1.6: Az egységek nemzetközi rendszere

Fejlesztési készségek

Az SI alapegységek felismerése és a velük használt előtagok rendszerének ismertetése.

Az Egyesült Államokban élő emberek súlyát fontban mérik, a magasságot lábban és hüvelykben, az autó sebességét pedig mérföld/órában mérik. Ezzel szemben a kémia és más tudományágak az egységek nemzetközi rendszerét használják (más néven SI a Système Internationale d’Unités után), amelyet azért hoztak létre, hogy a világ tudósai hatékonyan kommunikálhassanak egymással. Sok ország a SI egységeket is elfogadta mindennapi használatra. Az Egyesült Államok azon kevés országok egyike, amelyek még nem tették meg.

Alap SI egységek

Az alap (vagy alap) egységek az SI alapvető egységei. Hét alapegység van, amelyeket a \ (\ PageIndex \) táblázat felsorol, a kémia öt alapegységet használ: az anyajegyet a mennyiségre, a kilogrammot a tömegre, a métert a hosszúságra, a másodikat az időre és a kelvint az alapegységekre. hőfok. A hőmérséklethez általában a Celsius-fokot (° C) is használják. A kelvin és a Celsius-fok közötti numerikus kapcsolat a következő:

\ [K = ° C + 273,15 \ címke \]

Táblázat \ (\ PageIndex \): A hét bázis SI egység IngatlanMértékegységRövidítés

hossz	méter	m
tömeg	kilogramm	kg
idő	második	s
összeg	anyajegy	mol
hőfok	kelvin	K
elektromos áram	amper	erősítő
fényerősség	kandela	CD

Az Egyesült Államok sok mennyiségben használja az angol (néha birodalmi nevű) egységrendszert. A hüvelyk, a láb, a mérföld, a gallon, a font stb. Mindegyik egység az angol egységrendszerhez kapcsolódik. Sok hiba történt az SI és az angol rendszerek közötti egységek helytelen átalakítása miatt.

Az egyes alapegységek méretét nemzetközi egyezmény határozza meg. Például a kilogramm egy speciális fémhenger tömegmennyisége, amelyet Franciaországban egy boltozatban tartanak (\ (\ PageIndex \) ábra). A többi alapegység hasonló meghatározásokkal rendelkezik. Az alapegységek méretei nem mindig alkalmasak minden mérésre. Például a méter egy meglehetősen nagy egység olyan keskeny dolog szélességének leírására, mint az emberi haj. Ahelyett, hogy a haj átmérőjét 0,00012 m-nek vagy akár 1,2 × 10 −4 m-nek jelentené, az SI egy sor előtagot is biztosít, amelyek az egységekhez csatolhatók, 10-es hatványokkal nagyobb vagy kisebb egységeket létrehozva.

Ábra \ (\ PageIndex \): A Kilogramm. A kilogramm mércéje egy platina-irídium henger, amelyet Franciaországban különleges boltozatban tartanak. Forrás: Fotó a Bureau International des Poids et Mesures engedélyével reprodukálva, akik megőrzik a teljes nemzetközileg védett szerzői jogokat.

A gyakori előtagokat és azok szorzótényezőit a \ (\ PageIndex \) táblázat sorolja fel. (Talán már észrevette, hogy a kilogramm alapegység egy prefixum, amelynek jelentése 1000 ×, és a tömegegység, a gramm kombinációja.) Néhány előtag az eredeti egység többszörösét hozza létre: 1 kilogramm egyenlő 1000 grammal, 1 megaméter pedig 1 000 000 méter. Más előtagok az eredeti egység töredékét hozzák létre. Így 1 centiméter 1/100 méter, 1 milliméter 1/1 000 méter, 1 mikrogramm 1/1 000 000 gramm stb.

Táblázat \ (\ PageIndex \): SI egységekkel használt előtagok ElőtagRövidítésSzorzótényezőMultiplikatív tényező a tudományos jelölésekben* A µ betű görög kisbetű m-hez és „mu” -nak hívják, amelyet „myoo” -nak ejtenek.

giga-	G	1 000 000 000 ×	10 9 ×
mega-	M	1 000 000 ×	10 6 ×
kiló-	k	1000 ×	10 3 ×
deka-	D	10 ×	10 1 ×
deci-	d	1/10 ×	10 −1 ×
centi-	c	1/100 ×	10 −2 ×
milli-	m	1/1000 ×	10−3 ×
mikro-	µ *	1/1 000 000 ×	10 −6 ×
nano-	n	1/1 000 000 000 ×	10 −9 ×

Mind az SI egységeknek, mind az előtagoknak vannak rövidítései, és az előtag rövidítés és az alap egység rövidítés kombinációja adja a módosított egység rövidítését. Például a kg a kilogramm rövidítése. Ezeket a rövidítéseket ebben a könyvben fogjuk használni.

