國際單位制──

度量衡的國際通用語言

國際單位制法文全名為Le Système International d'Unité s，英文全名為The International System of Units,國際間以SI作為國際單位制之通用代表符號。國際單位制的推行到今年已有整整二十年的歷史，它是以十進公制為基礎的一種現代化的新計量體制，全世界無論是已實行公制計量的國家（如法、德、日），或正在變更度量衡制度為公制的國家（如英、澳、美），都已由政府決定採用國際單位制作為將來官方唯一的計量制度，所以推行國際單位製是本世紀最末廿年全世界統一度量衡制度的劃時代大事，也是人類追求「大同世界」理想過程中的一個重要步驟。世界上沒有任何追求進步和現代化的國家能置身事外，我們有鑒於在中國推行國際單位制是趕上世界潮流的一項極重要工作，乃將目前已收集和整理好的資料介紹給大家，以作為認識國際單位制和共同努力推行此一計量制度的基礎。

什麼是國際單位制

國際單位制的創始和推行已有二十年的歷史，直到最近十年才受到全世界廣泛的注意。在1948年舉行的第九屆國際計量大會（CGPM, General Conference of Weights and Measures），首先指示國際計量委員會（CIPM, International Committee of Weights and Measures）應該進行研訂一套完整的計量單位規則，以便所有「公制公約（Metre Convention）」簽約國能夠採行，同時並為單位符號之使用定下了一些原則。在1954年第十屆國際計量大會中，則決定了以七種量的單位（長度、質量、時間、電流、熱力學溫度、物質量和發光強度）作為基本單位。隨後在1960年的第十一屆國際計量大會中，正式命名此一新計量單位系統為國際單位制，國際縮寫符號為SI，並且為詞冠、導出和補充單位等訂定了規則，至此國際單位制正式誕生，並且完成了初步的奠基工作。此後的二十年間，國際單位制不斷成長，經過多次的改進與增補，而成為目前在國際間普遍受到重視的一種新計量體制。事實上國際單位制本身正隨著科技的發展而繼續成長，是人類有史以來設計最周詳、使用最簡便的一種計量系統，在可見的將來國際單位制將逐步取代其他計量系統，而成為國際間唯一通用的度量衡國際語言，此點應屬毫無疑問之事。

那麼到底什麼是國際單位制呢？國際單位制簡單的說，就是一種以十進位公制為基礎，採用「米兛秒（mks）」（兛即公斤）為基本單位，而釐定的一套新公制計量體系。國際單位制的基本單位共有七個，補充單位（即附加單位）現有兩個，原則上由此兩種單位即可導出所有的其他單位。國際單位制的一項最大特點是它的一貫性，就是說在此一計量體制內所有導出單位（即衍生單位）都是直接由基本單位（有時加上補充單位）直接導出，各導出單位與基本單位之間僅有導出關係，而無換算係數。國際單位制以「米兛秒」為基礎，不僅對單位定義、單位名稱及符號、單位及詞冠之使用方法等等，都作了嚴謹而詳明的規定，而且對數字書寫法、複單位表示法等等，也定出了大家應該共同遵守的規則，以減少許多在科技交流時所產生的不必要的混淆，此點對促進人類科技知識的交流有特別重要的意義。有關這些問題的細節，我們在下文一一加以說明。

國際單位制有那些優點

國際單位制是國際計量專家學者們根據實際使用公制單位的長期經驗，而研定出來的一套新計量系統，此一系統不僅顧及現在公制使用上的一些習用原則，而且也充分考慮到此一單位系統在將來發展上的需要。歸納起來國際單位制有一貫、一致和等位三大優點，事實上國際單位制本身因為定義明確、使用方便、劃一單位、嚴定用法，已成為國際間唯一有劃一準則的計量通用語言。以下僅對國際單位制的三項主要優點稍加說明：

一、一貫性（coherent,即合調性）

國際單位系統內的單位均有其一貫性，即每一導出單位皆可由其他單位以乘或除之方式來表示，而不須加入任何1以外的換算係數，例如：

1瓦（W）＝1焦耳/1秒＝Js^-1

1焦耳（J）＝1牛頓×1米＝1Nm

1牛頓（N）＝1兛×1米每秒平方＝1 kg m s^-2

1赫（Hz）＝1/1秒＝1 s^-1

1庫倫（C）＝1安培×1秒＝1As

國際單位制最大的優點就是一貫性。若一計算式中所有的數據都以SI單位來表示，則不須在式中增加任何換算係數。例如，SI之能量單位僅有一個，就是焦耳。焦耳的一貫性如下：

