الكميات الفيزيائيّة الأساسية ووحدات قياسها
يحتوي عالم الفيزياء على العديد من المصطلحات والكميات والقياسات التي تُوصَف بوحدات منصوص عليها في القوانين العالمية، ويُعدّ النظام الدولي للوحدات (SI)، والمعروف كذلك باسم النظام المتريّ أحد الأنظمة التي تُحدّد الكميات الفيزيائية ووحداتها، وجرى الاتفاق على استخدامه عالميًا ضمن اتفاقية ضمت 17 دولة.
يرتكز النظام الدولي للوحدات على 7 ثوابت أساسية، وهي كالآتي:
- معيار السيزيوم.
- ثابت بلانك .
- شحنة البروتون الأولية.
- ثابت بولتزمان.
- ثابت أفوغادرو.
- سرعة الضوء في الفراغ.
- كفاءة الإضاءة لمصدر أحادي اللون.
ويجدر بالذكر أنّ النظام الدولي للوحدات يحتوي كذلك على 7 وحدات أساسية، والتي يشتق منها 22 وحدة بأسماء ورموز خاصة بها.
تشتمل الكميات الأساسية ووحداتها في النظام الدولي للوحدات على الطول، والزمن، وكمية المادة، و التيار الكهربائي ، ودرجة الحرارة، شدة الإضاءة، والكتلة، وفيما يأتي بعض المعلومات الأساسية المتعلقة بهذه الوحدات:
| النظام الدولي للوحدات SI |
| الكمية الأساسية | الوحدة الأساسية |
| الاسم | الاختصار | الاسم | الرمز |
| الزمن (Time) | ز، t | ثانية Second | ث، s |
| الطول (Length) | ل، L | متر Meter | م، m |
| الكتلة (Mass | ك، m | كيلوغرام Kilogram | كغ، Kg |
| التيار الكهربائي (Electrical Current) | ت، I | أمبير Ampere | أ، A |
| درجة الحرارة (Temperature) | ح، T | كلفن Kelvin | ك، K |
| كمية المادة (Amount of substance) | ن، n | مول Mole | مول، mol |
| شدة الإضاءة (Luminous intensity) | ش، Iv | قنديلة Candela | ق، ca |
الكميات الفيزيائيّة المشتقة ووحدات قياسها
يجري التعريف بالكميات المشتقة اعتمادًا على الوحدات الأساسية، ويوجد العديد من الكميات المشتقة، والتي يتميز بعضها عن الكميات الأساسية باسمها، أو تتميز بوحدة قياسها، أو لها اسمها ووحداتها الخاصة بها، وفيما يأتي استعراض لتلك الكميات وفقًا لما يُميزها:
الكميات المشتقة التي وحدة قياسها ليس لها اسم خاص
وهي كميات يُعبّر عن وحداتها باستخدام وحدات النظام العالمي، أيّ أنّ وحداتها مشتقة من وحدات الكميات الأساسية، وفيما يأتي أبرز هذه الكميات:
| الكمية المشتقة | الوحدة | الرمز |
| (area) المساحة | square meter متر مربع | م m |
| (volume) الحجم | cubic meter متر مكعب | م m |
| (speed, velocity) السرعة | meter per second متر لكلّ ثانية | م/ث m/s |
| (acceleration) التسارع | meter per second squared متر لكلّ ثانية مربعة | م/ث m/s |
| (wave number) عدد الموجة | reciprocal meter متر معكوس | م m |
| (mass density) كثافة الكتلة | kilogram per cubic meter كيلوغرام لكل متر مكعب | كغم/م kg/m |
| (specific volume ) الحجم النوعي | cubic meter per kilogram متر مكعب لكل كيلوغرام | م /كغم m /kg |
| (current density) كثافة التيار | ampere per square meter أمبير لكل متر مربع | أ/م A/m |
| (magnetic field strength) قوة المجال المغناطيسي | ampere per meter أمبير لكل متر | أ/م A/m |
| (amount of substance concentration) تركيز كمية المادة | mole per cubic meter مول لكل متر مكعب | مول/م mol/m |
| (luminance) الاستضواء | candela per square meter قنديلة لكل متر مربع | ق/م cd/m |
| (mass fraction) الكسر الكتلي | kilogram per kilogram كيلوغرام لكل كيلو غرام | كغم/كغم=1 kg/kg = 1 |
الكميات المشتقة التي وحدة قياسها لها اسم خاص
وهي كميات مشتقة من الوحدات الأساسية، ولكن جرى التعبير عن هذه الوحدات بأسماء جديدة، والتي يبلغ عددها 22، وفيما يأتي هذه الكميات موضحةً مع أسماء وحداتها:
| الكمية | وحدة القياس | الرمز | اشتقاق الوحدة من النظام العالمي |
| الزاوية (plane angle) | راديان radian | راد rad | م. م =1 |
| الزاوية المجسمة (solid angle) | ستراديان steradian | ستراد sr | م م =1 |
| التردد (Frequency) | هيرتز hertz | هـ Hz | ث |
| القوة (Force) | نيوتن newton | ن N | م.كغم. ث |
| الضغط، الإجهاد (pressure, stress) | باسكال pascal | باسكال Pa | م .كغم. ث |
| الطاقة، الشغل، كمية الحرارة energy, work, quantity of )(heat | جول joule | جول J | م .كغم. ث |
| القدرة، التدفق الإشعاعي (power, radiant flux) | واط watt | واط W | م .كغم. ث |
| الشحنة الكهربائية ، كمية الكهرباء electric charge, quantity of) (electricity | كولوم coulomb | ك C | ث.أ |
