Physik

Die Lehre der unbelebten Materie

Einstimmung  und Übersicht

Physik

SI‑Einheiten  und ihre neue Festlegung

7 Basiseinheiten

CGPM

Versailles

Weltmetrologietag

Naturkonstante

(vgl. Informationen der Physikalisch‑Technische Bundesanstalt (PTB; Braunschweig & Berlin): Das neue System der Einheiten ( PFD-Info); bzw. des BIPM: On the revision of the SI)

(vgl. auch 📋PDF‑Downloads:  Einteilung der Physik, SI‑Einheiten, Notation von Messwerten)

Die SI‑Basiseinheiten
Name der physi- kalischen Größe	Formel- zeichen	Einheiten- name	Abkürzung	Naturkonstante	Formel- zeichen	Festgelegter Wert
Länge | Strecke	l | s	Meter	m	Vakuum‑Licht- geschwindigkeit	c0	2,99792458 · 108 m/s    ✯ Fest seit 1975 / 1983! ✯     {1 Å = 10-10m ;  1 pc ≅ 3,086 · 1016 m}
Masse	m	Kilogramm	kg	Plancksches Wirkungsquantum	h	6,626 070 15 · 10-34 J · s  ✯ Neu 20.05.2019 ✯
Zeit	t	Sekunde	s	Feinstruktur- konstante	Δν(133Cs)hfs	9 192 631 770 Hz    {1 d =24 h = 1440 min = 86 400 s}
Elektrische Stromstärke	I	Ampere	A	Elementarladung	e	1,602 176 634 · 10-19 C  ✯ Neu 20.05.2019 ✯
Thermodynamische Temperatur	T	Kelvin	K	Boltzmann- Konstante	k	1,380 649 · 10-23 J/K  ✯ Neu 20.05.2019 ✯
Stoffmenge	n	Mol	mol	Avogadro- Konstante	NA	6,022 140 76 · 1023 1/mol  ✯ Neu 20.05.2019 ✯
Lichtstärke	IV	Candela	cd	Lichtausbeute (monochromatisch)	Kcd	683 lm/W bei 540 · 1012 Hz
Abgeleitete SI‑Einheiten
Frequenz	ν	Hertz	Hz	= 1/s
Aktivität | radioaktive Kernzerfälle pro Sekunde	𝒜	Becquerel	Bq	= 1/s    {1 Ci ≈ 3,7 · 1010 Bq}
Geschwindigkeit	v		m / s	{1 m / s = 3,6 km / h ≅ 2,237 mph}
Beschleunigung	a		m / s2	{g ≅ 9,81 m / s2: Erdbeschleunigung}
Kraft	F	Newton	N	= kg · m / s2   [F = m · a: Grundgleichung der Mechanik]
Druck	p	Pascal	Pa	= kg / (m · s2) = N/m2   [p = F / A]
Energie | Arbeit	E | W	Joule	J	= kg · m2 / s2 = N · m   [E | W = F · s;  E0 = m · c02]
Leistung	P	Watt	W	= kg · m2 / s3 = J / s = V · A   [P = E / t = U · I]
Elektrische Ladung	Q	Coulomb	C	= A · s
Elektrische Spannung	U	Volt	V	= kg · m2 / (s3 · A) = W / A
Elektrischer Widerstand	R	Ohm	Ω	= kg · m2 / (s3 · A2) = V / A   [R = U / I: Ohmsches Gesetz]
Elektrischer Leitwert	G	Siemens	S	= s3 · A2 / (kg · m2) = A / V = 1/Ω
Elektrische Kapazität	C	Farad	F	= A2 · s4 / (kg · m2) = C / V   [C = Q / U]
Induktivität | Selbstinduktion	L	Henry	H	= kg · m2 / (s2 · A2) = V · s / A   [L = N · ϕ / I]
Magnetfeld | mag. Flussdichte	B	Tesla	T	= kg / (s2 · A) = V · s / m2 = N / (A · m)   [B = F / (I · l)]
Magnetischer Fluss	ϕ	Weber	Wb	= kg · m2 / (s2 · A) = V · s = H · A = T · m2   [ϕ = B · A]

