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Das SI-System bildet das Fundament der Physik, unterscheidet sieben fundamentale Basisgrößen von daraus abgeleiteten Größen und verwendet standardisierte Präfixe für Größenordnungen.
In der Naturwissenschaft beschreiben wir die Welt durch physikalische Größen. Eine Größe besteht immer aus einem Zahlenwert und einer Einheit. Um weltweit eine einheitliche Sprache zu sprechen, nutzt man das SI-System (Système international d’unités).
Das SI-System funktioniert wie ein Baukasten. Es gibt genau sieben Basisgrößen, die als fundamentale Bausteine dienen. Alle anderen physikalischen Einheiten lassen sich aus diesen sieben Grundsteinen zusammensetzen.
Die sieben Basisgrößen und ihre Einheiten sind: die Länge (l, Meter, m), die Masse (m, Kilogramm, kg), die Zeit (t, Sekunde, s), die elektrische Stromstärke (I, Ampere, A), die thermodynamische Temperatur (T, Kelvin, K), die Stoffmenge (n, Mol, mol) und die Lichtstärke (Iv, Candela, cd).
Ein häufiger Stolperstein im MedAT ist die Masse: Die SI-Basiseinheit ist das Kilogramm (kg), nicht das Gramm. Ebenso ist für die Temperatur das Kelvin (K) definiert, wobei 0 K den absoluten Nullpunkt (-273,15 °C) darstellt.
Die Basiseinheiten sind durch die exakten Werte bestimmter Naturkonstanten definiert. Die Sekunde (s) beruht auf der Hyperfeinstrukturfrequenz des Cäsium-133-Atoms (9,192,631,770 Hz). Das Meter (m) wird über die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum definiert (c = 299,792,458 m/s). Das Kilogramm (kg) ist durch das Plancksche Wirkungsquantum (h = 6,62607015 * 10⁻³⁴ J*s) festgelegt. Das Ampere (A) basiert auf der Elementarladung (e = 1,602176634 * 10⁻¹⁹ C). Die Temperatureinheit Kelvin (K) wird über die Boltzmannkonstante (k = 1,380649 * 10⁻²³ J/K) definiert. Das Mol (mol) ist über die Avogadrokonstante (NA = 6,02214076 * 10²³ mol⁻¹) an die Anzahl von Teilchen gebunden, und die Candela (cd) nutzt das photometrische Strahlungsäquivalent (Kcd = 683 lm/W). Merke dir besonders, welche Konstante zu welcher Einheit gehört.
Abgeleitete Größen entstehen durch die mathematische Verknüpfung (Multiplikation oder Division) von Basisgrößen. Die Geschwindigkeit ist beispielsweise das Verhältnis von Weg (Meter) zu Zeit (Sekunde), also m/s.
Viele abgeleitete Größen haben im Alltag eigene Namen erhalten, um die Schreibweise zu vereinfachen. Ein Beispiel ist die Kraft, gemessen in Newton (N). Ein Newton ist physikalisch gesehen nichts anderes als 1 kg * m / s².
In der Medizin ist die Stoffmengenkonzentration (mol/l) essenziell. Sie leitet sich aus der Basisgröße Stoffmenge (mol) und dem Volumen ab. Da das Volumen wiederum aus der Länge (m³) abgeleitet ist, ist die Konzentration eine rein abgeleitete Größe.
Um Einheiten korrekt zu identifizieren, hilft die Dimensionsanalyse: Man bricht eine komplexe Einheit so lange in ihre Bestandteile auf, bis nur noch die sieben Basisgrößen übrig bleiben.
Um sehr große oder sehr kleine Zahlenwerte kompakt zu schreiben, werden SI-Präfixe verwendet. Die wichtigsten Präfixe und ihre Zehnerpotenzen sind: Tera (T): 10¹², Giga (G): 10⁹, Mega (M): 10⁶, Kilo (k): 10³, Hekto (h): 10², Deka (da): 10¹, Dezi (d): 10⁻¹, Zenti (c): 10⁻², Milli (m): 10⁻³, Mikro (µ): 10⁻⁶, Nano (n): 10⁻⁹, Pico (p): 10⁻¹², Femto (f): 10⁻¹⁵.
