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⭐Sistema Internacional de Unidades SI > 1. Unidades de Medida
Sistema Internacional de Unidades SI > 1. Unidades de Medida
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Daniel Rivero Córdoba
1 Sistema Internacional de Unidades SI > 1. Unidades de Medida El Sistema SI fue establecido en 1960 por la XI Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM): "El Sistema Internacional de Unidades, SI, es el sistema coherente de unidades adoptado y recomendado por la CGPM" En la XIV CGPM en 1971 el sistema SI fue ampliado de nuevo con la adición del mol como unidad básica para la cantidad de sustancia. Clases de unidades SI Se distinguen dos clases de unidades SI: Las unidades básicas; Las unidades derivadas. Desde el punto de vista científico, la división de las unidades SI en estas dos clases es arbitraria puesto que no es impuesta por la física. A pesar de ello, la Conferencia General tomó en consideración las ventajas que presenta la adopción de un sistema de unidades, único y práctico, para las relaciones internacionales, la enseñanza y la investigación científica y decidió fundar el Sistema Internacional sobre la elección de siete unidades bien definidas que conviene considerar como independientes desde el punto de vista dimensional: el metro, el kilogramo, el segundo, el amperio, el kelvin, el mol y la candela. Estas unidades SI son llamadas unidades básicas. La segunda clase de unidades SI es la de las unidades derivadas. Son las que están formadas combinando las unidades básicas según relaciones algebraicas que enlazan las magnitudes correspondientes. Los nombres y los símbolos de esas unidades están expresados con la ayuda de nombres y símbolos de las unidades básicas. Algunos de ellos pueden ser sustituidos por nombres y símbolos especiales que pueden ser utilizados para expresar los nombres y símbolos de otras unidades derivadas. Las unidades SI de estas dos clases forman un conjunto coherente de unidades, con el sentido dado a la palabra coherente por los especialistas, es decir un sistema de unidades ligadas entre sí por reglas de multiplicación y división sin otro factor numérico más que el 1. Siguiendo la recomendación 1 (1969; PV, 37, y Metrología, 1970, 6, 66) del Comité Internacional, las unidades de este conjunto coherente son designadas bajo elnombre de unidades SI. Es importante subrayar que cada magnitud física solo tiene una unidad SI, aunque esta puede ser expresada bajo diferentes formas. Lo contrario, sin embargo, no es cierto; una misma unidad SI en algunos casos puede emplearse para expresar valores de magnitudes diferentes. Los prefijos SI La Conferencia General adoptó una serie de prefijos para la formación de los múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades SI. Siguiendo la Recomendación 1 (1969) del Comité Internacional, anteriormente mencionado, el conjunto de estos prefijos está designado bajo el nombre de prefijos SI. Las unidades SI, es decir las unidades básicas y las unidades derivadas del SI, forman un conjunto coherente, el conjunto de unidades SI. Los múltiplos y los submúltiplos de las unidades SI que están formados mediante prefijos SI deben ser designados por sus nombres completos, múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades SI. Estos múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades SI no son coherentes con las unidades SI propiamente dichas. Como excepción a la regla, los múltiplos y submúltiplos del kilogramo están formados ligando nombres de prefijos al nombre de la unidad "gramo" y símbolos de prefijos al símbolo de unidad "g". Legislación sobre las unidades Los estados establecen, por vía legislativa, las reglas concernientes a la utilización de unidades en el ámbito nacional, bien de un modo general, bien únicamente en ciertos campos como el comercio, la salud, la seguridad pública o la enseñanza. En la mayoría de los países, estas legislaciones están basadas en el empleo del sistema internacional de unidades. La Organización internacional de metrología legal (OIML), creada en 1955, se ocupa de la armonización internacional de esas legislaciones. 1.1 Unidades SI Unidades SI básicas, definiciones: Las definiciones oficiales de todas las unidades básicas SI son aprobadas por la Conferencia General. La primera de estas definiciones fue aprobada en 1889 y la más reciente en Estas definiciones son modificadas de vez en cuando para continuar la evolución de las técnicas de medida a fin de permitir una realización más exacta de las unidades básicas. Unidad de longitud (metro) La definición del metro basada en el prototipo internacional de platino iridio, en vigor desde 1889, había sido sustituida en la 11ª CGPM (1960) por una definición basada en una longitud de onda de una radiación del criptón 86, con el fin de mejorar la exactitud de la realización del metro. La 17ª CGPM (1983, Resolución 1; CR, 97 y Metrología, 1984,20, 25) ha sustituido en 1983 esta última definición por la siguiente: El metro es la longitud del trayecto recorrido por la luz en el vacío durante un espacio de tiempo de 1/ de segundo.2 Esta definición tiene por efecto fijar la velocidad de la luz exactamente en m. s -1. El antiguo prototipo internacional del metro, que fue confirmado por la 1ª CGPMen 1889 (CR, 34-38), sigue conservado en el BIPM en las condiciones fijada en Unidad de masa (kilogramo) El prototipo internacional del kilogramo de platino iridio está conservado en el Bureau Internacional en las condiciones fijadas por la 1ª CGPM 1889 (CR, 34-38) cuando sancionó este prototipo y declaró: Este prototipo será considerado desde ahora como unidad de masa. La 3ª CGPM (1901; CR, 70), en una declaración tendente a eliminar la ambigüedad que existía en el uso normal del significado del término "peso", confirma que: El kilogramo es la unidad de masa; igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo. Unidad de tiempo (segundo) El segundo, unidad de tiempo, fue definido en origen como la fracción 1/ del día solar medio. La definición exacta del "día solar medio" competía a los astrónomos. Sin embargo, sus trabajos han demostrado que el día solar medio no presenta las garantías requeridas de exactitud, debido a irregularidades de la rotación de la tierra. Para proporcionar más precisión a la unidad de tiempo, la 11ª CGPM (1960; CR, 86) establece una definición, otorgada por la Unión Astronómica Internacional que estaba fundada sobre el año tropical. De todas formas, las investigaciones experimentales ya habían demostrado que un patrón atómico de intervalo de tiempo, basado en la transición entre dos niveles de energía de un átomo o de una molécula, podía ser realizado y reproducido con una exactitud mucho mas elevada. Considerando que una definición de alta precisión de la unidad de tiempo del Sistema Internacional era indispensable, la 13ª CGPM ( , Resolución 1; CR, 103 y Metrología, 1968, 4, 43) sustituyó la definición del segundo por la siguiente: El segundo es la duración de periodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo decesio 133. Durante su sesión de 1997, el Comité Internacional confirmó que: Esta definición se refiere a un átomo de cesio en reposo, a una temperatura de 0 K. Unidad de la corriente eléctrica (amperio) Unidades eléctricas, llamadas "internacionales", para la corriente y para la resistencia, fueron introducidas por el Congreso Internacional de electricidad, celebrado en Chicago en 1893, y las definiciones del amperio "internacional" y del ohmio "internacional" fueron confirmados por la Conferencia Internacional de Londres en Aunque la opinión unánime de reemplazar estas unidades "internacionales" por unidades llamadas "absolutas" ya fue puesto de manifiesto en la 8ª CGPM (1933), la decisión formal de