Wzorzec z Sevres do lamusa. Od dzisiaj mamy nową definicję kilograma

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Dzisiaj oficjalnie porzuciliśmy dotychczasowy wzorzec kilograma. Nie jest on już zdefiniowany za pomocą fizycznego obiektu przechowywanego w Sevres pod Paryżem. Obowiązuje nowa definicja, oparta o stałą Plancka.

W listopadzie ubiegłego roku przedstawiciele 60 krajów zdecydowali o zmianie definicji Międzynarodowego Układu Jednostek Miar. Ustalono, że wszystkie jednostki SI zostaną oparte o stałe opisujące w naturze. Dzięki temu system SI pozostanie stabilny i pozwoli na zaimplementowanie nowych definicji w najnowszych technologiach. Zmiany, które weszły dzisiaj w życie kładą kres definiowaniu jednostek miar za pomocą fizycznych obiektów. Zmieniono więc definicje kilograma, ampera, kelwina i mola oraz wszystkie wywodzące się z nich definicje, np. dżula, wolta czy oma.

Zmiana definicji ma wymiar czysto praktyczny. Same kilogramy czy ampery się nie zmienią. Jednak znacznie łatwiej będzie takie jednostki stosować. Dotychczas bowiem jedynym sposobem na upewnienie się, że wykorzystywany kilogram naprawdę jest kilogramem, było jego porównanie z fizycznym wzorcem. To zaś jest kłopotliwe i skomplikowane, tym bardziej że i fizyczny obiekt reprezentujący kilogram może z czasem ulegać zmianom. Szacuje się, że istniejący od 130 lat wzorzec z Sevres stracił na wadze 50 mikrogramów. A to oznacza, że w poszczególnych latach kilogram był kilogramowi nierówny.

Dzięki oparciu definicji o stałe występujące w naturze wystarczy przeprowadzenie odpowiednich obliczeń matematycznych. A te można przeprowadzić zawsze i wszędzie.

W przeciwieństwie do obiektu fizycznego, stałe fundamentalne nie zmieniają się. Od dzisiaj kilogram będzie miał tę samą masę, niezależnie od tego, czy znajdumy się na Ziemi, na Marsie czy w Galaktyce Andromedy, mówi Stephan Schlamminger z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST). Metrolodzy, czyli naukowcy zajmujący się miarami, mówią, że zmiana definicji to niezwykle ważny moment w historii człowieka. Zdolność do dokonywania coraz dokładniejszych pomiarów to jeden z warunków postępu, jakiego dokonuje nasz gatunek, wyjaśnia dyrektor NIST, Walter Copan.

Początki systemu metrycznego sięgają Rewolucji Francuskiej. W tym czasie w samej tylko Francji używano około 250 000 różnych jednostek pomiarowych. To nastręczało olbrzymich kłopotów chociażby przy wymianie towarów. Zaprojektowano więc nowy system, który miał być racjonalny i uniwersalny, a jego jednostki miały opierać się na naturze, a nie na dekretach lokalnych książąt czy rad miejskich. Chciano stworzyć wieczne uniwersalne dla całego świata jednostki miar, mówi historyk nauki, Ken Alder z Northwestern University.

Podstawą nowego systemu stał się metr, który określono jako jedną dziesięciomilionową odległości pomiędzy Biegunem Północnym a równikiem mierzonym wzdłuż południka przechodzącego przez Paryż. Już ówcześni naukowcy popełnili niewielki błąd i od samego początku metr był o 2 milimetry dłuższy niż długość wynikająca z definicji. Z kolei kilogram zdefiniowano jako wagę 1000 centymetrów sześciennych wody o temperaturze 4 stopni Celsjusza.

We Francji nowy system przyjęto w 1795 roku. W kolejnych latach adaptowały go kolejne kraje. W 1875 roku podpisano porozumienie, które wprowadziło uniwersalny system bazujący na metrze, kilogramie i sekundzie. Ta ostatnia została zdefiniowana jako 1/86400 czasu potrzebnego Ziemi na pełen obrót wokół własnej osi. W 1954 roku dodano do tego definicje ampera, kelwina i kandeli, a w 1967 definicję sekundy oparto na oscylacjach atomu cezu-133. W 1983 roku metr zdefiniowano jako odległość, jaką pokonuje światło w próżni w czasie 1/299.792.458 sekundy.

Pozostał więc kilogram, jako ostatnia miara powiązana z obiektem fizycznym. Wzorzec z Sevres został wykonany w Londynie w 1889 roku. Składa się w 90% z platyny i w 10% z irydu. Przechowywany jest pod trzema szklanymi kloszami i wyjmowany raz na 40 lat by go oczyścić. Mimo to nie oparł się czasowi i jego masa ulega zmianom.

