Hva er enhetsomforming i fysikk?
En enhet er en størrelse som en fysisk størrelse måles mot, og enhetsomregning er regningen for å sammenligne én slik størrelse med en annen. Den internasjonale standarden siden 1960 har vært Système International d'Unités (SI), organisert rundt syv grunnenheter — meteren, kilogrammet, sekundet, ampere, kelvin, mol og candela — der alle andre enheter avledes ved multiplikasjon eller divisjon. Et koherent enhetssystem betyr at produktet eller kvotienten av størrelser gir produktet eller kvotienten av enhetene deres, slik at likningen J = N·m fungerer uten å sette inn magiske konstanter. Et ikke-koherent system som CGS setter inn slike konstanter — nyttig historisk, tungvint i praksis. Panelet holder alt i SI-faktorer: hver enhet lagres som ett tall (faktoren for å gjøre den om til SI-grunnenheten), og hvert svar er enhet_i_SI ÷ enhet_ut_i_SI, med formatering håndtert av visningslaget.
SI gir én grunnenhet per størrelse; panelet gir alle de andre som en faktor: 1 km = 10³ m, 1 parsek = 3,0857×1016 m, 1 elektronvolt = 1,602×10−19 J. Omregningsfaktoren er hele fysikken i omregningen; alt annet er formatet.
Lengde — fra Ångström til parsek
Panelets 16 lengdeoppføringer spenner over omtrent 26 størrelsesordener, fra Ångström (10−10 m, skalaen for kjemiske bindinger og atomavstander) til parsek (3,0857×1016 m). Meteren er den praktiske SI-enheten; alt annet er bare en navnekonvensjon med en fast faktor. Innenfor samme størrelsesområde varierer de praktiske enhetene etter fagområde: nanometer for bølgelengder av synlig lys (400–700 nm); mikrometer for cellebiologi; millimeter for maskinteknikk; centimeter for hverdagsgjenstander; kilometer for geografi. For skalaen fra menneske til Jorden til galakse binder astronomisk enhet (1 AU = 1,496×1011 m, eksakt definert som avstanden Jord–Sol) og lysår (1 ly = 9,461×1015 m, avstanden lyset går i et julianske år) solsystemet til de nærmeste stjernene. Parsek er astronomenes fagenhet, definert som avstanden der 1 AU spenner en buesekund: 1 pc ≈ 3,26 ly ≈ 206 265 AU.
Masse — fra yoktogram til solmasse
Tolv masseoppføringer dekker området fra kvante til astronomi: atommasseenheten (1,661×10−27 kg, ett dalton, massen til et nukleon) for kjemi, mikrogram og milligram for analytisk kjemi, kilogrammet til daglig bruk, tonn for industrimengder, avoirdupois-pundet (0,4536 kg, eksakt definert siden 1959 som 453,59237 g), og solmassen (1,989×1030 kg) for stjerner. Karat (eksakt 200 mg) er massenheten for edelstener; slug (14,594 kg) er den britiske massenheten som gir F = ma i pund-kraft uten ekstra faktorer — nyttig hvis man må arbeide i amerikanske enheter. Merk at "vekt" teknisk sett er en kraft, ikke en masse; et kilogram-kraft er 9,81 N. Panelet forveksler ikke de to: hver oppføring her er en masse i kg.
Energi — joule, eV, kalori, BTU, kWh
Energikolonnen spenner over gapet mellom kvante (elektronvolt, 1,602×10−19 J) og industri (kilowattime, 3,6×106 J). SI-enheten er joule (1 J = 1 N·m = 1 kg·m²/s²); elektronvolt er den naturlige atomenheten (den kinetiske energien en elektron får ved å gå gjennom 1 volt); kalorien (4,184 J, termokjemisk) lever videre på næringsmerkene; britisk termisk enhet (1 BTU ≈ 1 055 J) overlever i klimaanleggsrangeringer og energien i én tenning av en trefyrstikke; og kWh er det som dukker opp på regningen for strøm. E = mc² knytter masse og energi direkte: 1 kg masse inneholder 8,988×1016 J, nok til å drive hele verdensøkonomien i noen sekunder. Matkaloriene (merk den store bokstaven) er egentlig kilokalorier (1 000 cal = 4 184 J).