suprimir estas unidades "internacionales" fue tomada por la 9º CGPM (1948) que adoptó para el amperio, unidad de corriente eléctrica, la definición siguiente propuesta por el Comité Internacional (1946, Resolución 2 ; PV, 20, ): El amperio es la intensidad de una corriente constante que, mantenida en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de 1 mmetro uno del otro en el vacío, produciría entre esos conductores una fuerza igual a 2 x 10-7 newton por metro de longitud. La expresión "unidad MKS de fuerza" que figura en el texto original de 1946 ha sido sustituida aquí por "newton", nombre adoptado para esta unidad por la 9ª CGPM (1948, Resolución 7; CR, 70). Esta definición tiene por efecto el fijar la permeabilidad del vacíoa 4π x 10-7 H. m -1 exactamente. Unidad de temperatura termodinámica (kelvin) La definición de unidad de temperatura termodinámica fue en realidad otorgada por la 10ª CGPM (1954, Resolución 3 ; CR, 79) que eligió el punto triple del agua como punto fijo fundamental atribuyéndole la temperatura de 273,16 K por definición. La 13ª CGPM, ( , Resolución 3 ; CR, 104 y Metrología, 1968, 4, 43) adoptó el nombre Kelvin (símbolo K) en vez de "grado kelvin" (símbolo ºK) y definió la unidad de temperatura termodinámica como sigue (Resolución 4; CR 104 y Metrología, 1968, 4, 43): El kelvin, unidad de temperatura termodinámica, es la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. Debido al modo en que las escalas de temperatura eran habitualmente definidas, resultó de uso corriente expresar la temperatura termodinámica, símbolo T, en función de su diferencia en razón a la temperatura de referencia To= 273,15 K, punto de congelación del agua. Esta diferencia de temperatura es llamada temperatura Celsius, símbolo t, y es definida por la ecuación: t = T - T 0 La unidad de temperatura Celsius es el grado Celsius, símbolo º C, igual a la unidad kelvin por definición. Un intervalo o una diferencia de temperatura puede expresarse tanto en kelvin como en grados Celsius (13ª CGPM, , Resolución 3, mencionada anteriormente). El valor numérico de una temperatura Celsius texpresada en grados Celsius es dada por la relación: t/º C = T/K - 273,15 El kelvin y el grado Celsius son también unidades de la Escala Internacional de Temperatura de 1990 (EIT-90) adoptada por el Comité Internacional en 1989 en su Recomendación 5 (CI-1989) (PV, 57, 26 y Metrología, 1990, 27, 13). Unidad de cantidad de sustancia (mol) Después del descubrimiento de las leyes fundamentales de la química, se ha utilizado, para especificar las cantidades de los diversos elementos o compuestos químicos, unidades que llevan, por ejemplo, los nombres de "átomo-gramo" y "molécula-gramo". Esas unidades estaban ligadas directamente a los "pesos atómicos" y a los "pesos moleculares" que eran en realidad masas relativas. Los "pesos atómicos" fueron primeramente ligados al del elemento químico oxígeno, tomado por convención igual a 16. Pero, mientras que los físicos separaban3 los isótopos con el espectrómetro de masa y atribuían el valor 16 a uno de los isótopos del oxígeno, los químicos atribuían el mismo valor a la mezcla (de composición ligeramente variable) de los isótopos 16, 17 y 18 que constituían el elemento oxígeno natural. Un acuerdo entre la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (UIPPA) y la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (UICPA) puso fin a esta dualidad en Desde entonces, físicos y químicos han convenido atribuir el valor 12, exactamente, al "peso atómico", o según unaformulación mas correcta a la masa atómica relativa, del isótopo 12 de carbono (carbono 12, 12 C). La escala unificada así obtenida da valores de masas atómicas relativos. Quedaba definir la unidad de cantidad de masa fijando la masa correspondiente al carbono 12; por un acuerdo internacional, esta masa fue fijada a 0,012 kg y la unidad de magnitud "cantidad de sustancia" recibió el nombre de mol (símbolo mol). Siguiendo las propuestas del UIPPA, de UICPA y de ISO, el Comité Internacional dio en 1967 y confirmó en 1969 una definición del mol que fue finalmente adoptada por la 14ª CGPM (1971, Resolución 3; CR, 78 y Metrología, 1972, 8, 36): - El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que tiene tantas entidades elementales como hay átomos en 0,012 kilogramos de carbono 12; su símbolo es el "mol". - Cuando se emplea el mol, las entidades elementales deben ser especificadas y pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones, y otras partículas o agrupamientos especificados de tales partículas. En 1980, el Comité Internacional aprobó el acta del CCU (1980) que precisaba: En esta definición, se entiende que se refiere a átomos de carbono 12 no ligados, en reposo y en su estado fundamental. Unidad de intensidad luminosa (candela) Las unidades de intensidad luminosa fundadas sobre los patrones de llama o filamento incandescente, que estaban en uso en diferentes países antes de 1948, fueron primero reemplazados por la "nueva vela", basada en la luminiscencia del radiador de Planck (cuerpo negro) a la temperatura de congelación del platino. Esta modificación fue preparada ya antes de 1937 por la Comisión Internacional de la Iluminación (CIE) y por el Comité Internacional; la decisión fue tomada por el Comité Internacional en Fue ratificada en 1948 por la 9ª CGPM que adoptó para esta unidad un nuevo nombre internacional, la candela (símbolo cd) ; en 1967, la 13ª CGPM (Resolución 5 ; CR, 104 y Metrología, 1968, 4, 43-44) dio una forma enmendada a la definición de En 1979, a causa de las dificultades experimentales de realización del radiador de Planck a las temperatura elevadas y de las nuevas posibilidades ofrecidas por la radiometría, es decir la medida de la potencia de las radiaciones ópticas, la 16ª CGPM (1979, Resolución 3; CR, 100 y Metrología, 1980, 16, 56) adoptó una nueva definición de la candela: La Candela es la intensidad luminosa en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540 x hercios y cuya intensidad de energía en esa dirección es 1/683 vatios por estereorradián. Simbolos de las unidades básicas Las unidades básicas del Sistema Internacional están agrupadas en la tabla I con su nombre y su símbolo (10ª CGPM (1954, Resolución 5; CR, 80); 11ª CGPM (1960, Resolución 12; CR, 87); 13ª CGPM ( , Resolución 3; CR, 104 y Metrología, 1968, 4, 43); 14ª CGPM (1971, Resolución 3; CR, 78 y Metrología, 1972, 8, 36)). Tabla 1. Unidades SI básicas Magnitud Unidad básica Símbolo Longitud metro m Masa kilogramo kg Tiempo segundo s Intensidad de corriente eléctrica amperio A Temperatura termodinámica kelvin K Cantidad de sustancia mol mol Intensidad luminosa candela cd Unidades SI derivadas Las unidades derivadas son unidades que pueden ser expresadas a partir de las unidades básicas mediante símbolos matemáticos de multiplicación y de división. Ciertas unidades derivadas han recibido nombres especiales y símbolos particulares que pueden ser utilizados con los símbolos de otras unidades básicas o derivadas para expresar las unidades de otras magnitudes. Unidades expresadas a partir de las unidades básicas La tabla 2 da algunos ejemplos de unidades derivadas expresadas directamente a partirde unidad básica. Las unidades derivadas están obtenidas por multiplicación y divisiónde las unidades básicas. Tabla 2. Ejemplos de unidades SI derivadas, expresadas a partir de las unidades básicas4 Magnitudes derivadas Nombre Símbolo Superficie metro cuadrado m 2 Volumen metro cúbico m 3 Velocidad metro por segundo m/s Aceleración metro por segundo cuadrado m/s 2 Número de ondas metro a la potencia menos uno m -1 Masa en volumen kilogramo por metro cúbico kg/m 3 Volumen másico metro cúbico por kilogramo m 3 /kg Densidad de corriente amperio por metro cuadrado A/m 2 Campo