Poise | CP | lb/(ft×h) | N×s/m(2) (*)= Pa×s |
---|---|---|---|---|
1 Poise = 1 g/(cm×s) = 1 dyne×s/cm2 | 1 | 100 | 242 | 0.1 |
1 cP | 0.01 | 1 | 2.42 | 10(-3) |
1 lb/(ft×h) | 0.00413 | 0.413 | 1 | 4.13×10(-4) |
1 N×s/m(2) (*)= Pa×s | 10 | 10(3) | 2.42×10(3) | 1 |
Nota:
1 mPa×s = 1 Poise (cP)
Definizione:
viscosità cinematica (n) º rapporto tra viscosità (m) e densità (r) del fluido in questione; quindi n = m/r .
Unità di misura SI: m²/s
Unità di misura CGS: stoke (St), pari a cm²/s
Przykłady konwersji jednostek
Załóżmy, że chcemy przeliczyć wartość obciążenia ściskającego z MPa na kgp/cm2; jaki będzie współczynnik konwersji?
konieczne jest teraz przeliczenie N na kgp i m² na cm² =
Współczynnik konwersji między MPa a kgp/cm2 wynosi około 10,2. W rzeczywistości współczynnik konwersji między Pa i kgp/cm2 podany w tabeli „Jednostka ciśnienia” wynosi 1,0210-5; pomnożenie tej wartości przez 106 (w celu zamiany Pa na MPa) daje tę samą liczbę.