Vuonna 1872 Kansainvälisen metrijärjestelmän standardikomission päätöksellä Ranskan kansallisarkistoon tallennetun prototyypin kilogramman massa otettiin käyttöön massayksikkönä. Tämä prototyyppi on platina lieriömäinen paino, jonka korkeus ja halkaisija on 39 mm. Killon prototyypit käytännön käyttöön tehtiin platina-iridium-seoksesta. Killon kansainväliseksi prototyypiksi otettiin platina-iridiumpaino, joka oli lähinnä arkiston platinakilon massaa. On huomattava, että kansainvälisen prototyypin kilogramman massa eroaa jonkin verran kuutiometrin veden massasta. Seurauksena on, että 1 litran vettä ja 1 kuutiometriä eivät ole samat (1 litra = 1,000028 dm 3). Vuonna 1964 XII paino- ja mittakonferenssi päätti rinnastaa 1 litran 1 dm 3:een.
Killon kansainvälinen prototyyppi hyväksyttiin ensimmäisessä yleisessä mittarien ja painojen konferenssissa vuonna 1889 massayksikön prototyypiksi, vaikka tuolloin massan ja painon käsitteiden välillä ei ollut selvää eroa ja siksi massastandardi oli kutsutaan usein painostandardiksi.
Ensimmäisen paino- ja mittakonferenssin päätöksellä valmistetuista 42 kilogramman prototyypeistä siirrettiin Venäjälle platina-iridiumkiloiset prototyypit nro 12 ja 26. Kilogramman prototyyppi nro 12 hyväksyttiin vuonna 1899 valinnaiseksi valtion massastandardiksi. (puntaa piti ajoittain verrata kilogrammaan) ja prototyyppiä nro 26 käytettiin toissijaisena standardina.
Standardi sisältää:
kopio kilogramman kansainvälisestä prototyypistä (nro 12), joka on platina-iridium-paino suoran sylinterin muodossa, jossa on pyöristetyt rivat, jonka halkaisija ja korkeus on 39 mm. Killan prototyyppi on tallennettu VNIIM:iin. D. M. Mendelejev (Pietari) kvartsitelineellä kahden lasikannen alla teräskassakaapissa. Standardi säilytetään säilyttäen ilman lämpötila (20 ± 3) ° C:ssa ja suhteellinen kosteus 65%. Standardin säilyttämiseksi siihen verrataan kahta toissijaista standardia 10 vuoden välein. Niitä käytetään edelleen välittämään kilogramman kokoa. Kansainväliseen standardikiloon verrattuna kotimaisen platina-iridiumpainon arvoksi annettiin 1,0000000877 kg;
tasakätinen prismavaaka 1 kg. No. 1 kaukosäätimellä (jotta eliminoimaan käyttäjän vaikutuksen ympäristön lämpötilaan), valmistaja Ruprecht, ja tasavartiset modernit prismavaa'at 1 kg:lle nro 2, valmistettu VNIIM:ssä. D.M. Mendelejev. Asteikot nro 1 ja nro 2 siirtävät massayksikön koon prototyypistä nro 12 toissijaisiin standardeihin.
Virhe kilogramman toistossa, ilmaistuna mittaustuloksen keskihajonnalla 2. 10-9. Platina-iridium-painon muodossa olevan vakiomassayksikön hämmästyttävä kestävyys ei johdu siitä, että kerran löydettiin vähiten haavoittuva tapa toistaa kilogrammaa. Ei lainkaan. Jo useita vuosikymmeniä sitten massamittausten tarkkuusvaatimukset ylittivät niiden toteuttamismahdollisuudet olemassa olevilla massayksikköstandardeilla. Massan lisääntymisen tutkimus eri atomihiukkasten (protoni, elektroni, neutroni jne.) tunnettujen fysikaalisten perusmassavakioiden avulla on jatkunut pitkään. Todellinen virhe erityisesti neutronin lepomassaan sidotun suurten massojen (esimerkiksi kilogramman) toistamisessa on kuitenkin toistaiseksi huomattavasti suurempi kuin virhe toistaessa kilogrammaa platina-iridiumpainolla. Yksittäisen hiukkasen - neuronin - lepomassa on 1,6949286 (10)x10 -27 kg ja se määritetään standardipoikkeamalla 0,59. 10-6.
Killon prototyyppien luomisesta on kulunut yli 100 vuotta. Kuluneen ajanjakson aikana kansallisia standardeja verrattiin ajoittain kansainväliseen standardiin. Japanissa lasersäteellä on luotu erityisvaakoja, jotka tallentavat keinuvarren "heilahtelua" referenssi- ja taarapainoilla. Tulokset käsitellään tietokoneella. Samalla kilon toistovirhe nostettiin noin 10 -10:een (keskihajonnan mukaan) Venäjän federaation puolustusvoimien mittauspalvelusta on saatavilla yksi sarja samanlaisia vaakoja.
Mikä on kilo? Lasten kysymys! Tämä on litran vettä massa. Kotona hankkimiseen tarvitset vain vesihanan ja litran purkin. Mutta "oikea ja täyteläinen" standardikilo on viime aikoina laihtunut nopeasti.
Valitettavasti maailman standardikilo, kuten New York Timesista käy ilmi, on joutunut salaperäisen ja pitkäkestoisen sairauden uhriksi. Katsotaanpa historiaa.
1700-luvulla kilogramma määriteltiin kuutiodesimetrin veden massaksi sen suurimmassa tiheydessä (4 o C). Kuten kävi ilmi, tällainen määritelmä ei ole täysin rakentava: tarvitset erittäin tarkan kuutiometrin, täysin puhtaan veden ja ehdottoman oikean lämpömittarin.
Lisätietoja sairaasta löytyy kohtaloiden kirjasta - TSB.
"Kilo, massayksikkö, on yksi kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) seitsemästä perusyksiköstä. Se vastaa kansainväliseen paino- ja mittatoimistoon tallennetun kansainvälisen prototyypin massaa. Prototyyppi vuonna 1799 tehtiin platinasta tehdyn lieriömäisen painon muodossa.
