Fyzikální veličina

Fyzikální veličina je jakákoliv objektivní vlastnost hmoty, jejíž hodnotu lze změřit nebo spočítat. Na rozdíl od technických a kvalimetrických veličin jsou fyzikální veličiny definovány obecně, tj. nezávisle na metodice měření, zpravidla vztahem k jiným fyzikálním veličinám.

Fyzikálním veličinám přiřazujeme určitou hodnotu (velikost). Hodnota dané veličiny je udávána prostřednictvím srovnání s pevně zvolenou hodnotou veličiny stejného druhu, kterou volíme za měřící jednotku. Číselná hodnota fyzikální veličiny je závislá na volbě měřící jednotky, kterou nazýváme jednotka (fyzikální veličiny).

Hodnotu (velikost) dané fyzikální veličiny X vyjadřujeme vždy její číselnou hodnotou {X} a jednotkou [X], což formálně zapisujeme ve tvaru

X = {X}[X],

Veličiny extenzivní, intenzivní a protenzivní

Ne nadarmo rozdělil René Descartes ve svém dualistickém světě všechny věci na „res cogitans“ a „res extensa“. Ona „rozprostraněnost“ děje se v prostoru, jehož části věci zaujímají, a fyzikální prostor je onou dimenzí, kterou jako prvou uvykli jsme si měřit - zde rodí se takové pojmy jako „míra“ - ovšemže společně s časem (metrum). Anglický termín „quantity“ nám dosud připomíná, že se jedná o ten atribut hmoty, který jsme schopni nějakým způsobem kvantifikovat, ohodnotit, tedy - přiřadit nějakou určitou hodnotu, podobně jako kupec přiřazuje finanční ohodnocení svému zboží.

Fyzikální veličiny, vyjadřující onu karteziánskou „rozprostraněnost“, označujeme jako veličiny extenzivní. Jejich typickou vlastností je jejich aditivnost – jednotlivé části dají celek, jehož velikost možno spočítat pouhým sečtením, a naopak celek je možno zase dělit na části. Typickými zástupci extenzivních veličin jsou charakteristiky prostoru (délka, plocha, objem), to, co „dělá hmotu hmotou“, tedy hmotnost atd. Například dvě tělesa o hmotnosti 1 kg mohou dohromady vytvořit jedno těleso o hmotnosti 2 kg. Další jejich vlastností je, že je lze měřit „přímo“, resp. přímým srovnáním s nějakým vzorkem anebo vzájemně mezi sebou - například dvoumetrová tyč je stejně dlouhá jako vedle ležící dvě metrové, srovnané za sebou.

Naproti tomu např. u teploty nelze v žádném případě říci, že dvě tělesa o teplotě 50 °C dají dohromady jedno těleso o teplotě 100 °C. Dokonce si nepomůžeme ani vyjádřením teploty v kelvinech nebo v jakékoli jiné stupnici - zkrátka výsledné těleso po jejich spojení bude mít sice váhu danou součtem jejich vah, ale teplota tělesa nebude prostým součtem. Veličinu s takovouto vlastností – v tomto ukázkovém případě teplotu – nazveme veličinou intenzivní. Sice můžeme určit, které těleso je teplejší a které studenější, dokonce můžeme říci, že těleso 50 °C je o 20 °C teplejší než těleso s teplotou 30 °C, takže by někdo mohl říci, že teplotu teplejšího tělesa může dostat pouhým sečtením 30 °C + 20 °C = 50 °C, ale to na naši věci nic nemění (nutno rozlišovat teplotu jako stav tělesa a teplotní rozdíl, i když samotnou teplotu je také možno chápat jako rozdíl mezi měřenou teplotou a nějakým referenčním bodem). Určit danou teplotu číselně je obtížnější než v případě např. délky, neexistuje nějaké „přímé“ měřítko, se kterým by bylo možno nakládat tak jednoduše jako v případě veličin extenzivních. Proto takové veličiny musíme měřit nepřímo - oklikou přes nějakou jinou, extenzivní veličinu: například rtuťovým teploměrem měříme teplotu pacientova těla na základě měření objemu rtuti, která se tepelně roztahuje.

Výše uvedený příklad také názorně ilustruje zásadní omyl, kterého se dopustíme, pokud řádně nerozlišíme různé veličiny jako teplota (stavová veličina, intenzivní, nemožné sčítat) a teplo (množství tepelné energie, extenzivní veličina, možno sčítat). Je historickým faktem, že fyzikové dlouho nebyli schopni tento rozdíl postřehnout: teprve jasné odlišení obou veličin umožnilo prudký rozvoj termodynamiky v devatenáctém století, rozšíření parních strojů a nástup průmyslové revoluce.

Otázkou je, jakou veličinou je čas. Čas si plyne pořád, jak chce, a pro jeho zvláštnost se pro veličiny, s ním spojené, ujal zvláštní název: protenzivní. Protenzivní veličina se trvale spojitě mění a nelze ji zpětně reprodukovat.