Introdução ao Sistema Internacional de Unidades (SI)

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1 Introdução ao Sistema Internacional de Unidades (SI) Introdução, histórico, peculiaridades, usos, definições: 1. N. Baccan, J. C. de Andrade, O. E. S. Godinho, J. S. Barone, "Química Analítica Quantitativa Elementar", 3a. edição, Editora Edgard Blücher LTDA, São Paulo. Apêndice J. C. de Andrade e R. Custodio, "Sistema Internacional de Unidades"; Assuntos Gerais: 3. B. N. Taylor, "SI Units" NIST (arquivo em.pdf sobre o sistema de unidades). 68

2 Introdução SI: unidades básicas Unidades básicas: compõe o SI e são utilizadas para expressar quaisquer outras unidades derivadas. Unidades Básicas SI Grandeza Básica Nome Símbolo comprimento metro m massa quilograma kg tempo segundo s corrente elétrica ampère A temperatura kelvin K quantidade de substância mol mol intensidade luminosa candela cd 69

3 Introdução SI: definições Definições: NIST 1. "O metro é a distância percorrida pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo de 1/ de um segundo". Nesta definição está fixada a velocidade da luz no vácuo exatamente m/s. 2. "O quilograma é a unidade de massa igual à massa do protótipo internacional do quilograma". O protótipo é uma barra da liga de Pt-Ir mantido no Bureau International de Poids et Mesures em Sèvres, França. 3. "O segundo é a duração de períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio-133". Na prática temos um oscilador atômico especial de césio. 70

4 Introdução SI: definições 4. "O ampère é aquela corrente constante que, se mantida em dois condutores paralelos retos de comprimento infinito, de seção circular transversal desprezível, e separados por uma distância de 1 metro no vácuo, produz entre estes dois condutores uma força igual a newton por metro de comprimento". 5. "O kelvin, unidade de temperatura termodinâmica, é a fração 1/273,16 da temperatura termodinâmica do ponto triplo da água". 0 K é chamada de temperatura de zero absoluto. Relação entre temperatura termodinâmica e a escala Celsius: T (K) = t ( C) + 273,15 ou t ( C) = T (K) 273,15 C. 71

5 Introdução SI: definições 6. "O mol é a quantidade de substância num sistema que contém tantas espécies elementares quantos sejam os átomos numa amostra de carbono-12 cuja massa é de 0,012 quilograma". Quando um mol é usado, as espécies elementares devem ser especificadas (átomos, íons, moléculas, elétrons, etc.). 7. "A candela é a intensidade luminosa perpendicular à uma superfície que emite radiação monocromática de freqüência de hertz (s 1 ) com intensidade radiante de 1/683 watt por esterradiano (1/683 W/sr)". Lâmpadas incandescentes de vários tipos e de várias cores servem como candela padrão. 72

6 Introdução ao SI: Unidades Suplementares radiano: unidade de ângulo plano esteradiano: unidade de ângulo sólido O ângulo plano é geralmente expresso como a razão entre dois comprimentos e o ângulo sólido como a razão entre uma área e o quadrado de um comprimento e com o intuito de manter a coerência do Sistema Internacional baseado apenas em sete unidades básicas, as unidades suplementares devem ser consideradas unidades derivadas adimensionais. Grandeza Unidade Símbolo Expressão (*) ângulo plano radiano rad m m 1 = 1 ângulo sólido esteradiano sr m m 2 = 1 (*) Expressão em termos das unidades básicas 73

7 Introdução SI: unidades derivadas Unidades derivadas: combinações das unidades básicas. Exemplos: Grandeza Básica área volume velocidade densidade luminância energia entropia Unidades Básicas SI Nome Símbolo metro quadrado metro cúbico m 2 m 3 metro por segundo m s 1 = m/s quilograma por metro cúbico kg m 3 = kg/m 3 candela por metro quadrado cd m 2 = cd/m 2 joule J = kg m 2 s 2 joule por mol por kelvin J K 1 mol 1 74

