OGIEŃ NA JACHCIE. POŻAR ŚW. KATARZYNY W GDAŃSKU. Problemy monitoringu pożarowego obiektów zabytkowych. Planowanie potrzeb ochrony przeciwpożarowej z zastosowaniem standardów pierwszej pomocy ratowniczej[1]. Część 1

Cz. 1. Jednostki miar wielkości fizycznych – układ jednostek SI i nie tylko.

Autor: Tadeusz Strojny

Podczas montażu i eksploatacji technicznych środków zabezpieczeń zachodzi konieczność posługiwania się wielkościami elektrycznymi i mechanicznymi. Od osób zajmujących się projektowaniem, remontami czy montażem ww. urządzeń wymagana jest m.in. umiejętność czytania schematów elektrycznych, określania wielkości parametrów instalacji i urządzeń, przeliczania parametrów elektrycznych w zależności od np. parametrów mechanicznych. Konieczne są m.in.: dostosowanie mocy siłowników do wielkości bram czy szlabanów, odpowiedni dobór sygnalizatorów dźwiękowych i optycznych w celu zapewnienia właściwego poziomu dźwięku czy światła sygnalizacyjnego. Ten sam parametr może być określany różnymi jednostkami. Temperatura może być określana w stopniach Celsjusza, Fahrenheita lub Kelwinach. Długość może być określona w metrach, stopach, calach lub milach. O ile przeliczenie temperatury lub długości na inną jednostkę jest dosyć proste, o tyle przeliczenie powierzchni, a tym bardziej objętości, wymaga więcej nakładu pracy. W poniższym artykule postaram się przybliżyć czytelnikom podstawowe jednostki miary z układu SI oraz spoza niego, zasady zapisu wielkości i podwielokrotności, a także jednostki miary stosowane w informatyce.

Nauki techniczne starają się zrozumieć i opisać zjawiska fizyczne występujące w przyrodzie. Zjawiska te mają różny charakter i różne parametry. Wraz z rozwojem nauk ścisłych konieczne stało się wprowadzanie coraz to nowych pojęć i jednostek, które umożliwiają jak najdokładniejsze określenie procesów fizycznych, ich charakteru, przebiegu i wielkości. Początkowo do pomiarów używano różnych jednostek w różnych krajach, a nawet w różnych branżach. Do tej pory stosowane są różne jednostki do pomiaru np. długości i temperatury. Różne jednostki, podobne do siebie z nazwy, niejednokrotnie powodowały pomyłki i utrudniały porównywanie wielkości (np. w pomiarach odległości występowała mila angielska, mila polska i mila morska). W celu ujednolicenia jednostek miar na XI Generalnej Konferencji Miar, w 1960 r., zatwierdzony został do stosowania Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (fr. système international d’unités). Układ ten, nazywany w skrócie SI, oparty jest na systemie metrycznym, który wywodzi się z Francji, jeszcze z czasów Wielkiej Rewolucji Francuskiej. Układ SI nazywany jest również układem MKS, ponieważ jego podstawowymi jednostkami są metr, kilogram i sekunda. Przyjęty został do stosowania przez większość państwa świata (za wyjątkiem m.in. USA i Liberii). W Polsce układ SI obowiązuje od 1966 r. Aktualne jednostki miar i legalność jednostek w Polsce określa rozporządzenie[1].

W układzie SI jednostki dzielą się na podstawowe (tab. 1) i pochodne (tab. 2). Bazą dla stosowanego układu jednostek są jednostki podstawowe. Nie można ich uzyskać z innych jednostek za pomocą przeliczeń, lecz są ustalane w oparciu o fizycznie istniejące ciało lub doświadczenie.

Radian, jako miara kąta płaskiego, oraz steradian, jako miara kąta bryłowego, zaliczane były do 1995 r. do jednostek uzupełniających, a obecnie zaliczane są do jednostek pochodnych. Do jednostek pochodnych zaliczamy także wszystkie pozostałe jednostki wielkości fizycznych. Niektóre z nich mają własne nazwy, jak: np. wat (W), wolt (V), herc (Hz), om (Ω) czy farad (F). Większość jednostek nie ma własnych nazw (tab. 3). Są one wyrażane za pomocą iloczynów lub/i ilorazów jednostek podstawowych, np. gęstość prądu wyrażana w amperach na metr kwadratowy (A/m2) lub natężenie pola elektrycznego wyrażane w woltach na metr (V/m).

