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1 TEMA 6. TABLAS DE MAGNITUDES FISICAS Y DE UNIDADES DE MEDIDA Mario Melo Araya Ex Profesor Universidad de Chile melomarioqca@gmail.com La Tabla 6.1 contiene una selección de magnitudes físicas de indudable interés en el campo de la Química. Están tomadas de la publicación ISO STANDARDS HANDBOOK 2, 2ª. Ed. (1982) Units of measurement. En las dos primeras columnas se indican los respectivos nombres y símbolos adoptados por el Sistema Internacional de Unidades. En la tercera columna, los correspondientes productos dimensionales SI y, bajo ellos, las respectivas unidades SI coherentes. Algunas de estas unidades tienen nombres especiales; los adoptados por el Sistema Internacional se dan en la cuarta columna. Finalmente en la quinta columna se entregan las expresiones de algunas unidades en términos de aquellas que tienen nombres especiales. Su empleo, en ocasiones, puede resultar más cómodo y preferible, porque expresan de manera más directa las relaciones existentes entre las magnitudes involucradas. En aquellas magnitudes derivadas del ángulo plano y del ángulo sólido (magnitudes SI suplementarias) se ha considerado la proposición hecha por este autor, en los Temas 9 y 10 de esta Página Web, en Septiembre de 2011. En dicha proposición las dimensiones y unidades de estas magnitudes serían: Ángulo plano Dimensiones Unidades P rad ángulo sólido S sr De este modo, la dimensión y la unidad para la velocidad angular, por ejemplo, serían: Dimensión Unidad P T-1 rad s-1 a diferencia de lo que aparece en la Tabla de la ISO: Dimensión Unidad T-1 rad s-1 En las Tablas 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 y 6.6 se dan las definiciones y equivalencias de algunas unidades de longitud, masa, fuerza, presión y energía, respectivamente. 2 Para cada magnitud, las equivalencias se dan igualando cantidades de la magnitud, expresadas en diferentes unidades, y que sean equivalentes entre sí. Por ejemplo, las equivalencias de las unidades de longitud serían: 1 mile = 1 609.344 m = 63 360 in = 5 280 ft = 1 760 yd = 1.609 344 x 1013 A A partir de estas igualdades se pueden obtener todos los factores unitarios de conversión que se requieran. Por ejemplo, para convertir metros a pulgadas, el factor unitario de conversión sería: 63 360 in = 1 1 609.344 m Estas igualdades se han obtenido tomando una cantidad unitaria de la magnitud, expresada en cualquiera de las unidades de medida, e igualándola con las cantidades equivalentes de la magnitud, expresada en las otras unidades de medida. 3 TABLA 6.1 ALGUNAS MAGNITUDES FISICAS DE INTERES QUIMICO SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS MAGNITUD FISICA SI Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL DE UNIDADES CON COHERENTE DE LA UNIDAD NOMBRES ESCIALES MAGNITUDES MECANICAS Longitud, largo Ancho Altura Radio Diámetro Trayectoria, Camino Recorrido l b h r d s Area A L2 m2 Volumen V L3 m3 Período T T s Frecuencia rotacional n T-1 s-1 Velocidad, Velocidad lineal u, v, w, c Velocidad angular ω Aceleración, Aceleración lineal