看得见的单位

本刊综合

上个月的母亲节，幸运兔给妈妈送了一份“大礼”：以后的每个周六都让妈妈休息半天，自己担任家庭值日生。这不，周五的晚上，幸运兔就提前收到了第二天的任务清单。

任务一：购物

上午8点出发，出门右转，直行750米到达青青菜场，购买1千克青菜。

任务二：做早餐

往锅内倒入100 摩尔水，将水加热到373.15开尔文时，倒入洗干净的青菜，120秒后将青菜捞出……

“妈妈，摩尔是什么？开尔文是什么？您能用兔子的语言表达吗？”还没看完，幸运兔已经忍不住“咆哮”了。

“哈哈哈，这个问题需要你自己去弄明白。不过，我可以提供一条线索——这些都是单位名称。”妈妈笑着说。

“是吗？这些单位名称怎么这么奇怪，我从来没见过呀。”幸运兔皱着眉头想了一会，脸上终于“多云转晴”，他想到了：聪明的人类——小新肯定有答案！

接到幸运兔的求助后，小新立马赶来，安慰说：“别着急，‘单位虽然不起眼，却是一门大学问。趁着这个机会，我们一起来重新认识一下它吧。”

国际单位制的诞生

单位用于事物的计量和比较，它的家族成员可多了。有的很常见，如米（m）、秒（s）、千克（kg）、摄氏度（℃）；有的既熟悉又陌生，如开尔文（K）、安培（A）；有的比较神秘，一般人见不到，如摩尔（mol）、坎德拉（cd）等。

单位不仅数量多，在不同国家还有不同的名字，即便是同一个名字，在不同时期也可能有不同的含义。以前，中国人买东西是按“斤”称重，外国人却用“千克”“磅”“盎司”来计量。你听说过“半斤八两”这个成语吧？它的意思是“不相上下，实力相当”。可是半斤不是五两吗？其实啊，在中国古代，一斤是十六两，半斤自然就是八两啦。

单位不统一给人们交流带来了许多不便。随着国际间的交往越来越频繁，人们开始考虑在全世界建立统一的国际单位制。1875年5月20日，17个国家在法国巴黎签署了《米制公约》，统一使用“米”为计量长度的单位，“千克”为计量质量的单位。为了纪念这一天，每年的5月20日被定为“世界计量日”。

如今，世界上大部分国家都已加入了《米制公约》。国际单位制拥有了7个基本单位，分别是米（m）、千克（kg）、秒（s）、安培（A）、开尔文（K）、摩尔（mol）、坎德拉（cd）。

接下来，我们一起去认识这7个基本单位吧。

长度的单位 米（m）：地球说了算

《米制公約》之所以能得到大家的认可，是因为“米制”非常简单实用。以“米”为基础，可以简便地表示出容积单位和质量单位：升是米的十分之一长度的立方，千克是1立方分米的纯水在4 ℃时的质量。

1米有多长？你的第一反应是拿尺子来测量吧？实际上，1米的长度与任何一把尺子都无关，而是与地球有关。

1791年，法国科学院将“米”定义为经过巴黎的地球子午线的四千万分之一。他们认为，地球子午线的长度是永远不会变的，以它为依据制定的标准也将永恒不变。同时，地球属于全人类，据此制定的单位适用于全世界。

随着科技的发展，1983年，米的长度被重新定义为：光在真空中，在1/299，792，458 秒内传播的距离。

这么说来，地球的周长就是4万千米，“坐地日行八万里”真是一点都没说错！

质量的单位 千克（kg）：躺着也能瘦

千克的定义与长度有关，4 ℃时1立方分米纯水的质量为1千克。然而，以水为质量单位的标准，既不方便又不稳定，于是，1889年，首届国际计量大会将国际千克原器的质量定义为1千克。

国际千克原器由铂铱合金制成，是一个高和底面直径均为39毫米的正圆柱体。为了防止气压、温度对精密度造成影响，国际千克原器被放置在多层容器中保管。

为了检测国际千克原器的稳定性，当时，国际计量局制作了7个千克砝码，其中一个作为国际千克原器，其他6个作为副基准。100多年间，国际计量局进行了4次周期比对验证，结果表明，国际千克原器与其他千克原器在质量一致性上发生了约50微克的变化。虽然50微克听起来很小，但是在纳米技术领域，50微克可以说重于泰山了。

于是，2018年，在第26届国际计量大会上，科学家们通过投票，让国际千克原器正式退役，改以普朗克常数作为新标准重新定义千克。

躺着也能瘦，这是多少人梦寐以求的事啊。

你知道吗

1千克约有19个鸡蛋。

1千克约有4个苹果。

1千克约有1个卷心菜。

时间的单位 秒（s）：不断追求精准

1米有多长由地球子午线决定，1秒有多久由地球自转周期决定。地球自转一圈的时间是1天，1天有24小时，1小时有60分钟，1分钟有60秒。1秒即一个太阳日的1/86，400。

然而，天文学家发现地球的公转轨道是个椭圆，公转速度并不均匀，自转速度也是时快时慢。另外，日、地、月相互吸引等因素使得地球自转有长期变慢的趋势。平均而言，日长每100年约增加1.6毫秒，从而导致用“天”来定义的秒长不固定。尽管它的变化幅度不过千万分之一，但随着航天、军事等活动的开展，如此定义的秒长已经无法满足实际需求了。

