2018 را می توان سال سرنوشت سازی در اندازه شناسی نامید، زیرا این زمان یک انقلاب واقعی تکنولوژیک در سیستم بین المللی واحدهای مقادیر فیزیکی SI است. این در مورد تجدید نظر در تعاریف کمیت های فیزیکی اصلی است. آیا اکنون یک کیلوگرم سیب زمینی در سوپرمارکت به روشی جدید وزن می کند؟ سیب زمینی C هم همینطور خواهد بود. چیز دیگری تغییر خواهد کرد.
قبل از سیستم SI
استانداردهای رایج در وزن ها و اندازه ها در زمان های قدیم مورد نیاز بود. اما قوانین کلی برای اندازه گیری ها به ویژه با ظهور پیشرفت های علمی و فنی ضروری شد. دانشمندان باید به یک زبان مشترک صحبت کنند: یک پا چند سانتی متر است؟ و یک سانتی متر در فرانسه چه چیزی با ایتالیایی نیست؟
فرانسه را می توان یک جانباز افتخاری و برنده نبردهای مترولوژیکی تاریخی نامید. در فرانسه در سال 1791 بود که سیستم اندازه گیری به طور رسمی تایید شد و آنهاواحدها، و تعاریف مقادیر فیزیکی اصلی توصیف و به عنوان اسناد دولتی تأیید شدند.
فرانسوی ها اولین کسانی بودند که فهمیدند که مقادیر فیزیکی باید به اجسام طبیعی گره بخورند. به عنوان مثال، یک متر به عنوان 1/40,000,000 طول نصف النهار از شمال به جنوب به سمت استوا توصیف شده است. بنابراین، او به اندازه زمین گره خورده بود.
یک گرم نیز به پدیده های طبیعی گره خورده است: به عنوان جرم آب در یک سانتی متر مکعب در سطح دمای نزدیک به صفر (ذوب شدن یخ) تعریف شد.
اما همانطور که مشخص شد، زمین به هیچ وجه یک توپ کامل نیست و آب در یک مکعب اگر حاوی ناخالصی باشد، می تواند خواص مختلفی داشته باشد. بنابراین، اندازه این مقادیر در نقاط مختلف سیاره کمی با یکدیگر متفاوت بود.
در اوایل قرن نوزدهم، آلمانی ها به رهبری ریاضیدان کارل گاوس وارد این تجارت شدند. او پیشنهاد به روز رسانی سیستم اندازه گیری سانتی متر-گرم-ثانیه را داد و از آن زمان واحدهای متریک وارد جهان، علم شدند و توسط جامعه بین المللی به رسمیت شناخته شدند، یک سیستم بین المللی از واحدهای مقادیر فیزیکی شکل گرفت.
تصمیم گرفته شد که استانداردهایی که در دفتر اوزان و مقیاس‌ها در پاریس ذخیره شده بود، با توزیع نسخه‌های آن به کشورهای شرکت‌کننده در متریک، جایگزین طول نصف النهار و جرم یک مکعب آب شود. کنوانسیون.
برای مثال کیلوگرم شبیه استوانه ای ساخته شده از آلیاژ پلاتین و ایریدیوم بود که در نهایت نیز به یک راه حل ایده آل تبدیل نشد.
سیستم بین المللی واحدهای مقادیر فیزیکی SI در سال 1960 شکل گرفت. در ابتدا شامل شش بودمقادیر پایه: متر و طول، کیلوگرم و جرم، زمان بر حسب ثانیه، قدرت جریان بر حسب آمپر، دمای ترمودینامیکی بر حسب کلوین و شدت نور در کاندلا. ده سال بعد، یک ماده دیگر به آنها اضافه شد - مقدار یک ماده که بر حسب مول اندازه گیری شد.
