2018 boleh dipanggil tahun yang menentukan dalam metrologi, kerana ini adalah masa revolusi teknologi sebenar dalam sistem antarabangsa unit kuantiti fizik SI. Ia adalah mengenai menyemak semula takrifan kuantiti fizik utama. Adakah sekilogram kentang di pasar raya kini menimbang dengan cara yang baru? C kentang akan sama. Sesuatu yang lain akan berubah.
Sebelum sistem SI
Standard biasa dalam timbangan dan sukatan diperlukan pada zaman dahulu. Tetapi peraturan am untuk pengukuran menjadi sangat diperlukan dengan kedatangan kemajuan saintifik dan teknologi. Para saintis perlu bercakap dalam bahasa yang sama: satu kaki ialah berapa sentimeter? Dan apakah satu sentimeter di Perancis apabila ia tidak sama dengan bahasa Itali?
Perancis boleh dipanggil veteran kehormat dan pemenang pertempuran metrologi sejarah. Ia adalah di Perancis pada tahun 1791 bahawa sistem pengukuran telah diluluskan secara rasmi dan merekaunit dan takrifan kuantiti fizik utama telah diterangkan dan disahkan sebagai dokumen negeri.
Orang Perancis adalah orang pertama yang memahami bahawa kuantiti fizikal harus dikaitkan dengan objek semula jadi. Sebagai contoh, satu meter telah digambarkan sebagai 1/40,000,000 panjang meridian dari utara ke selatan ke arah khatulistiwa. Dia terikat, oleh itu, dengan saiz Bumi.
Satu gram juga telah dikaitkan dengan fenomena semula jadi: ia ditakrifkan sebagai jisim air dalam sentimeter padu pada paras suhu hampir kepada sifar (pencairan ais).
Tetapi, ternyata, Bumi bukanlah bola yang sempurna sama sekali, dan air dalam kiub boleh mempunyai pelbagai sifat jika ia mengandungi kekotoran. Oleh itu, saiz kuantiti ini di bahagian berlainan di planet ini berbeza sedikit antara satu sama lain.
Pada awal abad ke-19, orang Jerman, yang diketuai oleh ahli matematik Karl Gauss, memasuki perniagaan. Beliau mencadangkan untuk mengemas kini sistem ukuran sentimeter-gram-saat, dan sejak itu unit metrik telah pergi ke dunia, sains dan telah diiktiraf oleh masyarakat antarabangsa, sistem antarabangsa bagi unit kuantiti fizik telah dibentuk.
Telah diputuskan untuk menggantikan panjang meridian dan jisim kiub air dengan piawaian yang disimpan di Biro Timbang dan Sukat di Paris, dengan pengedaran salinan kepada negara yang mengambil bahagian dalam metrik konvensyen.
Kilogram, sebagai contoh, kelihatan seperti silinder yang diperbuat daripada aloi platinum dan iridium, yang pada akhirnya juga tidak menjadi penyelesaian yang ideal.
Sistem antarabangsa bagi unit kuantiti fizik SI telah dibentuk pada tahun 1960. Pada mulanya ia termasuk enamkuantiti asas: meter dan panjang, kilogram dan jisim, masa dalam saat, kekuatan arus dalam ampere, suhu termodinamik dalam kelvin dan keamatan bercahaya dalam candela. Sepuluh tahun kemudian, satu lagi ditambahkan kepada mereka - jumlah bahan, diukur dalam tahi lalat.
Adalah penting untuk mengetahui bahawa semua unit ukuran lain bagi kuantiti fizik sistem antarabangsa dianggap terbitan daripada yang asas, iaitu, ia boleh dikira secara matematik menggunakan kuantiti asas sistem SI.
Jauh daripada piawaian
Standard fizikal ternyata bukan sistem pengukuran yang paling boleh dipercayai. Piawaian kilogram itu sendiri dan salinannya mengikut negara dibandingkan secara berkala antara satu sama lain. Penyesuaian menunjukkan perubahan dalam jisim piawaian ini, yang berlaku atas pelbagai sebab: habuk semasa pengesahan, interaksi dengan dirian atau sesuatu yang lain. Para saintis telah melihat nuansa yang tidak menyenangkan ini untuk masa yang lama. Masanya telah tiba untuk menyemak semula parameter unit kuantiti fizik sistem antarabangsa dalam metrologi.
Oleh itu, beberapa takrifan kuantiti berubah secara beransur-ansur: saintis cuba menjauhkan diri daripada piawaian fizikal, yang dalam satu atau lain cara mengubah parameternya dari semasa ke semasa. Cara terbaik ialah memperoleh kuantiti dari segi sifat tidak berubah, seperti kelajuan cahaya atau perubahan dalam struktur atom.
Pada malam sebelum revolusi dalam sistem SI
Perubahan teknologi utama dalam sistem antarabangsa unit kuantiti fizik dijalankan melalui pengundian ahli Biro Timbang dan Sukat Antarabangsa pada persidangan tahunan. Jika diluluskan, perubahan akan berkuat kuasa selepas beberapa ketikabulan.
Semua ini amat penting bagi saintis yang penyelidikan dan eksperimennya memerlukan ketepatan tertinggi dalam pengukuran dan rumusan.
