Back to chapter

1.8:

מדידה: יחידות נגזרות

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Measurement: Derived Units

Languages

Share

ב-1960 הוועידה הכללית למשקלות ומידות הציעה את מערכת היחידות הבינלאומית מערכת הSI, ליחידות מידה. מערכת זו מגדירה שבע יחידות בסיס למידות:אורך, מסה, זמן, טמפרטורה, כמות החומר, זרם חשמלי, ועוצמת ההארה. יחידות אלה נקראות יחידות בסיס.יחידות מידה שמורכבות משילוב של יחידת בסיס אחת או יותר נקראות יחידות נגזרות. שתיים מהיחידות הנגזרות הנמצאות בשימוש שכיח ביותר בכימיה הן נפח וצפיפות. נפח הוא המידה של החלל שעצם תופס.במערכת SI, נפח מוגדר על ידי יחידת הבסיס לאורך, מטר. לכן, כל יחידת אורך, כשהיא מעוקבת, או מועלית בחזקה שלישית, הופכת ליחידת נפח. לדוגמה, מטר מעוקב, סנטימטר מעוקב, ומילימטר מעוקב, כולם יחידות מידה לנפח.מצד שני, צפיפות היא היחס בין מסת החומר לבין הנפח שלו. לכן, יחידות המידה לצפיפות מוגדרות לפי יחידות הבסיס למסה ולאורך. יחידת המידה לצפיפות במערכת SI היא קילוגרם למטר מעוקב.לעיתים קרובות, משתמשים בגרם לסנטימטר מעוקב, למדידת צפיפות מוצקים ונוזלים ובגרם לליטר למדידת גזים. מידות יחידות בסיס ומידות יחידות הנגזרות הן שימושיות מאוד להגדרת תכונות של חומר. בחלוקה גסה, ניתן לחלק תכונות אלה לשתיים:תכונות אינטנסיביות ואקסטנסיביות.כשהתכונה אינה תלויה בכמות החומר, היא נקראת תכונה אינטנסיבית. טמפרטורה, צפיפות, נקודות רתיחה והיתוך, ריח וקשיות, הן דוגמה לתכונות אינטנסיביות. הצפיפות של פח, לדוגמה, היא 7.3 גרם לסנטימטר מעוקב, והיא נשארת זהה בין אם יש לנו גרם או קילוגרם של פח.לכן, צפיפות של 7.3 גרם לסנטימטר מעוקב של חומר יכולה לשמש כדי לזהותו כפח. למעשה, כל התכונות האינטנסיביות יכולות לשמש לזיהוי חומר, מפני שמאפיינים אלה לא משתנים לפי כמות החומר הנמדד או תנאי הדוגמא. תכונה אקסטנסיבית, לעומת זאת, תלויה בכמות החומר הנמדד.מסה, נפח ואורך הן כולן תכונות אקסטנסיביות. תכונות אקסטנסיביות משתנות בהתאם לגודל ולתנאים. תכונות אלה לא יתרמו במידה רבה לזיהוי החומר.מסת החומר הנמדד, לדוגמה, לא תסייע לזיהויו כפח.

1.8:

מדידה: יחידות נגזרות

The International System of Units or SI system, by international agreement, has fixed measurement units for seven fundamental properties: length, mass, time, temperature, electric current, amount of substance, and luminosity. These are called the SI base units.

Units of measurement derived from the mathematical combination of SI base units are called SI-derived units. For example, the ratio of the SI unit for distance (meter; m) and the SI unit for time (second; s) gives the SI-derived unit for speed (meter per second; m/s). Another common way of expressing the speed of an object is using miles per hour (miles/hour). Miles per hour is also considered a derived unit, even though the base units are not SI units. In general, any derived unit is a combination of other units.

Derived Units: Volume and Density

Volume is the measure of the amount of space occupied by an object. The unit of length defines the unit of volume. 

Eq1

The SI-derived unit of volume is a cubic meter (m3), a cube with an edge length of exactly one meter. To dispense a cubic meter of water, we could build a cubic box with edge lengths of exactly one meter. This box would hold a cubic meter of water or any other substance. 

Other common units of volume are the cubic decimeter (dm3) and the cubic centimeter (cm3). A cube with edge lengths of exactly one decimeter (or 10 cm) contains a volume of one cubic decimeter (1 dm3 or 1000 cm3). A liter (L) is the more common name for the cubic decimeter. One liter is equal to 1000 milliliters, and one milliliter is equal to 1 cubic centimeter.

Eq2

The density of a substance is the ratio of the mass of the substance to its volume  

Eq3

Thus, the units of density are defined by the units of mass and length (volume = length3). Since the SI unit of mass is the kilogram (kg) and volume is the cubic meter (m3), the SI-derived unit for density is the kilogram per cubic meter (kg/m3). 

Another common unit, grams per cubic centimeter (g/cm3) is often used for the densities of solids and liquids, and grams per liter (g/L) for gases. 

Extensive and Intensive Properties of Matter

A measurement unit expresses the magnitude of a physical quantity that is used to define a physical property of matter. Physical properties can be extensive or intensive. If the property depends on the amount of matter present, it is an extensive property. Extensive properties include mass, weight, and volume. For example, a liter of milk has a larger mass than a cup of milk. The value of an extensive property is directly proportional to the amount of matter in question. On the contrary, if the property does not depend on the amount of matter present, it is an intensive property. Temperature is an example of an intensive property. If one liter of milk and one cup of milk are each at 20 °C, their temperature remains at 20 °C when they are combined. Consider another example to understand the distinct but related properties of heat and temperature. A drop of hot cooking oil splattered on your arm causes brief, minor discomfort, whereas a pot of hot oil yields severe burns. Both the drop and the pot of oil are at the same temperature (an intensive property), but the pot of oil contains much more heat (extensive property).

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 1.3: Physical and Chemical Properties and Openstax, Chemistry 2e, Section 1.4: Measurements.