مهم است بدانید که سایر واحدهای اندازه گیری کمیت های فیزیکی سیستم بین المللی مشتقات پایه در نظر گرفته می شوند، یعنی می توان آنها را با استفاده از کمیت های اساسی سیستم SI به صورت ریاضی محاسبه کرد.
دور از استانداردها
استانداردهای فیزیکی قابل اعتمادترین سیستم اندازه گیری نیستند. خود استاندارد کیلوگرم و کپی های آن بر اساس کشور به صورت دوره ای با یکدیگر مقایسه می شوند. آشتی ها تغییراتی را در انبوه این استانداردها نشان می دهد که به دلایل مختلفی رخ می دهد: گرد و غبار در حین تأیید، تعامل با پایه یا چیز دیگری. دانشمندان برای مدت طولانی متوجه این تفاوت های ظریف ناخوشایند شده اند. زمان بازنگری در پارامترهای واحدهای مقادیر فیزیکی سیستم بین المللی در مترولوژی فرا رسیده است.
بنابراین، برخی از تعاریف کمیت ها به تدریج تغییر کردند: دانشمندان سعی کردند از استانداردهای فیزیکی دور شوند، که به هر طریقی پارامترهای آنها را در طول زمان تغییر داد. بهترین راه این است که کمیت ها را بر حسب ویژگی های تغییرناپذیر، مانند سرعت نور یا تغییرات در ساختار اتم ها، بدست آوریم.
در آستانه انقلاب در سیستم SI
تغییرات تکنولوژیکی اصلی در سیستم بین المللی واحدهای مقادیر فیزیکی از طریق رای گیری اعضای دفتر بین المللی اوزان و اندازه گیری ها در کنفرانس سالانه انجام می شود. در صورت تایید، تغییرات پس از چند مورد اعمال می شودماه.
همه اینها برای دانشمندانی که تحقیقات و آزمایشات آنها به حداکثر دقت در اندازه گیری ها و فرمولاسیون نیاز دارد بسیار مهم است.
استانداردهای مرجع جدید 2018 به دستیابی به بالاترین سطح دقت در هر اندازه گیری در هر مکان، زمان و مقیاس کمک می کند. و همه اینها بدون افت دقت.
تعریف مجدد کمیت ها در سیستم SI
مربوط به چهار مورد از هفت کمیت فیزیکی اصلی است. تصمیم گرفته شد که مقادیر زیر را با واحدها دوباره تعریف کنیم:
- کیلوگرم (جرم) با استفاده از واحدهای ثابت پلانک در عبارت؛
- آمپر (جریان) با اندازه‌گیری شارژ؛
- کلوین (دمای ترمودینامیکی) با بیان واحد با استفاده از ثابت بولتزمن؛
- مول از طریق ثابت آووگادرو (مقدار ماده).
برای سه مقدار باقیمانده، عبارت تعاریف تغییر می کند، اما ماهیت آنها بدون تغییر باقی می ماند:
- متر (طول)؛
- ثانیه (زمان)؛
- candela (شدت نور).
تغییر با آمپر
امپر به عنوان یک واحد مقادیر فیزیکی در سیستم بین المللی SI امروز چیست، در سال 1946 پیشنهاد شد. این تعریف به قدرت جریان بین دو هادی در خلاء در فاصله یک متری گره خورده است و تمام تفاوت های ظریف این ساختار را مشخص می کند. عدم دقت و اندازه گیری دست و پا گیر دو ویژگی اصلی این تعریف از دیدگاه امروزی است.
در تعریف جدید، آمپر جریان الکتریکی برابر است باجریان تعداد ثابتی بار الکتریکی در ثانیه واحد در بارهای الکترونی بیان می شود.
برای تعیین آمپر به روز شده، تنها به یک ابزار نیاز است - به اصطلاح پمپ تک الکترونی، که قادر به حرکت الکترون ها است.
خال و خلوص سیلیکون جدید 99.9998%
تعریف قدیمی مول مربوط به مقدار ماده برابر با تعداد اتم های یک ایزوتوپ کربن با جرم ۰.۰۱۲ کیلوگرم است.
