2018 inaweza kuitwa mwaka wa kutisha katika metrology, kwa sababu huu ni wakati wa mapinduzi ya kweli ya kiteknolojia katika mfumo wa kimataifa wa vitengo vya kiasi cha kimwili SI. Ni juu ya kurekebisha ufafanuzi wa idadi kuu ya mwili. Je, kilo ya viazi katika duka kubwa sasa itapima kwa njia mpya? Viazi C itakuwa sawa. Kitu kingine kitabadilika.
Kabla ya mfumo wa SI
Viwango vya kawaida katika mizani na vipimo vilihitajika nyakati za kale. Lakini sheria za jumla za vipimo zikawa muhimu sana na ujio wa maendeleo ya kisayansi na kiteknolojia. Wanasayansi walihitaji kuzungumza kwa lugha ya kawaida: mguu mmoja ni sentimita ngapi? Na ni sentimita ngapi nchini Ufaransa wakati si sawa na Kiitaliano?
Ufaransa inaweza kuitwa mkongwe wa heshima na mshindi wa vita vya kihistoria vya metrolojia. Ilikuwa huko Ufaransa mnamo 1791 ambapo mfumo wa kipimo uliidhinishwa rasmi na waovitengo, na ufafanuzi wa idadi kuu halisi ilielezewa na kuidhinishwa kama hati za serikali.
Wafaransa walikuwa wa kwanza kuelewa kwamba kiasi halisi kinapaswa kuhusishwa na vitu asilia. Kwa mfano, mita moja imeelezewa kuwa 1/40,000,000 ya urefu wa meridiani kutoka kaskazini hadi kusini kuelekea ikweta. Alikuwa amefungwa, hivyo, kwa ukubwa wa Dunia.
Gramu moja pia imehusishwa na matukio ya asili: ilifafanuliwa kama wingi wa maji katika sentimita ya ujazo kwa kiwango cha joto karibu na sifuri (kuyeyuka kwa barafu).
Lakini, kama ilivyotokea, Dunia si mpira mkamilifu hata kidogo, na maji kwenye mchemraba yanaweza kuwa na sifa mbalimbali ikiwa yana uchafu. Kwa hivyo, saizi za idadi hii katika sehemu tofauti za sayari zilitofautiana kidogo kutoka kwa zingine.
Mapema karne ya 19, Wajerumani, wakiongozwa na mwanahisabati Karl Gauss, waliingia kwenye biashara. Alipendekeza kusasisha mfumo wa vipimo vya sentimita-gramu-pili, na tangu wakati huo vitengo vya metri vimeingia ulimwenguni, sayansi na vimetambuliwa na jumuiya ya kimataifa, mfumo wa kimataifa wa vitengo vya kiasi cha kimwili umeundwa.
Iliamuliwa kuchukua nafasi ya urefu wa meridian na uzito wa mchemraba wa maji na viwango vilivyohifadhiwa katika Ofisi ya Vipimo na Vipimo huko Paris, na usambazaji wa nakala kwa nchi zinazoshiriki katika kipimo. mkataba.
Kilo, kwa mfano, ilionekana kama silinda iliyotengenezwa kwa aloi ya platinamu na iridiamu, ambayo mwishowe pia haikuwa suluhisho bora.
Mfumo wa kimataifa wa vitengo vya idadi halisi ya SI iliundwa mnamo 1960. Mara ya kwanza ilijumuisha sitakiasi cha msingi: mita na urefu, kilo na wingi, wakati kwa sekunde, nguvu ya sasa katika amperes, joto la thermodynamic katika kelvins na nguvu ya mwanga katika candela. Miaka kumi baadaye, moja zaidi iliongezwa kwao - kiasi cha dutu, kinachopimwa kwa moles.
Ni muhimu kujua kwamba vitengo vingine vyote vya kipimo cha kiasi cha kimwili cha mfumo wa kimataifa vinachukuliwa kuwa derivatives ya zile za msingi, yaani, zinaweza kuhesabiwa kwa hisabati kwa kutumia kiasi cha msingi cha mfumo wa SI.
