1.- Evolucion Constante del Sistema de Unidades de Medida EGuillen.pdf

Unidades de medida

1. Evolución del
Sistema de Unidades de Medida
Edwin Guillén
Responsable del Equipo Funcional de
Servicios Tecnológicos e Innovación

4. Contenido
•En el Principio
•Evolución de las Unidades de Medida
•La Convención del Metro
•Sistema Métrico Decimal
•Sistema Internacional de Unidades de Medida SI
•Estructura del SI
•Las 7 unidades de base del SI
•Definición de unidades de base del SI
•Nuevas definiciones del SI
•¿Por que el cambio?
•El nuevo SI
•Conclusiones y Ventajas del Nuevo SI

5. EN EL PRINCIPIO
Desdeelprincipiodelahistoriaelhombre
percibiólanecesidaddeinventarydesarrollar
unsistemadesignosparacomunicarseentre
sí.
Asísurgióellenguajequehaido
evolucionandoatravésdeltiempo.
Perohabíantambiénotrasnecesidadesde
comunicaciónapartedellenguaje.
Serequeríadealgomáselaboradoque
incluyeranunconjuntodesignosque
representaranlanumeraciónylamagnitud
pararesolverproblemastansimplescomoel
intercambiodeproductosentrelospobladores
deépocasantiguas.

6. EVOLUCIÓN DE LAS UNIDADES DE MEDIDA
Losprimerossistemasdemedidasusaban
laspartesdelcuerpohumanacomo
unidadesporloqueocasionarongrandes
confusiones,debidoalasdiferencias
anatómicasentreunapersonayotra.
Asífueronusadaslasunidadesdemedida
llamadaspie;codo;palmo;dedo;pulgada;
braza;etc.
Entonces,huboquedarsecuentadeque
elproblemademediciónsubsistía:
¿cuántomásgrandeesestepiequeaquel
otro?

7. Subsistíanentoncesunagrandiversidaddeunidadesdemedida
inclusodentrodeunamismaregióncreandoungrancaos.
Durantesiglosseensayaronmúltiplessolucionesaeste
problema.El“PieRealdeCarlomagno”yla“PiladeCarlomagno”
fueron,porejemplo,establecidoscomopatronesdemedida
graciasalagranlabororganizadorayunificadoradelRey
Carlomagnohaciaelaño790DC.

8. DespuésdeCarlomagnoseretrocedióaldesordenque
antedeélhubo.
EngranpartedelaEdadModernahubieronvariosintentos
poruniformizarlasunidadesdemedidasinmayoréxito.
EnFranciaseempezaronausarmedidasquefueronlas
antecesorasdelsistemamétrico.
LATOESA(BRACIATENSA=brazosextendidos)DEL
CHATELET=Barradefierrode6piesempotradaenla
fortalezadelGrandChatelet=1,949metros
PrimerTerciodelSigloXVII:Sefabricanla
ToesadelNorte
ToesadelPerú=ToesadelaAcademiasirvióparafijarla
longituddelmetro.Seconservacomopiezahistóricaenel
ObservatoriodeParís

9. SISTEMA METRICO DECIMAL (SMD)
PadredelSMD:GabrielMouton(1618-1694)vicario
delaIglesiadeSanPabloenLyon.
Usóelprincipiodedecimalidadpropuestoporel
matemáticoSimonStevinenLeyden,Holanda.
1790:CharlesMauricedeTayllerand,obispodeAutun,
presentóalaAsambleaNacionaldeFranciaun
proyectodeLeyparauniformizarlaspesasymedidas.
LaAcademiadeCienciasdeFranciafueencargadade
tallabor.