Prototyyppikilon massa osoittautui noin 0,028 grammaa enemmän kuin yhden kuutiometrin vettä.
Tämän päivän tärkein kilo on vain pala rautaa (kuva bipm.org).
Vuonna 1889 otettiin käyttöön kilogramman nykyinen määritelmä ja paino, jossa oli K-merkki ("K" on goottilainen pääkaupunki), valmistettu platina-iridium-seoksesta (10 % Ir) ja muotoiltu sylinterin muotoiseksi halkaisijaltaan ja korkeudeltaan. 39 mm, hyväksyttiin kansainväliseksi prototyypiksi.
Osoittautuu, että englantilaisen jalokivikauppiaan luoma platina-iridiumkilo on ainoa SI-perusyksikkö, joka on urhoollisesti säilyttänyt määritelmänsä toiselta vuosisadalta. Ja itse tallennettu materiaalin artefaktin muodossa.
Esimerkiksi metri, joka alun perin korreloi maan kehän pituuden kanssa, rinnastetaan nyt valon kulkemaan matkaan yhdessä 299 792 458 sekunnissa. Ja toinen itse on aika, jonka aikana cesiumatomi tekee 9192631770 värähtelyä.
Näitä yksiköitä ei ole vain määritelty asianmukaisella kvanttitarkkuudella, vaan ne voidaan myös toistaa riittävästi kaikkialla maailmassa. Kilon kloonaus on paljon vaikeampaa, lisäksi se vaatii monimutkaisen byrokraattisen menettelyn.
Ilmeisesti pitkään tämä ainutlaatuinen kilogramman sijainti sopi kaikille, koska sen tunnollisen kaavan luomiseen ei ollut riittäviä kannustimia.
Mutta muuttuva kilo vetää mukanaan watin ja muut siihen liittyvät mittayksiköt ajelehtiviin.
Eikä kilon vaihtelusta ole epäilystäkään kaikista varotoimista huolimatta: standardia säilytetään kolmen suljetun lasikannen alla vartioidun linnan kassakaapissa Pariisin läheisyydessä, ja kassakaapin avaimet ovat vain kolmella. erityisen läheiset byrokraatit Kansainvälisestä paino- ja mittatoimistosta (Bureau International des Weights and Measures) Poids et Mesures - BIPM.
Kilogrammaa ja 6 hänen kätyriään säilytetään pysyvästi lukitussa kassakaapissa (kuva bipm.org).
Pääkilon lisäksi kassakaapissa on 6 seuraajaa, ja kaikkiaan hänen hallituskautensa aikana tehtiin yli 80 kopiota hänen kuvakseen ja kaltaisuuteensa.
Kerran vuodessa tapahtuvaa vanhusten kilon tutkimusta varten se poistetaan juhlallisesti varastostaan. Ja aina kun mikroskooppinen painonpudotus havaitaan.
Kilo on hukassa. Tämän osoittaa selvästi vertailut muihin kassakaapin asukkaisiin. Taudin luonne on mystinen, mutta kaikki oireet ovat ilmeisiä: sadassa vuodessa kilo menettää noin 0,00000003 arvokkaasta massastaan.
Mutta jopa painonpudotus vain 50 mikrogrammalla (vähemmän kuin suolajyvän paino) voi vakavasti vääristää monimutkaisten tieteellisten laskelmien tuloksia. Ei ole epäilystäkään tarpeesta korvata ainutlaatuinen kilogramma abstraktilla kilogrammalla.
Kansainvälinen tutkijaryhmä Saksasta, Australiasta, Italiasta ja Japanista Saksan standardilaboratorion alaisuudessa haluaa määritellä kilogramman uudelleen tietyn atomimäärän massaksi. Laboratoriossa valmistetaan täysin pyöreä, kilon painoinen pallo puhtaasta kiteisestä piistä.
Jos tiedät tarkalleen, mitkä atomit muodostavat kiteen ja millä etäisyydellä ne ovat toisistaan, mittaamalla pallon koon voit laskea sen muodostavien piiatomien lukumäärän. Tämä luku on kilogramman määritelmä.
Pallon valmistamiseksi oli tarpeen saada erittäin puhdas pii-isotooppi. Venäjä auttoi tässä pyrkimyksessä - vanhoissa Neuvostoliiton ydinasetehtaissa on sentrifugeja, joita käytetään korkeasti rikastetun uraanin tuottamiseen.
Ehkä tästä piipallosta tulee uusi kilo. Mutta vain sen muodostavien atomien lukumäärän muodossa (kuva nytimes.com).
Tuloksena oleva pallo piti mitata "pyöreyden" suhteen. Kide mitattiin huolellisesti puolessa miljoonassa pisteessä. Johtopäätös: pallo on ihmisen käsien pyörein luomus. Jos pallo suurennettaisiin Maan kokoiseksi, Everest olisi vain neljä metriä korkea.
Pallon kiehtova ominaisuus: on täysin mahdotonta määrittää silmällä, onko se levossa vai pyörimässä. Vain jos pölyhiukkanen putoaa pinnalle, on silmälle kiinnitettävää.
Vaikka ainutlaatuisen esineen muodostavien piiatomien määrää ei ole vielä laskettu, tekniikka on jo saanut kritiikkiä toisesta leiristä, joka on tuonut yhteen tutkijoita Yhdysvalloista, Englannista, Ranskasta ja Sveitsistä.
Heidän mielestään nykytekniikalla on mahdotonta laskea tarkasti atomien määrää, joten kilo on helpompi ja luotettavampi laskea sähköjännitteellä. He sanovat, että energian mittaaminen on yksinkertaisempaa kuin atomien laskeminen. Se voi olla yksinkertaisempaa, mutta ei sanoin.
Teos käyttää monimutkaista mekanismia nimeltä wattitasapaino. Tekniikka perustuu mekaanisen ja sähköisen tehon vastaavuuteen.
