القياس: الوحدات القياسية

يوفر كل قياس ثلاثة أنواع من المعلومات: حجم أو مقدار القياس (رقم)، ومعيار المقارنة للقياس (وحدة)، وإشارة إلى عدم اليقين في القياس. في حين يتم تمثيل الرقم والوحدة بوضوح عند كتابة الكمية، فإن عدم اليقين هو أحد جوانب الأخطاء في نتائج القياس.

يمكن تمثيل الرقم في القياس بطرق مختلفة، بما في ذلك الصيغة العشرية والترميز العلمي، والذي يُعرف أيضًا بالتدوين الأسّي. على سبيل المثال، يبلغ الحد الأقصى لوزن الإقلاع لطائرة بوينغ 777-200ER 298000 كيلوجرام، والذي يمكن كتابته أيضاً 2.98 &مضروباً ب; 10⁵ كغ. 

تعتبر الوحدات، مثل اللترات والأرطال والسنتيمتر، معايير المقارنة للقياسات. تحتوي زجاجة مشروب غازي سعة 2 لتر على حجم من المشروبات يبلغ ضعف الحجم المقبول وهو لتر واحد. بدون وحدات، قد يكون الرقم بلا معنى، أو مربكاً، أو ربما مهدداً للحياة. لنفترض أن طبيباً يصف الفينوباربيتال للسيطرة على نوبات المريض’s ويحدد جرعة مقدارها “100&rdquo دون تحديد وحدات. لن يكون هذا الأمر مربكاً بالنسبة للطبيب المحترف الذي يعطي الجرعة فحسب، بل يمكن أن تكون العواقب وخيمة: يمكن أن يكون تناول 100 ملغ ثلاث مرات يومياً فعالاً كمضاد للاختلاج، ولكن جرعة واحدة من 100 جرام تزيد عن 10 أضعاف الكمية المميتة.

النظام الدولي للوحدات (وحدات SI)

وحدات القياس لسبع خصائص أساسية ((“الأساسية الوحدات”)): الطول، والكتلة، والوقت، ودرجة الحرارة، والتيار الكهربائي، وكمية المواد، وكثافة الضوء، بموجب اتفاقية دولية. يطلق عليها النظام الدولي للوحدات أو وحدات SI. يمكن اشتقاق وحدات الخصائص الأخرى من هذه الوحدات الاساسية السبع. غالباً ما يتم تعريف وحدات القياس اليومية بأنها كسور أو مضاعفات الوحدات الأخرى. يتم عادة تعبئة الحليب في عبوات سعة 1 جالون (4 كوارت)، 1 كوارت (0.25 جالون)، 1 باينت (0.5 كوارت). يُستخدم هذا الأسلوب نفسه مع وحدات النظام الدولي للوحدات، لكن هذه الكسور أو المضاعفات هي دائماً قوى من العدد 10. تتم تسمية الوحدات الكسرية أو المتعددة في النظام الدولي للوحدات باستخدام بادئة واسم الوحدة الأساسية. على سبيل المثال، يُطلق على طول 1000 متر أيضًا اسم كيلومتر لأن البادئة كيلو تعني “ألف,”، أي 10³ (1 كيلومتر = 1000 متر = 10³ m).

وحدات النظام الدولي القياسية

وقد أنشئت الوحدات الأولية للنظام المتري، الذي تطور في نهاية المطاف إلى النظام الدولي للوحدات، في فرنسا أثناء الثورة الفرنسية. تم اعتماد المعايير الأصلية للمتر والكيلوجرام هناك في عام 1799 ثم في نهاية المطاف من قبل بلدان أخرى. فيما يلي الوحدات الأربع الأساسية للنظام الدولي للوحدات (SI) المستخدمة بشكل شائع في الكيمياء.

1. الطول

الوحدة القياسية للطول في نظام النظام الدولي للوحدات هي المتر (م). يُعرَّف المتر بأنه المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ في 1/299,792,458 من الثانية. غالبًا ما يتم الإبلاغ عن المسافات الطويلة بالكيلومتر (1 كم = 1000 م = 103 م)، بينما يمكن الإبلاغ عن المسافات الأقصر بالسنتيمتر (1 سم = 0.01 م = 10^-2 م) أو بالملليمتر (1 مم = 0.001 م = 10^-3 م).

الكتلة

وحدة الكتلة القياسية في نظام SI هي الكيلوجرام (كجم). يتم تعريف الكيلوجرام بواسطة كتلة الجسم المرجعي – أسطوانة معدنية مصنوعة من سبيكة البلاتين – الإيريديوم بارتفاع يبلغ وقطره 39 مم. ويُقال إن أي جسم بنفس الكتلة التي يحتوي عليها هذا المرجع كتلته 1 كيلوجرام. يساوي الغرام (g) تمامًا 1/1000 من كتلة الكيلوغرام (10^-3 kg).

كثيراً ما يستخدم مصطلح “الوزن” بالتبادل مع “الكتلة.”. لكن الكميتان مختلفتان. بينما تقيس كتلة الجسم كمية المادة الموجودة فيه، يقيس وزنها قوة الجاذبية المؤثرة على المادة. على سبيل المثال، إذا كان بوسعنا أن وزن أنفسنا على القمر، الذي لديه جاذبية أضعف من الأرض، فإن وزننا سوف يكون أقل مما كنا نزنه على الأرض. ومع ذلك، فإن الكتلة— كمية المادة الموجودة في جسمنا— ستظل كما هي.

درجة الحرارة

وحدة درجة الحرارة في النظام الدولي للوحدات هي كلفن (K)، على الرغم من أن الدرجة المئوية (°C) مسموح بها أيضًا في النظام الدولي للوحدات، مع استخدام كلمة “درجة” ورمز الدرجة المستخدم في قياسات الدرجة المئوية. الدرجات المئوية هي نفس درجة كلفن، ولكن المقياسين يضعان أصفارهما في أماكن مختلفة. يتجمّد الماء عند 273.15 كلفن (0 &درجة; مئوية) ويغلي عند 373.15 كلفن (100 &درجة; مئوية) حسب التعريف، وتبلغ درجة حرارة جسم الإنسان العادية 310 كلفن (37 &درجة; مئوية) تقريبًا. يعد مقياس فهرنهايت (&درجة; فهرنهايت) هو وحدة أخرى شائعة الاستخدام لقياس درجة الحرارة. على مقياس فهرنهايت، يتجمد الماء عند درجة حرارة 32 &درجة; فهرنهايت ويغلي عند درجة حرارة 212 &درجة; فهرنهايت، ودرجة حرارة الجسم البشري العادية هي 96 &درجة; فهرنهايت  

وفي حين يسمح مقياسا فهرنهايت والمئوي بدرجات حرارة سلبية، فإن مقياس كلفن، الذي يسمى أيضاً المقياس المطلق، لا يسمح بذلك. على مقياس كلفن، 0 كلفن هي أدنى درجة حرارة، والتي تُعرف بالصفر المطلق.  

مقاييس درجة الحرارة قابلة للتحويل باستخدام صيغ التحويل التالية:

4. الوقت

وحدة الوقت الأساسية في النظام الدولي للوحدات هي الثانية (الثانية). يمكن التعبير عن الفواصل الزمنية الصغيرة والكبيرة ببادئات مناسبة. على سبيل المثال:  

بدلاً من ذلك، يمكن استخدام الساعات والأيام والسنوات.

تم اقتباس هذا النص من Openstax, Chemistry 2e, Section 1.4: Measurements.