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Physikalische Größe

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Eine physikalische Größe ist eine messbare Eigenschaft eines physikalischen Objektes und dient dazu jene Eigenschaft qualitativ wie quantitativ zu beschreiben. Sie werden über physikalische Gesetze mathematisch miteinander verknüpft und sind über Messverfahren definiert. Der Wert einer physikalische Größe ("Größenwert") G setzt sich aus einem Zahlenwert {G}, auch Maßzahl genannt, und einer Einheit [G] zusammen.

Ein Beispiel:

Spannung
{U} = 20 (lies: die Maßzahl der Spannung ist 20)
[U] = V (lies: die Einheit der Spannung ist Volt)
Hinweise: Die Nutzung von eckigen Klammern bei Einheitenzeichen wie etwa [V] ist unter anderem nach DIN 1338 nicht korrekt. Zwischen dem Zahlenwert und dem Einheitenzeichen ist immer ein Leerzeichen zu lassen, ausser bei den Winkeleinheiten Grad, Mimute und Sekunde; im Schriftsatz empfiehlt sich hierfür ein geschütztes Leerzeichen.

Die Einheit bzw. auch Maßeinheit kann mit dem jeweiligen Einheitenzeichen abgekürzt werden, welches im heute üblichen SI-Einheitensystem für viele Einheiten international festgelegt ist. Die Dimension einer physikalischen Größe beschreibt dabei deren Bezug zu den Grundgrößen (siehe unten), in dem sie sie als Potenzprodukt aus den Dimensionen der Basisgrößen zusammen setzt. Sie dient daher der Charakterisierung einer physikalischen Größe, ist jedoch nicht mit einer Einheit gleichzusetzen.

Für viele physikalische Größen sind in DIN 1304 aber auch international Formelzeichen festgelegt.

Auf Größen ohne Einheiten oder Dimensionen wird im Artikel dimensionslose Größen eingegangen.

Bei fehlerbehafteten Größen wird zusätzlich die Größe des Maximalfehlers angegeben.

Einteilung physikalischer Größen

Grundlage für das System der physikalischen Größen sind die Grundgrößen oder auch Basisgrößen. In deren Definitionen wird auf keine andere Größe zurückgegriffen, es handelt sich also um elementare Größen. Alle anderen Größen werden aus diesen sieben Grundgrößen abgeleitet, stellen also folglich abgeleitete Größen dar.

Die Wahl, welche der Größen als Grundgrößen, und welche als abgeleitete Größen festgelegt werden, ist in der Regel willkürlich. Es wurden im Laufe der Zeit mehrere Einheitensysteme entwickelt, international anerkannt und verwendet wird heute das Internationale Einheitensystem mit sieben Basiseinheiten, das jedoch nicht in allen Bereichen der Physik ideal ist. Üblich und zweckmäßig ist die folgende Einteilung der Grundgrößen und der daraus abgeleiteten Größen:

Tabellen

Die physikalischen Formelzeichen sind nicht international genormt. In diesen Tabellen sind die im deutschen Sprachraum üblichen Formelzeichen aufgeführt.

Bei einigen physikalischen Größen sind mehrere Formelzeichen üblich, da diese Größe in verschiedenen Anwendungsbereichen benutzt wird. Eine Auswahl ist jeweils in der letzten Tabellenspalte angeführt worden.

Physikalische Konstanten besitzen ebenfalls eigene Formelzeichen. Diese sind in der untenstehenden Tabelle nicht aufgeführt.