后来，物理学家发现，原子能级跃迁时发射或吸收的电磁波频率是非常稳定的，据此设计出的原子钟可以走得极均匀。于是，1967年，第13届国际计量大会用“原子秒”取代“天文秒”，确定秒是铯原子振荡9，192，631，770次所需的时间。

原子时是目前为止最均匀的计时系统。2015年，科学家研发的锶原子光晶格钟精确度极高，160亿年才产生1秒误差！

铯原子在1秒内可以振荡这么多次！真是“一寸光阴一寸金”

你知道吗

1秒内“中国飞人”苏炳添可奔跑约10.17米。

1秒内猎豹在草原上可飞奔约30米。

1秒内“复兴号”动车组行进约97米。

1秒内中国空间站围绕地球行进约7800米。

电流的单位 安培（A）：让人又爱又怕

安培是表示电流的单位，简称“安”。当导线中1秒内通过的电子数量约为6.24×1018个时，导线中的电流为1 安。

电是一种看不见、摸不着的能量。不过，我们可以通过电器的功率计算出它们正常工作时的电流。在我国，民用电压是220伏，根据“功率=电压×电流”，可以得知功率220瓦的电器正常工作时的电流为1安。

你知道吗

电流为1A时可以使用的电器产品有笔记本电脑、电风扇等。

需要较强电流的电器产品有电吹风、电饭煲、微波炉等。

人体内也有电流，人体心脏的跳动就是由电流来控制的。在人的胸部和四肢连上电极，就可以在仪器上看到控制心脏跳动的电流随时间变化的曲线，这就是心电图。通过心电图可以了解心脏的工作是否正常。当病人心脏停止跳动时，医生就会使用除颤器—— 一种能将一定大小的电流传送至心脏的仪器来抢救。

原来人体能自动充电，那我的身体里应该也有电流吧。

热力学温度的单位 开尔文（K）：能量无极限

物质由分子、原子构成，温度就是由分子运动产生的。分子完全停止运动时的温度称为绝对零度，即0开尔文（以下简称“开”），使用摄氏温度计量的话，就是-273.15 ℃。

世界上没有比绝对零度更低的温度了，而绝对温度没有上限。

目前已知的宇宙中温度最低的地方是距离地球约5000光年的“旋镖星云”，它的温度只有1开。太阳表面的温度约为5778开，太阳中心部分的温度超过1500万开。

开尔文不仅是热力学温度的单位，还是色温的单位。光的颜色与色温有一定关系。色温越低，光的颜色越接近红色；色温越高，光的颜色越接近蓝色。

“旋镖星云”真漂亮，不过，我去了那里会被冻成冰冰兔吧！

物质的量的单位 摩尔（mol）：看起来很大

在生活中，12支铅笔叫作1打；在造纸厂，500张纸叫作1令；在微观世界，6.022 140 76×10²³个基本粒子叫作1摩尔。

假如将0.01摩尔的鸡蛋垂直放置，我们可以覆盖一个与太阳表面一样大的区域！1摩尔看起来大得无法想象，但其实我们在日常生活中遇到的事物，它们的分子量往往数以亿计。例如，一滴水大约为0.05毫升，其中就包含约10万亿亿个水分子。

在物理学和化学领域，科学家们经常跟分子、原子打交道，很容易出现极大的数。通过使用摩尔，就可以用一种更简便的方式来表示粒子数。

摩尔，我替科学家们感谢您！

你知道吗

由于不同粒子的质量不同，1摩尔不同物质的质量也不同。

1摩爾水（H₂O）的质量是18克。

1摩尔食盐（NaCl）的质量是58.5克。

发光强度的单位 坎德拉（cd）：最熟悉的陌生人

有了光，我们才能看见东西，但光有明有暗，有强有弱，除了用明亮、暗淡来形容，有没有一个准确的说法来描述它有多亮呢？

1880年爱迪生发明电灯时，使用“烛光”作为发光强度的单位。特定的一支蜡烛的发光强度为1烛光。爱迪生发明的电灯发光强度有16烛光，这是当时电灯的竞争对手——煤油灯的最高发光强度。但是“烛光”的定义比较模糊，几经修改后，坎德拉（以下简称“坎”）成为新的发光强度单位。

坎德拉和英语单词candle的读音有点像，原来它和蜡烛真的有关系。

你知道吗

一支直径2厘米的蜡烛的发光强度约为1坎。

汽车年检时，前照灯的发光强度不得低于1.5万坎。

小新，我发现一个问题，为什么单位符号有的是大写，有的是小写？

你观察得真仔细，这和单位名称的来源有关。每个单位的诞生都离不开科学家们的努力，若单位名称来源于人名，为表示对科学家的敬意，那么单位符号的第一个字母就需要大写，如牛顿（N）、瓦特（W）、安培（A）、开尔文（K）等。升这个单位是例外，它并非来源于人名，本来应该使用小写，但是小写的“l ”和数字“1”很容易混淆，因此许多国家都使用大写“L”。

原来如此。我们生活中的每件事物都和单位有关系，无法想象不使用单位的一天会是怎样。感谢科学家们让世界更简单、更方便。

是的，除了国际单位制的7个基本单位，日常生活中还隐藏了各种各样的单位，这就等你慢慢去发现啦！