s 시간 m 길이 kg 질량 A 전류 K 온도 mol 물질량 cd 광도 SI UNITS 측정의 일곱 기둥, SI 기본 단위 자연의 모든 현상은 이 7개의 기본량으로 기술된다 INTERNATIONAL SYSTEM OF UNITS · 국제단위계
CHAPTER Ⅰ · 과학의 기초 · LESSON 02
10통과1-01-02

과학의 기본량과 단위

과학자는 자연을 일곱 가지 기본량으로 잰다. 시간·길이·질량·전류·온도·물질량·광도 ― 이 일곱 기둥으로부터 부피, 속력, 농도, 힘, 에너지 같은 모든 유도량이 만들어진다. 2019년, 인류는 마지막 남은 인공 표준이었던 킬로그램까지 자연 상수로 정의함으로써 측정의 새 시대를 열었다.

01
SI 기본 단위 7개의 의미와 정의를 이해한다.
02
기본량으로부터 유도량이 도출됨을 설명할 수 있다.
03
자연 현상 기술에서 단위가 가지는 의미를 안다.
OPENING STORY · 생각해 보기

"지구 어딘가에 잠들어 있던 1 kg, 130년 만에 깨어나 사라지다"

1889년, 프랑스 파리 근교 한 금고 안에 백금-이리듐 합금으로 만든 작은 원기둥 하나가 보관되었다. 이 원기둥의 질량이 곧 '1 kg'이었다. Le Grand K라 불린 이 물체는 130년간 전 세계 모든 저울의 기준이었다.

그러나 시간이 흐르면서 이 원기둥은 미세하게 마모되거나 오염되어 질량이 변해 갔다. 2019년 5월 20일, 인류는 마침내 이 인공 물체를 폐기하고 자연 상수(플랑크 상수)로 킬로그램을 정의하기로 결정했다. 이로써 SI 7개 단위 모두가 변하지 않는 자연 상수에 기반하게 되었다.

International Prototype of the Kilogram, Le Grand K
국제 킬로그램 원기 'Le Grand K' (1889–2019)
SECTION 01

자연을 측정하는 일곱 가지 기본량

과학자가 자연을 정량적으로 기술하기 위해 약속한 가장 기본적인 양이 7가지이다. 이를 SI 기본량(국제단위계, Système International d'Unités)이라 하며, 각 양에 대응하는 단위를 SI 기본 단위라고 한다. 이 일곱 기둥 위에 모든 물리·화학·생명·지구과학의 측정이 세워진다. 1875년 미터 협약에 17개국이 서명한 이래 SI는 세계 표준이 되었고, 현재 62개 회원국 + 41개 준회원국이 참여한다. 2019년 5월 20일, '세계 측정의 날'에 모든 SI 기본 단위가 마침내 인공물(예: 킬로그램 원기)에서 변하지 않는 자연 상수로 재정의되며 측정의 역사가 새 단계로 진입했다. 이 단원에서는 7개의 기본량과 그 물리적 의미를 차례대로 살펴본다.

📐 SI 기본 단위 7개 — 카드를 클릭해 자세히 보기

각 단위는 모두 변하지 않는 자연 상수로 정의되어 있습니다. 카드를 눌러 정의·기호·정의 상수를 확인하세요.

QUANTITY · 시간
초 · Second
s
세슘-133 원자의 진동 주기
QUANTITY · 길이
미터 · Metre
m
빛이 1/299,792,458초 동안 진행한 거리
QUANTITY · 질량
킬로그램 · Kilogram
kg
플랑크 상수로 정의 (2019년~)
QUANTITY · 전류
암페어 · Ampere
A
기본 전하량으로 정의
QUANTITY · 온도
켈빈 · Kelvin
K
볼츠만 상수로 정의
QUANTITY · 물질량
몰 · Mole
mol
아보가드로 수의 입자 개수
QUANTITY · 광도
칸델라 · Candela
cd
발광 효율 상수로 정의

초 (Second)

s

정의: 세슘-133 원자의 두 초미세 준위 사이의 전이에서 방출되는 복사가 9,192,631,770회 진동하는 데 걸리는 시간.

적용 사례: GPS 위치 측정(0.1µs 오차 = 30m 오차), 국제 표준시(UTC), 통신 시스템 동기화, 모든 디지털 기기의 클럭.

세슘 원자시계 NIST-F2

📜 SI 단위계 250년 역사 — 인공물에서 자연 상수로

SI HISTORY · 1791 ~ 2019 · 측정 표준 진화의 5단계
1791
📏 미터의 탄생

프랑스 혁명 정부가 지구 자오선의 1/4,000만으로 미터 정의. 십진법 통일 시도.

1875
🌐 미터 협약

17개국이 파리에서 미터 협약 체결. 국제도량형국(BIPM) 설립. 세계 표준 시작.

1960
⚙ SI 체계 확립

제11차 CGPM(국제도량형총회)에서 SI(국제단위계) 공식 채택. 7개 기본 단위 확정.

1967
⏱ 원자시계 정의

초(s)를 지구 자전이 아닌 세슘-133 원자 진동으로 재정의. 정확도 1억 배 향상.

2019
🎯 자연 상수 시대

5/20 세계 측정의 날 — 모든 기본 단위를 변하지 않는 7개 자연 상수로 재정의. 측정 혁명 완성.