magnético amperio por metro A/m Concentración (de cantidad mol por metro cúbico mol/m 3 de sustancia) Intensidad luminosa candela por metro cuadrado cd/m 2 Índice de refracción (el número) uno 1 (a) (a) En general, uno se emplea para el símbolo «1» con un valor numérico Unidades de nombres especiales y símbolos particulares; unidades que utilizan unidades con nombres especiales y símbolos particulares Por comodidad algunas unidades derivadas mencionadas en la tabla 3, reciben un nombre especial y un símbolo particular. Esos nombres y símbolos pueden ellos mismos ser utilizados para expresar otras unidades derivadas: algunos ejemplos figuran en la tabla 4. Los nombres especiales y los símbolos particulares permiten expresar, bajo forma reducida, unidades frecuentemente utilizadas. Los tres últimos nombres y símbolos de unidades que figuran en la parte baja de la tabla 3 son particulares: fueron específicamente aprobados por la 15ª CGPM (1975, Resolución 8 y 9; CR, 105 y Metrología, 1975, 11, 180) y la 16ª CGPM (1979, Resolución 5; CR, 100 y Metrología, 1980, 16, 56) para la salvaguarda de la salud humana. En la última columna de las tablas 3 y 4 se encuentra la expresión de las unidades SI mencionadas en función de unidades SI básicas. En esta columna, los factores tales que m 0, kg 0, etc., considerados como iguales a 1, no son generalmente escritos explícitamente. Tabla 3. Unidades SI derivadas con nombres especiales y símbolos particulares Magnitudes derivadas Nombre Símbolo Expresión utilizando otras unidades SI Expresión en unidades SI básicas Ángulo plano radián (a) rad m m -1 =1 (b) Ángulo sólido estereorradián (a) sr (c) m 2 m -2 =1 (b) Frecuencia hercio HZ s -1 Fuerza newton N m kg s -2 Presión, tensión pascal Pa N/m 2 m -1 kg s -2 Energía, trabajo, cantidad de calor julio J N m -2 m 2 kg s Potencia, flujo radiante vatio W J/s m 2 kg s -3 Carga eléctrica, cantidad de culombio electricidad C A s Diferencia de potencial voltio V W/A m 2 kg s -3 A -15 eléctrico, fuerza electromotriz Capacitancia eléctrica faradio F C/V m -2 kg -1 s 4 A 2 Resistencia eléctrica ohmio Ω V/A m 2 kg s -3 A -2 Conductancia eléctrica siemens S A/V m -2 kg -1 s 3 A 2 Flujo de inducción magnética weber Wb V S m 2 kg s -2 A -1 Inducción magnética tesla T Wb/m 2 kg s -2 A -1 Inductancia henrio H Wb/A m 2 kg s -2 A -2 Temperatura Celsius grado Celsius (d) º C K Flujo luminoso lumen lm cd sr (c) m 2 m -2 cd=cd Iluminancia lux lx lm/m 2 m 2 m -4 cd=m - Actividad (de un radionucleido) becquerel Bq s -1 Dosis absorbida, kerma, energía específica gray Gy J/kg -2 m 2 s (comunicada) Dosis equivalente, índice de dosis equivalente sievert Sv J/kg -2 m 2 s Actividad catalítica katal kat mol s -1 (a) El radián y el estereorradián pueden ser útiles en las expresiones de las unidades derivadas, para distinguir magnitudes de naturaleza diferente que tienen la misma dimensión. Ejemplos de su utilización para formar nombres de unidades derivadas son mencionados en la tabla 4. (b) En la práctica, se emplean los símbolos rad y sr cuando es de utilidad, pero la unidad derivada "l" no es habitualmente mencionada. (c) En fotometría 1, se mantiene generalmente el nombre y símbolo del estereorradián, sr, en la expresión de las unidades. (d) Esta unidad puede ser utilizada en asociación con prefijos SI, como por ejemplo para expresar el submúltiplo miligrado Celsius, mº C. Tabla 4. Ejemplos de unidades SI derivadas con nombre y símbolos que conllevan unidades SI derivadas con nombres especiales y símbolos particulares Magnitudes derivadas Nombre Símbolo Expresión de unidades SI básicas Viscosidad dinámica pascal segundo Pa s m -1 kg s -1 Momento de fuerza newton metro N m m 2 kg s -2 Tensión superficial newton por metro N/m kg s -2 Velocidad angular radián por segundo rad/s m m -1 s -1 =s -1 Aceleración angular radián por segundo cuadrado rad/s 2 m m -1 s -2 =s -2 Flujo térmico superficial vatio por metro cuadrado W/m 2 kg s -3 Capacidad térmica, entropía julio por kelvin J/K m 2-1 kg s -2 K Capacidad térmica másica julio por kilogramo Entriopía másica kelvin J/(kg K) m 2-1 s -2 K Energía másica julio por kilogramo J/kg -2 m 2 s6 Conductividad térmica vatio por metro kelvin W/(m K) m kg s -3 K -1 Energía volúmica julio por metro cúbico J/m 3 m -1 kg s -2 Campo eléctrico voltio por metro V/m m kg s -3 A -1 Densidad de carga o carga volúmica Desplazamiento eléctrico culombio por metro cúbico culombio por metro cuadrado C/m 3 C/m 2 m -3 s A m -2 s A Permitividad faradio por metro F/m m -3 kg -1 s 4 A 2 Permeabilidad henrio por metro H/m m kg s -2 A 2 Energía molar julio por mol J/mol m 2 kg s -2 mol -1 Entropía molar, capacidad m 2 kg s -2 K -1 julio por mol kelvin J/(mol K) térmica molar mol -1 Exposición (rayos x -- y) culombio por kilogramo C/kg kg -1 s A De dosis absorbida gray por segundo Gy/s m 2 s -3 Intensidad radiante Iluminancia energética vatio por estereorradián vatio por metro cuadrado estereorradián W/sr W/(m 2 sr) m 4 m -2 kg s -3 = m 2 kg s -3 m 2 m -2 kg s -3 =kg s -3 Una misma unidad puede corresponder a varias magnitudes diferentes como se ha mencionado en el párrafo. En la tabla de arriba donde la numeración de las magnitudes citadas no es limitativa, encontramos varios ejemplos. Así el joule por kelvin (J/K) es el nombre de la unidad SI para la magnitud capacidad térmica al igual que para la magnitud entropía; de la misma manera el amperio (A) es el nombre de la unidad SI para la magnitud básica corriente eléctrica al igual que para la magnitud derivada fuerza magnetomotriz. No es suficiente entonces indicar el nombre de la unidad para hacer conocer la magnitud medida : esta regla se aplica no solamente a los textos científicos y técnicos sino también, por ejemplo, a los aparatos de medida (es decir que deben llevar no solamente la indicación de la unidad sino también la indicación de la magnitud medida). Una unidad derivada puede frecuentemente expresarse de varias maneras utilizando nombres de unidades básicas y nombres especiales de unidades derivadas. Esta libertad algebraica es de todas maneras limitada por las consideraciones físicas del sentido común. El julio, por ejemplo, puede escribirse newton metro, o bien kilogramo metro cuadrado por segundo cuadrado, pero según las circunstancias algunas formas pueden ser más útiles que otras. En la práctica, con el fin de reducir el riesgo de confusión entre las magnitudes que tienen la misma dimensión, se expresa su unidad empleando de preferencia un nombre especial o una combinación particular de unidades. Por ejemplo, se llama hercio a la unidad SI de frecuencia, en vez de segundoa la potencia menos uno y la unidad SI de velocidad angular radián por segundo en vez de segundoa la potencia menos uno (en el caso de uso del nombre radián señala el hecho que la velocidad angular es igual a 2π la frecuencia de rotación). De la misma manera, se llama newton metro a la unidad SI de momento de fuerza en vez de julio. En el campo de las radiaciones ionizantes, se llama becquerel a la unidad SI de actividad en vez desegundo a la potencia menos uno, y se llama gray y sievert a la unidad SI de dosis absorbida y la unidad SI de dosis equivalente, respectivamente, en vez de joule por kilogramo. Los nombres especiales de becquerel, gray y sievert han sido introducidos específicamente en razón de los peligros para la salud humana que podrían resultar de equivocaciones en el uso de las unidades segundo a la potencia menos uno y julio por kilogramo. Unidades de magnitudes sin dimensión y magnitudes de dimensión uno Algunas magnitudes están definidas por el cociente de dos magnitudes de la misma naturaleza; tienen una dimensión que puede ser expresada por el número uno. La unidad asociada a tales magnitudes es necesariamente una unida derivada coherente con las otras unidades del SI, y como resulta del cociente de dos unidades SI idénticas, esta unida puede también ser expresada por el número uno. Tanto es así que la unidad SI de todas las magnitudes cuya dimensión es el producto de dimensión igual a uno, es el número uno. Se puede citar, como ejemplo de tales magnitudes, el índice de refracción, la permeabilidad relativa o el factor de rozamiento. Entre las otras magnitudes que tienen por unidad el numero uno, están los «números característicos» como elnúmero de Prandtl C p /λ y los número que sirven para indicar una cuenta, como los números de moléculas, la degeración (número de niveles de energía) o la función de la partición en termodinámica estadística. Todas esas magnitudes están descritas como sin dimensión, o de dimensión uno, y tienen por unidad la unidad SI coherente 1. El valor de esas magnitudes no es expresado más que por un número, en general la unidad 1 no es mencionada explícitamente. En algunos casos, se atribuye a esta unidad un nombre especial, en vista de evitar principalmente la confusión con algunas unidades derivadas compuestas. Es el caso del radián, estereorradián y neper. 