TEMA 6. TABLAS DE MAGNITUDES FISICAS Y DE UNIDADES DE MEDIDA

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1 1 TEMA 6. TABLAS DE MAGNITUDES FICAS Y DE UNIDADES DE MEDIDA melomarioqca@gmail.com La Tabla 6.1 contiene una selección de magnitudes físicas de indudable interés en el campo de la Química. Están tomadas de la publicación ISO STANDARDS HANDBOOK 2, 2ª. Ed. (1982) Units of measurement. En las dos primeras columnas se indican los respectivos nombres y símbolos adoptados por el Sistema Internacional de Unidades. En la tercera columna, los correspondientes productos dimensionales y, bajo ellos, las respectivas unidades coherentes. Algunas de estas unidades tienen nombres especiales; los adoptados por el Sistema Internacional se dan en la cuarta columna. Finalmente en la quinta columna se entregan las expresiones de algunas unidades en términos de aquellas que tienen nombres especiales. Su empleo, en ocasiones, puede resultar más cómodo y preferible, porque expresan de manera más directa las relaciones existentes entre las magnitudes involucradas. En aquellas magnitudes derivadas del ángulo plano y del ángulo sólido (magnitudes suplementarias) se ha considerado la proposición hecha por este autor, en los Temas 9 y 10 de esta Página Web, al CIPM y la ISO por correo electrónico en Noviembre del año En dicha proposición las dimensiones y unidades de estas magnitudes son: Ángulo plano ángulo sólido Dimensiones P S Unidades rad sr De este modo, la dimensión y la unidad para la velocidad angular, por ejemplo, serían: Dimensión P T -1 Unidad rad s -1 a diferencia de lo que aparece en la Tabla de la ISO: Dimensión T -1 Unidad rad s -1 En las Tablas 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 y 6.6 se dan las definiciones y equivalencias de algunas unidades de longitud, masa, fuerza, presión y energía, respectivamente. Para cada magnitud, las equivalencias se dan igualando cantidades de la magnitud, expresadas en diferentes unidades, y que sean equivalentes entre sí. Por ejemplo, las equivalencias de las unidades de longitud serían: 1 mile = m = in = ft = yd = x A

2 2 A partir de estas igualdades se pueden obtener todos los factores unitarios de conversión que se requieran. Por ejemplo, para convertir metros a pulgadas, el factor unitario de conversión sería: in = m Estas igualdades se han obtenido tomando una cantidad unitaria de la magnitud, expresada en cualquiera de las unidades de medida, e igualándola con las cantidades equivalentes de la magnitud, expresada en las otras unidades de medida.

3 3 TABLA 6.1 ALGUNAS MAGNITUDES FICAS DE INTERES QUIMICO MAGNITUD FICA MBOLO MAGNITUDES MECANICAS Longitud, largo Ancho Altura Radio Diámetro Trayectoria, camino Recorrido l b h r d s L m Area A L 2 m 2 Volumen V L 3 Período T T s m 3 Frecuencia rotacional Velocidad, Velocidad lineal n T -1 s -1 u, v, w, c L T -1 m s -1 Velocidad angular P T -1 rad s -1 Aceleración, Aceleración lineal Aceleración de caída libre Aceleración standard de caída libre g = m/s 2 n g g n L T -2 m s -2 Densidad de masa, Densidad M L -3 kg m -3

4 4 MAGNITUD FICA MBOLO Densidad relativa de B con respecto a A d B,A Momentum, Cantidad de movimiento p M L T -1 kg m s -1 Momentum angular L M L 2 T -1 kg m 2 s -1 J s Fuerza Peso F G, P, W M L T -2 kg m s -2 newton (N) J m -1 Momento de una Fuerza; Torque M T, M L 2 T -2 kg m 2 s -2 N m Momento de Inercia I, J M L 2 kg m 2 Trabajo de una Fuerza Energía cinética Energía potencial Gravitacional W E, K, T E, V, M L 2 T -2 kg m 2 s -2 joule (J) N m = C V = V A s Potencia P M L 2 T -3 kg m 2 s -3 watt (W) J s -1 = V A Presión y Tensión P M L -1 T -2 kg m -1 s -2 pascal (Pa) N m -2 = J m -3 Viscosidad dinámica, Viscosidad, Coeficiente de Viscosidad Viscosidad cinemática M L -1 T -1 kg m -1 s -1 Pa s = N s m -2 L 2 T -1 m 2 s -1 Tensión superficial, M T -2 kg s -2 N m -1 = J m -2

