Умения за развитие

  • Да разпознае базовите единици SI и да обясни системата от префикси, използвана с тях.

Хората, които живеят в Съединените щати, измерват теглото в лири, височината във фута и инча и скоростта на автомобила в мили в час. За разлика от тях, химията и други клонове на науката използват Международната система от единици (известна също като SI след Système Internationale d’Unités), която е създадена, за да могат учените по целия свят да общуват ефективно помежду си. Много страни също са приели SI единици за ежедневна употреба. САЩ са една от малкото страни, които не са.

Основни SI единици

Основни (или основни) единици са основните единици на SI. Има седем базови единици, които са изброени в таблица \ (\ PageIndex \), химията използва пет от базовите единици: мол за количество, килограм за маса, метър за дължина, втори за време и келвин за температура. Степента на Целзий (° C) също често се използва за температура. Числовата връзка между келвините и градусите по Целзий е както следва:

\ [K = ° C + 273,15 \ етикет \]

Таблица \ (\ PageIndex \): Седемте базови SI единици ИмотМерна единицаСъкращение
дължина метър м
маса килограм килограма
време второ с
количество къртица мол
температура келвин К
електрически ток ампер усилвател
светлинен интензитет кандела cd

Съединените щати използват английската (понякога наричана имперска) система за единици за много количества. Инчове, фути, мили, галони, лири и т.н., са всички единици, свързани с английската система от единици. Има много грешки поради неправилно преобразуване на единици между SI и английската система.

Размерът на всяка базова единица се определя от международната конвенция. Например, килограмът се дефинира като количеството маса на специален метален цилиндър, съхраняван във трезора във Франция (Фигура \ (\ PageIndex \)). Останалите базови единици имат подобни определения. Размерите на базовите единици не винаги са удобни за всички измервания. Например, метърът е доста голяма единица за описание на ширината на нещо толкова тясно като човешката коса. Вместо да отчита диаметъра на косъма като 0,00012 m или дори 1,2 × 10 −4 m, SI също предоставя серия от префикси, които могат да бъдат прикрепени към единиците, създавайки единици, които са по-големи или по-малки със степен на 10.

международната

Фигура \ (\ PageIndex \): Килограмът. Стандартът за килограм е платинено-иридиев цилиндър, съхраняван в специален трезор във Франция. Източник: Снимка, възпроизведена с разрешение на Bureau International des Poids et Mesures, което запазва пълните международно защитени авторски права.

Общите префикси и техните мултипликативни фактори са изброени в Таблица \ (\ PageIndex \). (Може би вече сте забелязали, че основната единица килограм е комбинация от префикс, кило- означаващ 1000 ×, и единица маса, грам.) Някои префикси създават кратно на първоначалната единица: 1 килограм е равен на 1000 грама, и 1 мегаметър е равен на 1 000 000 метра. Други префикси създават част от оригиналната единица. По този начин 1 сантиметър е равен на 1/100 от метър, 1 милиметър е равен на 1/1 000 от метър, 1 микрограм е равен на 1/1 000 000 от грам и т.н.

Таблица \ (\ PageIndex \): Префикси, използвани с SI единици ПрефиксСъкращениеМултипликативен факторМултипликативен фактор в научната нотация* Буквата µ е гръцката малка буква за m и се нарича „mu“, което се произнася „myoo“.
гига- G 1 000 000 000 × 10 9 ×
мега- М 1 000 000 × 10 6 ×
килограм- к 1000 × 10 3 ×
дека- д 10 × 10 1 ×
деци- д 1/10 × 10 -1 ×
centi- ° С 1/100 × 10 -2 ×
мили- м 1/1000 × 10 −3 ×
микро- µ * 1/1 000 000 × 10 −6 ×
нано- н 1/1 000 000 000 × 10 −9 ×

Както SI единиците, така и префиксите имат съкращения, а комбинацията от съкращение на префикс с съкращение на основна единица дава съкращението за модифицираната единица. Например, kg е съкращението за килограм. Ще използваме тези съкращения в цялата книга.

Каква е разликата между „маса“ и „тегло“?

Масата на тялото е мярка за неговото инерционно свойство или колко материя съдържа. Теглото на тялото е мярка за силата, упражнена върху него от гравитацията или силата, необходима за поддържането му. Гравитацията на земята дава на тялото ускорение надолу от около 9,8 m/s 2. В обикновения език теглото често се използва като синоним на маса в тежести и мерки. Например, глаголът „да тежа“ означава „да се определи масата на“ или „да има маса на.“ Неправилното използване на тегло вместо маса трябва да бъде премахнато и терминът маса, използван, когато се има предвид масата. Единицата за маса SI е килограмът (kg). В науката и технологиите теглото на тялото в определена референтна рамка се определя като силата, която дава на тялото ускорение, равно на локалното ускорение на свободното падане в тази референтна рамка. По този начин единицата SI на количеството тегло, определено по този начин (сила), е нютонът (N).

Производни SI единици

Получените единици са комбинации от базови единици SI. Единиците могат да се умножават и делят, точно както числата могат да се умножават и делят. Например, площта на квадрат със страна 2 cm е 2 cm × 2 cm или 4 cm 2 (чете се като „четири сантиметра на квадрат“ или „четири квадратни сантиметра“). Забележете, че на квадрат сме изразили единица дължина, сантиметър, за да получим производна единица за площ, квадратния сантиметър.

