Physikalische Größen und ihre Einheiten
1. Physikalische Größen
Physikalische Größen sind meßbare Eigenschaften der
Materie sowie von Vorgängen und Zuständen in Raum und Zeit. Um
eine Größe messen zu können, muß man eine gleichartige
Größe als Einheit festlegen. Messen heißt dann: Vergleichen
der zu messenden Größe mit der Einheit. Das Ergebnis der Messung
ist das Produkt aus folgenden zwei Faktoren:
l. Zahlenwert, der aussagt, wie oft die Einheit in der gemessenen Größe
enthalten ist.
2. Einheit, die bei der Messung verwendet worden ist.
Also:
|
Physikalische Größe = Zahlenwert • Einheit
|
2. Basiseinheiten und abgeleitete Einheiten
Die Einheiten physikalischer Größen können grundsätzlich
willkürlich festgelegt werden: Man beachtet dabei jedoch folgende
Gesichtspunkte: Konstanz des Urmaßes, leichte Reproduzierbarkeit,
zweckmäßige Größe der Einheit. Außerdem vereinbart
man international für möglichst viele Staaten die gleichen Einheiten.
Es ist aber weder notwendig noch zweckmäßig, für jede physikalische
Größe eine willkürliche Einheit einzuführen. Man wählt
vielmehr nur die Einheiten der Basisgrößen willkürlich
(Basiseinheiten). Die Einheiten der abgeleiteten Größen
erhält man dann mit Hilfe der Definitionsgleichungen dieser Größen
(abgeleitete Einheiten). Stimmt man dabei die Einheiten der abgeleiteten
Größen so auf die Basiseinheiten ab, daß in den Definitionsgleichungen
nur der Zahlenfaktor 1 vorkommt, so sind sie zu den Basiseinheiten und
untereinander kohärent. Kohärente Einheiten bilden ein
Einheitensystem.
Heute wird ausschließlich das 1960 international vereinbarte "Système
International d'Unités" verwendet. Dieses "Internationale Einheitensystem"
wird in allen Sprachen der Welt mit SI abgekürzt, seine Einheiten
werden als SI-Einheiten bezeichnet. Durch das "Gesetz über Einheiten
im Meßwesen" vom 2.7.1969 in der Fassung vom 6.7.1973 wurde es auch
in der Bundesrepublik Deutschland gesetzlich eingeführt. Es verwendet
7 Basisgrößen und Basiseinheiten. Die Basiseinheiten sind in
dem Bundesgesetz folgendermaßen definiert:
| 1 Meter ist das 1650763,73fache
der Wellenlänge der von
Atomen des Nuklids 86Kr beim Übergang vom Zustand 5d5 zum Zustand
2p10 ausgesandten, sich im Vakuum ausbreitenden Strahlung. |
| 1 Kilogramm ist die Masse
des internationalen Kilogrammprototyps. |
| 1 Sekunde ist das 9192631770fache
der Periodendauer der dem Übergang
zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen
des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung. |
| 1 Ampere ist die Stärke eines
zeitlich unveränderlichen elektrischen
Stromes, der, durch zwei im Vakuum parallel im Abstand 1m
angeordnete, geradlinige, unendlich lange Leiter von vernachlässigbar
kleinem, kreisförmigem Querschnitt fließend, zwischen diesen
Leitern je 1m Leiterlänge elektrodynamisch die Kraft 2·10-7
N hervorrufen würde. |
| 1 Kelvin ist der 273,16te Teil
der thermodynamischen Temperatur
des Tripelpunktes des Wassers. |
| 1 Candela ist die Lichtstärke,
mit der 1/600000 m2 der Oberfläche eines schwarzen Strahlers
bei der Temperatur des beim Druck 101325 kg/ms2 erstarrenden
Platins senkrecht zu seiner Oberfläche leuchtet. |
| 1 Mol ist die Stoffmenge
eines Systems bestimmter Zusammensetzung, das aus ebenso vielen Teilchen
besteht, wie Atome in 12·10-3 kg des Nuklids 12C
enthalten sind. |
3. Dezimale Vielfache und Teile der SI-Einheiten
Weil die SI-Einheiten für den praktischen Gebrauch vielfach zu
groß oder zu klein sind, dürfen von ihnen dezimale Vielfache
und Teile durch besondere Vorsätze gebildet werden, sofern dies im
Einzelfall nicht ausdrücklich untersagt ist.
Zusammenstellung dieser SI-Vorsätze:
|
Zehnerpotenz
|
Vorsatz
|
Kurzzeichen
|
Zehnerpotenz
|
Vorsatz
|
Kurzzeichen
|
|
1012
|
Tera
|
T
|
10-1
|
Dezi
|
d
|
|
109
|
Giga
|
G
|
10-2
|
Zenti
|
c
|
|
106
|
Mega
|
M
|
10-3
|
Milli
|
m
|
|
103
|
Kilo
|
k
|
10-6
|
Mikro
|
m
|
|
102
|
Hekto
|
h
|
10-9
|
Nano
|
n
|
|
101
|
Deka
|
da
|
10-12
|
Piko
|
p
|
|
.
|
.
|
.
|
10-15
|
Femto
|
f
|
| |
|
|
10-18
|
Atto
|
a
|
Für die Anwendung der Vorsätze gelten einige Regeln. Die wichtigsten
sind:
-
Keine Einheit darf gleichzeitig mehr als einen Vorsatz erhalten.
-
Die Kombination der Kurzzeichen des Vorsatzes und der Einheit gilt als
ein Symbol, das ohne Verwendung von Klammern in eine Potenz erhoben wird.
Oder anders ausgedrückt: Exponenten der Einheit gelten auch für
den dezimalen Vorsatz.
-
Vorsätze, die einer ganzzahligen Potenz von 103 entsprechen,
(also 103n), sind zu bevorzugen. Die Vorsätze Hekto, Deka,
Dezi, und Zenti sollen nur bei den Einheiten verwendet werden, bei denen
sie bereits üblich sind.. Bei zusammengesetzten Einheiten kann jede
der Einheiten einen dezimalen Vorsatz erhalten (sofern er für diese
Einheit zulässig ist). Angestrebt werden soll jedoch, möglichst
nur einen Vorsatz und diesen im Zähler zu verwenden.
-
Die Einheiten von Ergebnissen sollen mit dem Vorsatz versehen werden, der
den Zahlenwert möglichst in den Bereich 0,1 - 1000 bringt.
4. SI-fremde Einheiten
Sie sind inkohärent abgeleitet und nicht mehr zulässig. Einige
sind jedoch wegen ihrer Bedeutung in Wissenschaft, Technik und Wirtschaft
zumindest in Spezialgebieten für dauernd oder zeitlich begrenzt zugelassen.
Beispiele:
Nicht mehr zulässig sind:
1 PS = 0,736 kW ( 1 Pferdestärke )
1 cal = 4,19 J ( 1 Kalorie )
1 erg = 10-7 J
Ausnehmend zugelassen sind:
1 Å = 10-10 m ( 1 Ångström )
1 eV = 1,60·10-19 J ( 1 Elektronenvolt )
|
