Conceitos Iniciais Metrologia é a ciência da medição e suas aplicações. A metrologia engloba todos os aspectos teóricos e práticos de medição, qualquer.

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1 Conceitos Iniciais Metrologia é a ciência da medição e suas aplicações. A metrologia engloba todos os aspectos teóricos e práticos de medição, qualquer que seja a incerteza de medição e o campo de aplicação.

2 Medições no dia-a-dia Potência da lâmpada Temperatura da geladeira Volume de leite Tempo de cozimento Velocidade do automóvel Pressão dos pneus Volume de combustível Quantidade de arroz Consumo de energia Tamanho do peixe Dimensões das peças Rotação do motor Horário do despertador Comprimento da calça

3 Messen ist Wissen (medir é saber) Georg Simon Ohm (1789-1854)

4 1) Exemplo de medição 01234 2,4 unidades mensurando instrumento de medição indicação unidade

5 2) Exemplo de medição tensão do gerador: 5,305 V constante do sistema de medição: 15,080 (km/h)/V velocidade: 5,305 V. 15,080 (km/h)/V = 80,0 km/h

6 O que é medir? Medir é o procedimento experimental através do qual o valor momentâneo de uma grandeza física (mensurando) é determinado como um múltiplo e/ou uma fração de uma unidade, estabelecida por um padrão, e reconhecida internacionalmente.

7 Algumas definições Mensurando é o objeto da medição. É a grandeza específica submetida a medição. Indicação é o valor de uma grandeza fornecido por um sistema de medição. Indicação direta é o número mostrado pelo sistema de medição. A indicação direta pode ou não ser apresentada na unidade do mensurando.

8 tensão do gerador: 5,305 V constante do sistema de medição: 15,080 (km/h)/V velocidade: 5,305 V. 15,080 (km/h)/V = 80,0 km/h indicação diretaindicação mensurando

9 Medir para que? Monitorar Observar passivamente grandezas Controlar Observar, comparar e agir para manter dentro das especificações. Investigar Descobrir o novo, explicar, formular.

10 Medir para monitorar... Compra e venda de produtos e serviços: consumo de água, energia elétrica, taxímetro, combustíveis, etc. Sinais vitais: pressão arterial, temperatura, nível de colesterol Atividades desportivas: desempenho, recordes

11 Medir para monitorar...

12 Medir para controlar... Medir Comparar Especificações xxxx ± xx yyyy ± yy zzz ± z Agir

13 Medir para controlar...

14 Metrologia (slide 14) pressãoaltitude temperaturarota velocidade

15 Medir para investigar... Metrologia (slide 15)

16 Medir para investigar... Pequenas diferenças nas medidas podem levar a conclusões completamente diferentes.

17 Medir para investigar... Compreender Descobertas científicas, estudar fenômenos Dominar Validar, know-how Evoluir Melhorar continuamente, expandir limites Inovar

18 Idéia invento oportunidade pesquisa aplicada processos fabricação ensaios prototipagem desenvolvimento produçãodesign plano produção CQ marketing patenteamento certificação Produto Serviço Inovador pesquisa aplicada processos fabricação ensaios prototipagem desenvolvimento produção plano produção CQ certificação Ond e tem metrologia ? Elementos da inovação tecnológica

19 Medições geram erros Sistema de medição mensurando indicação imperfeições do sistema de medição má definição do mensurando condições ambientais influência do operador ± ERROS procedimento de medição Errar é inevitável

20 Processo de medição resultado da medição definição do mensurando procedimento de medição condições ambientais sistema de medição operador Diagrama de Ishikawa  "Diagrama de Causa e Efeito" ou "Espinha-de-peixe"

21 Resultado da medição Sistema de medição mensurando indicação RB+ U- U VV

22 Resultado da medição É a faixa de valores dentro da qual deve se situar o valor verdadeiro do mensurando. Resultado base é a estimativa do valor do mensurando que, acredita-se, mais se aproxime do seu valor verdadeiro. Incerteza da medição (U) é o tamanho da faixa simétrica, e centrada em torno do resultado base, que delimita a faixa onde se situam as dúvidas associadas à medição. RM = (RB ± U) unidade

23 Pilares da Metrologia HonestidadeConhecimentoBom-senso

24 A linguagem da metrologia Até 1995: “Torre de Babel” Em 10 de Março de 1995: Portaria INMETRO n° 029 “Vocabulário de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia” (VIM) Em sintonia com: ISO, BIPM, IEC, IFCC, IUPAC, IUPAP

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26 Medir Medir é o procedimento experimental através do qual o valor momentâneo de uma grandeza física (mensurando) é determinado como um múltiplo e/ou uma fração de uma unidade, estabelecida por um padrão, e reconhecida internacionalmente.

