Täpsus pole kunagi üleliigne. Seetõttu on loodud ja eksisteerib kogu maailmas rahvusvaheliste mõõtmiste süsteem, mis väljendub kõigi inimesele teadaolevate mõõtmiste standardites. Ja mõõtühikute vahemikus paistab silma ainult kilogrammi standard. Lõppude lõpuks on ta ainus, kellel on füüsiline päriselu prototüüp. Kui palju see kaalub ja millises riigis rahvusvahelist kilogrammi standardit säilitatakse, vastame selles artiklis.
Miks meil standardeid vaja on?
Kilo, nagu apelsinid, kaalub Aafrikas ja Venemaal sama palju? Vastus on jah, peaaegu. Ja seda kõike tänu rahvusvahelisele kilogrammi, meetri, sekundi ja muude füüsiliste parameetrite normide määramise süsteemile. Mõõtenormid on vajalikud inimkonnale majandustegevuse (kaubandus) ja ehituse (jooniste ühtsus), tööstusliku (sulamite ühtsus) ja kultuurilise (ajavahemike ühtsus) ning paljude muude tegevusvaldkondade tagamiseks. Ja kui sisseKui teie iPhone lähitulevikus puruneb, on väga tõenäoline, et see juhtus kõige olulisema massistandardi kaalu muutuste tõttu.
standardite ajalugu
Igal tsivilisatsioonil olid oma standardid ja standardid, mis on sajandite jooksul üksteist muutnud. Vana-Egiptuses mõõdeti esemete massi kantarites või kikkarites. Vana-Kreekas olid need anded ja drahmid. Ja Venemaal mõõdeti kauba massi naelades või poolides. Samal ajal leppisid erinevate majanduslike ja poliitiliste süsteemide inimesed justkui kokku, et massi, pikkuse või muu parameetri ühik on võrreldav ühe lepingulise ühikuga. Huvitav on see, et isegi pood võis iidsetel aegadel eri maade kaupmeeste seas kolmandiku võrra erineda.
Füüsika ja standardid
Sageli sõnalised ja tingimuslikud kokkulepped toimisid seni, kuni inimene võttis teaduse ja inseneriteaduse tõsiselt käsile. Füüsika ja keemia seaduste mõistmisel, tööstuse arengul, aurukatla loomisel ja rahvusvahelise kaubanduse arengul tekkis vajadus täpsemate ühtsete standardite järele. Ettevalmistustöö oli pikk ja vaevarikas. Füüsikud, matemaatikud ja keemikud üle kogu maailma töötasid universaalse standardi leidmise nimel. Ja esiteks - kilogrammi rahvusvaheline standard, sest just kaalu mõõtmisel tõrjuvad teised füüsikalised parameetrid (Amper, Volt, Watt).
Mõõdikuarvestus
1875. aastal leidis Pariisi äärelinnas aset märkimisväärne sündmus. Seejärel allkirjastasid mõõdiku esimest korda 17 riiki (sh Venemaa).konventsioon. Tegemist on rahvusvahelise lepinguga, mis tagab standardite ühtsuse. Tänaseks on sellega liitunud täisliikmetena 55 riiki ja assotsieerunud liikmena 41 riiki. Samal ajal loodi Rahvusvaheline Kaalude ja Mõõtude Büroo ning Rahvusvaheline Kaalude ja Mõõtude Komitee, mille peamiseks ülesandeks on jälgida standardimise ühtsust üle maailma.
Esimese meetermõõdustiku standardid
Mõõdiku etaloniks oli plaatina ja iriidiumi sulamist (9 kuni 1) valmistatud joonlaud, mille pikkus on üks neljakümnemiljondik osa Pariisi meridiaanist. Sama sulami kilogrammi norm vastas ühe liitri (kuupdetsimeetri) vee massile temperatuuril 4 kraadi Celsiuse järgi (suurim tihedus) standardrõhul merepinnast. Standardsekund oli 1/86400 keskmisest päikesepäevast. Kõik 17 konventsioonil osalenud riiki said standardi koopia.