Mi a különbség a „tömeg” és a „tömeg” között?

A test tömege annak inerciatulajdonsága, vagy mennyi anyagot tartalmaz. A test súlya a gravitáció által rá kifejtett erő vagy a megtámasztásához szükséges erő mértéke. A gravitáció a földön mintegy 9,8 m/s 2 lefelé gyorsulást eredményez. A köznyelvben a súlyt gyakran használják a tömeg szinonimájaként a súlyokban és a mértékekben. Például a „mérlegelni” ige azt jelenti, hogy „meghatározzuk a tömegét” vagy „hogy legyen tömegünk”. A tömeg helyett a tömeg helytelen használatát fokozatosan le kell állítani, és a tömeg kifejezés alatt a tömeg kifejezést kell használni. Az SI tömegegysége a kilogramm (kg). A tudományban és a technológiában a test súlyát egy adott referenciakeretben úgy definiálják, mint azt az erőt, amely a testnek gyorsulást ad, amely megegyezik az adott referencia-keret szabad esésének helyi gyorsulásával. Így az így meghatározott mennyiségi tömeg (erő) SI egysége a newton (N).

Származtatott SI egységek

A levezetett egységek az SI alapegységek kombinációi. Az egységek sokszorozhatók és oszthatók, ahogyan a számok is szorozhatók és feloszthatók. Például egy 2 cm oldalú négyzet területe 2 cm × 2 cm vagy 4 cm 2 („négy centiméter négyzet” vagy „négy négyzet centiméter”). Figyeljük meg, hogy négyzetbe hagytunk egy hosszegységet, a centimétert, hogy származtatott egységet kapjunk a négyzetcentiméterre.

A térfogat egy fontos mennyiség, amely származtatott egységet használ. A térfogat az a hely, amelyet egy adott anyag elfoglal, és geometriai értelemben hosszúság × szélesség × magasság. Minden távolság kifejezhető a mérőegység segítségével, így a térfogatnak megvan a m × m × m vagy m 3 származtatott egysége („köbméter” vagy „köbméter”). A köbméter meglehetősen nagy térfogat, ezért a tudósok jellemzően a köbméter 1/1000 köbmétert fejezik ki. Ennek az egységnek megvan a saját neve - a liter (L). Egy liter valamivel nagyobb, mint 1 amerikai liter térfogat. (A (z) \ (\ PageIndex \) táblázat hozzávetőleges egyenértékeket ad meg a kémia néhány egységéhez.)

Táblázat \ (\ PageIndex \): A SI-egységek hozzávetőleges egyenértékei

1 m ≈ 39,36 hüvelyk ≈ 3,28 láb ≈ 1,09 yd

1 cm ≈ 2,54 in.

1 km ≈ 0.62 mi

1 kg ≈ 2,20 font

1 font 454 g

1 L ≈ 1,06 qt

1 qt ≈ 0,946 L

Amint a \ (\ PageIndex \) ábrán látható, egy liter szintén 1000 cm 3. Meghatározás szerint 1000 ml 1 literben van, tehát 1 milliliter és 1 köbcentiméter azonos térfogatot képvisel.

Ábra \ (\ PageIndex \): A Liter. A liter egy 10 cm-es (1/10-es méter) oldalú kocka. A milliliter, 1/1000 liter liter, egyenlő 1 köbcentiméterrel.

Adja meg az egyes egységek rövidítését, és határozza meg a rövidítést az alapegység szempontjából.

kiloliter
mikroszekundum
deciméter
nanogramm

MEGOLDÁS

A kiloliter rövidítése kL. Mivel a kilo jelentése „1000 ×”, 1 kL egyenlő 1000 L-rel.
A mikroszekundum rövidítése µs. A mikro 10–6, vagyis 1/1 000 000 egységnyi egységet jelent, tehát 1 µs értéke 0,000001 s.
A deciméter rövidítése dm. A deci jelentése 10 −1, vagyis 1/10-dik, tehát 1 dm egyenlő 0,1 m-rel.
A nanogramm rövidítése ng. A nano 10–9. Egységet jelent, tehát 1 ng 0,000000001 g.