27 Um pouco de história das unidades de medida...

28 Um pouco de história... O desenvolvimento da linguagem... A necessidade de contar... Só os números não bastam... Unidades baseadas na anatomia...

29 Metrologia (slide 29)

30 O cúbito do Faraó Ramsés II, o cúbito real

31 O pé médio da idade média

32 Por que um único sistema de unidades?

33 Importância do SI Clareza de entendimentos internacionais (técnica, científica)... Transações comerciais... Garantia de coerência ao longo dos anos... Coerência entre unidades simplificam equações da física...

34 As sete unidades de base do SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI) http://www.inmetro.gov.br/inovacao/publicacoes/si_versao_final.pdf

35 As sete unidades de base Grandezaunidade símbolo Comprimentometrom Massaquilogramakg Temposegundos Corrente elétricaampereA TemperaturakelvinK Intensidade luminosacandelacd Quantidade de matériamolmol

36 O metro 1793: décima milionésima parte do quadrante do meridiano terrestre 1889: padrão de traços em barra de platina iridiada depositada no BIPM 1960: comprimento de onda da raia alaranjada do criptônio 1983: definição atual

37 O metro (m) É o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo, durante um intervalo de tempo de 1/299 792 458 de segundo Observações: assume valor exato para a velocidade da luz no vácuo depende da definição do segundo incerteza atual de reprodução: 10 -12 m

38 Comparações... Se o mundo fosse ampliado de forma que 10 -12 m se tornasse 1 mm: um glóbulo vermelho teria cerca de 700 m de diâmetro. o diâmetro de um fio de cabelo seria da ordem de 50 km. A espessura de uma folha de papel seria algo entre 100 e 140 km. Um fio de barba cresceria 2,0 m/s.

39 O segundo (s) é a duração de 9 192 631 770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de Césio 133. Observações: Incerteza atual de reprodução: 10 -15 s

40 Comparações... Se a velocidade com que o tempo passa pudesse ser desacelerada de tal forma que 10 -15 s se tornasse 1 s: um avião a jato levaria pouco mais de 120 anos para percorrer 1 mm.

41 Comparações... Se a velocidade com que o tempo passa pudesse ser desacelerada de tal forma que 10 -15 s se tornasse 1 s: o tempo em que uma lâmpada de flash ficaria acesa seria da ordem de 30 anos.

42 Comparações... Se a velocidade com que o tempo passa pudesse ser desacelerada de tal forma que 10 -15 s se tornasse 1 s: uma turbina de dentista levaria cerca de 200 anos para completar apenas uma rotação.

43 Comparações... Se a velocidade com que o tempo passa pudesse ser desacelerada de tal forma que 10 -15 s se tornasse 1 s: um ser humano levaria cerca de 600 séculos para piscar o olho.

44 O quilograma (kg) Lavousier definiu em 1793 a unidade básica de massa, como sendo o peso de 1 decímetro cúbico de água a temperatura de fusão do gelo. Em 1799 foi definido como a massa de 1 litro de água a 4 o C, que é quando essa se encontra mais densa.

45 Metrologia (slide 45) O quilograma (kg) Em 1799 foi definido como a massa de 1 litro de água a 4 graus Celsius, que é quando essa se encontra mais densa. A partir dessa definição foi criado um cilindro de platina pura e foi batizado como o Quilogramadosarquivos

46 Metrologia (slide 46) O quilograma (kg) Desde então essa é a definição do quilograma e é chamado de IPK (International Prototype Kilogram) (International Prototype Kilogram) Le Grand K Big K Em 1889 foi atualizado para um cilindro de platina e irídio.

47 Metrologia (slide 47) 6 cópias BIPM

48 40 cópias O quilograma (kg)

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50 Das 7 unidades básicas, 4 delas depende do quilograma. mol, candela, ampere e o quilograma. E as derivações como: Newton, joule, volt e Watt

51 Seria necessário recalibrar a Constante de Avogrado Nova definição da Massa

52 Esfera de 1 kg de silício : 2,25 x 10 25 átomos Só a matéria prima custou 1 milhão de euros !!! E é considerado o objeto mais redondo do mundo. Será calculado o numero de átomos existente. Sendo de silício não há vazios nem deformações 1 isótopo de Silício 28

53 Nova definição da Massa Poderá se dizer que 1kg é igual a massa de 2,25 x 10 25 átomos de Silício 28

54 Nova definição da Massa: outra abordagem Recalibrar a Constante de Planck Utilizando a Balança de Watt

55 http://www.bipm.org/en/scientific/elec/watt_balance/wb_bipm.html http://www.bipm.org/en/scientific/elec/watt_balance/wb_bipm.html http://www.bipm.org/en/scientific/elec/watt_balance/wb_bipm.html

56 Nova definição da Massa São frentes complementares, uma pode validar a outra. E se forem capazes de registros em uma margem de erro abaixo de 20 microgramas Elas podem redefinir o quilograma até 2040. ASSISTA !! http://www.youtube.com/watch?v=ZMByI4s-D-Y World's Roundest Object!

