2018 es pot anomenar un any fatídic en metrologia, perquè és el moment d'una autèntica revolució tecnològica en el sistema internacional d'unitats de magnituds físiques SI. Es tracta de revisar les definicions de les principals magnituds físiques. Un quilogram de patates al supermercat pesarà ara d'una manera nova? C les patates seran iguals. Alguna cosa més canviarà.
Abans del sistema SI
En l'antiguitat es necessitaven estàndards comuns en pesos i mesures. Però les regles generals per a les mesures es van fer especialment necessàries amb l'arribada del progrés científic i tecnològic. Els científics necessitaven parlar en un llenguatge comú: un peu són quants centímetres? I què és un centímetre a França quan no és el mateix que l'italià?
França es pot anomenar veterà honorari i guanyadora de batalles metrològiques històriques. Va ser a França l'any 1791 on es va aprovar oficialment el sistema de mesura i el seuunitats, i les definicions de les principals magnituds físiques es van descriure i avalar com a documents estatals.
Els francesos van ser els primers a entendre que les magnituds físiques haurien d'estar lligades a objectes naturals. Per exemple, un metre s'ha descrit com 1/40.000.000 de la longitud del meridià de nord a sud cap a l'equador. Per tant, estava lligat a la mida de la Terra.
Un gram també s'ha relacionat amb fenòmens naturals: es va definir com la massa d'aigua en un centímetre cúbic a un nivell de temperatura proper a zero (desglaç).
Però, com va resultar, la Terra no és una bola perfecta, i l'aigua en un cub pot tenir diverses propietats si conté impureses. Per tant, les mides d'aquestes quantitats a diferents parts del planeta difereixen lleugerament entre si.
A principis del segle XIX, els alemanys, liderats pel matemàtic Karl Gauss, van entrar al negoci. Va proposar actualitzar el sistema de mesures centímetre-gram-segon, i des de llavors les unitats mètriques han anat al món, la ciència i han estat reconegudes per la comunitat internacional, s'ha format un sistema internacional d'unitats de magnituds físiques.
Es va decidir substituir la longitud del meridià i la massa d'un cub d'aigua pels estàndards que estaven emmagatzemats a l'Oficina de Peses i Mesures de París, amb distribució de còpies als països participants en la mètrica. convenció.
Quilogram, per exemple, semblava un cilindre fet d'un aliatge de platí i iridi, que al final tampoc es va convertir en una solució ideal.
El sistema internacional d'unitats de magnituds físiques SI es va formar l'any 1960. Al principi n'incloïa sismagnituds bàsiques: metres i longitud, quilograms i massa, temps en segons, intensitat del corrent en amperes, temperatura termodinàmica en kelvins i intensitat lluminosa en candela. Deu anys més tard, se'ls va afegir un més: la quantitat d'una substància, mesurada en mols.
És important saber que totes les altres unitats de mesura de les magnituds físiques del sistema internacional es consideren derivades de les bàsiques, és a dir, que es poden calcular matemàticament utilitzant les magnituds bàsiques del sistema SI.
Lluny dels estàndards
Els estàndards físics van resultar no ser el sistema de mesurament més fiable. El propi estàndard de quilograms i les seves còpies per país es comparen periòdicament entre si. Les conciliacions mostren canvis en les masses d'aquests estàndards, que es produeixen per diferents motius: pols durant la verificació, interacció amb l'estand o alguna altra cosa. Els científics han notat aquests matisos desagradables durant molt de temps. Ha arribat el moment de revisar els paràmetres de les unitats de magnituds físiques del sistema internacional en metrologia.
Per tant, algunes definicions de quantitats van anar canviant gradualment: els científics van intentar allunyar-se dels estàndards físics, que d'una manera o altra van canviar els seus paràmetres amb el temps. La millor manera és derivar quantitats en termes de propietats immutables, com ara la velocitat de la llum o els canvis en l'estructura dels àtoms.
A la vigília de la revolució al sistema SI
Els principals canvis tecnològics en el sistema internacional d'unitats de magnituds físiques es porten a terme mitjançant la votació dels membres de l'Oficina Internacional de Peses i Mesures a la conferència anual. Si s'aprova, els canvis tindran efecte al cap d'uns quantsmesos.
Tot això és extremadament important per als científics les investigacions i experiments dels quals requereixen la màxima precisió en mesures i formulacions.
Els nous estàndards de referència de 2018 ajudaran a aconseguir el màxim nivell de precisió en qualsevol mesura a qualsevol lloc, temps i escala. I tot això sense cap pèrdua de precisió.