SI-Basisgrößen

Physikalische Größe Formelzeichen SI-Einheit Andere Einheiten Beziehungen
Länge {Weg} l, s, a Meter (m) Seemeile (sm, n.m.)
Ångström (Å)
Lichtjahr (Lj, ly)
Parsec (Pc)
Astronomische Einheit (AE)
Fuß
Furlong
Zoll
engl. Landmeile
Fathom
Yard
1 sm = 1852 m
1 Pc = 3,262 Lj = 206.265 AE =
3,0856 · 1016 m
1 Å = 10-10 m
(1 Zoll = 1" = 1/12 Fuß. = 1/36 Yard. = 0,0254 m)
(1 Fathom = 6 Fuß = 1,829 m)
(1 engl. Landmeile = 8 Furlong = 1609,34 m)
Masse m Kilogramm (kg) Tonne
Gramm (g)
Pound
Unze (oz/uz)
metrisches Karat (ct)
1 t = 1000 kg
1 g = 0,001 kg
1 oz = ca. 30 g
1 ct = 0,2 g
Zeit t Sekunde (s) Minute (min)
Stunde (h)
Sonnentag (d)
Jahr (a)
1 Jahr (a) = 365 d
1 (Sonnen)Tag (d) = 24 Stunden (h); 1 Stunde = 60 min,
1 min = 60 s
elektrische Stromstärke I Ampere (A) Biot (Bi) 1 Bi = 10 A
Temperatur T Kelvin Grad Celsius
Grad Fahrenheit
Grad Réaumur
Grad Rankine
Grad




Stoffmenge n Mol (mol) Val
Lichtstärke IV Candela (cd) Hefnerkerze (HK)
Internationale Kerze (IK)
1 HK = 0,903 cd
1 IK = 1,019 cd

Tabelle einiger abgeleiteter Größen

Physikalische Größe Formelzeichen SI-Einheit Andere Einheiten Beziehungen
Beschleunigung a Meter pro Sekunde² (m/s²) Gal (gal) 1 gal = 1 cm/s² = 0,01 m/s²
Fläche A Quadratmeter (m²) Ar (a)
Hektar (ha)
(Morgen (Flächenmaß))
1 ha = 100 a = 10 000
Radioaktivität Becquerel (Bq) Curie (Ci)
stat (St)
Eman (eman)
Mache-Einheit (ME)
1 Ci = 3,7 · 1010 Bq
Magnetische Flussdichte B Tesla (T) Gauß (G)
Gamma (γ)
1 T = 1 Vs/ = 1 Wb/
1 G = 10-4 T
1 γ = 10-9 T = 1 Nanotesla (nT)
Kapazität C Farad (F) 1 F = 1 C/V
Energiedosis D Gray (Gy) Rad (rad) 1 Gy = 1 J / kg
1 rad = 0,01 Gy
Brechkraft Dioptrie 1 dpt = 1 m-1
Elektrische Feldstärke E Volt pro Meter (V/m) oder Newton pro Coulomb (N/C) 1 V/m = 1 N/C
Beleuchtungsstärke Lux (lx) Nox (nx)
Phot (ph)
1 lx = 1 lm / m²
1 nx = 10-3 lx
1 ph = 104 lx
Frequenz f, ν Hertz (Hz) 1 Hz = 1 s-1
Kraft F Newton (N) dyn
Pond (p)
(105 dyn = 1 N = 1 kg · m/s²)
(1 p = 980,665 dyn = 9,80665 · 10-3 N)
Elektrischer Leitwert G Siemens (S) 1 S = 1 Ω-1
Magnetische Feldstärke H Ampere pro Meter (A/m) Oersted (Oe) 1 Oe = 79,57747 A/m
Äquivalentdosis Sievert (Sv) Rem (rem) 1 Sv = 1 J/kg
1 rem = 0,01 Sv
Induktivität L Henry (H) 1 H = 1 Vs/A
Drehimpuls Joulesekunde (Js) 1 Js = 1 kgm²/s
Moment M Newtonmeter (Nm) Dynmeter (dynm)
Pondmeter (pm)
1 Nm = 1 kgm²/s²;
Druck p Pascal (Pa)
Bar (bar) (SI-konform)
Physikalische Atmosphäre (atm)
Technische Atmosphäre (at)
Torr = Millimeter Quecksilbersäule (mm Hg)
Meter Wassersäule (mWS)
1 bar = 105 N / m2
1 Pa = 1 N/m²
1 atm = 101 325 Pa
1 at = 98066,5 Pa
1 Torr = 1 mm Hg = 133,3224 Pa
1 mWS = 9806,65 Pa
Impuls Kilogramm mal Meter pro Sekunde (kgm/s)
Leistung P Watt (W) Meterkilopond pro Sekunde (mkp/s)
Pferdestärke (PS)
1 PS = 75 mkp/s = 736 W
1 W = 1 VA
Elektrische Ladung Q Coulomb (C) Franklin (Fr.) 1 C = 1 As
1 Fr. = 3,335641 · 10-10 C
Lichtmenge Lumen · Sekunde (lm · s)
Elektrischer Widerstand R Ohm (Ω) 1 Ω = 1 V/A
Elektrische Spannung U Volt (V)
Geschwindigkeit v Meter pro Sekunde (m/s) Kilometer pro Stunde (km/h)

