Das Vieweg Einheiten-Lexikon: Formeln und Begriffe aus Physik, Chemie und Technik

459 Pages·1999·17.879 MB·German

by  Peter Kurzweil (auth.)

Peter Kurzweil
Das Vieweg Einheiten-Lexikon
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vieweg ________________
~
Peter Kurzweil
DasVieweg
Einheiten-Lexikon
Formeln und Begriffe aus
Physik, Chemie und Technik
IJ
vleweg
Prof. Dr. Peter Kurzweil
Fachhochschule Amberg-Weiden
Kaiser-Wilhelm-Ring 23
92224 Amberg/Opf.
[email protected]
Alle Rechte vorbehalten
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, BraunschweigjWiesbaden, 1999
Softcover reprint oftbe hardcover 1st edition 1999
Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der Bertelsmann Fachinformation GmbH.
Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt.
Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes
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http://www.vieweg.de
Umschlaggestaltung: Ulrike Weigel, Niedernhausen
Gedruckt auf säurefreiem Papier
ISBN 978-3-322-92921-1 ISBN 978-3-322-92920-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-92920-4
Vorwort
m 16. Jahrhundert verfügte ein allerhöchster Befehl, dass sechzehn willfährige engli
sche Untertanen am Sonntag nach dem Verlassen der Kirche die linken Füße hinter
•
einander in einer Reihe aufstellen sollten. Die so festgelegte Distanz entsprach fortan
einer perch (Rute). Der 16. Teil dieser Länge hieß foot, hinwiederum unterteilt in 12
inches. Dabei blieb es bis heute.
Ein bedeutendes inländisches Unternehmen kaufte bei einer nordamerikanischen Firma Testein
richtungen ein. Die mechanischen Aufbauten trugen Inchrohre und -gewinde. Die metrischen
Werkzeuge passten nicht. Auf den Bedienelementen prangten Beschriftungen wie psig, lbs/cu.ft.
und F. Die Versuchsingenieure versuchten mit den angloamerikanischen Einheiten zu arbeiten
0
und zu kommunizieren. Findige Köpfe durchsuchten die Spezialliteratur nach präzisen Umrech
nungsfaktoren, um die Messergebnisse mit metrischen Erfahrungswerten bewerten zu können.
Die Taschenrechner liefen heiß. Je nach Standpunkt war es für Insider und Aussenstehende eine
herrliche oder abstoßend kryptische Zeit. Nach einigen Wochen schritt der verantwortliche Öko
nom ein. Schließlich wurde mit dem Lieferanten die Verwendung von SI-Einheiten vertraglich
vereinbart. Das war Mitte der neunziger Jahre - dieses Jahrhunderts!
Meter und Kilogramm gibt es seit über zweihundert Jahren. 1954 wurde das Internationale Ein
heitensystem eingeführt. Trotzdem haben sich metrische Einheiten nicht weltweit durchgesetzt.
See-und Luftfahrt halten unnachgiebig an "Füßen und Meilen" fest. Kilokalorien und Atmosphä
ren überdauern in der Industrie und an den Hochschulen. Mit dem SI-System "aufgewachsene"
Studenten müssen sich veraltete Einheiten aneignen, wenn sie internationale Fachliteratur verste
hen wollen. In manchen Lehrbüchern tauchen physikalische Gesetze in Schreibweise der alten
cgs-Systeme auf, in krassen Fällen unkommentiert neben SI-Gleichungen.
Die USA traten 1875 der Internationalen Meterkonvention bei und haben 1966 das metrische
System legalisiert, aber es nicht zwingend eingeführt. 1968 gab der U.S. Congress eine drei
jährige Studie über Nutzen und Nachteile metrischer Einheiten in Auftrag, 1975 formierte sich
der U.S. Metric Board, um die "vollständige Umstellung auf das metrische System zu koordinie
ren". Die probeweise Einführung von km/h statt m.p.h. auf den nationalen Autobahnen scheiterte.
Ölgesellschaften, Luft- und Schiffsverkehr, Industrie und Forschung hielten an den gewohnten
Einheiten fest. Das Fußballfeld blieb bei seinen 100 yards Länge. Auf den Warenterminmärkten
werden weiterhin Edelmetalle in ounces, Rohöl in barrels, Heizöl in gallons, Agrarprodukte in
bushels, Rinder und Schweine in pounds, Bauholz in board feet gehandelt.
