Bölüm 2.

Fiziksel Büyüklükler Birim Sistemleri

• Bölüm1 ‘de Malzeme ve enerjinin, işleme tabi tutulması sonucu geçmişten gelen bilgi birikimiyle endüstriyel ürün nasıl geliştirilir anlatıldı. Bu çevrimler gerçekleştirilirken çıkışlarda standart bir değer elde edebilmek için fiziksel büyüklükleri ölçmeye ihtiyaç duyulmaktadır.Fiziksel büyüklükleri neden ölçeriz, Standart ölçme sistemleri, birimler, ortak birim sistemleri bu bölümde anlatılacak konulardır.

2.1 Ölçme tarihi• İnsanoğlunun kıyaslama, ölçme ihtiyacı onun varoluşu ile

başlamıştır. Yapmış olduğu ilkel makinalar ile birlikte endüstriyel ürünler geliştirmiş, gelişen bilgi birikimiyle fiziksel büyüklükleri ayırt etmiştir. Yaşadığı toplum içerisinde malzeme ve hizmet alma için ölçmeye ihtiyaç duymuştur. Çağlar boyunca uygarlaşma ile birlikte, insanlar arasında mal değişimi ile başlayan ilkel ticaret de gelişmiştir. Bunun neticesi insanoğlu tek başına ve tabii toplumda yaşarken de önceleri vücudunda ve çevresinde gözlediği basit doğal ve yerel mukayese ve kıyas vasıtalarına başvurmuş ve onları kullanmıştır.

• Mesela uzunluk ölçümünde parmak, karış, ayak, adım; genişlik ölçümünde ayak, karış, evle; kütle ve ağırlık ölçümünde avuç, parmak ucu, yudum, sepet vb.  Bunların bazıları, toplumun veya ülkenin kendine has veya müşterek resmi ölçü birimleri haline gelmiştir.

2.1 Ölçme tarihi

• Karşılıklı ticari alışveriş birbirine yakın toplumları aynı ölçü birimlerini kullanmaya zorlamış ve böylece “standartlaşma” gereksinimi ilk kez ortaya çıkmıştır. Bundan sonra, her insanda farklı olan vücut yapısına ve her birinin farklı olduğu diğer varlıkların büyüklüklerine bağlı olmayan ölçekler hazırlanmaya başlanmıştır. Ölçme işleminin kolaylıkla yapılabilmesi için, ölçeklerin boyut ve kütleleri insanınkilerden daha küçük tutulmuştur.

2.2 Ölçme neden gereklidir?

1. Uygun değer kontrolü

2. Verimlilik kontrolü

3. Kalite kontrolü

4. Güvenlik kontrolü

5. Enerji kontrolü

2.2.1. Uygun değer kontrolü

• Endüstriyel ürünler yapılırken ortak enerji paylaşımlarımız için ortak enerji kullanım alanları oluşturulur. Bu alanlar için örnek verirsek; 220v/50Hz ile çalışan elektrikli cihazlar, benzinle çalışan araç motorları, vb. ölçmeyle bu enerji değerlerine getirilen cihaz ortak ve yaygın kullanım alanı bulurlar. Toplumun yararlanabileceği ürünler haline gelirler. Özellikle tıp, mühendislik, astronomi, gibi bilim alanlarında hassas ve doğru ölçme çok önemlidir.

2.2.2. Verimlilik kontrolü• üretim, çalışma ortamı ve çalışma yöntemleri, işgücü, makine ve ekipmanların

teknolojiye ve üretime uygunluğu, kapasite kullanımı, hammaddenin niteliği ve kullanımı ölçülerek verimlilik çemberinde geliştirilen endüstriyel ürünün gelişimi sağlanır.

2.2.3. Kalite kontrolüKalite güvence ürün kalite seviyesinin istenen bir seviyede tutulmasını ve tutarlı olmasını sağlayan tüm ölçümleri içerir.

