2018, metrolojide önemli bir yıl olarak adlandırılabilir, çünkü bu, uluslararası fiziksel nicelik birimleri SI sisteminde gerçek bir teknolojik devrimin zamanıdır. Ana fiziksel niceliklerin tanımlarını gözden geçirmekle ilgilidir. Süpermarkette bir kilo patates şimdi yeni bir şekilde tartılacak mı? C patatesleri aynı olacaktır. Başka bir şey değişecek.
SI sisteminden önce
Eski zamanlarda ağırlık ve ölçülerde ortak standartlara ihtiyaç vardı. Ancak ölçümler için genel kurallar, bilimsel ve teknolojik ilerlemenin ortaya çıkmasıyla özellikle gerekli hale geldi. Bilim adamlarının ortak bir dilde konuşması gerekiyordu: bir ayak kaç santimetredir? Ve İtalyanca ile aynı olmadığında Fransa'da santimetre nedir?
Fransa, fahri gazisi ve tarihi metrolojik savaşların galibi olarak adlandırılabilir. 1791'de Fransa'da ölçüm sistemi resmi olarak onaylandı vebirimler ve ana fiziksel niceliklerin tanımları devlet belgeleri olarak tanımlandı ve onaylandı.
Fiziksel niceliklerin doğal nesnelere bağlanması gerektiğini ilk anlayanlar Fransızlardı. Örneğin, bir metre, kuzeyden güneye ekvatora doğru meridyen uzunluğunun 1/40,000,000 olarak tanımlanmıştır. Böylece Dünya'nın büyüklüğüne bağlanmıştı.
Bir gram aynı zamanda doğal olaylarla da ilişkilendirilmiştir: sıfıra yakın bir sıcaklık seviyesinde (buz erimesi) bir santimetre küpteki su kütlesi olarak tanımlandı.
Ancak, ortaya çıktığı gibi, Dünya hiç de mükemmel bir top değil ve bir küpteki su, kirlilik içeriyorsa çeşitli özelliklere sahip olabilir. Bu nedenle, gezegenin farklı bölgelerinde bu miktarların boyutları birbirinden biraz farklıydı.
19. yüzyılın başlarında, matematikçi Karl Gauss liderliğindeki Almanlar bu işe girdi. Santimetre-gram-saniye ölçü sistemini güncellemeyi önerdi ve o zamandan beri metrik birimler dünyaya, bilime girdi ve uluslararası topluluk tarafından kabul edildi, uluslararası bir fiziksel miktar birimleri sistemi kuruldu.
Meridyenin uzunluğu ve bir su küpünün kütlesinin Paris'teki Ağırlık ve Ölçü Bürosunda saklanan standartlarla değiştirilmesine, kopyaların metriğe katılan ülkelere dağıtılmasına karar verildi. kongre.
Kilogram, örneğin, sonunda ideal bir çözüm olmayan platin ve iridyum alaşımından yapılmış bir silindire benziyordu.
Fiziksel büyüklüklerin SI birimlerinden oluşan uluslararası sistem 1960'da kuruldu. İlk başta altı dahiltemel büyüklükler: metre ve uzunluk, kilogram ve kütle, saniye cinsinden zaman, amper cinsinden akım gücü, kelvin cinsinden termodinamik sıcaklık ve kandela cinsinden ışık şiddeti. On yıl sonra bunlara bir tane daha eklendi - mol olarak ölçülen bir maddenin miktarı.
Uluslararası sistemin fiziksel niceliklerinin diğer tüm ölçüm birimlerinin temel birimlerin türevleri olarak kabul edildiğini, yani SI sisteminin temel nicelikleri kullanılarak matematiksel olarak hesaplanabileceğini bilmek önemlidir.
Standartlardan uzak
Fiziksel standartların en güvenilir ölçüm sistemi olmadığı ortaya çıktı. Kilogram standardının kendisi ve ülkelere göre kopyaları periyodik olarak birbirleriyle karşılaştırılır. Mutabakatlar, çeşitli nedenlerle ortaya çıkan bu standartların kütlelerindeki değişiklikleri gösterir: doğrulama sırasında toz, standla etkileşim veya başka bir şey. Bilim adamları bu hoş olmayan nüansları uzun zamandır fark ettiler. Metrolojide uluslararası sistemin fiziksel nicelik birimlerinin parametrelerini gözden geçirmenin zamanı geldi.
Bu nedenle, bazı nicelik tanımları yavaş yavaş değişti: bilim adamları, zaman içinde parametrelerini şu ya da bu şekilde değiştiren fiziksel standartlardan uzaklaşmaya çalıştılar. En iyi yol, ışık hızı veya atomların yapısındaki değişiklikler gibi değişmez özellikler açısından nicelikleri elde etmektir.
SI sisteminde devrimin arifesinde
Uluslararası fiziksel nicelik birimleri sistemindeki başlıca teknolojik değişiklikler, Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu üyelerinin yıllık konferansında oylama yoluyla gerçekleştirilir. Onaylanırsa, değişiklikler birkaç dakika sonra yürürlüğe girecekay.
Bütün bunlar, araştırmaları ve deneyleri, ölçümlerde ve formülasyonlarda en yüksek hassasiyet gerektiren bilim adamları için son derece önemlidir.
