1.8: Измерения: производные единицы

Международная система единиц измерения или система СИ, по международному соглашению, имеет фиксированные единицы измерения для семи основных физических величин: длины, массы, времени, температуры, электрического тока, количества вещества и светимости. Эти единицы называются основными единицами СИ.

Единицы измерения, образованные из основных единиц СИ с помощью математических уравнений, называются производными единицами измерения СИ. Например, отношение единицы СИ к расстоянию (метр; м) и единицы СИ для времени (секунда; с) дает единицу СИ для скорости (метр в секунду; м/с). Другим распространенным способом выражения скорости объекта является использование миль в час (миль/час). Мили в час также считаются производной единицей, даже если основные единицы не являются единицами СИ. В целом, любая производная единица представляет собой комбинацию других единиц.

Производные единицы: объем и плотность

Объем — количественная характеристика пространства, занимаемого объектом. Единица длины определяет единицу объема.  

Производная единица объема СИ — кубический метр (м³), куб с ребром длиной ровно один метр. Чтобы отмерить кубический метр воды, мы могли бы построить кубический ящик с длинами ребер ровно один метр. В этом ящике будет содержаться кубический метр воды или любого другого вещества.  

Другими распространенными единицами объема являются кубический дециметр (дм³) и кубический сантиметр (см³). Куб с длиной ребра ровно в один дециметр (или 10 см) содержит объем в один кубический дециметр (1 дм³ или 1000 см³). Литр (L) — это более распространенное название кубического дециметра. Один литр равен 1000 миллилитров, а один миллилитр равен 1 кубическому сантиметру.

Плотность вещества - это отношение массы вещества к его объему  

Таким образом, единицы плотности определяются единицами массы и длины (объем = длина³). Так как единица измерения массы СИ - килограмм (кг), а объема - кубический метр (м³), производная единица измерения плотности СИ, - килограмм на кубический метр (кг/м³).  

Другая распространенная единица, грамм на кубический сантиметр (г/см³) часто используется для плотности твердых веществ и жидкостей, а грамм на литр (г/л) - для газов.  

Экстенсивные и интенсивные свойства вещества

Единица измерения выражает магнитуду физической величины, которая используется для определения физического свойства материи. Физические свойства могут быть экстенсивными или интенсивными. Если свойство зависит от количества вещества, то это экстенсивное свойство. К экстенсивным свойствам относятся масса, вес и объем. Например, литр молока имеет большую массу, чем чашка молока. Величина экстенсивного свойства прямо пропорциональна количеству рассматриваемого вещества. Напротив, если свойство не зависит от количества вещества, то это интенсивное свойство. Температура является примером интенсивного свойства. Если один литр молока и одна чашка молока оба имеют температуру 20 °C, их температура остается на уровне 20 °C, когда они объединяются. Рассмотрим другой пример, чтобы понять различные, но связанные свойства тепла и температуры. Капелька горячего масла для жарки, брызнувшая на руку, вызывает кратковременный незначительный дискомфорт, а если бы вы пролили на себя горшок с горячим маслом , это вызывало бы серьезные ожоги. И капля масла, и горшок масла имеют одинаковую температуру (интенсивное свойство), но в горшке с маслом содержится гораздо больше тепла (экстенсивное свойство).

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2e, раздел 1.3: Физические и химические свойства и Openstax, Химия 2e, раздел 1.4: Измерения.

В 1960 году Генеральная конференция по мерам и весам предложила Международную систему единиц, или систему СИ, для единиц измерения. Эта система определяет семь основных единиц обозначения длины, массы, времени, температуры, количества вещества, электрического тока и силы света. И называются условными единицами измерения.

Единицы измерения, которые представляют собой комбинацию одной или нескольких базовых единиц, известны как производные единицы. Две из наиболее часто используемых производных единиц в химии это объем и плотность. Объем это мера пространства, занимаемого объектом.

Единица измерения объема в системе СИ определяется базовой единицей длины метром. Таким образом, любая единица длины, если ее возвести в куб или в третью степень, становится единицей объема. Например, кубический метр, кубический сантиметр и кубический миллиметр это все единицы объема.

С другой стороны, плотность это отношение массы вещества к его объему. Таким образом, единицы плотности определяются базовыми единицами массы и длины. Единица измерения плотности в системе СИ килограмм на кубический метр.

Часто для обозначения плотности твердых тел и жидкостей используются граммы на кубический сантиметр, а для газов граммы на литр. Условные и производные измерения очень полезны при определении различных свойств материи. Эти свойства можно условно разделить на две группы:интенсивные и экстенсивные.

Когда свойство не зависит от количества присутствующего вещества, его называют интенсивным свойством. Температура, плотность, температура кипения и плавления, запах и твердость являются примерами интенсивных свойств. Плотность олова, например, составляет 7, 3 грамма на кубический сантиметр и она остается неизменной, независимо от того, есть ли у нас грамм или килограмм олова.

Следовательно, плотность 7, 3 грамма на кубический сантиметр вещества может использоваться для идентификации его как олова. Фактически, все интенсивные свойства могут быть использованы для определения вещества, поскольку эти характеристики не меняются в зависимости от количества или состояния образца. С другой стороны, экстенсивное свойство зависит от количества присутствующего вещества.

Масса, объем и длина являются экстенсивными свойствами. Экстенсивные свойства меняются в зависимости от размера образца или условий. Это делает их плохим инструментом для определения веществ.

Например, масса образца не поможет определить его как олово.