10. SISTEMA METRICO DECIMAL (SMD)
SeescogióelplanetaTierracomoreferente.
Ladiezmillonésimapartedelcuadrantedelmeridiano
terrestreseríalaunidaddelongitudllamada“metro”del
griegoaetrof=lamedida

11. Unacomisióncientíficarealizounatitánicalaborqueduro
variosañosyqueinclusopusoenjuegolavidadelos
científicosporlasguerrasdelaépoca.
Seisañosdespuésen1798laterminaron.Susresultados:
Cuartapartedelmeridianoterrestre=
5130740toesasdelPerú
Entonces:
1metro=(1/10000000)(5130740toesasdelPerú)
1metro=3pies11,296líneasdelatoesadelPerú
Unidaddemasa=masadeunvolumendeaguadestilada
igualauncubocuyaaristaesiguala1/10demetroala
temperaturadelhielofundente;queluegotuvoque
cambiarsealatemperaturaparalaqueladensidaddel
aguafueramáxima(aprox.4°C).

12. Seconstruyeronrepresentacionesfísicas(=prototiposo
patrones)delmetroydelaunidaddemasa(1799):
Elmetropatróndeplatinoiridio
Elkilogramopatróndeplatinoiridio
Area=cuadradode10mdelado
Stereo=volumendeleñade1m
3
Litro=contenidodeunrecipientecúbico
dearistaigualaundecímetro
Segundo
Lavoisier:“Jamásnadamásgrandenimassimple
nimascoherenteentodasparteshabíasalidode
lasmanosdeloshombres”

13. SISTEMA MÉTRICO DECIMAL SMD
LosPatronesdeplatinoeiridiorepresentandorespectivamente
elmetroyelkilogramo,formaronlabasedeloquesellamóel
SistemaMétricoDecimal.
Estesistemaquealprincipiosolocubríaelcampodelas
medicionesmecánicasdioorigenanumerosossistemas
derivadosparalosdiferentescamposdeaplicaciónyporende
aunidadesdiferentesparaunamismamagnitudfísica.
SISTEMA DERIVADOS DEL SMD
EntrelossistemasderivadosseencuentranelCGS(centímetro,
gramo,segundo)elMKS(metro,kilogramo,segundo),elMTS
(metro,tonelada,segundo),elMKFS(metro,kilogramo,
fuerza,segundo)yelMKSA(metro,kilogramo,segundo,
ampere).

14. LA CONVENCIÓN DEL METRO
LaConvencióndelMetrofuefirmadaenParísen1875
porlosrepresentantesde17naciones.
Perúfueunodelos17paísesfirmantes.
LaConvenciónfundóelBureauInternationaldesPoids
etMesures,BIPM,yestablecióunaorganización
permanenteparaactuardecomúnacuerdoentodos
lostemasrelacionadosconlasunidadesdemedida.
LaConvencióntienehoy57miembrosplenosy40asociados.

15. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES DE
MEDIDA SI
LasConferenciasGeneralesdePesasyMedidas(CGPM)hicieron
esfuerzossucesivosparalograrunsistemademedidas
uniformeycoherenteentodoelmundo.
En1954la10ªCGPMadoptóunsistemadeunidadesde
medidacoherenteyracionalizadobasadoenlas4unidadesdel
MKSAmáselkelvincomounidaddetemperaturaylacandela
comounidaddeintensidadluminosa.(=6unidadesdebase)
La11ªCGPMen1960,adoptóelnombredeSistema
InternacionaldeUnidadesSIalsistemade6unidadesdebase
establecidoen1954.
La14CGPMen1971adoptóladefiniciónactualdelmolysele
incluyócomolaséptimaunidaddemedidadebasedelSI.

16. ESTRUCTURA DEL SISTEMA INTERNACIONAL DE
UNIDADES DE MEDIDA SI
LasunidadesdelSIseclasificanen:
•Unidadesdebase:Existen7unidadesdebase.
•Unidadesderivadas:Existenmuchísimasunidades
derivadasformadasporlacomposicióndeunao
masdelas7unidadesdebase.

