Alles, was Sie über abgeleitete Maßeinheiten des SI-Systems wissen müssen

Erinnern Sie sich an den Artikel über Einheitensysteme? Wie versprochen, kehren wir mit einem weiteren Beitrag zu den Grundlagen der Physik zurück. In unserem letzten Beitrag haben wir über physikalische Größen, Maßeinheitensysteme, die Entstehung des SI-Systems und die Grundeinheiten der Messung gesprochen. Heute tauchen wir in das Thema der abgeleiteten Einheiten des Internationalen Einheitensystems (SI) ein – und zwar nicht nur diejenigen, die mit Elektronik verbunden sind. Viel Spaß beim Lesen!

Abgeleitete Maßeinheiten des SI-Systems in Elektronik und Elektrotechnik

Abgeleitete Maßeinheiten des SI-Systems entstehen durch die Kombination von Grundeinheiten. In der Elektronik und Elektrotechnik sind folgende Einheiten besonders wichtig:

1. Coulomb (C) – die Einheit der elektrischen Ladung (q). Sie ist entscheidend für das Aufladen von Kondensatoren und die Bestimmung der Akkukapazität.
2. Watt (W) – die Einheit der Leistung (P), die die Energieübertragungsrate angibt (1 W = 1 Joule pro Sekunde). In der Elektronik beschreibt die Leistung (in Watt), wie viel Energie ein Gerät verbraucht oder abgibt, beispielsweise die Wärmeentwicklung eines Prozessors.
3. Volt (V) – die Einheit der elektrischen Spannung (U) – eine fundamentale Größe in der Elektronik, die unter anderem Spannungsregler und Stromwandler.
4. Ohm (Ω) – die Einheit des elektrischen Widerstands (R), auch Resistanz. Ein zu hoher Widerstand kann zu Überhitzung elektronischer Verbindungen führen.

Manche verwechseln den elektrischen Widerstand (R) mit der spezifischen elektrischen Widerstandsfähigkeit (ρ) — zwei völlig verschiedene, aber miteinander verbundene Konzepte.

Die Einheit der spezifischen Widerstandsfähigkeit (ρ) ist das Ohm-Meter (Ω⋅m). Wenn Sie mehr über diese physikalische Größe erfahren möchten, laden wir Sie ein, unseren Blogbeitrag Resistivität – Was ist das und warum ist sie wichtig? zu lesen.

5. Farad (F) – die Einheit der Kapazität (C), die Fähigkeit, elektrische Ladung zu speichern. Sie ist besonders wichtig in analogen Schaltungen, beispielsweise bei der Signalfilterung.
6. Henry (H) – die Einheit der Induktivität (L), die bei Schaltungen mit Spulen eine bedeutende Rolle spielt (B. Spulen in Schaltnetzteilen, Tiefpassfilter).
7. Hertz (Hz) – die Einheit der Frequenz (f), besonders wichtig in Funk- und Digitaltechnik, da sie die Geschwindigkeit von Signaländerungen.
8. Siemens (S) – die Einheit der elektrischen Leitfähigkeit (σ), auch Konduktivität genannt, die das Gegenteil der spezifischen Widerstandsfähigkeit Sie ermöglicht die Analyse der Effizienz von Leitern.
9. Weber (Wb) oder Voltsekunde (Vs) – die Einheit des magnetischen Flusses (Φ), eng mit der Tesla (T) und dem Magnetfeld Sie wird beispielsweise in der Konstruktion von Transformatoren und Elektromotoren verwendet.
10. Tesla (T) – die Einheit der magnetischen Flussdichte (B), auch genutzt zur Messung von Magneten und Elektromagneten.

Weitere abgeleitete Maßeinheiten des SI-Systems

Andere wichtige abgeleitete Maßeinheiten des SI-Systems sind:

• Meter pro Sekunde (m/s) – die Einheit der Geschwindigkeit (v), verwendet zur Analyse von Elektronenfluss oder aktiver Kühlung.
• Meter pro Sekunde zum Quadrat (m/s²) – die Einheit der Beschleunigung (a), genutzt in Bewegungssensoren und Beschleunigungsmessern.
• Kubikmeter (m³) – die Einheit des Volumens (V), verwendet bei der Auswahl von hermetischen Gehäusen oder wärmeisolierenden Materialien.
• Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³) – die Einheit der Dichte (d, ρ), essenziell beim Design mechanischer und thermischer Komponenten.
• Newton (N) – die Einheit der Kraft (F).
• Pascal (Pa) – die Einheit des Drucks (p), häufig in Hermetisierung oder Flüssigkeitskühlung
• Joule (J) – die Einheit der Energie (E), weit verbreitet in Berechnungen von Energieversorgungssystemen.

Abgeleitete Einheiten mit speziellen Namen und Symbolen

Es lohnt sich, zwei wenig bekannte Maßeinheiten zu erwähnen, die früher als ergänzende Einheiten klassifiziert wurden, aber heute zur Kategorie der abgeleiteten Einheiten mit speziellen Namen und Symbolen gehören. Sie entsprechen bestimmten geometrischen Phänomenen:

• Radian (rad) – die Einheit des ebenen Winkels.
• Steradian (sr) – die Einheit des räumlichen Winkels.

Diese Einheiten werden unter anderem in der Photometrie, der LED-Optikgestaltung und der Analyse von Lichtemission verwendet.