1959 verständigten sich immerhin die englisch sprechenden Länder untereinander auf die ein
heitliche Festlegung des Inch zu 25,4 mm, des Foot zu 30,48 cm, des Yard zu 0,9 144 mund
des Pound zu 0,45 359237 kg. Bei der US gallon und der britischen imperial gallon war kei
ne Übereinstimmung herbeizuführen. Großbritannien und Kanada haben das metrische System
gesetzlich eingeführt, aber die völlige Umstellung wurde bis heute nicht erreicht. Benzin erhält
man gleichermaßen in Gallonen und Litern, beim Metzger dominieren pounds und ounces über
das Gramm.
Das europäische Festland ist keineswegs fortschrittlicher: Das Pfund wurde 1935 in Deutschland
verboten und beherrscht trotzdem den täglichen Einkauf. Journalisten pflegen die absurde Einheit
"Stundenkilometer", die im krassen Gegensatz zur Dimension der Geschwindigkeit als "Länge
pro Zeit" steht. Das "Hektopascal" wurde eigens erfunden, um den Hörern des Wetterberichtes
Vorwort VI
die gewohnten "Atmosphären" in der Vorstellungswelt zu belassen. Ärzte bestimmen den Blut
druck weiterhin in "Millimeter Quecksilbersäule" und Kernphysiker konnten sich nicht an fm2
gewöhnen. DIN 1301 vom Dezember 1985 nahm "mmHg" und Barn als gesetzliche Einheiten
"für einen bestimmten Anwendungsbereich" auf.
Dieses Nachschlagewerk will praktischer Begleiter durch den Mikrokosmos der überkommenen
Einheiten und Begriffe sein. Es umfasst in rund 6000 Stichworteinträgen:
• Formeln und Definitionen aus Chemie, Physik und Ingenieurwissenschaften.
• Messverfahren und Tabellenwerte für wichtige SI-Größen.
• Internationale Einheiten, Größen, Begriffe, Symbole und Formelzeichen.
• Konstanten und Umrechnungsfaktoren.
• Angloamerikanische, nichtmetrische und historische Einheiten.
• Maße und Gewichte aus aller Welt.
• Härtegrade, Papierformate, Schriftgrößen, Währungen und Münzen.
• Kalenderdaten verschiedener Zeitsysteme und Epochen.
• Nobelpreisträger.
• Fachbegriffe Deutsch-Englisch.
Das Lexikon will praktische Fragen beantworten: Wie sind physikalische Größen definiert? Wie
misst man sie? Wie sind englische Fachbegriffe zu übersetzen? Wann galten historische Ma
ße, Gewichte und Münzen? Und vieles mehr, was in Praxis und Ausbildung nachschlagenswert
erscheint.
Einführend werden Größen, Dimensionen, Einheiten und damit zusammenhängende Fragen be
handelt. Der lexikalische Hauptteil ist Wissensspeicher, Formel- und Datensammlung. Ohne
schulmeisterlich erhobenen Zeigefinger, aber doch mit beruhigender Gewissheit, wünsche ich
dem Leser, die Qualitäten des Internationalen Einheitensystems schätzen und nützen zu lernen.
Für inhaltliche und konzeptionelle Anregungen zu diesem Buch bin ich Herrn Dipl.-Phys.
CHRISTIAN SCHUSTER, Zürich, besonders verbunden. Dem Verlag Vieweg, insbesondere Herrn
WOLFGANG SCHWARZ, danke ich für die professionellen Hilfestellungen und die zügige Druck
legung des Werkes. Meine liebe Frau Christa erwähne ich für die vielen Stunden, die sie für das
Tippen und Korrigieren des Manuskriptes aufgewendet.hat.
Sollte die interessierte Leserschaft eine historische oder moderne Einheit vermissen, werden sich
Verlag und Autor bemühen, die Lücke in einer der nächsten Auflagen gebührend zu schließen.
Amberg, im Januar 1999 PETER KURZWEIL
VII Vorwort
Benutzerhinweise
Stichwörter sind fett, Maßeinheiten aufrecht, Wörter lateinischer und griechischer Herkunft kur
siv, fremdsprachige Begriffe schräg gedruckt.