Luodaan sähkömagneettinen kenttä, laitetaan siihen vertailukilo ja mitataan kokeen parametrit. Koska gravitaatiokenttä on vakio ja määräytyy kolmikerroksisen asennuksen sijainnin mukaan, mekaanisten ja sähköisten suureiden arvot voidaan suhteuttaa vertailukilogramman kautta.
Totta, on myös tarpeen ottaa huomioon vuorovesivaikutukset, ja muut ulkoisen ympäristön ilmentymät voidaan sulkea pois asettamalla asennus syvään tyhjiöön.
Australian National Measurement Laboratoryssa (NML) luotu piipallo.
Pituuden, ajan, sähkövirran ja vastuksen arvot (ja ne kaikki voidaan laskea perustavanlaatuisten ja invarianttien kvanttiilmiöiden perusteella) mittaamalla on mahdollista digitoida perusyksikkö - kilogramma - kvantti tavalla. . Elektronin massa on jo määritetty samalla tavalla.
On liian aikaista puhua hienostuneen ja ympäripyöreän kilon laskentamenetelmän tarkkuudesta, tiedemiehet ovat huolissaan sähköpiirien jännitevaihteluiden poistamisesta. He ovat kuitenkin varmoja, että voitto on heidän, eivätkä piipallojen suunnittelijat.
New York Timesin mukaan BIMP-massaosa - keho, joka lopulta määrää kilon kohtalon - kallistuu jälkimmäiseen lähestymistapaan, mutta lopullisen valinnan tekeminen on edelleen erittäin vaikeaa. Mutta he haluavat valita näiden kahden välillä, vaikka muitakin vaihtoehtoja on.
Esimerkiksi, kuten kaikessa osto- ja myyntimaailmassamme, pahamaineisella kilolla voi olla tarkka hinta-ilmaus.
Sen laskemiseksi sinun on selvitettävä atomien lukumäärä kilogrammassa puhdasta kultaa. Tämän päivän arvioiden mukaan tämän luvun pitäisi olla noin 25 numeroa, mutta siitä ei voida sanoa mitään varmaa.
Massastandardi
Tämä on platina-iridium-seoksesta valmistettu, tietyn muotoinen painokilo, joka on säilytetty kaksoiskorkin alla ja niin edelleen. Tällaisia painoja tehtiin useita, ne viedään Pariisiin muutaman vuoden välein ja niin edelleen, katso yllä keskustelu standardin tarkkuudesta. Luonnollinen kysymys on, miksi ei oteta luonnollista standardia - atomia. Tässä on joku, joka kaikkien nykyaikaisten näkemysten mukaan pärjää hyvin massan pysyvyyden kanssa. Vastaus on yksinkertainen - koska atomi on pieni, ja Avogadron atomien määrän laskeminen on tuskaa. Kymmenen aste on niin suuri, ettei edes uraanista valmistettu fullereeni pelastaisi asiaa. Mutta haluan siirtyä luonnolliseen pseudoatomistandardiin. Siksi mittaristandardiin ja atomiominaisuuksiin perustuvan massastandardin luominen on meneillään (eli se on loppujen lopuksi silti atomistandardi). Nimittäin oletetaan, että se on tarkasti tunnetun kokoinen pallo, joka on valmistettu monoisotooppisesta piistä. Pallo - evien todelliseen geometriaan liittyvän epävarmuuden välttämiseksi, pii - koska sille on kehitetty puhdistustekniikoita. Piillä on kolme stabiilia isotooppia, mikä vaikeuttaa tarkkojen kopioiden saamista standardista, mutta piille on kehitetty menetelmiä epäpuhtauksien poistamiseksi, ja isotooppipuhdas pii, kuten sanotaan, kiinnostaa puolijohdeteknologiaa ja sen teknologiaa. tuotantoa on olemassa.
Kirjasta Ritz's Ballistic Theory and the Picture of the Universe kirjoittaja Semikov Sergei Aleksandrovich§ 1.15 Massamuutoksen relativistinen vaikutus Kaufmanin kokeet selittyvät yhtä hyvin joko olettamalla absoluuttista liikettä vaihtelevalla massalla tai pitämällä massaa vakiona ja liikkeitä suhteellisina. Ne ovat myös melkoisia
Kirjasta Rakentajan muistiinpanoja kirjoittaja Komarovsky Aleksanteri Nikolajevitš§ 1.16 Massan ja energian tuhoutuminen ja ekvivalenssi Esineiden runko on tuhoutumaton, kunnes se törmää voiman kanssa, jonka niiden yhdistelmä pystyy tuhoamaan. Joten näemme, että asiat eivät muutu tyhjäksi, vaan kaikki hajoaa takaisin peruskappaleiksi... ....Sanalla sanoen ei
Kirjasta Very General Metrology kirjoittaja Ashkinazi Leonid Aleksandrovich§ 1.17 Massan ja painovoiman luonne Zöllnerin Lorentzin hyväksymä selitys on, kuten tiedetään, että kahden vastakkaisen merkin sähkövarauksen vetovoima on hieman suurempi kuin kahden samanmerkkisen varauksen hylkimisvoima ja sama itseisarvo.