1.2 Múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades SI Prefijos SI7 La 11ª CGPM (1960, Resolución 12; CR, 87) ha adoptado una serie de prefijos y símbolos de prefijos para formar nombres y símbolos de múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades SI de a Los prefijos para y fueron añadidos por la 12ª CGPM (1964, Resolución 8; CR, 94), para y por la 15ª CGPM (1975, Resolución 10; CR, 106 y Metrología, 1975, 11, ) y para 10 21, 10 24, y por la 19ª CGPM (1991, Resolución 4; CR, 97 y Metrología, 1992, 29, 3). Los prefijos y símbolos de prefijos que han sido adoptados figuran en la tabla 5. Estos prefijos SI representan estrictamente las potencias de 10. No deben ser utilizados para expresar múltiplos de dos (por ejemplo, un kilobit representa 1000 bits y no 1024 bits). Tabla 5. Prefijos SI Factor Prefijo Símbolo 10 1 deca da 10 2 hecto h 10 3 kilo k 10 6 mega M 10 9 giga G tera T peta P exa E zetta Z yotta Y 10-1 deci d 10-2 centi c 10-3 mili m 10-6 micro µ 10-9 nano n pico p femto f atto a zepto z yocto y El kilogramo Entre las unidades básicas del Sistema Internacional, la unidad de masa es la única cuyo nombre contiene un prefijo por razones históricas. Los nombres y los símbolos de los múltiplos y submúltiplos decimales de la unidad de masa, están formados por la unión de prefijos a la palabra «gramo» y de símbolos de estos prefijos al símbolo de la unidad «g» (CIPM, 1967, Recomendación 2; PV, 35, 29 y Metrología, 1968, 4, 45). Por ejemplo : 10-6 kg = 1 mg (1 miligramo) pero no 1 µkg (1 microkilogramo) 1.3 Unidades fuera del SI El uso de las unidades SI está recomendado en las ciencias, las técnicas y el comercio. Estas unidades están adoptadas a nivel internacional por la Conferencia General y sirven hoy en día para definir todas las otras unidades. Las unidades básicas del SI y las unidades SI derivadas, comprendiendo las unidades que tienen nombres especiales, tienen la ventaja esencial de formar un conjunto coherente y, en consecuencia torna inútiles las conversiones entre unidades cuando se dan valores particulares a las magnitudes en las ecuaciones entre magnitudes. Pero se constata que algunas unidades fuera del SI son todavía ampliamente utilizadas en las publicaciones científicas, técnicas o comerciales y algunas lo serán probablemente todavía durante numerosos años. Otras unidades fuera del SI, como las unidades del tiempo, son de uso tan extendido a la vida cotidiana y tan profundamente enraizada en la historia y en la cultura de los hombres, que seguirán siendo utilizadas en el futuro previsible. Es la razón por la cual las principales unidades fuera del SI están mencionadas en las tablas siguientes. No es por que las tablas de unidades fuera del SI figuran en este documento que se puede deducir que hay que alentar el uso de estas unidades. A la excepción de algunos casos discutidos más adelante, las unidades SI deben ser siempre utilizadas preferentemente a las unidades fuera del SI. Es deseable evitar asociar las unidades SI con las unidades de fuera del SI; en particular, la asociación de estas unidades con las unidades SI para formar unidades compuestas debe ser limitada en casos particulares con el fin de no perder la ventaja de la coherencia dada para el uso de la unidades SI.8 Unidades en uso junto con el SI El Comité Internacional (1969) ha reconocido que los usuarios podían tener necesidad de utilizar las unidades SI en asociación con algunas unidades que no pertenecen al Sistema Intencional pero que juegan un papel importante y que son ampliamente extendidas. Estas unidades que fueron clasificadas en tres categorías: las unidades en uso junto con el SI; las unidades mantenidas temporalmente; las unidades a desaconsejar. Reconsiderando esta clasificación el Comité Internacional (1996) aprobó una nueva clasificación de las unidades de fuera del SI que pueden ser utilizadas con el SI: las unidades de uso con el SI, tabla 6; las unidades en uso junto con el SI cuyo valor es obtenido experimentalmente, tabla 7; las otras unidades de uso junto con el SI, correspondiente a necesidades específicas, tabla 8. La tabla 6 da a lista de las unidades fuera del SI en uso junto con el SI. Comprende unidades empleadas cotidianamente, en particular las unidades usuales de tiempo y de ángulo, así como otras unidades cada vez más importantes desde el punto de vista técnico. Tabla 6. Unidades fuera del Sistema Internacional en uso con el Sistema Internacional Nombre Símbolo Valor en unidad SI minuto min 1 min = 60 s hora (a) 1 h = 60 min = 3600 h s día d 1 d = 24 h = s grado (b) º 1º = (π/180) rad minuto ' 1' = (1/60)º = (π/10 800) rad segundo '' 1'' = (1/60)' = (π/ ) rad litro (c) l, L 1 l = 1 dm 3 = 10-3 m 3 tonelada (d,e) t 1 t = 10 3 kg belio (g,h) 1 B = (1/2) ln 10 B (Np) (i) neper (f,h) Np 1 Np = 1 (a) El símbolo de esta unidad está incluido en la Resolución 7 de la 9º CGPM (1948; CR, 70). (b) La norma ISO 31 recomienda que el grado sea subdividido de forma decimal en vez de utilizar el minuto y el segundo. (c) Esta unidad y el símbolo 1 han sido adoptados por el Comité Internacional en 1879 (PV, 1879, 41). El otro símbolo, L, ha sido adoptado por la 16ª CGPM (1979, Resolución 6; CR, 101 y Metrología, 1980, 16, 56-57) para evitar el riesgo de confusión entre la letra l y el número 1. La definición actual del litro está dada en la Resolución 6 de la 12ª CGPM (1964; CR, 93). (d) Esta unidad y su símbolo han sido adoptados por el Comité Internacional en 1879 (PV, 1879, 41). (e) En algunos países de lengua inglesa, esta unidad lleva el nombre de «metric ton». (f) El neper es utilizado para expresar el valor de dimensiones logarítmicas tales como el nivel de campo, nivel de potencia, nivel de presión acústica o el decrecimiento logarítmico. Los logaritmos naturales son utilizados para obtener los valores numéricos de las magnitudes expresadas en neper. El neper es coherente con el SI, pero no ha sido todavía adoptado por la Conferencia General como unidad SI. Para más información, ver la norma internacional ISO 31. (g) El belio se utiliza para expresar el valor de magnitudes logarítmicas tales como el nivel de campo, nivel de potencia, nivel de presión acústica o la atenuación. Los logaritmos de base diez son utilizados para obtener los valores numéricos de magnitudes expresadas en belios. El submúltiplo decibelio, db, es de uso corriente. Para más información, ver la norma internacional ISO 31. (h) Es especialmente importante precisar la magnitud en cuestión cuando se utilizan estas unidades. No hay que contar sobre la unidad para especificar la magnitud. (i) Np figura entre paréntesis