CURSO DE METROLOGIA INGENIERÍA FÍSICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA.

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1 CURSO DE METROLOGIA INGENIERÍA FÍSICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

2 METROLOGÍA La Metrología es definida como la ciencia de la medición, ésta envuelve tanto la teoría como la práctica. La medición tiene como objetivo determinar el valor de la cantidad, por ejemplo: temperatura, concentración de un gas, tiempo o resistencia eléctrica. La Metrología es parte fundamental de lo se conoce como "Infraestructura Nacional de la Calidad", compuesta por las actividades de: normalización, ensayos, certificación y acreditación, que a su vez son dependientes de las actividades metrológicas que aseguran la exactitud de las mediciones que se efectúan en los ensayos, cuyos resultados son la evidencia para las certificaciones.

3 Una magnitud física adquiere sentido cuando se la compara con otra que se toma como elemento de referencia. En realidad se manejan cantidades, o estados particulares de una magnitud, que se comparan con la cantidad tomada como unidad. La medida de una magnitud puede realizarse directamente, como cuando se mide una masa comparándola con una unidad, o indirectamente, como cuando se mide la velocidad media de un automóvil midiendo el espacio recorrido y el tiempo. Una vez definida la unidad de medida para ciertas magnitudes, a partir de estas unidades se pueden definir las correspondientes a otras magnitudes. Las primeras se conocen como magnitudes fundamentales y las segundas como magnitudes derivadas

4 PROCESO DE MEDIDA Procedimiento por el que se obtiene la expresión numérica de la relación que existe entre dos valores de una misma magnitud, uno de los cuales se ha adoptado convencionalmente como unidad. Los resultados de las medidas son números que, por diversas causas, que van desde el propio procedimiento hasta fallos del experimentador, presentan errores y son, por tanto, números aproximados. Lo importante en una medida es encontrar el número aproximado y estimar el error que se comete al tomar ese valor. La precisión de un instrumento de medida es la mínima variación de magnitud que puede determinar sin error. Un instrumento será tanto más preciso cuanto mayor sea el número de cifras significativas que puedan obtenerse con él.

5 El error de una medida también puede estar motivado por los errores sistemáticos del instrumento, que pueden deberse a defectos de fabricación, variaciones de la presión, la temperatura o la humedad. Estos errores no pueden eliminarse totalmente y para que su valor sea lo más pequeño posible se realizan pruebas de control que consisten en cotejar las medidas con las de un objeto patrón. Para obtener el valor de una magnitud lo más cercano posible al valor exacto hay que repetir la medida varias veces, calcular el valor medio y los errores absoluto y de dispersión. El error absoluto de una medida cualquiera es la diferencia entre el valor medio obtenido y el hallado en esa medida. El error de dispersión es el error absoluto medio de todas las medidas.

6 Cifras significativas: Son cifras significativas los dígitos de un número que se consideran NO nulos. Norma: Son significativos todos los números distintos de cero. Ejemplo: 5735 tiee 4 cifras significativas Los ceros situados entre dos cifras significativas son significativos. Ejemplo: 1009 tiene 4 cifras significativas. Los ceros situados antes de la primera cifra significativa no son significativos. Ejemplo: 0,004 solo tiene 1 cifra significativa. Para números mayores que 1, los ceros a la derecha de la coma son significativos. Ejemplo: 8,00 tiene 3 cifras significativas.

7 Para números sin coma decimal, los ceros posteriores a la última cifra distinta de cero pueden o no considerarse significativos. Así, para el número 70 podríamos considerar una o dos cifras significativas. Esta ambigüedad se evita utilizando la notación científica. Ejemplo: el número 7x10 1 tiene una cifra siginficativa y 7,0X10 1 tiene 2 cifras significativas.

