Grandezza fisica

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Una grandezza fisica e la proprieta fisica di un fenomeno , corpo o sostanza , che puo essere espressa quantitativamente mediante un numero e un riferimento, [1] ovvero che puo essere misurata .

Nella seconda edizione del Vocabolario Internazionale di Metrologia (1993) una grandezza era definita come " la proprieta misurabile di un fenomeno , corpo o sostanza , che puo essere distinta qualitativamente e determinata quantitativamente "; [2] pertanto, la misurazione, e di conseguenza la qualifica di grandezza, non puo essere applicata alle proprieta nominali. [3] Nella definizione di "grandezza" del VIM nepe 3 il termine "riferimento" puo essere una unita di misura , una procedura di misura , o un materiale di riferimento , o una loro combinazione. [4] Sebbene in base a questa definizione, il concetto di "grandezza" coincida con quello di " grandezza fisica scalare ", puo essere considerato "grandezza" anche un vettore le cui componenti siano grandezze. [5]

Il concetto di grandezza, inoltre, puo essere specificato progressivamente in vari livelli di concetti specifici; [6] per esempio, la grandezza " lunghezza " puo essere specificata in quelle di raggio o di lunghezza d'onda .

Confrontare e rapportare [ modifica | modifica wikitesto ]

Nel SI (Sistema internazionale di unita di misura), adottato per legge in Italia dal 1976 e obbligatorio negli atti pubblici, le grandezze si dividono in 7 grandezze base e numerose grandezze derivate dalle precedenti. Condizione necessaria perche una (classe di equivalenza di) proprieta sia misurabile e quella di poter stabilire una relazione d'ordine fra quelle proprieta in sistemi diversi: poter giudicare quale sistema esibisce una proprieta in misura maggiore dell'altro. Se tale confronto puo essere basato sul rapporto , espresso da un numero, fra le proprieta dei due sistemi, allora la classe di equivalenza di quelle proprieta costituisce una grandezza fisica .

In questo caso, e possibile scegliere la proprieta di un particolare sistema ed eleggerla a unita di misura per quella grandezza fisica. Fissata l'unita di misura, la quantita di tale grandezza per un qualsiasi altro sistema potra dunque essere univocamente specificata da un valore numerico ottenuto dal rapporto con la proprieta scelta come campione di riferimento. Possiamo quindi esprimere il valore di una grandezza fisica come il prodotto di un valore numerico {M} e un' unita di misura [M]:

= {M} x [M]

Esistono anche grandezze adimensionali, per le quali non e necessario definire un'unita di misura (ad esempio la frazione molare e il numero di Reynolds ). Come detto, confrontare proprieta fisiche omogenee significa semplicemente stabilire fra esse una relazione d'ordine in sistemi diversi; diversamente, la possibilita di valutare un rapporto numerico fra due proprieta, come specificato sopra, e una condizione piu forte.

Un tipico esempio del primo caso e dato dalla temperatura . Sebbene, dati due corpi, sia sempre possibile giudicare quale sia a temperatura maggiore o minore dell'altro (ad esempio misurando la direzione in cui fluisce il calore ), tuttavia non avrebbe alcun significato fisico l'affermazione secondo cui un corpo si trova a temperatura, per dire, doppia di quella di un altro. Nel caso della temperatura, ovvero nel caso di una proprieta fisica che manifesta soltanto una relazione d'ordine, e possibile applicare metodi quantitativi solo definendo una scala di misura, che in questo caso diremo termometrica . Anche se con abuso di linguaggio si parla di unita di misura della temperatura , si tratta in realta di una corrispondenza arbitraria fra la proprieta esibita da diversi fenomeni e una porzione dell'asse dei numeri reali . Sotto tale aspetto, la temperatura, pur rientrando come grandezza fondamentale nel SI, non e assimilabile appieno alla definizione rigorosa di grandezza fisica data all'inizio.

L'arbitrarieta della scelta dell'unita di misura, infatti, e in questo caso molto maggiore di quella della scelta per grandezze fisiche di cui esiste una scala naturale di confronto: se un sistema presenta il doppio di una data proprieta rispetto a un altro sistema, i valori numerici Q rispecchieranno tale rapporto, qualsiasi sia l'unita di misura scelta per tale grandezza. Ad esempio, la lunghezza di un oggetto puo essere confrontata con quella di un altro oggetto. La lunghezza, in astratto, costituisce una grandezza fisica perche e possibile stabilire la proporzione , ovvero il rapporto fra la lunghezza specifica di due oggetti. Possiamo allora scegliere la lunghezza di un oggetto particolare, come il metro campione , e utilizzarla come unita di misura per la lunghezza di qualsiasi altro oggetto.