porque, aunque el neper sea coherente con el SI todavía no ha sido adoptado por la Conferencia General. La tabla 7 menciona tres unidades fuera del SI en uso junto con el SI, cuyo valor expresado en unidades SI se obtiene experimentalmente y no es pues conocido exactamente. Estos valores están acompañados entre paréntesis de incertidumbre-tipo compuesta (factor k; = 1) sobre las dos últimas cifras. Estas unidades son de uso corriente en ciertos ámbitos especializados. Tabla 7. Unidades fuera del SI en uso junto con el Sistema Internacional cuyo valor en unidades SI es obtenido experimentalmente Nombre Símbolo Definición Valor en unidad9 electrón-voltio (a) unidad de masa atómica unidad astronómica ev u ua SI (b) 1 ev = 1, (49) J (c) 1 u = 1, (10) kg 1 ua = 1, (d) (30) m (a) Los valores del electrón-voltio y de la unidad de masa atómica unificada están dados en CODATA Boletín, 1986, nº 63. El valor de la unidad astronómica está dado en el IERS Convenciones (1996), D.D. McCarthy ed., IERS Technical Note 21, Observatorio de París, julio (b) El electrón-voltio es la energía cinética adquirida por el electrón después de atravesar una diferencia de potencial de 1 V en el vacío. (c) La unidad de masa unificada es igual a 1/12 de la masa de un átomo del nucléido 12 C, no ligado, en reposo, y en su estado fundamental. En el dominio de la bioquímica la unidad de masa unificada es también llamada dalton, símbolo Da. (d) La unidad astronómica es una unidad de longitud; su valor es aproximadamente igual a la distancia media entre la tierra y el sol. Y es tal que, cuando se utiliza para describir movimientos de cuerpos en el sistema solar, la constante gravitacional heliocéntrica es ( ) 2 ua 3 d -2. La tabla 8 menciona otras unidades fuera del SI utilizadas de forma corriente con el SI, con el fin de responder a las necesidades específicas en el campo comercial o jurídico, o a intereses científicos particulares. La equivalencia de esas unidades con las unidades SI debe ser mencionada en todos los documentos en los cuales son utilizadas. Es preferible evitar emplearlas. Tabla 8. Otras unidades fuera del SI en uso junto con el Sistema Internacional Nombre Símbolo Valor en unidad SI milla marina (a) 1 milla marina = 1852 m 1 milla marina por nudo hora = (1852/3600) m/s área (b) a 1 a = 1 dam 2 = 100 hectárea (b) bar (c) ångström barn (d) ha bar Å b m 2 1 ha = 1 hm 2 = 10 4 m 2 1 bar = 0,1 Mpa = 100 kpa = 10 5 Pa 1 Å = 0,1 nm = m 1 b = 100 fm 2 = m 2 (a) La milla marina es una unidad especial empleada en navegación marítima y aérea para expresar la distancia. Este valor fue adoptado por convención por la Primera Conferencia Hidrográfica Internacional extraordinaria, Mónaco, 1929, bajo el nombre de «milla marina internacional». No existe símbolo convenido a nivel internacional. En origen, esta unidad fue elegida porque una milla marina en la superficie de la tierra es interceptada aproximadamente por un minuto de ángulo en elcentro de la tierra. (b) Las unidades área y hectárea y sus símbolos fueron adoptados por el Comité Internacional en 1879 (PV, 1879, 41) y son utilizados para expresar superficies agrarias. (c) El bar y su símbolo están incluidos en la Resolución 7 de la 9ª CGPM (1948: CR. 70). (d) El barn es una unidad especial empleada en física nuclear para expresar las secciones eficaces. Otras unidades fuera del SI Ciertas unidades fuera del SI siguen siendo utilizadas ocasionalmente. Algunas de ella sson importantes para la interpretación de textos10 científicos antiguos. Están mencionadas en las tablas 9 y 10, pero es preferible evitar emplearlas. La tabla 9 da las relaciones entre las unidades CGS y las unidades SI; menciona las unidades CGS que tienen nombres especiales. En el campo de la mecánica, el sistema de unidades CGS está basado en tres magnitudes y sus unidades básicas: el centímetro, elgramo y el segundo. En el campo de la electricidad y del magnetismo, las unidades estaban también expresadas en función de esas tres unidades básicas. Esas unidades podrían ser expresadas de diferentes maneras, varios sistemas diferentes han sido establecidos, por ejemplo el Sistemas CGS electrostático, el Sistema CGS electromagnético y el Sistemas CGS de Gauss. Estos tres últimos sistemas, el sistema de magnitudes y el sistema de ecuaciones correspondientes son diferentes de los que se utilizan con las unidades SI. Tabla 9. Unidades CGS derivadas con nombres especiales Nombre Símbolo Valor en unidad SI ergio (a) erg 1 erg = 10-7 J dina (a) dyn 1 dyn = 10-5 N poise (a) P 1 P = 1 dyn s cm -2 = 0,1 Pa s stokes St 1 St = 1 cm 2 s -1 = 10 - m 2 s -1 stilb (a) phot gal (b) maxwell (c) gauss (c) œrsted (c) sb ph Gal Mx G Oe 1 sb = 1 cd cm -2 = 10 4 cd m -2 1 ph = 1 cd sr cm -2 = 10 4 lx 1 Gal = 1 cm s -2 = 10-2 m s -2 1 Mx = 1 G cm 2 = 10-8 Wb 1 G = 1 Mx cm -2 = 10-4 T 1 Oe (10 3 /4π) A m -1 (a) Esta unidad y su símbolo fueron incluidas en la Resolución 7 de la 9º CGPM (1948; CR, 70). (b) El gal es una unidad especial de medida empleada en geodesia y en geofísica para expresar la aceleración debida a la gravedad. (c) Esta unidad forma parte del Sistema CGS «electromagnético» de tres dimensiones, basado en ecuaciones irracionales cuantitativas, y debe ser comparada con cuidado con las correspondientes unidades del Sistema Internacional, basado en ecuaciones racionales suponiendo cuatro dimensiones y cuatro cantidades para la teoría de electromagnetismo. El flujo magnético, Φ, y la densidad de flujo magnético, B, están definidas por ecuaciones similares en los sistemas CGS y SI, por ello las correspondientes unidades pueden ser relacionadas tal como se muestra en la tabla. No obstante, el campo magnético irracionalizado, H (irracionalizado) = 4π x H (racionalizado). El símbolo de equivalencia se utiliza para indicar que cuando H(irracionalizado) = 1 Oe, H(racionalizado) = (10 3 /4π) A m -1 La tabla 10 concierne a las unidades de uso corriente en los textos antiguos. Es preferible evitarlas en los textos actuales si no se quiere perder las ventajas del SI. Cada vez que estas unidades sean mencionadas en un documento, conviene precisar su equivalencia en unidades SI. Tabla 10. Ejemplos de otras unidades fuera del Sistema Internacional Nombre Símbolo Valor en unidad SI curie (a) Ci 1 Ci = 3,7 x Bq röntgen (b) R 1 R = 2,58 x 10-4 C/kg rad (c,f) rad 1 rad = 1 cgy = 10-2 Gy rem (d,f) rem 1 rem = 1 csv = 10-2 Sv (e) 1 Unidad X 1,002 Unidad X x 10-4 nm11 gamma (f) γ 1 γ = 1 nt = 10-9 T jansky Jy 1 Jy = W m Hz fermi (f) 1 fermi = 1 1 fm = m quilate (g) 1 quilate = 200 mg = 2 x 10-4 kg torr Torr 1 Torr = ( /760) Pa atmosfera normal (h) atm 1 atm = Pa caloria cal (i) micra (f) µ 1 µ = 1 µm = 10-6 m (a) El curie es una unidad empleada en física nuclear para expresar la actividad de los radionucléidos (12ª CGPM, 1964, Resolución 7; CR, 94). (b) El röntgen es una unidad especial empleada para expresar la exposición a la radiación x o Y. (c) El rad es una unidad especial empleada para expresar la dosis absorbida de radiación ionizante. Cuando existe un riesgo de confusión con el símbolo del radián, se puede utilizar rd como símbolo del rad. (d) El rem es una unidad especial empleada en radio-protección para expresar la equivalencia de dosis. (e) La unidad X se empleaba para expresar las longitudes de onda de los rayos x. Su equivalencia con la unidad SI es aproximada. (f) Esta unidad fuera del sistema SI es equivalente a un submúltiplo decimal de una unidad SI. (g) El quilate fue adoptado por la 4ª CGPM en 1907 (CR, 89-91) para el comercio de los diamantes, perlas finas y piedras preciosas. (h) Resolución 4 de la 10ª CGPM (1954; CR, 79). La designación «atmósfera normal» queda admitida para la presión de referencia de Pa. (i) Varias calorías han estado en uso : * Caloría llamada «a 15 º C» : 1 Cal 15 = 4,1855 J (valor adoptado por el Comité Internacional en 1950; PV, 1950, 22, 79-80); * Caloría llamada «IT» (International Table): 1 cal IT = 4,1868 J (5th International Conference on Properties of Steam, Londres, 1956); * Caloría llamada «Termoquímica» : 1 cal th = 4,184 J. (j) La micra y su símbolo adoptados por el Comité Internacional en 1879 (PV, 1979, 41) y retomado en la Resolución 7 de la 9ª CGPM (1948; CR, 70), fueron suprimidos por la 13ª CGPM ( , Resolución 7; CR, 105 y Metrología, 1968, 4, 44). 