| اختلاف الجهد الكهربائي (electric potential difference) | فولت volt | ف V | م .كغ م ث . أ |
| القوة الدافعة الكهربائية (electromotive force) |
| السعة الكهربائية (capacitance) | فاراد farad | فاراد F | م .كغ م . ث . أ |
| المقاومة الكهربائية (electric resistance) | أوم ohm | Ω | م .كغ م . ث . أ |
| الموصلية الكهربائية (electric conductance) | سيمنز siemens | سيمنز S | م .كغ م . ث . أ |
| التدفق المغناطيسي (magnetic flux) | ويبر weber | ويبر Wb | م .كغ م . ث . أ |
| كثافة التدفق المغناطيسي (magnetic flux density) | تسلا tesla | ت T | كغ م . ث . أ |
| المحاثة (inductance) | هنري henry | هـ H | م .كغ م . ث . أ |
| الحرارة المئوية (Celsius temperature) | سلسيوس degree Celsius | س ° °C | ك |
| الفيض الضوئي (luminous flux) | لومن lumen | لومن lm | م م .ق=ق |
| الاستضاءة (illuminance) | لكس lux | لكس lx | م م .ق= م ق |
| نشاط النويدات المشعة (activity of a radionuclide) | بيكريل becquerel | بيك Bq | ث |
| جرعة الطاقة الممتصة، الطاقة النوعية، كيرما absorbed dose, specific) (energy (imparted), kerma | غراي gray | غ Gy | م . ث |
| الجرعة المكافئة (dose equivalent) | زيفرت sievert | زيفرت Sv | م . ث |
| النشاط التحفيزي (catalytic activity) | كاتال katal | كات kat | ث .مول |
الكميات المشتقة التي وحدة قياسها تتكون من اسم خاص ووحدة أساسية
هي كميات تتميز باسمها الخاص وتُشتق وحداتها من الوحدات الأساسية لنظام الوحدات العالمي والوحدات الخاصة، وفيما يأتي قائمة بهذه الكميات:
| الكمية | الوحدة | الرمز |
| اللزوجة الديناميكية ( dynamic viscosity ) | باسكال في الثانية | باسكال.ث Pa·s |
| عزم القوة ( moment of force ) | نيوتن متر | ن.م N·m |
| التوتر السطحي ( surface tension ) | نيوتن لكل متر | ن/ م N/m |
| السرعة الزاوية angular velocity ) | راديان لكل ثانية | راد/ ث rad/s |
| التسارع الزاوي ( angular acceleration ) | راديان لكل ثانية مربعة | راد/ ث rad/s |
| كثافة التدفق الحراري، التشعيع ( heat flux density, irradiance ) | واط لكل متر مربع | واط/ م W/m |
| القدرة الحرارية، إنتروبيا ( heat capacity, entropy ) | جول لكل كلفن | جول/ك J/K |
| قدرة الحرارة النوعية، الإنتروبيا النوعية ( specific heat capacity, specific entropy ) | جول لكل كيلوغرام كلفن | جول/ (كغم.ك) J/ (kg·K) |
| الطاقة النوعية ( specific energy ) | جول لكل كيلوغرام | جول/كغم J/kg |
| الموصلية الحرارية ( thermal conductivity ) | واط لكل متر كلفن | واط/ (م.ك) .W/(m K) |
| كثافة الطاقة ( energy density ) | جول لكل متر مكعب | جول/ م J/m |
| شدة المجال المغناطيسي ( electric field strength ) | فولت لكل متر | فولت/م V/m |
| كثافة الشحنة الكهربائية ( electric charge density ) | كولوم لكل متر مكعب | كولوم/ م C/m |
| كثافة التدفق الكهربائي ( electric flux density ) | كولوم لكل متر مربع | كولوم/ م C/m |
| السماحية ( permittivity ) | فاراد لكل متر | فاراد/م F/m |
| النفاذية ( permeability ) | هنري لكل متر | هـ/ م H/m |
| الطاقة المولية ( molar energy ) | جول لكل مول | جول/ مول J/mol |
| الإنتروبيا المولية، قدرة الحرارة المولية ( molar entropy, molar heat capacity ) | جول لكل مول كلفن | جول/ (مول.ك) J/(mol·K) |
| جرعة الطاقة الممتصة ( absorbed dose rate ) | غراي لكل ثانية | غ/ث Gy/s |
| الكثافة الإشعاعية ( radiant intensity ) | واط لكل ستراديان | واط/ ستراد W/sr |
| الإشعاعية ( radiance ) | واط لكل متر مربع ستراديان | واط/ ( م .ستراد) W/(m·sr) |
| تركيز النشاط المحفز ( catalytic (activity) concentration ) | كاتال لكل متر مكعب | كات/ م kat/m |
تُعدّ الحاجة إلى قياس الأشياء ومقارنتها ببعضها جزءًا مهمًا للغاية في الفيزياء، ونظرًا لأهمية القياسات، وضع العلماء قواعد لضمان توافق الكميات وقياسها، فقياس الكميات ليس عملية عشوائية، إذ أنّه يعتمد على الوحدات.
على مر العصور، استحدث العلماء أدوات القياس ووحداتها لتلبية المعايير الفيزيائية، إذ توفر قياسات الكميات أسس مقارنة الأشياء ببعضها، وبذلك يمكننا تمييز الأمور كمعرفة اختلاف الأطوال وفرقها عن المساحات والحجوم، وتمييز الأوقات، ودرجات الحرارة.