Koht Z
Prototüüpe ja standardi originaali hoitakse täna Pariisi lähedal Sèvres'is asuvas Kaalude ja Mõõtude Kambris. Just Pariisi äärelinnas on koht, kus on kilogrammi, meetri, kandela (valguse intensiivsus), ampri (voolutugevus), kelvini (temperatuuri) ja mooli (aineühikuna füüsikalise etaloni) etalon. ladustatud. Nendel kuuel standardil põhinevat kaalude ja mõõtude süsteemi nimetatakse rahvusvaheliseks mõõtühikute süsteemiks (SI). Kuid standardite ajalugu ei lõppenud sellega, see oli alles algus.
SI
Meie kasutatav standardsüsteem - SI (SI), prantsuse Systeme International d'Unites - sisaldab seitset põhiseadet. See on meeter (pikkus),kilogramm (mass), amper (vool), kandela (valguse intensiivsus), kelvin (temperatuur), mool (aine kogus). Kõik muud füüsikalised suurused saadakse erinevate matemaatiliste arvutustega, kasutades põhisuurusi. Näiteks jõuühikuks on kg x m/s2. Kõik maailma riigid peale USA, Nigeeria ja Myanmari kasutavad mõõtmiseks SI-süsteemi, mis tähendab tundmatu suuruse võrdlemist standardiga. Ja standard on samaväärne füüsilise väärtusega, mille täpsusega kõik nõustuvad.
Kui palju on võrdluskilo?
Tundub midagi lihtsamat – 1 kilogrammi norm on 1 liitri vee kaal. Kuid tegelikult pole see päris tõsi. Mida võtta umbes 80 prototüübilt kilogrammi standardiks, on üsna keeruline küsimus. Kuid juhuslikult valiti sulami koostise optimaalne variant, mis kestis üle 100 aasta. Kilogrammi massi etalon on valmistatud plaatina (90%) ja iriidiumi (10%) sulamist ning on silinder, mille läbimõõt võrdub kõrgusega ja on 39,17 millimeetrit. Tehti ka selle täpsed koopiad, 80 tk. Kilogrammi standardi koopiad asuvad konventsioonis osalevates riikides. Põhistandardit hoitakse Pariisi äärelinnas ja see on kaetud kolme suletud kapsliga. Ükskõik, kus kilogrammi etalon asub, viiakse vastavusse viimine kõige olulisema rahvusvahelise standardiga iga kümne aasta järel.
Kõige olulisem standard
Rahvusvaheline kilogrammi etalon valati 1889. aastal ja seda hoitakse Prantsusmaal Sevresis Rahvusvahelise Kaalude ja Mõõtude Büroo seifis, kaetunakolm suletud klaaskorki. Selle seifi võtmed on vaid kolmel kõrgel büroo esindajal. Koos põhistandardiga on seifis ka kuus selle duublit või järglast. Igal aastal eemaldatakse pidulikult läbivaatamiseks peamine kaalumõõt, mis on võetud kilogrammi standardiks. Ja iga aastaga jääb ta aina kõhnemaks. Selle kaalukaotuse põhjuseks on aatomite eraldumine proovi eemaldamisel.
venekeelne versioon
Standardi koopia on ka Venemaal. Seda hoitakse ülevenemaalises metroloogia uurimisinstituudis. Mendelejev Peterburis. Tegemist on kahe plaatina-iriidiumi prototüübiga – nr 12 ja nr 26. Need on kvartsalusel, kaetud kahe klaaskorgiga ja suletud metallist seifis. Õhutemperatuur kapslite sees on 20 °C, õhuniiskus 65%. Kodumaine prototüüp kaalub 1,000000087 kilogrammi.
Kilogrammistandard kaotab kaalu
Standardi vastavusse viimine näitas, et riiklike standardite täpsus on umbes 2 µg. Neid kõiki hoitakse sarnastes tingimustes ja arvutused näitavad, et kilogrammi standard kaotab saja aastaga 3 x 10−8. Kuid definitsiooni järgi vastab rahvusvahelise standardi mass 1 kilogrammile ja kõik muutused standardi tegelikus massis põhjustavad kilogrammi väärtuse muutumise. 2007. aastal selgus, et kilogrammine silinder hakkas kaaluma 50 mikrogrammi vähem. Ja tema kaalulangus jätkub.