Mbali na viwango
Viwango vya kimwili vimegeuka kuwa si mfumo unaotegemewa zaidi wa vipimo. Kiwango cha kilo yenyewe na nakala zake kwa nchi hulinganishwa mara kwa mara na kila mmoja. Upatanisho unaonyesha mabadiliko katika wingi wa viwango hivi, ambayo hutokea kwa sababu mbalimbali: vumbi wakati wa uthibitishaji, mwingiliano na kusimama, au kitu kingine. Wanasayansi wamegundua nuances hizi zisizofurahi kwa muda mrefu. Wakati umefika wa kurekebisha vigezo vya vitengo vya kiasi halisi cha mfumo wa kimataifa katika metrolojia.
Kwa hivyo, baadhi ya ufafanuzi wa kiasi ulibadilika polepole: wanasayansi walijaribu kuepuka viwango vya kimwili, ambavyo kwa njia moja au nyingine vilibadilisha vigezo vyao kwa muda. Njia bora ni kupata idadi kulingana na sifa zisizobadilika, kama vile kasi ya mwanga au mabadiliko katika muundo wa atomi.
Katika mkesha wa mapinduzi katika mfumo wa SI
Mabadiliko makuu ya kiteknolojia katika mfumo wa kimataifa wa vitengo vya kiasi halisi yanafanywa kupitia upigaji kura wa wanachama wa Ofisi ya Kimataifa ya Mizani na Vipimo katika mkutano wa kila mwaka. Ikiidhinishwa, mabadiliko yataanza kutumika baada ya machachemiezi.
Yote haya ni muhimu sana kwa wanasayansi ambao utafiti na majaribio yao yanahitaji usahihi wa hali ya juu katika vipimo na uundaji.
Viwango vipya vya marejeleo vya 2018 vitasaidia kufikia kiwango cha juu cha usahihi katika kipimo chochote mahali, saa na mizani yoyote. Na haya yote bila hasara yoyote katika usahihi.
Kufafanua upya idadi katika mfumo wa SI
Inahusu idadi nne kati ya saba za msingi za uendeshaji. Iliamuliwa kufafanua upya idadi ifuatayo kwa vitengo:
- kilo (wingi) kwa kutumia vizio vya Planck katika usemi;
- ampere (ya sasa) yenye kipimo cha chaji;
- kelvin (joto la halijoto ya joto) yenye msemo wa kitengo kwa kutumia kibadilishaji cha Boltzmann;
- mole kupitia kwa Avogadro isiyobadilika (kiasi cha dutu).
Kwa idadi tatu iliyobaki, maneno ya ufafanuzi yatabadilishwa, lakini kiini chake kitabaki bila kubadilika:
- mita (urefu);
- pili (saa);
- candela (light intensite).
Mabadiliko na Amp
Ampea ni nini kama kitengo cha kiasi cha kimwili katika mfumo wa kimataifa wa SI leo, ilipendekezwa mnamo 1946. Ufafanuzi huo ulikuwa umefungwa kwa nguvu ya sasa kati ya waendeshaji wawili katika utupu kwa umbali wa mita moja, na kutaja nuances yote ya muundo huu. Ukosefu sahihi na kipimo kizito ni sifa kuu mbili za ufafanuzi huu kwa mtazamo wa leo.
Katika ufafanuzi mpya, ampere ni mkondo wa umeme sawa namtiririko wa nambari maalum ya chaji za umeme kwa sekunde. Kizio hiki kinaonyeshwa kwa chaji za elektroni.
Ili kubaini ampere iliyosasishwa, chombo kimoja tu kinahitajika - kinachojulikana kama pampu ya elektroni moja, ambayo inaweza kusogeza elektroni.
Fuko mpya na silikoni safi 99.9998%
Fasili ya zamani ya mole inahusiana na kiasi cha maada sawa na idadi ya atomi katika isotopu ya kaboni yenye uzito wa kilo 0.012.