17. LAS 7 UNIDADES DE BASE DEL SI
Magnitud Unidad Símbolo
longitud metro m
masa kilogramokg
tiempo segundo s
intesidad de corriente eléctricaampere A
temperatura termodinámicakelvin K
intensidad luminosa candela cd
cantidad de sustancia mol mol

18. DEFINICIÓN DE UNIDADES DE BASE DEL SI
metro:
Año 1960 (11a CGPM ):
“El metro es 1 650 763,73 veces la longitud de onda en el vacío de
la radiación naranja del átomo del Kryptón86.”
La exactitud era cincuenta veces superior a la del patrón de 1889.
Año 1983 (17a CGPM ):
“El metro es la longitud del trayecto recorrido en el vacío por un
rayo de luz en un tiempo de 1/299 792 458 segundos.”
La exactitudde esta definición es unas treinta veces superior a la
de 1960.

19. DEFINICIÓN DE UNIDADES DE BASE DEL SI
kilogramo:Eslaunidaddemasa(ynodepesonidefuerza)igualalamasadel
prototipointernacionaldelkilogramo(vernota1)[adoptadaenla1ª
CGPM(1889),yconfirmadaenla3ªCGPM(1901)].
.

20. Longitud
metro
m
Masa
kilogramo
kg
Tiempo
segundo
s
Cantidad de materia
mol
mol
Intensidad de corriente
electrica
ampere
A
Temperatura
termodinamica
kelvin
K
Intensidad luminosa
candela
cd
UNIDADES DE BASE SI
Superficie
m
2
Volumen
m
3
Velocidad
m/s
Aceleracion
m/s
2
Fuerza,
pesonewton N
Presión
pascal Pa
Trabajo,energía
joule J
Dosis abdorbida, lerma
gray Gy
Equivalente de dosis
sievert Sv
Potencia
watt W
Potencia
eléctrica,
tensión eléct.
volt V
Actividad
becquerel
Bq
Frecuencia
hertz Hz
Inductancia
henry H
Flujo de
inducción
magnética
weber Wb
Cantidad de
electricidad
coulomb C
Capacitancia
eléctrica
farad F
Temperatura
Celsius
grado
Celsius
°C
Resistencia
elétrica
ohm 
Conductancia
eléctrica
siemens
S
Flujo
luminoso
lumen
lm
Iluminación
lux lx
m
2
Multiplicación
División
Inducción
magnética
tesla T
m
2

21. NUEVAS DEFINICIONES DEL SI
Eldesarrollocientíficoytecnológicorequierecadavezmásunamejorexactitudpara
lasunidadesyunamejorreproducibilidaddelasmismas.
Lananotecnología,porejemplo,avanzamáslentamentedeloprevisto,debidoen
parteaproblemasdemediciónycaracterizacióndelosnanoobjetosydispositivos
nanométricosporladificultaddeobtenertrazabilidadalSIconlaaltísimaexactitud
requeridaaesosniveles.
DelassieteunidadesbásicasdelSI,únicamenteelkilogramoestádefinidoaúncomo
patrónmaterial-elprototipointernacionaldelkilogramode1889-loquelimitasu
exactitud,asícomoladelampere,elmolylacandela,queasuvezdependendeél.
¿Por que el cambio?

22. EL CAMBIO AL NUEVO SI
EsuncambioconsideradodegranimportancianosoloenlaMetrologíasinoen
lahistoriadelacivilización.
Lasunidadesbásicassevanaredefinirdeunaformatanfundamentalquees
necesariohablardeuncambiodeparadigma.
Yanovaasermasunpequeñoconjuntodeunidadesbásicaslasquevanaserlas
referenciasmundialesparalasmedicionessinomasbienlovanaserunaseriede
constantesnaturales,esdecirobjetos,queadiferenciadecadamaterialización
deunamedidasonrealmenteinvariables.
Puestoquelasconstantesnaturalessonrealmenteconstantesentoncesnuestro
sistemadeunidadestendráentonceslabasemasfirmeyconfiablequesepueda
pensar.
DeestamaneraenelnuevoSItodaslaunidadessondefinidasentérminosdeun
conjuntode7constantesdereferencias,llamadas“constantesdedefinicióndel
SI”,queson:

23. LAS CONSTANTES DEL NUEVO SI
•Lafrecuenciadetransicióndelaestructurahiperfinadelestadofundamental
delátomodecesio133Δn
Cs
•Lavelocidaddelaluzenelvacíoc
*LaconstantedePlanckh
•Lacargaelementale
•LaconstantedeBoltzmank
B
•LaconstantedeAvogadroN
A
*LaeficacialuminosaK
cddeunaradiaciónmonocromáticaespecifica.