Az energia, a kémia másik fontos mennyisége, a munka elvégzésének képessége, például egy doboz könyv áthelyezése a szoba egyik oldaláról a másik oldalra. Ennek származtatott egysége kg • m 2/s 2. (A kg és m egységek közötti pont azt jelenti, hogy az egységeket összeszorozzuk.) Mivel ez a kombináció nehézkes, ezt az egységgyűjteményt joule-ként (J) határozzák meg. Széles körben használják egy régebbi energiaegységet, a kalóriát (cal) is. 1 cal-ban 4,184 J van. Valamennyi kémiai folyamat az energia egyidejű változásával megy végbe.

Egészségére: energia és élelmiszer

Az étrendünkben lévő étel biztosítja a testünk megfelelő működéséhez szükséges energiát. Az élelmiszerekben lévő energiát joule-ban vagy kalóriában lehet kifejezni, amelyek a hagyományos energiaegységek, de az élelmiszeripar előszeretettel használja a kilokalóriát, és Kalóriának nevezi (nagybetűvel C). Egy felnőtt átlagos napi energiaigénye körülbelül 2000–2 500 kalória, ami 2 000 000–2 500 000 kalória (kisbetűvel c).

Ha ugyanannyi energiát töltünk el, amelyet táplálékunk biztosít, testtömegünk stabil marad. Ha azonban több kalóriát fogyasztunk az ételből, mint amennyit elfogyasztunk, testünk a többlet energiát nagy energiasűrűségű vegyületekben, például zsírban tárolja, és hízunk. Másrészt, ha több energiát költünk, mint amennyit elfogyasztunk, akkor lefogyunk. Egyéb tényezők is befolyásolják testsúlyunkat - genetikai, metabolikus, viselkedési, környezeti, kulturális tényezők -, de az étkezési szokások a legfontosabbak.

2008-ban az Egyesült Államok Betegségmegelőzési és Megelőzési Központja jelentést adott ki, amely szerint az amerikaiak 73% -a túlsúlyos vagy elhízott. Riasztóbb módon a jelentés azt is megjegyezte, hogy a 6–11 éves gyermekek 19% -a és a 12–19 éves serdülők 18% -a volt túlsúlyos - ez a szám az előző két évtizedben megháromszorozódott. Ennek a növekedésnek két fő oka a túlzott kalóriafogyasztás (különösen magas zsírtartalmú ételek formájában) és a csökkent fizikai aktivitás. Részben a jelentés miatt számos étterem és élelmiszeripari vállalat azon dolgozik, hogy csökkentse az élelmiszerek zsírtartalmát, és több egészséges táplálkozási lehetőséget biztosítson a fogyasztók számára.

A sűrűséget úgy definiáljuk, mint egy tárgy tömegét elosztva annak térfogatával; leírja az adott térben lévő anyagmennyiséget.

Így a sűrűség mértékegységei a tömegegységek elosztva a térfogat egységeivel: g/cm 3 vagy g/ml (szilárd és folyékony anyagok esetén), g/L (gázok esetében), kg/m 3 és így tovább. Például a víz sűrűsége körülbelül 1,00 g/cm3, míg a higany sűrűsége 13,6 g/ml. (Ne feledje, hogy 1 ml 1 cm 3 -nek felel meg.) A higany több mint 13-szor olyan sűrű, mint a víz, vagyis ugyanabban a térben több mint 13-szoros anyagmennyiséget tartalmaz. A levegő sűrűsége szobahőmérsékleten körülbelül 1,3 g/l.

Példa \ (\ PageIndex \): A csont sűrűsége

Mekkora a csontszakasz sűrűsége, ha egy 25,3 cm 3 -es minta tömege 27,8 g?

MEGOLDÁS

Mivel a sűrűséget úgy definiáljuk, mint egy objektum tömegét elosztva a térfogatával, beállíthatjuk a következő kapcsolatot:

Ne feledje, hogy végső válaszunkat három jelentős számra korlátoztuk.

Koncepció áttekintő gyakorlatok

Mi a különbség az alapegység és a származtatott egység között? Mondjon két példát az egyes egységtípusokra.

Az egységek ugyanazokat a matematikai szabályokat követik, mint a számok? Mondjon példát a válasz alátámasztására.

Válaszok

Az alapegységek az SI hét alapegysége; a származtatott egységeket az alapegységek kombinációinak elkészítésével konstruálják; alapegységek: kilogramm és méter (a válaszok változnak); származtatott egységek: gramm/milliliter és joule (a válaszok változnak).