Classificazione [ modifica | modifica wikitesto ]

Le grandezze fisiche possono essere:

  • intrinseche : non dipendono dal sistema di riferimento scelto (pressione, volume)
  • estrinseche : dipendono dal sistema di riferimento scelto (giacitura, velocita)
  • globali : si riferiscono all'intero sistema fisico o a porzioni di esso (volume, massa)
  • locali : si riferiscono a un intorno puntuale del sistema fisico (pressione, temperatura)
  • estensive : dipendono dalla quantita di materia del sistema (volume V, entalpia H, entropia S, ammontare di sostanza n)
  • intensive : non dipendono dalla quantita di materia del sistema (pressione p, temperatura T, composizione χ i , potenziale chimico μ o μ i ). Sono ottenute dal rapporto di grandezze estensive e possono essere adimensionali.
  • specifiche (o massiche o ponderali ): sono riferite a una unita di massa
  • molari : sono riferite a una mole di sostanza pura (volume molare V m , entalpia molare H m , potenziale chimico G m o μ, capacita termica molare a p costante C p,m ). Nel caso di una miscela di sostanze vengono definite anche grandezze molari parziali riferite a una mole di un singolo componente.

Grandezze fondamentali [ modifica | modifica wikitesto ]

La scelta delle grandezze base e il punto di partenza di ogni analisi dimensionale . Il Sistema internazionale considera fondamentali queste sette grandezze fisiche [7] :

Grandezza fondamentale SI Simbolo grandezza Simbolo della dimensione corrispondente Unita SI della grandezza Simbolo dell'unita SI
lunghezza l , x , r , ecc. [L] metro m
massa m [M] chilogrammo kg
tempo [7] , durata [7] t [T] secondo s
intensita di corrente elettrica [7] I , i [I] ampere A
temperatura [7] T [Θ] kelvin K
quantita di sostanza n [N] mole mol
intensita luminosa I v [J] candela /lumen cd

Grandezze derivate [ modifica | modifica wikitesto ]

Ogni altra grandezza fisica e omogenea a un prodotto di potenze di grandezze fondamentali detto dimensione , e grandezze (unita di misura) con la stessa dimensione sono fra loro omogenee per transitivita, anche se solo alcune loro combinazioni hanno senso fisicamente.