🔬 7개 SI 단위를 정의하는 자연 상수

2019년부터 모든 SI 기본 단위는 7개 자연 상수로 정의된다. 자연 상수는 우주 어디서나, 시간이 흘러도 변하지 않는 값이라 측정의 절대 기준이 된다. 인공물(예: 1889년부터 130년간 사용된 백금-이리듐 킬로그램 원기)은 닳거나 흠집이 나지만, 자연 상수는 영원하다.

단위 정의 자연 상수 기호 고정값
초 (s)세슘-133 원자 진동수ΔνCs9,192,631,770 Hz
미터 (m)진공 중 빛의 속력c299,792,458 m/s
킬로그램 (kg)플랑크 상수h6.626 070 15 × 10⁻³⁴ J·s
암페어 (A)기본 전하량e1.602 176 634 × 10⁻¹⁹ C
켈빈 (K)볼츠만 상수k1.380 649 × 10⁻²³ J/K
몰 (mol)아보가드로 수NA6.022 140 76 × 10²³ /mol
칸델라 (cd)발광 효율 상수 (540 THz)Kcd683 lm/W

💡 왜 자연 상수인가? 1889년부터 130년간 사용된 킬로그램 원기(국제 표준)는 130년 사이 무려 약 50 µg 가벼워졌다 — 표면이 닳거나 오염된 것. 자연 상수는 우주 어디서, 언제 측정해도 같은 값이다. 빛의 속도는 138억 년 전 빅뱅 직후나 지금이나 동일. 이것이 측정 표준의 궁극적 기준이 될 수 있는 이유다.

🌐 7개 SI 단위 — 일상의 어디에 쓰이는가?

s
초 — 시간

GPS·통신·디지털·금융 거래 모두 정확한 시간이 기반.

📍 GPS·5G
m
미터 — 길이

건축·도로·반도체 설계까지. 반도체는 nm(나노미터) 단위.

🏢 건축·반도체
kg
킬로그램 — 질량

식품·약·우편물·공산품 모두 g/kg 단위로 측정.

⚖ 무역·약품
A
암페어 — 전류

가전·전기차·배터리 — 모든 전기 제품의 핵심 측정값.

🔌 가전·EV
K
켈빈 — 온도

기상·발전소·냉장고. K = ℃ + 273.15. 절대온도 기준.

🌡 기상·산업
mol
몰 — 물질량

화학반응·약학·반도체. 1 mol = 6.022 × 10²³ 입자.

🧪 화학·약학
cd
칸델라 — 광도

조명·디스플레이·자동차 헤드라이트 밝기 기준.

💡 조명·디스플레이
🔗
유도단위

속도(m/s)·힘(N)·에너지(J)·전압(V) 등 모두 7개의 조합.

🧮 모든 과학

🎯 SI 단위의 측정 정확도 — 현대 과학의 한계

PRECISION OF SI UNITS · 자연 상수 정의 이후 인류의 측정 능력
초 (s)
10⁻¹⁸ (100경분의 1)
최고급
미터 (m)
10⁻¹¹ (1,000억분의 1)
초정밀
킬로그램 (kg)
10⁻⁸ (1억분의 1)
정밀
암페어 (A)
10⁻⁹ (10억분의 1)
고정밀
켈빈 (K)
10⁻⁷ (1천만분의 1)
정밀
몰 (mol)
10⁻⁸ (1억분의 1)
정밀
칸델라 (cd)
10⁻⁴ (1만분의 1)
실용

⏱ 1초의 의미 — 현대 원자시계의 정확도는 10⁻¹⁸ 수준. 즉, 138억 년(우주 나이) 동안 1초도 안 틀린다는 뜻이다. 이 정확도가 있어 GPS가 m 단위 위치를, 인터넷이 µs 단위 동기화를 할 수 있다.

📏 SI 단위로 잴 수 있는 자연의 스케일

10⁻³⁵ m
플랑크 길이

물리학 이론상 최소 길이. 양성자의 1/10²⁰ 크기.

10⁻¹⁰ m
🔬
원자 (옹스트롬)

1 Å = 0.1 nm. 수소 원자 지름 약 1 Å.

10⁷ m
🌍
지구 반지름

지구 반지름 약 6,371 km = 6.371 × 10⁶ m.

10²⁶ m
🌌
관측 가능 우주

지름 약 930억 광년 = 8.8 × 10²⁶ m.

🎯 단 7개의 단위로 우주 전체를 잰다 — 플랑크 길이(10⁻³⁵ m)에서 우주 지름(10²⁶ m)까지 무려 10⁶¹ 배의 스케일. 마찬가지로 시간은 플랑크 시간(10⁻⁴⁴ s)에서 우주 나이(10¹⁷ s)까지 측정. 7개의 SI 기본 단위가 인류 지식의 모든 측정의 토대다.

🇰🇷

KRISS — 한국표준과학연구원 (1975 설립)

대전 대덕연구단지 소재. 한국이 국제 측정 표준을 유지·전파하는 국가기관

KRISS(한국표준과학연구원)는 한국의 7개 SI 기본 단위를 국제 표준에 맞게 유지·전파한다. 1988년 미터협약 가입 후 한국이 세계 측정 무대로 진출. 2019년 SI 재정의에는 KRISS가 키블 저울(kibble balance) 자체 개발로 기여하기도 했다. 한국 반도체·자동차·항공 산업 정확도의 기반. 오늘날 KRISS는 세계 측정 정확도 7위 수준의 시설을 보유 — 우리가 사 먹는 약·우유·전기료 모두 KRISS 표준에 의해 정확하게 측정된다.

