1.7: Ölçüm: Standart Birimler

Her ölçüm üç tür bilgi sağlar: ölçümün boyutu veya büyüklüğü (bir sayı), ölçüm için bir karşılaştırma standardı (bir birim) ve ölçümün belirsizliğinin bir göstergesi. Bir miktar yazıldığında büyüklük ve birim açıkça temsil edilirken, belirsizlik ölçüm sonuçlarındaki hataların bir yönüdür.

Ölçümdeki sayı, ondalık form ve üstel gösterim olarak da bilinen bilimsel gösterim de dahil olmak üzere farklı şekillerde temsil edilebilir. Örneğin, bir Boeing 777-200ER uçağının maksimum kalkış ağırlığı 298.000 kilogramdır ve bu da 2,98 x 10⁵ kg olarak da yazılabilir.

Litre, pound ve santimetre gibi birimler ölçümler için karşılaştırma standartlarıdır. 2 litrelik bir şişedeki soğuk içecek, 1 litre olarak kabul edilen hacmin iki katı hacme sahiptir. Birimler olmadan bir sayı anlamsız, kafa karıştırıcı ya da muhtemelen hayati tehdit edici olabilir. Bir hastasının nöbetlerini kontrol etmek üzere "100" dozluk fenobarbital reçete eden fakat birim belirtmeyen bir doktor düşünün. Bu durum ilacı sağlayacak sağlık çalışanı için kafa karıştırıcı olduğu kadar, sonuçları da yıkıcı olabilir: günde üç kez verilen 100 mg'lık doz nöbetler için efektif olacakken, 100 gramlık tek bir doz letal dozdan 10 kat daha fazla olacaktır.

Uluslararası Birimler Sistemi (SI)

Yedi temel özellik için ölçüm birimleri ("temel birimler"): uzunluk, kütle, zaman, sıcaklık, elektrik akımı, madde miktarı ve ışık yoğunluğu, bir uluslararası anlaşma ile belirlenmiştir. Bunlara Uluslararası Birimler Sistemi veya SI birimleri denir. Diğer özellikler için birimler bu yedi temel birimden türetilebilir. Günlük ölçüm birimleri genellikle diğer birimlerin kesirleri veya katları olarak tanımlanır. Süt genellikle 1 galon (4 kuart), 1 kuart (0,25 galon) ve bir pint (0,5 kuart) kaplarda paketlenir. Aynı yaklaşım SI birimleri ile kullanılır, ancak bu kesirler veya katlar her zaman 10'luk güçlerdir. Kesirli veya çoklu SI birimleri, bir önek ve temel birimin adı kullanılarak adlandırılır. Örneğin, 1000 metrelik bir uzunluğa kilometre de denir, çünkü kilo öneki, bilimsel gösterimde 10³ (1 kilometre = 1000 m = 10³ m) olan "bin" anlamına gelir.

Standart SI Birimleri

Sonunda SI sistemine dönüşen metrik sistemin ilk birimleri Fransız Devrimi sırasında Fransa'da belirlenmiştir. Metre ve kilogram için orijinal standartlar 1799'da Fransa ve sonunda diğer ülkeler tarafından kabul edildi. Aşağıdakiler, kimyada yaygın olarak kullanılan dört SI temel birimleridir.

1. Uzunluk

SI sisteminde standart uzunluk birimi metredir (m). Bir metre boşlukta ışığın 1/299.792.458 saniyede kat ettiği mesafe şeklinde tanımlanır. Uzun mesafeler genelde kilometre cinsinden sunulurken (1 km = 1000 m = 10³ m), daha küçük mesafeler santimetre (1 cm = 0.01 m = 10^-2 m) ya da milimetre (1 mm = 0.001 m = 10^-3 m) cinsinden sunulur.

2. Kütle

SI sisteminde standart kütle birimi kilogramdır (kg). Bir kilogram referans bir nesnenin kütlesi şeklinde tanımlanır- platinyum-iridyum alaşımından yapılan yüksekliği ve çapı 39 mm olan bir metal silindir. Bu referans nesne ile aynı kütleye sahip cisimlerin kütlesinin 1 kilogram olduğu söylenir. Gram (g) tam olarak bir kilogramlık kütlenin 1/1000'ine eşittir (10^-3 kg).

"Ağırlık" terimi genelde "kütle" ile eş anlamlı olarak kullanılır. Fakat aslında bu iki birim farklıdır. Kütle bir cismin miktarının ölçülmesi iken, cismin ağırlığı o cisme uygulanan yer çekimi kuvvetinin ölçümüdür. Örneğin dünyadan daha zayıf bir yerçekimine sahip aya çıktığımızda, ağırlığımız Dünya'dakinden daha az olacaktır. Öte yandan kütlemiz -vücudumuzdaki madde miktarı- aynı kalacaktır.