24. Asítendremosque:
oElkilogramocontinuarásiendolaunidaddemasa,perosuvalorseobtendrá
fijandoelvalornuméricodelaconstantedePlanckhexactamenteiguala
6,626070040x10
-34
joulessegundo.
oElamperecontinuarásiendolaunidaddecorrienteeléctrica,perosuvalorse
obtendráfijandoelvalornuméricodelacargaelementaleexactamenteiguala
1,6021766208x10
-19
coulombs.
oElkelvincontinuarásiendolaunidaddetemperaturatermodinámica,perosu
valorseobtendráfijandoelvalornuméricodelaconstantede
Boltzmannk
Bexactamenteiguala1,38064852x10
-23
joulesporkelvin.
oElmolcontinuarásiendolaunidaddecantidaddesustanciadeunaentidad
elementalespecificada(átomo,molécula,ion,electrónocualquierotra
partículaogrupoespecificadodepartículas),perosuvalorseobtendráfijando
elvalornuméricodelaconstantedeAvogadroN
Aexactamenteiguala
6,022140857x10
23
pormol.

25. Enresumen,elnuevoSIseráelSistemadeunidadesenelque:
•La frecuencia de transición de la estructura hiperfinadel estado
fundamental del átomo de cesio 133 Δn
Csesexactamente
9 192 631 770 hertz .
•La velocidad de la luz en el vacío ces exactamente299 792 458metros por
segundo.
•La constant de Planck hes exactamente 6,626 070 040 x 10
–34
joules
segundo.
•La carga elemental ees exactamente 1,602 176 6208 x 10
–19
coulombs.
•La constante de Boltzmann k
Bes exactamente 1,380 648 52 x 10
–23
joules
por kelvin.
•La constantede Avogadro N
Aes exactamente 6,022 140 857 x 10
23
por
mol.
•La eficacia luminosa K
cdde la radiaciónmonocromáticade
frecuencia540 x 10
12
Hzes exactamente 683 lumens por watt.
EL “NUEVO” SI

26. LA NATURALEZA DE LAS
SIETE CONSTANTES DE DEFINICION
La naturaleza de las constantes de definición va desde las constantes
fundamentales de la naturaleza hasta constantes técnicas.
El uso de una constante para definir una unidad desconecta su definición de su
realización.
Esto ofrece la posibilidad de que realizaciones prácticas completamente
diferentes o nuevas puedan desarrollarse, conforme evolucionan las tecnologías.
Una constante técnica como K
cdse refiere a una aplicación especial.
Puede ser elegida libremente en principio, dado que incluye por convención
factores fisiológicos u otros factores de ponderación.
En contraste con esto, una constante fundamental de la naturaleza en general no
dará esta opción por estar relacionada con otras constantes a través de las
ecuaciones de la Física.
El conjunto de las siete constantes de definición se ha elegido de tal forma que
proporcionen la referencia más fundamental, estable y universal, y al mismo
tiempo permitan realizaciones prácticas con las incertidumbres más pequeñas.

27. LA NATURALEZA DE LAS SIETE CONSTANTES DE
DEFINICION
Las convenciones y especificaciones técnicas también toman en cuenta los
desarrollos históricos.
Tanto la constante de Planck hcomo la velocidad de la luz en el vacío cse
describen adecuadamente como fundamentales. Ellas determinan los efectos
cuánticos y las propiedades espacio-temporales, respectivamente, y afectan a
todas las partículas y campos por igual en todas las escalas y en todos los
entornos.
La carga elemental ecorresponde a la intensidad del acoplamiento de la fuerza
electromagnética a través de la constante de estructura fina α= e
2
/ (2cε
0h) ,
donde ε
0es la constante dieléctrica.
.

