Physikalische Größen in der Werkstoffwissenschaft

Der Begriff Größe (physikalische Größe) bezeichnet in den Natur- und Ingenieurwissenschaften eine quantifizierbare Eigenschaft eines Systems oder Vorgangs, die sich durch einen Zahlenwert und eine Einheit beschreiben lässt. In der Werkstoffwissenschaft umfassen relevante Größen unter anderem mechanische, thermische, elektrische, magnetische, chemische und geometrische Eigenschaften von Werkstoffen.

Formell wird eine physikalische Größe Q als Produkt aus Zahlenwert {Q} und Einheit [Q] geschrieben: Q = {Q}·[Q]. Dies ist grundlegend für reproduzierbare Messungen, Vergleichbarkeit von Daten und normgerechte Werkstoffcharakterisierung. Als Basissystem dient typischerweise das SI mit seinen Basisgrößen (z.B. Länge, Masse, Zeit, Temperatur), aus denen abgeleitete Größen (z.B. Spannung, Dehnung, Wärmeleitfähigkeit) konstruiert werden.

In der Werkstofftechnik ist eine klare Unterscheidung zwischen skalarer, vektorieller und tensorialer Größe entscheidend: Spannung und Dehnung werden als Tensorgrößen zweiter Stufe behandelt, während z.B. Härte, Dichte oder spezifische Wärme skalare Größen sind. Viele Größen sind zustandsabhängig (z.B. temperaturabhängiger Elastizitätsmodul) und müssen daher als Funktionen weiterer Größen verstanden werden.

Für die Modellbildung sind zudem dimensionslose Kennzahlen (z.B. Peclet-, Reynolds- oder Damköhler-Zahl in transport- und reaktionskinetischen Prozessen) von Bedeutung, die sich aus Verhältnissen dimensionsbehafteter Größen ergeben. Eine saubere Definition, korrekte Dimensionierung und normkonforme Angabe aller verwendeten Größen ist Voraussetzung für valide Simulationen, verlässliche Werkstoffdatenbanken und den Vergleich experimenteller Ergebnisse.

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