Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

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

Recommended Posts

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 ∆νCs.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)

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 :D

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 :D

No i wzór dodam:
m=(UI)/(gv)

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

g przyspieszenie (przeważnie ziemskie)

v prędkość drgań.

Edited by thikim

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)
15 godzin temu, thikim napisał:

To co tu napisano - to nie jest definicja.

Zdecydowanie jest. Polecam przykładowo link.

Zacznijmy od metra:

Cytat

The metre, symbol m, is the SI unit of length. It is defined by taking the fixed numerical value of the speed of light in vacuum c to be 299792458 when expressed in the unit m⋅s−1, where the second is defined in terms of the caesium frequency ΔνCs.

To bardzo precyzyjna definicja. Czy pomoże przeciętnemu Kowalskiemu w wystruganiu swojej własnej linijki o długości metra? Nie sądzę, ale nie o to przecież chodzi, z linijek kupowanych w sklepach nie zrezygnowaliśmy. Podobnie kilogram:

Cytat

The kilogram, symbol kg, is the SI unit of mass. It is defined by taking the fixed numerical value of the Planck constant h to be 6.62607015×10−34 when expressed in the unit J⋅s, which is equal to kg⋅m2⋅s−1, where the metre and the second are defined in terms of c and ΔνCs.

Gdyby Kowalski mógł wyprodukować foton o dowolnej częstotliwości, to ten, dla którego miałaby ona wartość c2/h (wielkości te zadane są z definicji) posiadałby masę równoważną dokładnie kilograma.

Edited by Szedar

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)

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 ∆νCs.

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.

 

Edited by thikim

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 godzinę temu, thikim napisał:

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.

Proponuję zacząć skromniej, np. gramowy wzorzec. Może to być trudne, ale kilogram to tysiąc gramów. Poza tym, może nie dostrzegłeś, ale jednak korzystamy. Na marginesie, za pomocą klocków lego można pokusić się o pomiar stałej Plancka z dokładnością (5-10)%.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)

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.

Edited by thikim

Share this post


Link to post
Share on other sites

Wybacz, ale nie bardzo mam czas wgryzać się w temat, zatem krótko. Skoro twierdzisz

W dniu 20.05.2019 o 14:02, thikim napisał:

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.

to napisz np. do autorów publikacji (pierwszy strzał z brzegu), że się mylą, wciskają kit itp.

Cytat

When the kilogram is redefined in terms of the fixed numerical value of the Planck constant h, the x-ray-crystal-density (XRCD) method, among others, is used for realizing the redefined kilogram.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przedstawiciele 60 krajów zdecydowali o zmianie definicji Międzynarodowego Układu Jednostek Miar. Zmienią się obowiązujące definicje kilograma, ampera, kelwina i mola.
      Podczas spotkania w Wersalu zdecydowano, że wszystkie jednostki SI zostaną zdefiniowane w odniesieniu do stałych opisujących naturę. Ma to zapewnić, że system SI pozostanie stabilny i pozwolić na zaimplementowanie nowych definicji w nowych technologiach, w tym w technologiach kwantowych.
      Zmiany, które zaczną obowiązywać od 20 maja 2019 roku położą kres definiowaniu jednostek miar za pomocą obiektów fizycznych.
      I tak obowiązująca od ponad 130 lat definicja kilograma, którego wzorzec jest przechowywany we Francji, przestanie obowiązywać i zostanie stworzona definicja oparta o stałą Plancka. Ma to i ten praktyczny wymiar, że przy obecnie obowiązującej definicji jedynym sposobem na sprawdzenie, czy używany kilogram jest z nią zgodny, jest porównanie go do fizycznego wzorca. Stałą Plancka może wykorzystywać zaś zawsze i wszędzie.
      Przedefiniowanie Układu SI to krok milowy postępu naukowego. Użycie podstawowych stałych obecnych w naturze jako punktów wyjścia do określania np. masy czy czasu, oznacza, że zyskujemy stabilne fundamenty, na których możemy budować wiedzę, tworzyć nowe technologie i mierzyć się z wielkimi wyzwaniami, mówi Martin Milton, dyrektor Międzynarodowego Biura Miar i Wag.
      W związku z podjętą decyzją zmianie ulegną definicje kilograma, ampera, kelwina i mola oraz wszystkie wywodzące się z nich definicje, takie jak definicja dżula, wolta czy oma.
      I tak kilogram zostanie zdefiniowany przy użyciu stałej Plancka. Do stworzenia definicji ampera posłuży ładunek elektryczny elementarny, za pomocą stałej Bolzmanna będzie definiowany kelwin, a przy definicji mola specjaliści wykorzystają stałą Avogadra.
      Oczywiście zmiana definicji nie oznacza, że zmienią się same wielkości. Kilogram nadal będzie kilogramem. Jednak kilogram, amper, kelwin i mol dołączą do pozostałych jednostek SI – metra, sekundy i kandeli – które już teraz są definiowane za pomocą niezmiennych stałych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od kiedy okazało się, że stworzony z platyny i irydu w 1889 roku wzór kilograma ulega powolnemu niszczeniu, uczeni postanowili opracować nowy, odporny na czynniki zewnętrzne wzorzec. Austarlijscy naukowcy właśnie tworzą taki wzorzec z kryształu krzemu-28 wyhodowanego przez zespół rosyjskich i niemieckich akademików. Na antypodach powstają dwie kule, które nie tylko będą ważyły po kilogramie każda, ale będą najbardziej idealnymi kulami na Ziemi. Niedoskonałości na powierzchni nie będą przekraczały 35 milionowych części milimetra.
      Praca nad obiema kulami zajmie 12 tygodni. Krzem jest materiałem dobrze znanym, łatwym w obróbce i, co najważniejsze, jest bardzo stabilny. Nie grozi mu wilgoć, zanieczyszczenia czy korozja, które niszczą obecny wzorzec.
      Ponadto uczeni chcą na nowo zdefiniować kilogram, opierając się na liczbie atomów. Celem nie jest zmiana wartości kilograma, ale zapewnienie temu terminowi stabilności na przyszłość. Nie będzie on już zależał od jakiegoś obiektu fizycznego i pozwoli nam powiązać kilogram z masą pojedynczego atomu – mówi Walter Giardini z australijskiego Narodowego Instytutu Miar i Wag. W projekcie biorą też udział naukowcy z Rosji, Niemiec, Włoch, Belgii, Japonii i USA.
      Australię wybrano na miejsce stworzenia wspomnianych kul, gdyż uczeni z tego kraju mają największe doświadczenie w tworzeniu idealnych kształtów kulistych. Z tego właśnie powodu od lat 90. klientem Australijczyków jest m.in. NASA.

×
×
  • Create New...