1.4 Reglas de escrituras de nombres y símbolos de las unidades SI Principios generales Los principios generales concernientes a la escritura de los símbolos de las unidades y de los nombres fueron primero propuestos por la 9ª CGPM (1948, Resolución 7). Después fueron adoptados y puestos en formato por la ISO/TC 12 (ISO 31, Magnitudes y unidades). Símbolos de las unidades SI Los símbolos de las unidades SI (y muchos otros símbolos de las unidades fuera del SI) deben ser escritos según las reglas siguientes: Los símbolos de las unidades se imprimen en caracteres romanos (rectos). En general los símbolos de las unidades se escriben en minúsculas, pero, si el nombre de la unidad deriva de un nombre propio, la primera letra del símbolo es mayúscula. El nombre de la unidad propiamente dicha comienza siempre por una minúscula, salvo si se trata de la primera palabra de una frase o del nombre «grado Celsius». Los símbolos de las unidades quedan invariables en plural. Los símbolos de las unidades no están seguidos por un punto, salvo si se encuentran situados al final de una frase, el punto releva en este caso de la puntuación habitual. Expresión algebraica de los símbolos de las unidades SI De acuerdo con los principios generales adoptados por la ISO/TC 12 (ISO 31), el Comité Internacional recomienda que las expresiones algebraicas que comprenden símbolos de unidades SI deben expresarse bajo una forma normalizada. Cuando una unidad derivada está formada multiplicando dos o varias unidades, está expresada con la ayuda de símbolos de unidades separados por puntos a media altura o por un espacio.12 Por ejemplo: N m o N m. Cuando una unidad derivada está formada dividiendo una unidad por otra, se puede utilizar una barra inclinada (/), una barra horizontal o bien exponentes negativos. Por ejemplo: m/s o m. s -1. No se debe nunca hacer seguir sobre una misma línea una barra inclinada de un signo de multiplicación o de división, al menos que paréntesis sean añadidos a finde evitar toda ambigüedad. Por ejemplo : m/s 2 o m s -2 pero no m/s/s m kg/(s 3 A) o m kg s -3 A -1 ni m kg/s 3 /A ni m kg/s 3 A. Reglas de empleo de los prefijos SI De acuerdo con los principios generales adoptados por la ISO (ISO 31), el Comité Internacional recomienda que se observen las reglas siguientes en el empleo de los prefijos SI: Los símbolos de los prefijos se imprimen en caracteres romanos (rectos), sin espacio entre el símbolo del prefijo y el símbolo de la unidad. El conjunto formado por el símbolo de un prefijo junto al símbolo de una unidad constituye un nuevo símbolo inseparable (símbolo de un múltiplo o submúltiplo de esta unidad) que se puede elevar a una potencia positiva o negativa y combinar con otros símbolos de unidades para formar símbolos de unidades compuestas. Por ejemplo: 1 cm 3 = (10-2 m) 3 = 10-6 m 3 µs -1 = (10-6 s) -1 = 10 6 s -1 1 V/cm = (1 V)/(10-2 m) = 10 2 V/m 1 cm -1 = (10-2 m) -1 = 10 2 m -1. No se deben utilizar los prefijos compuestos, es decir formados por la yuxtaposición de varios prefijos. Por ejemplo: 1 nm pero no 1 mµm. Un prefijo no debe ser nunca empleado solo. Por ejemplo: 10 6 /m 3 pero no M/m 3. Notación numérica 1. Debe dejarse un espacio entre grupos de 3 dígitos, tanto a la izquierda como a la derecha de la coma (15 739,012 53). En números de cuatro dígitos puede omitirse dicho espacio. La coma no debe usarse como separador de los miles. 2. Las operaciones matemáticas solo deben aplicarse a símbolos de unidades (kg/m 3 ) y no a nombres de unidades (kilogramo/metro cúbico). 3. Debe estar perfectamente claro a qué símbolo de unidad pertenece el valor numérico y qué operación matemática se aplica al valor de la magnitud: Ejemplos: 35 cm x 48 cm pero no 35 x 48 cm 100 g ± 2 g pero no 100 ± 2g (BIPM: Sistema Internacional de Unidades, 7ª edición, suplemento 2000)13 Metrología > Glosario de Términos 1. Magnitudes y unidades 2. Mediciones 3. Resultados de medición 4. Instrumentos de medida 5. Características de los instrumentos de medida 6. Patrones 7. Términos y conceptos estadísticos 8. Incertidumbre de medida 1. MAGNITUDES Y UNIDADES 1.1 Magnitud (mensurable) Atributo de un fenómeno, cuerpo o sustancia, que es susceptible de ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente. 1. El término 'magnitud' puede referirse a una magnitud en sentido general [ver ejemplo a)] o a una magnitud particular [ver ejemplo b)]. a) Magnitudes en sentido general: longitud, tiempo, masa, temperatura, resistencia eléctrica, concentración en cantidad de sustancia; b) Magnitudes particulares: longitud de una varilla determinada resistencia eléctrica de un hilo conductor determinado concentración en cantidad de sustancia de etanol en una muestra dada de vino 2. Las magnitudes que pueden clasificarse unas con respecto a otras en orden creciente (o decreciente) se denominan magnitudes de la misma naturaleza. 3. Las magnitudes de la misma naturaleza pueden agruparse juntas en categorías de magnitudes, por ejemplo: trabajo, calor, energía espesor, circunferencia, longitud de onda 4. Los símbolos de las magnitudes se dan en ISO Sistema de magnitudes Conjunto de magnitudes, en sentido general, entre las cuales existen relaciones definidas 1.3 Magnitud básica Cualquiera de las magnitudes que, en un sistema de magnitudes, se aceptan por convenio como funcionalmente independientes las unas de las otras. EJEMPLO: Las magnitudes longitud, masa y tiempo son generalmente tomadas como magnitudes básicas en el campo de la mecánica. Las magnitudes básicas correspondientes a las unidades básicas del Sistema Internacional de unidades (SI) se dan en la nota del 1.12.14 1.4 Magnitud derivada Magnitud definida, en un sistema de magnitudes, como una función de las magnitudes básicas de este sistema. EJEMPLO: En un sistema que tiene como unidades básicas la longitud, la masa y el tiempo, la velocidad es una magnitud derivada definida como el cociente de la longitud por el tiempo. 1.5 Dimensión de una magnitud Expresión que representa una magnitud de un sistema de magnitudes como el producto de potencias de factores que representan las magnitudes básicas de este sistema. a) En un sistema que tiene como unidades básicas la longitud, la masa y el tiempo, cuyas dimensiones se designan respectivamente por L, M y T, la dimensión de la fuerza es LMT -2. b) En este mismo sistema de magnitudes, ML -3 es la dimensión tanto de la concentración en masa como la densidad de masa. 1. El factor que representa una magnitud básica se denomina?dimensión? de esta magnitud básica 2. Para las particularidades del álgebra de dimensiones, ver ISO Magnitud de dimensión uno o Magnitud adimensional Magnitud en cuya expresion dimensional todos los exponentes de las dimensiones de las magnitudes básicas se reducen a cero. Dilatación lineal relativa, factor de rozamiento, número de Mach, índice de refracción, fracción molar, fracción en masa. 1.7 Unidad (de medida) Magnitud particular, definida y adoptada por convenio, con la que se comparan otras magnitudes de la misma naturaleza para expresarlas cuantitativamente con respecto a esta magnitud. 1. Las unidades de medida tienen asignados por convenio sus nombres y símbolos. 2. Las unidades de las magnitudes que tienen la misma dimensión pueden tener el mismo nombre y el mismo símbolo, incluso si estas magnitudes no son de la misma naturaleza. 