1975
KRISS 설립
7위
세계 측정 정확도
62개국
미터협약 회원국
5/20
세계 측정의 날
INSIGHT왜 SI 7가지로 충분한가?

놀랍게도 자연의 모든 현상이 단 7개의 기본량(시간·길이·질량·전류·온도·물질량·광도)으로 모두 측정 가능하다. 속도(m/s)·힘(N=kg·m/s²)·에너지(J=N·m)·전압(V=J/C)·압력(Pa)·주파수(Hz) 등 모든 유도단위는 7개의 조합일 뿐. 이는 자연이 단순한 법칙으로 구성되어 있다는 깊은 통찰이다 — 7개의 기본량과 7개의 자연 상수만 알면 우주 모든 측정이 가능하다. 이것이 21세기 SI 체계의 아름다움이다.

SECTION 02

표준의 진화 — 인공 물체에서 자연 상수까지

2019년 이전, SI 기본 단위의 일부는 여전히 사람이 만든 인공 물체에 의존했다. 특히 킬로그램은 마지막까지 백금-이리듐 원기로 정의되었지만, 마침내 플랑크 상수를 이용한 키블 저울(Kibble balance) 측정으로 자연 상수에 기반한 정의가 가능해졌다.

2019년 5월 20일 — 'SI 재정의의 날'이 인류 측정사의 분기점이다. 130년간 파리 BIPM 금고에 보관됐던 백금 원기둥(킬로그램)이 마침내 자연 상수로 대체됐다. 이제 SI 7대 기본 단위 모두가 우주 어디서나 똑같은 자연 상수에 기반한다. 미래 인류가 화성에서, 외계인이 다른 별에서 측정해도 같은 값이 나온다.

인공물 원기 (1889~) 물리 현상 (1960~) 자연 상수 (2019~)
m
1 m 시간 = 1/299,792,458 s
QUANTITY · 길이
미터 · meter
Length · 가장 기본적인 공간 단위
DEFINITION (2019)1 m = 빛이 진공에서 1/299,792,458 초간 진행한 거리

진공에서의 광속 c를 자연 상수로 고정해 길이를 정의. 광속은 우주 어디서나 변하지 않으므로 어디서든 같은 1m. 자율주행·GPS·반도체 공정의 기준.

정의 상수 c = 299,792,458 m/s
kg
m 전자기력 F ⚖ Kibble Balance F = mg = BIL
QUANTITY · 질량
킬로그램 · kilogram
Mass · 인공 원기를 마지막으로 버린 단위
DEFINITION (2019)플랑크 상수 h 값을 고정해 정의 (키블 저울)

130년간 파리 금고의 'Le Grand K' 백금 원기에 의존. 2019년 키블 저울로 전자기력과 중력의 균형에서 플랑크 상수로 질량 측정. 인류 최후의 인공물 단위가 사라진 역사적 날.

정의 상수 h = 6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s
s
Cs 9,192,631,770 Hz
QUANTITY · 시간
초 · second
Time · 가장 정밀한 SI 단위
DEFINITION (1967)Cs-133 원자 전이 9,192,631,770회 = 1초

세슘 원자가 두 에너지 상태 사이를 진동하는 고유 주파수를 1초의 기준으로. 1967년 가장 먼저 자연 상수로 옮긴 단위. 3억 년에 1초 오차의 정밀도.

정의 상수 Δν_Cs = 9,192,631,770 Hz
A
e⁻ e⁻ e⁻ 전자의 흐름 → 1 A = 6.24 × 10¹⁸ e⁻ / 초
QUANTITY · 전류
암페어 · ampere
Electric Current · 전자의 흐름량
DEFINITION (2019)기본 전하량 e 값을 고정해 정의

1초 동안 도선 단면을 통과하는 전자의 개수로 정의. 이전엔 평행 도선 간 자기력으로 정의했지만, 2019년부터 기본 전하량 e의 값을 고정시키는 방식으로 변경.

정의 상수 e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C
K
분자 운동 에너지
QUANTITY · 온도
켈빈 · kelvin
Thermodynamic Temperature
DEFINITION (2019)볼츠만 상수 k 값을 고정해 정의

온도는 본질적으로 분자의 평균 운동 에너지. 예전엔 물의 삼중점(273.16 K)을 기준 삼았으나, 2019년부터 볼츠만 상수로 정의. 절대 0 K = 모든 운동 정지.

정의 상수 k = 1.380649 × 10⁻²³ J/K
mol
1 mol = 6.022 × 10²³ 개
QUANTITY · 물질량
몰 · mole
Amount of Substance · 입자의 개수
DEFINITION (2019)1 몰 = 정확히 6.02214076 × 10²³ 개의 입자

화학자의 단위. 원자·분자 수가 너무 많아 다발 단위로 묶은 것. 이전엔 탄소-12 12g 속 원자 수로 정의했지만, 2019년부터 아보가드로 수 자체를 정의로 채택.