Kirjailijan kirjasta§ 3.13 Ydinreaktiot ja massavika Kaikki luonnossa tapahtuvat muutokset ovat sellaisia, että yhtä paljon jotakin otetaan pois yhdestä kehosta, niin paljon lisätään toiseen. Joten jos pieni aine katoaa jonnekin, se lisääntyy toisessa paikassa... Tämä universaali luonnollinen
Kirjailijan kirjastaLiite nro 3 TEKNOLOGIA TUOTTEIDEN VALMISTAMISEKSI PAPERIMASSASTA Valmistaaksesi 1 kg paperimassaa (mastiksia) ota (g): Jauhettu liitu - 450 OB-luokan kaseiiniliima - 200 Luonnollinen kuivausöljy - 100 Hartsi - 20 Paperipöly (nuppi) ) - 200 alumiinialunaa - 15 glyseria tuumaa
Kirjailijan kirjastaPituusstandardi Aluksi standardit olivat luonnollisia, esimerkiksi pituusstandardi oli ehkä kuningas Kaarlen vyö niin ja niin. Sitten kuningas ruostui hieman ja talous meni hulluksi. Siksi otimme heilurin pituuden tietyllä jaksolla (täten yhdistämme pituusstandardin standardiin
Kirjailijan kirjastaAjan taso Luonto on täynnä jaksoittaisia prosesseja, joten luonnollisen ajan standardin kanssa ei ollut ongelmia, vaikka en henkilökohtaisesti ottaisi Maan pyörimistä, vaan ahmimisen halun ajoittain esiintymistä. Sillä pyöriipä maa tai ei, näemme vain päivällä, mutta syömme
Kirjailijan kirjastaAineen määrän standardi on mooli, joka yleensä kopioi massastandardin, mutta säilyy käsitteenä lähinnä kemiallisten laskelmien helpottamiseksi. Erillistä moolistandardia ei ole. Määritelmän mukaan tämä on aineen määrä, joka sisältää niin paljon
Kirjailijan kirjastaLämpötilastandardi Fysiikassa on useita erilaisia "lämpötiloja", korkea metrologia tietää yhden - termodynaamisen lämpötilan. Tämä liittyy ainutlaatuisesti energiaan Boltzmannin vakion kautta (siksi fyysikot usein mittaavat lämpötilaa energiayksiköissä
Kirjailijan kirjastaNykyinen standardi Historiallisesti sähkösuureiden standardit olivat ensin virta (galvaanisen prosessin ja saostuman painon kautta) ja vastus (elohopeasylinterin resistanssin kautta), jännite määrättiin Ohmin lain mukaan ja välitettiin erityisen vakaalla galvaanisella. solu
Kirjailijan kirjastaValon voimakkuuden standardi Valo on sähkömagneettista säteilyä, joka on ihmisen suoran havainnon alueella. Siksi tekniikassa ja vastaavasti metrologiassa siihen kiinnitetään enemmän huomiota. Kuten tiedetään, valoyksikköjä on neljä - valovirta, valonvoimakkuus, valovoima ja
Ei ole olemassa liikaa tarkkuutta. Siksi on luotu ja olemassa kaikkialla maailmassa kansainvälisten mittausten järjestelmä, joka ilmaistaan kaikkien ihmisen tuntemien mittausten standardeissa. Ja vain kilogramman standardi erottuu mittayksiköiden riviltä. Loppujen lopuksi hän on ainoa, jolla on fyysinen, todella olemassa oleva prototyyppi. Kuinka paljon kansainvälinen standardikilo painaa ja missä maassa sitä säilytetään, vastaamme tässä artikkelissa.
Miksi standardeja tarvitaan?
Painaako kilo esimerkiksi appelsiineja yhtä paljon Afrikassa ja Venäjällä? Vastaus on kyllä, melkein. Ja kaikki kiitos kansainvälisen järjestelmän standardikilon, metrin, sekunnin ja muiden fyysisten parametrien standardien määrittämiseksi. Mittausstandardit ovat välttämättömiä ihmiskunnalle taloudellisen toiminnan (kauppa) ja rakentamisen (piirustusten yhtenäisyys), teollisuuden (seosten yhtenäisyys) ja kulttuurin (aikavälien yhtenäisyys) ja monien muiden toiminta-alueiden turvaamiseksi. Ja jos iPhonesi hajoaa lähitulevaisuudessa, on erittäin todennäköistä, että tämä tapahtui tärkeimmän massastandardin painon muutoksista.
Standardien historia
Jokaisella sivilisaatiolla oli omat standardinsa ja standardinsa, jotka korvasivat toisiaan vuosisatojen kuluessa. Muinaisessa Egyptissä esineiden massa mitattiin kantareilla tai kikkareilla. Muinaisessa Kreikassa nämä olivat kykyjä ja drakmoja. Ja Venäjällä tavaroiden massa mitattiin punnoina tai keloina. Samaan aikaan eri taloudellisten ja poliittisten järjestelmien ihmiset näyttivät olevan yhtä mieltä siitä, että massan, pituuden tai muun parametrin mittayksikkö olisi verrattavissa yhteen sopimusyksikköön. Mielenkiintoista on, että jopa pood muinaisina aikoina saattoi erota kolmanneksen eri maiden kauppiaiden välillä.
Fysiikka ja standardit
Sopimukset, usein sanalliset ja ehdolliset, toimivat, kunnes henkilö otti tieteen ja tekniikan vakavasti. Fysiikan ja kemian lakien ymmärtämisen, teollisuuden kehityksen, höyrykattilan luomisen ja kansainvälisen kaupan kehittymisen myötä syntyi tarve tarkemmille yhtenäisille standardeille. Valmistelutyö oli pitkä ja vaivalloinen. Fyysikot, matemaatikot ja kemistit kaikkialla maailmassa työskentelivät löytääkseen universaalin standardin. Ja ensinnäkin kilon kansainvälinen standardi, koska siihen perustuvat muut fyysiset parametrit (Ampere, Volt, Watt).
Metrinen yleissopimus
Merkittävä tapahtuma tapahtui Pariisin laitamilla vuonna 1875. Sitten ensimmäistä kertaa 17 maata (mukaan lukien Venäjä) allekirjoitti metrisopimuksen. Tämä on kansainvälinen sopimus, joka takaa standardien yhdenmukaisuuden. Tänä päivänä siihen on liittynyt 55 maata täysjäseniksi ja 41 maata liitännäisjäseniksi. Samaan aikaan perustettiin Kansainvälinen paino- ja mittatoimisto sekä kansainvälinen paino- ja mittakomitea, joiden päätehtävänä oli valvoa standardoinnin yhtenäisyyttä kaikkialla maailmassa.