Dr. Deming şekilde görülen tasarım , üretim , satış ve piyasa araştırması döngüsünü 1950 yılında tasarlamıştır. Bu şekilde kalitenin yeniden tasarımı sürekli olacak ve kalite sürekli olarak gelişecektir .

Piyasa araştırması

üretimsatış

Tasarım,yeniden geliştirme

2.2.4. Güvenlik kontrolüÖzellikle kullanım güvenliği, enerji kaçağı, kopukluk, sızdırmazlık, izolasyon, kullanım yeri uygunluğu, ürünlere verilen standartlara uygunluk ölçümleridir.

2.2.5. Enerji kontrolüHarcanan enerjinin saptanması, ürünün harcadığı enerjiye göre yapmış olduğu işin ölçümü özellikle enerji kaynaklarının son derece kısıtlı olduğu son yıllarda ürünlerin hem az enerji harcaması istenir. en az atık enerji oluşturması enerji kontrolünün konusu içerisinde yer alır. Az atıklı çevreyle dost ürünlerin geliştirilmesi enerji kontrolü ölçümüne bağlıdır.Beyaz eşyalrın enerji tüketim sınıfları yanda verilmiştir. Mümkün olduğunca az enerji tüketen verimli A sınıfı cihazlar üretmeli ve kullanmalıyız.

2.3 Ölçme tanımı

• Herhangi bir fiziksel büyülüğü insanın anlayabileceği şekile dönüştürme olarak ölçmenin genel tanımıdır.Böylece verilen sayısal değer ile insan aklında bir kıyaslama oluşur. Birbiriyle karşılaştırılıp, karşılaştırma sonucu sayısal olarak değerlendirilebilen büyüklüğe "Fiziksel Büyüklük" denir. Ölçme ile yapılan iş fiziksel büyüklüklerin karşılaştırılmasıdır..

Bir niteliğin gözlenerek gözlem sonuçlarının sayı veya sembollerle gösterilmesine ÖLÇME denir.”Ölçmenin en az üç aşaması vardır:1. Ölçülecek bir niteliğin olması2. Niteliğin gözlenebilmesi3. Amaca uygun sayı ve sembollerle gösterilmesi

Ölçme ikiye ayrılır:1. Doğrudan ölçme:Bilinen bir birim büyüklükle aynı cinsten bilinmeyen bir büyülüğün karşılaştırılmasıdır. . Ör: uzunluğu m., ağırlığı kg.

2. Dolaylı ölçme: Ölçmeye konu olan özelliklerin doğrudan gözlenememesi ancak, kendileri ile ilgili olduğu bilinen başka özellikler aracılığı ile ölçülmesidir. Ör: zeka, başarı

2.3 Ölçme tanımı

2.4 Ölçme ve Birim

• Ölçmede hedef; fiziksel büyüklüğün sayısal boyutlarını alt ve üst katlarıyla orantılamaktır. Ölçülecek olan büyüklükler değiştikçe bu fiziksel büyüklüğe ait ölçüm birimide değişir.

• Ölçme birimlerle tanımlanır.

Ağırlık ölçüsü(kg)Uzunluk ölçüsü(m)

Farklı fiziksel büyüklükler birbiriyle karşılaştırılamaz.

Animasyonu iyi olabilirToplanmaz.

2.5 BİRİM SİSTEMLERİ

• Uluslararası Birim Sistemi (Systeme Internationale d’Unites-International System of Units), 1960 yılında toplanan 11. Tartılar ve Ölçüler Genel Konferansı ‘nda (Conference Generalee des Poids et Mesures-CGPM) kabul edilmiş ve tüm dillerde değiştirilmeden kullanılması kararlaştırılmıştır. SI sistemi, fiziksel niceliklerin ad ve simgelerinin standartlaştırılmasında uluslararası yetkiye sahip olan Uluslararası Standartlaşma Örgütü (International Organization for Standartization-ISO) tarafından da kabul edilmiştir. Bu örgütün

2.6 Birim tanımı

• Birim: Ölçme işleminde kullanılmak üzere her cins fiziksel büyüklük için üzerinde kesin anlaşmaya varılan belirli değere birim denir. Ülkemizin özellikle ihracatında ve ithalatında dünya ile bir uyum içinde olması için tanımda geçen belirli değer ifadesi yerellikten çıkartılıp uluslar arası platforma 1931'de kabul edilen bir kanunla eski ağırlık ve uzunluk ölçüleri değiştirilmiştir.