Katika toleo jipya, hiki ni kiasi cha dutu iliyomo katika idadi iliyobainishwa kwa njia iliyobainishwa ya miundo iliyobainishwa. Vipimo hivi huonyeshwa kwa kutumia Avogadro constant.
Pia kuna wasiwasi mwingi kuhusu nambari ya Avogadro. Ili kuhesabu, iliamuliwa kuunda nyanja ya silicon-28. Isotopu hii ya silicon inatofautishwa na kimiani yake ya kioo kwa ukamilifu. Kwa hivyo, idadi ya atomi ndani yake inaweza kuhesabiwa kwa usahihi kwa kutumia mfumo wa leza unaopima kipenyo cha duara.
Mtu anaweza, bila shaka, kutetea kuwa hakuna tofauti ya kimsingi kati ya silicon-28 tufe na aloi ya sasa ya platinamu-iridiamu. Vyote hivyo, na vitu vingine hupoteza atomi kwa wakati. Inapoteza, sawa. Lakini silicon-28 inazipoteza kwa kasi inayotabirika, kwa hivyo marekebisho yatafanywa kwenye marejeleo kila wakati.
Silicon-28 safi zaidi kwa tufe hii ilipatikana hivi majuzi nchini Marekani. Usafi wake ni 99.9998%.
Na sasa Kelvin
Kelvin ni mojawapo ya vitengo vya kiasi halisi katika mfumo wa kimataifa na hutumika kupima kiwango cha halijoto ya thermodynamic. "Kwa njia ya zamani" ni sawa na 1/273, 16sehemu ya joto ya hatua tatu ya maji. Sehemu tatu za maji ni sehemu ya kuvutia sana. Hiki ni kiwango cha halijoto na shinikizo ambapo maji huwa katika hali tatu kwa wakati mmoja - “mvuke, barafu na maji.”
Ufafanuzi wa "kuchechemea kwa miguu yote miwili" kwa sababu ifuatayo: thamani ya kelvin inategemea hasa muundo wa maji yenye uwiano wa isotopu unaojulikana kinadharia. Lakini kiutendaji, haikuwezekana kupata maji yenye sifa kama hizo.
Kelvin mpya itafafanuliwa kama ifuatavyo: kelvin moja ni sawa na badiliko la nishati ya joto kwa 1.4 × 10−23j. Vitengo vinaonyeshwa kwa kutumia Boltzmann mara kwa mara. Sasa kiwango cha joto kinaweza kupimwa kwa kurekebisha kasi ya sauti katika duara ya gesi.
Kilo bila kiwango
Tayari tunajua kwamba huko Paris kuna kiwango cha platinamu yenye iridiamu, ambayo kwa namna fulani ilibadilisha uzito wake wakati wa matumizi yake katika metrology na mfumo wa vitengo vya kiasi cha kimwili.
Ufafanuzi mpya wa kilo ni: Kilo moja inaonyeshwa kama kiwango cha kudumu cha Planck kilichogawanywa na 6.63 × 10−34 m2 · −1.
Kipimo cha wingi sasa kinaweza kufanywa kwenye mizani ya "wati". Jina lisikudanganye, hizi si mizani za kawaida, bali ni umeme unaotosha kuinua kitu kilicholala upande wa pili wa mzani.
Mabadiliko katika kanuni za kuunda vitengo vya kiasi halisi na mfumo wao kwa ujumla yanahitajika, kwanza kabisa, katika nyanja za kinadharia za sayansi. Sababu kuu katika mfumo uliosasishwasasa ni vitu vya asili visivyobadilika.
Hii ni hitimisho la kimantiki la miaka mingi ya shughuli ya kundi la kimataifa la wanasayansi makini ambao juhudi zao kwa muda mrefu zililenga kupata vipimo na ufafanuzi bora wa vitengo kulingana na sheria za fizikia ya kimsingi.