Abkürzungen für Herkunftsbezeichnungen:
d. = deutsch,
frz. = französisch,
griech. = griechisch,
ital. = italienisch,
jugos. = jugoslawisch,
poln. = polnisch,
russ. = russisch,
schwed. = schwedisch,
eng!. = englisch,
GB, brit. = britisch,
holl. = niederländisch,
jap. = japanisch,
lat. = lateinisch,
port. = portugiesisch,
span. = spanisch,
US = amerikanisch.
Maßeinheiten werden der Deutlichkeit halber in der Einzahl ausgeschrieben: z. B. "Foot" statt
"Feet".
Nichtmetrische Einheiten werden nicht übersetzt. "Quadratzoll" und "Kubikfuß" siehe Square
inch bzw. Cubic foot. "Kilopond pro Quadratfuß" siehe kilogram force per square foot. "Zenti ... "
siehe "Centi ... "
Besondere Schreibweisen. Die Groß- und Kleinschreibung von Einheitensymbolen wird im eng
lischsprachigen Raum nicht streng befolgt, vielfach steht ein Mehrzahl-s, z. B. amps statt A
(Ampere). Abkürzungspunkte werden häufig weggelassen: z. B. cu. ft. und cu ft für "Kubikfuß",
Stunden mit hr (hour) statt h, Sekunden mit sec statt s .
.e (Liter) steht zur Unterscheidung von 1, 1 und 1.
Formelzeichen und Begriffe sind in der alphabetischen Übersicht nach Anwendungsbereichen
sortiert:
1. Länge, Wellenlänge
2. Raum, Zeit, Frequenz
3. Mechanik, Festigkeitslehre
4. Akustik
5. Wärmelehre, Wärmetransport, klassische und statistische Thermodynamik
6. Elektrik, Elektrochemie
7. Magnetismus
8. Stoffmenge, Stofft ransport, chemische Kinetik, Technische Chemie
9. Licht, Strahlung, Optik, Spektroskopie
10. Atomistik, Kernspektroskopie
11. Radioaktivität, Strahlung, Kernreaktor
12. Quantenmechanik, Operatoren.
Vorwort VIII
Abkürzungen in Klammern berücksichtigen ungebräuchliche, veraltete oder auf den englischen
oder deutschen Sprachraum beschränkte Formelzeichen und Bezeichnungen.
Neben ISO, IUPAC und IUPAP wurden DIN-Normen in der jeweils neuesten Auflage berück
sichtigt:
• DIN 1301 (SI-Einheiten und Einheiten außerhalb des SI-Systems),
• DIN 1302 (Mathematische Zeichen und Begriffe)
• DIN 1304 (Allgemeine Formelzeichen, Benennung von Größen),
• DIN 1305 (Masse, Kraft, Gewicht, Last),
• DIN 1306 (Dichte),
• DIN 1311 (Schwingungslehre)
• DIN 1314 (Druck),
• DIN 1315 (Winkel)
• DIN 1320 und DIN 1332 (Akustik)
• DIN 1323 (Elektrische Spannung, Potential, Zweipolquelle, Elektromotorische Kraft),
• DIN 1324 (Elektromagnetisches Feld),
• DIN 1338 (Formelschreibweise und Formelsatz)
• DIN 1341 (Wärmeübertragung),
• DIN 1342 (Viskosität),
• DIN 1345 (Thermodynamik),
• DIN 1355 (Zeit),
• DIN 4896 (Elektrolytlösungen),
• DIN 5483 (Zeitabhängige Größen),
• DIN 5489 und DIN 13 322 (Elektrische Netze),
• DIN 5493 (Logarithmische Größenverhältnisse),
• DIN 5496 (Temperaturstrahlung),
• DIN 5497 (Mechanik, starre Körper, Formelzeichen),
• DIN 5031 (Strahlungsphysik im optischen Bereich, Lichttechnik),
• DIN 13312 (Navigation),
• DIN 40 146 (Begriffe der Nachrichtenübertragung und Übertragungssysteme).