Od dzisiaj będzie on tylko zabytkiem. Jednym ze świadków postępu technicznego. Jeszcze do wczoraj definicja kilograma mówiła, że kilogram jest to jednostka masy, równa masie prototypu przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sevres. Nowa definicja jest znacznie bardziej skomplikowana. Dzisiaj, jak informuje Główny Urząd Miar, kilogram definiowany jest przez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej stałej Plancka h, wynoszącej 6,626 070 15 × 10^‑34, wyrażonej w jednostce J*s, która jest równa kg*m²*s^-1, przy czym metr i sekunda zdefiniowane są za pomocą c i ∆ν_Cs.

« powrót do artykułu

[thikim 119]

Szukam tej nowej definicji kilograma i na razie żadnej nie znajduję. To co tu napisano - to nie jest definicja. To jest macanie po ciemku wzorca metra przez jedną sekundę.

Wychodzi na to że chyba nikt nie zna tej definicji.

Ale spróbujmy coś z tego stworzyć.

Masa 1 kg to masa którą jesteśmy w stanie zrównoważyć wykorzystując siłę magnetyczną w statycznej wersji wagi Kibble'a wywołaną przepływem prądu o wyliczonej i skwantowanej wartości oraz generującej napięcie U o także wyliczonej i skwantowanej wartości, gdzie skwantowanie wartości prądu i napięcia jest zależne od stałej Plancka h. Aha i oczywiście zależy to od przyspieszenia grawitacyjnego g

To tak z grubsza bo w pełni to by trzeba pewnie jakiś filmik obejrzeć.

PS. Tam przy napięciu to  jest wersja dynamiczna wagi Kibble'a gdzie dodatkowo mierzymy prędkość v drgań

Współczuję nauczycielom fizyki w podstawówkach - bo będą musieli coś na ten temat powiedzieć

No i wzór dodam:
m=(UI)/(gv)

gdzie U i I zamienia się w wartości skwantowane uzależnione od stałej Plancka, czyli (h/4) *K²  * R (gdzie K - stała Josephsona  a R stała Klitzinga).

g przyspieszenie (przeważnie ziemskie)

v prędkość drgań.

Edytowane 20 maja 2019 przez thikim

[thikim 119]

Ale o ile przeciętny Kowalski nie jest w stanie skorzystać z definicji metra opartej o c. O tyle ogólnie ludzkość potrafi.

A z tym kg - ludzkość nie potrafi wygenerować fotonu o takiej częstotliwości.

Raczej nie może być definicją coś co jest niewykonalne.

Metr, sekunda i inne: zdefiniowaliśmy tak że potrafimy z tych definicji skorzystać. Bo do tego służą definicje.

Z takiej definicji jak Ty piszesz - nie jesteśmy w stanie skorzystać.

W dniu 20.05.2019 o 13:38, KopalniaWiedzy.pl napisał:

kilogram definiowany jest przez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej stałej Plancka h, wynoszącej 6,626 070 15 × 10^‑34, wyrażonej w jednostce J*s, która jest równa kg*m²*s^-1, przy czym metr i sekunda zdefiniowane są za pomocą c i ∆ν_Cs.

To nie jest definicja.
Ty to lepiej przedstawiłeś ale żeby to było definicją to trzeba by coś takiego napisać:

kilogram jest to masa energii o wartości c²[J] co jest równoznaczne energii fotonu odpowiadającego fali elektromagnetycznej o częstotliwości f=1,35639x10⁵⁴ Hz (liczyłem). Dla porównania nadfiolet to 10¹⁶ a najpotężniejsze promieniowanie z kosmosu to 10²⁴
Przydatność żadna.
Dla porównania definicja kandeli:
 

Cytat

Jest to światłość, z jaką świeci w określonym kierunku źródło emitujące promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 5,4·10¹⁴Hz (co odpowiada długości 555 nm, barwa zielona) i wydajności energetycznej w tym kierunku równej 1/683 W/sr.

 

Edytowane 21 maja 2019 przez thikim

[thikim 119]

Jak sobie wyobrażasz proces który wygeneruje foton o masie 1 grama?

To to samo co i 1 kg. Trochę mniej zer. Ale i tak nieosiągalne.

41 minut temu, Szedar napisał:

Poza tym, może nie dostrzegłeś, ale jednak korzystamy

Korzystamy ze wzoru E=mc²
To nie jest równoznaczne z korzystaniem z definicji 1 kg.
Poza tym. Potrzebujemy 1 kg a nie pikograma.

Edytowane 21 maja 2019 przez thikim