در نسخه جدید، این مقدار ماده ای است که در تعداد دقیقی از واحدهای ساختاری مشخص شده موجود است. این واحدها با استفاده از ثابت آووگادرو بیان می شوند.
در مورد شماره آووگادرو نیز نگرانی های زیادی وجود دارد. برای محاسبه آن، تصمیم گرفته شد کره ای از سیلیکون-28 ایجاد شود. این ایزوتوپ سیلیکون با شبکه کریستالی دقیق خود تا حد کمال متمایز می شود. بنابراین، تعداد اتم های موجود در آن را می توان با استفاده از یک سیستم لیزری که قطر یک کره را اندازه گیری می کند، به طور دقیق شمارش کرد.
البته می توان استدلال کرد که هیچ تفاوت اساسی بین کره سیلیکون-28 و آلیاژ پلاتین-ایریدیم فعلی وجود ندارد. هم آن و هم مواد دیگر به مرور اتم های خود را از دست می دهند. باخت، درسته اما سیلیکون-28 آنها را با سرعت قابل پیش بینی از دست می دهد، بنابراین تنظیمات مرجع همیشه انجام می شود.
خالص ترین سیلیکون-28 برای کره اخیراً در ایالات متحده به دست آمد. خلوص آن 99.9998% است.
و اکنون کلوین
Kelvin یکی از واحدهای کمیت های فیزیکی در سیستم بین المللی است و برای اندازه گیری سطح دمای ترمودینامیکی استفاده می شود. «در قدیم» برابر است با 1/273، 16بخش هایی از دمای نقطه سه گانه آب. نقطه سه گانه آب یک جزء فوق العاده جالب است. این سطح دما و فشاری است که در آن آب به طور همزمان در سه حالت است - "بخار، یخ و آب."
تعریف "لنگیدن روی هر دو پا" به دلیل زیر است: ارزش کلوین در درجه اول به ترکیب آب با نسبت ایزوتوپی از نظر تئوری شناخته شده بستگی دارد. اما در عمل دستیابی به آبی با چنین خصوصیاتی غیرممکن بود.
کلوین جدید به صورت زیر تعریف می شود: یک کلوین برابر است با تغییر انرژی حرارتی به میزان 1.4 × 10−23j. واحدها با استفاده از ثابت بولتزمن بیان می شوند. اکنون سطح دما را می توان با تثبیت سرعت صوت در کره گاز اندازه گیری کرد.
کیلوگرم بدون استاندارد
ما قبلاً می دانیم که در پاریس استانداردی از پلاتین با ایریدیوم وجود دارد که در طول استفاده از آن در اندازه شناسی و سیستم واحدهای کمیت های فیزیکی وزن خود را به نوعی تغییر داده است.
تعریف جدید کیلوگرم این است: یک کیلوگرم به صورت ثابت پلانک تقسیم بر 6.63 × 10−34 m2 بیان می شود. с−1.
اکنون می توان جرم را با مقیاس "وات" انجام داد. اجازه ندهید نام شما را گول بزند، اینها ترازوهای معمولی نیستند، بلکه الکتریسیته هستند که برای بلند کردن جسمی که در طرف دیگر ترازو قرار دارد کافی است.
تغییر در اصول ساخت واحدهای مقادیر فیزیکی و سیستم آنها به عنوان یک کل، قبل از هر چیز، در زمینه های نظری علم مورد نیاز است. عوامل اصلی در سیستم به روز شدهاکنون ثابت های طبیعی هستند.
این نتیجه منطقی فعالیت چندین ساله یک گروه بین المللی از دانشمندان جدی است که تلاش آنها برای مدت طولانی در جهت یافتن اندازه گیری ها و تعاریف ایده آل واحدها بر اساس قوانین فیزیک بنیادی بود..