Обемът е важно количество, което използва производна единица. Обемът е количеството пространство, което дадено вещество заема и се определя геометрично като дължина × широчина × височина. Всяко разстояние може да бъде изразено с помощта на мерната единица, така че обемът има производната единица m × m × m, или m 3 (чете се като „метри в куб“ или „кубични метри“). Кубическият метър е доста голям обем, така че учените обикновено изразяват обеми като 1/1 000 кубичен метър. Това устройство има свое име - литър (L). Обемът на литър е малко по-голям от 1 американска четвърт. (Таблица \ (\ PageIndex \) дава приблизителни еквиваленти за някои от единиците, използвани в химията.)

Таблица \ (\ PageIndex \): Приблизителни еквиваленти на някои единици SI
1 м ≈ 39,36 инча ≈ 3,28 фута ≈ 1,09 ярда
1 см ≈ 2,54 инча.
1 км ≈ 0,62 мили
1 кг ≈ 2,20 фунта
1 lb ≈ 454 g
1 L ≈ 1,06 qt
1 qt ≈ 0,946 L

Както е показано на фигура \ (\ PageIndex \), литър също е 1000 cm 3. По дефиниция има 1 000 ml в 1 L, така че 1 милилитър и 1 кубичен сантиметър представляват същия обем.

Фигура \ (\ PageIndex \): Литърът. Литърът се определя като куб от 10 см (1/10 от метъра) отстрани. Един милилитър, 1/1 000 от литър, е равен на 1 кубичен сантиметър.

Дайте съкращението за всяка единица и дефинирайте съкращението по отношение на основната единица.

  1. килолитър
  2. микросекунда
  3. дециметър
  4. нанограма

РЕШЕНИЕ

  1. Съкращението за килолитър е kL. Тъй като кило означава „1000 ד, 1 kL е равно на 1000 L.
  2. Съкращението за микросекунда е µs. Micro предполага 10 −6, или 1/1 000 000 от единица, така че 1 µs е равно на 0,000001 s.
  3. Съкращението за дециметър е dm. Deci означава 10 -1, или 1/10, така че 1 dm е равно на 0,1 m.
  4. Съкращението за нанограма е ng. Nano означава 10 −9-та част от единица, така че 1 ng е равно на 0,000000001 g.

Енергията, друго важно количество в химията, е способността за извършване на работа, като например преместване на кутия с книги от едната страна на стаята в другата. Той има производна единица kg • m 2/s 2. (Точката между единиците kg и m означава, че мерните единици се умножават заедно.) Тъй като тази комбинация е тромава, тази колекция от единици е предефинирана като джаул (J). По-старата единица енергия, калориите (кал), също се използва широко. Има 4,184 J в 1 кал. Всички химични процеси протичат с едновременна промяна в енергията.

За вашето здраве: енергия и храна

Храната в диетата ни осигурява енергията, необходима на тялото ни, за да функционира правилно. Енергията, съдържаща се в храната, може да бъде изразена в джаули или калории, които са конвенционалните енергийни единици, но хранителната индустрия предпочита да използва килокалорията и я нарича калория (с главна буква C). Средната дневна потребност от енергия за възрастен е около 2 000–2 500 калории, което е 2 000 000–2 500 000 калории (с малки букви c).

Ако изразходваме същото количество енергия, което ни осигурява храната, телесното ни тегло остава стабилно. Ако погълнем повече калории от храната, отколкото изразходваме, телата ни съхраняват допълнителната енергия в съединения с висока енергийна плътност, като мазнини, и ние напълняваме. От друга страна, ако изразходваме повече енергия, отколкото поглъщаме, отслабваме. Други фактори влияят и върху нашето тегло - генетични, метаболитни, поведенчески, екологични, културни фактори, но хранителните навици са сред най-важните.

През 2008 г. Центровете за контрол и превенция на заболяванията в САЩ публикуват доклад, в който се посочва, че 73% от американците са или с наднормено тегло, или със затлъстяване. По-тревожното е, че докладът също така отбелязва, че 19% от децата на възраст 6–11 години и 18% от юношите на възраст 12–19 години са с наднормено тегло - цифри, които са се утроили през предходните две десетилетия. Две основни причини за това увеличение са прекомерната консумация на калории (особено под формата на храни с високо съдържание на мазнини) и намалената физическа активност. Отчасти поради този доклад, много ресторанти и хранителни компании работят за намаляване на количествата мазнини в храните и предоставяне на потребителите на повече възможности за здравословна храна.

Плътността се определя като масата на даден обект, разделена на неговия обем; той описва количеството материя, съдържащо се в дадено количество пространство.

Така единиците за плътност са мерните единици, разделени на мерните единици: g/cm 3 или g/mL (за твърди вещества и течности), g/L (за газове), kg/m 3 и т.н. Например плътността на водата е около 1,00 g/cm 3, докато плътността на живака е 13,6 g/ml. (Не забравяйте, че 1 ml се равнява на 1 cm 3.) Живакът е над 13 пъти по-плътен от водата, което означава, че съдържа над 13 пъти количеството материя в същото количество пространство. Плътността на въздуха при стайна температура е около 1,3 g/L.

Пример \ (\ PageIndex \): Плътност на костите

Каква е плътността на участък от кост, ако проба от 25,3 cm 3 има маса 27,8 g?

РЕШЕНИЕ

Тъй като плътността се дефинира като масата на даден обект, разделена на обема му, можем да зададем следната връзка:

Имайте предвид, че ние ограничихме окончателния си отговор до три важни цифри.

Упражнения за преглед на концепцията

Каква е разликата между базова единица и производна единица? Дайте два примера за всеки тип единица.

Спазват ли единиците същите математически правила като числата? Дайте пример в подкрепа на отговора си.

Отговори

Базовите единици са седемте основни единици на SI; производни единици се конструират чрез комбиниране на базовите единици; базови единици: килограми и метри (отговорите ще варират); производни единици: грамове на милилитър и джаули (отговорите ще варират).