Dimensión física

En física , una cantidad es la propiedad de un fenómeno , cuerpo o sustancia , que puede expresarse cuantitativamente mediante un número y una referencia, [1] o que puede medirse .

En la segunda edición del Vocabulario Internacional de Metrología (1993) una cantidad se definió como “ la propiedad medible de un fenómeno , cuerpo o sustancia , que puede distinguirse cualitativamente y determinarse cuantitativamente ” [2] ; por lo tanto, la medida, y en consecuencia la calificación de la cantidad, no puede aplicarse a las propiedades nominales. [3] . En la definición VIM nepe 3 de " cantidad ", el término "referencia" puede ser una unidad de medida , un procedimiento de medida o un material de referencia , o una combinación de los mismos [4] . Aunque según esta definición, el concepto de "cantidad" coincide con el de " cantidad física escalar ", un vector cuyas componentes son cantidades también puede ser considerado "cantidad" [5] .

Además, el concepto de cantidad puede especificarse progresivamente en varios niveles de conceptos específicos; [6] por ejemplo, la magnitud " longitud " se puede especificar en las de radio o longitud de onda .

Compara y relaciona

En el SI (Sistema Internacional de Unidades de Medida), adoptado por ley en Italia desde 1976 y obligatorio en los documentos públicos, las cantidades se dividen en 7 cantidades básicas y numerosas cantidades derivadas de las anteriores. Una condición necesaria para que una propiedad (clase de equivalencia de) sea medible es poder establecer una relación de orden entre esas propiedades en diferentes sistemas: poder juzgar qué sistema exhibe "más" propiedades que el otro. Si esta comparación puede basarse en la relación , expresada por un número, entre las propiedades de los dos sistemas, entonces la clase de equivalencia de esas propiedades constituye una cantidad física .

En este caso, es posible elegir la propiedad de un sistema en particular y elegirlo como unidad de medida para esa cantidad física. Una vez fijada la unidad de medida, la cantidad de esta cantidad para cualquier otro sistema puede por lo tanto especificarse unívocamente mediante un valor numérico obtenido de la relación con la propiedad elegida como muestra de referencia. Por lo tanto, podemos expresar el valor de una cantidad física como el producto de un valor numérico {M} y una unidad de medida [M]:

= {M} × [M]

También existen cantidades adimensionales , para las que no es necesario definir una unidad de medida (por ejemplo, la fracción molar y el número de Reynolds ). Como se mencionó, poder comparar propiedades homogéneas simplemente significa poder establecer una relación de orden entre esas propiedades en diferentes sistemas. La posibilidad de evaluar una relación numérica entre las dos propiedades es en cambio una condición más fuerte .

El contraejemplo típico de propiedad física que no constituye una cantidad física (propia) está dado por la temperatura . Aunque, dados dos cuerpos, siempre es posible juzgar cuál está a una temperatura más alta o más baja que el otro (por ejemplo, midiendo la dirección en la que fluye el calor ), sin embargo, no tendría ningún significado físico decir que un cuerpo es a temperatura, es decir, el doble de la otra. En el caso de la temperatura, o en el caso de una propiedad física que manifiesta solo una relación de orden, es posible aplicar métodos cuantitativos solo definiendo una escala (de medida), que en este caso llamaremos termométrica . Si bien hablamos de la unidad de medida de la temperatura con abuso de lenguaje , en realidad se trata de una correspondencia (arbitraria) entre la propiedad que exhiben diferentes fenómenos y una porción del eje de los números reales .

La arbitrariedad de tal elección es mucho mayor que la arbitrariedad de la elección de una unidad de medida para una cantidad física (verdadera): de hecho, cualquier transformación monótona de una determinada escala termométrica elegida constituiría una alternativa completamente legítima al problema de cuantificar la propiedad física en cuestión, la temperatura. El caso de las cantidades físicas propiamente dichas, en este sentido, es especial, porque existe una escala natural de comparación, dada precisamente por la relación recíproca: si un sistema tiene el doble de la cantidad de una propiedad dada en comparación con otro sistema, los valores ​Q reflejará esta relación, sea cual sea la unidad de medida elegida para esta cantidad.

