Füüsikalised mõõtühikud
SI-süsteemi põhiühikud
Tuletatud ühikud
Soojuslike suuruste mõõtmise ühikud
Ühikute teisendamine
Ajalooliselt on välja kujunenud mitmesuguseid mõõtühikuid ja mõõtühikusüsteeme. Teadusliku maailmavaate ja teaduse arenguga kaasnes vajadus mõõtühikuid ühtlustada ja luua rahvusvaheliselt ühtne mõõtühikusüsteem.
Meetermõõdustikule tuginedes on välja töötatud praktiliselt kõik hilisemad mõõtühikusüsteemid: CGS – cm, g, s; MTS – m, tonn, s; MKSA – m, kg, s, A; jt. Mõõtühik on seega kokkulepe mingi füüsikalise suuruse mõõtmiseks. On põhiühikud ja tuletatud ühikud. Põhiühikuteks on näiteks meeter, sekund ja kilogramm. Tuletatud ühikuks on näiteks kiiruse mõõtühik meeter/sekundis.
Tehnoloogiliste arvutuste teostamisel ja segaduste vältimiseks tulevad lähteandmed teisendada ühte kindlasse mõõtühikute süsteemi. Enamkasutatavam mõõtühikute süsteem on SI-süsteem.
SI-süsteemi põhiühikud
SI-süsteem võeti rahvusvaheliste kokkulepete alusel ülemaailmselt kasutusele 1960. aastatel. SI-süsteemis on põhiühikute dimensioone ja põhiühikuid endid kokku seitse:
Pikkus [L] – meeter (m)
Mass [M] – kilogramm (kg)
Aeg [T] – sekund (s)
Voolutugevus [I] – amper (A)
Termodünaamiline temperatuur [Θ] – Kelvini kraad (K)
SI-süsteemis kasutatakse temperatuuri mõõtmiseks Kelvini skaalat. Temperatuuri ühik selles on nimetatud lord Kelvini järgi kelviniks (lühendtähis K). 1 kelvin on 1⁄273,15 vee kolmikpunkti termodünaamilisest temperatuurist. Temperatuuri ühik kelvin kuulub SI-süsteemi põhiühikute hulka.
Temperatuuri muutus kelvinites võrdub arvuliselt temperatuuri muutusega Celsiuse kraadides (°C):
Kelvini skaala on Celsiuse skaalaga seotud järgmiselt:
Aine hulk [N] – mool (mol)
Valgustugevus [J] – kandela (cd)
Neile lisanduvad täiendavate ühikutena nurga ja valgustugevuse mõõtühikud
Nurk – radiaan (rad)
Valgustugevus [J] – kandela (cd)
Tuletatud ühikud
Need ühikud on tuletatud põhiühikutest. Selleks valitakse vastavad füüsikalised seosed, mida kirjeldavates valemites on vastav suurus sees ainukese tundmatuna.
Jõu mõõtühik on njuuton (N), mis on jõud, mille toimel 1 kg massiga keha saab kiirenduse 1 m/s2.
1 N = 1 kg x m/s2
Tihedus on füüsikaline suurus, mis näitab aine massi ruumalaühikus. Seda tähistatakse reeglina sümboliga ρ. Tiheduse mõõtühik on kg/m3.
kus m on aine mass ruumalas V
Viskoossuseks (η) nimetatakse takistust, mida antud keskkond osutab oma osakeste liikumisele üksteise suhtes. Viskoossust võib käsitleda vedelike liikumisel tekkiva sisehõõrdena, mis omakorda on põhjustatud väga suurtest molekulidevahelistest külgetõmbejõududest. Mõõdetakse SI-süsteemis [Pa x s]. Mõõtühikuna kasutatakse veel puaasi (P), sentipuaasi (cP).
dv
F = η = ——— = S [N x s/m2 = Pa x s]
dx
f dx
η = —— ——
s dv
Piima keskmine viskoossus 20 ºC juures on 1,8 x 10-3 Pa x s (1,8 cP)
Töö mõõtühik on džaul (J). Džaul on töö, mida teeb jõud 1 N, kui selle rakenduspunkt nihkub ühe meetri võrra.