Ensimmäisen metrisopimuksen standardit
Mittarin standardi oli platinan ja iridiumin (9:1) seoksesta valmistettu viivain, jonka pituus oli neljäkymmentämiljoonasosa Pariisin pituuspiiristä. Samasta seoksesta valmistettu kilostandardi vastasi yhden litran (kuutiodesimetrin) veden massaa, jonka lämpötila oli 4 celsiusastetta (korkein tiheys) normaalipaineessa merenpinnan yläpuolella. Normaalisekunnista tuli 1/86400 keskimääräisen aurinkopäivän kestosta. Kaikki 17 konferenssiin osallistuvaa maata saivat kopion standardista.
Paikka Z
Prototyypit ja alkuperäinen standardi säilytetään nykyään Sèvresissä Pariisin lähellä olevassa paino- ja mittakammiossa. Pariisin laitamilla on paikka, jossa säilytetään standardikilo, metri, kandela (valon voimakkuus), ampeeri (virran voimakkuus), kelvin (lämpötila) ja mooli (aineen yksikkönä, fyysistä standardia ei ole). . Näihin kuuteen standardiin perustuvaa paino- ja mittajärjestelmää kutsutaan kansainväliseksi yksikköjärjestelmäksi (SI). Mutta standardien historia ei päättynyt tähän, se oli vasta alussa.
SI
Käyttämämme standardijärjestelmä - SI (SI), ranskalainen Systeme International d'Unites - sisältää seitsemän perusmäärää. Nämä ovat metri (pituus), kilogramma (massa), ampeeri (virta), kandela (valovoima), kelvin (lämpötila), mooli (aineen määrä). Kaikki muut fyysiset suureet saadaan erilaisilla matemaattisilla laskelmilla perussuureiden avulla. Esimerkiksi voiman yksikkö on kg x m/s 2. Kaikki maailman maat paitsi USA, Nigeria ja Myanmar käyttävät mittauksiin SI-järjestelmää, mikä tarkoittaa tuntemattoman suuren vertaamista standardiin. Ja standardi vastaa fyysistä arvoa, jonka kaikki ovat yhtä mieltä olevan ehdottoman tarkkoja.
Paljonko on normaali kilo?
Se vaikuttaisi yksinkertaisemmalta - 1 kilogramman standardi on 1 litran vettä. Mutta todellisuudessa tämä ei ole täysin totta. Mitä ottaa vakiokiloksi noin 80 prototyypistä, on melko monimutkainen kysymys. Mutta sattumalta valittiin optimaalinen seoskoostumus, joka kesti yli 100 vuotta. Vakiopainokilo on valmistettu platinan (90 %) ja iridiumin (10 %) seoksesta, ja se on sylinteri, jonka halkaisija on yhtä suuri kuin sen korkeus ja on 39,17 millimetriä. Siitä tehtiin myös tarkat kopiot, 80 kappaletta. Kilogrammistandardin kopiot sijaitsevat sopimukseen osallistuvissa maissa. Päästandardi varastoidaan Pariisin laitamilla ja peitetään kolmessa suljetussa kapselissa. Missä tahansa kilostandardi sijaitsee, täsmäytys tärkeimmän kansainvälisen standardin kanssa suoritetaan kymmenen vuoden välein.
Tärkein standardi
Kansainvälinen kilon standardi valettiin vuonna 1889, ja sitä säilytetään Sèvresissä, Ranskassa, kansainvälisen paino- ja mittatoimiston tallelokerossa, joka on peitetty kolmella suljetulla lasikannessa. Vain kolmella toimiston korkea-arvoisella edustajalla on tämän kassakaapin avaimet. Päästandardin lisäksi kassakaappi sisältää myös kuusi sen kopiota tai seuraajaa. Joka vuosi pääasia, joka on hyväksytty standardikiloksi, poistetaan juhlallisesti tarkastettavaksi. Ja joka vuosi hän laihtuu ja laihenee. Syynä tähän painonpudotukseen on atomien irtoaminen näytettä otettaessa.
venäläinen versio
Kopio standardista on saatavilla myös Venäjällä. Sitä säilytetään All-Venäjän metrologian tutkimuslaitoksessa. Mendelejev Pietarissa. Nämä ovat kaksi platina-iridium prototyyppiä - nro 12 ja nro 26. Ne ovat kvartsitelineellä, peitetty kahdella lasisuojuksella ja lukittu metalliseen kassakaappiin. Ilman lämpötila kapseleiden sisällä on 20 °C, kosteus 65 %. Kotimainen prototyyppi painaa 1,000000087 kiloa.
Normaali kilo laihtuu
Standardien vertailut osoittivat, että kansallisten standardien tarkkuus on noin 2 mikrogrammaa. Niitä kaikkia säilytetään samanlaisissa olosuhteissa, ja laskelmien mukaan standardikilo laihtuu sadassa vuodessa 3 x 10 −8. Mutta määritelmän mukaan kansainvälisen standardin massa vastaa 1 kilogrammaa, ja kaikki muutokset standardin todellisessa massassa johtavat muutokseen kilon arvossa. Vuonna 2007 kävi ilmi, että kilon sylinteri alkoi painaa 50 mikrogrammaa vähemmän. Ja painonpudotus jatkuu.
Uutta teknologiaa ja uusi painonmittausstandardi
Virheiden poistamiseksi etsitään uutta kilostandardin rakennetta. Tietyn määrän pii-28-isotooppeja on kehitetty määrittämään standardina. On olemassa projekti "Elektroninen kilogramma". National Institute of Standards and Technology (2005, USA) suunnitteli laitteen, joka perustuu siihen, mitä tarvitaan sähkömagneettisen kentän luomiseen, joka pystyy nostamaan 1 kg massaa. Tällaisen mittauksen tarkkuus on 99,999995%. Massan määrittämisessä suhteessa neutronin lepomassaan on tapahtunut kehitystä. Kaikki nämä kehityssuunnat ja teknologiat antavat meille mahdollisuuden siirtyä pois fyysiseen massastandardiin sitoutumisesta, saavuttaa suurempi tarkkuus ja kyky suorittaa sovinto kaikkialla maailmassa.
