Fyzikální veličiny
Fyzikální veličina – je měřitelná vlastnost těles, tekutin, polí, dějů a stavů. Měřitelnost znamená porovnat měřenou veličinu s jinou veličinou téhož druhu, se zvolenou jednotkou. Mezi fyzikální veličiny patří například délka, teplota, elektrické napětí a další. Označení hodnoty fyzikální veličiny se skládá z číselné hodnoty a značky jednotky.
Např.
20V – kde: 20 je číselná hodnota,
V je jednotka veličiny.
Fyzikální jednotky jsou běžně označovány zkratkovými značkami. Proto, aby vztahy mezi veličinami byly jednoduché a přehledné, byly stanoveny základní veličiny, jejichž jednotky byly zvoleny nezávisle na sobě. Tyto základní jednotky tvoří mezinárodní soustavu jednotek SI, ČSN 01 1300 z roku 1984.
Mezinárodní soustava jednotek SI
Ve fyzice a technických profesích se používá mezinárodní soustava SI, složená ze základních jednotkek SI a odvozených a doplňkových jednotek SI. Označení SI pochází z francouzkého výrazu Systéme International d´Unités = mezinárodní systém jednotek.
V mezinárodní soustavě jednotek SI rozlišujeme tři kategorie:
1) základní jednotky,
2) doplňkové jednotky,
3) odvozené jednotky.
1) Základní jednotky soustavy SI
Každá základní veličina má pouze jedinou hlavní jednotku. V mezinárodní soustavě jednotek SI je sedm základních jednotek v dohodnutém pořadí:
| Veličina | Značka veličiny | Jednotka | Značka jednotky |
|---|---|---|---|
| Teplota | T | kelvin | K |
| Látkové množství | n | mol | mol |
| Délka | l | metr | m |
| Hmotnost | m | kilogram | kg |
| Čas | t | sekunda | s |
| Elektrický proud | I | ampér | A |
| Svítivost | I | kandela | cd |
Definice základních veličin:
Metr - je délka dráhy, kterou proběhne světlo ve vakuu za dobu 1/299 792 458 sekundy.
Kilogram - se rovná hmotnosti mezinárodního prototypu kilogramu.
Sekunda - je doba trvání 9 192 631 770 period záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu celsia 133.
Ampér - je stálý elektrický proud, který při průchodu dvěma přímými rovnoběžnými nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného kruhového průřezu umístěnými ve vakuu ve vzdálenosti 1 metru od sebe vyvolá mezi nimi sílu 2x10-7 newtonu na 1 metr délky vodičů.
Kelvin - je 1/273,16 díl termodynamické teploty trojného bodu vody.
Mol - je látkové množství soustavy, která obsahuje právě tolik elementárních jedinců (entit), kolik je atomů v 0,012 kilogramu uhlíku 12C. Při udávání látkového množství je třeba elementární jedince (entity) specifikovat. Mohou to být atomy, ionty, elektrony, jiné částice nebo blíže určená seskupení částic.
Kandela - je svítivost zdroje, který v daném směru vysílá monochromatické záření s kmitočtem 540x1 012 hertzů a jehož zářivost v tomto směru je 1/683 wattu na steradián.
Praktická realizace jednotek
Délka se realizuje pomocí několika doporučených vlnových délek záření laserů (čar atomu vodíku, molekuly jódu a dalších) a lamp (Kr, Hg, Cd).
Hmotnost je dána porovnáním s prototypem z PtIr.
Čas se realizuje pomocí frekvence atomových (cesiových) hodin. Mnoho těchto hodin se mezinárodně podílí na ustanovování časové stupnice TAI (z ní je pro praxi odvozen UTC).
Elektrické veličiny jsou od nedávné doby doporučeny realizovat kvantovými etalony pomocí Josephsonova jevu (el. napětí) a Hallova jevu (el. odpor).
Termodynamická teplota se realizuje pomocí mezinárodní stupnice ITC-90 (interpolace definovaných teplotních bodů v rozsahu od 0,65 K do nejvyšších teplot měřitelných optickými pyrometry).
Látkové množství se realizuje pomocí poměru hmotností elementárních jedinců vůči atomu 12C.
Fotometrickými veličinami (jakou je například svítivost) se zabývá la Commission internationale de l´eclairage (CIE).
