le grandezze e le unità di misura principali

Classe 2^ - STA - UdA n° 1: Metrologia - Le grandezze e le unità di misura principali
LE GRANDEZZE E LE UNITÀ DI MISURA PRINCIPALI
L’UNIFICAZIONE
L’importanza delle Norme
Per facilitare la produzione e lo scambio di prodotti, in campo nazionale ed in campo
internazionale, si ricorre ad un complesso di Norme comuni che prendono il nome di
Normalizzazione o Unificazione.
In particolare si facilita:
•
•
•
•
•
•
La scelta e la denominazione delle materie prime (ogni materiale ha un sua “designazione”)
L’esecuzione dei progetti (che sono redatti rispettando simbologie precise)
La fabbricazione dei prodotti (secondo procedimenti definiti con controlli definiti)
La serie di pezzi da tenere in magazzino, riducendone il costo
Principi, metodi e mezzi per effettuare le misurazioni
….
In Italia è attivo l’Ente Nazionale per l’Unificazione dell’Industria, sinteticamente detto UNI.
Le altre nazioni possiedono propri Enti Unificatori:
Nazione
FRANCIA
GERMANIA
INGHILTERRA
USA
Ente
AFNOR
DIN
BSI
SAE
AISI
Con l’aumento degli scambi internazionali, si è fatta sentire la necessità di stabilire “Norme
comuni” universalmente accettate. Per questo oggi esiste l’ISO, International Organization for
Standardization.
L’attività dell’ISO si estende a tutti i settori ad eccezione di quello elettrico ed elettrotecnico, che
fanno capo ad altra commissione (CEI - Comitato Elettrotecnico Italiano).
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La Metrologia
La Metrologia è la scienza che studia i principi, i metodi ed i mezzi per effettuare la misurazione
delle diverse grandezze fisiche (lunghezze, superfici, volumi, angoli, energia, potenza, portata,
massa volumica …), stabilendone i sistemi di misura e le relative unità di misura, in base ad
un’apposita scelta delle grandezze fondamentali, delle corrispondenti unità di misura e delle relative
definizioni.
Le norme che regolano l’argomento sono insite nella Tabella UNI 4546.
Ecco alcune definizioni fondamentali:
DEFINIZIONI FONDAMENTALI SECONDO UNI 4546
TERMINE
DEFINIZIONE
Ogni quantità, proprietà, condizione usata per descrivere fenomeni e
valutabile in termini di “Unità di misura”.
Termine di riferimento adottato, per convenzione, per confrontare una
1.2 - UNITÀ DI MISURA
grandezza con altre della stessa specie.
1.2.1 - SISTEMA DI
Insieme organizzato di definizioni, tra di loro collegate, di Unità di
UNITÀ DI MISURA
misura pertinenti a grandezze di specie diverse.
Informazione costituita da un numero, un’incertezza ed un’Unità di
2 - MISURA
misura, assegnata a rappresentare un parametro in un determinato stato
del sistema.
Insieme di operazioni materiali ed elaborative compiute mediante
appositi dispositivi posti in interazione con il “Sistema misurato” allo
3 - MISURAZIONE
scopo di assegnare la misura di una grandezza assunta come parametro
di tale sistema.
3.1 - SISTEMA
Specifico sistema su cui si effettua la misurazione e/o regolazione.
MISURATO
Parametro sottoposto a misurazione e/o regolazione, valutato nello
3.2 - MISURANDO
stato assunto dal sistema al momento della misurazione stessa.
Apparecchio che, posto in interazione con il sistema misurato, fornisce
4.2 - STRUMENTO (PER
nel suo formato d’uscita un’indicazione dipendente dal valore del
MISURAZIONE)
misurando.
Rilevamento dell’indicazione di un dispositivo per misurazione da
5 - LETTURA
parte dell’osservatore umano o di un utilizzatore strumentale.
5.1 - SEGNALE DI
Segnale d’uscita di un dispositivo, che contiene l’informazione relativa
LETTURA
al valore assunto dal misurando.
5.2 - FORMATO
Modo di presentazione del segnale d’uscita di un dispositivo per
D’USCITA
misurazione. Si classifica come:
• ANALOGICO: quando l’indicazione è presente in forma continua
(es.: indice mobile su scala).
• NUMERALE: quando l’indicazione è presente in forma discreta in
corrispondenza biunivoca con il valore del misurando (es.:
contakilometri).
Insieme della graduazione e della numerazione che permette di
5.2.1.3 - SCALA
determinare la lettura.
Insieme di operazioni compiute su un dispositivo per misurazione per
5.3.2 - AZZERAMENTO imporgli di fornire un segnale di lettura nullo in corrispondenza alla
lettura di riferimento.
1 - GRANDEZZA
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Le immagini seguenti chiariscono i termini sopra descritti.
Misurazione
Comparatore centesimale
Comparatore millesimale digitale
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Grandezze e loro misura
Come definito dalla Normativa, “grandezza” è ogni entità che può essere descritta in termini
quantitativi e che, quindi, può essere misurata tramite appositi strumenti.
•
Grandezze omogenee
Due grandezze si dicono “omogenee” o “della stessa specie” quando appartengono alla “stessa
classe”, ovvero sono confrontabili tra di loro (per esempio per stabilire quale delle due è maggiore o
minore). Due temperature sono della stessa specie, due lunghezze sono della stessa specie, ma una
temperatura ed una lunghezza appartengono a specie differenti perché non sono confrontabili.
Misurare una grandezza vuol dire confrontare la grandezza stessa con un’altra della medesima
specie presa come termine di paragone, cioè come Unità di misura. Così, volendo rilevare la
lunghezza di un tavolo, vuol dire determinare quante volte la lunghezza campione (Unità di misura,
in questo caso il metro) è contenuta nella lunghezza del tavolo.