1 J = 1 N x m = 1 kg x m2/s2
Võimsus on sekundis tehtava töö hulk. Seda mõõdetakse vattides (W). Üks vatt on võimsus, mille puhul tehakse ühe sekundi jooksul tööd üks džaul.
1 W = 1 J/s = 1 kg x m2/s3
Rõhk (p) on jõud, mis mõjub ühele pinnaühikule. Rõhku mõõdetakse paskalites. Üks paskal 1 Pa = 1 N/m2. Paskal on väga väike ühik, sellepärast on laialt levinud liidete „kilo“ ja „mega“ kasutamine. Üks kilopaskal 1 kPa = 1000 Pa, 1 Mpa = 1 000 000 Pa.
1 kg = 9,8 N
Rõhuühikuna on kasutusel ka ühik baar (bar) = 0,1 MPa
Laialt levinud rõhuühik on veel atmosfäär = 1 kg/cm2
Tehniline atmosfäär on mitte-SI süsteemi rõhuühik, mis on võrdne ühe jõukilogrammiga ruutsentimeetri kohta (tähis at). At on rõhk, mille tekitab jõud 1 kgf 1 cm2 suurusele pinnale; 1 at = 98 066,5 Pa.
Normaal- ehk standardatmosfäär (tähis atm) on rõhk, mis võrdub 760 mm kõrguse elavhõbedasamba rõhuga normaaltingimustel. 1 atm = 101 325 Pa.
Suhteline õhuniiskus ehk relatiivne õhuniiskus ehk suhteline niiskus on veeauru osarõhu ja samadel füüsikalistel tingimustel küllastunud veeauru osarõhu suhe. Suhtelist õhuniiskust väljendatakse protsentides (%), tähis r.
Absoluutne niiskus (tähis a) on veeauru mass antud ruumalas õhus. Absoluutset niiskust arvutatakse valemiga
on absoluutne niiskus
on veeauru mass
on õhu ruumala.
Absoluutse niiskuse mõõtühik on g/m³. Näiteks kui veeauru on ühes kuupmeetris õhus 25 g, siis õhu absoluutne niiskus on 25 g kuupmeetri kohta (25 g/m³).
Soojuslike suuruste mõõtmise ühikud
Piimatehnoloogias on soojusvahetusaparaatide soojuse ja külma kulu leidmisel tingimata vaja teada piima ja piimatoodete soojustehnilisi omadusi.
Need on:
- erisoojus
- soojusjuhtivus
- temperatuurijuhtivus
Need kolm näitajat on omavahel seotud järgmiselt
λ
α = ——
cρ
α – temperatuurijuhtivus [m2/s]
λ – soojusjuhtivus [W/(m x K)]
c – erisoojus [J/(kg x K)]
ρ – tihedus [kg/m3]
Piima soojustehnilised omadused sõltuvad piima kuivainesisaldusest, niiskusest, rasvasisaldusest, temperatuurist, happesusest, rasva dispergeerumise astmest jm.
Erisoojus (c) on soojuse kulu džaulides, mis kulub 1 kg aine temperatuuri tõstmiseks 1 ͦ C võrra. Mõõtühikuks on [J/(kg x K)]. Piima erisoojus muutub temperatuuri tõstmisel vähe, sellepärast võib teda vaadelda jääva suurusena – 3900 J/(kg x K).
Soojusjuhtivus (λ) iseloomustab toote omadust edasi kanda soojust. Soojusjuhtivuse λ all mõistetakse soojushulka džaulides, mis kandub läbi ühe pinnaühiku (m2) ühe ajaühiku vältel (1 s) temperatuurigradiendi ühikulisel väärtusel.
Piima soojusjuhtivus suureneb temperatuuri tõusuga, väheneb piima rasvasisalduse ja vahu suurenemisel. Keskmine väärtus 0,52 – 0,64 W/(m x K).
