В нашей жизни в связи с развитием науки, техники, разработкой новых технологий, эталонов и средств измерений, измерения охватывают более современные физические величины, расширяются диапазоны измерений. Постоянно растут требования к точности измерений. Велико значение измерений в современном обществе. Они служат не только основой научно-технических знаний, но имеют первостепенное значение для учета материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и совершенствования технологии, для обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности.
С 13 по 16 ноября 2018 года в Версале, г. Париж прошло 26-е заседание Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ). В рамках заседания обсуждалось переопределение основных единиц международной системы единиц (SI).
В заседании ГКМВ приняли участие представители региональных и международных организаций, национальных метрологических институтов и уполномоченных органов по метрологии, полноправные и ассоциированные члены ГКМВ из 60 стран.
От Казахстана в заседании участвовал Генеральный директор Республиканского государственного предприятия «Казахстанский Институт Метрологии» Т.Токанов.
С докладами выступили Нобелевский лауреат Клаус фон Клитцинг с докладом «Квантовый эффект Холла и пересмотренный SI», Жан Филипп Узан с докладом «Роль постоянной Планка в физике», Джун Е с докладом «Оптические атомные часы — новые перспективы в квантовом мире» и нобелевский лауреат Билл Филлипс «Измерения с фундаментальными константами, как будет работать пересмотренная система SI».
Согласно резолюции, утвержденной ГКМВ, для всех 7 основных единиц SI даны новые определения, при этом определения секунды, метра и канделы сохранят неизменными свои численные значения.
Секунда определяется через установление фиксированного численного значения частоты излучения атома цезия ΔvCs — невозмущенной частоты перехода между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133, равного 9 192 631 770, выраженного в единица Гц, то есть с-1.
Метр – определяется через установление фиксированного численного значения скорости света в вакууме, равного 299 792 458, выраженного в единицах м/с, где секунда определена через ΔvCs (цезиевая частота).
Кандела определяется через установление фиксированного численного значения световой эффективности монохроматического излучения частотой 540 × 1012 Гц, Kcd, равного 683, выраженного в единицах лм∙Вт-1, что равняется Кд∙ср∙кг-1∙м-2∙с3, где килограмм, метр и секунда выражены через h (постоянная Планка), c (скорость света в вакууме) и ΔvCs (цезиевая частота).
Килограмм, ампер, кельвин и моль получат принципиально новые определения, основанные на значениях фундаментальных физических констант:
Килограмм определяется через установление фиксированного численного значения постоянной Планка h, равного 6,62607015 × 10-34, выраженного в единицах Дж∙с, что равняется кг∙м2∙с-1, где метр и секунда выражены через с (скорость света в вакууме) и ΔvCs (цезиевая частота).
Для практической реализации нового определения килограмма могут быть использованы два метода:
— определение неизвестной массы с на ватт-весах (также известных как весы Киббла), в основе которых лежит уравновешивание массы груза силой Лоренца, возникающей в катушке с постоянным током, помещенной в магнитное поле постоянного магнита;
— определение неизвестной массы путем сравнения с массой единичного атома Кремния-28 в кристалле, выраженной через h, c и ΔvCs.
Ампер, символ А, единица силы тока в SI. Определяется через установление фиксированного численного значения элементарного заряда e, равного 1,602176634 × 10-19, выраженного в единицах Кл, что равняется А∙с, где секунда выражена через ΔvCs (цезиевая частота).
Для практической реализации нового определения ампера могут быть использованы три метода:
— через Закон Ома и отношение А = В/Ом, используя практические реализации производных единиц SI вольт и ом, основанные на квантовых эффектах Джозефсона и Холла, соответственно;
— используя одноэлектронные насосы или аналогичные устройства и отношение А = Кл/с, с учетом значения e (элементарный заряд), приведенного в определении ампера и практической реализации основной единицы SI секунды;
— через уравнение I = C∙dU/dt и отношение А = Ф∙В/с, используя практические реализации производных единиц вольт и фарад, а также основной единицы SI секунды.
Кельвин, символ К, единица термодинамической температуры в SI. Определяется через установление фиксированного численного значения постоянной Больцмана k, равного 1,380649 × 10-19, выраженного в единицах Дж∙К-1, что равняется кг∙м2∙с-2∙К-1, где килограмм, метр и секунда выражены через h (постоянная Планка), c (скорость света в вакууме) и ΔvCs (цезиевая частота).
Для практической реализации нового определения кельвина может быть использован метод акустической газовой термометрии, использующий соотношение между скоростью звука u в идеальном газе и термодинамической температурой Т этого газа: u2 = γkT/m, где k – постоянная Больцмана, m – средняя молекулярная масса газа, γ – отношение теплоемкости газа при постоянном давлении его теплоемкости при постоянном объеме, и другие методы.
Моль, символ моль, единица количества вещества в SI. Один моль содержит ровно 6,02214076 × 1023 структурных единиц. Данное число является фиксированным численным значением постоянной Авогадро NA, выраженным в единицах моль-1, и называется числом Авогадро.
В настоящее время наиболее точной реализацией моля является результат эксперимента, проведенного в рамках Международного Проекта Авогадро, в рамках которого было получено наиболее точное определение постоянной Авогадро. При этом определяется количество атомов Кремния-28 в едином кристалле, используя методы объемные и интерферометрические методы измерения: N = 8Vs/a(28Si)3, где Vs – объем кристалла, 8 – число атомов в ячейке кристаллической решетки Кремния-28, а a(28Si) – постоянная кристаллической решетки.
В завершение заседания прошло голосование стран за принятие новой Международной системы единиц, по результатам которого принято решение утвердить новую Международную систему единиц.
Международная система единиц вступит в силу во Всемирный день метрологии 20 мая 2019 года.
Национальные эталоны смогут получить прослеживаемость к SI из тех же источников, которые используются в настоящее время. Эквивалентность эталонов будет обеспечиваться международными сличениями. Неопределенность при передаче размера от государственных эталонов рабочим не изменится.
В Казахстане на данный момент эталоны длины, времени и частоты, постоянного тока и электрического сопротивления реализованы на основе фундаментальных физических постоянных. Эталоны температуры и массы – на основе физических прототипов.
По состоянию на сегодняшний день в мире нет производителей эталонов массы и температуры на основе фундаментальных физических постоянных. Экспериментальные установки, реализующие единицу массы на основе постоянной Планка, созданы в единственном экземпляре Национальным институтом стандартов и технологий (США), Национальной физической лабораторией (Великобритания), Международным бюро мер и весов (МБМВ), и Национальным институтом метрологии Германии (PTB).
РГП «Казахстанский Институт Метрологии» совместно с зарубежными метрологическими институтами будет прорабатывать вопрос создания эталонов единиц величин, прослеживаемых напрямую к к фундаментальным физическим постоянным, с целью обеспечения метрологической независимости Республики Казахстан. Это позволит вывести качество измерений в республике на новый уровень, принимать участие в ключевых сличениях консультативных комитетов МБМВ.
Понравилась статья? Поделитесь с друзьями!
При копировании материала ссылка на сайт sauap.org обязательна
Ссылка: https://kazinmetr.kz/press/news/1/91795/
Главное фото: https://alev.biz/wp-content/uploads/2018/11/space-metrology.jpg