정의 상수 N_A = 6.02214076 × 10²³ /mol
cd
1 cd ≈ 양초 1개
QUANTITY · 광도
칸델라 · candela
Luminous Intensity · 빛의 밝기
DEFINITION (2019)발광 효율 K_cd 값을 고정해 정의 (555 nm)

영어 'candle'(양초)에서 온 이름. 1 cd ≈ 일반 양초 한 개의 밝기. 인간 눈이 가장 민감한 파장 555 nm(녹황색)의 단색광에 대한 발광 효율을 기준 상수로.

정의 상수 K_cd = 683 lm/W
SI
2019 SI 재정의 c h Δν e k N_A K_cd
2019.05.20 · WORLD METROLOGY DAY
SI 재정의 — 자연 상수 시대
The New SI · 측정사의 분기점
REVOLUTION모든 단위가 7개의 자연 상수로 통일

2019년 5월 20일 7개 기본 단위 모두가 자연 상수로 재정의됐다. 인공물·물질 의존을 완전히 벗어나 우주 어디서나 같은 단위. 화성 식민지에서도, 외계인도 같은 1m·1초를 잴 수 있다.

7개 정의 상수 c · h · Δν_Cs · e · k · N_A · K_cd
INSIGHT 왜 자연 상수로 통일했을까?

인공물(원기둥·막대)은 마모·온도·분실 위험이 있고, 물질 기준(물의 삼중점·세슘 원자)도 환경 영향을 완전히 배제할 수 없다. 반면 자연 상수(c, h, Δν, e, k, N_A, K_cd)는 우주 138억 년 동안 변하지 않은 절대 기준이다.

이제 단위 정의는 "이 상수의 값을 OOO로 고정하라"는 형태가 됐다. 측정 도구가 발전할수록 같은 정의가 점점 더 정밀해진다. 이는 SI 단위가 '특정 시대의 인공물'에서 '우주의 보편 언어'로 진화했음을 의미한다.

SECTION 03

유도량 — 기본량의 곱과 나눗셈으로 만들어진 모든 것

부피, 속력, 농도, 힘, 에너지, 압력, 전압 ··· 이 모든 물리량은 사실 7개의 기본량을 곱하고 나눈 결과이다. 이를 유도량이라 한다. 복잡해 보이는 자연의 어떤 양도 결국 일곱 기본량으로 분해할 수 있다는 것이 SI 체계의 아름다움이다.

8개 핵심 유도량 — 일상에서 만나는 과학

각 유도량은 기본량의 곱·나눗셈으로 만들어진다. 단순한 조합이지만 그 속에 자연의 모든 현상이 담겨 있다.

L
3D · 공간
부피
Volume · 3차원 공간의 차지량
[V] = L × L × L = m³

길이를 세 방향으로 곱한 것. 가장 단순한 유도량이지만 화학·요리·건축 모든 곳에 등장. 1 L(리터)는 10cm 정육면체 부피 = 10⁻³ m³.

일상 예시 💧 페트병 2L · 욕조 200L · 25m 수영장 2,500m³ · 지구 부피 1.08 × 10²¹ m³
v
길이 ÷ 시간
속력 m/s
Speed · 단위 시간당 이동 거리
[v] = m / s = m·s⁻¹

"얼마나 빨리"를 수치로. 단위 변환은 1 m/s = 3.6 km/h이므로 KTX 300km/h ≒ 83 m/s. 빛은 3×10⁸ m/s — 사람이 도달 불가능한 우주의 절대 한계.

일상 예시 🚶 걷기 1.4m/s · 🚴 자전거 5m/s · 🚗 시속 60km = 17m/s · ✈️ 비행기 250m/s · 🌍 지구 자전 460m/s
v t a
속력 ÷ 시간
가속도 m/s²
Acceleration · 속력의 변화율
[a] = m / s² = m·s⁻²

"얼마나 빨리 빨라지는가". 1초마다 속력이 얼마나 변하는지. 지구 중력가속도 g ≈ 9.8 m/s² — 자유낙하 1초 후 속력 9.8 m/s, 2초 후 19.6 m/s.

일상 예시 🚙 자동차 0→100km/h 5초 = 5.5m/s² · 🎢 롤러코스터 최대 ~50m/s² · 🚀 로켓 발사 30m/s² · 💪 인간 한계 ~90m/s² (9g)
m F F = ma
질량 × 가속도
N (뉴턴)
Force · 뉴턴의 제2법칙 F = ma
[F] = kg · m / s² = N

1 N = 1 kg에 1 m/s² 가속도를 주는 힘. 즉 사과 한 알(약 100g)을 지구 중력으로 지탱하는 힘이 약 1 N. 뉴턴의 제2법칙 F = ma는 모든 역학의 출발점.

일상 예시 🍎 사과 무게 1N · 👊 펀치 ~3,000N · 🚗 자동차 견인 5,000N · 🚀 SpaceX 팰컨 9 추력 7,600,000N
E
힘 × 거리
에너지 J (줄)
Energy · 일할 수 있는 능력
[E] = N·m = kg·m²/s² = J

"일(work)을 할 수 있는 능력". 1 J = 1 N의 힘으로 1 m 이동시킨 일. 음식·전기·운동 — 우리 일상의 모든 활동이 에너지의 변환이다. 음식 영양표시의 1 kcal = 4,184 J.

