SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI) UNIDADES BÁSICAS DEL SI LONGITUD

Transcripción

1 SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI) El Sistea Internacional de Unidades, abreviado SI, tabién denoinado sistea internacional de edidas, es el sistea de unidades ás extensaente usado. Junto con el antiguo sistea étrico decial, que es su antecesor y que se ha ejorado, el SI tabién es conocido coo sistea étrico, especialente en las naciones en las que aún no se ha iplantado para su uso cotidiano. Fue creado en 1960 por la Conferencia General de Pesas y Medidas, que inicialente definió seis unidades físicas básicas o fundaentales. En 1971, fue añadida la séptia unidad básica, el ol. Una de las principales características, que constituye la gran ventaja del SI, es que sus unidades están basadas en fenóenos físicos fundaentales. La única excepción es la unidad de la agnitud asa, el kilograo, que está definida coo la asa del prototipo internacional del kilograo o aquel cilindro de platino e iridio alacenado en una caja fuerte de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas. Las unidades del SI son la referencia internacional de las indicaciones de los instruentos de edida y a las que están referidas a través de una cadena ininterrupida de calibraciones o coparaciones. Esto perite alcanzar la equivalencia de las edidas realizadas por instruentos siilares, utilizados y calibrados en lugares apartados y por ende asegurar, sin la necesidad de ensayos y ediciones duplicadas, el cupliiento de las características de los objetos que circulan en el coercio internacional y su intercabiabilidad. UNIDADES BÁSICAS DEL SI El Sistea Internacional de Unidades (SI) define siete unidades básicas o unidades físicas fundaentales, las cuales son descritas por una definición operacional. Todas las deás unidades utilizadas para expresar agnitudes físicas se pueden derivar de estas unidades básicas y se conocen coo unidades derivadas del SI. Magnitud física Unidad básica Síbolo Longitud ( l ) etro Masa ( ) kilograo kg Tiepo ( t ) segundo s Intensidad de corriente eléctrica ( I ) aperio A Teperatura ( T ) kelvin K Cantidad de sustancia ( n ) ol ol Intensidad luinosa ( I ) candela cd LONGITUD El etro es la unidad de longitud del Sistea Internacional de Unidades. Se define coo la longitud del trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiepo de 1/ Segundo (unidad de tiepo) (aprox. 3,34 ns). Inicialente fue creada por la Acadeia de Ciencias Francesa en 1791 y definida coo la diezillonésia parte de la distancia que separa el Polo de la línea del ecuador terrestre. Si este valor se expresara de anera análoga a coo se define la illa náutica, se correspondería con la longitud de eridiano terrestre que fora un arco de 1/10 de segundo de grado centesial.

2 HISTORIA : se define al etro coo la distancia recorrida por la luz en el vacío durante 1/ segundo : se define al etro coo ,73 oscilaciones en el vacío de onda de la radiación eitida por el salto cuántico entre 2p10 y 5d5 de un átoo de 86kriptón : se define al etro coo la distancia entre las dos arcas del patrón de platino con 10% de iridio a 0 C y 1 atósfera : se define al etro coo la distancia entre las dos arcas del patrón de platino-iridio a 0 C : se define al etro con un patrón de plata (el prier patrón, construido el 23 de junio de ese año). 1795: se crea un patrón provisional de latón : se define al etro coo la diez illonésia parte de un eridiano dentro de un cuadrante (un cuarto de la circunferencia polar de la tierra) : se define al etro con la distancia recorrida por un péndulo deterinado que tiene un heiperíodo de un segundo. EQUIVALENCIAS EN OTRAS UNIDADES Unidades étricas expresadas en un sistea no Internacional Unidades no Internacionales expresadas en el Sistea Internacional 1 etro 10 4 il 1 il 10 4 etros 1 etro pulgadas 1 pulgada etros 1 centietro pulgada 1 pulgada 2.54 centietros 1 ilíetro pulgada 1 pulgada 25.4 illietros 1 etro Ångströ 1 Ångströ etro 1 nanoetro 10 Ångströ 1 Ångströ 100 picoetros MASA El Kilograo es la unidad básica de asa del Sistea Internacional de Unidades y su patrón, está definido por la asa que tiene el cilindro patrón, copuesto de una aleación de platino e iridio, que se guarda en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Sèvres, cerca de París. Es la única unidad que eplea un prefijo, y la única unidad del SI que todavía se define por un objeto patrón y no por una característica física fundaental. Su síbolo es kg (adviértase que no es una abreviatura: no adite ayúscula, salvo KG, ni punto ni plural; se confunde universalente con K, síbolo del Kelvin).