Muita lupaavia projekteja
Ja vaikka maailman tieteelliset huippututkijat selvittävät, mikä tapa ratkaista ongelma on luotettavampi, lupaavimpana pidetään hanketta, jossa massa ei muutu ajan myötä. Tällainen standardi olisi hiili-12-isotoopin atomeista valmistettu kuutiokappale, jonka korkeus on 8,11 senttimetriä. Tällaisessa kuutiossa olisi 2250 x 281489633 hiili-12-atomia. Yhdysvaltain kansallisen standardointi- ja teknologiainstituutin tutkijat ehdottavat, että kilostandardi määritetään Planckin vakion ja kaavan E=mc^2 avulla.
Nykyaikainen metrijärjestelmä
Nykyaikaiset standardit eivät ole ollenkaan sitä, mitä ne olivat ennen. Metri, joka alun perin liittyi planeetan ympärysmittaan, vastaa nykyään etäisyyttä, jonka valonsäde kulkee yhdessä 299 792 458 sekunnissa. Mutta toinen on aika, jonka aikana cesiumatomin 9192631770 värähtelyä kulkee. Kvanttitarkkuuden edut ovat tässä tapauksessa ilmeiset, koska ne voidaan toistaa missä tahansa planeetalla. Tämän seurauksena ainoa fyysisesti olemassa oleva standardi on kilogramman standardi.
Paljonko standardi maksaa?
Yli 100 vuotta ollut standardi on jo arvokas ainutlaatuisena ja esineenä. Mutta yleensä hintaekvivalentin määrittämiseksi on tarpeen laskea atomien lukumäärä kilogrammassa puhdasta kultaa. Numero tulee noin 25 numerosta, eikä tässä oteta huomioon tämän esineen ideologista arvoa. Mutta on liian aikaista puhua kilostandardin myynnistä, koska ainoaa jäljellä olevaa kansainvälisen yksikköjärjestelmän fyysistä standardia ei ole vielä hävitetty.
Kaikilla planeetan aikavyöhykkeillä aika määräytyy suhteessa UTC:hen (esimerkiksi UTC+4:00). Huomionarvoista on, että lyhenteessä ei ole lainkaan dekoodausta, sillä Kansainvälinen televiestintäliitto hyväksyi sen vuonna 1970. Ehdotettiin kahta vaihtoehtoa: englannin CUT (Coordinated Universal Time) ja ranskan TUC (Temps Universel Coordonné). Valitsimme keskineutraalin lyhenteen.
Merellä käytetään "solmu"-mittausta. Laivan nopeuden mittaamiseen he käyttivät erityistä tukkia, jonka solmut olivat samalla etäisyydellä ja jonka he heittivät laidan yli ja laskivat solmujen lukumäärän tietyn ajanjakson aikana. Nykyaikaiset laitteet ovat paljon edistyneempiä kuin solmuinen köysi, mutta nimi säilyy.
Sana tunnollisuus, jonka merkitys on äärimmäinen tarkkuus ja tarkkuus, tuli kieliin antiikin kreikkalaisen painostandardin nimestä - scruple. Se oli 1,14 grammaa ja sitä käytettiin hopeakolikoiden punnitsemiseen.
Myös rahayksiköiden nimet ovat usein peräisin painomittojen nimistä. Niinpä Britanniassa puntaa kutsuttiin hopeasta valmistetuille kolikoille; tällaiset kolikot painoivat punnan. Muinaisella Venäjällä käytettiin "hopeahryvnia" tai "kultahryvnia", mikä tarkoitti tiettyä määrää kolikoita painoekvivalentteina ilmaistuna.
Auton hevosvoiman oudolla mittauksella on hyvin todellinen alkuperä. Höyrykoneen keksijä päätti tällä tavalla osoittaa keksintönsä etua vetokuljetuksiin verrattuna. Hän laski kuinka paljon hevonen pystyi nostamaan minuutissa ja nimesi tämän määrän yhdeksi hevosvoimaksi.
Luultavasti monet lukijat muistavat yhden matkapuhelinoperaattorin televisiomainoksen, jossa kuuluisa iskulause "Paljonko se on grammoina?" ilmestyi. "Tarkkuus ei ole koskaan tarpeetonta", yksi sankareista tiivisti kysymyksensä rulla. Itse asiassa hän oli ovela - on mahdotonta punnita tarkasti, vaikkapa 200 grammaa jotain. Eikä kyse ole vain siitä, että nykyiset punnitusmenetelmät ovat huonoja - ihmisillä ei vain ole luotettavaa kiloa ja siten grammaa koskevaa standardia.
Tarve kehittää standardeja, joiden perusteella on mahdollista määrittää massan, ajan, pituuden ja lämpötilan arvot (ja fysiikan tulon jälkeen valon intensiteetti, virran intensiteetti ja aineyksikkö) syntyi. ihmiskunnan keskuudessa kauan sitten. Tämä tarve on varsin ymmärrettävä - teiden ja talojen rakentamiseen, matkustamiseen ja kauppaan tarvittiin jatkuvia yksiköitä, joiden avulla kaksi rakentajaa tai kauppiasta ymmärsi mitä toistensa piirustuksiin on piirretty ja mistä tavaramääristä keskusteltiin.
Jokaisella sivilisaatiolla oli omat mittayksikkönsä: esimerkiksi muinaisessa Egyptissä massa mitattiin kantareilla ja kikkareilla, muinaisessa Kreikassa talenteilla ja drakmoilla ja Venäjällä puudeissa ja zolotnikeissa. Kuten tiedemiehet haluavat sanoa, ihmiset näyttävät tekevän jokaista näistä yksiköistä sovittu, että tästä lähtien jonkin massaa, pituutta tai lämpötilaa verrataan yhteen massa-, pituus- tai lämpötilayksikköön. Näihin sopimuksiin suoraan osallistuneiden määrä oli hyvin pieni - kahden eri puolilta maata tulevan kauppiaan poodit erosivat helposti kolmanneksella.