Tabella di relazioni dimensionali (22 grandezze [7] )
Grandezza fisica Simbolo della grandezza Nome dell'unita SI Simbolo dell'unita SI Unita corrispondenti
frequenza [7] f, ν hertz [7] Hz [7] s ?1
forza [7] F newton [7] N [7] kg · m · s ?2
pressione [7] , sollecitazione [7] , pressione di vapore p pascal [7] Pa [7] N · m ?2 = kg · m ?1 · s ?2
energia [7] , lavoro [7] , quantita di calore [7] E, Q joule [7] J [7] N · m = kg · m 2 · s ?2
potenza [7] , flusso radiante [7] P, W watt [7] W [7] J · s ?1 = kg · m 2 · s ?3
carica elettrica [7] , quantita di elettricita [7] q coulomb [7] C [7] A · s
differenza di potenziale elettrica [7] , forza elettromotrice [7] , tensione elettrica V, E volt [7] V [7] J · C ?1 = m 2 · kg · s ?3 · A ?1
resistenza elettrica [7] R ohm [7] Ω [7] V · A ?1 = m 2 · kg · s ?3 · A ?2
conduttanza elettrica [7] G siemens [7] S [7] A · V ?1 = s 3 · A 2 · m ?2 · kg ?1
capacita elettrica [7] C farad [7] F [7] C · V ?1 = s 4 · A 2 · m ?2 · kg ?1
densita di flusso magnetico [7] B tesla [7] T [7] V · s · m ?2 = kg · s ?2 · A ?1
flusso magnetico [7] Φ(B) weber [7] Wb [7] V · s = m 2 · kg · s ?2 · A ?1
induttanza [7] L henry [7] H [7] V · s · A ?1 = m 2 · kg · s ?2 · A ?2
temperatura Celsius [7] T grado Celsius [7] °C [7] K [7] [8]  
angolo piano [7] [9] φ, θ radiante [7] rad [7] 1 = m · m ?1
angolo solido [7] [9] Ω steradiante [7] sr [7] 1 = m 2 · m ?2
flusso luminoso [7] lumen [7] lm [7] cd · sr
illuminamento [7] lux [7] lx [7] cd · sr · m ?2
attivita riferita a un radionuclide [7] [10] A becquerel [7] Bq [7] s ?1
dose assorbita [7] , energia specifica (impartita) [7] , kerma [7] D gray [7] Gy [7] J · kg ?1 = m 2 · s ?2
dose equivalente [7] , dose ambientale equivalente [7] , dose direzionale equivalente [7] , dose personale equivalente [7] H sievert Sv J · kg ?1 = m 2 · s ?2
dose efficace E
attivita catalitica [7] katal [7] kat [7] mol · s ?1
altre grandezze fisiche
area A metro quadro m² m 2
volume V metro cubo m³ m 3
velocita v metro al secondo m/s m · s ?1
velocita angolare ω     s ?1
rad · s ?1
accelerazione a     m · s ?2
momento meccanico       N · m = m 2 · kg · s ?2
numero d'onda n     m ?1
densita ρ chilogrammo al metro cubo kg/m³ kg · m ?3
volume specifico       m 3 · kg ?1
molarita SI [11]       mol · dm ?3
volume molare V m     m 3 · mol ?1
capacita termica , entropia C, S     J · K ?1 = m 2 · kg · s ?2 · K ?1
calore molare , entropia molare C m , S m     J · K ?1 · mol ?1 = m 2 · kg · s ?2 · K ?1 · mol ?1
calore specifico , entropia specifica c, s     J · K ?1 · kg ?1 = m 2 · s ?2 · K ?1
energia molare E m     J · mol ?1 = m 2 · kg · s ?2 · mol ?1
energia specifica e     J · kg ?1 = m 2 · s ?2
densita di energia U     J · m ?3 = m ?1 · kg · s ?2
tensione superficiale σ     N · m ?1 = J · m ?2
= kg · s ?2
densita di flusso calorico, irradianza σ     W · m ?2 = kg · s ?3
conduttivita termica       W · m ?1 · K ?1 = m · kg · s ?3 · K ?1
viscosita cinematica η     m 2 · s ?1
viscosita dinamica ρ     N · s · m ?2 = Pa · s
= m ?1 · kg · s ?1
densita di carica elettrica       C · m ?3 = m ?3 · s · A
densita di corrente elettrica j     A · m ?2
conduttivita elettrica ρ     S · m ?1 = m ?3 · kg ?1 · s 3 · A 2
conduttivita molare ρ     S · m 2 · mol ?1 = kg ?1 · mol ?1 · s 3 · A 2
permittivita elettrica ε     F · m ?1 = m ?3 · kg ?1 · s 4 · A 2
permeabilita magnetica μ     H · m ?1 = m · kg · s ?2 · A ?2
(intensita) di campo elettrico F, E     V · m ?1 = m · kg · s ?3 · A ?1
(intensita) di campo magnetico H     A · m ?1
magnetizzazione M     A · m ?1
luminanza     [12]   cd · m ?2
esposizione (raggi X e gamma)       C · kg ?1 = kg ?1 · s · A
tasso di dose assorbita       Gy · s ?1 = m 2 · s ?3

Note [ modifica | modifica wikitesto ]

  1. ^ Joint Committee for Guides in Metrology (JCGM), International Vocabulary of Metrology, Basic and General Concepts and Associated Terms ( VIM ), III ed., Pavillon de Breteuil: JCGM 200:2008, 1.1 ( on-line )
  2. ^ ISO Technical Advisory Group 4 (TAG 4), International vocabulary of basic and general terms in metrology , second edition, 1993, Geneva: International Organization for Standardization, 1993, 1.1
  3. ^ International Vocabulary of Metrology , 2008, 2.1
  4. ^ International Vocabulary of Metrology , 2008, 1.1 nota 2
  5. ^ International Vocabulary of Metrology , 2008, 1.1 nota 5
  6. ^ International Vocabulary of Metrology , 2008, 1.1 nota 1
  7. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al am an ao ap aq ar as at au av aw ax ay az ba bb bc bd be bf bg bh bi bj bk bl bm bn bo bp bq br bs bt bu bv bw bx by bz ca cb cc cd The international system of units (8ª edizione) , BIPM, 2008.
  8. ^ Una data temperatura differisce nelle due scale di 273,15 (scala Celsius = scala Kelvin + 273,15), ma la differenza di temperatura di 1 grado Celsius = 1 kelvin
  9. ^ a b Inizialmente, queste unita creavano una categoria a parte chiamata "Unita supplementari". Questa categoria e stata abrogata nel 1995 dalla 20ª Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure ( CGPM ), e il radiante e lo steradiante sono ora considerate unita derivate.
  10. ^ Talvolta, non correttamente, chiamata radioattivita (radioattivita e il fenomeno fisico implicato, mentre attivita e la grandezza fisica derivata corrispondente).
  11. ^ Nella pratica la molarita si continua a misurare in mol/L
  12. ^ Usato il nome non SI di Nit

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