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

 

 

Zdroje

• BLAHOVEC, A. Elektrotechnika I. 1. vyd. Praha: Informatorium, 1995. ISBN 80-85427-72-9.
• TKOTZ, Klaus et al. Příručka pro elektrotechnika. 2. doplněné vyd. Praha: Europa – Sobotáles, 2006. ISBN 80-86706-13-3.
• VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 3. vyd. Praha: SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1990. ISBN 80-03-00435-7.
• Autor neznámý. fyzmatik.pise.cz [online]. [cit.20.12.2014]. Dostupné na www: http://fyzmatik.pise.cz/497-vznik-nazvu-pro-nasobky-a-dily-fyz-jednotek.html.
• Autor: Jiří Bureš  2002. [cit.25.5.2015] Dostupné na www: http:// http://www.converter.cz/prevody/jednotky-si.htm

Obrázky

• Obr. 1:  Autor neznámý. www.wikipedia.org [online]. [cit.20.12.2014]. Dostupné na www: http://translate.google.cz/translate?hl=cs&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Jean_Henri_van_Swinden&prev=search.