Miten sopimus toimi loistavasti, kunnes ihmiset alkoivat vakavasti sitoutua tieteeseen ja maisteriin. Kävi ilmi, että likimääräiset arvot eivät riitä kuvaamaan luonnonlakeja tai luomaan höyrykattilaa, varsinkin jos työhön osallistuu ihmisiä eri maista. Ymmärtäessään tämän tosiasian tutkijat kaikkialta maailmasta alkoivat kehittää yhtenäisiä, tarkkoja standardeja tai standardeja perusmittayksiköille. Toukokuun 20. päivänä 1875 Ranskassa allekirjoitettiin sopimus näiden yksiköiden perustamisesta - metrisopimus. Kaikki tämän asiakirjan allekirjoittaneet maat sitoutuivat käyttämään erityisesti luotuja standardeja standardeina. Jotta allekirjoittajavaltiot saisivat mahdollisimman tarkat standardit, perustettiin Kansainvälinen paino- ja mittakamari (tai International Bureau of Weights and Measures). Tämän organisaation tehtäviin kuuluu kansallisten standardien säännöllinen vertailu keskenään ja työn ohjaus tarkempien mittausmenetelmien luomiseksi.
Venäjällä metrijärjestelmän käyttöönotto liittyy Dmitri Ivanovitš Mendelejevin nimeen, joka loi painojen ja mittojen pääkammion vuonna 1893 ja teki yleensä paljon metrologian kehittämiseksi. Hän selitti kiinnostuksensa tarkkoja mittauksia kohtaan seuraavasti: "Tiede alkaa heti, kun ne alkavat mitata. Tarkkaa tiedettä ei voida ajatella ilman mittaa." Mendelejevin ponnistelujen ansiosta Venäjällä 1. tammikuuta 1900 lähtien sallittiin kansallisten mittausten ohella käyttää metrisiä mittareita.
Metrinen yleissopimuksen allekirjoittamisen jälkeen asiantuntijat alkoivat kehittää yhteisiä standardeja metrille ja kilogrammille (nämä mittayksiköt olivat olemassa ennen vuotta 1875, mutta kaikkialla maailmassa tunnustettuja standardeja ei ollut). Standardimittari perustettiin kuuluisan Pariisin meridiaanin kaaren pituuden mittausmatkan jälkeen, ja se oli viivain, joka oli valmistettu platinan ja iridiumin seoksesta suhteessa 9:1 ja jonka pituus oli yhtä neljäkymmentämiljoonasosaa. meridiaanista. Säilytyspaikan perusteella sitä alettiin kutsua "arkistomittariksi" tai "arkistomittariksi". Kilogrammistandardi valettiin samasta seoksesta, ja sen massa vastasi yhden kuutiometrin (litran) puhtaan veden massaa 4 celsiusasteen lämpötilassa (kun vesi on maksimitiheydessä) ja normaalia ilmanpainetta merenpinnan tasolla. . Vuonna 1889, ensimmäisessä paino- ja mittakonferenssissa, otettiin käyttöön mittajärjestelmä, joka perustui äskettäin valmistettuihin mittarin ja kilogramman standardiin sekä toisen standardiin. Sekuntistandardia alettiin pitää 1/86400:na keskimääräisen aurinkopäivän kestosta (myöhemmin standardi sidottiin trooppiseen vuoteen - sekunti rinnastettiin 1/31556925.9747 sen osaan). Uuden mittajärjestelmän tunnustaneet maat saivat kopiot näistä standardeista, ja prototyypit lähetettiin paino- ja mittakamariin säilytettäväksi.
Jonkin ajan kuluttua näihin kolmeen standardiin lisättiin standardit kandela (valon voimakkuus), ampeeri (virran voimakkuus) ja kelvin (lämpötila). Vuonna 1960 yhdestoista yleiskonferenssi painoista ja mitoista hyväksyi paino- ja mittajärjestelmän, joka perustui näiden kuuden yksikön ja mooliin (aineen määräyksikkö - sille ei ole standardia) käyttöön - uusi järjestelmä oli kutsutaan kansainväliseksi yksikköjärjestelmäksi tai SI:ksi. Vaikuttaa siltä, että standardien historian olisi pitänyt päättyä tähän, mutta todellisuudessa se oli vasta alussa.
Kaikki mikä voi mennä pieleen...
Mittaustekniikan parantuessa kävi selväksi, että kaikki Pariisiin tallennetut standardit eivät olleet ihanteellisia. Vähitellen tiedemiehet tulivat siihen tulokseen, että perusyksiköiden standardeiksi ei kannattanut ottaa ihmisen valmistamia esineitä, vaan paljon edistyneempiä esimerkkejä, jotka ovat jo luonnon luomia. Siten standardisekunniksi katsottiin aikaväli, joka vastaa 9192631770 säteilyjaksoa, joka vastaa siirtymää kahden superhienon cesium-133-atomin perustilan (kvantti) tason välillä levossa 0 kelvinissä ilman häiriötä ulkoiset kentät, ja standardimittari oli matka, jonka valo kulkee tyhjiössä ajassa, joka on 1/299792458 sekuntia. Toisin kuin vanhat, uudet standardit ovat atomi- tai kvanttistandardeja, eli niissä "toimivat" luonnon "peruslait".
Vähitellen kuusi seitsemästä SI-perusyksiköstä sai toistomenetelmiä, jotka eivät vaatineet ainutlaatuista standardia, joka on tallennettu jonnekin yhteen paikkaan. Teoreettisesti jokainen tiedemies, joka haluaa tietää tarkasti (erittäin tarkasti), esimerkiksi kuinka kauan sekunti kestää, voi ottaa milligramman tai kaksi cesium-133-isotooppia ja laskea, milloin tapahtuu 919 263 1770 säteilyjaksoa (muuten, omat atomiaikastandardinsa on asetettu esimerkiksi kaikille GPS-satelliiteille). Vain kilogramma "tytöissä" on jäljellä - sen standardi kerää edelleen pölyä syvässä kellarissa lähellä Pariisia.