일상 예시 🍎 사과 들어올림 1J · 💡 LED 전구 1초 5J · 🍫 초콜릿 100g 2,000kJ · ⚡ 번개 1억J · ☢️ 핵폭탄 60조J
작음 같은 F
힘 ÷ 면적
압력 Pa (파스칼)
Pressure · 단위 면적당 작용하는 힘
[P] = N / m² = kg/(m·s²) = Pa

같은 힘이라도 면적에 따라 위력이 다르다. 손바닥과 송곳을 같은 힘으로 누르면 송곳 쪽이 압력이 수천 배. 대기압 = 101,325 Pa (= 1 atm). 우리 몸은 모든 면에서 이 압력을 받고 있다.

일상 예시 🎈 풍선 102,000Pa · 🚗 타이어 200,000Pa · 🌊 수심 10m 200,000Pa · 🌌 심해 마리아나 110MPa(1,100기압)
mol/L
물질량 ÷ 부피
농도 mol/m³
Concentration · 화학자의 핵심 단위
[c] = mol / m³ (= mol/L = M)

"얼마나 진한가"를 분자 수준에서 표현. 화학 반응의 속도·평형·맛·약효 모두 농도가 결정. 1 M(몰농도) = 1 mol/L 용액. 의약품 처방·요리 레시피의 본질이 농도다.

일상 예시 💧 생리식염수 0.15M (0.9%) · 🥤 사이다 ~0.3M 설탕 · 🩸 혈당 5mM · 🌊 바닷물 0.6M NaCl · 🌫️ 미세먼지 35µg/m³
+ V
에너지 ÷ 전하
전압 V (볼트)
Voltage · 단위 전하당 에너지
[V] = J / C = kg·m²/(A·s³)

전기를 흐르게 하는 압력. 1 V = 1 C(쿨롱) 전하에 1 J 일을 한 전위차. 마치 물의 높이차가 물을 흐르게 하듯, 전압차가 전류를 흐르게 한다. 1800년 볼타가 최초의 전지를 발명.

일상 예시 🔋 AA건전지 1.5V · 📱 충전기 5V · 🔌 콘센트 220V · ⚡ 송전선 154kV · 🌩️ 번개 1억V

🧮 유도량 계산기 — 5가지 유도량을 직접 계산해보자

탭을 눌러 속력·부피·힘·운동에너지·압력 중 원하는 계산을 선택하세요. 입력값을 바꾸면 결과와 실생활 비교가 실시간으로 갱신됩니다.

🚗 속력 계산기 — 얼마나 빠른가?
v = d / t → m·s⁻¹
m
s
RESULT · 속력
11.20
m / s
= 40.32 km/h
🌍 실생활 비교 — 이 속력은 어디쯤?
🚶 걷기 (1.4 m/s) 🏃 뛰기 (5 m/s) 🚴 자전거 (10 m/s) 🚗 자동차 (60km/h = 17m/s) 🚄 KTX (83 m/s) ✈ 비행기 (250 m/s) 🌍 지구 자전 (460 m/s)
📦 부피 계산기 — 공간을 얼마나 차지하나?
V = L × W × H → m³
m
m
m
RESULT · 부피
1.872
= 1,872 L = 1,872,000 mL
🌍 실생활 비교
💧 음료캔 (0.355 L) 🍶 페트병 2L 🛁 욕조 (200 L) 🚿 가정 1일 물 사용량 (300 L) 🚗 자동차 트렁크 (500 L) 🏠 아파트 1실 (~80 m³) 🏊 수영장 25m (2,500 m³)
💪 힘 계산기 — 뉴턴의 제2법칙 F = ma
F = m × a → kg·m·s⁻² = N
kg
m/s²
RESULT · 힘
646.8
N (뉴턴)
= 66.0 kgf (체중)
🌍 실생활 비교
🪶 깃털 무게 🍎 사과 1개 (1 N) 🥛 우유 1통 (~10 N) 🧑 사람 무게 (~700 N) 🚗 자동차 무게 (~15,000 N) 🚀 로켓 추력 (~10⁷ N)
⚡ 운동에너지 계산기 — 움직임에 담긴 에너지
E = ½ m v² → J (줄)
kg
m/s
RESULT · 운동 에너지
300,000
J (줄)
= 300.0 kJ = 0.083 kWh
🌍 실생활 비교
💡 LED 1초 (1 J) 🍎 사과 한 입 (~4 kJ) 🚗 시속 72km 차 (300 kJ) 🚄 KTX 운동에너지 (~10⁹ J) 💥 폭탄 1톤(TNT) (4×10⁹ J) ☄ 운석 충돌급
🎯 압력 계산기 — 단위 면적에 누르는 힘
P = F / A → Pa = N/m²
N
RESULT · 압력
14,000
Pa (파스칼)
= 14.0 kPa = 0.138 atm
🌍 실생활 비교
🪶 종이 한 장 무게 🧑 사람이 서 있을 때 (~14 kPa) 🌍 대기압 (101,325 Pa) 🛞 자동차 타이어 (~250 kPa) 🌊 10m 수심 (~200 kPa) ~ 잠수정 🌋 마리아나 해구 (10⁸ Pa)
SECTION 04

SI 접두어 — 10의 거듭제곱을 부르는 이름

자연은 너무 크거나 너무 작은 수로 가득하다 — 원자는 0.0000000001 m, 우주는 10²⁶ m. 매번 0을 세는 것은 불편하다. 그래서 SI는 10의 거듭제곱에 이름을 붙이는 약속을 만들었다. 이것이 SI 접두어(prefix)다. 나노미터(nm)·킬로그램(kg)·메가헤르츠(MHz)·기가바이트(GB)처럼 일상에서 자주 사용한다. 1960년 SI 체계 확립 당시 11개 접두어로 시작해 — 1975년 페타·엑사 추가, 1991년 요타·제타 추가, 그리고 2022년 11월 ronna·quetta·ronto·quecto 4개가 새로 추가되어 지금은 총 24개가 되었다. 1구골(10¹⁰⁰)까지는 못 가지만, 우주를 측정하는 데는 부족함이 없다.