2) Doplňkové jednotky soustavy SI
– doplňují základní jednotky SI.
radián rad - jednotka rovinného úhlu,
steradián sr - jednotka prostorového úhlu.
Radián - je úhel složený dvěma radiálními polopaprsky, které vytínají na kružnici oblouk stejné délky, jako má její poloměr.
Steradián - je prostorový úhel s vrcholem ve středu kulové plochy, který na této ploše vytíná část s obsahem rovným druhé mocnině poloměru této kulové plochy.
3) Odvozené jednotky soustavy SI
– vytvářejí se kombinacemi základních jednotek a vyjadřují se pomocí základních jednotek nebo mají zvláštní název.
Příklady odvozených jednotek a vyjádření pomocí základních jednotek:
| Elektrický náboj | As | coulomb | C |
| Za sekundu | 1/s | hertz | Hz |
| Čtverečný metr | m.m | - | m2 |
| Rychlost | m.s-1 | metr za sekundu | |
| Síla | m.kg.s-2 | newton | N |
| Tlak, mechanické napětí | m-1.kg.s-2 | pascal | Pa |
| Energie, práce, teplo | m2.kg.s-2 | joule | J |
| Výkon | m2.kg.s-3 | watt | W |
| Elektrické napětí | m2.kg.s-3.A-1 | volt | V |
| Elektrická kapacita | m-2.kg-1.s-4.A2 | farad | F |
| Elektrický odpor | m2.kg.s-3.A-2 | ohm | Ω |
| Elektrická vodivost | m-2.kg-1.s3.A2 | siemens | S |
| Magnetický indukční tok | m2.kg.s-2.A-1 | weber | Wb |
| Magnetická indukce | kg.s-2.A-1 | tesla | T |
| Indukčnost | m2.kg.s-2.A-2 | henry | H |
| Světelný tok | cd | lumen | lm |
| Osvětlení | m-2.cd.sr | lux | lx |
| Aktivita | s-1 | becquerel | Bq |
Násobky a díly jednotek
Násobky a díly jednotek – se tvoří z hlavních nebo vedlejších jednotek násobením nebo dělením vhodnou mocninou deseti. Přednostně se tvoří podle třetí mocniny čísla deset. Název násobku nebo dílu jednotky se skládá z normalizované předpony a názvu jednotky.
Předpona se spojuje s názvem v jedno slovo. Značka předpony se spojuje se značkou jednotky bez mezery. Při tvoření názvu násobku nebo dílu jednotky se používá pouze jedna předpona.
Používané předpony jednotek
| E | exa | řečtina (exa = šest) | 1 000 000 000 000 000 000 = 1018 |
| P | peta | řečtina (pente = pět) | 1 000 000 000 000 000 = 1015 |
| T | tera | řečtina (teras = nebeské znamení) | 1 000 000 000 000 = 1012 |
| G | giga | řečtina (gigas = obr) | 1 000 000 000 = 109 |
| M | mega | řečtina (megas = veliký) | 1 000 000 = 106 |
| k | kilo | řečtina (chiliolo = tisíc) | 1 000 = 103 |
| m | mili | latina (mille = tisíc) | 0,001 = 10-3 |
| μ | mikro | řečtina (mikros = malý) | 0,000 001 = 10-6 |
| n | nano | latina (nanus = trpaslík) | 0,000 000 001 = 10-9 |
| p | piko | italština (piccolo = maličký) | 0,000 000 000 001 = 10-12 |
| f | femto | dánština (femten = patnáct) | 0,000 000 000 000 001 = 10-15 |
| a | atto | dánština (atten = osmnáct) | 0,000 000 000 000 000 001 = 10-18 |
Další předpony jednotek
Kromě předpon s třetí mocninou je možné používat i předpony odstupňované po jednom dekadickém řádu. Tyto předpony se používají jen v případech, ve kterých se běžně užívalo před zavedením nové normy, tj. např. hektolitr - hl nebo centimetr - cm.
| h | hekto | řečtina (hekaton = sto) | 100 = 102 |
| da | deka | řečtina (dekas = deset) | 10 = 101 |
| d | deci | latina ( decem = deset) | 0,1 = 10-1 |
| c | centi | latina (centum = sto) | 0,01 = 10-2 |
Příklad použití násobků a dílů jednotek:
0,000 06A = 60μA
26 000 000W = 26MW
Zápisy čísel s použitím mocnin
Např.
0,007 = 7 . 10-3
12 000 = 12 . 103
