2018-ը չափագիտության մեջ կարելի է անվանել ճակատագրական տարի, քանի որ սա իրական տեխնոլոգիական հեղափոխության ժամանակն է SI ֆիզիկական մեծությունների միավորների միջազգային համակարգում: Խոսքը հիմնական ֆիզիկական մեծությունների սահմանումների վերանայման մասին է։ Հիմա սուպերմարկետում մեկ կիլոգրամ կարտոֆիլը նորովի կկշռի՞։ C կարտոֆիլը նույնը կլինի: Այլ բան կփոխվի։
ՍԻ համակարգից առաջ
Կշիռների և չափումների ընդհանուր չափանիշներն անհրաժեշտ էին հին ժամանակներում: Սակայն չափումների ընդհանուր կանոնները հատկապես անհրաժեշտ են դարձել գիտական և տեխնոլոգիական առաջընթացի գալուստով: Գիտնականներին անհրաժեշտ է խոսել ընդհանուր լեզվով. մեկ ոտքը քանի՞ սանտիմետր է: Իսկ ի՞նչ է սանտիմետրը Ֆրանսիայում, երբ այն նույնը չէ, ինչ իտալականը:
Ֆրանսիան կարելի է անվանել պատվավոր վետերան և պատմական չափագիտական մարտերի հաղթող։ 1791 թվականին Ֆրանսիայում էր, որ չափման համակարգը պաշտոնապես հաստատվեց և նրանցմիավորները, և հիմնական ֆիզիկական մեծությունների սահմանումները նկարագրվել և հաստատվել են որպես պետական փաստաթղթեր:
Ֆրանսիացիներն առաջինն էին, ովքեր հասկացան, որ ֆիզիկական մեծությունները պետք է կապված լինեն բնական առարկաների հետ: Օրինակ, մեկ մետրը նկարագրվել է որպես հյուսիսից հարավ դեպի հասարակած միջօրեականի երկարության 1/40,000,000-ը: Նա, այսպիսով, կապված էր Երկրի չափին:
Մեկ գրամը նույնպես կապված է բնական երևույթների հետ. այն սահմանվել է որպես ջրի զանգված մեկ խորանարդ սանտիմետրում զրոյին մոտ ջերմաստիճանի մակարդակում (սառույցի հալում):
Բայց, ինչպես պարզվեց, Երկիրն ամենևին էլ կատարյալ գնդակ չէ, և խորանարդի ջուրը կարող է ունենալ տարբեր հատկություններ, եթե այն պարունակում է կեղտեր: Հետևաբար, մոլորակի տարբեր մասերում այս քանակությունների չափերը մի փոքր տարբերվում էին միմյանցից։
19-րդ դարի սկզբին գերմանացիները՝ մաթեմատիկոս Կարլ Գաուսի գլխավորությամբ, մտան բիզնեսի մեջ։ Նա առաջարկեց թարմացնել սանտիմետր-գրամ-վայրկյան չափումների համակարգը, և այդ ժամանակվանից մետրային միավորները մտան աշխարհ, գիտություն և ճանաչվեցին միջազգային հանրության կողմից, ձևավորվեց ֆիզիկական մեծությունների միավորների միջազգային համակարգ։
Որոշվեց միջօրեականի երկարությունը և ջրի խորանարդի զանգվածը փոխարինել ստանդարտներով, որոնք պահվում էին Փարիզի Կշիռների և չափումների բյուրոյում, պատճենները բաժանելով չափմանը մասնակից երկրներին։ կոնվենցիա.