2.6 Birim tanımı• Toplumlaşma sürecine paralel olarak artan bilgi birikimi yanında

ekonomik ve teknolojik gereksinimler, ölçeklerin daha duyarlı seçilmesine yol açmıştır. Böylece, her ülkede uzunluk, kütle ve zaman gibi temel nicelikler için en çok kullanılan birimler seçilerek ilk birim sistemleri ortaya konmuştur Ölçülen büyüklüğün özelliğine ve ölçümde aranan duyarlılık derecesine göre çeşitli birim sistemleri

• kullanılmaktadır.• C.G.S. (Santimetre-Gram-Saniye)• M.K.S. (Metre-Kilogram-Saniye)• M.Kp.S. (Metre-Kilopond-Saniye)• M.N.S. (metre-Newton-Saniye)• M.T.S. (Metre-Ton-Saniye)

Ülkemizde 14/10/1971 tarihinden itibaren SI uluslararası birim sistemine geçilmiştir.

2.7 ULUSLARARASI BİRİM SİSTEMiSI BİRİM SİSTEMİ

• Birimlerin, bütün dünyaya yayılmasına ve kolaylıkla kullanılmasına çaba gösterilmektedir. Uluslararası birimler sistemi SI (Systeme International D’Unites), Günümüzde yaklaşık 150 ülke tarafından kullanılmaya başlanmıştır. Çok kısa süre sonra tüm Avrupa ülkeleri, yüzyıllardır sıkı sıkıya bağlı olan İngiltere ‘de bile yeni yazılan kitaplarda SI birimleri kullanılmaktadır.Dünya genelinde 1954 yılındaki toplantıda kabul edilen altı ana boyut ve birime dayanan SI birim sistemini benimsemiştir.

•

2.8 Standart ölçme sistemlerini oluşturan temel kuruluşlar

Dünya ile entegrasyonu sağlamak için Uluslararası iki kuruluş CGPM (Ağırlıklar ve Ölçü Konferansı) ve BIPM Uluslararası metroloji enstitüsü ölçü sistemlerini tanımlar ve organize ve eder.

2.8 Standart ölçme sistemlerini oluşturan temel kuruluşlar

• CGPM (Conférence Générale de Poids et Mesures):Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçü Konferansı Her dört yılda bir Paris'te toplanan konferans, bugün sayısı 51 olan üye ülkelerin yetkililerince oluşturulur ve uluslararası metroloji sisteminin koordinasyonundan sorumludur. Türkiye CGPM üyesidir ve Sanayi ve Ticaret Bakanlığı tarafından temsil edilmektedir.

• BIPM (Bureau International de Poids et Mesures):Uluslararası metroloji enstitüsü Paris'in Sevr banliyösünde bulunan Enstitü bütün dünyada yapılan ölçümlerin doğruluğundan ve farklı ülkelerde yapılan ölçümlerin birbirleri ile denkliğinden sorumludur. Bu enstitünün her endüstrileşmiş ülkede teknik bir muhatabı bulunmakta (ulusal metroloji enstitüleri) ve BIPM'in uzmanları ulusal metroloji enstitülerinin uzmanları ile beraber çalışarak ülkeler arasındaki ölçüm denkliğini oluşturmak için faaliyet göstermektedir. Türkiye, TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME) ile BIPM'in faaliyetlerine katılmaktadır.