Aceleración de caída libre g L m L T-1 m s-1 P T-1 rad s-1 L T-2 m s-2 Aceleración standard de caída libre gn gn = 9.806 65 m/s2 Densidad de masa, Densidad M L-3 kg m-3 4 MAGNITUD FISICA Densidad relativa de B con respecto a A SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS SI Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL DE UNIDADES CON COHERENTE DE LA UNIDAD NOMBRES ESCIALES dB,A adimensional Momentum, Cantidad de movimiento p M L T-1 kg m s-1 Momentum angular L M L2 T-1 kg m2 s-1 F G, P, W M L T-2 kg m s-2 Momento de una Fuerza; Torque M T, M L2 T-2 kg m2 s-2 Momento de Inercia I, J M L2 kg m2 Trabajo de una Fuerza W Fuerza Peso Js newton (N) J m-1 Nm M L2 T-2 Energía cinética Energía potencial Gravitacional Potencia Presión y Tensión E , K, T kg m2 s-2 joule (J) Nm=CV=VAs M L2 T-3 kg m2 s-3 watt (W) J s-1 M L-1 T-2 kg m-1 s-2 pascal (Pa) N m-2 E , V, P P Viscosidad dinámica, Viscosidad, Coeficiente de Viscosidad Viscosidad cinemática L2 T-1 m2 s-1 Tensión superficial , M T-2 kg s-2 = VA = J m-3 M L-1 T-1 kg m-1 s-1 Pa s = N s m-2 N m-1 = J m-2 5 MAGNITUD FISICA SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS SI Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL DE UNIDADES CON COHERENTE DE LA UNIDAD NOMBRES ESCIALES CALOR Y TERMODINAMICA Coeficiente de dilatación lineal l -1 Coeficiente de dilatación cúbica v K-1 Calor, Cantidad de calor Q Trabajo W M L2 T-2 Enegía interna Termodinámica U Entalpía H kg m2 s-2 Función de Helmholtz, Energía Libre joule (J) A, F Función de Gibbs, Entalpía libre G Enegía interna específica u L2 T-2 Entalpía específica h Energía libre específica a Entalpía libre específica g Entropía S Entropía específica Coeficiente de compresibilidad isotérmica s m2 s-2 J kg-1 M L2 T-2 -1 kg m2 s-2 K-1 J K-1 L2 T-2 -1 m2 s-2 K-1 J kg-1 K-1 M-1 L T2 kg-1 m s2 Pa-1 6 MAGNITUD FISICA Capacidad calorífica SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS SI Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL DE UNIDADES CON COHERENTE DE LA UNIDAD NOMBRES ESCIALES C M L2 T-2 -1 Capacidad calorífica a p cte. Cp Capacidad calorífica a V cte. Cv Capacidad calorífica específica c Capacidad calorífica específica a p cte. cp kg m2 s-2 K-1 J K-1 L2 T-2 -1 m2 s-2 K-1 Capacidad calorífica específica a V cte. Razón de capacidades caloríficas específicas J kg-1 K-1 cv adimensional Rapidez de flujo de calor M L2 T-3 kg m2 s-3 Conductividad térmica k Coeficiente de convección h watt (W) M L T-3 -1 kg m s-3 K-1 W m-1 K-1 M T-3 -1 kg s-3 K-1 W m-2 K-1 LUZ Y RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS Período Frecuencia Longitud de onda T T s , f T-1 s-1 J s-1 L m hertz (Hz) 7 MAGNITUD FISICA SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS SI Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL DE UNIDADES CON COHERENTE DE LA UNIDAD NOMBRES ESCIALES Número de onda Energía radiante Q, W Potencia radiante, Flujo de energía raDiante P, e Intensidad radiante Ie L-1 m-1 M L2 T-2 kg m2 s-2 joule (J) . watt (W) J s-1 M L2 T-3 kg m2 s-3 M L2 T-3 S-1 kg m2 s-3 sr-1 W sr-1 . W m-2 sr-1 