• Einheitenabkürzungen werden in normaler (aufrechter / gerader) Schrift geschrieben (z.B. m: Meter), Formelzeichen (Abkürzungen der physikalischen Größen) in kusiver (schräger, italic) Schrift (z.B. m: Masse).
• Einheitennamen, die von Personen abgeleitet sind, werden grundsätzlich groß geschrieben (z.B. V: Volt nach Alessandro Volta).
• Nur die Basiseinheiten Sekunde und Mol hängen nur von einer Konstanten ab (s: Δν  und  mol: N_A), bei den anderen sind mehrere zu berücksichtigen (m: Δν ⊕ c₀,  A: Δν ⊕ e,  kg: Δν ⊕ c₀ ⊕ h,  K: Δν ⊕ c₀ ⊕ h ⊕ k  sowie  cd: Δν ⊕ c₀ ⊕ h ⊕ K_cd).
• Die Energie‑Einheit 'Joule' wird nach einer Empfehlung von Sir Charles Darwin und der British Standards Association mit langem u gesprochen.
• Das angloamerikanische Maßsystem sorgt leider immer wieder für Verwirrung bis zu Sondenabstürzen bei internationalen Teams. Deren Einheiten lauten:
  Zoll (inch, in.) — 1 " = 2,54 cm,
  Fuß (foot, ft.) — 1 ' = 12" = 30,48 cm,
  Schritt (yard, yd.) — 1 yd. = 3 ' = 0,9144 m,
  Meile (mile, mi./m.) — 1 mi. = 1760 yd. = 1609,344 m;
  Pfund (pound, lb./pd.) — 1 lb. = 453,592 37 g;
  Fahrenheit (°F) — 0 °F = -17,78 °C = 255,37 K,  ΔT = 1 K = 1 °C = 9/5 °F
  [Gefrierpunkt des Wassers:  0°C = 32 °F = 273,15 K, Siedepunkt des Wassers:  100°C = 212 °F = 373,15 K, jeweils bei Normalluftdruck:  101 325 Pa = 1013,25 mbar = 760 Torr = 1 atm].

Wissenschaftliche Notation

1. Eine Vorkommastelle (1‑9);
2. Sinnvolle Anzahl Nachkommastellen;
3. Bei Messwerten der Messfehler in Klammern (zumeist 2 Stellen; direkt neben den Stellen, auf die dieser sich bezieht);
4. Basis 10;
5. Ganzzahliger Exponent (ggf. negativ);
6. Einheit(en) in SI‑Basiseinheiten [SI: Système international d’unités] bzw. daraus abgeleitete Einheit(en) – bei der wissenschaftlichen Schreibweise werden keine Vorsilben (s.o.) der Einheiten verwendet;
7. Um Zahlenkolonnen besser lesbar zu machen wird empfohlen, immer alle drei Ziffern ausgehend vom Komma einen geringen Abstand als optische Trennung einzufügen – Trenner durch . im Deutschen bzw. , im Englischen sollten nie verwendet werden!

Empfehlungen  für Schüler

• Physiksimulationen auf Phynet  (z.B. Pendulum Lab, Masses & Springs, etc.; ➥Ferien‑Spaß für Spielkinder)
• LEIFIphysik  (Schulphysik; ➥KA‑Vorbereitung)
• Particle Data Group  (Allgemeine Grundlagen wie Einheiten, Naturkonstanten etc.; bessere Daten gibt es nicht !!!)
• CERN  (Teilchenphysik; Grundlagenforschung auf höchstem Niveau)
• Tracker   (Video‑Analyse und Modellierungs‑Werkzeug – z.B. in Verbindung mit einer High‑Speed‑Kamera einsetzbar; Change Log [FFmpeg: Download])
• ... siehe auch Empfehlungen zur 🧮Mathematik, zur 🔭Astronomie, zu 🐧Programmen sowie zum 💾Programmieren.