2.9 Ölçme sistemi resmi gazetede

• Uluslararası Birimler Sistemine Dair Yönetmeliğe geçildi. Zaman içerisinde çeşitli değişimlere uğrayan yasanın en son hali ( 80 / 181 / AT ) ( Resmi Gazete 21 Haziran 2002 tarih, 24792 sayı ile yayınlandı. SI birim sisteminin temel birimleri dünyada 7 fiziksel büyüklüğün ve 2 yardımcı büyüklüğün kabulu ile uluslar arası birim sisteminde birimleri sabitlenmiştir. Dünyanın her yerinde yaygın hale getirilmeye çalışılmaktadır.

BüyüklükBirimler

İsmi Sembolü

Uzunluk (L) metre m

Kütle (m) kilogram kg

Zaman(t) saniye s

Elektrik akım şiddeti(i) Amper A

Termodinamik sıcaklık(T)

Kelvin K

Madde miktarı(M) mol mol

Işık şiddeti(I) kandela cd

2.10 SI birim sisteminin temel birimleri

Tamamlayıcı SI Birimleri

BüyüklükBirimler

İsmi Sembolü

Düzlem açısı radyan Rad

Uzay açısı steradyan Sr

2.11 Temel birimlerden türetilmiş birimlere geçiş

• Temel birimler bir araya gelerek türetilmiş birimleri oluştururlar. Çok bilinen newton, jolue vb. örnek olarak

İvme Hızın birim zamandaki (1 s) deiimi ‘a’ ile gösterilira=(m/s)/s = m/s2

Türetilmiş birim olan Newton“F” harfiyle gösterilir.F= m.a=kg. m/s2

Birimi newton

2.11.1 İsim ve Sembolleri Olan Türetilmiş SI Birimleri

Büyüklük

Birimler İstisna

İsmi SembolüDiğer SI Birimleri

Temel Birimler veya

tamamlayıcı SI Birimi

Frekans Hertz Hz s-1

Kuvvet Newton N m.kg.s-2

Basınç, gerilim Pascal Pa N / m2 m-1 .kg.s-2

Enerji, iş, ısı miktarı Joule J N * m m2 .kg.s-2

Güç(1), ışıma akısı Watt W J / s m2.kg.s-3

Elektrik yükü, elektrik miktarı

Coulomb C s.A

Elektrik potansiyeli, potansiyel farkı, elektromotor kuvveti

Volt V W / A m2.kg.s-3.A-1

Elektrik direnci Ohm Ω V / A m2.kg.s-3.A-1

Elektrik iletkenliği Siemens S A / V m-2.kg-3.s3.A2

Elektrik kapasitesi Farad F C / V m-2.kg-1.s4.A2

Manyetik akı Weber Wb V * s m2.kg.s-2.A-1

Manyetik akı yoğ. Manyetik indüksiyon

Tesla T Wb / m2 kg.s-2.A-1

2.12 SI Birimlerin ast ve üst katları

2.12.1 örnekler

2. 12.2 ilk kilogram

Oksitlenmemesi için, vakumlanmış cam kapta

saklanıyor.Bu prototipte yer alan ilk

kilogramlardan fakat zamanla tüm birimler dünyanın her

yerinde laboratuarda tanımlardan üretilebilir hale

getirilmiştir.

2.13 SI Temel Birimleri Tanımları

Uzunluk BirimiUzunluk temel birimi metre’ dir. Bir metre, vakum içerisindeki ışığın 1/299792468

saniyede kat ettiği hattın uzunluğudur.