Redefinició de quantitats al sistema SI
Es refereix a quatre de les set magnituds físiques bàsiques en funcionament. Es va decidir redefinir les quantitats següents amb unitats:
- quilogram (massa) utilitzant les unitats de la constant de Planck a l'expressió;
- ampere (corrent) amb mesura de càrrega;
- kelvin (temperatura termodinàmica) amb expressió d'unitat mitjançant la constant de Boltzmann;
- mole a través de la constant d'Avogadro (quantitat de substància).
Per a les tres quantitats restants, es canviarà la redacció de les definicions, però la seva essència es mantindrà sense canvis:
- metre (longitud);
- segon (temps);
- candela (intensitat de la llum).
Canvis amb Amp
L'any 1946 es va proposar Quina és l'amper com a unitat de magnituds físiques en el sistema internacional SI avui en dia. La definició estava lligada a la força del corrent entre dos conductors en el buit a una distància d'un metre, especificant tots els matisos d'aquesta estructura. La imprecisió i la mesura feixuga són les dues característiques principals d'aquesta definició des del punt de vista actual.
A la nova definició, un amper és un corrent elèctric igual aflux d'un nombre fix de càrregues elèctriques per segon. La unitat s'expressa en càrregues d'electrons.
Per determinar l'amperatge actualitzat, només cal una eina: l'anomenada bomba d'un sol electró, que és capaç de moure electrons.
Nou mole i puresa de silici 99,9998%
L'antiga definició de mol està relacionada amb la quantitat de matèria igual al nombre d'àtoms d'un isòtop de carboni amb una massa de 0,012 kg.
A la nova versió, aquesta és la quantitat d'una substància continguda en un nombre definit amb precisió d'unitats estructurals especificades. Aquestes unitats s'expressen mitjançant la constant d'Avogadro.
També hi ha moltes preocupacions amb el número d'Avogadro. Per calcular-ho, es va decidir crear una esfera de silici-28. Aquest isòtop de silici es distingeix per la seva precisa xarxa cristal·lina a la perfecció. Per tant, el nombre d'àtoms que hi ha es pot comptar amb precisió mitjançant un sistema làser que mesura el diàmetre d'una esfera.
Per descomptat, es podria argumentar que no hi ha cap diferència fonamental entre una esfera de silici-28 i l'aliatge actual de platí-iridi. Tant aquesta com una altra substància perden àtoms amb el temps. Perd, oi. Però el silici-28 els està perdent a un ritme previsible, de manera que es faran ajustaments a la referència tot el temps.
El silici-28 més pur per a l'esfera es va obtenir recentment als EUA. La seva puresa és del 99,9998%.
I ara Kelvin
Kelvin és una de les unitats de magnituds físiques del sistema internacional i s'utilitza per mesurar el nivell de temperatura termodinàmica. "A l'antiga manera" és igual a 1/273, 16parts de la temperatura del punt triple de l'aigua. El punt triple de l'aigua és un component molt interessant. Aquest és el nivell de temperatura i pressió en què l'aigua es troba en tres estats alhora: "vapor, gel i aigua".
La definició de "coixeja a les dues cames" per la següent raó: el valor de kelvin depèn principalment de la composició de l'aigua amb una proporció d'isòtops teòricament coneguda. Però a la pràctica, era impossible obtenir aigua amb aquestes característiques.
El nou kelvin es definirà de la següent manera: un kelvin és igual a un canvi d'energia tèrmica d'1,4 × 10−23j. Les unitats s'expressen mitjançant la constant de Boltzmann. Ara el nivell de temperatura es pot mesurar fixant la velocitat del so a l'esfera de gas.
Quilogram sense estàndard
Ja sabem que a París hi ha un estàndard de platí amb iridi, que d'alguna manera va canviar el seu pes durant el seu ús en metrologia i el sistema d'unitats de magnituds físiques.
La nova definició del quilogram és: Un quilogram s'expressa com la constant de Planck dividida per 6,63 × 10−34 m2 · с−1.
La mesura de la massa ara es pot fer a les escales de "watts". No deixis que el nom t'enganyi, no són les bàscules habituals, sinó l'electricitat, que és suficient per aixecar un objecte a l' altre costat de la bàscula.
En els camps teòrics de la ciència calen, en primer lloc, canvis en els principis de construcció d'unitats de magnituds físiques i el seu sistema en conjunt. Els principals factors del sistema actualitzatara són constants naturals.
Aquesta és la conclusió lògica de molts anys d'activitat d'un grup internacional de científics seriosos els esforços dels quals durant molt de temps van estar dirigits a trobar mesures i definicions ideals d'unitats basades en les lleis de la física fonamental.