Weiterführende Literatur

• Lehrbuch der Experimentalphysik: ❶ Mechanik – Akustik – Wärme | ❷ Elektromagnetismus | ❸ Optik | ❹ Bestandteile der Materie | ❺ Gase, Nanosysteme, Flüssigkeiten | ❻ Festkörper | ❼ Erde und Planeten | ❽ Sterne und Weltraum, 8 Bd., De Gruyter, 1998 | 2006 | 2004 | 2003  | 2005 | 2005 | 2001 | 2002, 1370 | 992 | 1453 | 973 | 1124 | 1015 | 742 | 654 S. (geb.);
  ➲ Ausführlich und korrekt, der Klassiker als Begleitung eines Physik‑Studiums  [dem heutigen Zeitgeist, insb. Bachelor-/Master-Studiengängen, geschuldet, wurde das Werk 2012 durch eine kompakt – Fassung mit insgesamt 1755 Seiten ersetzt].
• Physik Oberstufe, 2008, Cornelsen, ISBN 978‑3‑06‑013006‑1, 563 S.;
  ➲ Nach meiner Einschätzung das beste Physik‑Oberstufenbuch – auch bzgl. selbstständigem Lernen durch Schüler ❣
• Das große Tafelwerk interaktiv 2.0 – Niedersachsen, A. Gramm, H. König, W. Kricke, et al., 2012 (4. Druck), Cornelsen, ISBN 978‑306‑0016‑150, 164 S.;
  ➲ Übersichtliche Formelsammlung zum Abitur
• Abiturprüfung Niedersachsen – Physik gA/eA – 2017  (Original Prüfungsaufgaben mit Lösungen; inkl. CD‑ROM), Sep. 2016, Stark, ISBN 978‑3‑8490‑2754‑4, 230 S.;
  ➲ Interessant und zur direkten Abiturvorbereitung sehr zu empfehlen  (möglichst Abiturjahrgang)
• Faszinierende Physik: Ein bebilderter Streifzug vom Universum bis in die Welt der Elementarteilchen, Springer Spektrum, ISBN 978‑3642‑37811‑9, 304 S.;
  ➲ Super Bilder mit interessantem Text!
• Siehe Liste der weiterführenden Literatur:
  • zur 🧮Mathematik,
  • zur 🔭Astronomie,
  • zum 💾Programmieren und
  • zur 👨‍🏫Lehre sowie
  📋PDF-Downloads:
  •  zu Selbstlern‑Infos  [rudimentäre Zusammenstellung]  ✯ Neu 11/2022 ✯ ,
  •  zu Magnetismus und Magnetfeld  [Zusammenfassung]  ✯ Neu 02/2019 ✯ ,
  •  zur Mechanik – Dynamik: Kräfte  [Zusammenfassung]  ✯ Neu 05/2023 ✯ ,
  •  zur Berechnungen mit Formeln und Einheiten  [Zusammenfassung]  ✯ Neu 10/2023 ✯ ,
  •  Elektrischer Strom  [Zusammenfassung]  ✯ Neu 11/2022 ✯ ,
  •  zur Elektrostatik  [Zusammenfassung]  ✯ Angedacht ??/2025 ✯ ,
  •  zur Einteilung der Physik inkl. SI‑Einheiten und Notation von Messwerten  [Zusammenfassung],
  •  zu Messfehlern und Fehlerrechnung  [Zusammenfassung],
  •  zur Newton'schen Mechanik & Kinematik  [Zusammenfassung]   ✯ Erweitert 03/2019 ✯ ,
  •  zu Elektromagnetischen und gravischen Feldern  [Zusammenfassung]  und
  •  zu Schwingungen und Wellen  [Zusammenfassung] – darüber hinaus
  •  zu den Maxwell'schen Gleichungen  [Uni‑Zusammenfassung],
  •  zur Kernphysik: Nuklide & Periodensystem  [Zusammenfassung, geringer Anteil von der Uni],
  •  zur Relativitätstheorie  [Uni‑Zusammenfassung],
  •  zur Kosmologie  [Uni‑Zusammenfassung], sowie Zusammenfassungen von
  • 📢Vorträgen zur Einstimmung in die Physik und Astronomie.

©️ 2001‑2025