5 5 MAGNITUD FICA MBOLO CALOR Y TERMODINAMICA Coeficiente de dilatación lineal l -1 Coeficiente de dilatación cúbica v -1 K Calor, Cantidad de calor Q Trabajo Enegía interna Termodinámica W U M L 2 T -2 Entalpía Función de Helmholtz, Energía Libre H A kg m 2 s -2 joule (J) Función de Gibbs, Entalpía libre G Enegía interna específica Entalpía específica u h L 2 T -2 Energía libre específica Entalpía libre específica a g m 2 s -2 J kg -1 Entropía S M L 2 T -2-1 kg m 2 s -2 K -1 J K -1 Entropía específica s L 2 T -2-1 m 2 s -2 K -1 J kg -1 K -1 Coeficiente de compresibilidad isotérmica M -1 L T 2 kg -1 m s 2 Pa -1

6 6 MAGNITUD FICA MBOLO Capacidad calorífica Capacidad calorífica a p cte. Capacidad calorífica a V cte. Capacidad calorífica específica Capacidad calorífica específica a p cte. Capacidad calorífica específica a V cte. Razón de capacidades caloríficas específicas C C p C v c c p c v M L 2 T -2-1 kg m 2 s -2 K -1 J K -1 L 2 T -2-1 m 2 s -2 K -1 J kg -1 K -1 Rapidez de flujo de calor M L 2 T -3 kg m 2 s -3 watt (W) J s -1 Conductividad térmica Coeficiente de convección k M L T -3-1 kg m s -3 K -1 W m -1 K -1 h M T -3-1 kg s -3 K -1 W m -2 K -1 LUZ Y RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS Período T T s Frecuencia, f T -1 s -1 hertz (Hz) Longitud de onda L m

7 7 MAGNITUD FICA MBOLO Número de onda L -1 m -1 Energía radiante Q, W M L 2 T -2 kg m 2 s -2 joule (J). Potencia radiante, Flujo de energía ra- Diante P, e M L 2 T -3 kg m 2 s -3 watt (W) J s -1 Intensidad radiante I e M L 2 T -3 S -1 kg m 2 s -3 sr -1 W sr -1 Radiación Irradiación, Irradiancia Emitancia radiante, Exitancia radiante L e E e M e -3-1 M T S kg s -3 sr -1. W m -2 sr -1 M T -3-3 kg s W m -2 Constante de Stefan-Boltzmann M T -3-4 kg s -3 K -4 W m -2 K -4 Intensidad luminosa I v J cd Flujo luminoso v J S cd sr lumen (lm) Cantidad de luz Q v J T S cd s sr lm s Iluminación Exitancia luminosa Emitancia luminosa E v M v J S L -2 cd sr m -2 lux (lx) lm m -2 Luminosidad L v J L -2 cd m -2 Indice de refracción n

8 8 MAGNITUD FICA MBOLO ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Corriente eléctrica I I A Carga eléctrica, Cantidad de electricidad Q I T A s coulomb (C). Densidad cúbica de carga, Densidad de carga Densidad superficial de carga Intensidad de un campo eléctrico, campo eléctrico,, I T L -3 I T L -2 A s m -3 C m -3 A s m -2. C m -2 E M L T -3 I -1 kg m s -3 A -1 V m -1 = N C -1 Potencial eléctrico Diferencia de potencial, Tensión Fuerza electromotriz V, U,V E M L 2 T -3 I -1 kg m 2 s -3 A -1 volt (V) J A -1 s -1 = J C -1 = W A -1 Capacitancia, Capacidad eléctrica Resistencia eléctrica C M -1 L -2 T 4 I 2 kg -1 m -2 s 4 A 2 farad (F) C V -1 = A s V -1 R M L 2 T -3 I -2 kg m 2 s -3 A 2 ohm ( ) V A -1 Permitividad Permitividad del vacío Permitividad relativa o r M -1 L -3 T 4 I 2 kg -1 m -3 s 4 A 2 C 2 N -1 m -2 = F m -1 Susceptibilidad eléctrica, e Momento dipolar p, p e L I T m A s C m