1.8 Símbolo de una unidad (de medida) Signo convencional que designa una unidad de medida. a) m es el símbolo del metro b) A es el símbolo del ampère 1.9 Sistema de unidades (de medida) Conjunto de las unidades básicas y de las unidades derivadas, definidas según reglas dadas, para un sistema de magnitudes determinado. a) Sistema Internacional de unidades, SI b) Sistema de unidades CGS 1.10 Unidad (de medida) (derivada) coherente Unidad de medida derivada que puede expresarse como un producto de potencias de las unidades básicas con un factor de proporcionalidad igual a uno. La coherencia puede establecerse solamente con respecto a las unidades básicas de un sistema determinado. Una unidad puede ser coherente en un sistema y no serlo en otro Sistema coherente de unidades (de medida) Sistema de unidades de medida en el que todas las unidades de medida son coherentes.15 EJEMPLO: Las unidades siguientes (expresadas por sus símbolos) forman parte del sistema coherente de unidades de la mecánica en el Sistema Internacional de unidades, SI: m; kg; s; m 2 ; m 3 ; Hz = s -1 ; m s -1 ; m s -2 ; kg m -3 ; N = kg m s -2 ; Pa = kg m -1 s -2 ; J = kg m -2 s -2 ; -3 W = kg m 2 s 1.12 Sistema Internacional de unidades, SI Sistema coherente de unidades adoptado y recomendado por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM). El SI se basa actualmente en las siete unidades básicas siguientes: Magnitud Nombre Símbolo longitud metro m masa kilogramo kg tiempo segundo s corriente eléctrica ampère A temperatura termodinámica_kelvin K cantidad de sustancia mol mol intensidad luminosa candela cd 1.13 Unidad básica (de medida) Unidad de medida de una magnitud básica en un sistema de magnitudes dado. En todo sistema de unidades coherente, hay una sola unidad básica para cada magnitud básica Unidad derivada (de medida) Unidad de medida de una magnitud derivada en un sistema de magnitudes dado. Determinadas unidades derivadas tienen nombres y símbolos especiales; por ejemplo, en el Sistema SI: Magnitud Nombre Símbolo fuerza newton N energía joule J presión pascal Pa 1.15 Unidad (de medida) fuera del sistema Unidad de medida que no pertenece a un sistema de unidades dado. a) El electronvolt (aproximadamente 1, x 10 e-19 J) es una unidad de energía fuera del sistema SI b) El día, la hora, el minuto, son unidades de tiempo fuera del sistema SI 1.16 Múltiplo de una unidad (de medida) Unidad de medida mayor que una unidad dada y formada a partir de ella según un escalonamiento establecido por convenio. a) Uno de los múltiplos decimales del metro es el kilómetro b) Uno de los múltiplos no decimales del segundo es la hora 1.17 Submúltiplo de una unidad (de medida) Unidad de medida menor que una unidad dada y formada a partir de ella según un escalonamiento establecido por convenio. EJEMPLO:16 Uno de los submúltiplos decimales del metro es el milímetro Valor (de una magnitud) Expresión cuantitativa de una magnitud particular, generalmente en forma de una unidad de medida multiplicada por un número. a) Longitud de una varilla: 5,34 m ó 534 cm; b) Masa de un cuerpo: 0,152 kg ó 152 g; c) Cantidad de sustancia de una muestra de agua (H2O): 0,012 mol ó 12 mmol 1. El valor de una magnitud puede ser positivo, negativo o nulo. 2. El valor de una magnitud puede expresarse en más de una forma. 3. Los valores de las magnitudes de dimensión uno se expresan generalmente en forma de números. 4. Ciertas magnitudes, para las que no se puede definir su relación con la unidad, pueden expresarse por referencia a una escala convencional de referencia o a un procedimiento de medida especificado, o a ambos Valor verdadero (de una magnitud) Valor en consistencia con la definición de una magnitud particular dada. 1. Es un valor que se obtendría por una medición perfecta. 2. Todo valor verdadero es por naturaleza indeterminado. 3. Es mejor utilizar en conjunción con 'valor verdadero' el artículo indefinido 'un' que el artículo definido 'el' porque el valor verdadero puede tener varios valores que se correspondan con la definición de una magnitud particular dada Valor convencionalmente verdadero (de una magnitud) Valor atribuido a una magnitud particular y aceptado, algunas veces por convenio, como teniendo una incertidumbre apropiada para un uso dado. a) En un lugar dado, el valor atribuido a la magnitud realizada por un patrón de referencia puede ser tomado como un valor convencionalmente verdadero b) El valor de la constante de Avogadro, N A = 6, x mol -1, recomendado por CODATA (1986) 1. El valor convencionalmente verdadero es denominado, a veces, valor asignado, mejor estimación del valor, valor convencional o valor de referencia. En este sentido, el término 'valor de referencia' no debe confundirse con el mismo término utilizado en el sentido de la nota A menudo se utiliza un gran número de resultados de medida de una magnitud para establecer un valor convencionalmente verdadero Valor numérico (de una magnitud) Número que multiplica a la unidad de medida en la expresión del valor de una magnitud. En los ejemplos de 1.18, los números: a) 5,34, 534 b) 0,152, 152 c) 0,012, Escala convencional de referencia Para magnitudes particulares de una naturaleza dada, conjunto ordenado de valores, continuo o discreto, definido por convenio como referencia para clasificar en orden creciente o decreciente las magnitudes de esta naturaleza. a) La escala de dureza de Mohs b) La escala de ph en química c) La escala de índices de octano para los carburantes17 2. MEDICIONES 2.1 Medición Conjunto de operaciones que tienen por finalidad determinar un valor de una magnitud. El desarrollo de las operaciones puede ser automático. 2.2 Metrología Ciencia de la medida. La metrología comprende todos los aspectos, tanto teóricos como prácticos, que se refieren a las mediciones, cualesquiera que sean sus incertidumbres, y en cualesquiera de los campos de la ciencia y de la tecnología en que tengan lugar. 2.3 Principio de medida Base científica de una medición. a) El efecto termoeléctrico utilizado para la medición de la temperatura b) El efecto Josephson utilizado para la medición de la tensión eléctrica c) El efecto Doppler utilizado para la medición de la velocidad d) El efecto Raman utilizado para la medición del número de ondas de las vibraciones moleculares. 2.4 Método de medida Sucesión lógica de las operaciones, descritas de una forma genérica, utilizadas en la ejecución de las mediciones. El método de medida puede ser calificado de diversas formas tales como: Método de sustitución Método diferencial Método de cero 2.5 Procedimiento de medida Conjunto de operaciones, descritas de forma específica, utilizadas en la ejecución de mediciones particulares según un método dado. El procedimiento de medida está habitualmente descrito en un documento a menudo él mismo denominado 'procedimiento de medida' (o 'método de medida') que da suficientes detalles para que un operador pueda efectuar una medición sin necesidad de otras informaciones. 2.6 Mensurando Magnitud particular sometida a medición. EJEMPLO: Presión de vapor de una muestra dada de agua a 20 ºC. La definición del mensurando puede necesitar indicaciones relativas a magnitudes tales como el tiempo, la temperatura y la presión. 2.7 Magnitud de influencia Magnitud que no es el mensurando pero que tiene un efecto sobre el resultado de la medición. a) Temperatura de un micrómetro en la medida de una longitud b) Frecuencia en la medida de la amplitud de una tensión eléctrica alterna c) Concentración de bilirrubina en la medida de la concentración de hemoglobina en una muestra de plasma sanguíneo humano. 