Yeni 2018 referans standartları, herhangi bir yerde, zamanda ve ölçekte herhangi bir ölçümde en yüksek doğruluk düzeyine ulaşılmasına yardımcı olacaktır. Ve tüm bunlar doğrulukta herhangi bir kayıp olmadan.
SI sisteminde miktarları yeniden tanımlama
Yedi çalışan temel fiziksel niceliğin dördü ile ilgilidir. Aşağıdaki miktarların birimlerle yeniden tanımlanmasına karar verildi:
- kilogram (kütle) ifadesinde Planck sabitinin birimleri kullanılarak;
- amper (akım) şarj ölçümü ile;
- kelvin (termodinamik sıcaklık), Boltzmann sabiti kullanılarak birim ifadeyle;
- Avogadro sabiti (madde miktarı) aracılığıyla mol.
Kalan üç miktar için tanımların ifadeleri değişecek, ancak özleri değişmeyecek:
- metre (uzunluk);
- saniye (zaman);
- candela (ışık yoğunluğu).
Amp ile Değişiklikler
Bugün uluslararası SI sisteminde bir fiziksel büyüklük birimi olarak amper nedir, 1946'da önerildi. Tanım, bu yapının tüm nüanslarını belirterek, bir metre mesafedeki bir vakumda iki iletken arasındaki akımın gücüne bağlandı. Yanlışlık ve hantal ölçüm, bugünün bakış açısından bu tanımın iki ana özelliğidir.
Yeni tanımda amper, şuna eşit bir elektrik akımıdır:saniyede sabit sayıda elektrik yükünün akışı. Birim elektron yükleriyle ifade edilir.
Güncellenen amperi belirlemek için, yalnızca tek bir araç gereklidir - elektronları hareket ettirebilen sözde tek elektronlu pompa.
Yeni köstebek ve silikon saflığı %99,9998
Molün eski tanımı, kütlesi 0.012 kg olan bir karbon izotopundaki atom sayısına eşit olan madde miktarı ile ilgilidir.
Yeni versiyonda, bu, kesin olarak tanımlanmış sayıda belirli yapısal birimlerde bulunan bir maddenin miktarıdır. Bu birimler Avogadro sabiti kullanılarak ifade edilir.
Avogadro'nun sayısıyla ilgili birçok endişe de var. Bunu hesaplamak için bir silikon-28 küresi oluşturmaya karar verildi. Bu silikon izotopu, kusursuz kristal örgüsü ile ayırt edilir. Bu nedenle, içindeki atomların sayısı, bir kürenin çapını ölçen bir lazer sistemi kullanılarak doğru bir şekilde sayılabilir.
Elbette, silikon-28 küre ile mevcut platin-iridyum alaşımı arasında temel bir fark olmadığı iddia edilebilir. Hem o hem de diğer maddeler zamanla atom kaybeder. Kaybeder, doğru. Ancak silikon-28 onları öngörülebilir bir oranda kaybediyor, bu nedenle referansta her zaman ayarlamalar yapılacak.
Küre için en saf silikon-28 yakın zamanda ABD'de elde edildi. Saflığı %99,9998'dir.
Ve şimdi Kelvin
Kelvin, uluslararası sistemdeki fiziksel nicelik birimlerinden biridir ve termodinamik sıcaklık seviyesini ölçmek için kullanılır. "Eski şekilde" 1/273, 16'ya eşittirsuyun üçlü noktasının sıcaklığının parçaları. Suyun üçlü noktası son derece ilginç bir bileşendir. Bu, suyun aynı anda üç durumda olduğu sıcaklık ve basınç seviyesidir - "buhar, buz ve su."
Aşağıdaki nedenden dolayı "iki bacakta topallama" tanımı: kelvin değeri öncelikle teorik olarak bilinen bir izotop oranına sahip suyun bileşimine bağlıdır. Ancak pratikte bu özelliklere sahip su elde etmek imkansızdı.
Yeni kelvin şu şekilde tanımlanacaktır: bir kelvin, termal enerjideki 1,4 × 10−23j değişime eşittir. Birimler Boltzmann sabiti kullanılarak ifade edilir. Artık gaz küresindeki sesin hızı sabitlenerek sıcaklık seviyesi ölçülebilir.
Standartsız Kilogram
Paris'te, metrolojide ve fiziksel nicelik birimleri sisteminde kullanımı sırasında ağırlığını bir şekilde değiştiren iridyumlu bir platin standardı olduğunu zaten biliyoruz.
Kilogramın yeni tanımı: Bir kilogram, Planck sabitinin 6.63 × 10'a bölümü olarak ifade edilir−34 m2 · с−1.
Kütle ölçümü artık "watt" ölçeğinde yapılabilir. İsmi sizi yanıltmasın, bunlar normal teraziler değil, terazinin diğer tarafında yatan bir cismi kaldırmaya yetecek kadar elektrik.
Fiziksel niceliklerin birimlerini ve bir bütün olarak sistemlerini oluşturma ilkelerinde, her şeyden önce, teorik bilim alanlarında değişikliklere ihtiyaç vardır. Güncellenen sistemdeki ana faktörlerartık doğal sabitlerdir.
Bu, temel fizik yasalarına dayanan birimlerin ideal ölçümlerini ve tanımlarını bulmayı uzun zamandır hedefleyen ciddi bilim adamlarından oluşan uluslararası bir grubun uzun yıllara dayanan faaliyetlerinin mantıklı sonucudur.