Kütle Birimi

Kütle temel birimi kilogram’ dır. Bir kilogram. Uluslar arası kilogram prototipinin kütlesine eşittir. 1 atmosfer basınç altında 1 desimetreküp suyun kütlesi olarak tanımlansa da günümüzde kabul edilen, 39.4 mm çapında ve 39.7 mm yüksekliğinde platin-iridyum alaşımından yapılma bir silindirin kütlesidir

Zaman BirimiZaman temel birimi saniye’ dir. Bir saniye, Cs-133 atomunun temel enerji durumunda,

aşırı iki ince yapı durumu arasındaki geçişe karşı gelen ışımanın (dalga boyunun) 9 192 631 770 periyodik süresidir.

Elektrik Akım Birimi

Elektrik Akım birimi amper’ dir. Bir amper, doğrusal sonsuz uzunlukta, ihmal edilebilir dairesel enine kesitte ve biribrinden bir metre uzaklıkta, boşluğa yerleştirilmiş paralel iki iletkenden geçirildiğinde, bu iletkenler arasında beher metre başına 2.10(-7) Newton’ luk bir kuvvet meydana getiren sabit elektrik akımıdır.

Termodinamik Sıcaklık Birimi

Termodinamik sıcaklık birimi kelvin’ dir. Bir kelvin, Termodinamik sıcaklık birimi kelvin cinsinden, suyun üçlü noktasının termodinamik sıcaklığının 1/273,16’ lık kesiridir.

Madde Miktarı Birimi

Madde miktarı temel birimi mol’ dur. Bir mol, 0,012 kg C-12 içindeki atomların sayısı kadar olan bir sistemdeki madde miktarıdır. Mol, kullanıldığında temel maddeler belirtilmeli ve bunlar atomlar, moleküller, iyonlar, elektronlar, başka parçacıklar veya böyle parçacıkların belirli grupları olabilir.

Işık Şiddeti Temel BirimiIşık şiddeti temel birimi kandela’ dır. Bir kandela, verilen bir yönde 540.10(12) Hz

frekanslı monokromatik ışın yayan ve bu yöndeki enerji şiddeti 1/683 W/st (sr = steraradyan) olan bir kaynağın ışık şiddetidir.

Düzlem Açı birimiDüzlem açr birimi radyan’ dır. Bir radyan, daire çemberini yarıçap uzunluğunda kesen iki daire yarıçapı arasındaki açıdır.

Uzay Açı Birimi

Uzay açı birimi steraradyan’ dır. Bie steraradyan, tepe noktası kürenin merkezinde olan, küre yarıçapına eşit uzunlukta bir karenin alanına eşit kürenin yüzeyini ayıran koninin uzay açısıdır.

SI Temel Birimleri Tanımları

r

r

r

Düzlem açısı

L

L

r

uzunlukKapsanan

Herhangi bir düzlem açısı kapsanan uzunluğun yarıçapa oranıdır.

Şayet kapsanan çevre uzunluğu çember yarıçapına eşitse, düzlem açısı bir radyana eşit demektir (1 rad).

2.13.1 Düzlem açısı [radyan]

rr

r A0

Katı açı

Katı açı kapsanan alanın yarıçapın karesine oranı olarak tanımlanır:

2

2

2 L

L

(r)

alanKapsanan

2.13.2 Katı Açı [Steradyan]

Dört yarıçapın alan A’ya sahip yüzeyi oluşturduğu küreyi göstermektedir. Şayet A = r2 ise, katı açı, bir steradyana eşittir (1 sr).

2.14 Radyan ve derece çevrimleri Merkezi koordinat eksenlerinin

başlangıçnoktası ve yarıçapı bir birim uzunlukta olan çembere birim çember ya da trigonometri çemberi denir.

– Birim çemberde yarıçap r=1 olduğundan çevresi 2π’ dir. Çemberin çevresi 360 derecedir.

Çemberin çevresi 360 derece = 2π radyan

2.15 Çalışma soruları

• 1) Aşağıdakilerden hangileri Temel birim değildir?

• A)Mol B)Kandela C)Kelvin

• D) Amper E) Volt

Çalışma soruları

• Bir çemberde çevrenin dörtte birini gören merkez açı kaç derece ve kaç radyandır?