Sana "kerää pölyä" edellisessä kappaleessa ei ole ollenkaan tyylillinen koriste - pölyä kertyy itse asiassa vähitellen kilon tasolle kaikista vastatoimista huolimatta. Platina-iridium-sylinteriä on mahdotonta ottaa pois ja pyyhkiä - ensinnäkin, kun sitä irrotetaan, siihen laskeutuu jälleen pöly, ja toiseksi harjalla pyyhkiminen tai jopa tuulettaminen johtaa väistämättä useiden molekyylien "pomppaamiseen". Toisin sanoen, riippumatta siitä, mitä tehdään tai ei tehdä standardin mukaan, sen massa muuttuu ajan myötä. Pitkään uskottiin, että nämä muutokset olivat merkityksettömiä, mutta useita vuosia sitten tehty tarkastus osoitti, että äskettäin standardi oli "laihtunut" 50 mikrogrammaa, ja tämä on jo vaikuttava menetys.
Myyrä, pii ja kulta
Kaksi amerikkalaista Georgia Institute of Technologyn tutkijaa ehdotti vuonna 2007 mahdollista ulospääsyä tästä surullisesta tilanteesta (seuraavan miljardin vuoden aikana standardi tulee kolmanneksen kevyempi). Vaihdettavan sylinterin sijasta massastandardiksi ehdotettiin hiilikuutiota, joka sisältäisi tiukasti määritellyn määrän atomeja. Koska jokaisen yksittäisen atomin massa on vakio, ei myöskään niiden aggregaatin massa muutu. Tutkijat laskivat, että tasan kilon painava kuutio koostuisi 2250 x 28148963 3 atomista (50184513538686668007780750 atomista) ja sen reuna olisi 8,11 senttimetriä. Kolmen vuoden aikana tutkijat selvensivät joitain yksityiskohtia ja esittivät ajatuksensa artikkelissa, jonka esipainos löytyy verkkosivustolta arXiv.org.
Amerikkalaiset fyysikot olivat huolissaan kilostandardin ongelmasta ja valitsivat hiilen "viite-alkuaineeksi" syystä - ennen sitä he työskentelivät Avogadron luvun, joka on yksi perusvakioista, joka määrittää kuinka monta atomia sisältää yhden moolin mikä tahansa aine. Vaikka tämä luku on yksi kemian tärkeimmistä, sen tarkkaa merkitystä ei ole olemassa (muun muassa tutkijat päättivät, oliko se parillinen vai ei). Avogadron luku valitaan siten, että moolin massa grammoina on yhtä suuri kuin molekyylin (atomin) massa atomimassayksiköissä. Hiiliatomin massa on 12 atomimassayksikköä, mikä tarkoittaa, että hiilimoolin massan on oltava 12 grammaa. Tarkentamalla Avogadron lukua ja ottamalla sen arvoksi 84446886 3 (602214098282748740154456), tutkijat pystyivät laskemaan tarvittavan määrän hiiliatomeja standardissa.
On mahdollista, että uutta työtä harkitaan seuraavassa paino- ja mittakonferenssissa, joka pidetään vuonna 2011. Georgian tutkijoilla on kuitenkin kilpailijoita. Esimerkiksi Washingtonin kansallinen standardi- ja teknologiainstituutti työskentelee erittäin aktiivisesti elektronisen kilogramman käsitteen parissa. Lyhyesti sanottuna heidän ehdottamansa menetelmän ydin on seuraava: standardi määritetään virranvoimakkuuden perusteella, joka on tarpeen magneettikentän luomiseksi, joka pystyy tasapainottamaan yhden kilogramman kuorman. Tämä menetelmä on erittäin hyvä, koska sen avulla voit saavuttaa suuren tarkkuuden (se perustuu toisen perusvakion - Planckin vakion - käyttöön), mutta itse koe on erittäin monimutkainen.
Toinen versio uudesta standardista on piipallo, jonka parametrit lasketaan siten, että se sisältää tiukasti määritellyn määrän atomeja (tämä laskelma voidaan suorittaa, koska tutkijat tietävät yksittäisten atomien välisen etäisyyden ja puhtaan piin tuotantoprosessi on hyvin vakiintunut). Tällainen pallo jopa luotiin, mutta sen kanssa syntyi välittömästi vaikeuksia, jotka muistuttavat nykyisen standardin vaikeuksia - ajan myötä pallo menettää osan atomeistaan ja lisäksi siihen muodostuu piioksidikalvo.
Kolmas lähestymistapa standardin luomiseen olettaa, että se tuotetaan joka kerta de novo. Massastandardin saamiseksi on tarpeen kerätä vismutti- ja kulta-ioneja, kunnes niiden kokonaisvaraus saavuttaa tietyn arvon. Tämä menetelmä on jo todettu epätyydyttäväksi: se vie liian paljon aikaa ja tulokset ovat huonosti toistettavissa. Yleensä suurella todennäköisyydellä kaikki kuvatut menetelmät uuden kilostandardin saamiseksi, paitsi Avogadron numeron käyttöön perustuva menetelmä, jäävät vain tieteen historioitsijoiden muistiin, koska toisin kuin muut, kilo Hiili-12-isotoopista peräisin olevan kuution muodossa oleva standardi perustuu suoraan käyttämään yhtä atomien peruskäsitteitä.
On epäselvää, tuleeko hiilinormista yleisesti hyväksytty vai keksivätkö tutkijat uuden, kätevämmän tavan. Mutta ei ole epäilystäkään siitä, että Pariisiin varastoitu sylinteri, joka palveli uskollisesti ihmisiä 120 vuotta, jää pian eläkkeelle.