(Meilen pro Stunde)

1 m/s = 3,6 km/h
Volumen V Kubikmeter (m³) Liter (l oder L) (SI-konform)
(Bruttoregistertonne)
(Klafter)

(Ster)

1000 l = 1 m³
Energie, Arbeit, Wärme W Joule (J)
Newtonmeter (Nm)
Kilowattstunde (kWh)
Elektronvolt (eV) (SI-konform))
(erg)
(Kalorie (cal))
1 J = 1 Nm = 1 Ws
1 kWh = 3 600 000 J
(1 J = 107 erg)
(1 cal = 4,1868 J)
Magnetischer Fluss Φ Weber (Wb) Maxwell (M) 1 Wb = 1 Vs
1 M = 10-8 Wb
Lichtstrom Lumen (lm)
Permeabilität μ Henry pro Meter (H/m)
Kreisfrequenz ω 1 durch Sekunde (1/s)
Hertz (Hz)

Winkel, Länge, Fläche und Volumen

Physikalische Größe Formelzeichen SI-Einheit Andere Einheiten Beziehungen
Ebener Winkel, Drehwinkel, Bogenmaß Radiant oder Grad 1), 2)
Raumwinkel Steradiant 2), 3)
Länge Meter
Breite
Höhe, Tiefe
Dicke, Schichtdicke
Halbmesser, Radius, Abstand
Durchmesser
Weglänge, Kurvenlänge
Flächeninhalt, Oberfläche Quadratmeter
Querschnitt, Querschnittsfläche
Volumen, Rauminhalt Kubikmeter

1) Grad (°), 1° = (π/180) rad, ist keine SI-Einheit, die Verwendung, auch in Kombination mit SI-Einheiten, ist jedoch nach BIPM zulässig. Anders als bei SI-Einheiten wird bei Gradangaben ebener Winkel vor dem Gradzeichen kein Leerzeichen geschrieben.

2) Bei Verhältnisgrößen bestünde prinzipiell die Möglichkeit, die Einheiten zu kürzen und den Quotienten durch 1 zu ersetzen. Diese Kürzung unterbleibt jedoch, um zu vermeiden, dass verschiedenartige Größen gleichbenannte Einheiten erhalten. Der durch die Kürzung bewirkte Informationsverlust führt zu Mehrdeutigkeiten. Deshalb wird z. B. der Alkoholgehalt bei Getränken nicht einfach in % (Prozent), sondern in Vol% (Volumen-Prozent) angegeben – sonst wäre eine Abgrenzung zu z. B. Gew% (Gewichts-Prozent) nicht möglich.

3) In der Lichttechnik wird der Raumwinkel allgemein nicht als abgeleitete SI-Einheit betrachtet, sondern als Basis-SI-Einheit.

Zeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung

Physikalische Größe Formelzeichen SI-Einheit Andere Einheiten Beziehungen
Geschwindigkeit Meter pro Sekunde
Strömungsgeschwindigkeit
Beschleunigung Meter je Sekundenquadrat
örtliche Fallbeschleunigung
Zeit, Zeitspanne, Dauer Sekunde
Periodendauer
Zeitkonstante
Frequenz, Periodenfrequenz Hertz
Kreisfrequenz, Winkelfrequenz
Umdrehungsfrequenz, Drehzahl
Winkelgeschwindigkeit Bogenmaß je Sekunde
oder Grad je zwei Pi Sekunde
1)
Winkelbeschleunigung Bogenmaß je Sekundenquadrat
oder Grad je zwei Pi Sekundequadrat
1)
Wellenlänge Meter
Dämpfungskoeffizient Meter hoch minus Eins
Phasenkoeffizient
Ausbreitungskoeffizient

1) Grad ist keine SI-Einheit, darf jedoch mit dem SI-System verwendet werden.