28. LA NATURALEZA DE LAS SIETE CONSTANTES DE
DEFINICION
La constante de Boltzmannk
Bcorresponde a un factor de conversión entre la
unidad de temperatura (kelvin) y la de energía (joule), por lo que el valor
numérico se obtiene de las especificaciones históricas para la escala de
temperatura.
La temperatura de un sistema aumenta con la energía térmica, pero no
necesariamente con la energía interna de un sistema.
En la física estadística la constante de Boltzmannconecta la entropía Scon el
número Ω de estados mecánico-cuánticos accesibles: S= k
BlnΩ .

29. La frecuencia del cesio Δν
Cs, es decir la
frecuencia de transición de la estructura
hiperfinadel estado fundamental del átomo
de cesio 133 tiene el carácter de un
parámetro atómico, que puede verse afectado
por el medio ambiente, tales como los
campos electromagnéticos.
Sin embargo, esta transición está bien
comprendida, es estable y también es una
buena opción como una transición de
referencia bajo consideraciones prácticas .
LA NATURALEZA DE LAS SIETE CONSTANTES DE
DEFINICION
Elelectronsolitariofueradelnúcleosimétricode54electronestieneunaenergíade
desdoblamientollamadaestructurahiperfinacausadaporlainteracciónconelespin
nuclearqueestáseparadadeélporunaescaladedistanciade55milunidades.
Laseparaciónenergéticaesmuypequeña,aproximadamente1/100000delaenergía
deionización,perosuexcepcionalexactitudnospermitemedireltiempoconuna
exactitudde1segundoen1,4millonesdeaños.
•.

30. LA NATURALEZA DE LAS SIETE CONSTANTES DE
DEFINICION
La constante N
Ade Avogadro corresponde a un factor de conversión entre la
unidad de cantidad de substancia (mol) y la unidad para contar entidades
(unidad 1).
Por lo tanto, tiene el carácter de una constante de proporcionalidad similar a la
constante de Boltzmannk
B.
La eficacia luminosa K
cdes una constante técnica relacionada con una respuesta
espectral convencional del ojo humano.

31. IMPLEMENTACION DEL SI
Las definiciones de las unidades SI son decididas por la CGPM que representa el
nivel de referencia más alto para la trazabilidad metrológica al SI.
Los Institutos Nacionales de Metrología (INMs) en todo el mundo establecen las
realizaciones prácticas de las definiciones para permitir la trazabilidad de las
mediciones al SI.
Los Comités Consultivos proporcionan el marco para establecer la equivalencia de
las realizaciones a fin de armonizar la trazabilidad de las mediciones en todo el
mundo.
Varios países individualmente han establecido reglas sobre el uso de las unidades
de medición mediante la legislación nacional, ya sea para uso general o para áreas
específicas tales como el comercio, la salud, la seguridad y la educación.

32. IMPLEMENTACION DEL SI
En casi todos los países, esta legislación se basa en el SI.
La Organización Internacional de Metrología Legal (OIML) se encarga de la
armonización internacional de las especificaciones técnicas de esta legislación.
En el Perú de la misma manera tenemos establecido por la Ley 23560 el
Sistema Legal de Unidades de Medida del Perú SLUMP
basado completamente en el SI más ciertas unidades que por su importancia
pueden seguir usándose.

33. CONCLUSIONES Y VENTAJAS DEL NUEVO SI
*SeconcluyepuesqueloscambiospropuestosparaelnuevoSIsebasanenlos
resultadosdelainvestigaciónsobrenuevosmétodosdemediciónquehan
utilizadolosfenómenosfísicoscuánticoscomolabasedelospatrones
fundamentales.
*ElnuevoSIestarábasadoenunconjuntodedefinicionesdelasunidadesde
base,cadaunadelascualesestaráfirmementevinculadaconlasleyesdelafísica
atravésdeconstantesfundamentales.
*ElnuevoSItendrálasventajasdepoderabarcarlasnuevasmejorasenlaciencia
delamediciónylatecnologíaparasatisfacerlasnecesidadesdelosfuturos
usuariosdurantemuchosaños.