Grundlegende vs. abgeleitete Größen
Experimente sind ein Kernaspekt der Physik und anderer physikalischer Wissenschaften. Theorien und andere Hypothesen werden durch durchgeführte Experimente verifiziert und als wissenschaftliche Wahrheit etabliert. Messungen sind ein integraler Bestandteil von Experimenten, bei denen die Größen und Beziehungen zwischen verschiedenen physikalischen Größen verwendet werden, um die Wahrheit der getesteten Theorie oder Hypothese zu überprüfen.
Es gibt sehr häufig vorkommende physikalische Größen, die in der Physik oft gemessen werden. Diese Größen werden per Konvention als grundlegende Größen angesehen. Unter Verwendung der Messungen für diese Größen und der Beziehungen zwischen ihnen können andere physikalische Größen abgeleitet werden. Diese Größen werden als abgeleitete physikalische Größen bezeichnet.
Grundgrößen
In jedem Einheitensystem ist eine Reihe von Grundeinheiten definiert, und die entsprechenden physikalischen Größen werden als Grundgrößen bezeichnet. Grundeinheiten werden unabhängig definiert, und oft sind die Größen in einem physikalischen System direkt messbar.
Im Allgemeinen benötigt ein Einheitensystem drei mechanische Einheiten (Masse, Länge und Zeit). Zusätzlich wird eine elektrische Einheit benötigt. Auch wenn der obige Satz von Einheiten ausreichen mag, werden der Einfachheit halber nur wenige andere physikalische Einheiten als grundlegend angesehen. c.g.s (Zentimeter-Gramm-Sekunde), m.ks. (Meter-Kilogramm-Sekunde) und f.p.s (Fuß-Pfund-Sekunde) sind früher verwendete Systeme mit Grundeinheiten.
Das SI-Einheitensystem hat viele der älteren Einheitensysteme ersetzt. Im SI-Einheitensystem gelten per Definition die folgenden sieben physikalischen Größen als grundlegende physikalische Größen und ihre Einheiten als grundlegende physikalische Einheiten.
| Menge | Einheit | Symbol | Abmessungen |
| Länge | Zähler | m | L |
| Masse | Kilogramm | kg | M |
| Zeit | Sekunden | s | T |
| Elektrischer Strom | Ampere | A | |
| Thermodynamische Temp. | Kelvin | K | |
| Stoffmenge | Maulwurf | mol | |
| Lichtstärke | Candela | cd |
Abgeleitete Mengen
Abgeleitete Größen werden durch Potenzen von Grundeinheiten gebildet. Mit anderen Worten, diese Größen können unter Verwendung von Grundeinheiten abgeleitet werden. Diese Einheiten sind nicht unabhängig voneinander definiert; sie hängen von der Definition anderer Einheiten ab. An abgeleitete Einheiten angehängte Größen werden als abgeleitete Größen bezeichnet.
Betrachte zum Beispiel die Vektorgröße der Geschwindigkeit. Durch Messen der von einem Objekt zurückgelegten Strecke und der dafür benötigten Zeit kann die Durchschnittsgeschwindigkeit des Objekts bestimmt werden. Geschwindigkeit ist also eine abgeleitete Größe. Die elektrische Ladung ist auch eine abgeleitete Größe, wenn sie durch das Produkt aus Stromfluss und benötigter Zeit gegeben ist. Jede abgeleitete Größe hat abgeleitete Einheiten. Abgeleitete Größen können gebildet werden.
| Physikalische Größe | Einheit | Symbol | ||
| Ebenenwinkel | Bogenmaß (a) | rad | – | m·m-1 =1 (b) |
| Raumwinkel | Steradian (a) | sr (c) | – | m2·m-2 =1 (b) |
| Häufigkeit | Hertz | Hz | – | s-1 |
| zwingen | Newton | N | – | m·kg·s-2 |
| Druck, Stress | Pascal | Pa | N/m2 | m-1·kg·s-2 |
|
Energie, Arbeit, Wärmemenge |
Joule | J | N·m | m2·kg·s-2 |
| Leistung, Strahlungsfluss | Watt | W | J/s | m2·kg·s-3 |
| elektrische Ladung, Elektrizitätsmenge | Coulomb | C | – | A·s |
| elektrische Potentialdifferenz, Elektromotorische Kraft | Volt | V | W/A | m2·kg·s-3·A-1 |
| Kapazität | Farad | F | C/V | m-2·kg-1·s4·A 2 |
| elektrischer Widerstand | Ohm | V/A | m2·kg·s-3·A-2 | |
| elektrische Leitfähigkeit | Siemens | S | A/V | m-2·kg-1·s3·A 2 |
| magnetischer Fluss | Weber | Wb | V·s | m2·kg·s-2·A-1 |
| magnetische Flussdichte | Tesla | T | Wb/m2 | kg·s-2·A-1 |
| Induktivität | Henry | H | Wb/A | m2·kg·s-2·A-2 |
| Celsius-Temperatur | Grad Celsius | °C | – | K |
| Lichtstrom | Lumen | lm |
cd·sr (c) |
m2·m-2·cd=cd |
| Beleuchtungsstärke | Lux | lx | lm/m2 | m2·m-4·cd=m-2·cd |
| Aktivität (eines Radionuklids) | Becquerel | Bq | – | s-1 |
| absorbierte Dosis, spezifische Energie (vermittelt), Kerma | Grau | Gy | J/kg | m2·s-2 |
| Äquivalentdosis (d) | Sievert | Sv | J/kg | m2·s-2 |
| katalytische Aktivität | Katal | kat | s-1·mol | |
Was ist der Unterschied zwischen fundamentalen und abgeleiteten Größen?
• Fundamentale Größen sind die Basisgrößen eines Einheitensystems und werden unabhängig von den anderen Größen definiert.
• Abgeleitete Größen basieren auf Fundamentalgrößen und können in Form von Fundamentalgrößen angegeben werden.
• In SI-Einheiten erh alten abgeleitete Einheiten oft Personennamen wie Newton und Joule.
