2018 poate fi numit un an fatidic în metrologie, deoarece acesta este momentul unei adevărate revoluții tehnologice în sistemul internațional de unități de mărimi fizice SI. Este vorba despre revizuirea definițiilor principalelor mărimi fizice. Va cântări acum într-un mod nou un kilogram de cartofi din supermarket? C cartofii vor fi la fel. Altceva se va schimba.
Înainte de sistemul SI
Standarde comune în ceea ce privește greutățile și măsurile erau necesare în cele mai vechi timpuri. Dar regulile generale pentru măsurători au devenit deosebit de necesare odată cu apariția progresului științific și tehnologic. Oamenii de știință trebuiau să vorbească într-o limbă comună: un picior înseamnă câți centimetri? Și ce este un centimetru în Franța când nu este același lucru cu italianul?
Franța poate fi numită veteran onorific și câștigător al bătăliilor metrologice istorice. În Franța, în 1791, sistemul de măsurare a fost aprobat oficial și a acestoraunități, iar definițiile principalelor mărimi fizice au fost descrise și aprobate ca documente de stat.
Francezii au fost primii care au înțeles că cantitățile fizice ar trebui să fie legate de obiectele naturale. De exemplu, un metru a fost descris ca fiind 1/40.000.000 din lungimea meridianului de la nord la sud spre ecuator. A fost legat, astfel, de dimensiunea Pământului.
Un gram a fost, de asemenea, legat de fenomenele naturale: a fost definit ca masa de apă într-un centimetru cub la un nivel de temperatură aproape de zero (topirea gheții).
Dar, după cum sa dovedit, Pământul nu este deloc o minge perfectă, iar apa dintr-un cub poate avea o varietate de proprietăți dacă conține impurități. Prin urmare, dimensiunile acestor cantități în diferite părți ale planetei au fost ușor diferite unele de altele.
La începutul secolului al XIX-lea, germanii, conduși de matematicianul Karl Gauss, au intrat în afacere. El a propus actualizarea sistemului de măsuri centimetru-gram-secundă, iar de atunci unitățile metrice au intrat în lume, știința și au fost recunoscute de comunitatea internațională, s-a format un sistem internațional de unități de mărimi fizice.
S-a decis înlocuirea lungimii meridianului și a masei unui cub de apă cu standardele care erau stocate în Biroul de Greutăți și Măsuri din Paris, cu distribuirea de copii către țările participante la metric. convenție.
Kilogramul, de exemplu, arăta ca un cilindru dintr-un aliaj de platină și iridiu, care, în cele din urmă, nu a devenit nici o soluție ideală.
Sistemul internațional de unități de mărimi fizice SI a fost format în 1960. La început a inclus șasemarimi de baza: metri si lungime, kilograme si masa, timpul in secunde, puterea curentului in amperi, temperatura termodinamica in kelvin si intensitatea luminoasa in candela. Zece ani mai târziu, li s-a adăugat încă unul - cantitatea de substanță, măsurată în moli.
Este important de știut că toate celel alte unități de măsură ale mărimilor fizice ale sistemului internațional sunt considerate derivate ale celor de bază, adică pot fi calculate matematic folosind mărimile de bază ale sistemului SI.
Departe de standarde
Standardele fizice s-au dovedit a nu fi cel mai fiabil sistem de măsurare. Standardul kilogram în sine și copiile sale pe țară sunt comparate periodic între ele. Reconciliările arată schimbări în masele acestor standarde, care apar din diverse motive: praf în timpul verificării, interacțiunea cu standul sau altceva. Oamenii de știință au observat de mult timp aceste nuanțe neplăcute. A sosit momentul revizuirii parametrilor unităților de mărime fizice ale sistemului internațional în metrologie.
De aceea, unele definiții ale cantităților s-au schimbat treptat: oamenii de știință au încercat să scape de standardele fizice, care într-un fel sau altul și-au schimbat parametrii în timp. Cel mai bun mod este de a deriva cantități în termeni de proprietăți imuabile, cum ar fi viteza luminii sau modificările structurii atomilor.
În ajunul revoluției în sistemul SI
Principalele schimbări tehnologice în sistemul internațional de unități de mărime fizice se realizează prin votul membrilor Biroului Internațional de Greutăți și Măsuri în cadrul conferinței anuale. Dacă sunt aprobate, modificările vor intra în vigoare după câtevaluni.
Toate acestea sunt extrem de importante pentru oamenii de știință ale căror cercetări și experimente necesită cea mai mare precizie în măsurători și formulări.
Noile standarde de referință din 2018 vor ajuta la atingerea celui mai în alt nivel de precizie în orice măsurătoare, în orice loc, timp și scară. Și toate acestea fără nicio pierdere de precizie.
