Unidades y Convenios de Polaridad

Unidades

Solamente veremos el llamado SISTEMA INTERNACIONAL de unidades, que es el que siempre debemos aplicar. El sistema de unidades cuyo uso en física está prescrito por leyes y normas, es el sistema internacional (SI).
En el sistema internacional se distinguen tres clases de unidades SI:
- Unidades básicas o fundamentales.
- Unidades derivadas.
- Unidades suplementarias.

Desde el punto de vista científico, hay un elemento arbitrario en esta división de las unidades SI en tres clases, puesto que esta división no está puesta de una manera unívoca por la física.

Unidades Básicas o Fundamentales

La Conferencia General, tomando en consideración las ventajas de la adopción de un sistema práctico único, que podría ser utilizado en el mundo entero en las relaciones internacionales, en la enseñanza y en la investigación científica, decidieron basar el SI sobre la elección de siete unidades bien definidas que se conviene considerar como independientes desde el punto de vista dimensional.

Longitud
Unidad: metro
Símbolo: m
Es la longitud recorrida, en el vacío, por la luz 1/299.792.458 segundos.

Masa
Unidad: kilogramo
Símbolo: kg
La III C.G.P.M. (1901) en una declaración tendente a evitar la ambigüedad que existía todavía en el uso corriente sobre la significación del término "peso", confirmó que el kilogramo es la unidad de masa (y no de peso ni de fuerza), es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo. Este prototipo internacional de platino iridiado que se conserva en la Oficina Internacional en las condiciones que fueron fijadas por la I C.G.P.M. en 1889.

Tiempo
Unidad: segundo
Símbolo: s
Es la duración de 9192631770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133. (XIII C.G.P.M. en 1967, Resolución 1)

Intensidad de Corriente Eléctrica
Unidad: Amperio
Símbolo: A
Es la unidad de una corriente constante mantenida en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y colocado en el vacío a una distancia de un metro uno del otro, produce entre estos conductores una fuerza igual a 2.10-7 Newton por metro de longitud.

Temperatura Termodinámica
Unidad: Grado Kelvin
Símbolo: ºK
Es el grado de la escala termodinámica de las temperaturas absolutas, en la cual la temperatura del punto triple del agua es 273,16 grados. Se puede emplear la escala Celsius, cuyo grado es igual al grado Kelvin y su punto cero corresponde a 273,15 grados de la escala termodinámica Kelvin.

Cantidad de Sustancia
Unidad: Mol
Es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 Kilogramos de Carbono 12. Cuando se emplea el mol, las entidades elementales deben ser especificadas y pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones, otras partículas o agrupamientos especiales de tales partículas.

Intensidad Luminosa
Unidad: Candela
Símbolo: cd
Es la intensidad luminosa, en la dirección perpendicular, de una superficie de 1/600000 metro cuadrado de un cuerpo negro a la temperatura de congelación del platino bajo la presión de 101325 Newton por metro cuadrado (XIII C.G.P.M. en 1967, Resolución 5).



Unidades Derivadas

Estas unidades pueden formarse combinando las unidades básicas según relaciones algebraicas escogidas que liguen las magnitudes correspondientes. Varias de estas expresiones algebraicas en función de las unidades básicas pueden reemplazarse por nombres y símbolos especiales, éstos pueden ser utilizados para la formación de unidades básicas o bien de unidades derivadas. Las unidades derivadas pueden clasificarse en tres grupos.
Algunas de ellas aparecen en las tablas 1, 2 y 3.

Tabla 1 (Click en la tabla para ampliar

Según se puede apreciar en la tabla 2, es fácil definir correctamente las unidades derivadas más importantes y usuales en electricidad y magnetismo.

Tabla 2 (Click en la tabla para ampliar

Hertz (Hz): Es la unidad de frecuencia, igual a un ciclo por segundo.
Newton (N): Es la fuerza que comunica a una masa de un kilogramo una aceleración de un metro por segundo por segundo.
Pascal (Pa): Es la unidad de presión o de esfuerzo de tracción, y es igual a un Newton por metro cuadrado
Julio (J): Es el trabajo realizado cuando el punto de aplicación de un Newton se desplaza un metro en la dirección de la fuerza.
Vatio (W): Es la potencia que acrecienta la energía al ritmo de un julio por segundo.
Columbio (C): Es la cantidad de electricidad transportada por una corriente de un Amperio durante un segundo.
Voltio (V): Es la diferencia de potencial eléctrico existente entre dos puntos de un conductor por el que circula una corriente constante de un Amperio, cuando la potencia disipada entre esos dos puntos es de un Vatio.
Faradio (F): Es la capacidad de un condensador tal, que aparece entre sus armadoras una diferencia de tensión de un voltio cuando se carga con una cantidad de electricidad igual a un culombio.
Ohmio (S): Es la resistencia eléctrica entre dos puntos de un conductor, cuando aplicando entre ellos una diferencia de tensión de un voltio circula por el conductor una corriente de un Amperio, siempre que dicho conductor no sea fuente de ninguna fuerza electromotriz.
Siemens(S): Es la unidad de conductancia eléctrica, igual a la inversa de un ohmio.
Weber (Wb): Es el flujo magnético que al disminuir de forma uniforme desde su valor hasta cero en un segundo, genera en una espira una fuerza electromotriz de un voltio.
Tesla (T): Es la inducción magnética que produce un flujo de un Weber por metro al cuadrado de superficie normal a ella.
Henrio (H): Inducción de un circuito que recorriendo por una corriente de una Amperio genera un flujo de un weber.