Trykk — pascal, atm, bar, mmHg, psi
Trykk har flere enheter enn nesten noen annen fysisk størrelse, fordi det vokste opp i tre tradisjoner samtidig: meteorologi (millimeter kvikksølv, mmHg, og millibar), ingeniørfag (pund per kvadrattomme, psi) og fysikk (pascal, Pa = N/m²). Forankringstall: 1 atm = 101 325 Pa eksakt — den opprinnelige SI-enheten var "standard atmosfære"; 1 mmHg ≈ 133,322 Pa (høyden til en 1 mm kvikksølvsøyle ved standard tyngdekraft); 1 bar = 100 000 Pa eksakt (et praktisk rundt tall, litt mindre enn 1 atm); 1 psi ≈ 6 894,76 Pa. Forholdet mmHg til Pa er det som gjør at et kvikksølvbarometer fungerer: 760 mmHg = 1 atm. Blodtrykk oppgis vanligvis i mmHg, atmosfæretrykk i hPa (hektopascal, numerisk lik millibar), og dekktrykk i psi.
Temperatur er spesiell
Omregningen for alle andre størrelser er en enkelt multiplikativ faktor. Temperatur er unntaket: enhetene skiller seg både med en forskyvning og en skala, fordi 0 i hver skala er et annet sted. For å gå fra Celsius til kelvin legges 273,15 til; fra Fahrenheit til Rankine legges 459,67 til; fra Celsius til Fahrenheit ganges med 9/5 og 32 legges til. For å omregne en temperaturdifferanse brukes bare skalafaktoren (1 K = 1 °C = 9/5 °F). Panelet håndterer dette med kategorispesifikk skalering og forskyvning, slik at 100 °C vises som 212 °F (ikke 180 °F, den vanlige feilen). Å forveksle temperaturdifferanser med temperaturer er den enkeltvis vanligste feilen i enhetsomregning.
Diverse: vinkler, ladning, spenning, frekvens
Noen omregninger er verdt å merke seg, fordi de lurer selv erfarne folk: radianer og grader er ikke bare dimensjonsløse, de er den samme dimensjonsløse størrelsen — 2π radianer = 360°, der en full sirkel i begge enhetene er et forhold mellom lengde og radius som blir et rent tall; derfor kan ω i vinkelformler ta begge enhetene. Frekvens er den inverse av tid: hertz = 1/s. Spenning (en joule per coulomb) og elektrisk ladning (coulomb) er knyttet til strøm (ampere) ved Q = I·t. Grunnenheten for strøm, ampere, er definert som 6,241×1018 elementærladninger per sekund; den nylige SI-omdefineringen fra 2019 gjorde om dette til en fast verdi for elementærladningen og avledet ampere. Panelet bruker konvensjonelle ingeniørfaktorer gjennomgående, og de stemmer med de praktiske definisjonene til bedre enn én del per million for nesten alle formål.
Vanlige misforståelser
- Temperatur er bare en annen skala, slik tommer og centimeter er det. Temperaturskalaer er forskjøvet i tillegg til å være skalert: 0 °C = 273,15 K, ikke 0 K. Et intervall på 1 K tilsvarer et intervall på 1 °C, men de absolutte temperaturene er ulike. Å blande disse er den vanligste feilen i enhetsomregning som gjelder varme.
- Et pund er et kilogram. Et pund er en massenhet i avoirdupois-systemet (nøyaktig 0,45359237 kg siden 1959); et pund-kraft (lbf) er en kraftenhet (omtrent 4,45 N). De skiller seg med en faktor g ≈ 9,81. Badevekter viser pund-masse; rakettmotorer viser pund-kraft; begge er riktige i sin kontekst.
- 1 kg vekt omregnes med 9,81 til newton. 9,81 m/s² er standard tyngdeakselerasjon ved overflaten, ikke omregningsfaktoren. 1 kg masse veier omtrent 9,81 N ved havnivå, men samme masse er samme tall overalt — det er vekten (kraften) som avhenger av lokal g.
- Elektronvolt er en spenningsenhet. Til tross for navnet er eV en energienhet: energien en elektron får når den beveger seg gjennom et potensial på én volt. 1 eV = 1,602×10−19 J. Dette gjør "volt" i "eV" til en kinematisk praktisk ting, ikke en kraftenhet.
Relaterte verktøy: Referanse for konstanter for verdiene under disse faktorene, Termodynamikk for det spesielle temperaturtilfellet i praksis, og Kalkulator for algebraen i dimensjonsanalyse.