3 HISTORIA La priera definición, decidida por la Revolución Francesa, especificaba que era la asa de un decíetro cúbico (un litro) de agua destilada a una atósfera de presión y 3,98 C, una teperatura singular dado que es la teperatura a la cual el agua tiene la ayor densidad a presión atosférica noral. Esta definición era coplicada de realizar exactaente, porque la densidad del agua depende leveente de la presión, y las unidades de la presión incluyen la asa coo factor, introduciendo una dependencia circundate en la definición. Para evitar estos probleas, el kilograo fue redefinido ientras que la asa de una asa estándar particular creó un peso exacto para aproxiar a la definición original. Desde 1889, el SI define que la unidad debe ser igual a la asa del prototipo internacional del kilograo, que se hace de una aleación del platino del 90% y del iridio del 10% (por el peso) y se trabaja a áquina en un cilindro derecho-circular (altura = diáetro) de 39 ilíetros. El prototipo internacional se guarda en el Bureau International des Poids et Mesures (oficina internacional de pesos y de edidas) en Sèvres en las cercanías de París. Las copias oficiales del prototipo del kilograo se hacen disponibles coo prototipos nacionales, que se coparan al prototipo de París ("Le Grand Kilo") cada 40 años, este prototipo internacional es uno de tres cilindros hechos en En 1883, es aceptado para ser indistinguible de la asa del estándar del kilograo en ese entonces, y ratificó foralente al kilograo por la priera Conferencia General de Pesos y Medidas en Por la definición, el error en la capacidad de repetición de la definición actual es exactaente cero; sin ebargo, cualquier cabio en un cierto plazo puede ser encontrado coparando el estándar del funcionario a sus copias oficiales. Porque la copia funcionaria y el estándar oficial se hace áspero de los isos ateriales y se guarda bajo isas condiciones, coparando las asas relativas entre los estándares en un cierto plazo estia la estabilidad del estándar. El prototipo internacional del kilograo parece haber perdido cerca de 50 icrograos en los 100 años pasados y la razón de la pérdida sigue siendo desconocido. Actualente están efectuándose experientos con los cuales podría definirse, por leyes físicas, el kilograo. Existen dos vías principales de investigación, la priera se basa en fijar el valor del núero de Avogadro, para luego aterializar la unidad de asa con una esfera de silicio, casi perfecta en su geoetría y coposición isotópica, cuyas características diensionales se pueden conocer con gran exactitud; específicaente se deterina el voluen ocupado por la esfera y cada uno de sus átoos, y finalente, con el núero de Avogadro, se deterina la asa. La otra alternativa consiste en fijar el valor de la carga del electrón o el de la constante de Planck, y luego ediante ediciones eléctricas se aterializa el kilograo utilizando un dispositivo denoinado balanza de Watt, desarrollado por Bryan Kibble del National Physical Laboratory (Reino Unido). Lastiosaente, existen inconsistencias entre los resultados obtenidos por abos étodos y tapoco han alcanzado una certidubre que satisfaga a quienes trabajan en etrología de asa; en todo caso, se estia que para la próxia Conferencia General de Pesos y Medidas de 2011 los experientos hayan ejorado lo suficiente, en sus niveles de repetibilidad y reproducibilidad, de tal fora de adoptar una alternativa de aterialización de la unidad de asa confiable.