Nicht standardisierte Maßeinheiten des SI-Systems

Sie kennen bereits die grundlegende Klassifizierung der physikalischen Einheiten im SI-System. Diese Einteilung kann noch weiter spezifiziert werden. Die Einheiten des Internationalen Einheitensystems (SI) lassen sich in folgende Kategorien unterteilen:

• Kohärente Einheiten – abgeleitete Einheiten, deren Definition genau 1 beträgt, z. B. Newton (N).
• Haupteinheiten – alle Basiseinheiten und einige abgeleitete Einheiten ohne Präfixe, die direkt aus definierenden Gleichungen abgeleitet werden (sie sind keine Vielfache).
• Sekundäre (Vielfache und Untervielfache) Einheiten – ergänzende Maßeinheiten, die sich auf dieselbe physikalische Größe wie die Haupteinheit beziehen ( B. 1 kg). Sie weisen eine deutlich höhere oder niedrigere Größe auf und entstehen durch das Hinzufügen eines Präfixes zum Namen der Haupteinheit. Beispiel: Kilometer (km) – eine Einheit der Länge – entspricht 1.000 Metern (m).

Weitere Informationen zu Steigerungsprinzipien und Präfixnamen finden Sie in den entsprechenden Maßsystemen.

Außersystemische Einheiten

Zusätzlich zu den SI-Einheiten gibt es außersystemische Maßeinheiten, die nicht im SI-System definiert sind. Sie sind oft intuitiver und regional weit verbreitet. Zu dieser Gruppe gehören:

• Einheiten, die in der Ingenieurpraxis verwendet werden (B. Umdrehungen pro Sekunde – U/s).
• Einheiten, die in Handel, Wirtschaft und Ökonomie genutzt werden (B. Stück, Exemplar, Verpackung, Kiste).
• Währungseinheiten, wie Euro, Pfund, Dollar.
• Wechselkurse, wie Złoty/Euro.

Viele dieser außersystemischen Maßeinheiten haben sich über Jahrzehnte der praktischen Anwendung etabliert. Es handelt sich um ungeschriebene metrische Normen, die in den meisten Ländern der Welt gelten.
Beispiel: Eine Streichholzschachtel kann zwischen 24 und 60 Streichhölzer enthalten (abhängig von der Verpackungsgröße), während eine Streichholzkiste 1.000 Pakete à zehn Schachteln umfasst.

Gesetzlich anerkannte außersystemische Einheiten

Unter den außersystemischen Einheiten gibt es auch gesetzlich anerkannte Maßeinheiten, die aufgrund von Tradition oder praktischer Anwendung weiterhin genutzt werden.

Ein gutes Beispiel ist die Temperaturmessung. Im SI-System ist die offizielle Temperatureinheit der Kelvin (K). Da dieser jedoch nicht allgemein gebräuchlich ist, sind auch die Grad Celsius (°C) und Grad Fahrenheit (°F) weit verbreitet und akzeptiert.

Welche außersystemischen Einheiten werden in Polen verwendet?

Die beliebtesten außersystemischen Einheiten in Polen sind:

• Grad Celsius (°C),
• Kalorie (1 cal = 4,1868 J),
• Kilowattstunde (kWh) (1 kWh = 3.600.000 J),
• Pferdestärke (KM) (1 KM = 735,49875 W),
• Atmosphäre (at) (1 at = 98.066,5 Pa),
• Millimeter Quecksilbersäule (mmHg) (1 mmHg = 133,3224 Pa),
• Bit (b) – Eine Maßeinheit, die nur die Werte 0 („null“) und 1 („eins“) annehmen kann,
• Byte (B) – Besteht aus 8 Bits,
• Kilobyte (kB), Megabyte (MB), Gigabyte (GB), Terabyte (TB) – Einheiten, die sich von Bytes ableiten. 1 kB = 1.024 B.

Kalorie, Kilowattstunde, Pferdestärke, Atmosphäre und Millimeter Quecksilbersäule werden in Industrie, klassischer Physik und Energietechnik verwendet. Bit, Byte, Kilobyte, Megabyte, Gigabyte und Terabyte hingegen sind in der Informatik weit verbreitet, insbesondere bei der Berechnung von Speicher und Datenübertragungsraten.

Außersystemische Einheiten in anderen Ländern – Englischsprachige Länder

Im Vergleich zum Internationalen Einheitensystem (SI) fallen insbesondere die englischen (imperialen) Maßeinheiten auf:

• 1 Fuß (foot) = 12 Zoll (inches) (30,48 cm)
• 1 Zoll (inch) = 1/12 Fuß (2,54 cm)
• 1 Yard (yard) = 3 Fuß (0,9144 m)
• 1 Englische Meile = *1,609 km

Imperiale Maßeinheiten werden häufig in Großbritannien und den USA verwendet.

Fazit

Das Verständnis von Maßeinheiten und deren praktische Anwendung ist grundlegend, um sich bewusst mit Elektronik und Elektrotechnik zu beschäftigen. Besonders wichtig ist die Kenntnis des SI-Systems, das als zuverlässiges, international anerkanntes System gilt. Es ermöglicht Wissenschaftlern und Ingenieuren weltweit, Messwerte einheitlich zu kommunizieren und zu vergleichen. Damit sprechen sie eine gemeinsame Sprache, egal ob es um die Gestaltung von Stromversorgungssystemen, Messungen des elektrischen Widerstands oder Tests der thermischen Eigenschaften von Wärmeleitpasten geht.