Կիլոգրամը, օրինակ, նման էր պլատինի և իրիդիումի համաձուլվածքից պատրաստված գլանին, որն ի վերջո նույնպես իդեալական լուծում չդարձավ։
Ֆիզիկական մեծությունների SI միավորների միջազգային համակարգը ձևավորվել է 1960 թվականին։ Սկզբում այն ներառում էր վեցհիմնական քանակները՝ մետրեր և երկարություն, կիլոգրամներ և զանգված, ժամանակը վայրկյաններով, հոսանքի ուժգնությունը ամպերով, թերմոդինամիկական ջերմաստիճանը կելվիններում և լուսավորության ինտենսիվությունը՝ կանդելայում: Տասը տարի անց դրանց ավելացվեց ևս մեկը՝ նյութի քանակությունը՝ չափված խալերով։
Կարևոր է իմանալ, որ միջազգային համակարգի ֆիզիկական մեծությունների չափման մյուս բոլոր միավորները համարվում են հիմնականների ածանցյալներ, այսինքն՝ դրանք կարելի է մաթեմատիկորեն հաշվարկել՝ օգտագործելով SI համակարգի հիմնական մեծությունները։
Ստանդարտներից հեռու
Ֆիզիկական չափանիշները պարզվեց, որ ամենահուսալի չափման համակարգը չէ: Ինքը կիլոգրամի չափանիշը և դրա պատճեններն ըստ երկրների պարբերաբար համեմատվում են միմյանց հետ: Հաշտեցումները ցույց են տալիս այս ստանդարտների զանգվածների փոփոխությունները, որոնք տեղի են ունենում տարբեր պատճառներով՝ ստուգման ժամանակ փոշի, տակդիրի հետ փոխազդեցություն կամ այլ բան: Գիտնականները վաղուց են նկատել այս տհաճ նրբերանգները։ Եկել է չափագիտության մեջ միջազգային համակարգի ֆիզիկական մեծությունների միավորների պարամետրերը վերանայելու ժամանակը։
Հետևաբար քանակների որոշ սահմանումներ աստիճանաբար փոխվեցին. գիտնականները փորձեցին հեռանալ ֆիզիկական չափանիշներից, որոնք ժամանակի ընթացքում այս կամ այն կերպ փոխեցին իրենց պարամետրերը: Լավագույն միջոցը մեծություններ ստանալն է անփոփոխ հատկություններով, ինչպիսիք են լույսի արագությունը կամ ատոմների կառուցվածքի փոփոխությունները:
ՍԻ համակարգում հեղափոխության նախօրեին
Ֆիզիկական մեծությունների միավորների միջազգային համակարգում հիմնական տեխնոլոգիական փոփոխություններն իրականացվում են Կշիռների և չափումների միջազգային բյուրոյի անդամների քվեարկության միջոցով տարեկան համաժողովում: Հաստատվելու դեպքում փոփոխություններն ուժի մեջ կմտնեն մի քանի ժամիցամիսներ։
Այս ամենը չափազանց կարևոր է այն գիտնականների համար, որոնց հետազոտություններն ու փորձերը պահանջում են չափումների և ձևակերպումների առավելագույն ճշգրտություն:
2018-ի նոր հղման ստանդարտները կօգնեն հասնել ճշտության ամենաբարձր մակարդակին ցանկացած չափման ցանկացած վայրում, ժամանակում և մասշտաբով: Եվ այս ամենը առանց ճշգրտության կորստի։
Քանակների վերասահմանում SI համակարգում
Դա վերաբերում է գործող յոթ հիմնական ֆիզիկական մեծություններից չորսին: Որոշվեց միավորներով վերասահմանել հետևյալ մեծությունները՝
- կիլոգրամ (զանգված)՝ օգտագործելով Պլանկի հաստատունի միավորները; արտահայտության մեջ
- ամպեր (հոսանք) լիցքավորման չափմամբ;
- կելվին (թերմոդինամիկական ջերմաստիճան) միավորային արտահայտությամբ՝ օգտագործելով Բոլցմանի հաստատունը;
- մոլ Ավոգադրոյի հաստատունի միջոցով (նյութի քանակություն):
Մնացած երեք քանակների համար սահմանումների ձևակերպումը կփոխվի, բայց դրանց էությունը կմնա անփոփոխ.
- մետր (երկարություն);
- երկրորդ (ժամանակ);
- կանդելա (լույսի ինտենսիվություն).