Piawaian rujukan baharu 2018 akan membantu mencapai tahap ketepatan tertinggi dalam sebarang ukuran di mana-mana tempat, masa dan skala. Dan semua ini tanpa kehilangan ketepatan.
Mentakrifkan semula kuantiti dalam sistem SI
Ia melibatkan empat daripada tujuh kuantiti fizik asas operasi. Telah diputuskan untuk mentakrifkan semula kuantiti berikut dengan unit:
- kilogram (jisim) menggunakan unit pemalar Planck dalam ungkapan;
- ampere (semasa) dengan ukuran cas;
- kelvin (suhu termodinamik) dengan ungkapan unit menggunakan pemalar Boltzmann;
- mol melalui pemalar Avogadro (jumlah bahan).
Untuk baki tiga kuantiti, perkataan definisi akan ditukar, tetapi intipatinya akan kekal tidak berubah:
- meter (panjang);
- saat (masa);
- candela (keamatan cahaya).
Perubahan dengan Amp
Apakah ampere sebagai unit kuantiti fizik dalam sistem SI antarabangsa hari ini, telah dicadangkan pada tahun 1946. Takrifan terikat pada kekuatan arus antara dua konduktor dalam vakum pada jarak satu meter, menyatakan semua nuansa struktur ini. Ketidaktepatan dan ukuran yang menyusahkan ialah dua ciri utama definisi ini dari sudut pandangan hari ini.
Dalam takrif baharu, ampere ialah arus elektrik yang sama denganaliran bilangan tetap cas elektrik sesaat. Unit dinyatakan dalam cas elektron.
Untuk menentukan ampere yang dikemas kini, hanya satu alat diperlukan - apa yang dipanggil pam elektron tunggal, yang mampu menggerakkan elektron.
Ketulenan tahi lalat dan silikon baharu 99.9998%
Takrifan lama mol berkaitan dengan jumlah jirim yang sama dengan bilangan atom dalam isotop karbon dengan jisim 0.012 kg.
Dalam versi baharu, ini ialah jumlah bahan yang terkandung dalam bilangan unit struktur yang ditentukan dengan tepat. Unit ini dinyatakan menggunakan pemalar Avogadro.
Terdapat juga banyak kebimbangan dengan nombor Avogadro. Untuk mengiranya, ia telah memutuskan untuk mencipta sfera silikon-28. Isotop silikon ini dibezakan oleh kekisi kristalnya yang tepat kepada kesempurnaan. Oleh itu, bilangan atom di dalamnya boleh dikira dengan tepat menggunakan sistem laser yang mengukur diameter sfera.
Sudah tentu, seseorang boleh berhujah bahawa tiada perbezaan asas antara sfera silikon-28 dan aloi platinum-iridium semasa. Kedua-dua itu, dan bahan lain kehilangan atom dalam masa. Kalah, betul. Tetapi silikon-28 kehilangannya pada kadar yang boleh diramalkan, jadi pelarasan akan dibuat pada rujukan sepanjang masa.
Silikon-28 paling tulen untuk sfera baru-baru ini diperolehi di AS. Ketulenannya ialah 99.9998%.
Dan kini Kelvin
Kelvin ialah salah satu unit kuantiti fizik dalam sistem antarabangsa dan digunakan untuk mengukur tahap suhu termodinamik. "Dalam cara lama" ia sama dengan 1/273, 16bahagian suhu titik tiga air. Titik tiga air adalah komponen yang sangat menarik. Ini ialah tahap suhu dan tekanan di mana air berada dalam tiga keadaan serentak - "wap, ais dan air."
Takrifan "terpincang pada kedua-dua kaki" atas sebab berikut: nilai kelvin bergantung terutamanya pada komposisi air dengan nisbah isotop yang diketahui secara teori. Tetapi dalam praktiknya, adalah mustahil untuk mendapatkan air dengan ciri sedemikian.
Kelvin baharu akan ditakrifkan seperti berikut: satu kelvin adalah sama dengan perubahan tenaga haba sebanyak 1.4 × 10−23j. Unit dinyatakan menggunakan pemalar Boltzmann. Kini paras suhu boleh diukur dengan menetapkan kelajuan bunyi dalam sfera gas.
Kilogram tanpa standard
Kita sudah tahu bahawa di Paris terdapat piawaian platinum dengan iridium, yang entah bagaimana mengubah beratnya semasa penggunaannya dalam metrologi dan sistem unit kuantiti fizik.
Takrif baharu bagi kilogram ialah: Satu kilogram dinyatakan sebagai pemalar Planck dibahagikan dengan 6.63 × 10−34 m2 · с−1.
Sukatan jisim kini boleh dilakukan pada skala "watt". Jangan biarkan nama itu menipu anda, ini bukan penimbang biasa, tetapi elektrik, yang cukup untuk mengangkat objek yang terletak di sisi lain penimbang.
Perubahan dalam prinsip membina unit kuantiti fizik dan sistemnya secara keseluruhan diperlukan, pertama sekali, dalam bidang teori sains. Faktor utama dalam sistem yang dikemas kinikini pemalar semula jadi.
Ini adalah kesimpulan logik aktiviti bertahun-tahun sekumpulan saintis serius antarabangsa yang usaha mereka untuk masa yang lama bertujuan untuk mencari ukuran dan definisi unit yang ideal berdasarkan undang-undang fizik asas.