Radiación Le M T-3 S-1 kg s-3 sr-1 Irradiación, Irradiancia Emitancia radiante, Exitancia radiante Ee M T-3 Me kg s-3 W m-2 M T-3 -4 kg s-3 K-4 W m-2 K-4 Constante de Stefan-Boltzmann Intensidad luminosa Iv J cd Flujo luminoso v JS cd sr Cantidad de luz Qv lumen (lm) JTS cd s sr Iluminación Ev J S L-2 Exitancia luminosa Emitancia luminosa Mv cd sr m-2 Luminosidad Lv J L-2 cd m-2 Indice de refracción n adimensional lm s lux (lx) lm m-2 8 MAGNITUD FISICA SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS SI Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL DE UNIDADES CON COHERENTE DE LA UNIDAD NOMBRES ESCIALES ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Corriente eléctrica I I A Carga eléctrica, Cantidad de electricidad Q IT . Densidad cúbica de carga, Densidad de carga As , I T L-3 A s m-3 C m-3 . C m-2 Densidad superficial de carga I T L-2 A s m-2 Intensidad de un campo eléctrico, campo eléctrico, E M L T-3 I-1 Potencial eléctrico coulomb (C) kg m s-3 A-1 V m-1 = N C-1 V, M L2 T-3 I-1 Diferencia de potencial, Tensión U,V Fuerza electromotriz E Capacitancia, Capacidad eléctrica C Resistencia eléctrica R Permitividad Permitividad del vacío o Permitividad relativa r adimensional Susceptibilidad eléctrica , e adimensional Momento dipolar p, pe LIT mAs kg m2 s-3 A-1 volt (V) J A-1 s-1 = J C-1 = W A-1 M-1 L-2 T4 I2 kg-1 m-2 s4 A2 farad (F) C V-1 = A s V-1 M L2 T-3 I-2 kg m2 s-3 A2 ohm ( ) V A-1 M-1 L-3 T4 I2 kg-1 m-3 s4 A2 C2 N-1 m-2 = F m-1 Cm 9 MAGNITUD FISICA SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS SI Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL DE UNIDADES CON COHERENTE DE LA UNIDAD NOMBRES ESCIALES Permeabilidad M L T-2 I-2 Permeabilidad del vacío, Constante magnética o kg m s-2 A-2 Permeabilidad relativa adimensional Conductancia G M-1 L-2 T3 I2 kg-1 m-2 s3 A2 Resistividad Conductividad Potencia , , P Intensidad de un campo magnético, Campo magnético H Densidad de flujo magnético, Inducción magnética B Flujo magnético Susceptibilidad magnética H m-1 = Wb A-1 m-1 = = V s A-1 m-1 . siemens (S) A V-1 = -1 M L3 T-3 I-2 kg m3 s-3 A-2 m M-1 L-3 T3 I2 kg-1 m-3 s3 A2 -1 m-1 = S m-1 M L2 T-3 kg m2 s-3 watt (W) J s-1 = V A M T-2 I-1 kg s-2 A-1 tesla (T) N A-1 m-1 = Wb m-2 = = V s m-2 M L2 T-2 I-1 kg m2 s-2 A-1 weber (Wb) V s = J A-1 = T m2 L-1 I m-1 A , m Momento electromagnético, Momento magnético m Diferencia de potencial magnético Um Fuerza magnetomotriz Fm adimensional L2 I M2 A I A 10 MAGNITUD FISICA Polarización eléctrica Magnetización Polarización magnética SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS SI Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL DE UNIDADES CON COHERENTE DE LA UNIDAD NOMBRES ESCIALES P Hi , M Bi , J L-2 T I m-2 s A C m-2 L-1 I m-1 A . M T-2 I-1 kg s-2 A-1 tesla (T) Wb m-2 MAGNITUDES FISICO-QUIMICAS N-1 mol-1 Constante de Avogadro NA , L Constante molar de los gases R Constante de Boltzmann k Constante de Planck h Constante de Faraday F Numero de entidades elementales N adimensional Masa molar M M N-1 kg mol-1 Volumen molar Vm L3 N-1 m3 mol-1 Concentración