4 TIEMPO El segundo es la unidad de tiepo en el Sistea Internacional de Unidades, el Sistea Cegesial de Unidades y el Sistea Técnico de Unidades. Un inuto equivale a 60 segundos y una hora equivale a 3600 segundos. Hasta 1967 se definía coo la ava parte de la duración que tuvo el día solar edio entre los años 1750 y 1890 y, a partir de esa fecha, su edición se hace toando coo base el tiepo atóico. Según la definición del Sistea Internacional de Unidades, un segundo es igual a períodos de radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundaental del isótopo 133 del átoo de cesio (133Cs), edidos a 0 K. Esto tiene por consecuencia que se produzcan desfases entre el segundo coo unidad de tiepo astronóico y el segundo edido a partir del tiepo atóico, ás estable que la rotación de la Tierra, lo que obliga a ajustes destinados a antener concordancia entre el tiepo atóico y el tiepo solar edio. INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA El aperio o apere es la unidad de intensidad de corriente eléctrica. Fora parte de las unidades básicas en el Sistea Internacional de Unidades y fue nobrado en honor de André-Marie Apère. André-Marie Apère ( ), fue un ateático y físico francés, generalente considerado coo uno de los descubridores del electroagnetiso. Desde niño deostró ser un genio. Siendo uy joven epezó a leer y a los doce años iba a consultar los libros de ateáticas de la biblioteca de Lyon. Coo la ayoría de los textos estaban en latín, aprendió esa lengua en unas pocas seanas. En 1822 estableció los principios de la electrodináica.en 1827 publicó su Teoría ateática de los fenóenos electrodináicos, donde expuso su faosa Ley de Apère. DEFINICIÓN El aperio es una corriente constante que, si es antenido en dos conductores paralelos de largo infinito, circulares y colocados a un etro de distancia en un vacío, produciría entre esos conductores una fuerza igual a newton por etro de largo. Coo es una unidad básica, la definición del aperio no es unida a ninguna otra unidad eléctrica. La definición para el aperio es equivalente a cabiar el valor de la pereabilidad del vacío a μ 0 = 4π 10 7 H/. Antes de 1948, el "aperio internacional" era usado, definido en térinos de la deposición electrolítica proedio de la plata. La antigua unidad es igual a A. La unidad de carga eléctrica, el culobio, es definido en térinos de el aperio: un culobio es la cantidad de carga eléctrica llevada en una corriente de un aperio fluyendo por un segundo. Corriente, entonces, es el proedio al cual la carga fluye a través de un alabre o una superficie. Un aperio de corriente (I) es igual a un flujo de un culobio de carga (Q) por un segundo de tiepo (t): Propuesta a definición futura: Coo un culobio es aproxiadaente igual a cargas eleentales, un aperio es aproxiadaente equivalente a cargas eleentales, coo electrónes, oviéndose a través de un liite en un segundo. TEMPERATURA El kelvin es la unidad de teperatura de la escala creada por Willia Thoson, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto

5 ( 273,15 C) y conservando la isa diensión. Willia Thoson, quién ás tarde sería Lord Kelvin, a sus 24 años introdujo la escala de teperatura terodináica, y la unidad fue nobrada en su honor. Se toa coo la unidad de teperatura en el Sistea Internacional de Unidades y se corresponde a una fracción de 1/273,16 partes de la teperatura del punto triple del agua. Se representa con la letra "K", y nunca "ºK". Adeás, su nobre no es el de "grado kelvin" sino sipleente "kelvin"; no se dice "19 grados Kelvin" sino "19 kelvin" o "19 K". Coincidiendo el increento en un grado Celsius con el de un Kelvin, su iportancia radica en el 0 de la escala: a la teperatura de 0 K se la denoina cero absoluto y corresponde al punto en el que las oléculas y átoos de un sistea tienen la ínia energía térica posible. Ningún sistea acroscópico puede tener una teperatura inferior. A la teperatura edida en Kelvin se le llaa "teperatura absoluta", y es la escala de teperaturas que se usa en ciencia, especialente en trabajos de física o quíica. Fórulas de conversión de escalas de teperatura Conversión de a Fórula kelvin grados Celsius C = K 273,15 grados Celsius kelvin K = C + 273,15 grados Fahrenheit grados Celsius C = ( F 32) / 1,8 grados Fahrenheit kelvin K = ( F + 459,67) / 1,8 grados Celsius grados Fahrenheit F =( C 1,8 ) K = 1 C y 1 K = 1,8 F TEMPERATURA Y ENERGÍA La física estadística dice que, en un sistea terodináico, la energía contenida por las partículas es proporcional a la teperatura absoluta, siendo la constante de proporcionalidad la constante de Boltzann. Por eso es posible deterinar la teperatura de unas partículas con una deterinada energía, o calcular la energía de unas partículas a una deterinada teperatura. Esto se hace a partir del denoinado Principio de equipartición. El principio de equipartición establece que la energía de un sistea terodináico es: n Ec = kbt 2 donde: k B es la constante de Boltzann ( x10-23 J/K) T es la teperatura n es el núero de grados de libertad del sistea (por ejeplo, en sisteas onoatóicos donde la única posibilidad de oviiento es la traslación de unas partículas respecto a otras en las tres posibles direcciones del espacio, n es igual a 3).