Tabla 3 (Click en la tabla para ampliar)


Unidades Suplementarias

Para algunas unidades del sistema internacional, la Conferencia General no se ha decidido si se trata de unidades básicas o de unidades derivadas. Estas unidades SI se colocan en la tercera clase, llamada "unidades suplementarias", y se es libre de utilizarlas como unidades básicas o como unidades derivadas. Esta clase, actualmente, no contiene más que dos unidades puramente geométricas: La unidad SI de ángulo plano, el radián, y la unidad SI de ángulo sólido, el estereoradián (XI C.G.P.M. en 1960, Resolución 12).

Tabla 4 (Click en la tabla para ampliar)


Múltiplos y Submúltiplos

La XI C.G.P.M. (1960, Resolución 12), adoptó una primera serie de nombre y símbolos de prefijos para formar los múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades SI. Los prefijos para 10-15 y 10-18 fueron añadidos por la XII C.G.P.M.

Tabla 5 (Click en la tabla para ampliar)


Convenios de Polaridad y Referencia

Siguiendo el convenio usual de entender por corriente eléctrica el desplazamiento de cargas positivas entre dos puntos A y B de un conductor (Fig. 2),

Figura 2

la corriente eléctrica i puede circular desde el punto A al B o viceversa. Para conocer, mediante el esquema, el sentido en que realmente tiene lugar, se establece el convenio siguiente: se dibuja una flecha en sentido arbitrario, y si las cargas ideales positivas se desplazan en el sentido de la flecha, la corriente se considera positiva y si se desplaza en sentido contrario se considera negativa. Así, en el esquema de la Fig. 2, si i=+8A, quiere decir que una corriente de 8 amperios circula desde el punto A al B. Si fuese i=-8A, indicaría que una corriente de 8 amperios circula del punto B al A. En general, la intensidad, así como las restantes magnitudes eléctricas, son funciones del tiempo.
Para abreviar, cuando representemos una magnitud eléctrica mediante una letra minúscula, entenderemos que es una función del tiempo.
Así, i=i(t). Valores constantes se representan por letras mayúsculas. Otro convenio es utilizar doble subíndice. Si escribimos i(AB) = -8A quiere decir que una corriente de 8 amperios circula del punto B al A, lo cual podría expresarse también por i(BA) = 8A (es decir i(AB) = -i(BA)). En este caso se considera que la punta de la flecha coincide con el segundo subíndice (o sea, para valores positivos, la corriente circula del primer subíndice al segundo, y al contrario si el valor es negativo).
Se entiende por tensión eléctrica o simplemente tensión la diferencia:

u(AB) = V(A) - V(B)

que existe entre los potenciales de los puntos A y B de un circuito. Cuando se tiene V(A) > V(B) resulta u(AB) >0.
Otro convenio que evita los molestos subíndices, pero que requiere un esquema representativo del circuito eléctrico (C. E.) Es utilizar una flecha como se hace en la Fig. 3.

Figura 3

En este caso, flecha apuntando desde A hacia B, se entenderá como u = V(A)-V(B). Así, si es u = -10 voltios, quiere decir que el potencial del punto B excede al del A en 10 voltios. Cuando u>0, la flecha apunta hacia el potencial menor. Como es obvio, u(AB) = u(AC) + u(CB).
Al igual que en el caso de las corrientes, el segundo subíndice corresponde a la punta de la flecha, las cargas positivas tienden a ser trasladadas en el sentido del primer subíndice al segundo (recuérdese que el sentido del movimiento de las cargas positivas es siempre hacia potenciales decrecientes-excepto en el interior de las f.e.m.).

Por último, comentaremos el convenio seguido para las potencias. En la Fig. 4 se muestra un dipolo en el que se señalan los signos de la tensión y el sentido de la corriente.

Figura 4

La potencia eléctrica que entra en el dipolo viene definida por la ecuación (3) [p(t) = v(t)Ai(t)]. Si p(t) >0, entonces el dipolo M recibe o absorbe potencia, actuando como un consumidor o carga. Si p(t)<0, entonces el dipolo produce o entrega potencia (energía) como una fuente o generador.
En la práctica no es conveniente trabajar con potencias negativas, por lo que se prefiere hablar de potencias absorbidas y potencias generadas: la potencia absorbida por un dipolo es el producto de la tensión por la corriente que entra por el terminal positivo, mientras que la potencia suministrada por un dipolo es el producto de la tensión por la corriente que sale por el terminal positivo.
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