9 9 MAGNITUD FICA MBOLO Permeabilidad Permeabilidad del vacío, Constante magnética Permeabilidad relativa o M L T -2 I kg m s A H m -1 = Wb A -1 m -1 = = V s A -1 m -1. Conductancia G M -1 L -2 T 3 I 2 kg -1 m -2 s 3 A 2 siemens (S) A V -1 = -1 Resistividad M L 3 T -3 I -2 kg m 3 s -3 A -2 m Conductividad,, M -1 L -3 T 3 I 2 kg -1 m -3 s 3 A 2-1 m -1 = S m -1 Potencia P M L 2 T -3 kg m 2 s -3 watt (W) J s -1 = V A Intensidad de un campo magnético, Campo magnético H L -1 I m -1 A Densidad de flujo magnético, Inducción magnética B M T -2 I -1 kg s -2 A -1 tesla (T) N A -1 m -1 = Wb m -2 = = V s m -2 Flujo magnético M L 2 T -2 I -1 kg m 2 s -2 A -1 weber (Wb) V s = J A -1 = T m 2 Susceptibilidad magnética, m Momento electromagnético, Momento magnético Diferencia de potencial magnético Fuerza magnetomotriz m U m F m L 2 I M 2 A I A

10 10 10 MAGNITUD FICA MBOLO Polarización eléctrica P L -2 T I m -2 s A C m -2 Magnetización H i, M L -1 I m -1 A. Polarización magnética B i, J M T -2 I -1 kg s -2 A -1 tesla (T) Wb m -2 MAGNITUDES FICO-QUIMICAS Constante de Avogadro Constante molar de los gases Constante de Boltzmann N A, L N -1 mol -1 R M L 2 T -2-1 N -1 kg m 2 s -2 K -1 mol -1 J K -1 mol -1 k M L 2 T -2-1 kg m 2 s -2 K -1 J K -1 Constante de Planck h M L 2 T -1 kg m 2 s -1 J s Constante de Faraday F I T N -1 A s mol -1 C mol -1 Numero de entidades elementales N Masa molar M M N -1 kg mol -1 Volumen molar V m L 3 N -1 m 3 mol -1 Concentración de (cantidad de) soluto B Concentración de masa de soluto B Molalidad de soluto B c B N L -3 mol m -3 B M L -3 kg m -3 b B, m B N M -1 mol kg -1

11 11 11 MAGNITUD FICA MBOLO Fracción molar de un soluto B x B Fracción másica de un soluto B w B. Número de carga de un ión z Coeficiente esteestequiométrico de participante A de una reacción qca. A Adimensional Razón estequiométrica entre participantes X e Y de una reacción química S(X/Y) Adimensional Velocidad de una reacción química Constante de velocidad de reacción qca. de orden n v N L -3 T -1 mol m -3 s -1 k, k v (N L -3 ) 1-n T -1 (mol m -3 ) 1-n s -1 Energía interna molar Capacidad calorífica molar U m M L 2 T -2 N -1 kg m 2 s -2 mol -1 J mol -1 C m M L 2 T -2-1 N -1 kg m 2 s -2 K -1 mol -1 J mol -1 K -1 Entropía molar S m M L 2 T -2-1 N -1 kg m 2 s -2 K -1 mol -1 J mol -1 K -1 Presión osmótica M L -1 T -2 kg m -1 s -2 pascal (Pa) N m -2 Momento dipolar de una molécula Densidad de corriente p, L I T m A s J I L -2 A m -2 C m

12 12 12 MAGNITUD FICA MBOLO Polarizabilidad eléctrica de una molécula L -2 M T 4 I 2 m -2 kg s 4 A 2 C m 2 V -1 Fuerza iónica I N M -1 mol kg -1. Grado de disociación Conductividad electrolítica, M -1 L -3 T 3 I 2 kg -1 m -3 s 3 A 2 S m -1 Conductividad molar m M -1 T 3 I 2 N -1 kg -1 s 3 A 2 mol -1 S m 2 mol -1 TABLA 6.2 UNIDADES DE LONGITUD NOMBRE MBOLO DEFINICION metro m Unidad básica (Ver Tablas 1 y 2, Tema 3) pulgada in 1 in = 2.54 cm (exactamente) pie ft 1 ft = 12 in = m (exactamente) yarda yd 1 yd = 3 ft = 36 in = m (exactamente) milla legal inglesa mile 1 mile = yd = ft = m (exactamente) milla náutica n mile 1 n mile = m (exactamente) ångström Å 1 Å = 10-8 cm = 0.1 nm EQUIVALENCIAS 1 mile = m = in = ft = yd = x Å

