Международная система единиц измерений стала фундаментально лучше

Источник материала:

Всемирный день метрологии отмечается 20 мая. Тема Всемирного дня метрологии в 2019 году – «Международная система единиц измерений – Фундаментально лучше». Об этом корреспонденту pinsknews.by рассказали в РУП «Брестский ЦСМС».

Тема нынешнего Дня метрологии была выбрана потому, что 16 ноября 2018 года 26-я Генеральная конференция по мерам и весам согласилась, пожалуй, с одним из наиболее значительных изменений Международной системы единиц (СИ) с момента ее создания — о переопределении четырех из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ) килограмм, ампер, кельвин и моль.

Теперь они выражены не через объекты реального мира, а через абстрактные математические константы.

Такое решение принято в рамках перехода к обновленной Международной системе единиц. Сегодня она включает в себя 7 базовых величин: массу, длину, время, силу тока, температуру, количество вещества и силу света. Прежде для них существовали свои первичные эталоны, как, например, платиноиридиевый слиток в роли точной меры одного килограмма. С помощью таких образцов производилась калибровка измерительных приборов. Но так как эталон может со временем подвергаться изменениям характеристик вещества под влиянием внешних факторов, впоследствии произошёл переход к фундаментальным константам, неизменным для всего мироздания.

Таким образом, согласно решению:

• килограмм будет определятся через постоянную Планка;
• метр — через скорость света в вакууме;
• секунда — через частоту сверхтонкого расщепления атома цезия;
• ампер — через элементарный электрический заряд (одного электрона);
• Кельвин — через постоянную Больцмана;
• моль — через число Авогадро;
• кандела — световая эффективность монохроматического излучения частотой 540·10 в 12 Гц.

Директор Международного бюро мер и весов Мартин Милтон назвал нынешний шаг «исторической вехой», сравнив его с принятием в 1875 году Метрической конвенции, которая на сегодняшний день служит основой измерительных систем на большей части земного шара. Речь идет об окончательном отказе от связи системы SI с артефактами. Фактически принимается новая система единиц, которая будет использоваться почти во всех странах мира.

Килограмм оставался последней мерой, эталоном которой служил физический объект. Как напомнил глава Национальной лаборатории метрологии и испытаний Франции Тома Гренон, такой подход имел очевидный изъян, состоявший в том, что эталон килограмма существует уже достаточно долгое время, и его масса может изменяться. Изначально в 1795 году было введено понятие грамма — вес одного кубического сантиметра воды, из чего следовало, что килограмм эквивалентен весу одного кубического дециметра воды. Для отражения этого веса был сначала изготовлен платиновый, а затем — платиново-иридиевый цилиндр, который хранится в Международном бюро мер и весов в городе Севр близ Парижа.

Доступ в комнату, где хранится эталонный цилиндр, имеют только три человека во всем мире, причем они должны одновременно повернуть ключ в замке, чтобы открыть дверь. Один из ключей постоянно находится у директора Международного бюро мер и весов, второй хранится в Архиве Франции, а третий — у председателя Международного комитета мер и весов.

В конце XX века ученые обнаружили, что эталон постепенно теряет массу, вследствие чего было инициировано несколько проектов по разработке новой меры, не подверженной таким изменениям. В рамках проекта создан новый эталон в виде идеального шара из поликристаллического кремния, обогащенного по стабильному изотопу 28Si, с отклонением от сферичности менее 30 нанометров.

Конференция также утвердила новое определение ампера. Прежнее определение, утвержденное в 1948 году, было основано на измерении силы, действующей на параллельные проводники с током. Теперь ученые решили зафиксировать не только численное значение постоянной Планка для килограмма, но и численное значение электрического заряда — для нового определения ампера.

Единица температуры – Кельвин – до сегодняшнего дня определялась как 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. Это определение создавало свои неудобства, поскольку в воде всегда есть примеси тяжелых изотопов водорода и кислорода, и они могут значительно сдвигать тройную точку. Поэтому метрологам пришлось создать отдельный стандарт — Венский стандарт усредненной океанской воды. Ее рецепт выглядит так: 0,00015576 моля дейтерия на моль обычного водорода; 0,0003799 моля 17O на моль 16O, и 0,0020052 моля 18O на моль 16O. Кроме того, для того, чтобы определять точные значения в других диапазонах, ученым приходилось контролировать точки плавления и кипения нескольких других веществ. Новое определение Кельвина основано на постоянной Больцмана, которая теперь будет точно равна 1,380649 × 10-23 Дж × K-1(джоулей на кельвин).

Моль до этого времени был привязан к количеству атомов в 0,012 килограмма стабильного углерода-12, то есть был связан с массой. В новой версии системы СИ он будет определен через зафиксированную постоянную Авогадро, то есть будет равен 6,02214076×1023 частиц.

Резолюция  26-й Генеральной конференции по мерам и весам вступит в силу — во Всемирный день метрологии 20 мая 2019 года.

РУП «Брестский ЦСМС» поздравляет всех специалистов, активно работающих на ниве метрологии, отдающих свои знания и опыт этой замечательной профессии, такой необходимой для экономики, общества и всей страны и желает добра, благополучия и дальнейших достижений в вашем благородном деле! Пусть оптимизм и надежда будут вашими постоянными спутниками, а профессиональная деятельность приносит удовлетворение и радость!