"/> Портал" /> Нотатки недолугого фізика "/> Еталони фізичних величин
Еталони фізичних величин
Нещодавно на занятті мова зайшла про вимірювання і еталони фізичних величин. З цікавості покопався в інтернеті, знайшов досить багато цікавих фактів і фотографій. Ось, вирішив поділитися з усіма у вигляді повідомлення.
Як відомо, ми зараз користуємося для вимірювання системою СІ (SI, від французького Systeme International d'Unites). Користуються їй всі країни, крім трьох - природно, америкосам все ні по чому, у них все своє, і ще Ліберія з М'янмою. Згідно з основними положеннями цієї системи, існує 7 базових фізичних величин (в дужках дані одиниці виміру): довжина (м), маса (кілограм), час (секунда), сила струму (ампер), температура (коливань), сила світла (кандела) , кількість речовини (моль). Всі інші фізичні величини можуть бути отримані з семи базових шляхом множення, ділення і піднесення до степеня, наприклад, ньютон (одиниця виміру сили) дорівнює кг · м / с 2.
В принципі, ніхто не забороняє застосовувати систему, в якій є лише одна базова величина - час. Але це буде жахливо незручно, адже одиниця довжини буде виражатися через швидкість світла, тобто буде дорівнює приблизно 3 × 10 8 метра, одиниця маси - 4,5 × 10 18 кілограм. Таким чином, сучасна система одиниць знаходиться в деякому балансі між кількістю необхідних одиниць і зручністю вимірювання.
Виміром же називається процес порівняння невідомої величини з еталоном. І ось ці еталони і створюють величезні проблеми для вимірників. Не буду вдаватися в історію розвитку еталонів, скажу тільки, що еталон - це такий еквівалент фізичної величини, про який всі держави домовилися, що він абсолютно точний. Ці еталони, звані міжнародними, зберігаються в Міжнародному бюро мір і ваг в Севрі (Франція). За ним звіряють так звані державні первинні, або національні еталони, які вже зберігаються в головних метрологічних організаціях держав. А з ними вже звіряються всі інші зразки країни.
Сучасний еталон кілограма в Міжнародному бюро мір і ваг в Севрі (Франція)
Ось так виглядає платиново-іридієвий еталон кілограма без захисних ковпаків
Вот такой вот платиново-іридієвий циліндр, що зберігається під трьома ковпаками, і визначає, чому ж буде дорівнює один кілограм. Правда, останнім часом в ЗМІ пройшли повідомлення, що цей еталон злегка "схуд" і відрізняється за масою від всіх (!) Національних еталонів. Ось вчені і ворожать, до чого б це. Навіть цілі конференції проводять.
Як я вже говорив, еталон кілограма - єдиний, що залишився не прив'язані до фундаментальних констант. Зараз ведуться дослідження по підбору можливого наступника. Два найбільш перспективних варіанти - еталон з відомою кількістю атомів ізотопу кремнію-28 (виконаний у формі кулі, щоб площа поверхні менше була) і «електронний кілограм» - магніт, який підіймає один кілограм маси (при цьому вимірюється потужність, що витрачається на генерацію поля). Але поки це тільки розробки.
Можливий наступник еталона кілограма - куля з певного числа ізотопів кремнію-28
Попередній еталон метра - платиново-іридієвий брусок довжиною один метр
Еталон метра «здався» останнім. Раніше це був брусок все з того ж платиново-іридієвого сплаву, довжиною, як не дивно, один метр і особливої форми в поперечнику. Тепер все стало по-іншому. Метр - це шлях, який проходить променем світла у вакуумі за 1/299 792 458 секунди. Тобто визначення еталону метра звелося до вимірювання часу.
Сучасне визначення секунди базується на часом 9 192 631 770 періодів випромінювання, відповідного переходу між двома рівнями надтонкої структури ізотопу цезію-133. Але і це визначення вже вважається застарілим, і на підході новий еталон, який базується на переходах в нейтральних атомах стронцію. Мабуть, найскладніше визначення з усіх. Ну і апарат еталона секунди виглядає теж солідно.
Сучасний еталон метра - відстань, яке проходить промінь лазера за 1/299 792 458 секунди
Еталон секунди, заснований на переходах в нейтральних атомах стронцію
Це були найкрасивіші фотографії еталонів, які вдалося знайти. Тому хочу попросити шановних читачів - якщо у кого є пристойні фотографії - надсилайте, будь ласка. Буду доповнювати повідомлення.
Ну і на закуску - пару монструозних еталонів для величин, які не є базовими величинами СІ. Такі еталони створюються просто для зручності перевірки. Це державний еталони сили і графітовий сповільнювач, що входить до складу державного еталона одиниць потоку і густини потоку нейтронів. Ось таке у нас в Росії є.
Державний еталон сили, Всеросс науково-дослідний інститут метрології ім. Д.І. Менделєєва в Санкт-Петербурзі
Графітовий сповільнювач, що входить до складу госуарственного еталона одиниць потоку і густини потоку нейтронів
Вдалих вимірювань вам!
Це з циклу Г.Л. Олді «Безодня голодних очей». Якщо коротко - то це люди, які не одушевляют речі. Річ - це просто річ, у неї немає душі. І, найголовніше, будучи залишеної без уваги людини, вона обов'язково зруйнується.
А якщо детально - то там на 700 сторінок розгорнуто навіщо стали потрібні біжать речей;)