8 Introdução SI: uso Regras e convenções: 1. Grandeza física (química): número unidade. 2. Evitar abreviações: seg (segundo), cc (centímetro cúbico), mps (metros por segundo), ppm (partes por milhão) Plural: os símbolos das unidades são invariantes. Exemplos: 80 m = 80 metros (nunca 80 ms). Observação: o nome e a unidade mol são os mesmos: 6 mol/l = 6 mols por litro. 4. Multiplicação/divisão: 0,5 mol L 1 = 0,5 mol L 1 = 0,5 mol/l (quando não for ambíguo). Exemplo: J K 1 mol 1 J/mol K. 0,5 mol.l 1 não é correto. 5. Grau: ou fração: %, ppm, ppb, etc. não são unidades faz parte da definição da quantidade numérica. Isto é, 15,3 e 32,1%. Inclusive: 25,0 C C não é unidade de temperatura. 75

9 Introdução ao SI: unidades de uso permitido Restrito aos casos especiais, de modo a não comprometer as vantagens de coerência das unidades SI. Grandeza Unidade Símbolo Conversão tempo minuto hora dia min h d 1 min = 60 s 1 h = 60 min = 3600 s 1 d = 24 h = s volume litro a) L 1 L = 1 dm 3 = 10 3 m 3 massa tonelada b) t 1 t = 10 3 kg a) O símbolo alternativo, L, foi adotado em 1979, de modo a evitar o risco de confusão entre a letra l (ele) e o número 1 (um). b) Em países de língua inglesa esta unidade é chamada de tonelada métrica. 76

10 Introdução ao SI: unidades obtidas experimentalmente em uso Unidade eletronvolt a) unidade unificada de massa atômica b) Símbolo ev u Conversão 1 ev = 1, (49) J 1 u = 1, (10) kg a) O eletronvolt é a energia cinética adquirida por um elétron ao passar através de um potencial de 1 volt, no vácuo. b) A unidade unificada de massa atômica é igual a (1/12) da massa de um átomo do nuclídeo 12 C. 77

11 Introdução ao SI: Unidades em uso temporário Seu uso deve ser descontinuado Grandeza Unidade Símbolo Conversão pressão bar bar 1 bar = 10 5 Pa energia quilowatthora kwh 1 kwh = 3,6 MJ área hectare ha 1 ha = 10 4 m 2 secção de choque barn b 1 b = m 2 = 100 fm 2 radioatividade curie Ci 1 Ci = 3, Bq exposição (radiação) roentgen R 1 R = 2, C/kg dose absorvida rad rd 1 rd = 0,01 Gy dose equivalente rem rem 1 rem = 0,01Sv = 10 msv 78

12 Introdução ao SI: Unidades em desuso Unidades do sistema CGS: erg, poise, dina, gauss, oersted, maxwell, etc., além de outras. Algumas Unidades Desaprovadas pelo SI Unidade fermi torr atmosfera padrão (atm) quilograma - força (kgf) caloria (cal) micron (µ) gama (densidade de fluxo magnético) (massa) (volume) Conversão 1 fermi = 1 fm = m 1 torr = ( /760) Pa 1 atm = Pa 1 kgf = 9, N 4,186 8 J 1 µ = 1 µm = 10 6 m 1 = 1 nt = 10 9 T 1 = 1 µg 1 = 1 µl = 10 6 L = 10 9 m 3 79

13 Prefixos do Sistema SI Fator Prefixo Símbolo Fator Prefixo Símbolo yotta Y 10 1 deci d zetta Z 10 2 centi c exa E 10 3 milli (mili) m peta P 10 6 micro tera T 10 9 nano n 10 9 giga G pico p 10 6 mega M femto f 10 3 kilo (quilo) k atto a 10 2 hecto h zepto z 10 1 deca da yocto y 80