Por ejemplo, la longitud de un objeto se puede comparar con la de otro objeto. La longitud, en abstracto, constituye una cantidad física porque es posible establecer la proporción , o la relación entre la longitud específica de dos objetos. Luego podemos elegir la longitud de un objeto en particular, como el metro estándar , y usarlo como unidad de medida para la longitud de cualquier otro objeto.

Clasificación

Las magnitudes físicas pueden ser:

Magnitudes fundamentales

La elección de las cantidades básicas es el punto de partida de todo análisis dimensional . El sistema internacional considera fundamentales estas siete magnitudes físicas [7] :

Magnitud fundamental SI símbolo de grandeza Símbolo del tamaño correspondiente Unidad SI de cantidad símbolo de la unidad SI
longitud l , x , r , etc. [L] metro metro
masa metro [METRO] kilogramo kg
tiempo [7] , duración [7] t [T] de acuerdo a s
corriente electrica [7] yo , yo [LA] amperio A
temperatura [7] t [Θ] Kelvin k
cantidad de sustancia norte [NORTE] Topo mol
intensidad de luz yo v [J] vela / lumen CD

Cantidades derivadas

Cualquier otra cantidad física es homogénea a un producto de potencias de cantidades fundamentales llamado dimensión , y las cantidades (unidades de medida) con la misma dimensión son homogéneas entre sí por transitividad, incluso si solo algunas de sus combinaciones tienen sentido físicamente.

Tabla de relaciones dimensionales (22 tamaños [7] )
Dimensión física símbolo de grandeza nombre de la unidad SI símbolo de la unidad SI Unidades coincidentes
frecuencia [7] f, v hercios [7] herzios [7] s -1
fuerza [7] F. newton [7] norte [7] kg m s −2
presión [7] , tensión [7] , presión de vapor pags Pascual [7] Padre [7] norte metro −2 = kg m −1 s −2
energía [7] , trabajo [7] , cantidad de calor [7] mi, q julio [7] J [7] N·m = kg metro 2 s −2
potencia [7] , flujo radiante [7] P, W vatios [7] W [7] J s −1 = kg metro 2 s −3
carga eléctrica [7] , cantidad de electricidad [7] q culombio [7] C [7] Como
diferencia de potencial eléctrico [7] , fuerza electromotriz [7] , tensión eléctrica V, E voltios [7] V [7] J C −1 = metro 2 kg s −3 A −1
resistencia eléctrica [7] r ohmio [7] Ω [7] V A −1 = metro 2 kg s −3 A −2
conductancia eléctrica [7] GRAMO. siemens [7] S [7] A · V −1 = s 3 A 2 m −2 kg −1
capacidad eléctrica [7] C. faradio [7] F [7] CV −1 = s 4 A 2 m −2 kg −1
densidad de flujo magnético [7] B. tesla [7] T [7] V s metro −2 = kg s −2 A −1
flujo magnético [7] Φ (B) Weber [7] bb [7] Vs = metro 2 kg s −2 UN −1
inductancia [7] L enrique [7] H [7] V·s·A −1 = metro 2 kg s −2 UN −2
temperatura Celsius [7] t grado Celsius [7] ° C [7] K [7] [8]  
esquina plana [7] [9] φ, θ radiante [7] rad [7] 1 = metro metro −1
ángulo sólido [7] [9] Ω estereorradián [7] señor [7] 1 = metro 2 metro −2
flujo luminoso [7] lumen [7] película [7] cd · sr
iluminancia [7] lux [7] lx [7] cd sr m −2
actividad relacionada con un radionucleido [7] [10] A becquerel [7] bq [7] s -1
dosis absorbida [7] , energía específica (impartida) [7] , kerma [7] D. gris [7] gy [7] Jkg −1 = metro 2 s −2
dosis equivalente [7] , dosis equivalente ambiental [7] , dosis equivalente direccional [7] , dosis equivalente personal [7] h sievert Sv Jkg −1 = metro 2 s −2
dosis efectiva Y
actividad catalítica [7] Katal [7] gato [7] mol · s −1
otras cantidades físicas
área A metro cuadrado m² metro 2
volumen v metro cúbico m³ metro 3
velocidad v metro por segundo milisegundo metro s -1
velocidad angular ω     s −1
rad · s −1
aceleración a     metro s −2
momento mecanico       N·m = metro 2 kg s −2
número de onda norte     metro -1
densidad ρ kilogramo por metro cúbico kg/m³ kg·m −3
volumen específico       m 3 kg −1
molaridad SI [11]       mol dm- 3
volumen molar V m     m 3 mol −1
capacidad calorífica , entropía C, S     J K −1 = metro 2 kg s −2 K −1
calor molar , entropía molar C m , S m     J K −1 mol −1 = metro 2 kg s −2 K −1 mol −1
calor específico, entropía específica c     J K −1 kg −1 = metro 2 s −2 K −1
energía molar y m     J mol −1 = metro 2 kg s −2 mol −1
energía específica Y     Jkg −1 = metro 2 s −2
Densidad de energia tu     J m −3 = metro −1 kg s −2
tensión superficial σ     norte metro −1 = J metro −2
= kg s −2
densidad de flujo calórico, irradiancia σ     W m −2 = kg s −3
conductividad térmica       W metro −1 K −1 = metro kg s −3 K −1
viscosidad cinemática η     metro 2 s −1
viscosidad dinámica ρ     norte s metro -2 = Pa s
= metro −1 kg s −1
densidad de carga eléctrica       C metro −3 = metro −3 s UN
densidad de corriente eléctrica j     un metro −2
conductividad eléctrica ρ     S metro −1 = metro −3 kg −1 s 3 UN 2
conductividad molar ρ     S m 2 mol −1 = kg −1 mol −1 s 3 A 2
permitividad eléctrica ε     F m −1 = metro −3 kg −1 s 4 UN 2
permeabilidad magnética m     H metro −1 = metro kg s −2 A −2
(intensidad) del campo eléctrico F, E     V m −1 = metro kg s −3 A −1
(intensidad) del campo magnético h     un metro −1
magnetización METRO.     un metro −1
luminancia    [12]   cd · m −2
exposición (rayos X y rayos gamma)       Ckg −1 = kg −1 s A
tasa de dosis absorbida       Gy s −1 = metro 2 s −3

