METROLOGIE VELIINY A JEDNOTKY MEN Vypracovno kolektivem autor

METROLOGIE VELIČINY A JEDNOTKY MĚŘENÍ Vypracováno kolektivem autorů odboru metrologie ÚNMZ Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví www. unmz. cz

2. ČÁST - jednotky Tato část obsahuje Ø Jednotky měření Ø Terminologie (veličina, jednotka) a typografie Ø Mezinárodní systém SI UNIT Ø Definice, realizace jednotek, příklady

Jednotky měření SI soustava: základní jednotky: kg, m, A, s, K, cd, mol Odvozené jednotky: a) vyjádřeny v zákl. jednotkách, např. m 2, m/s, mol/dm 3 b) jednotky se zvláštními názvy: N, Pa, W, J, C, … dají se vyjádřit vztahem základních jednotek: např. : F = m∙a 1 N = 1 kg∙m∙s-2

Přehled základních jednotek název jednotky značka jednotky veličina kilogram kg hmotnost metr m délka ampér A el. proud sekunda s čas kelvin K termodynamická teplota kandela cd svítivost mol látkové množství

Terminologie k jednotkám z VIM 3: • Veličina (quantity) • vlastnost jevu, tělesa nebo látky, která má velikost, jež může být vyjádřena jako číslo a reference • Měřicí jednotka (measurement unit) • reálná skalární veličina, definovaná a přijatá konvencí, se kterou může být porovnávána jakákoliv jiná veličina stejného druhu vyjádřením podílu dvou veličin jako čísla

Terminologie k jednotkám • měření (measurement) • proces experimentálního získávání jedné nebo více hodnot veličiny, které mohou být důvodně přiřazeny veličině • soustava jednotek (system of units) • soubor základních jednotek a odvozených jednotek, společně s jejich násobky a díly, stanovený v souladu s danými pravidly pro danou soustavu veličin

Typografie (psaní značek jednotek) • Jak psát značky jednotek? • Názvy jednotek píšeme s malými písmeny: • výjimka: značka je odvozena od jména osoby N (Newton), Pa (Pascal), J (Joule), … • Násobky: se zvýšenou tečkou, nebo mezerou: N∙m , N m • Podíl: s lomítkem nebo záporným exponentem: m/s , m∙s-1 • Složené: např: m/s 2 , m∙s-2 • Značky musí být od číselné hodnoty odděleny mezerou: 5 g • Správný zápis: např. : 25 mm x 40 mm, 10 g + 1 g

SI soustava • mezinárodní soustava jednotek SI (International System of Units) • soustava jednotek založená na Mezinárodní soustavě veličin, jejich názvech a značkách, včetně řad předpon a jejich názvů a značek, společně s pravidly pro jejich použití, přijatá Generální konferencí pro váhy a míry (CGPM)

Jednotky - definice Definice základních jednotek • Metr je délka dráhy, kterou proběhne světlo ve vakuu za dobu 1/299 792 458 sekundy (17. CGPM, 1983). • Kilogram se rovná hmotnosti mezinárodního prototypu kilogramu (3. GGPM, 1901). • Sekunda je doba trvání 9 192 631 770 period záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu cesia 133 (13. CGPM, 1967).

Jednotky - definice • 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 2 x 10 -7 newtonu na 1 metr délky vodičů (9. CGPM, 1948). André Marie Ampére (1775 - 1836). • Kelvin je 1/273, 16 díl termodynamické teploty trojného bodu vody (13. CGPM, 1967). William Thomson lord Kelvin (1824 - 1907).

Jednotky - definice • Mol je látkové množství soustavy, která obsahuje právě tolik elementárních jedinců (entit), kolik je atomů v 0, 012 kilogramu uhlíku 12 C. Při udávání látkového množství je třeba elementární jedince (entity) specifikovat; mohou to být atomy, molekuly, ionty, elektrony, jiné částice nebo blíže určená seskupení částic (14. CGPM, 1971). • Kandela je svítivost zdroje, který v daném směru vysílá monochromatické záření s kmitočtem 540× 1012 hertzů a jehož zářivost v tomto směru je 1/683 wattu na steradián (16. CGPM, 1979).

Jednotky – realizace Jak se jednotky technicky realizují ? Vybrané příklady • 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 Pt. Ir, uloženým v Mezinárodním úřadu pro váhy a míry v Serves u Paříže.

Jednotky – realizace • 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). • 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).

Jednotky – násobky a díly faktor 10 1 10 2 10 3 10 6 10 9 10 12 10 15 10 18 10 21 10 24 předpona deca hecto kilo mega giga tera peta exa zetta yotta značka da h k M G T P E Z Y faktor 10 -1 10 -2 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 10 -18 10 -21 10 -24 předpona deci centi mili mikro nano pico femto atto zepto yocto značka d c m μ n p f a z y

Jednotky - legislativa, historie Přijetí Mezinárodní soustavy jednotek (SI Unit): 1960 ČSSR (ČR): 1974: usnesení vlády o zavádění Soustavy SI, 1980: závazné užívání jednotek SI Vyhláška č. 264/2000 Sb. o základních měřicích jednotkách a ostatních jednotkách a o jejich označování (novela: č. 424/2009 Sb. ) Povolené jednotky: základní: °C pro teplotu, Odvozené – jen ve specifických oborech, např. : Optická mohutnost – 1 dioptrie (= 1 m-1) Hmotnost drahých kovů – 1 karát (= 2. 10 -4 kg) Plocha zemědělské půdy – 1 ar (= 102 m 2) Tlak krve – 1 mm. Hg (= 133, 322 Pa)

Jednotky Budoucnost, redefinice jednotek ü Vývoj v oblastech vědy a špičkových technologií vyvolal potřebu nového pojetí definic jednotek, zejména odstranění závislostí na hmotných artefaktech (kg), ü CIPM navrhla revizi definic, 24. CGPM (2011) vzala na vědomí ü Nové definování SI jednotek bude založeno na základních fyzikálních konstantách, jako např. : rychlost světla ve vakuu, Planckova konstanta, Boltzmannova konstanta, Avogadrova konstanta, příp. dobře známé a stabilní vlastnosti vhodných atomů (Cs)

DALŠÍ INFORMACE Další podrobnější informace je možno najít na webových stránkách ÚNMZ: Ø http: //www. unmz. cz/urad/metrologicky-system Ø http: //www. unmz. cz/urad/rozvoj-v-metrologii Ø http: //www. cmi. cz/

PODĚKOVÁNÍ Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví www. unmz. cz