Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
15 декабря 2018, суббота, 17:09
Facebook Twitter VK.com Telegram

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

РЕГИОНЫ

17 ноября 2018, 19:21

Эталон килограмма уходит на пенсию

Одна из копий эталона килограмма
Одна из копий эталона килограмма

В эту пятницу на проходящей в Севре под Парижем 26-й Генеральной конференции по мерам и весам было принято окончательное решение изменить определения четырех базовых единиц измерения: килограмма, ампера, кельвина и моля, чтобы их размер определялся на основе фундаментальных физических констант.

Изменения официально войдут в силу 20 мая 2019 года, во Всемирный день метрологии.

Подготовка реформы, завершающейся у нас на глазах, началась в 2011 году, когда 24-я Генеральная конференция по мерам и весам постановила, что основные единицы СИ должны быть определены не на основе эталонов, изготовленных людьми, а на основе фундаментальных физических постоянных или свойствах атомов.

Три основных единицы: секунда, метр и кандела – уже перенесли такую трансформацию.

Секунда когда-то определялась как часть более крупных отрезков времени, а они соответствовали параметрам вращения Земли. Так, с 1940-х годов секунда определялась как 1/86400 средних солнечных суток, а в 1960 году, при утверждении Международной системы единиц, секунду определили как «1/31 556 925,9747 долю тропического года…».

Но уже в начале 1960-х появились атомные часы, в которых для измерения времени использовались периоды колебаний в процессах на уровне отдельных атомов. И в 1967 году Международное бюро мер и весов определило секунду как время, «равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133».

Спустя тридцать лет в это определение внесли уточнение, что атом цезия находится при температуре в ноль кельвинов и не должен быть возмущен внешними полями.

Метр изначально хотели определить как длину маятника, у которого полупериод колебаний на широте 45° равнялся бы одной секунде. Но в 1791 году комиссия Французской академии наук решила, что метр должен равняться одной сорокамиллионной части парижского меридиана. Фактически это то же самое, что расстояние от Северного полюса до экватора по меридиану Парижа, деленное на десять миллионов. В 1795 году это определение было принято Национальным конвентом Франции. Отрезок дуги парижского меридиана от Дюнкерка до Барселоны был тщательно измерен французскими геодезистами, и на основе их измерений вычислена длина «метра подлинного и окончательного» (metre vrai et définitif). В тот же год для практических целей из латуни был изготовлен первый материальный эталон метра, а в 1799 году новый эталон был выполнен уже из платины. Последний из металлических эталонов метра появился в 1889 году и состоял из сплава платины и иридия. Он до сих пор хранится в Международном бюро мер и весов.

Необходимость в эталоне метра, определяемом на основе более фундаментальных вещей, чем геодезические измерения и металлические изделия, назрела довольно скоро, но была впервые реализована лишь в 1960 году. Тогда метр определили как «1 650 763,73 длин волн оранжевой линии (6056 Å) спектра, излучаемого изотопом криптона 86Kr в вакууме». Наконец, с 1983 года метром стали называть длину пути, «проходимого светом в вакууме за 1/299 792 458 секунды».

Для канделы, в которой измеряется сила света, с 1890-х годов использовался эталон в виде амилацетатного фитильного светильника особой конструкции («свеча Хефнера»). Позже в роли эталона стали выступать лампы накаливания.

В 1948 году был принят другой эталон. Им служила трубка из оксида тория, окруженная платиной, находящейся при температуре 2046,6 кельвина. За 1 канделу в данном случае принималась сила света, излучаемого в направлении нормали с 1/60 см2 излучающей поверхности эталона.

В 1979 году канделу определили как «сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 герц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 ватт на стерадиан». Таким образом, кандела оказалась тоже привязанной не к материальному эталону, а к неизменной постоянной величине – силе света при заданной частоте.

Реформы, принятые сегодня, означают отказ Международной системы от последнего материального эталона основной единицы – килограмма.

Первое определение килограмма было принято в 1795 году в республиканской Франции. Килограммом считался вес 1 дм³ воды при 4 °C, когда плотность воды максимальна. В 1799 году был изготовлен платиновый эталон килограмма. В 1889 году  был сделан новый эталон из платиново-иридиевого сплава.

Скоро эталон килограмма, хранящийся в Севре в виде цилиндра из сплава платины и иридия, будет иметь только музейное значение (правда, Международное бюро мер и весов намерено продолжить его использование в качестве вспомогательного стандарта).

Отныне килограмм привязан к постоянной Планка, значение которой принято как точно равное 6,62607015x10-34 джоуля в секунду. Поскольку джоуль определяется как килограмм, умноженный на метр квадратный, постоянная Планка связывается с килограммом. Получается, что, если раньше ученые ставили эксперименты по уточнению значения постоянной Планка, то теперь те же самые эксперименты будут уточнять размер килограмма, так как значение постоянной Планка они зафиксировали. Это довольно удобный подход, ведь постоянная Планка не зависит от каких-либо внешних обстоятельств.

Ампер с конца 1940-х годов определялся как «сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10−7 ньютона». Теперь его определение привязано к фундаментальной постоянной – заряду электрона, величина которого отныне считается равной 1,602 17X·10−19 кулона. Кулон же по определению равен амперу, умноженному на секунду.

Единица температуры – кельвин – изначально определялась с помощью тройной точки воды. Такой точкой называют соотношение определенной температуры и давления, при котором вода может равновесно находится в трех фазах: жидкой, твердой и газообразной. Давление для тройной точки равно 611,657 паскаля, а ее температуру принято было считать равной 273,16 кельвина. Соответственно, один кельвин был равен 1/273,16 температуры тройной точки воды. В 2005 году в определение внесли дополнение, уточняющее изотопный состав водорода и кислорода в воде.

Для новой интерпретации кельвина используется еще одна фундаментальная константа – постоянная Больцмана, определяющая связь между температурой и энергией. Например, у идеального газа из одноатомных молекул при температуре T энергия будет равна 3/2kT, где k – постоянная Больцмана. Измеряется постоянная Больцмана в джоулях, деленных на кельвин, и отныне ее значение будет принято равным 1,380649 × 10-23 Дж/K.

Наконец, последняя из основных единиц СИ – моль, использующийся для измерения количества вещества, считался равным количеству атомов в 0,012 килограмма изотопа углерода 12C. Число элементов в моле вещества называется постоянной Авогадро. Теперь эту константу тоже зафиксировали, признав равной 6,02214076×1023 , а моль определяют через нее.

Как мы видим, во всех случаях Международное бюро мер и весов придерживалось единого подхода: перейти от измерения фундаментальных физических констант в выбранных единицах к установлению размера единиц измерения от величины этих констант.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi Адыгея акустика Александр Лавров альтернативная энергетика «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Африка бактерии бедность библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса Византия викинги вирусы военная полиция Вольное историческое общество воспитание Вселенная вулканология гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление гравитация грибы грипп дельфины демография демократия дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение змеи зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам исламизм история история искусства история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура картография католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ кельты киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор космос криминалистика культура культурная антропология Курская область лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна льготы мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования Международный арбитражный суд в Гааге местное самоуправление Металлургия метеориты микробиология микроорганизмы Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые научный юмор неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны облачные технологии обучение общество одаренные дети онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика перевод персональные данные планетология погода подготовка космонавтов политика право преподавание истории приматы продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Российская империя Русал русский язык рыбы Сергиев Посад сердце Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология финансовый рынок фольклор химия христианство Центр им.Хруничева черные дыры школа эволюция экология эмбриональное развитие эпидемии эпидемиология этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 495 980 1894.
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.