📜 SI 접두어 65년 — 우주 끝까지의 약속

SI PREFIXES HISTORY · 1960 ~ 2022 · 11 → 24 PREFIXES
1960
📐 SI 체계 확립

11개 접두어로 출발 — tera (10¹²)부터 pico (10⁻¹²)까지.

1964~75
🔬 양 끝 확장

femto, atto(작은 쪽)와 peta, exa(큰 쪽) 추가. 입자물리·우주론 시대.

1991
🌌 우주적 스케일

zetta (10²¹), yotta (10²⁴) 추가. 디지털 데이터·천문학적 측정 대비.

2022
🚀 데이터 시대 대비

ronna (10²⁷), quetta (10³⁰), ronto (10⁻²⁷), quecto (10⁻³⁰) 추가. AI 빅데이터 시대 대응.

🚀 2022년 신규 추가된 4개 접두어 — 빅데이터·AI 시대를 위해

CGPM 27TH MEETING · 2022.11.18 · 최초로 'R'·'Q' 사용

2022년 11월 18일, 제27차 국제도량형총회(CGPM)에서 30년 만에 4개 접두어가 추가됐다. 이유는 단순하다 — 인공지능·빅데이터 시대에 요타(10²⁴)로도 부족해진 것. 2030년 전 세계 데이터가 1 ronnabyte (10²⁷ B)를 넘을 것으로 예상되며, 지구 질량(약 6 × 10²⁴ kg = 6 Yg)을 더 자연스럽게 표현하기 위해서다. 영국 물리학자 리처드 브라운(Richard Brown)이 명명을 주도.

Q
quetta (퀘타)
10³⁰
목성 질량 ≈ 1.9 Qg
R
ronna (론나)
10²⁷
지구 질량 ≈ 6 Rg
r
ronto (론토)
10⁻²⁷
전자 질량 ≈ 1 rg
q
quecto (퀙토)
10⁻³⁰
아원자 입자 영역
접두어 기호 거듭제곱 친숙한 예
퀘타 (quetta) NEW 2022Q10³⁰목성 질량 ≈ 1.9 Qg
론나 (ronna) NEW 2022R10²⁷지구 질량 ≈ 6 Rg
요타 (yotta)Y10²⁴2024 전 세계 데이터 ≈ 175 ZB
제타 (zetta)Z10²¹해양의 부피 ≈ 1.3 Zm³
엑사 (exa)E10¹⁸1 EB = 10억 GB / 매일 생성 2.5 EB
페타 (peta)P10¹⁵슈퍼컴 1 PFLOPS / 알파고 학습량
테라 (tera)T10¹²1 TB 하드디스크 / 4K 영화 200편
기가 (giga)G10⁹1 GHz CPU / 인터넷 속도 1Gbps
메가 (mega)M10⁶1 MW 발전기 / 디지털카메라 24MP
킬로 (kilo)k10³1 kg, 1 km / 1 kWh = 360만 J
기준 (base)10⁰1 m, 1 g, 1 s — SI 7개 기본 단위
밀리 (milli)m10⁻³1 mm, 1 mL / 신경 반응 1 ms
마이크로 (micro)μ10⁻⁶세균 1 μm / 머리카락 굵기 70 μm
나노 (nano)n10⁻⁹DNA 폭 ≈ 2 nm / 반도체 3 nm 공정
피코 (pico)p10⁻¹²원자 약 100 pm / 빛이 0.3 mm 이동
펨토 (femto)f10⁻¹⁵원자핵 1~10 fm / 펨토초 레이저
아토 (atto)a10⁻¹⁸쿼크의 크기 / 2023 노벨 물리상 (아토초)
젭토 (zepto)z10⁻²¹중성미자 검출 영역
욕토 (yocto)y10⁻²⁴양성자 질량 ≈ 1.67 yg
론토 (ronto) NEW 2022r10⁻²⁷전자 질량 ≈ 0.911 rg
퀙토 (quecto) NEW 2022q10⁻³⁰아원자 입자 영역

🪜 우주 끝부터 양자까지 — 접두어로 보는 자연의 스케일

FROM UNIVERSE (10³⁰) TO QUANTUM (10⁻³⁰) · 60 ORDERS OF MAGNITUDE
Q10³⁰목성 질량 (1.9 Qg)퀘타
R10²⁷지구 질량 (6 Rg)론나
Y10²⁴2024 전 세계 데이터 (175 ZB)요타
Z10²¹해양 부피 (1.3 Zm³)제타
E10¹⁸하루 생성 데이터 (2.5 EB)엑사
G10⁹스마트폰 저장 (256 GB)기가
k10³1 km · 1 kg · 1 kWh킬로
10⁰기준 단위 · 1 m · 1 kg · 1 s기준
m10⁻³1 mm · 빗방울 · 신경 반응 1ms밀리
μ10⁻⁶세균 (1 μm) · 머리카락 (70 μm)마이크로
n10⁻⁹DNA 폭 (2 nm) · 반도체 3 nm 공정나노
f10⁻¹⁵원자핵 (1 fm)펨토
a10⁻¹⁸아토초 레이저 (2023 노벨물리상)아토
y10⁻²⁴양성자 질량 (1.67 yg)욕토
q10⁻³⁰아원자 입자퀙토

🌐 일상에서 만나는 SI 접두어 8가지

G
기가 (giga)
10⁹

스마트폰 저장·인터넷 속도. CPU 클럭 3 GHz는 초당 30억 번 진동.