8 VOCABULARO INTERNACIONAL DE METROLOGÍA (VIM) En el año 2007 se publicó la nueva versión del Vocabulario Internacional de Metrología, después de varios años de trabajo de los especialistas para armonizar y modernizar el lenguaje de los metrólogos. El VIM es planteado por el Comité Conjunto para las Guías en Metrología (JCGM). El comité es precedido por el Director del BIPM (Bureau International des Poids et Mesures (www.bipm.org))

9 VOCABULARO INTERNACIONAL DE METROLOGÍA (VIM) El Comité Conjunto está constituido por: Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) Federación Internacional de Química Clínica (IFCC) Organización Internacional de Normalización (ISO)

10 Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (IUPAP). Organización Internacional de Metrología Legal (OIML). Cooperación Internacional de Acreditación de Laboratorios (ILAC) VOCABULARO INTERNACIONAL DE METROLOGÍA (VIM)

11 El JCGM tiene dos grupos de trabajo: El Grupo de Trabajo 1: “Expresión de la incertidumbre de medida” cuya tarea es promover el uso de la Guía de expresión de incertidumbre en la medida (GUM), y preparar suplementos para ampliar su campo de aplicación. Grupo de Trabajo 2: “Grupo de Trabajo sobre el VIM” cuya tarea es revisar el VIM y promover su uso. El Grupo de Trabajo 2 está compuesto por representantes de todas las organizaciones miembro.

12 OBJETIVO DE LAS MEDICIONES EN EL VIM En general, un vocabulario es un “diccionario terminológico que contiene las designaciones y definiciones que conciernen a uno o muchos campos específicos” (ISO 1087-1:2000 párrafo 3.7.2). El VIM concierne al campo de las medidas: la metrología. Cubre también los principios que conciernen a las magnitudes y unidades. El campo de las magnitudes y unidades puede ser tratado de diferentes maneras. Tiene sus fundamentos en los principios expuestos en las diferentes partes de la Norma Internacional ISO 31, Magnitudes y Unidades, que serán sustituidas por la norma ISO/IEC 80000 y en el folleto sobre el SI (publicado por el BIPM).

13 La evolución del tratamiento de la incertidumbre de la medida, desde un enfoque clásico, considera que un mensurando puede ser descrito por un valor verdadero único compatible con la definición del mismo. El objetivo de las medidas en el enfoque clásico es determinar un valor tan próximo como sea posible al valor verdadero único. En el enfoque clásico se supone que los instrumentos y las medidas no proporcionan este valor verdadero a causa de “errores” aditivos, sistemáticos y aleatorios La expresión de las incertidumbres sugiere que las componentes de la incertidumbre de la medida sean agrupadas en dos categorías, A y B, según sean estimadas por métodos estadísticos o por otros métodos, y de combinarlas tratandolas en términos de varianzas

14 El objetivo de las mediciones en el enfoque en la incertidumbre no es determinar el mejor valor verdadero posible. En su lugar, este enfoque reconoce primero que la información obtenida de la medición permite únicamente atribuir un intervalo de valores al mensurando. Sin embargo, aún la medida más refinada no es posible reducir el intervalo a un solo valor a causa de la cantidad intrínsicamente finita de detalles en la definición del mensurando: una incertidumbre intrínseca impone por tanto un límite inferior a toda incertidumbre de medida. El intervalo puede ser representado por uno de sus valores, llamado “valor medido de la magnitud” “El objetivo de las mediciones es entonces establecer las probabilidades que los valores medidos dados sean compatibles con la definición del mensurando, a partir de la información obtenida en las mediciones”

15 CONVENCIONES DEL VIM Reglas terminológicas: Las definiciones y términos así como sus formatos, están conformes a las reglas de terminología expuestas en las Normas internacionales ISO 704, ISO 1087-1 e ISO 10241. En particular aplica el principio de sustitución: en toda definición es posible reemplazar un término, cuya definición está también en el VIM, por su propia definición sin introducir contradicción o redundancia

16 Intervalo: El término “intervalo” y el símbolo [ a, b ] son utilizados para denotar el conjunto de los números reales x tales que a ≤ x ≤ b donde a y b > a son números reales. El término “intervalo” es utilizado aquí para “intervalo cerrado”. Los símbolos a y b indican los extremos del intervalo [ a, b ]. EJEMPLO: Intervalo [ -4, 2].