13 13 13 TABLA 6.3 UNIDADES DE MASA NOMBRE MBOLO DEFINICION kilogramo kg Unidad básica (Ver Tablas 1 y 2, Tema 3) gramo g Unidad cgs básica. 1 g = 10-3 kg libra lb Unidad fps básica. 1 lb = 16 oz = kg (exactamente) onza oz 1 oz = lb/16 Unidad (unificada) de masa atómica u 1 u = m C-12 / 12 = x kg EQUIVALENCIAS 1 lb = kg = g = 16 oz = 2, x u TABLA 6.4 UNIDADES DE FUERZA NOMBRE MBOLO DEFINICION newton N Nombre especial de la unidad coherente kg m s -2 Fuerza que aplicada a una masa de 1 kg la acelera 1 m/s 2 1 N = 1 kg x 1 m/s 2 dina dyn Unidad cgs coherente Fuerza que aplicada a una masa de 1 g la acelera 1 cm/s 2 1 dyn = 1 g x 1 cm/s 2 kilopond kp Unidad básica del sistema técnico o gravitacional. Nombre antiguo de esta unidad: kilogramo-fuerza (kgf) Fuerza con que la tierra atrae, en París, a una masa de 1 kg 1 kp = 1 kg x m/s 2 = N poundal pdl Unidad fps coherente Fuerza que aplicada a una masa de 1 lb la acelera 1 ft/s 2 1 pdl = 1 lb x 1 ft/s 2 libra-fuerza lbf Unidad básica del sistema técnico británico Fuerza con que la tierra atrae, en París, a una masa de 1 lb 1 lbf = 1 lb x ft/s 2 EQUIVALENCIAS 1 kp = N = x 10 5 dyn = pdl = lbf

14 14 14 TABLA 6.5 UNIDADES DE PREON NOMBRE MBOLO DEFINICION pulgada de Hg in Hg 1 in Hg = mmhg = Torr Pascal Pa Nombre especial de la unidad coherente kg m -1 s -2 = N m -2 1 Pa = 1 N m -2 atmósfera (normal) atm 1 atm = Pa torr (mmhg) Torr Presión ejercida por una columna de Hg de 1 mm de altura 1 Torr = atm/760 = Pa Baría baría Nombre especial de la unidad cgs coherente g cm -1 s -2 = dyn/cm 2 1 baría = 1 dyn/cm 2 Bar bar 1 bar = 10 6 baría = 10 5 Pa Milibar mbar 1 mbar = 10-3 bar = 10 3 baría kilopond por metro cua- kp m -2 1 kp m -2 = Pa (exactamente) drado pound square inch (lbf por pulgada cuadrada) Psi 1 Psi = 1 lbf/in 2 = Pa EQUIVALENCIAS 1 atm = Pa = 760 Torr = x 10 6 baría = bar = mbar = = kp m -2 = Psi = in Hg

15 15 15 TABLA 6.6 UNIDADES DE ENERGIA NOMBRE MBOLO DEFINICION joule J Nombre especial de la unidad coherente kg m 2 s -2 = = N m = C V Definición en función de unidades mecánicas: Trabajo realizado por una fuerza de 1 N, cuando su punto de aplicación de desplaza 1 m en su misma dirección. 1 J = 1 N x 1 m Definición en función de unidades eléctricas: Trabajo realizado por una corriente de 1 A en 1 s, circulando bajo una diferencia de potencial de 1 V 1 J = 1 A s x 1 V = 1 C x 1 V erg erg Nombre especial de la unidad cgs coherente g cm 2 s -2 = dyn x cm Trabajo realizado por una fuerza de 1 dyn, cuando su punto de aplicación se desplaza 1 cm en su misma dirección. 1 erg = 1 dyn x 1 cm caloría termoquímica cal Definición actual: 1 cal = J (exactamente) Definición antigua: Cantidad de calor absorbido por 1 g de agua para que su temperatura se eleve desde 14.5 C hasta 15.5 C a 1 atm kilocaloría termoquímica kcal 1 kcal = 10 3 cal = kj British thermal unit Unidad térmica británica Btu Cantidad de calor absorbido por 1 lb de agua para que su temperatura se eleve desde 59.5 F hasta 60.5 F a 1 atm 1 Btu = cal = J kilopondmetro kpm Trabajo realizado por la fuerza de 1 kp, cuando su Punto de aplicación se desplaza 1 m en su misma di- Rección. 1 kpm = 1 kp x 1 m = J (exactamente) kilowatt-hora kwh Trabajo realizado en 1 h por un motor de potencia igual a 1 kw 1 kwh = 3.6 x 10 6 J litro-atmósfera l atm Trabajo realizado por un sistema, cuando se expande 1 L, en contra de la presión exterior de 1 atm 1 l atm = 1 L x 1 atm = J librafuerza-pie lbf ft Trabajo realizado por la fuerza de 1 lbf, cuando su punto de aplicación se desplaza 1 ft en su misma dirección. 1 lbf ft = 1 lbf x 1 ft EQUIVALENCIAS 1 cal = 10-3 kcal = x 10 7 erg = J = x 10-3 Btu = x 10-6 kwh = = x 10-2 l atm = kpm = lbf ft