de (cantidad de) soluto B cB N L-3 Concentración de masa de soluto B B Molalidad de soluto B bB , mB M L2T-2 -1 N-1 kg m2s-2 K-1 mol-1 J K-1 mol-1 M L2 T-2 -1 kg m2 s-2 K-1 J K-1 M L2 T-1 kg m2 s-1 Js I T N-1 A s mol-1 C mol-1 mol m-3 M L-3 kg m-3 N M-1 mol kg-1 11 MAGNITUD FISICA SIMBOLO SI DIMENSION Y UNIDAD SI COHERENTE Fracción molar de un soluto B xB adimensional Fracción másica de un soluto B wB adimensional Número de carga de un ión z adimensional A Adimensional S(X/Y) Adimensional Coeficiente esteestequiométrico de participante A de una reacción qca. Razón estequiométrica entre participantes X e Y de una reacción química Velocidad de una reacción química Constante de velocidad de reacción qca. de orden n . v N L-3 T-1 mol m-3 s-1 k, kv (N L-3 )1-n T-1 (mol m-3)1-n s-1 Energía interna molar Um Capacidad calorífica molar Cm Entropía molar Sm Presión osmótica Momento dipolar de una molécula Densidad de corriente NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS BOLO ESPECIAL DE UNIDADES CON DE LA UNIDAD NOMBRES ESCIALES p, J M L2 T-2 N-1 kg m2 s-2 mol-1 J mol-1 M L2 T-2 -1 N-1 kg m2 s-2 K-1 mol-1 J mol-1 K-1 M L2 T-2 -1 N-1 kg m2 s-2 K-1 mol-1 J mol-1 K-1 M L-1 T-2 kg m-1 s-2 LIT mAs I L-2 A m-2 pascal (Pa) N m-2 Cm 12 MAGNITUD FISICA SIMBOLO DIMENSION SI Y UNIDAD SI COHERENTE NOMBRE Y SIMBOLO ESPECIAL DE LA UNIDAD UNIDAD EN TERMINOS DE UNIDADES CON NOMBRES ESCIALES Polarizabilidad eléctrica de una molécula Fuerza iónica I N M-1 mol kg-1 Grado de disociación adimensional Conductividad electrolítica , M-1 L-3 T3 I2 kg-1 m-3 s3 A2 S m-1 Conductividad molar m M-1 T3 I2 N-1 kg-1 s3 A2 mol-1 S m2 mol-1 L-2 M T4 I2 m-2 kg s4 A2 C m2 V-1 . TABLA 6.2 UNIDADES DE LONGITUD NOMBRE metro pulgada pie yarda milla legal inglesa milla náutica ångström SIMBOLO DEFINICION m in ft yd mile n mile Å Unidad SI básica (Ver Tablas 1 y 2, Tema 3) 1 in = 2.54 cm (exactamente) 1 ft = 12 in = 0.304 8 m (exactamente) 1 yd = 3 ft = 36 in = 0.914 4 m (exactamente) 1 mile = 1 760 yd = 5 280 ft = 1 609. 344 m (exactamente) 1 n mile = 1 852 m (exactamente) 1 Å = 10-8 cm = 0.1 nm EQUIVALENCIAS 1 mile = 1 609.344 m = 63 360 in = 5 280 ft = 1 760 yd = 1.609 344 x 1013 Å 13 TABLA 6.3 UNIDADES DE MASA NOMBRE SIMBOLO DEFINICION kilogramo gramo libra kg g lb onza Unidad (unificada) de masa atómica oz u Unidad SI básica (Ver Tablas 1 y 2, Tema 3) Unidad cgs básica. 1 g = 10-3 kg Unidad fps básica. 1 lb = 16 oz = 0.453 592 37 kg (exactamente) 1 oz = lb/16 1 u = mC-12 / 12 = 1.660 565 5 x 10-27 kg EQUIVALENCIAS 1 lb = 0.453 592 37 kg = 453.592 37 g = 16 oz = 2,731 553 6 x 1026 u TABLA 6.4 UNIDADES DE FUERZA NOMBRE newton SIMBOLO N dina dyn kilopond kp poundal pdl libra-fuerza lbf DEFINICION Nombre especial de la unidad SI coherente kg m s-2 Fuerza que aplicada a una masa de 1 kg la acelera 1 m/s2 1 N = 1 kg x 1 m/s2 Unidad cgs coherente Fuerza que aplicada a una masa de 1 g la acelera 1 cm/s2 1 dyn = 1 g x 1 cm/s2 Unidad básica del sistema técnico o gravitacional. Nombre antiguo de esta unidad: kilogramo-fuerza (kgf) Fuerza con que la tierra atrae, en París, a