Redefinirea cantităților în sistemul SI
Se referă la patru din cele șapte mărimi fizice de bază de funcționare. S-a decis redefinirea următoarelor cantități cu unități:
- kilogram (masă) folosind unitățile constantei Planck în expresia;
- amperi (curent) cu măsurarea încărcării;
- kelvin (temperatura termodinamică) cu expresia unitară folosind constanta Boltzmann;
- mol prin constanta lui Avogadro (cantitatea de substanță).
Pentru celel alte trei cantități, formularea definițiilor va fi schimbată, dar esența acestora va rămâne neschimbată:
- metru (lungime);
- secundă (timp);
- candela (intensitatea luminii).
Modificări cu Amp
Care este amperul ca unitate de mărime fizică în sistemul internațional SI astăzi, a fost propus încă din 1946. Definiția a fost legată de puterea curentului dintre doi conductori în vid la o distanță de un metru, precizând toate nuanțele acestei structuri. Inexactitatea și măsurarea greoaie sunt cele două caracteristici principale ale acestei definiții din punctul de vedere actual.
În noua definiție, un amper este un curent electric egal cufluxul unui număr fix de sarcini electrice pe secundă. Unitatea este exprimată în sarcini electronice.
Pentru a determina amperul actualizat, este nevoie de un singur instrument - așa-numita pompă cu un singur electron, care este capabilă să miște electronii.
Moli noi și puritate de siliciu 99,9998%
Vechea definiție a unui mol este legată de cantitatea de materie egală cu numărul de atomi dintr-un izotop de carbon cu o masă de 0,012 kg.
În noua versiune, aceasta este cantitatea de substanță care este conținută într-un număr precis definit de unități structurale specificate. Aceste unități sunt exprimate folosind constanta Avogadro.
Există și multe griji cu numărul lui Avogadro. Pentru a-l calcula, s-a decis să se creeze o sferă de siliciu-28. Acest izotop de siliciu se distinge prin rețeaua sa cristalină precisă la perfecțiune. Prin urmare, numărul de atomi din acesta poate fi numărat cu precizie folosind un sistem laser care măsoară diametrul unei sfere.
Desigur, s-ar putea argumenta că nu există nicio diferență fundamentală între o sferă de siliciu-28 și aliajul actual de platină-iridiu. Atât aceasta, cât și alte substanțe își pierd atomi în timp. Pierde, corect. Dar siliciul-28 le pierde într-un ritm previzibil, așa că se vor face ajustări la referință tot timpul.
Cel mai pur silicon-28 pentru sferă a fost obținut recent în SUA. Puritatea sa este de 99,9998%.
Și acum Kelvin
Kelvin este una dintre unitățile de mărime fizice din sistemul internațional și este folosit pentru a măsura nivelul temperaturii termodinamice. „În mod vechi” este egal cu 1/273, 16părți din temperatura punctului triplu al apei. Punctul triplu al apei este o componentă extrem de interesantă. Acesta este nivelul de temperatură și presiune la care apa se află în trei stări simultan - „abur, gheață și apă.”
Definiția cuvântului „șchiopătat pe ambele picioare” din următorul motiv: valoarea kelvinului depinde în primul rând de compoziția apei cu un raport izotop cunoscut teoretic. Dar, în practică, era imposibil să se obțină apă cu astfel de caracteristici.
Noul kelvin va fi definit după cum urmează: un kelvin este egal cu o modificare a energiei termice cu 1,4 × 10−23j. Unitățile sunt exprimate folosind constanta Boltzmann. Acum, nivelul temperaturii poate fi măsurat fixând viteza sunetului în sfera de gaz.
Kilogram fără standard
Știm deja că la Paris există un etalon de platină cu iridiu, care și-a schimbat cumva greutatea în timpul utilizării sale în metrologie și sistemul de unități de mărimi fizice.
Noua definiție a kilogramului este: Un kilogram este exprimat ca constanta lui Planck împărțită la 6,63 × 10−34 m2 · с−1.
Măsurarea masei se poate face acum pe scalele „watt”. Nu lăsați numele să vă păcălească, acestea nu sunt cântare obișnuite, ci electricitate, care este suficientă pentru a ridica un obiect care se află pe ceal altă parte a cântarului.
Modificări în principiile construcției unităților de mărimi fizice și a sistemului lor în ansamblu sunt necesare, în primul rând, în domeniile teoretice ale științei. Principalii factori ai sistemului actualizatsunt acum constante naturale.
Aceasta este concluzia logică a multor ani de activitate a unui grup internațional de oameni de știință serioși ale căror eforturi au avut ca scop de mult timp să găsească măsurători și definiții ideale ale unităților bazate pe legile fizicii fundamentale.