6 CANTIDAD DE SUSTANCIA El ol es la unidad básica del Sistea Internacional de Unidades, que ide la cantidad de sustancia. Está definido coo la cantidad de sustancia de un sistea que contiene tantas entidades eleentales del tipo considerado coo átoos de C12 hay en 12 graos de C12. Cuando se usa el térino ol debe especificarse el tipo de partículas eleentales a que se refiere, las que pueden ser átoos, oléculas, iones, electrones, otras partículas o grupos específicos de estas partículas. Por ello, en el caso de sustancias eleentales conviene indicar, cuando sea necesario, si se trata de átoos o de oléculas. Por ej., no se debe decir: "un ol de nitrógeno" pues puede inducir a confusión, sino "un ol de átoos de nitrógeno" (=14 graos de nitrógeno) o "un ol de oléculas de nitrógeno" (= 28 graos de nitrógeno). En los copuestos iónicos tabién puede utilizarse el térino ol, aun cuando no estén forados por oléculas discretas. En este caso el ol equivale al térino fórula-grao. Por ej: 1 ol de NaCl (58,5 g) contiene NA iones Na+ y NA iones Cl- [NA es el núero de Avogadro, NA=( ± )x10 23 ol-1]. En consecuencia, en térinos prácticos un ol es la cantidad de cualquier sustancia cuya asa expresada en graos es nuéricaente igual a la asa atóica o asa olecular de dicha sustancia. EQUIVALENCIAS 1 ol es equivalente a 6, oléculas de la isa sustancia 1 ol es equivalente a la asa atóica en graos. 1 ol es equivalente al peso olecular de un copuesto deterinado. 1 ol es equivalente a 22,4 litros de un copuesto gaseoso en condiciones norales de teperatura y presión. Tiene que ver con la ley de los gases ideales 1 ol es equivalente al peso de 2 graos de hidrógeno olecular. INTENSIDAD LUMINOSA La candela es la unidad básica del SI de intensidad luinosa en una dirección dada, de una fuente que eite una radiación onocroática de frecuencia hercios y de la cual la intensidad radiada en esa dirección es 1/683 vatios por estereorradián. Esta cantidad es equivalente a la que en 1948, en la conferencia general de pesos y edidas, se definió coo: Una sexagésia parte de la luz eitida por un centíetro cuadrado de platino puro en estado sólido a la teperatura de su punto de fusión (2046 K). Unidades de fotoetría del SI Magnitud Síbolo Unidad del SI Abrev. Notas Energía Q luinosa v luen segundo l s A veces se usa la unidad talbot Flujo luinoso F luen (=cd sr) l Intensidad luinosa Luinancia I v candela (=l/sr) cd Una Unidad básica del SI L v candela por etro cuadrado cd/ 2

7 Iluinancia E v lux (= l/ 2 ) lx Eisión luinosa Eficiencia luinosa M v lux (= l/ 2 ) lx Usado para edir la incidencia de la luz sobre una superficie Usado para edir la luz eitida por una superficie luen por watio l W -1 ratio de flujo luinoso entre flujo radiante; el áxio posible es 683,002 UNIDADES DERIVADAS DEL SI Magnitud física Nobre de la unidad Síbolo de la unidad Expresada en unidades derivadas Expresada en unidades básicas Frecuencia hercio Hz s -1 Fuerza newton N kg s -2 Presión pascal Pa N kg s Energía, trabajo, calor julio J N -2 Potencia vatio W J s -1-3 Carga eléctrica culobio C A s Potencial eléctrico, fuerza electrootriz voltio V J C A Resistencia eléctrica ohio Ω V A A Conductancia eléctrica sieens S A V kg -1 s 3 A Capacitancia eléctrica faradio F C V kg -1 s 4 A Densidad de flujo agnético, inductividad agnética tesla T V s -2-1 kg s -2 A Flujo agnético weber Wb V s -1-2 A Inductancia henrio H V A -1 s -2-2 A Ángulo plano radián rad -1 Ángulo sólido estereorradián sr -2 2 Flujo luinoso luen l cd sr Iluinancia lux lx cd sr -2 Actividad radiactiva becquerel Bq s -1 Dosis de radiación absorbida gray Gy J kg s Dosis equivalente sievert Sv J kg s Actividad catalítica katal kat ol s -1 teperatura terodináica celsius C C = K