Notas

  1. ^ Comité conjunto de guías en metrología (JCGM), Vocabulario internacional de metrología, conceptos básicos y generales y términos asociados ( VIM ), III ed., Pavillon de Breteuil: JCGM 200: 2008, 1.1 ( en línea )
  2. ^ Grupo asesor técnico de ISO 4 (TAG 4), Vocabulario internacional de términos básicos y generales en metrología , segunda edición, 1993, Ginebra: Organización Internacional de Normalización, 1993, 1.1
  3. ^ Vocabulario internacional de metrología , 2008, 2.1
  4. ^ Vocabulario internacional de metrología , 2008, 1.1 nota 2
  5. ^ Vocabulario internacional de metrología , 2008, 1.1 nota 5
  6. ^ Vocabulario internacional de metrología , 2008, 1.1 nota 1
  7. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al am an ao ap aq ar as at au av aw ax ay az ba bb bc bd be bf bg bh bi bj bk bl bm bn bo bp bq br bs bt bu bv bw bx por bz ca cb cc cd El sistema internacional de unidades (octava edición) , BIPM, 2008.
  8. ^ Una temperatura determinada difiere en las dos escalas de 273,15 (escala Celsius = escala Kelvin + 273,15), pero la diferencia de temperatura de 1 grado Celsius = 1 kelvin
  9. ^ a b Inicialmente, estas unidades crearon una categoría separada llamada "Unidades complementarias". Esta categoría fue derogada en 1995 por la 20ª Conferencia General de Pesos y Medidas ( CGPM ), y el radián y el estereorradián ahora se consideran unidades derivadas.
  10. ^ A veces se denomina incorrectamente radiactividad (la radiactividad es el fenómeno físico involucrado, mientras que la actividad es la cantidad física derivada correspondiente).
  11. ^ En la práctica, la molaridad se sigue midiendo en mol/L
  12. ^ Usó el nombre no SI de Nit

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