📱 GB·GHz·Gbps
M
메가 (mega)
10⁶

발전소 출력·디지털 카메라 화소·자동차 엔진 토크.

⚡ MW·MP·MHz
k
킬로 (kilo)
10³

가장 친숙한 접두어 — 1 kg, 1 km, 1 kWh. k는 소문자만(K는 켈빈).

🏃 kg·km·kWh
m
밀리 (milli)
10⁻³

약 복용량·신경 반응 시간·작은 측정. 1 mL = 1 g (물).

💊 mg·mm·mL
μ
마이크로 (micro)
10⁻⁶

세균·바이러스·반도체·미세먼지. 미세먼지 PM2.5는 2.5 μm 이하.

🦠 μm·μg·μs
n
나노 (nano)
10⁻⁹

반도체 공정·DNA·나노기술. 삼성 3 nm 공정 — 원자 12개 폭.

🔬 nm·ns
T
테라 (tera)
10¹²

대용량 저장·통신 속도. 4K 영화 1편 ≈ 5 GB → TB에 200편 저장.

💾 TB·THz·TFLOPS
p
피코 (pico)
10⁻¹²

원자 크기·고속 통신. 빛이 1 ps 동안 0.3 mm 이동.

⚛ pm·ps·pF

⚠ 자주 헷갈리는 접두어 — 대소문자가 운명을 가른다!

CASE SENSITIVITY MATTERS · 한 글자 차이로 천 배·백만 배 차이
k vs K
킬로 (k) ≠ 켈빈 (K)

k(소문자) = 10³ 킬로 접두어 (1 km = 1,000 m). K(대문자) = 켈빈, 절대 온도 단위. kg는 항상 소문자 k!

m vs M
밀리 (m) ≠ 메가 (M)

m(소문자) = 10⁻³ 밀리. M(대문자) = 10⁶ 메가. 10억 배 차이! 1 mW(밀리와트)와 1 MW(메가와트)는 비교 불가.

μ vs m
마이크로 (μ) ≠ 밀리 (m)

그리스 문자 μ = 10⁻⁶ 마이크로. 알파벳 m = 10⁻³ 밀리. 1,000배 차이. 약 처방·반도체에서 실수 시 큰 사고.

G vs g
기가 (G) ≠ 그램 (g)

G(대문자) = 10⁹ 기가. g(소문자) = 그램 단위. 2.4 GHz(Wi-Fi 주파수)와 2.4 g(주삿바늘 굵기)는 완전히 다르다.

BINARY PREFIXES · 컴퓨터 단위의 진실

💻 KB는 1000인가 1024인가? — IEC 이진 접두어

컴퓨터는 이진법(2진수)을 사용해서 2¹⁰ = 1024가 자연스러운 단위다. 그래서 1 KB가 1,000인지 1,024인지 혼란이 늘 있었다. 1998년 IEC(국제전기기술위원회)가 새 표기법 도입 — K(kilo) = 1000, Ki(kibi) = 1024로 명확히 구별. 그러나 일반인은 여전히 혼용 — 윈도우가 표기하는 "1 GB"는 실제로 1 GiB = 1,073,741,824 B. 하드디스크 제조사는 1 GB = 1,000,000,000 B로 표기. 이 차이로 1 TB 디스크가 실제로 931 GiB로 표시되는 것이다.

SI 접두어 SI 값 (10진) IEC 이진 접두어 이진 값 (2진) 차이
kilo (k)1,000kibi (Ki)1,024 = 2¹⁰+2.4%
mega (M)10⁶mebi (Mi)1,048,576 = 2²⁰+4.9%
giga (G)10⁹gibi (Gi)~1.074 × 10⁹ = 2³⁰+7.4%
tera (T)10¹²tebi (Ti)~1.100 × 10¹² = 2⁴⁰+10.0%
peta (P)10¹⁵pebi (Pi)~1.126 × 10¹⁵ = 2⁵⁰+12.6%

🔄 접두어 변환기 — 21개 접두어를 한눈에 비교하자

값과 접두어·단위를 선택하면 — 21가지 접두어로 동시 환산, 일상 비교, 시각적 스케일까지 한번에 보여 줍니다.

⚡ QUICK EXAMPLES:
RESULT · 기준 단위로 변환
500 m
= 5.000 × 10² m
🌍 도시 규모 ≈ 0.5 km
🔍 21가지 접두어로 동시 환산 — 가장 적절한 표기를 찾아보세요
📏 위치 — 자연의 스케일에서 이 값은 어디쯤?
10⁻³⁰ q 10⁻¹⁵ f 10⁻⁶ μ 10⁰ 10⁶ M 10¹⁵ P 10³⁰ Q

🎯 단위 매칭 퀴즈 — 어떤 단위가 적합할까?

