高等学校工業 化学工学/単位換算

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化学工業では、物理量の単位系は国際単位系であるSI単位を、なるべく用いる。 SI単位系については、高校物理の標準的な教科書に、かかれています。

ほんの数十年前までの昔(※ 執筆時点は2013年。)は、国や業界ごとに、さまざまな単位があったが、それだと換算の手間がかかるなど、不便なことがおおいので、単位を統一する必要が生じた。

現在は、単位を、なるべくSI単位系に単位を統一するのが主流である。

日本国のJIS規格や計量法でも、原則的にSI単位系を採用している。 また、国際規格のISO規格でも、原則的にSI単位系を採用している。

SI基本単位[編集]

国際単位系では7つの基本単位と、それ以外の単位は基本単位を組み合わせた組立単位としている。

SI単位系で基礎とする単位は、長さの単位にはメートル法を基礎として、質量の単位はキログラムを基礎とする。時間の単位は秒を基礎とする。温度はケルビン温度を基礎とする。

7つの基本単位をまとめると、 基本単位は時間 (s)、長さ (m)、質量 (kg)、電流 (A)、熱力学温度 (K)、物質量 (mol)、光度 (cd) である。

基本単位 定義
名称 記号
時間 s セシウム133原子の基底状態の2つの超微細準位(F=4,M=0およびF=3,M=0)間の遷移に対応する放射の周期の9 192 631 770倍の継続時間
長さ メートル m 1秒の1/299 792 458の時間に光が真空中を進む距離
質量 キログラム kg 国際キログラム原器プラチナ90%、イリジウム10%からなる合金で直径・高さともに39mmの円柱の質量
電流 アンペア A 無限に長く、無限に小さい円形断面積を持つ2本の直線状導体を真空中に1メートルの間隔で平行においたとき、導体の長さ1メートルにつき2×10-7ニュートンの力を及ぼしあう導体のそれぞれに流れる電流の大きさ
熱力学温度 ケルビン K 水の三重点熱力学温度の1/273.16。温度間隔も同じ単位
物質量 モル mol 0.012kgの炭素|炭素12に含まれる原子と等しい数の構成要素を含む系の物質量。
モルを使うときは、構成要素 (entités élémentaires) が指定されなければならないが、それは原子分子イオン電子、その他の粒子またはこの種の粒子の特定の集合体であってよい
光度 カンデラ cd 周波数 540×1012ヘルツの単色放射を放出し、所定方向の放射強度が1/683ワットステラジアンである光源のその方向における光度

組立単位[編集]

SI組立単位、およびその他のSI組立単位を列挙する。世の中に存在する量は限りなくあり、全てを挙げることは不可能であるので、その一例を挙げる。

表2 基本単位を用いて表される一貫性のあるSI組立単位の例[編集]

組立量 名称 記号
面積 平方メートル m2
体積 立方メートル m3
速さ・速度 メートル毎秒 m/s
加速度 メートル毎秒毎秒 m/s2
密度(質量密度) キログラム毎立方メートル kg/m3
面密度 キログラム毎平方メートル kg/m2
電流密度 アンペア毎平方メートル A·m-2
磁界の強さ アンペア毎メートル A/m
モル濃度 モル毎立方メートル mol/m3
モル濃度 キログラム毎立方メートル kg/m3

表3 固有の名称と記号で表される一貫性のあるSI組立単位[編集]

いくつかのSI組立単位には、利便性の観点から固有の名称と記号が与えられている。固有の名称を持つSI組立単位は、下記に示す22個である。下方の4つの単位は、健康保護の観点から特別に固有の名称を与えられたものである。

組立量 名称 記号 他のSI単位
による表し方
SI基本単位
による表し方
平面角 ラジアン (radian) rad 1 m/m
立体角 ステラジアン (steradian) sr 1 m2/m2
周波数 ヘルツ (hertz) Hz   s-1
ニュートン (newton) N   m·kg·s-2
圧力応力 パスカル (pascal) Pa N/m2 m-1·kg·s-2
エネルギー仕事熱量 ジュール (joule) J N·m m2·kg·s-2
仕事率 ワット (watt) W J/s m2·kg·s-3
電荷電気量 クーロン (coulomb) C   s·A
電位差 (電圧)・起電力 ボルト (volt) V W/A m2·kg·s-3·A-1
電気容量 ファラド (farad) F C/V m-2·kg-1·s4·A2
電気抵抗 オーム (ohm) Ω V/A m2·kg·s-3·A-2
磁束 ウェーバ (weber) Wb V·s m2·kg·s-2·A-1
セルシウス温度 セルシウス度 K  
光束 ルーメン (lumen) lm cd·sr cd·m2/m2 = cd

表4 単位の中に固有の名称と記号を含む一貫性のあるSI組立単位の例[編集]

固有の名称を持つSI組立単位は、SI基本単位や他のSI組立単位と組み合わせて他の組立量を表すために用いることができる。

組立量 名称 記号 SI基本単位
による表し方
粘度 パスカル秒 Pa·s m-1·kg·s-1
力のモーメント ニュートンメートル N·m m2·kg·s-2
表面張力 ニュートン毎メートル N/m kg·s-2
角速度 ラジアン毎秒 rad/s m·m-1·s-1 = s-1
角加速度 ラジアン毎秒毎秒 rad/s2 m·m-1·s-2 = s-2
熱流束 ワット毎平方メートル W/m2 kg·s-3
熱容量 ジュール毎ケルビン J/K m2·kg·s-2·K-1
比熱容量 ジュール毎キログラム毎ケルビン J/(kg·K) m2·s-2·K-1
熱伝導率 ワット毎メートル毎ケルビン W/(m·K) m·kg·s-3·K-1