El Sistema Internacional de Unidades, también conocido como SI fue creado en 1960 por la Conferencia General de Pesas y Medidas. El SI se estableció como sustituto del antiguo sistema métrico decimal por la necesidad de determinar un sistema de unidades único y universal para que las transacciones entre países fuesen más justas. En la actualidad, todos los países menos Birmania, Liberia y Estados Unidos han adoptado el Sistema Internacional de Unidades como prioritario o único.
El SI no es un sistema estático, sino que evoluciona para responder a las nuevas demandas de medida, en todos los niveles de precisión y en todas las áreas de la ciencia, la tecnología y el empeño humano. Está constituido por dos clases de unidades: siete unidades básicas o fundamentales y las unidades derivadas de estas básicas. Las unidades básicas están establecidas por convenio y consideradas independientes entre sí. Las unidades derivadas se forman a partir de las unidades básicas como productos de potencias de éstas.
Unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades
El Sistema Internacional de Unidades define siete unidades básicas que expresan magnitudes físicas. Es decir, propiedades medibles de un sistema físico a las que se les puede asignar distintos valores como resultado de una medición o relación de medidas. Las unidades básicas del SI y sus magnitudes físicas son: el metro para la longitud, el kilogramo para la masa, el segundo para el tiempo, el amperio para la corriente eléctrica, el kelvin para la temperatura, la candela para la intensidad luminosa y el mol para la cantidad de sustancia. Todas las demás unidades de medida de magnitudes físicas derivan de éstas fundamentales.
Definiciones de las unidades básicas del SI
- Metro (m). Es la unidad básica para medir la longitud. Se define como la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo. Toma el valor numérico fijo de la velocidad de la luz en el vacío (c), 299.792.458 metros por segundo.
- Kilogramo (kg). El kg se define como la masa del prototipo internacional del kilogramo adoptado por la Conferencia General de Pesas y Medidas que se encuentra en su oficina central de Francia. Este prototipo es un cilindro de 39 mm de altura y otros 39 mm de diámetro en una aleación de 90% de platino y 10% de iridio. Esta definición ha estado vigente hasta el 20 de mayo de 2019, momento en el que entraron en vigor los cambios tras las últimas revisiones.
- Segundo (s). Es la unidad de medida del tiempo. La definición del segundo está ligada al valor numérico de la frecuencia de la transición entre los niveles hiperfinos del estado fundamental no perturbado del átomo de cesio 133 (9.192.631.770 Hz).
- Amperio (A). Mide la intensidad de una corriente eléctrica constante que se mantiene en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno del otro en el vacío: produciría una fuerza igual a 2×10-7 newton por metro de longitud.
- Kelvin (K). Es la unidad de temperatura termodinámica. Resulta de la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.
- Mol (mol). Es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12. Cuando se usa el mol, las entidades elementales deben ser especificadas y pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones, otras partículas o grupos específicos de tales partículas.
- Candela (cd). Es la unidad de la intensidad luminosa, en una dirección, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540 x 1012 hercios y cuya intensidad energética en esa dirección es 1/683 vatios por estereorradián.
Unidades derivadas del SI
El resto de unidades de medida de magnitudes derivadas de las fundamentales se expresan mediante unidades derivadas. Éstas se definen como productos de potencias de las unidades básicas. Las unidades derivadas se dividen en unidades derivadas coherentes y unidades derivadas con nombres especiales:
- Las unidades derivadas coherentes son aquellas que se pueden obtener mediante una fórmula matemática que las relacione con las unidades básicas. Estas unidades son por ejemplo: el metro cuadrado para medir el área ( m 2 ), el metro cúbico para el volumen ( m 3 ), el metro por segundo para medir la velocidad (m/s), etc.
- Las unidades derivadas con nombres especiales tienen por objetivo expresar, de forma compacta, una combinación de unidades básicas de uso frecuente. El Sistema Internacional de Unidades reconoce 22 unidades en esta categoría, que se representan con expresiones algebraicas en términos de otras unidades. Por ejemplo: el newton para medir la fuerza ( m kg s−2 ), el vatio para la potencia y el flujo radiante ( m2 kg s−3 ), el hercio para medir la frecuencia ( s−1 ), etc.
Cambios en el Sistema Internacional de Unidades
Como comentamos anteriormente, el Sistema Internacional de Unidades no es estático, sino que evoluciona para adaptarse a los requisitos de medición mundiales y la metrología legal. En noviembre de 2018 se aprobó la redefinición del kilogramo, el amperio, el kelvin y el mol para basarse en valores exactos de constantes universales. Estos cambios se llevaron a cabo para dar respuesta a las grandes exigencias científico- tecnológicas que requieren menores incertidumbres de medida en todos los campos para poder garantizar con mayor seguridad los resultados de sus experimentos.
A partir del 20 de mayo de 2019 entró en vigor el nuevo SI resultante de la revisión. Un SI con referencias más universales y estables que permiten mayor número de realizaciones prácticas, con menor incertidumbre, para que el sistema Internacional siga respondiendo a las necesidades de la ciencia, la tecnología y el comercio en el siglo XXI. El Centro de Metrología Español (CEM) ya han adoptado estas nuevas definiciones y realizado los cambios pertinentes para adecuarse a las nuevas exigencias de la sociedad actual.
Las 4 unidades básicas modificadas
Tras esta revisión del SI, el kilogramo, el mol, el amperio y el kelvin se redefinen atendiendo a valores numéricos fijos de las constantes de la naturaleza y heredan las incertidumbres asociadas a las mismas:
- El kilogramo adquiere una nueva definición basada en la constante de Planck (h), que asegura la estabilidad a largo plazo de la unidad de masa, permitiendo su realización en cualquier instante y lugar ( 6,626 070 15 × 10-34 J·s ).
- El amperio se redefine a partir de la carga elemental (e), reduciendo así las incertidubres de todas las unidades eléctricas del SI. La carga elemental es 1,602 176 634 × 10-19 C.
- El kelvin toma el valor numérico exacto de la constante de Boltzmann (k), una invariante de la naturaleza que mejora la anterior definición basada en el punto triple del agua (k= 1,380 649 × 10-23 J/K ).
- El mol se redefine respecto a un valor numérico exacto de la constante de Avogadro ( NA ), por lo que lo libera de su dependencia del kilogramo y enfatiza la distinción entre “cantidad de sustancia” y “masa”. La constante de Avogadro es 6,022 140 76 × 1023 mol-1 .
Grandes avances para la metrología legal
Los nuevos cambios en las definiciones de cuatro unidades básicas no supondrán cambio alguno en nuestra vida diaria; solo en las mediciones de gran exactitud y baja incertidumbre de los centros de metrología.
El uso de constantes de la naturaleza para definir las unidades de medida internacionales permitirá a la comunidad científica, a la industria y a la metrología legal obtener y diseminar con mayor exactitud sus mediciones, cumpliendo así con los requisitos de medición modernos. Vinculará además con mayor precisión las mediciones a escala atómica y cuántica con las del nivel macroscópico.
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