1.8 Physikalische Einheiten

1.8.1 Internationales Einheitensystem

Messergebnisse lassen sich am einfachsten vergleichen, wenn sie in der selben Einheit vorliegen. Das war lange Zeit keine Selbstverständlichkeit und erst nach einer langen Geschichte hat man sich auf ein internationales Einheitensystem oder SI-System (französich für système international d’unités) geeinigt, das heute (fast) auf der ganzen Welt verwendet wird.

1.8.2 Basiseinheiten

In diesem System werden 7 physikalische Grundgrößen und deren Einheiten (SI-Basiseinheiten) definiert, diese sind:

  • Meter (m), Einheit der Länge
  • Kilogramm (kg), Einheit der Masse
  • Sekunde (s), Einheit der Zeit
  • Ampere (A), Einheit der Stromstärke
  • Kelvin (K), Einheit der Temperatur
  • Mol (mol), Einheit der Stoffmenge
  • Candela (cd), Einheit der Lichtstärke
Die sieben SI Basiseinheiten image source

Bild 1.6: Die sieben SI Basiseinheiten

Durch immer genauere Messmethoden und den Anforderungen in der Technik ändern sich Definitionen von Zeit zu Zeit. Die jeweils aktuelle Definition der Basiseinheiten kannst du in der Tabelle der SI-Basiseinheiten nachschlagen.

1.8.3 Reproduzierbare Eichung

Für die Eichung von Messgeräten ist es wesentlich, dass die Definition jeder Basiseinheit durch ein Experiment an jedem Ort im Universum durchführbar ist. Bis auf die Einheit der Masse, die immer noch durch das Urkilogramm in Paris festgelegt ist, sind alle Definitionen ortsunabhängig gewählt. Schon in den nächsten Jahren wird auch das Urkilogramm durch eine ortsunabhängig Definition ersetzt werden. Langfristiges Ziel ist es, alle sieben Basiseinheiten über Naturkonstante festzulegen.

1.8.4 Abgeleitete Einheiten

Alle weiteren Einheiten in der Physik sind Kombinationen aus diesen sieben Basiseinheiten (abgeleitete SI-Einheiten), zum Beispiel Volumen (Kubikmeter = Meter×Meter×Meter), Frequenz (1/Sekunde) und Geschwindigkeit (Meter/Sekunde).

Einige abgeleiteten SI-Einheiten haben einen eigenen Namen. So heißt die Einheit der Frequenz zum Beispiel Hertz. Meistens handelt es sich dabei um den Namen einer Physikerin oder eines Physikers, um sie/ihn zu ehren. Um beim Beispiel der Frequenz zu bleiben: Die Einheit wurde nach dem deutschen Physiker Heinrich Hertz benannt, der Elektromagnetische Wellen erforscht hat.

1.8.5 Rechnen mit Einheiten

Mit Einheiten kannst du rechnen wie mit Variablen in der Mathematik. Hier einige Beispiele:

  • Wenn du eine Fläche berechnest, multiplizierst du zwei Längen, also m×m und das schreibst du als m² (Quadratmeter) an.
  • Wenn du zwei Längen in Kilometer multiplizierst schreibst du km×km und das schreibst du als km².
  • Wenn du ein Volumen eines Quaders gegeben hast und durch die Höhe (also eine Länge) dividierst, erhältst du m³/m und das ergibt m², also eine Fläche.

1.8.6 Umrechnen von Einheiten

Willst du nicht-SI-Einheiten (wie zum Beispiel Meile (engl. mile) oder Zoll (engl. inch)) in SI-Einheiten umrechnen, musst du den entsprechenden Umrechnungsfaktor nachschlagen und kannst anschließend die Werte in die andere Einheit umrechnen. Hier findest du ein Beispiel, wie du mit der Hand Einheiten umrechnest, oder du verwendest ein App, Programm oder einen online-Dienst: