Hệ thống đơn vị đo lường (SI): nguồn gốc, 7 đơn vị cơ bản, ứng dụng thực tế

Hệ thống đơn vị đo lường (SI) là hệ thống đo lường quốc tế thống nhất, được sử dụng rộng rãi trong khoa học, công nghiệp, thương mại và đời sống hàng ngày. Đây là nền tảng quan trọng giúp chuẩn hóa các phép đo, tạo sự đồng nhất và dễ dàng trao đổi thông tin giữa các quốc gia. Bài viết này mình sẽ chia sẻ những điểm cơ bản về hệ thống SI, từ các đơn vị cơ bản, dẫn xuất đến ứng dụng trong thực tế, giúp bạn nắm rõ và sử dụng hiệu quả.

Hệ thống đơn vị đo lường quốc tế (SI)

Hệ thống đơn vị đo lường quốc tế (SI), hay còn gọi là hệ mét, là hệ thống đo lường thống nhất được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. SI được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như khoa học, công nghiệp, thương mại, giáo dục và công nghệ. Hiện nay, hầu hết các quốc gia đều sử dụng hệ SI, ngoại trừ Mỹ, Liberia và Myanmar. Tại Việt Nam, hệ thống này đã chính thức được áp dụng từ năm 1980.

Lịch sử và sự phát triển

• Năm 1874: Hệ thống SI bắt nguồn từ một hiệp ước ngoại giao cho Hội nghị chung về cân đo (CGPM).
• Năm 1957: Hội nghị Quốc tế về đo lường thống nhất các đơn vị đo lường quốc tế.
• Năm 1960: SI được chọn làm bộ tiêu chuẩn gọn của hệ mét-kilôgam-giây.
• Năm 1971: Liên đoàn Hóa học lâm sàng quốc tế bổ sung thêm đơn vị thứ 7 để chuẩn hóa trong lĩnh vực xét nghiệm, khắc phục tình trạng dùng nhiều đơn vị khác nhau gây khó khăn khi chuyển đổi.

Cấu tạo của Hệ SI 

Hệ thống đo lường quốc tế (SI) được xây dựng dựa trên ba thành phần chính: đơn vị cơ bản, đơn vị dẫn xuất và tiền tố. Ngoài ra, một số đơn vị bổ sung cũng được chấp nhận sử dụng cùng với SI.

1. Bảy đơn vị cơ bản của Hệ SI

Đây là nền tảng, từ đó hình thành mọi đơn vị khác. Bao gồm:

• Chiều dài – mét (m): Được định nghĩa dựa trên quãng đường ánh sáng đi trong chân không trong 1/299.792.458 giây. Trước đây, mét từng được xác định bằng thước chuẩn và khoảng cách từ cực đến xích đạo.
• Khối lượng – kilôgam (kg): Ban đầu lấy theo mẫu chuẩn platinum-iridium đặt tại Pháp. Hiện nay được định nghĩa dựa trên hằng số Planck. (1 kg ≈ 2,2 pound).
• Thời gian – giây (s): Xác định dựa trên 9.192.631.770 dao động của nguyên tử Cesium-133. Trước kia, giây được tính là 1/86.400 của một ngày.
• Cường độ dòng điện – ampe (A): Được định nghĩa dựa trên lực tương tác giữa hai dây dẫn song song khi có dòng điện chạy qua.
• Nhiệt độ – kelvin (K): Gắn với điểm ba của nước. Đây là thang đo tuyệt đối, không có giá trị âm. Công thức: °C = K – 273,15.
• Lượng chất – mol (mol): Biểu thị số hạt bằng 6,022 × 10²³ (hằng số Avogadro). Có thể áp dụng cho nguyên tử, phân tử, ion hoặc hạt cơ bản.
• Cường độ sáng – candela (cd): Dùng để đo độ sáng của nguồn sáng, tương ứng với lượng sáng phát ra trong một góc nhất định.

2. Các Đơn vị Dẫn xuất

Các đơn vị dẫn xuất được hình thành từ các đơn vị cơ bản và/hoặc các đơn vị bổ sung theo các quy luật vật lý về mối quan hệ giữa các đơn vị này. Ví dụ về các đơn vị dẫn xuất và biểu diễn theo đơn vị cơ bản:

• Tốc độ: mét trên giây (m/s).
• Gia tốc: mét trên giây bình phương (m/s²).
• Lực: newton (N), bằng kg.m.s⁻².
• Năng lượng/Công: jun (J), bằng kg.m².s⁻².
• Điện áp: vôn (V), bằng kg.m².s⁻³.A⁻¹.
• Tần số: héc (Hz), bằng s⁻¹.
• Áp suất/Ứng suất: pascan (Pa), bằng N/m² hoặc kg.m⁻¹.s⁻².
• Công suất: oát (W), bằng J/s hoặc kg.m².s⁻³.
• Điện lượng/Điện tích: culông (C), bằng A.s.
• Điện trở: ôm (Ω), bằng V/A hoặc kg.m².s⁻³.A⁻².
• Độ tự cảm: henry (H), bằng Wb/A hoặc kg.m².s⁻².A⁻².
• Quang thông: lumen (lm), bằng Cd.sr.
• Độ rọi: lux (lx), bằng Lm/m² hoặc Cd.m⁻².
• Hoạt độ xúc tác: katal (kat), bằng mol.s⁻¹.
• Liều hấp thụ: gray (Gy), bằng J/kg hoặc m².s⁻².
• Liều tương đương: sivơ (Sv), bằng J/kg hoặc m².s⁻².