una masa de 1 kg 1 kp = 1 kg x 9.806 65 m/s2 = 9.806 65 N Unidad fps coherente Fuerza que aplicada a una masa de 1 lb la acelera 1 ft/s2 1 pdl = 1 lb x 1 ft/s2 Unidad básica del sistema técnico británico Fuerza con que la tierra atrae, en París, a una masa de 1 lb 1 lbf = 1 lb x 32.174 049 ft/s2 EQUIVALENCIAS 1 kp = 9.806 65 N = 9.806 65 x 105 dyn = 70.931 635 pdl = 2.204 622 6 lbf 14 TABLA 6.5 UNIDADES DE PRESION NOMBRE pulgada de Hg Pascal SIMBOLO in Hg Pa atmósfera (normal) torr (mmHg) atm Torr Baría baría Bar Milibar kilopond por metro cuadrado pound square inch (lbf por pulgada cuadrada) bar mbar kp m-2 Psi DEFINICION 1 in Hg = 25.40 mmHg = 25.40 Torr Nombre especial de la unidad SI coherente kg m-1 s-2 = N m-2 1 Pa = 1 N m-2 1 atm = 101 325 Pa Presión ejercida por una columna de Hg de 1 mm de altura 1 Torr = atm/760 = 133.332 Pa Nombre especial de la unidad cgs coherente g cm-1 s-2 = dyn/cm2 1 baría = 1 dyn/cm2 1 bar = 106 baría = 105 Pa 1 mbar = 10-3 bar = 103 baría 1 kp m-2 = 9.806 65 Pa (exactamente) 1 Psi = 1 lbf/in2 = 6 894.75 Pa EQUIVALENCIAS 1 atm = 101 325 Pa = 760 Torr = 1.013 25 x 106 baría = 1.013 25 bar = 1 013.25 mbar = = 10 332.3 kp m-2 = 14.696 Psi = 29.92 in Hg TABLA 6.6 UNIDADES DE ENERGIA NOMBRE joule SIMBOLO J DEFINICION Nombre especial de la unidad SI coherente kg m2 s-2 = = Nm = CV Definición en función de unidades mecánicas: Trabajo realizado por una fuerza de 1 N, cuando su punto de aplicación de desplaza 1 m en su misma dirección. 1 J = 1 N x 1 m Definición en función de unidades eléctricas: Trabajo realizado por una corriente de 1 A en 1 s, circulando bajo una diferencia de potencial de 1 V 1J = 1As x 1V = 1Cx1V 15 erg erg caloría termoquímica cal kilocaloría termoquímica British thermal unit Unidad térmica británica kcal Btu kilopondmetro kpm kilowatt-hora kwh litro-atmósfera l·atm librafuerza-pie lbf·ft Nombre especial de la unidad cgs coherente g cm2 s-2 = dyn x cm Trabajo realizado por una fuerza de 1 dyn, cuando su punto de aplicación se desplaza 1 cm en su misma dirección. 1 erg = 1 dyn x 1 cm Definición actual: 1 cal = 4.184 J (exactamente) Definición antigua: Cantidad de calor absorbido por 1 g de agua para que su temperatura se eleve desde 14.5 °C hasta 15.5 °C a 1 atm 1 kcal = 103 cal = 4.184 kJ Cantidad de calor absorbido por 1 lb de agua para que su temperatura se eleve desde 59.5 °F hasta 60.5 °F a 1 atm 1 Btu = 252.165 cal = 1 055.06 J Trabajo realizado por la fuerza de 1 kp, cuando su Punto de aplicación se desplaza 1 m en su misma diRección. 1 kpm = 1 kp x 1 m = 9.806 65 J (exactamente) Trabajo realizado en 1 h por un motor de potencia igual a 1 kw 1 kwh = 3.6 x 106 J Trabajo realizado por un sistema, cuando se expande 1 L, en contra de la presión exterior de 1 atm 1 l·atm = 1 L x 1 atm = 101.325 J Trabajo realizado por la fuerza de 1 lbf, cuando su punto de aplicación se desplaza 1 ft en su misma dirección. 1 lbf·ft = 1 lbf x 1 ft EQUIVALENCIAS 1 cal = 10-3 kcal = 4.184 x 107 erg = 4.184 J = 3.965 65 x 10-3 Btu = 1.162 x 10-6 kwh = = 4.129 x 10-2 l·atm = 0.426 6 kpm = 3.086 lbf·ft