57 O quilograma (kg) Hoje, o quilograma é igual à massa do protótipo internacional do quilograma. incerteza atual de reprodução: 2. 10 -9 g busca-se uma melhor definição... Metrologia (slide 57)

58 Comparações... Se as massas das coisas que nos cercam pudessem ser intensificadas de forma que 2. 10 -9 g se tornasse 1 g: um mosquito 1,5 kg

59 Comparações... Se as massas das coisas que nos cercam pudessem ser intensificadas de forma que 2. 10 -9 g se tornasse 1 g: uma moeda de R$ 0,01 teria 8 t

60 Comparações... Se as massas das coisas que nos cercam pudessem ser intensificadas de forma que 2. 10 -9 g se tornasse 1 g: a quantidade de álcool em um drinque seria de 24 t

61 O ampère (A) é a intensidade de uma corrente elétrica constante que, mantida em dois condutores paralelos, retilíneos, de comprimento infinito, de seção circular desprezível, e situados à distância de 1 metro entre si, no vácuo, produz entre estes condutores uma força igual a 2.10 -7 newton por metro de comprimento. incerteza atual de reprodução: 9.10 -8 A

62 O kelvin (K) O kelvin, unidade de temperatura termodinâmica, é a fração 1/273,16 da temperatura termodinâmica do ponto tríplice da água. incerteza atual de reprodução: 3. 10 -1 K

63 A candela (cd) é a intensidade luminosa, numa dada direção, de uma fonte que emite uma radiação monocromática de freqüência 540. 10 12 hertz e cuja intensidade energética nesta direção é de 1/683 watt por esterradiano. é a intensidade luminosa, numa dada direção, de uma fonte que emite uma radiação monocromática de freqüência 540. 10 12 hertz e cuja intensidade energética nesta direção é de 1/683 watt por esterradiano. incerteza atual de reprodução: 10 -4 cd incerteza atual de reprodução: 10 -4 cd

64 O mol (mol) é a quantidade de matéria de um sistema contendo tantas entidades elementares quantos átomos existem em 0,012 quilograma de carbono 12. é a quantidade de matéria de um sistema contendo tantas entidades elementares quantos átomos existem em 0,012 quilograma de carbono 12. incerteza atual de reprodução: 2. 10 -9 mol incerteza atual de reprodução: 2. 10 -9 mol

65 As unidades suplementares

66 O radiano (rad) É o ângulo central que subtende um arco de círculo de comprimento igual ao do respectivo raio. C R 1 rad C = R

67 Ângulo Sólido R A  = A/R 2 

68 O esterradiano (sr) É o ângulo sólido que tendo vértice no centro de uma esfera, subtende na superfície uma área igual ao quadrado do raio da esfera. São exemplos de ângulo sólido: o vértice de um cone e o facho de luz de uma lanterna acesa.)

69 As unidades derivadas

70 Unidades derivadas Grandeza derivadaUnidade derivadaSímbolo área volume velocidade aceleração velocidade angular aceleração angular massa específica intensidade de campo magnético densidade de corrente concentração de substância luminância metro quadrado metro cúbico metro por segundo metro por segundo ao quadrado radiano por segundo radiano por segundo ao quadrado quilogramas por metro cúbico ampère por metro ampère por metro cúbico mol por metro cúbico candela por metro quadrado m 2 m 3 m/s m/s 2 rad/s rad/s 2 kg/m 3 A/m A/m 3 mol/m 3 cd/m 2

71 Grandeza derivada Unidade derivada SímboloEm unidades do SI Em termos das unidades base freqüência força pressão, tensão energia, trabalho, quantidade de calor potência e fluxo radiante carga elétrica, quantidade de eletricidade diferença de potencial elétrico, tensão elétrica, força eletromotiva capacitância elétrica resistência elétrica condutância elétrica fluxo magnético indução magnética, densidade de fluxo magnético indutância fluxo luminoso iluminamento ou aclaramento atividade (de radionuclídeo) dose absorvida, energia específica dose equivalente hertz newton pascal joule watt coulomb volt farad ohm siemens weber tesla henry lumen lux becquerel gray siervet Hz N Pa J W C V F  S Wb T H lm lx Bq Gy Sv N/m 2 N. m J/s W/A C/V V/A A/V V. S Wb/m 2 Wb/A cd/sr lm/m 2 J/kg s -1 m. kg. s -2 m -1. kg. s -2 m 2. kg. s -2 m 2. kg. s -3 s. A m 2. kg. s -3. A -1 m -2. kg -1. s 4. A 2 m 2. kg. s -3. A -2 m -2. kg -1. s 3. A 2 m 2. kg. s -2. A -1 kg. s -2. A -1 m 2. kg. s -2. A -2 cd cd. m -2 s -1 m 2. s -2