Mierzone wielkości fizyczne mogą mieć różne wartości. Mogą one być albo bardzo małe, albo bardzo wielkie. Podawanie masy Słońca w kilogramach wymagałoby zastosowania bardzo dużej liczby, a masę atomu określałaby liczba z wieloma miejscami po przecinku. W celu ułatwienia przedstawiania wartości o różnych rzędach wielkości do jednostek stosuje się odpowiednie przedrostki (tab. 4).

Liczby określone przedrostkami deka-, hekto- i kilosą dziesięciokrotnością liczby z przedrostkiem poprzedzającym, a od przedrostka mega- wzwyż mnożnik ten wynosi tysiąc. Analogicznie dla części ułamkowych dla przedrostków decy-, centy- i mili- liczby są dziesięciokrotnie mniejsze od poprzedzającej, a dla przedrostków od mikro- kolejne przedrostki określają liczby tysiąc razy mniejsze. Przedrostków nie stosuje się przy określaniu: kąta płaskiego i bryłowego, czasu, zdolności skupiającej układu optycznego, masy kamieni szlachetnych, pola powierzchni gruntów i ciśnienia krwi oraz innych płynów ustrojowych (tab. 5).

Oprócz jednostek wymienionych wyżej dopuszcza się jednostki miar stosowane w specjalnych dziedzinach (tab. 6).

Należy zwrócić uwagę, że w niektórych krajach – zwłaszcza anglojęzycznych – nie występują przedrostki miliard, biliard i tryliard. Podczas korzystania z dokumentacji technicznej, literatury lub innych mediów obcojęzycznych należy zapoznać się ze specyfiką danego języka w celu uniknięcia błędów przy określaniu wielkości parametrów. Miary mocy, energii, temperatury, długości i objętości w krajach anglojęzycznych zazwyczaj podawane są w jednostkach spoza układu SI.

Przy przeliczaniu jednostek należy stosować poniższe wzory:

oF = (oC*9/5)+32

oC = (oF-32)*5/9

oC = K-273,15

K = oC+273,15

1 cal (ang. inch – 1”) = 25,4 mm (cal międzynarodowy)

1 mm = 0,03937”

Podczas podawania temperatury w stopniach Kelwina nie stosuje się symbolu stopnia, a jedynie literę K. Inne jednostki miar spoza układu SI przedstawia tabela 8.

W technice informatycznej najprostszymi zróżnicowanymi sygnałami są sygnały dwustanowe (np. sygnał jest lub go nie ma). Podstawową jednostką informacji cyfrowej jest bit. Nazwa „bit” wywodzi się od angielskich słów binary digit, a symbolem jest b. Jest to najmniejsza niepodzielna jednostka informacji pozwalająca określić jeden z dwóch równie prawdopodobnych stanów logicznych, symbolicznie określanych przez 1 (bit uzupełniony) i 0 (bit zerowy). Bit odpowiada informacji tak lub nie, czyli 1 oznacza prawdę, a 0 oznacza fałsz.

Kolejną jednostką jest bajt (ang. byte), którego symbolem jest B. W początkach rozwoju informatyki mianem bajta określano liczbę bitów przetwarzanych jednocześnie przez komputer. Obecnie mianem bajta określa się 8 bitów (1 B = 8 b). Ponieważ informatyka oparta jest na systemie binarnym – zero-jedynkowym – w przeciwieństwie do innych dziedzin nauki w informatyce przedrostek kilo- często nie określa krotności 103, lecz 210. I tak przyjęto, że 1 KB=210 B=1024 B. W celu ujednolicenia oznaczeń Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna, IEC (ang. International Electrotechnical Commission) opracowała i zaleciła do stosowania przedrostki dwójkowe o takich samych nazwach jak przedrostki w układzie SI, lecz oparte na systemie dwójkowym, który jest naturalny dla maszyn cyfrowych. Dla rozróżnienia przedrostków zaproponowano stosowanie przedrostka kilopisanego wielką literą K. W praktyce jednak stosowano zarówno pisownię wielką, jak i małą literą.