1焦耳＝1牛頓米＝1Nm

＝1瓦秒＝1Ws

＝1庫倫伏特＝1CV

＝1兛×1平方米每秒平方＝1 kgm²s^-2

但其他的公制能量單位如耳格（erg）、卡（cal）、瓩小時（kWh）等等單位，則與SI基本單位之間就沒有一貫性存在：

1耳格＝1 ×10^-7焦耳﹐

1瓩小時＝ 3.6×10⁶焦耳﹐

1卡＝4.186 8焦耳

（註：按第九屆CGPM之決議規定，書寫數字時三個一「組」，以適當間距「區分」。）

二、一致性（consistent）

在國際單位系統中，每一物理量僅有一種單位，例如：

長度均以米表示﹐

速度均以米每秒表示﹐

力均以牛頓表示﹐

密度均以兛每立方米表示。

此一基本原則就是SI單位制的一致性。

三、等位性（coordinated）

國際單位制在實用上需要將單位「十進倍和分」時都使用詞冠（prefix,即前置因子），而所有的詞冠均以10的乘除來表示，因此詞冠與數字等位，計算時以數字表示或詞冠表示都同樣適用。

國際單位制的各類單位

一、基本單位

國際單位制共有七個基本單位（表一），這七個基本單位在量綱上各自獨立（dimensionally independent），是構成國際單位制中各單位的基礎。

二、導出單位

國際單位制的導出單位是國際單位制的基本單位藉數學乘除號以代數式來表示的單位。某些導出單位使用特別賦予的特定名稱和符號，這些有特定名稱的導出單位也可用來表示其他導出單位，以便簡化某些特別複雜的單位在完全以基本單位來表示時的繁雜。

導出單位可以歸納為三類：

（一）以基本單位表示之導出單位如表二。

（二）有特定名稱的導出單位如表三。

（三）以特定名稱國際單位來表示的導出單位如表四。

三、補充單位

數種單位尚未被國際單位制歸類為基本單位或導出單位，故另分一類稱補充單位（表五）。本類單位目前僅有兩個，均為純幾何單位，可視為基本單位或導出單位。

由使用補充單位而組成之導出單位，除表三中的光通量和照度外，尚有如表六所列之數例。

國際單位制的十進倍數及分數表示法

國際單位制為求在實際應用各單位時，因太小或太大需增倍或減倍（multiple or sub-multiple）時的方便，乃制定了一系列的十進位詞冠置於單位名稱或其符號之前，以組合國際單位的十進倍數及分數單位。

此一系列的詞冠如表七。

非國際單位制的單位

國際單位制的推廣正在世界各地進行中，國際單位制本身也正在成長，也有許多問題尚待研究解決及作成決議。許多已廣泛使用，並且十分重要的單位，一時或無適當的國際單位可資取代，或一時難以改用非習用單位，所以這些不屬於國際單位制的單位也有實際使用上的需要。這些單位可以歸納為四類：一、與國際單位制同時使用的單位，二、暫仍採用的單位，三、厘米-克-秒制（cgs）單位，四、其他單位。

一、與國際單位制併用的單位

對國際單位使用者而言，某些既重要而又廣泛使用之非國際單位制單位仍極有實用性，故仍望能加以應用，此類單位如表八。但使用本類單位與國際單位結合以組成複合單位時，應僅局限於一些特例，以不失國際單位制一貫性的優點。

除表八所列各單位外，還有一些在某些專業上使用的非國際單位制單位，因其國際單位對應值必須經由實驗求得，故尚無確切值，此類單位如表九。

二、暫仍採用的單位

基於目前實用上的需要，表十所列的單位暫仍保留，並與國際單位制併用。

三、厘米－克－秒單位（cgs units）

儘量避免將厘米－克－秒制中有特定名稱的單位與國際單位制中的單位混合使用，此類單位列如表十一。

四、其他單位

凡不屬於本節前三類所列出之非國際單位制單位應儘量避免使用，而應以國際單位取代。屬此類一般已列入應廢止之其他單位，如表十二。

國際單位使用須知

為求國際單位制之使用能達到劃一的目標，國際標準化組織（International Organization for Standardization,簡稱ISO）對國際單位之使用訂出了國際單位使用須知，以便於共同遵守，減少在使用國際單位時造成不必要之混淆。使用國際單位時應遵循下列各點：

一、所有單位符號均為符號（symbol）而非縮寫（abbreviation），所以不應使用句點（period），單位符號本身亦不應使用複數。例如：　

正確用法　　不正確用法

1 kg　　　　　1 kg.

