Kimya I · 1. Ünite: Madde ve Ölçüm

Boyut Analizi (Birim Çevirme)

Bir niceliğin sayısal değeri, hangi birimle yazıldığına bağlıdır: "$65$" bir hız değildir, "$65\,\text{mil/saat}$" bir hızdır. Boyut analizi (dimensional analysis), birimleri cebirsel nesneler gibi çarpıp sadeleştirerek hem birim çevirmeyi hem de sonucun doğruluğunu kontrol etme yöntemidir. Bu konuda çevirme faktörünün neden $1$'e eşit olduğunu, tek ve çok adımlı çevirmeleri, üslü birimleri (alan, hacim), türetilmiş birimleri ($\text{g/cm}^3$, $\text{mil/gal}$), sıcaklığın neden çarpanla değil öteleme ile çevrildiğini ve boyut tutarlılığıyla denklem denetimini öğreneceksin.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. 1. Bağlam: Birim Hatası Bir Uzay Aracını Kaybettirdi

  2. 2. Çevirme Faktörü ve Neden $1$'dir

  3. 3. Çok Adımlı Çevirme ve Anlamlı Rakam

  4. 4. Üslü ve Bileşik Birimlerin Çevrilmesi

  5. 5. Sıcaklık: Çarpan Değil, Öteleme

  6. 6. Boyut Tutarlılığı: Denklem Denetimi ve Sabitlerin Çevrimi

  7. 7. Çözümlü Örnekler

  8. 8. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

  9. 9. Özet ve Bağlantılar

Anahtar terimler

Boyut analizi (dimensional analysis)
Birimleri cebirsel nesne gibi çarpıp sadeleştirerek çevirme yapma ve sonucu denetleme yöntemi.
Çevirme faktörü (conversion factor)
İki eşdeğer niceliğin oranı; değeri $1$'dir ve gösterimi değiştirir.
Eşdeğerlik (equivalence)
İki birimin aynı niceliği gösterdiğini söyleyen ilişki ($1\,\text{in}=2{,}54\,\text{cm}$).
Tam sayı (exact number)
Sayma ya da tanımdan gelen, belirsizliği olmayan değer; sonsuz anlamlı rakamlıdır.
Türetilmiş birim
Temel birimlerin çarpım ve bölümüyle oluşan birim ($\text{m/s}$, $\text{g/cm}^3$, J).
Boyut homojenliği
Bir denklemin iki tarafının ve toplanan terimlerin aynı boyuta sahip olması.
Afin dönüşüm
$y=ax+b$ biçimindeki dönüşüm; sıcaklık ölçekleri arasında kullanılır.
Sıcaklık farkı ($\Delta T$)
Kelvin ve Celsius ölçeklerinde sayısal olarak aynıdır; Fahrenheit ile $1{,}8$ çarpanı vardır.

Örnek soru

$1\,\text{in}=2{,}54\,\text{cm}$ eşdeğerliğini kullanarak $5{,}00\,\text{in}$ uzunluğunu santimetreye çevirmek için hangi kurulum birim bakımından doğru sonucu verir?

  1. $5{,}00\,\text{in}\times\dfrac{1\,\text{in}}{2{,}54\,\text{cm}}=1{,}97\,\text{in}^2/\text{cm}$
  2. $5{,}00\,\text{in}\times\dfrac{2{,}54\,\text{in}}{1\,\text{cm}}=12{,}7\,\text{in}^2/\text{cm}$
  3. $5{,}00\,\text{in}\times\dfrac{100\,\text{cm}}{1\,\text{in}}=500\,\text{cm}$
  4. $5{,}00\,\text{in}\times\dfrac{2{,}54\,\text{cm}}{1\,\text{in}}=12{,}7\,\text{cm}$
  5. $5{,}00\,\text{in}+2{,}54\,\text{cm}=7{,}54$

Doğru cevap: D

Çözüm

Cevap: D
1. Çevirme faktörü değeri $1$ olan bir orandır: $\dfrac{2{,}54\,\text{cm}}{1\,\text{in}}=1$. İstenen birim (cm) paya, yok edilecek birim (in) paydaya yazılır.
2. $5{,}00\,\text{in}\times\dfrac{2{,}54\,\text{cm}}{1\,\text{in}}=\mathbf{12{,}7\,cm}$; inç sadeleşir ve cm kalır.
3. A ve B'de birimler sadeleşmeyip $\text{in}^2/\text{cm}$ çıkar: faktör ters ya da yanlış yazılmıştır. C'de $100$ faktörü ($\text{cm}\leftrightarrow\text{m}$) yanlış yerde kullanılmıştır. E'de farklı birimli iki nicelik toplanmıştır; bu anlamsızdır.

Kimya I: tüm konular