Mechanik

Physikalische Größe Formelzeichen SI-Einheit Andere Einheiten Beziehungen
Leistung Watt
Kraftstoß Newton Sekunde
Impuls Newton Sekunde oder Kilogramm Meter je Sekunde
Drall, Drehimpuls Kilogramm Quadratmeter je Sekunde
Trägheitsmoment Kilogramm Quadratmeter
Masse Kilogramm
Dichte Kilogramm je Kubikmeter
spezifisches Volumen Kubikmeter je Kilogramm
Kraft Newton
Gewichtskraft
Kraftmoment, Drehmoment Newtonmeter
Torosionsmoment
Druck Pascal 1)
absoluter Druck
umgebender Athmosphärendruck
atmosphärische Druckdifferenz, Überdruck
Normalspannung (Zug- oder Druckspannung) Newton je Quadratmeter
Schubspannung
Elastizitätsmodul
Schubmodul
Kompressionsmodul
Dehnung, relative Längenänderung Eins
Schiebung, Scherung
Wirkungsgrad
Reibungszahl
Arbeit Joule
Energie
innere Energie

1) Neben Pascal ist auch die Angabe des Drucks laut BIPM in Bar zulässig.

Thermodynamik und Wärmeübertragung

Physikalische Größe Formelzeichen SI-Einheit Andere Einheiten Beziehungen
thermodynamische Temperatur Kelvin
Temperaturdifferenz Kelvin 1)
Celsius-Temperatur Grad Celsius
Längenausdehnungskoeffizient Kelvin hoch minus Eins 1)
Volumenausdehnungskoeffizient
Wärme, Wärmemenge Joule
Wärmestrom Watt
Wärmeleitfähigkeit Watt Meter hoch minus Eins Kelvin hoch minus Eins 1)
Wärmeübergangskoeffizient Watt Meter hoch minus Zwei Kelvin hoch minus Eins 1)
Wärmedurchgangskoeffizient
Temperaturleitfähigkeit Quadratmeter je Sekunde
Wärmekapazität Joule je Kelvin 1)
spezifische Wärmekapazität Joule Kilogramm hoch minus Eins Kelvin hoch minus Eins 1)

1) Temperaturdifferenzen sollten in Kelvin und nicht mit der veralteten Einheit Grad angegeben werden. Das Grad Celsius ist für Temperaturdifferenzen nicht zu empfehlen.

Physikalische Größe Formelzeichen SI-Einheit Andere Einheiten Beziehungen
Elektrische Ladung Coulomb
Elektrische Spannung, elektrisches Potenzial Volt
Elektrische Feldstärke Volt je Meter oder Newton je Coulomb
Elektrische Flussdichte, Verschiebungsdichte, elektrische Erregung Coulomb je Quadratmeter
Elektrische Kapazität Farad
Elektrischer Widerstand Ohm
Blindwiderstand
Scheinwiderstand, Impedanz
Spezifischer el. Widerstand Ohm Meter
Elektrischer Leitwert Siemens
Magnetischer Fluss Weber
Magnetische Flussdichte Tesla
Magnetische Feldstärke, magnetische Erregung Ampere je Meter
Induktivität Henry
Permittivität Farad je Meter
Permeabilität Henry je Meter
Blindleistung var (Volt Ampere reaktiv) 1)
Scheinleistung Volt Ampere 1)

1) Verhältnisgröße; siehe oben

Physikalische Größe Formelzeichen SI-Einheit Andere Einheiten Beziehungen
Molares Volumen Kubikmeter je Mol
Molare Masse Kilogramm je Mol
relative Atommasse Eins
relative Molekülmasse
Ladungszahl eines Ions, Wertigkeit eines Stoffes B
katalytische Aktivität Katal
Physikalische Größe Formelzeichen SI-Einheit Andere Einheiten Beziehungen
Lichtstärke Candela
Lichtstrom Lumen
Lichtausbeute Lumen je Watt
Lichtmenge Lumen Sekunde
Leuchtdichte Lumen je Quadratmeter
Beleuchtungsstärke Lux
Belichtung Lux Sekunde
(Radio-) Aktivität Becquerel
Dosis Gray
Entropie Joule je Kelvin 1)

1) Temperaturdifferenzen sollten in Kelvin und nicht mit der veralteten Einheit Grad angegeben werden. Das Grad Celsius ist für Temperaturdifferenzen nicht zu empfehlen.

Siehe auch