72 Múltiplos e submúltiplos

73 FatorNome do prefixo SímboloFatorNome do prefixo Símbolo 10 24 10 21 10 18 10 15 10 12 10 9 10 6 10 3 10 2 10 1 yotta zetta exa peta tera giga mega quilo hecto deca Y Z E P T G M k h da 10 -1 10 -2 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 10 -18 10 -21 10 -24 deci centi mili micro nano pico femto atto zepto yocto dcmnpfazydcmnpfazy

74 Unidades em uso e unidades aceitas em áreas específicas

75 Unidades em uso com o SI GrandezaUnidadeSímboloValor nas unidades do SI tempo ângulo volume massa pressão temperatura minuto hora dia grau minuto segundo litro tonelada bar grau Celsius min h d ° ' " l, L t bar °C 1 min = 60 s 1 h = 60 min = 3600 s 1 d = 24 h 1° = (  /180) 1' = (1/60)° = (  /10 800) rad 1" = (1/60)' = (  /648 000) rad 1 L = 1 dm 3 = 10 -3 m 3 1 t = 10 3 kg 1 bar = 10 5 Pa °C = K - 273,16

76 Unidades temporariamente em uso GrandezaUnidadeSímboloValor nas unidades do SI comprimento velocidade massa densidade linear tensão de sistema óptico pressão no corpo humano área comprimento seção transversal milha náutica nó carat tex dioptre milímetros de mercúrio are hectare ângstrom barn tex mmHg a há Å b 1 milha náutica = 1852 m 1 nó = 1 milha náutica por hora = (1852/3600) m/s 1 carat = 2. 10 -4 kg = 200 mg 1 tex = 10 -6 kg/m = 1 mg/m 1 dioptre = 1 m -1 1 mm Hg = 133 322 Pa 1 a = 100 m 2 1 ha = 10 4 m 2 1 Å = 0,1 nm = 10 -10 m 1 b = 10 -28 m 2

77 A grafia correta

78 Grafia dos nomes das unidades Quando escritos por extenso, os nomes de unidades começam por letra minúscula, mesmo quando têm o nome de um cientista (por exemplo, ampere, kelvin, newton,etc.), exceto o grau Celsius. A respectiva unidade pode ser escrita por extenso ou representada pelo seu símbolo, não sendo admitidas combinações de partes escritas por extenso com partes expressas por símbolo.

79 O plural Quando pronunciado e escrito por extenso, o nome da unidade vai para o plural (5 newtons; 150 metros; 1,2 metros quadrados; 10 segundos). Os símbolos das unidades nunca vão para o plural ( 5N; 150 m; 1,2 m 2 ; 10 s).

80 Os símbolos das unidades Os símbolos são invariáveis, não sendo admitido colocar, após o símbolo, seja ponto de abreviatura, seja "s" de plural, sejam sinais, letras ou índices. Multiplicação: pode ser formada pela justaposição dos símbolos se não causar ambiguidade (VA, kWh) ou colocando um ponto ou “x” entre os símbolos (m.N ou m x N) Divisão: são aceitas qualquer das três maneiras exemplificadas a seguir: W/(sr.m 2 )W.sr -1.m -2 W sr.m 2

81 Grafia dos números e símbolos Em português o separador decimal deve ser a vírgula. Os algarismos que compõem as partes inteira ou decimal podem opcionalmente ser separados em grupos de três por espaços, mas nunca por pontos. O espaço entre o número e o símbolo é opcional. Deve ser omitido quando há possibilidade de fraude.

82 Alguns enganos Errado Km, Kg  a grama 2 hs, 15 seg 80 KM 250°K um Newton Correto km, kg  m o grama 2 h, 15 s 80 km/h 250 K um newton

83 Outros enganos

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92  Albertazzi, A., Souza, A. R. “Fundamentos Metrologia Cientifica e industrial”. 407p., Editora Manole, 2008.  Vocabulário Internacional de Metrologia: Conceitos fundamentais e gerais e termos associados (VIM 2012). Duque de Caxias, RJ : INMETRO, 2012. 81p. http://www.inmetro.gov.br/inovacao/publicacoes/vim_2012.pdf  Sistema Internacional de Unidades : SI. — Duque de Caxias, RJ: INMETRO/CICMA/SEPIN, 2012. 114p. http://www.inmetro.gov.br/inovacao/publicacoes/si_versao_final.pdf BIBLIOGRAFIA