17 Amplitud del intervalo: La amplitud del intervalo [ a, b ] es la diferencia b – a y se denota como r[ a, b ]: Ejemplo: encontrar la amplitud del intervalo [-4, 2] r[-4, 2] = 2- (-4) =6

18 Magnitud (Quantity): Propiedad de un fenómeno, de un cuerpo o de una sustancia a la cual se puede asignar un número con relación a una referencia. Ejemplo de magnitud en sentido general Ejemplo de magnitud particular longitud, lradio, rradio del círculo A, r A o r(A) longitud de onda, λlongitud de onda de la radiación D del sodio, λ D o λ(D; Na) energía, Eenergía cinética, Tenergía cinética de la partícula i en un sistema dado, T i calor, Qcalor de vaporización de la muestra i de agua, Q i Carga eléctrica, QCarga eléctrica del protón, e Resistencia eléctrica, RResistencia eléctrica del resistor i en un circuito dado, Ri Concentración en cantidad de sustancia del constituyente B, c B Concentración en cantidad de sustancia de etanol en la muestra i de vino, c i (C 2 H 5 OH) Concentración de partículas del constituyente B, C B Concentración de eritrocitos en la muestra i de sangre, C(Erc; B i )

19 Sistema de magnitudes (system of quantities): Conjunto de magnitudes asociadas con un conjunto de ecuaciones no contradictorias entre esas magnitudes. Las magnitudes ordinales, tales como la dureza Rockwell C, generalmente no se consideran como parte de un sistema de magnitudes, porque están ligadas a otras magnitudes únicamente por relaciones empíricas. Magnitud de base (base quantity): Magnitud de un subconjunto elegido por convención de un sistema de magnitudes dado, de manera que ninguna magnitud del subconjunto pueda ser expresada en función de las otras.

20 Magnitud derivada (derived quantity): Magnitud, en un sistema de magnitudes. definida en función de sus magnitudes de base. Ejemplo: En un sistema de magnitudes que contenga las magnitudes de base longitud y masa, la densidad de masa es una magnitud derivada definida como el cociente de una masa por un volumen (longitud al cubo). Sistema Internacional de Magnitudes (International System of Quantities ISQ): Sistema de magnitudes con de las siete magnitudes de base: longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura termodinámica, cantidad de sustancia e intensidad luminosa.

21 Dimensión de una magnitud (quantity dimension): Expresión de la dependencia de una magnitud en términos de las magnitudes de base de un sistema de magnitudes, como un producto de potencias de factores que corresponden a las magnitudes de base, en el que se ha omitido todo factor numérico. Ejemplo: En el ISQ, la dimensión de la fuerza es dim F= LMT -2 En el mismo sistema de magnitudes, ML -3 es la dimensión de la concentración de masa y también la de la densidad de masa.

22 Una potencia de un factor es el factor elevado a un exponente. Cada factor es la dimensión de una magnitud de base. Por convención, la representación simbólica de la dimensión de una magnitud de base es una letra mayúscula única en caracteres romanos (rectos) con líneas del mismo grueso sin remates. Por convención, la representación simbólica de la dimensión de una magnitud derivada es el producto de potencias de las dimensiones de las magnitudes de base conforme a la definición de la magnitud derivada. La dimensión de la magnitud Q se denota como dim Q.

23 Para establecer la dimensión de una magnitud, no se tiene en cuenta el carácter escalar, vectorial o tensorial de la misma. En un sistema de magnitudes dado:  Las magnitudes de la misma naturaleza tienen la misma dimensión.  Las magnitudes de dimensiones diferentes son siempre de naturaleza diferente.  Las magnitudes que tienen la misma dimensión no son necesariamente de la misma naturaleza.

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25 Magnitud de dimensión uno o magnitud sin dimensión (quantity of dimension one, dimensionless quantity): Magnitud para la cual todos los exponentes de los factores correspondientes a las magnitudes de base que intervienen en su dimensión son nulos. Ejemplos: Ángulo plano, ángulo sólido, índice de refracción, permeabilidad relativa, fracción de masa, factor de fricción. Número de vueltas de una bobina, número de moléculas en una muestra determinada, degeneración (número de niveles de energía) en mecánica cuántica

26 Unidad de medida (measurement unit): Magnitud escalar, definida y adoptada por convención, con la cual se puede comparar cualquier otra magnitud de la misma naturaleza para expresar la relación de las dos magnitudes cómo un número. Las unidades se designan por los nombres y los símbolos que les han sido asignados por convención.. Las unidades de las magnitudes de la misma dimensión pueden ser designadas por el mismo nombre y el mismo símbolo aún si estas magnitudes no son de la misma naturaleza. Joules Kelvin Capacidad térmica Entropía