3. Sıcaklık

Sıcaklığın SI birimi kelvindir (K) ancak SI sisteminde hem "derece" kelimesi hem de Santigrat için kullanılan derece sembolü ile birlikte derece Santigrat (°C) biriminin kullanımına da izin verilmektedir. Santigrat ve kelvin ölçümleri aynı büyüklüğe sahiptir fakat ikisinin sıfır noktaları farklı yerlerdedir. Tanım olarak su 273.15 K'de (0 °C) donar ve 373.15 K'de (100 °C) kaynar ve insan vücudunun normal sıcaklığı yaklaşık 310 K'dir (37 °C). Fahrenheit (°F) skalası sıcaklık ölçümünde yaygın olarak kullanılan bir diğer birimdir. Fahrenheit skalasında su 32 °F'de donar ve 212 °F'de kaynar, insan vücudunun normal sıcaklığı ise 96 °F'dir.

Fahrenheit ve Santigrat skalaları negatif sıcaklıklara izin verirken, aynı zamanda mutlak skala olarak isimlendirilen Kelvin buna izin vermez. Kelvin skalasında 0 K en düşük sıcaklıktır ve aynı zamanda mutlak sıfır olarak bilinir.

Sıcaklık skalaları şu formüller kullanılarak birbirlerine dönüştürülebilir:

4. Zaman

SI'daki temel zaman birimi saniyedir (sn.). Küçük ve büyük zaman dilimleri uygun önekler ile belirtilebilir. Örneğin:

Alternatif olarak saatler, günler ve yıllar kullanılabilir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 1.4: Measurements.

Bilimde ölçüm, maddenin kütlesi, boyutu ve sıcaklığı gibi bir özelliğe sayısal bir değerin atanmasıdır. Her ölçüm iki tür bilgi sağlar. İlki sayıdır, yani ölçümün boyutu veya büyüklüğü.

İkincisi birimdir:ölçüm için bir karşılaştırma standardı. Bu nedenle, su 100 santigrat derecede kaynadığında, 100 sayısı ölçümün büyüklüğünü ve santigrat derece ise birimi temsil eder. Birlikte, söz konusu maddenin özelliğinin göreceli boyutunu kaynama noktasını ifade ederler.

Birimler olmadan bir sayı anlamsız veya kafa karıştırıcı olabilir. Örneğin, Eyfel Kulesi'nin yüksekliği 300 olarak bildirilirse, birim sağlanmadan bu 300 sayısının bağlamı net değildir. Bu, Eyfel Kulesi'nin nispeten uzun veya çok kısa olabileceği anlamına gelir.

ancak karşılaştırılacak birimler olmadan değerlendirmek mümkün olmayacaktır. Bazen üçüncü bir bilgi biçimi olan hata da sağlanır. Bu veriler, ölçümün belirsizliğinin bir göstergesidir.

Bu nedenle, maddenin çeşitli özelliklerini doğru bir şekilde ölçmek ve raporlamak için ortak ölçüm sistemleri geliştirilmiştir. Uluslararası Birimler Sistemi veya SI sistemi, bilim insanları tarafından evrensel olarak kullanılan sistemdir. SI sisteminde uzunluk, kütle, zaman, sıcaklık, elektrik akımı, madde miktarı ve ışık şiddeti gibi 7 temel özelliğin ölçüm birimleri sabitlenmiştir.

Bunlara Standart Birimler veya temel birimler denir. Bunlardan ilk dört özelliğin temel birimleri kimyada en yaygın kullanılanlardır. SI sistemindeki standart uzunluk birimi, birim sembolü m"ile temsil edilen metredir.

Daha uzun mesafeler genellikle kilometre veya km"olarak rapor edilir, burada 1 kilometre 1000 metreye eşittir. Tersine, daha kısa mesafeler santimetre veya cm"olarak rapor edilebilir, burada 1 santimetre 0, 01 metreye eşittir;veya milimetre, mm"burada 1 milimetre 0, 001 metreye eşittir. Benzer şekilde, SI sistemindeki standart kütle birimi, kg"birim sembolü ile temsil edilen kilogramdır.

Bir kilogram 1000 grama eşittir. Sıcaklık, SI birimi kelvin ve büyük harfli K"birim simgesi ile gösterilen diğer bir temel özelliktir. Kelvin, Santigrat ve Fahrenheit derecelerinden ayırt edilmesi için derece"sözcüğü veya derece sembolü olmadan gösterilir.

Örneğin, su 373, 15 K'de kaynar ve normal insan vücut sıcaklığı yaklaşık 310 K'dir. En yaygın olarak kullanılan dördüncü temel birim, s"birim simgesiyle SI zaman birimi olan saniyedir. Daha kısa zaman aralıkları, milisaniye olarak ifade edilebilir:1 milisaniye 0, 001 saniyeye eşittir daha uzun zaman aralıkları megasaniye olarak ifade edilebilir:1 megasaniye 1 milyon saniyeye eşittir.

Alternatif olarak, saatler, günler ve yıllar gibi SI olmayan birimler de kullanılır.