• DIN 58122 (Formelzeichen, Größen und Einheiten)
IX
Inhaltsverzeichnis
Vorwort V
Inhaltsverzeichnis IX
1 Physikalische Größen, Einheiten und Dimensionen 1
1.1 Kohärente Einheiten .
1.2 Inkohärente Einheiten 2
1.3 Einheitenumrechnung 2
1.4 Dimensionen und
Dimensionsanalyse . . 2
1.5 Physikalische Gleichungen . 3
1.6 DlN-Empfehlungen
zum Formelsatz . . . . . . . 4
2 Das Internationale Einheitensystem 6
2.1 Gesetzliche Grundlage in Deutschland . 6
2.2 Basisgrößen und -einheiten. . . . . . . 6
2.3 Dezimale Teile und Vielfache von SI-Einheiten 8
3 Konstanten und definierte Festwerte 9
3.1 Physikalische Konstanten .. 9
3.2 Physikalisch-chemische Konstanten 10
3.3 Standardwerte und Normzustände 11
3.4 Atomare Konstanten ....... . 12
3.5 Spektroskopische Konstanten .. . 15
3.6 Festlegung der elektrischen Einheiten 16
3.7 Kennzahlen der Dimension 1 . 16
Lexikalischer Teil 19
A Anhang 438
A.1 Nobelpreise für Physik . . . . . . . . . . .438
A.2 Nobelpreise für Chemie .. . . . . . . . . 441
A.3 Nobelpreise für Medizin und Physiologie .444
Literaturverzeichnis 447
1
1 Physikalische Größen, Einheiten und
Dimensionen
"Maßeinheiten" sind international-früher na Beispiele für kohärente Einheiten:
tional oder sogar regional - vereinbarte Ver
gleichsgrößen, die einen festen, durch ein
genau vorgeschriebenes Mess- und Eichver 1 N = 1 kg2m, 1 J = 1 Nm.
s
fahren jederzeit reproduzierbaren Betrag ha
ben. Die Messung muss unabhängig gegen den Kohärente Einheiten haben folgende Vorteile:
Wechsel der Einheit sein. Die Längenmessung
mit einer Messlatte zum Beispiel ist unabhän • Für jede Größenart gibt es genau eine Ein
gig davon, ob Meter, Ellen oder Zoll abgelesen heit, z. B. das Meter für die Länge.
werden. • Abgeleitene Größen und Einheiten sind ein
Der Größenwert einer Messgröße besteht ge fache Potenzprodukte der Basisgrößen und
nerell aus einem Zahlenwert (früher: Maßzahl) -einheiten. Die Dimensionsexponenten al bis
und einer Einheit (früher: Maßeinheit). Das an sind ganze Zahlen.
Verhältnis der Größe zur Einheit ergibt einen
[abgeleite Größe] =
Zahlenwert, der nur für die betreffende Einheit
=
gilt. [Basisgrößel ]al•
= .[Basisgröße2]a2 ....
Größe(nwert) Zahlenwert· Einheit
. [Basisgrößen ]an
Beispiel: V = 6,28 cm3
• SI-Einheiten werden nach denselben alge
Der Größen wert ist invariant gegen einen
braischen Beziehungen wie die zugeordneten
Wechsel der Einheiten. Zahlenwert und Ein
Größen gebildet. Daher dürfen in physikali
heit verhalten sich gegenläufig, wie die Fak
sche Größengleichungen formal die Zahlen
toren eines konstanten Produktes. Allgemein
werte {X} und Einheiten [X] an Stelle der For
gilt: Je größer die Einheit, umso kleiner ist
melzeichen X der Größen gesetzt werden, oh
der Zahlenwert einer Größe. Ohne Angabe der
ne dass der Zusammenhang falsch wird. Bei
Einheit ist die Aussage über die Größe sinn
spiel:
los: ,,5" vermittelt keinen Eindruck, ob Me
F=-q-
ter, Stunden, Ohm, Liter oder Kartoffeln vor 4Jl" sor2
liegen. Erst die Angabe ,,5 Volt" sagt, dass es
le
sich um eine Spannung handelt.
{F} . [F] =
Beispiel: Um denselben Größen wert handelt 4Jl" ·8 85· 10-12 E. . 1 m2
, m
es sich bei den Angaben 3,1 mund 310 cm.
= 9.109 N
1.1 Kohärente Einheiten • In jedem kohärenten Einheitensystem lau
ten Zahlenwert- und Größengleichung gleich.
In kohärenten Einheitensystemen (wie dem SI) Eine kohärente Gruppe von Einheiten, die oh
sind die Basisgrößen und -einheiten unabhän ne Zahlenfaktoren in die Größengleichungen
gig voneinander festgelegt und nicht durch eingeführt werden können, ist z. B. ferner:
Zahlenfaktoren miteinander verknüpft. kVA, kV, A, kQ, kH, mF, s.
P. Kurzweil, Das Vieweg Einheiten-Lexikon
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 1999