5 kg　　　　　5 kgs

二、兩個和兩個以上之單位相乘合組時，可用下列數種表示法表示之。

例如：力矩（moment of force）

單位名稱：牛頓米（newton metre）

符號：N.m或Nm

三、兩個單位作相除合組成一個導出單位時，可以固線（solidus,斜線或橫線）或負次方的方式來表示。

例如：速度、速率（speed, velocity）

單位名稱：米每秒（metre per second）

符號：m/s, m/s或m．s^-1

四、在一單位中固線不可多次使用，但可使用括號，遇複雜的單位時，必須使用負次方或用括號來表示。

例如：加速度（acceleration）

單位名稱：米每秒平方（metre per second squared）

符號：m/s²或m．s^-2

不正確用法：m/s/s

例如：電場強度（electric field strength）

單位名稱：伏特每米（volt per metre）

符號：V/m, m∙kg/(s³∙A)﹐

或m∙kg∙s³∙A^-1

不正確用法：m∙kg/s³/A及m∙kg/s³∙A

五、詞冠使用要點

（一）詞冠符號（符號為希臘字母）除微（10^-6，micro, μ）外，其他均為正寫羅馬字體，而且詞冠與單位符號之間不空格。

例如：微秒（micro second）　毫升（mililitre）

正確用法：      μs　　　　　     ml

不正確用法：　us　　　　　　 ml 　　　

（二）一個帶有詞冠之單位符號若附有指數時，則此一單位之十進倍數或分數之冪應與此指數相乘。

例如：1 cm³＝(10^-2m)³＝10^-6m³

1 cm³＝(10^-2m)^-1＝10²m^-1

1 μs^-1＝(10^-6s)^-1＝10⁶s^-1

（三）不可使用複詞冠（compound prefix），即在一單位前不可同時使用二個或兩個以上之詞冠。

例如：10^-9m

正確用法：1 nm

不正確用法：1 mμm

（四）除千克（kilogram,為基本單位）外，詞冠不應使用於分母，

例如：　　　

正確使用法　　不正確使用法

2 km/s　　　　 2 m/ms

200 J/kg　　 　 2 dJ/g　　

六、數量的正確使用法

（一）數值與單位或單位符號之間必須有間距，唯一的例外為攝氏度（℃），在數值與攝氏度符號間有無間距均屬正確。但在使用熱力學溫度時，其符號應為K，而非°K。

例如：　　　

正　確　用　法　　不　正　確　用　法

300 ml　　　　　　　　300ml

15℃或15 ℃　　　　 　 15C或15 C

15 K　　　　　　　　　15°K或15K

15 g　　　　　　　　 　15g　　

150 km　　　　　　　　150km

30 l, 30 L或30 litre　         30l或30litre　

〔註：第十六屆國際計量大會（1979年10月）決定可以大寫「L」或小寫「l」作為「升」（litre）的符號。〕

（二）在表示數值時能使用詞冠則最好使用詞冠。

例如：　

最好使用　　最好避免使用

20 km　　　　20,000 m

5 mm　　　　 0.005 m

（三）國際單位制是以公制為基礎，是一種十進制，所以在表示數值時應以採用十進法表示為原則，避免使用分數及混合單位。

例如：　　　

最好使用　　　避　免　使　用

十進表示法　　　分數或混合單位

0.25 kg　　　　　1/4 kg　　　

500 ml　　　　　1/2 l

14.35m　　　     14 m 350 mm

（四）小於1的數值，小數點前的零（0）不應省略。

例如：　正確用法：0.24 m

不正確用法： .24 m

（五）數值表示時每三位之間應有間距，慣用之逗號（，）應省除。

例如：　

正確使用　　　         　不正確用法

3 000 km, 3 Mm　　　　　3,000 km

0.587 2 m, 587.2 mm　　 0.587,2 m; 0.5872 m

七、數值運算應該使用符號，不應使用文字。

例如：　正　確：1°＝ (π/180)rad

不正確：一度＝ π弧度÷180

換算表與常用物理常數值

常用的非SI單位與SI單位間的換算列表如表十三。表十四為以SI單位表示之常用物理常數值。

我國應該趕快推行國際單位制

自1960年國際單位制創始起，大部分原使用公制的歐洲大陸國家隨即轉換採用國際單位制，而原使用英制的國家如英國也於1965年起逐步轉換改用公制，並直接採用國際單位制。我國雖為法定採用公制的國家，但目前度量衡制度在實際使用上仍十分紊亂，公制、英制及一些傳統習用的度量衡單位仍在不同的計量實務上使用，在國家工業化、現代化的進程中形成了一種無形的障礙。在各級教育機構中，由於計量單位的不能劃一，也大大地減低了「教」與「學」的效率，成為教育過程中一種難以估量的時間和興趣上的「損失」。