Uued tehnoloogiad ja uus kaalumõõtmise standard
Et kõrvaldadavead, otsitakse kilogrammi etaloni uut struktuuri. Teatud koguse räni-28 isotoopide standardi määramiseks on arendusi. Seal on projekt "Elektrooniline kilogramm". Riiklik standardite ja tehnoloogia instituut (2005, USA) kavandas seadme, mis põhineb 1 kg massi tõstmiseks võimelise elektromagnetvälja tekitamiseks vajaliku võimsuse mõõtmisel. Sellise mõõtmise täpsus on 99,999995%. Massi definitsioon on arenenud neutroni ülejäänud massi suhtes. Kõik need arendused ja tehnoloogiad võimaldavad vabaneda seotusest füüsilise massistandardiga, saavutada suurema täpsuse ja leppimise võimaluse kõikjal maailmas.
Muud paljutõotavad projektid
Ja kuigi maailma teaduse tipptegijad otsustavad, milline viis probleemi lahendamiseks on usaldusväärsem, on kõige lootustandvam projekt, mille puhul mass aja jooksul ei muutu. Selline standard oleks süsinik-12 isotoobi aatomitest koosnev kuupkeha, mille kõrgus on 8,11 sentimeetrit. Sellises kuubis on 2250 x 281489633 süsiniku-12 aatomit. USA riikliku standardi- ja tehnoloogiainstituudi teadlased teevad ettepaneku määrata kilogrammi standard Plancki konstandi ja valemiga E=mc^2.
Kaasaegne mõõdikusüsteem
Kaasaegsed standardid pole sugugi sellised, nagu nad olid. Algselt planeedi ümbermõõduga seotud meeter vastab tänapäeval kaugusele, mille valguskiir läbib ühe 299792458 sekundi jooksul. Kuid sekund on aeg, mille jooksul möödub 9192631770tseesiumi aatomi vibratsioonid. Kvanttäpsuse eelised on sel juhul ilmsed, sest neid saab reprodutseerida kõikjal planeedil. Selle tulemusena jääb ainsaks füüsiliselt eksisteerivaks standardiks kilogrammistandard.
Kui palju standard maksab?
Olles enam kui 100 aastat eksisteerinud, on standard unikaalse ja artefaktilise esemena juba palju väärt. Kuid üldiselt on hinnaekvivalendi määramiseks vaja arvutada aatomite arv puhta kulla kilogrammis. Arv saadakse umbes 25 numbrist ja seda ilma selle artefakti ideoloogilist väärtust arvesse võtmata. Kilogrammi etaloni müügist on aga veel vara rääkida, sest maailma üldsus pole veel vabanenud ainsast allesjäänud rahvusvahelise ühikusüsteemi füüsilisest standardist.
Huvitan mõõtude kohta
Kõigis planeedi ajavööndites määratakse aeg UTC suhtes (näiteks UTC+4:00). Tähelepanuväärne on see, et lühendil puudub dekodeerimine; selle võttis 1970. aastal vastu Rahvusvaheline Telekommunikatsiooni Liit. Pakuti välja kaks varianti: inglise CUT (Coordinated Universal Time) ja prantsuse TUC (Temps Universel Coordonné). Valisime keskmise neutraalse lühendi.
Merel kasutatakse sõlmemõõtu. Laeva kiiruse mõõtmiseks kasutati spetsiaalset samal kaugusel asuvate sõlmedega logi, mis visati üle parda ja luges teatud aja jooksul sõlmede arvu. Kaasaegsed seadmed on palju arenenumad kui sõlmedega köis, kuid nimi jääb alles.
Sõna täpsus, tähendusmille äärmine täpsus ja täpsus tulenes keeltesse Vana-Kreeka kaalustandardi nimetusest - skrupul. See oli 1,14 grammi ja seda kasutati hõbemüntide kaalumisel.
Ka rahaühikute nimetus pärineb sageli kaalumõõtude nimedest. Nii nimetati hõbemünte Suurbritannias naelsterlingiteks ja 240 neist müntidest kaalusid naela. Vana-Venemaal olid kasutusel “hõbegrivnad” või “kuldgrivnad”, mis tähendas teatud arvu münte väljendatuna kaaluekvivalendina.
Auto hobujõudude kummalisel mõõtmisel on väga tõeline päritolu. Aurumasina leiutaja James White otsustas sel viisil demonstreerida oma leiutise eelist veojõutranspordi ees. Ta arvutas välja, kui palju hobune suudab minutis koormat tõsta ja määras selle koguse üheks hobujõuks.