3. Tiền tố (Prefixes)

Tiền tố có thể được thêm vào một đơn vị để tạo ra bội số hoặc ước số của đơn vị ban đầu, tất cả đều là số nguyên của mười. Ví dụ:

• kilo (k): 1000 (10³).
• mega (M): 1.000.000 (10⁶).
• giga (G): 1.000.000.000 (10⁹).
• milli (m): 1/1000 (10⁻³).
• centi (c): 1/100 (10⁻²).
• micro (µ): 1/1.000.000 (10⁻⁶).
• nano (n): 1/1.000.000.000 (10⁻⁹).

4. Các Đơn vị Bổ sung và Quan trọng khác

Một số đơn vị không thuộc hệ thống SI vẫn được chấp nhận sử dụng cùng với SI vì các lý do khác nhau.

• Lít (L): Đơn vị thể tích được sử dụng phổ biến nhất, tương đương với một decimet khối (dm³).
• Angstrom (Å): Bằng 10⁻⁸ cm hoặc 10⁻¹⁰ m, được sử dụng để đo chiều dài liên kết hóa học và bước sóng bức xạ điện từ.
• Centimet khối (cm³): Đơn vị phổ biến để đo thể tích rắn, tương đương với mililit (mL).
• Phút (min): 60 giây.
• Giờ (h): 60 phút hoặc 3600 giây.
• Tấn mét (t): 1000 kg.
• Bar (bar): 10⁵ Pa.

Ưu điểm của hệ SI 

Hệ đo lường quốc tế (SI) có nhiều lợi thế, giúp việc đo lường và trao đổi thông tin trở nên thống nhất và tiện lợi hơn. Một số điểm chính gồm:

• Thống nhất: Là hệ đo lường duy nhất dùng trên toàn cầu, thuận tiện cho hợp tác khoa học, công nghiệp và thương mại.
• Đơn giản: Dựa trên các đơn vị cơ bản và tiền tố, dễ nhớ và dễ áp dụng.
• Chính xác: Các đơn vị được định nghĩa chặt chẽ, đảm bảo kết quả đo có độ tin cậy cao.
• Ứng dụng rộng rãi: Xuất hiện trong hầu hết lĩnh vực, từ nghiên cứu, sản xuất đến đời sống hàng ngày.

Ứng dụng trong Hóa sinh và Y học

Hệ SI được áp dụng phổ biến trong xét nghiệm, nghiên cứu y học và hóa sinh, giúp chuẩn hóa kết quả và dễ so sánh. Một số đơn vị thường dùng gồm:

• Đơn vị lượng chất: Cơ bản là mol, cùng các ước số như mmol, μmol, nmol, pmol.
• Đơn vị khối lượng: Cơ bản là kilôgam (kg), thường dùng g, mg, μg, ng.
• Đơn vị nồng độ:
  • Nồng độ lượng chất: mol/L, mmol/L, μmol/L.
  • Nồng độ khối lượng: g/L, mg/L, μg/L.
• Đơn vị hoạt độ enzym: SI quy định là Katal (Kat) – lượng enzym xúc tác 1 mol cơ chất trong 1 giây. Tuy vậy, đơn vị U (U/L) vẫn phổ biến tại Việt Nam.
• Đơn vị đo độ dài: mét (m) và các bậc nhỏ hơn như cm, mm, μm, nm, Å.
• Đơn vị đo thời gian: giây (s), phút (min), giờ (h), ngày (d).

Việc sử dụng hệ SI trong hóa sinh và y học giúp kết quả đo lường chính xác, dễ so sánh và dễ áp dụng trong thực tế.

Kết luận

Trên đây là những thông tin khái quát về hệ thống đơn vị đo lường quốc tế (SI), từ nguồn gốc hình thành, 7 đơn vị cơ bản cho đến ứng dụng trong thực tế. Hy vọng bài viết giúp bạn hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của SI và cách nó chuẩn hóa việc đo lường trên toàn cầu. Nhìn chung, việc nắm vững hệ SI không chỉ hữu ích trong học tập, nghiên cứu mà còn thiết thực trong công việc và đời sống. Nếu bạn có ý kiến bổ sung, hãy để lại bình luận và theo dõi trang Thiết Bị Việt Á để cập nhật thêm nhiều bài viết hữu ích khác.

Có thể quan tâm:

• Các đơn vị đo khí nén phổ biến Bar, Mpa, Psi, Kgcm2, Pascal, mmHg, kPa
• Thành phần của khí nén và hệ thống khí nén

Ngô Văn Hùng