Często producenci stosują podwójne standardy przedrostków określających pojemności różnych nośników pamięci. Dla przykładu pojemność pamięci RAM określa się przy użyciu przedrostów binarnych, a dysków twardych – przedrostków dziesiętnych układu SI. W tym drugim przypadku podaje się pojemność w jednostkach: kilobajt (kB), megabajt (MB), gigabajt (GB), terabajt (TB) itd. Kolejne wielkości są tysiąc razy większe od poprzedzających. W ten sposób możemy określić, że:

■ 1 kilobajt (kB) = 103 B =1000 bajtów,

■ 1 megabajt (MB) = 103 kB =1 000 000 bajtów,

■ 1 gigabajt (GB) = 103 MB =1 000 000 000 bajtów,

■ 1 terabajt (TB) = 103 GB =1 000 000 000 000 bajtów.

Posługując się rzeczywistymi jednostkami metrycznymi SI, producenci mogą wprowadzać w błąd nabywców i użytkowników, bowiem 1 GB w układzie SI oznacza 109 B (1 000 000 000 B), gdy w systemie informatycznym wynosi 230 B (1 073 741 824 B). Rozbieżność wynosi 7,37% na korzyść producenta. Dlatego powinno się odróżniać przedrostki dziesiętne SI od przedrostków binarnych. W 1988 r. IEC zaproponowała wyeliminowanie rozbieżności poprzez dodanie po znaku mnożnika (pisanym zawsze wielką literą) litery oraz zastąpienie drugiej sylaby nazwy mnożnika przez „bi” (od binarny). Tak powstały kibibajt, mebibajt itd. (tab. 9). Zaproponowane rozwiązania nie są powszechnie stosowane, a używanie coraz większych mnożników powoduje rozbieżności w podawaniu wartości.

W technice drukarskiej stosowana jest jednostka dpi (ang. dots per inch). Określa gęstość możliwych do uchwycenia szczegółów obrazu, które są rozumiane jako układ punktów obrazu, których środki pozostają w stałych odległościach względem siebie, a ułożone w rzędach i kolumnach tworzą macierz. Jednostka ta oznacza liczbę punktów obrazu przypadających na cal w rzędzie (w poziomie). Równoważne może być użycie tej jednostki jako liczby linii przypadających na cal (w pionie). Im większa rozdzielczość (im wyższa wartość dpi), tym obraz jest dokładniejszy. Obrazy przeznaczone do wydruku o dobrej rozdzielczości należy zapisywać z rozdzielczością 300 dpi. Rozdzielczość należy ustawić podczas tworzeniu nowego pliku graficznego. Zmiana rozdzielczości pliku już istniejącego nie powoduje polepszenia jakości obrazu, ponieważ z jednego piksela uzyskamy kilka, ale za to jednakowych. Będzie ich więcej, ale nie nowych, rzeczywistych wartości. Podnoszenie rozdzielczości gotowych plików w efekcie nic nie daje.

Pojęcie „dpi” jest bardzo rozpowszechnione i często stosowane, także jako potoczny zamiennik określeń pokrewnych, jak ppi (ang. pixels per inch – pikseli na cal), czyli jednostek rozdzielczości obrazów rastrowych, oraz spi (ang. samples per inch – próbek na cal), czyli jednostek rozdzielczości skanerów. W układzie SI odpowiednikiem dpi jest jednostka dpc (ang. dots per cm). Jest to jednak jednostka w praktyce rzadko stosowana.

Przypis:
[1] Rozporządzenie Rady Ministrów z dn. 30 listopada 2006 r. w sprawie legalnych jednostek miar, Dz.U. z 2006 r., nr 225, poz. 1683.

Źródło: SEC&AS, wydanie 3/2018 s.58

Powiązane

Chodnik, który generuje prąd elektryczny

09.07.2017

Google chce magazynować energię z odnawialnych źródeł

02.08.2017

Popularne

Zrób to sam. Kamera termowizyjna Część II
26.02.2018
Kamera termowizyjna. Część I
15.01.2018
Licencja na zakochanie.
02.09.2018

Sec&As

COPYRIGHT © 2017 RIPOSTA. WSZELKIE PRAWA ZASTRZEŻONE. PROJEKT I REALIZACJA: RIPOSTA