Pomiar: Jednostki standardowe

Każdy pomiar dostarcza trzech rodzajów informacji: rozmiaru lub wielkości pomiaru (liczba), miary pomiaru (jednostka) oraz wskazania niepewności pomiaru. Chociaż liczba i jednostka są dokładnie opisywane podczas zapisywania wielkości, niepewność jest związana z błędami w wynikach pomiarów.

Liczbę w pomiarze można przedstawić na różne sposoby, w tym w formie dziesiętnej czy w formie notacji naukowej, znanej również jako notacja wykładnicza. Na przykład maksymalna masa startowa samolotu Boeing 777-200ER wynosi 298 000 kilogramów, co można również zapisać jako 2,98 × 105 kg.

Jednostki, takie jak litry, funty i centymetry, są standardami porównawczymi pomiarów. Butelka napoju bezalkoholowego o pojemności 2 litrów zawiera objętość napoju dwukrotnie większą niż dopuszczalna objętość 1 litra. Bez jednostek liczba może być pozbawiona znaczenia lub myląca, a nawet może potencjalnie zagrażać życiu. Załóżmy, że lekarz przepisuje fenobarbital w celu opanowania napadów padaczkowych pacjenta i podaje dawkę „100” bez określenia jednostek. Będzie to nie tylko dezorientujące dla lekarza podającego dawkę, ale może również nieść tragiczne konsekwencje: 100 mg podawane trzy razy dziennie może być skuteczne jako lek przeciwdrgawkowy, ale pojedyncza dawka 100 g to ponad 10-krotność dawki śmiertelnej.

Międzynarodowy układ jednostek (jednostki SI)

Jednostki miary siedmiu podstawowych właściwości („jednostek podstawowych”): długości, masy, czasu, temperatury, prądu elektrycznego, ilości substancji i natężenia światła zostały ustalone w porozumieniu międzynarodowym. Nazywa się je Międzynarodowym Układem Jednostek lub Jednostkami SI. Jednostki innych właściwości można wyprowadzić z tych siedmiu jednostek podstawowych. Używane w życiu codziennym jednostki miary są często definiowane jako ułamki lub wielokrotności innych jednostek. Mleko jest zwykle pakowane w pojemniki o pojemności 1 galona (4 kwarty), 1 kwarty (0,25 galona) i jednego kufla (0,5 kwarty). To samo podejście jest stosowane w przypadku jednostek SI, ale te ułamki lub wielokrotności są zawsze potęgami liczby 10. Nazwy wielu jednostek SI opierają się na przedrostku i nazwie jednostki podstawowej. Na przykład długość 1000 metrów jest również nazywana kilometrem, ponieważ przedrostek kilo oznacza „tysiąc”, co w notacji naukowej wynosi 103 (1 kilometr = 1000). m = 103 m).

Standardowe jednostki SI

Początkowe jednostki systemu metrycznego, który ostatecznie przekształcił się w system SI, powstały we Francji podczas Rewolucji Francuskiej. Pierwotne standardy metra i kilograma zostały tam przyjęte w 1799 roku, a następnie w innych krajach. Poniżej przedstawiono cztery podstawowe jednostki SI powszechnie stosowane w chemii.

1. Długość

Standardową jednostką długości w układzie SI jest metr (m). Metr definiuje się jako odległość, jaką światło pokonuje w próżni w ciągu 1/299 792 458 sekundy. Dłuższe odległości są często podawane w kilometrach (1 km = 1000 m = 103 m), podczas gdy krótsze odległości można podawać w centymetrach (1 cm = 0,01 m = 10-2 m) lub milimetrach (1 mm = 0,001 m = 10-3 m).

2. Masa

Standardową jednostką masy w układzie SI jest kilogram (kg). Kilogram definiuje się jako masę obiektu wzorcowego - metalowego cylindra wykonanego ze stopu platyny i irydu o wysokości i średnicy 39 mm. Mówi się, że każdy obiekt o tej samej masie co to odniesienie ma masę 1 kilograma. Gram (g) jest dokładnie równy 1/1000 masy kilograma (10-3 kg).

Terminu „waga” często używa się zamiennie z określeniem „masa”. Jednak te dwie ilości są różne. Podczas gdy masa obiektu mierzy ilość zawartej w nim materii, jego waga mierzy siłę grawitacji wywieraną na materię. Na przykład, gdybyśmy mogli zważyć się na Księżycu, który ma słabszą grawitację niż Ziemia, ważylibyśmy mniej niż na Ziemi. Jednakże masa – ilość materii w naszym ciele – pozostanie taka sama.

3. Temperatura

Jednostką temperatury w układzie SI jest kelwin (K), chociaż w układzie SI dozwolony jest również stopień Celsjusza (°C), przy czym do pomiarów stopni Celsjusza używane jest zarówno słowo „stopień”, jak i symbol stopnia. Stopnie Celsjusza mają tę samą wielkość co Kelwiny, ale w obu skalach zera są umieszczane w różnych miejscach. Woda z definicji zamarza w temperaturze 273,15 K (0 ° C) i wrze w temperaturze 373,15 K (100 ° C), a normalna temperatura ciała człowieka wynosi około 310 K (37 ° C). Skala Fahrenheita (°F) to kolejna powszechnie stosowana jednostka pomiaru temperatury. W skali Fahrenheita woda zamarza w temperaturze 32°F i wrze w temperaturze 212°F, a normalna temperatura ciała człowieka wynosi 96°F.

Podczas gdy skale Fahrenheita i Celsjusza pozwalają na ujemne temperatury, skala Kelvina, zwana także skalą absolutną, nie. W skali Kelvina 0 K to najniższa temperatura, znana jako zero absolutne.

Skale temperatur można wzajemnie konwertować przy użyciu następujących wzorów przeliczeniowych:

4. Czas

Podstawową jednostką czasu w układzie SI jest sekunda (s). Małe i duże przedziały czasowe można wyrazić za pomocą odpowiednich przedrostków. Na przykład:

Alternatywnie można zastosować godziny, dni i lata.