각 자연 현상을 측정하기에 가장 적절한 단위를 선택하세요.

Q1. 사람의 신경 신호가 뇌에서 손가락 끝까지 가는 시간을 측정하려면?
ps
ms
s
ks
Q2. DNA 분자의 폭을 표현하기에 적절한 단위는?
pm
nm
μm
mm
Q3. 컴퓨터 CPU 동작 주파수를 표현하기에 알맞은 단위는?
Hz
kHz
MHz
GHz
Q4. 자동차의 속력을 표현하기에 가장 일상적인 단위는?
m/s
km/h
cm/s
km/s
Q5. 사과 하나가 가진 영양 에너지(약 100 kcal)를 SI 단위로 적당히 표현하면?
J
kJ
MJ
GJ
EXPLORATION · 탐구 활동

📱 스마트 기기로 기본량 직접 측정하기

스마트폰에는 다양한 센서가 내장되어 있어, 무료 앱(Phyphox, Physics Toolbox 등)으로 SI 기본량을 직접 측정할 수 있다. 모둠별로 측정 주제를 정하고 결과를 공유해 보자.

1

길이 · 카메라로 책상 위 물체를 찍고 픽셀 길이를 측정하거나, 거리 측정 앱으로 교실 길이를 잰다.

2

시간 · 스톱워치 앱으로 1m 자유낙하 시간을 측정하고, g = 2h/t² 공식으로 중력가속도를 추정해 본다.

3

가속도 · 가속도 센서 앱으로 엘리베이터 안에서 위·아래 운동 중 g 값의 변화를 기록한다.

4

음향(주파수) · 음향 분석 앱으로 친구의 목소리 주파수(Hz)를 측정하고 남녀·연령별 차이를 비교한다.

5

발표 · 측정값을 SI 단위와 적절한 접두어로 표기하고, 측정 오차의 원인을 함께 분석한다.

WRAP UP

이 단원에서 배운 것

KEY 01 SI 기본 단위는 단 7개 — 자연을 떠받치는 일곱 기둥

시간(s) · 길이(m) · 질량(kg) · 전류(A) · 온도(K) · 물질량(mol) · 광도(cd) — 자연의 모든 측정 가능한 양은 이 일곱 단위의 곱·나눗셈으로 표현된다. 1960년 SI(국제단위계) 제정 이래 전 세계 과학·산업·교육의 공용어가 되었다. 7개는 의도된 최소 개수다 — 더 줄이면 표현이 불가능하고, 늘리면 중복이 생긴다.

KEY 02 2019년 5월 20일 — 모든 단위가 자연 상수로 재정의되다

마지막 인공 표준이었던 킬로그램 원기(Le Grand K)까지 플랑크 상수 h로 재정의되면서, 인류의 측정 표준이 처음으로 완전히 자연 상수에 기반하게 되었다. c · h · Δν_Cs · e · k · N_A · K_cd — 이 7개 상수가 우주 어디서나 같은 값을 가지므로, 화성에서도 외계인도 똑같은 1m·1kg을 잴 수 있다. 인류 측정사의 분기점이 된 날이다.

KEY 03 유도량은 기본량의 조합 — 단순함의 아름다움

속력(m/s) · 부피(m³) · 힘(kg·m/s² = N) · 에너지(kg·m²/s² = J) · 압력(N/m² = Pa) · 농도(mol/L) · 전압(J/C = V) ··· 복잡해 보이는 자연의 어떤 양도 결국 7개 기본량을 곱하고 나눈 결과다. 이것이 SI 체계의 아름다움이며, 차원 분석으로 식의 옳고 그름을 검증할 수 있는 이유다.

KEY 04 SI 접두어로 36자릿수를 간결히 표현한다

k(10³) · M(10⁶) · G(10⁹) · T(10¹²) · P(10¹⁵) ··· 위로 24자리,
m(10⁻³) · µ(10⁻⁶) · n(10⁻⁹) · p(10⁻¹²) · f(10⁻¹⁵) ··· 아래로 24자리. 10의 거듭제곱을 표시하는 약속으로, 0이 많은 큰 수와 작은 수를 모두 간결하게 표기한다. 스마트폰 메모리(GB), 통신 속도(Mbps), 약 용량(mg), 빛의 파장(nm) — 일상 어디에나 있다.

KEY 05 단위 정의의 진화 = 측정 철학의 진화

인공물(원기둥·막대) → 물질(물의 삼중점·세슘 원자) → 자연 상수(c·h·k 등). 매 단계 인류는 "더 보편적이고 변하지 않는 기준"을 찾아 왔다. 이것은 단순한 정확도 개선이 아니라, "무엇이 진정한 기준인가"라는 철학적 진화다. 이제 단위 정의는 "이 상수의 값을 OOO로 고정하라"는 형태다.

KEY 06 측정 단위는 인류의 보편 언어다

SI 단위는 국가·인종·언어를 넘어선 공용 언어다. 한국 학생이 계산한 1 N과 미국 엔지니어가 계산한 1 N은 정확히 같다. 이 보편성이 없다면 글로벌 과학 협력, 우주 탐사, 국제 무역, 인터넷 표준 모두가 불가능하다. SI는 단위를 넘어 인류 공동의 문명 인프라다.