Փոփոխություններ Amp-ով
Ինչ է ամպերը որպես ֆիզիկական մեծությունների միավոր այսօր միջազգային SI համակարգում, առաջարկվել է դեռևս 1946 թվականին: Սահմանումը կապված էր մեկ մետր հեռավորության վրա գտնվող վակուումում երկու հաղորդիչների միջև հոսանքի ուժի հետ՝ նշելով այս կառուցվածքի բոլոր նրբությունները: Անճշտությունը և ծանր չափումները այս սահմանման երկու հիմնական բնութագրերն են այսօրվա տեսանկյունից:
Նոր սահմանման մեջ ամպերը էլեկտրական հոսանք է, որը հավասար էֆիքսված թվով էլեկտրական լիցքերի հոսք վայրկյանում: Միավորն արտահայտվում է էլեկտրոնային լիցքերով։
Թարմացված ամպերը որոշելու համար անհրաժեշտ է միայն մեկ գործիք՝ այսպես կոչված մեկէլեկտրոնային պոմպ, որն ունակ է շարժել էլեկտրոնները։
Նոր խալ և սիլիցիումի մաքրություն 99,9998%
Մոլի հին սահմանումը կապված է նյութի քանակի հետ, որը հավասար է 0,012 կգ զանգվածով ածխածնի իզոտոպի ատոմների թվին:
Նոր տարբերակում սա նյութի քանակությունն է, որը պարունակվում է հստակ սահմանված թվով նշված կառուցվածքային միավորներում: Այս միավորներն արտահայտվում են Ավոգադրոյի հաստատունի միջոցով:
Ավոգադրոյի համարի հետ կապված նույնպես շատ մտահոգություններ կան։ Այն հաշվարկելու համար որոշվել է ստեղծել սիլիկոն-28 գնդիկ։ Սիլիցիումի այս իզոտոպն առանձնանում է իր ճշգրիտ բյուրեղային ցանցով մինչև կատարելության: Հետևաբար, դրա ատոմների թիվը կարելի է ճշգրիտ հաշվել՝ օգտագործելով գնդիկի տրամագիծը չափող լազերային համակարգ։
Կարելի է, իհարկե, պնդել, որ սիլիկոն-28 գնդիկի և ներկայիս պլատինի-իրիդիումի համաձուլվածքի միջև հիմնարար տարբերություն չկա: Ե՛վ այդ, և՛ մյուս նյութը ժամանակի ընթացքում կորցնում է ատոմները: Կորցնում է, ճիշտ է։ Բայց սիլիկոն-28-ը կորցնում է դրանք կանխատեսելի արագությամբ, ուստի ճշգրտումներ կկատարվեն տեղեկանքում անընդհատ:
Գնդի համար ամենամաքուր սիլիցիում-28-ը վերջերս ստացվել է ԱՄՆ-ում։ Նրա մաքրությունը 99,9998% է։
Եվ հիմա Քելվին
Քելվինը միջազգային համակարգում ֆիզիկական մեծությունների միավորներից է և օգտագործվում է թերմոդինամիկական ջերմաստիճանի մակարդակը չափելու համար։ «Հին ձեւով» հավասար է 1/273, 16ջրի եռակի կետի ջերմաստիճանի մասեր. Ջրի եռակի կետը չափազանց հետաքրքիր բաղադրիչ է։ Սա ջերմաստիճանի և ճնշման մակարդակն է, որում ջուրը գտնվում է միանգամից երեք վիճակում՝ «գոլորշի, սառույց և ջուր»:
«Կաղալով երկու ոտքերի վրա» սահմանումը հետևյալ պատճառով. կելվինի արժեքը հիմնականում կախված է տեսականորեն հայտնի իզոտոպային հարաբերակցությամբ ջրի բաղադրությունից: Բայց գործնականում անհնար էր նման բնութագրերով ջուր ստանալ։
Նոր կելվինը կսահմանվի հետևյալ կերպ. մեկ կելվինը հավասար է ջերմային էներգիայի փոփոխությանը 1,4 × 10−23j-ով: Միավորներն արտահայտվում են Բոլցմանի հաստատունով։ Այժմ ջերմաստիճանի մակարդակը կարելի է չափել՝ ֆիքսելով ձայնի արագությունը գազի ոլորտում։
կիլոգրամ առանց ստանդարտ
Մենք արդեն գիտենք, որ Փարիզում կա իրիդիումով պլատինի ստանդարտ, որն ինչ-որ կերպ փոխել է իր քաշը չափագիտության և ֆիզիկական մեծությունների միավորների համակարգի օգտագործման ընթացքում։
Կիլոգրամի նոր սահմանումը հետևյալն է. Մեկ կիլոգրամը արտահայտվում է որպես Պլանկի հաստատուն՝ բաժանված 6,63 × 10−34 m2 · с−1.
Զանգվածի չափումն այժմ կարելի է անել «վատ» սանդղակով։ Թույլ մի տվեք, որ անունը ձեզ խաբի, դրանք սովորական կշեռքներ չեն, այլ էլեկտրականություն, որը բավական է կշեռքի մյուս կողմում ընկած առարկան բարձրացնելու համար։
Փոփոխություններ են անհրաժեշտ ֆիզիկական մեծությունների միավորների կառուցման սկզբունքների և դրանց համակարգի որպես ամբողջություն, առաջին հերթին գիտության տեսական ոլորտներում։ Թարմացված համակարգի հիմնական գործոններըայժմ բնական հաստատուններ են։
Սա լուրջ գիտնականների միջազգային խմբի երկարամյա գործունեության տրամաբանական եզրակացությունն է, որի ջանքերը երկար ժամանակ ուղղված էին հիմնարար ֆիզիկայի օրենքների հիման վրա միավորների իդեալական չափումներ և սահմանումներ գտնելուն:
