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Physikalische Größen und Einheiten

Eine physikalische Größe beschreibt zunächst einmal eine physikalische Eigenschaft. Jede Größe so durch bestimmte Einheiten, sog. Maßeinheiten, angegeben werden.

Bei der Masse handelt es sich ebenfalls um eine physikalische Größe, sie wird in der Maßeinheit Kilogramm [kg] angegeben. Die Maßeinheit kann dabei weiter unterteilt werden in:

      • Milligramm
      • Gramm
      • Kilogramm
      • Tonnen

Die Maßeinheit Kilogramm ist aber die Basiseinheit der Masse. Es gibt dabei insgesamt nur 7 Basiseinheiten, aber eine Vielzahl von physikalischen Größen bzw. Einheiten.

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Basiseinheiten des internationalen Einheitensystems (SI)

Das internationale Einheitensystem, oft auch als SI (franz. Système international d’unités) bezeichnet, ist das am weitesten verbreiteste Einheitensystem für physikalische Größen.

Das System der physikalischen Einheiten und Größen: SI.
Abb. 1: Basiseinheiten des internationalen Einheitensystems.
Basisgröße Symbol Basiseinheit Symbol Definition
Länge
l
Meter
m

Das Kilogramm ist gleich der Masse des internationalen Kilogrammprototyps.Das Meter ist die Länge der Strecke, die Licht im Vakuum während der Dauer von 1/299 792 458 Sekunden durchläuft.

Masse
m
Kilogramm
kg

Das Kilogramm ist gleich der Masse des internationalen Kilogrammprototyps.

Zeit
t
Sekunde
s

Die Sekunde ist das 9.192.631.770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids Cs-133 (Caesium) entsprechenden Strahlung.

Elektrische Stromstärke
I
Ampere
A

Das Ampere ist die Stärke eines konstanten elektrischen Stromes, der durch zwei parallele, geradlinige, unendlich lange und im Vakuum im Abstand von einem Meter voneinader angeordnete Leiter von vernachlässigbar kleinem, kreisförmigen Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern je einem Meter Leiterlänge die Kraft von Newton hervorrufen würde.

Temperatur
T
Kelvin
K

Das Kelvin ist der 273,16te Teil der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes des Wassers.

Stoffmenge
n
Mol
mol

Das Mol ist die Stoffmenge eines Systems, das aus ebensoviel Einzelteilchen besteht, wie Atome in 0,012 Kilogramm des Kohlenstoffnuklids C-12 enthalten sind.

Lichtstärke

Candela
cd

Die Candela ist die Lichtstärke in einer bestimmten Richtung einer Strahlungsquelle, die momochromatische Strahlung der Frequenz Hertz aussendet und deren Strahlstärke in dieser Richtung 1/683 Watt durch ein Steradiant beträgt.

Falls du das mit der Definition nicht genau verstehst, ist das kein Problem. In der Schule benötigst du die Definition meist sowieso nicht.

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Erweiterte physikalische Größen und Einheiten

Alle anderen physikalischen Größen und Einheiten lassen sich aus den 7 SI-Basiseinheiten ableiten.

Größe Einheit Symbol Formel Beschreibung SI-Basiseinheit
Energie
Joule
J

Joule ist die Arbeit, die verrichtet wird, wenn ein Körper mit einer Gewichtskraft von 1 Newton einen Meter angehoben wird.

Kraft
Newton

N

1 Newton ist die Kraft, die aufgebracht werden muss, um einen Körper der Masse 1 Kilogramm innerhalb von einer Sekunde die Beschleunigung 1 m/s² zu erteilen.

Spannung
Volt
V

1 Volt ist die Spannung, die entsteht, wenn eine Ladungsmenge von 1 C unter einem Arbeitsaufwand von 1 J getrennt wurde.

Einheitenbetrachtung

Mithilfer der physikalischen Größen und Einheiten kann man nun die jeweiligen physikalischen Zusammenhänge aufschlüsseln.

Am Beispiel der Massenspektrometrie haben wir bereits erfahren, dass man mithilfe des Magnetfeldes, der Ladung eines Teilchens, seiner Geschwindigkeit und dem gemessenen Radius die Masse des Teilchens bestimmen kann. Es gilt:

Am Beispiel der Größe der magnetischen Flussdichte gilt:

Dieses Verfahren wenden wir nun auch wieder am Beispiel der Massenspektrometrie an: Wir ersetzen die physikalische Größe mit der jeweiligen Einheit und erhalten nach letztlicher Kürzung:

Somit können wir die Formel für die Massenbestimmung eines Teilchens anhand der Einheitenbetrachtung verifizieren. Denn für die physikalische Größe der Masse gilt die Einheit Kilogramm [kg]

 

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Kurzüberblick

➤ Die physikalische Größe beschreibt eine Eigenschaft und kann durch eine Einheit ausgedrückt werden

      • Für die physikalische Größe der Masse gilt die Einheit Kilogramm [kg]

➤ Die Basiseinheiten des internationalen Einheitensystems (SI) umfasst 7 Basiseinheiten

      • Meter [m], Kilogramm [kg], Sekunde [s], Ampere [A], Kelvin [K], Mol [mol] und Candela [cd]

➤ Mithilfe physikalischer Größen und Einheiten kann man gemäß der Einheitenbetrachtung Zusammenhänge aufschlüsseln

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