Temperatuurijuhtivus (α) näitab toote soojenemise ja jahtumise kiirust. Temperatuurijuhtivust on võimalik leida, kui on teada toote soojusjuhtivus, erisoojus ja tihedus.
λ
α = —— m2/s
cρ
Temperatuurijuhtivus sõltub toote temperatuurist, niiskusest, tihedusest, rasvasisaldusest jt teguritest. Piima temperatuurijuhtivus on keskmiselt 13 x 10 -8 m2/s.
Ühikute teisendamine
Tehnoloogilistes juhendites ja seadmete tehnilistes kirjeldustes kasutatakse sageli mõõtühikute kordseid- ja osaväärtusi. Sel juhul tuleb näitajad teisendada ühe süsteemi ühikutesse. Allpool on seosed piimatehnoloogias enamkasutatavate ühikute vahel. Teisendamiseks on kasutataud lisas… esitatud ühikute konversiooni tabelit.
Rõhk
1 atm = 101 325 Pa = 101,325 kPa = 0,101325 MPa = 1,01325 bar = 759,99989 mmHg
1 at = 98 100 Pa = 98,1 kPa = 0,0981MPa = 736 mmHg
Näide 1. Piima homogeniseeritakse rõhul 120 atmosfääri (at). Kui suur on see rõhk megapaskalites (MPa)?
1 Pa = 1 N/m2
1 at = 1 kg/cm2 = 9,81 [N]/10-4 [m2] = 9,81 x 104 Pa [N/m2] = 98 100 Pa = 0,0981 MPa
Järelikult 120 at = 120 x 0,0981 = 11,772 MPa
Maht
1 liiter = 1 dm3 = 10-3m3 = 1000 cm3 = 1000 ml
1 m3 = 103 dm3 = 103 l = 106 cm3
1 detsiliiter (dl) = 100 ml
1 sentiliiter (cl) = 10 ml
1 dl = 10 cl = 100 ml = 0,1 l
1 cl = 10ml = 0,1dl =0,01 l
1 ml = 0,1cl = 0,01 dl = 0,001 l
Näide 1. Teisenda 700 ml liitriteks, detsiliitriteks ja sentiliitriteks.
Kuna 1 ml = 0,001 l, siis peame jagama 1000-ga või korrutama 0,001-ga, et saada vastus liitrites.
Seega 700 ml/1000 = 0,7 l
Kuna 1 ml = 0,01 dl, siis peame ml jagama 100-ga või korrutama 0,01-ga.
700 ml/100 = 7 dl või 0,7 l x 10 = 7 dl
Kuna 1 ml = 0,1 cl, siis vastuse saamiseks sentiliitrites peame ml jagama 10-ga või korrutama 0,1-ga.
700 ml/10 = 70 cl või 0,7 l x 100 = 70 cl või 7 dl x 10 =70 cl
Mass
1 kg = 1000 g = 10-3 t = 0,001 t t – tonn midagi on siin valesti?
1 t = 1000 kg = 103 kg = 1 000 000 g = 106 g
Näide 1. Teisenda 15,06 kg grammideks.
Kuna 1 kg =1000 g, siis peame kg korrutama 1000-ga.
Seega 15,06 x 1000 = 15 060 g
Näide 2. Teisenda 115 g kilogrammideks.
Kuna 1 g = 0,001 kg, siis peame grammid jagama 1000-ga või korrutama 0,001-ga, et saada arv kilogrammides.
Seega 115/1000 =0,115 kg
Temperatuur
Näide 1. Teisenda 50 K Celsiuse kraadidesse.
0 K = – 273,15 ºC, ehk T = ºC + 273,15 K
t = -273,15 + 50 = -223,15 ºC
Näide 2. Termomeetriga määrati plaatsoojusvahetis jahutusvee temperatuur, milleks oli 16 ºC. Milline on see temperatuur Kelvini skaala järgi?
T = 16 + 273,15 = 289,15 K