2.8 Señal de medida Magnitud que representa al mensurando y con el que está funcionalmente relacionado.18 a) La señal eléctrica de salida de un transductor de presión b) La frecuencia dada por un convertidor de tensión-frecuencia c) La fuerza electromotriz de una célula electroquímica de concentración utilizada para medir una diferencia de concentración La señal de entrada de un sistema puede denominarse 'estímulo'; la señal de salida puede denominarse 'respuesta'. 2.9 Valor transformado (de un mensurando) valor de una señal de medida que representa a un mensurando dado. 3. RESULTADOS DE MEDICIÓN 3.1 Resultado de una medición Valor atribuído a un mensurando, obtenido por medición. 1. Cuando se da un resultado, se indicará claramente si se refiere: A la indicación Al resultado sin corregir Al resultado corregido y si aquél proviene de una media obtenida a partir de varios valores. 2. Una expresión completa del resultado de una medición incluye información sobre la incertidumbre de medida. 3.2 Indicación (de un instrumento de medida) Valor de una magnitud proporcionado por un instrumento de medida. 1. El valor leído sobre el dispositivo visualizador puede denominarse indicación directa; la cual deberá multiplicarse por la constante del instrumento para obtener la indicación. 2. La magnitud puede ser el mensurando, una señal de medida o cualquier otra magnitud utilizada para calcular el valor del mensurando. 3. Para una medida materializada, la indicación es el valor que le es asignado. 3.3 Resultado sin corregir Resultado de una medición antes de la corrección del error sistemático. 3.4 Resultado corregido Resultado de una medición después de la corrección del error sistemático. 3.5 Exactitud de medida Grado de concordancia entre el resultado de una medición y un valor verdadero del mensurando. 1. El concepto 'exactitud' es cualitativo. 2. El término 'precisión' no debe utilizarse por 'exactitud'. 3.6 Repetibilidad (de los resultados de las mediciones) Grado de concordancia entre resultados de sucesivas mediciones del mismo mensurando, mediciones efectuadas con aplicación de la totalidad de las mismas condiciones de medida. 1. Estas condiciones se denominan condiciones de repetibilidad. 2. Las condiciones de repetibilidad comprenden - El mismo procedimiento de medida - El mismo observador19 - El mismo instrumento de medida utilizado en las mismas condiciones - El mismo lugar - Repetición durante un corto periodo de tiempo 3. La repetibilidad puede expresarse cuantitativamente por medio de las características de dispersión de los resultados. 3.7 Reproducibilidad (de los resultados de las mediciones) Grado de concordancia entre los resultados de las mediciones del mismo mensurando, mediciones efectuadas bajo diferentes condiciones de medida. 1. Para que una expresión de la reproducibilidad sea válida, es necesario especificar las condiciones que han variado. 2. Las condiciones variables pueden comprender: - principio de medida - método de medida - observador - instrumento de medida - patrón de referencia - lugar - condiciones de utilización - tiempo 3. La reproducibilidad puede expresarse cuantitativamente por medio de las características de dispersión de los resultados. 4. Los resultados aquí considerados son habitualmente resultados corregidos. 3.8 Desviación estándar experimental Para una serie de n mediciones de un mismo mensurando, la magnitud s que caracteriza la dispersión de los resultados, dada por la fórmula: siendo xi el resultado de la i-ésima medición y x_ la media aritmética de los n resultados considerados. 1. Considerando la serie de n valores como muestra de una distribución, x_ es un estimador insesgado de la media µ, y s 2 es un estimador insesgado de la varianza σ 2 de dicha distribución. 2. La expresión s/n es una estimación de la desviación estándar de la distribución de x_ y se denomina desviación estándar experimental de la media. 3. La desviación estándar experimental de la media en ocasiones se denomina, incorrectamente, error de la media. 3.9 Incertidumbre de medida Parámetro, asociado al resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que podrían razonablemente ser atribuídos al mensurando. 1. El parámetro puede ser, por ejemplo, una desviación estándar (o un múltiplo de ésta) o la semiamplitud de un intervalo con un nivel de confianza determinado. 2. La incertidumbre de medida comprende, en general, varios componentes. Algunos pueden ser evaluados a partir de la distribución estadística de los resultados de series de mediciones y pueden caracterizarse por sus desviaciones estándar experimentales. Los otros componentes, que también pueden ser caracterizados por desviaciones estándar, se evalúan asumiento distribuciones de probabilidad, basadas en la experiencia adquirida o en otras informaciones. 3. Se entiende que el resultado de la medición es la mejor estimación del valor del mensurando, y que todos los componentes de la incertidumbre, comprendidos los que provienen de efectos sistemáticos, tales como los componentes asociados a las correcciones y a los patrones de referencia, contribuyen a la dispersión. Esta definición es la de la 'Guía para la expresión de la incertidumbre de medida' donde sus bases están expuestas con detalle (en particular ver y el anexo D [10]) Error (de medida) Resultado de una medición menos un valor verdadero del mensurando. 1. Considerando que un valor verdadero no puede ser determinado, en la práctica se utiliza un valor convencionalmente verdadero (ver 1.19 y 1.20). 2. Cuando sea necesario hacer la distinción entre 'error' y 'error relativo', el primero es a veces denominado 'error absoluto de medida'. No hay que confundirlo con el valor absoluto del error, que es el módulo del error.20 3.11 Desviación Valor menos su valor de referencia Error relativo Relación entre el error de medida y un valor verdadero del mensurando. Considerando que un valor verdadero no puede ser determinado, en la práctica se utiliza un valor convencionalmente verdadero (ver 1.19 y 1.20) Error aleatorio Resultado de una medición menos la media de un número infinito de mediciones del mismo mensurando, efectuadas bajo condiciones de repetibilidad. 1. El error aleatorio es igual al error menos el error sistemático. 2. Como no pueden hacerse más que un número finito de mediciones, solamente es posible determinar una estimación del error aleatorio Error sistemático Media que resultaría de un número infinito de mediciones del mismo mensurando efectuadas bajo condiciones de repetibilidad, menos un valor verdadero del mensurando. 1. El error sistemátaico es igual a error menos el error aleatorio. 2. El valor verdadero, como el error sistemático y sus causas, no pueden ser conocidos completamente. 3. Para un instrumento de medida, ver 'error de justeza' (5.25) Corrección Valor sumado algebraicamente al resultado sin corregir de una medición para compensar un error sistemático. 1. La corrección es igual al opuesto del error sistemático estimado. 2. Puesto que el error sistemático no puede conocerse perfectamente, la compensación no puede ser completa Factor de corrección Factor numérico por el que se multiplica el resultado sin corregir de una medición para compensar un error sistemático. Puesto que el error sistemático no puede conocerse perfectamente, la compensación no puede ser completa. 4. INSTRUMENTOS DE MEDIDA 4.1 Instrumento de medida, aparato de medida Dispositivo destinado a utilizarse para hacer mediciones, sólo o asociado a uno o varios dispositivos anexos. 4.2 Medida materializada Dispositivo destinado a reproducir o a proporcionar, de una manera permanente durante su utilización, uno o varios valores conocidos de una magnitud dada. a) masa contrastada b) medida de volumen (de uno o varios valores, con o sin escala) c) resistencia eléctrica patrón Mostrar más
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