Basenhet (mått)

Den här artikeln handlar om typen av måttenhet. För begreppet i talteori, se Grundläggande enhet (talteori) .

En basenhet (även kallad en grundläggande enhet ) är en enhet som används för mätning av en baskvantitet . En baskvantitet är en av en konventionellt vald delmängd av fysiska kvantiteter , där ingen kvantitet i delmängden kan uttryckas i termer av de andra. SI-basenheterna , eller Systeme International d'unites , består av meter, kilogram, sekund, ampere, kelvin, mol och candela.

En basenhet är en som uttryckligen har betecknats så; en sekundär enhet för samma kvantitet är en härledd enhet . Till exempel, när det används med International System of Units, är grammet en härledd enhet, inte en basenhet.

Bakgrund

På mätningsspråket är fysiska storheter kvantifierbara aspekter av världen , såsom tid , avstånd , hastighet , massa , temperatur , energi och vikt , och enheter används för att beskriva deras storlek eller kvantitet . Många av dessa kvantiteter är relaterade till varandra genom olika fysiska lagar, och som ett resultat kan enheterna för en kvantitet generellt uttryckas som en produkt av krafter hos andra enheter; till exempel är momentum massa multiplicerad med hastighet, medan hastighet mäts i avstånd dividerat med tid. Dessa samband diskuteras i dimensionsanalys . De som kan uttryckas på detta sätt i termer av basenheter kallas härledda enheter .

Internationellt enhetssystem

Huvudartikel: SI-basenheter

I International System of Units finns det sju basenheter: kilogram , meter , candela , sekund , ampere , kelvin och mol .

Naturliga enheter

Huvudartikel: Naturliga enheter

En uppsättning grundläggande dimensioner av fysisk kvantitet är en minimal uppsättning enheter så att varje fysisk kvantitet kan uttryckas i termer av denna uppsättning. De traditionella grundläggande dimensionerna av fysisk kvantitet är massa , längd , tid , laddning och temperatur , men i princip kan andra fundamentala kvantiteter användas. Elektrisk ström kan användas istället för laddning eller hastighet kan användas istället för längd. Vissa fysiker har inte erkänt temperatur som en grundläggande dimension av fysisk kvantitet eftersom den helt enkelt uttrycker energin per partikel per frihetsgrad som kan uttryckas i termer av energi (eller massa, längd och tid). Dessutom känner vissa fysiker igen elektrisk laddning som en separat grundläggande dimension av fysisk kvantitet, även om den har uttryckts i termer av massa, längd och tid i enhetssystem som det elektrostatiska cgs- systemet . Det finns också fysiker som har tvivlat på själva existensen av oförenliga fundamentala storheter.

Det finns andra samband mellan fysiska storheter som kan uttryckas med hjälp av fundamentala konstanter, och i viss mån är det ett godtyckligt beslut om man ska behålla grundkonstanten som en storhet med dimensioner eller helt enkelt definiera den som enhet eller ett fast dimensionslöst tal . och minska antalet explicita fundamentala konstanter med en. Den ontologiska frågan är om dessa fundamentala konstanter verkligen existerar som dimensionella eller dimensionslösa storheter. Detta motsvarar att behandla längd som samma proportionerbara fysiska material som tid eller att förstå elektrisk laddning som en kombination av mängder massa, längd och tid som kan verka mindre naturligt än att tänka på temperatur som att mäta samma material som energi (vilket kan uttryckas i termer av massa, längd och tid).

₀ Till exempel är tid och avstånd relaterade till varandra med ljusets hastighet , c , som är en fundamental konstant. Det är möjligt att använda detta förhållande för att eliminera antingen tidsenheten eller avståndsenheten. Liknande överväganden gäller för Planck-konstanten , h , som relaterar energi (med dimension uttryckbar i termer av massa, längd och tid) till frekvens (med dimension uttryckbar i termer av tid). Inom teoretisk fysik är det vanligt att använda sådana enheter ( naturliga enheter ) där c = 1 och ħ = 1 . Ett liknande val kan tillämpas på vakuumpermittiviteten , ε .

• Man skulle kunna eliminera antingen mätaren eller den andra genom att sätta c till enhet (eller till något annat fast dimensionslöst tal).
• Man kan sedan eliminera kilogram genom att sätta ħ till ett dimensionslöst tal.
• ₀ Man skulle sedan kunna eliminera amperen ytterligare genom att sätta antingen vakuumpermittiviteten ε (alternativt Coulomb-konstanten ₀ k _e = 1/(4 πε ) ) eller elementarladdningen e till ett dimensionslöst tal.
• Man skulle kunna eliminera mullvad som basenhet genom att sätta Avogadro-konstanten N _A till 1. Detta är naturligt eftersom det är en teknisk skalningskonstant.
• Man skulle kunna eliminera kelvinen eftersom det kan hävdas att temperaturen helt enkelt uttrycker energin per partikel per frihetsgrad, vilket kan uttryckas i termer av energi (eller massa, längd och tid). Ett annat sätt att säga detta är att Boltzmanns konstant k _B är en teknisk skalningskonstant och skulle kunna sättas till ett fast dimensionslöst tal.
• På liknande sätt skulle man kunna eliminera candela, eftersom den definieras i termer av andra fysiska storheter via en teknisk skalningskonstant, K _cd .
• Det lämnar kvar en basdimension och en tillhörande basenhet, men det finns flera grundläggande konstanter kvar för att eliminera det också – till exempel kan man använda G , gravitationskonstanten , m e , _{elektronvilomassan} , eller Λ, den kosmologiska konstanten .

Ett allmänt använt val, särskilt för teoretisk fysik , ges av systemet med Planck-enheter , som definieras genom att sätta ħ = c = G = k _B = k _e = 1 .

Att använda naturliga enheter lämnar varje fysisk storhet uttryckt som ett dimensionslöst tal, vilket noteras av fysiker som ifrågasätter existensen av oförenliga grundläggande fysiska storheter.

Se även

• Karakteristiska enheter
• Dimensionell analys
• Naturliga enheter