我國應積極地推行國際單位制，政府並應將之列為國家經建的重點工作，從最基礎的教育著手。下面是我們認為應該立即進行的幾項工作：

一、收集國際單位制資料及各國在推行國際單位制時的各種作法，以作為我國推行的借鏡。

二、利用期刊及大眾傳播工具在各種場合普遍介紹國際單位制，製作各種簡便的表格或換算尺，供大眾使用，提高全國國民對此一計量系統的認識，以減少推行時可能有的心理障礙。

三、各級學校用書在介紹度量衡單位制度時，應特別強調國際單位制，並詳細說明此一制度之優點及用法。

四、在義務教育的國小和國中教育階段，所有教科書應完全採用國際單位制；高中教學也應以國際單位制為主，非絕對必要不採用國際單位制以外的任何其他單位；至於大專學校採用教科書，應建議大專教師儘量採用以SI單位編著之課本，並建議預備編寫大專用書的著者應儘量採用SI單位，且在書前介紹此一單位及其與慣用單位間的換算表。

五、科技性出版物及政府各種出版品均應率先採用國際單位，大眾傳播媒介亦應習慣於使用國際單位來作有關計量時的報導。

六、工商界應注意國際間在生產製造所用規格上及產品標示說明上採用國際單位制的情形，以作為我國在工業生產上逐步改用國際單位制的指標。

目前我國正逐步進入開發國家之林，全力推動及統一使用國際單位制實在已到了刻不容緩的地步。全面推行國際單位制除應由政府明訂法律，成立專門委員會負責推行外，還應訂下期限，循序漸進，按部就班限期達成廢止使用其他單位之目標。就現階段而言，國際單位制的推行應以各級學校為重心，必須先讓國家未來的主人翁了解國際單位並樂於使用成為一種習慣，才有希望擴大到全民、全國。採用國際單位制為一項世界潮流，也可以說國際單位制是最進步的計量體制，在國際競爭激烈、分秒必爭的今日，我們如掉以輕心，不能急起直追、全力以赴，則不僅進步難期，反可能被「淘汰」出局。

參考資料：

1. C. H. Page & P. Vigoureux (Editors), SI-The International System of Units, National Physical Laboratory, U. K.; Published by Her Majesty's Stationery Office, London,1973

2. J. L. Feirer, SI Metric Handbook, The Metric Company ; Publised by Charles Scribner's Sons, New York, 1977

並請參閱：

1.　陳為立　細說國際單位　科月10卷12期

2.　韋端　重議命數法　科月11卷2期

3.　龍村倪、蔣維理　國際單位制─度量衡的國際通用語言　科月11卷7期

龍村倪現任職於工業技術研究院礦業研究所。

蔣維理現任職於工業技術研究院金屬工業研究所。

蘇侃現任教於交通大學機械系。

張弘現任職於中山科學研究院。

林志偉現任職於英國瓦斯公司。

蕭鉅昌現在英國倫敦大學進修。

醣氧化可產生多少能量

黃啟穎

生物體內的可溶性碳水化合物（即醣）完全氧化變成二氧化碳及水的化學反應中，以1莫耳的葡萄糖（C₆H₁₂O₆）為例，可產生38莫耳的ATP。若是以1莫耳的ATP可產生10千卡的能量計算，那麼1莫耳葡萄糖在體內可產生380千卡的熱能。生物可用此能量來合成新的有機物質，如蛋白質、脂肪，根也可利用其來吸收養分。

計算可溶性醣在生物體內氧化產生ATP的近似值，可由其氧化反應中所消耗的氧氣量來推算。一般而言，在醣氧化反應中，消耗1莫耳的氧氣（O₂）可產生6莫耳的ATP。所以我們若知道生物利用何種可溶性醣時，由其化學平衡反應式即可推知該醣在氧化時，大約可產生多少量的ATP了。如以葡萄糖為例，1莫耳葡萄糖完全氧化時，需要消耗6莫耳的氧氣，而消耗1莫耳氧氣可產生6莫耳ATP，所以1莫耳葡萄糖氧化變成二氧化碳及水時，總計可產生36莫耳ATP。其化學反應式為

C₆H₁₂O₆+6O₂→6CO₂+6H₂O

6O₂×6ATP/O₂=36ATP

此計算值雖然與實際所產生的38ATP略有差異，但已極相近，所以仍不失為估計醣氧化可產生多少ATP的良好方法。

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