La misura della grandezza è un numero, intero o decimale. Il valore numerico rilevato deve
essere seguito dalla corrispondente Unità di misura.
Con riferimento alla figura sopra, la lunghezza del tavolo é 3,5 [m].
•
Incertezza della misura
La Norma UNI 4546 prevede che il “valore del parametro” sia accompagnato dalla “incertezza
della misura”, che è un “intorno simmetrico” del valore e si indica con un numero ± i.
Esempio:
Nella misura 322 ± 12 m, l’incertezza è l’insieme ± 0 … 12 m, individuabile con il solo numero
± 12, che deve essere associato al valore 322 m per dare la misura. L’insieme 310 … 334 m
rappresenta la “fascia di valore”.
Il concetto di incertezza risulta a tutti gli effetti equivalente a quello di “errore massimo”.
Accantonati il sistema assoluto (c. g. s.) ed il sistema tecnico (m. k. s.), il sistema di misura più
usato nel mondo è il Sistema Internazionale (SI). Il sistema inglese è oggi utilizzato solo nei Paesi
anglosassoni.
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SISTEMA INTERNAZIONALE DI MISURA (SI)
Il Sistema SI (esse-i), perfezionato nel 1972 ed ordinato nella Norma CNR-UNI 10003-74, è
divenuto obbligatorio in Italia a partire dal 1° gennaio 1986.
Nel Sistema SI sono previste sette grandezze fondamentali, due grandezze supplementari e
numerose grandezze derivate.
GRANDEZZE FONDAMENTALI (dimensionali)
-
Lunghezza
Massa
Temperatura
Tempo
-
Corrente elettrica
Intensità luminosa
Quantità di sostanza
Interessano particolarmente la Tecnologia
Meccanica
GRANDEZZE SUPPLEMENTARI (adimensionali)
-
Angolo piano (ha prevalente importanza nella Tecnologia Meccanica)
Angolo solido
GRANDEZZE DERIVATE (così dette perché “derivate” dalle grandezze fondamentali)
-
Forza
Tensione
Pressione
Massa Volumica
Energia
Resilienza
Velocità
Potenza
Capacità termica massica (o calore specifico)
Calore latente di fusione
Dilatazione termica
Conduttività termica
Resistenza elettrica
Velocità angolare
Accelerazione
Area
Volume
............
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Di seguito sono riportate le principali grandezze fisiche fondamentali, supplementari e derivate
con le rispettive Unità di misura del SI.
UNITÀ DEL SISTEMA INTERNAZIONALE DI MISURA (SI)
GRANDEZZA
NOME
UNITÀ DI
MISURA
ALTRE UNITÀ USATE
Lunghezza
Massa
Temperatura
Tempo
Corrente elettrica
metro
kilogrammo
grado kelvin
secondo
ampere
m
kg
K
s
A
Forza
newton
N
daN (1 daN = 1kgf =
9,8 N ≈ 10 N)
Tensione (carico
unitario di trazione,
durezza ...)
pascal
Pa = N/m2
N/mm2 ; daN/mm2
pascal
2
Pressione
Massa Volumica
Energia, Lavoro
Resilienza
Velocità
kilogrammo al
metro cubo
joule
joule al metro
quadrato
metri al
secondo
Potenza
watt
Angolo piano
radiante
Velocità angolare
Frequenza
Carica elettrica
Potenziale elettrico
Capacità elettrica
radiante al
secondo
hertz
coulomb
volt
farad
mm
g
°C
min
Pa = N/m
daN/cm2 = bar = atm
= 105 Pa
kg/m3
kg/dm3
J=N*m
1 daJ = 1 kgf * m
J/m2
J/cm2 ; daJ/cm2
m/s
m/min ; mm/min
kW (1 kW = 1000 W) ;
W = J/s
1CV ≈ 0,736 kW ;
1 W = 1 J/s
1° = π/180 rad
rad
1 rad = (180/ π)° ≈
57,3°
giri/min
rad/s
1 rad/s = 9,55 giri/min
Hz = cicli/s 1 Hz = 1/60 giri/min
C
1C=1A*s
V
1 V = 1 W/A
F
1 F = 1 C/V
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SI - Norme di scrittura
Con lo scopo di uniformare la grafia ed evitare errori di interpretazione, il SI prevede le seguenti
norme per la scrittura delle unità di misura e dei relativi simboli:
- all’interno di un testo, in assenza del valore numerico, scrivere le Unità di misura per esteso e non
con il loro simbolo, utilizzando il carattere tondo minuscolo ed evitando gli accenti (es.: ampere e
non ampère né ampere);
- indicare i simboli con l’iniziale minuscola, ad eccezione di quelli che derivano dal nome di
persona (es.: kg e non Kg; Pa o pascal e non Pascal);
- non mettere mai il punto dopo il simbolo (es.: m e non m.);
- la temperatura in gradi Kelvin si indica con la lettera K (è errato °K), è corretto °C.
- il simbolo deve seguire il valore numerico e non precederlo, lasciando uno spazio tra di essi (es.:
15 cm e non cm 15);
- il prefisso non può essere utilizzato da solo: evitare di scrivere 1 micron o 1 µ; è corretto scrivere 1
µm;
- nel caso di due o più simboli, lasciare uno spazio tra di essi o porre un punto o il segno di frazione
(es.: N m oppure N·m oppure J/kg oppure J·kg-1);
- utilizzare gli spazi per separare le cifre intere in gruppi di tre (es.: 1 000 000 e non 1.000.000);
- utilizzare la virgola per separatore i numeri interi da quelli decimali (es.: 24,51).
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