Precyzja nigdy nie jest zbyteczna. Dlatego powstał i istnieje na całym świecie system miar międzynarodowych, wyrażonych we wzorcach wszystkich znanych człowiekowi pomiarów. I tylko norma kilograma wyróżnia się w zakresie jednostek miary. W końcu jest jedynym, który ma fizyczny prototyp z prawdziwego życia. Ile waży i w jakim kraju przechowywany jest międzynarodowy standard kilograma, odpowiemy w tym artykule.
Dlaczego potrzebujemy standardów?
Kilogram, jak pomarańcze, waży tyle samo w Afryce i Rosji? Odpowiedź brzmi tak, prawie. A wszystko dzięki międzynarodowemu systemowi wyznaczania standardów kilograma, metra, sekundy i innych parametrów fizycznych. Normy pomiarowe są niezbędne dla ludzkości, aby zapewnić działalność gospodarczą (handel) i budowlaną (jedność rysunków), przemysłową (jedność stopów), kulturalną (jedność przedziałów czasowych) i wiele innych dziedzin działalności. A jeśli wJeśli Twój iPhone zepsuje się w niedalekiej przyszłości, jest bardzo prawdopodobne, że stało się to z powodu zmiany wagi najważniejszego wzorca masy.
Historia standardów
Każda cywilizacja miała swoje własne standardy i standardy, które zmieniały się na przestrzeni wieków. W starożytnym Egipcie masę przedmiotów mierzono w kantarach lub kikkarach. W starożytnej Grecji były to talenty i drachmy. A w Rosji masę towarów mierzono w funtach lub szpulach. Jednocześnie ludzie z różnych niejako systemów ekonomicznych i politycznych zgodzili się, że jednostka masy, długości lub inny parametr będzie porównywalna z pojedynczą jednostką kontraktową. Co ciekawe, nawet pud w czasach starożytnych mógł różnić się o jedną trzecią wśród kupców z różnych krajów.
Fizyka i standardy
Uzgodnienia, często werbalne i warunkowe, działały, dopóki ktoś poważnie nie zajął się nauką i inżynierią. Wraz ze zrozumieniem praw fizyki i chemii, rozwojem przemysłu, powstaniem kotła parowego i rozwojem handlu międzynarodowego pojawiła się potrzeba sprecyzowania jednolitych norm. Prace przygotowawcze były długie i żmudne. Fizycy, matematycy, chemicy na całym świecie pracowali nad znalezieniem uniwersalnego standardu. A przede wszystkim - międzynarodowy standard kilograma, bo to z miary wagi odpychają się inne parametry fizyczne (amper, wolt, wat).
Konwencja metryczna
Doniosłe wydarzenie miało miejsce na obrzeżach Paryża w 1875 roku. Wtedy po raz pierwszy 17 krajów (w tym Rosja) podpisało metrykęKonwencja. To międzynarodowy traktat zapewniający jedność standardów. Obecnie 55 krajów przystąpiło do niego jako pełnoprawni członkowie, a 41 krajów jako członkowie stowarzyszeni. W tym samym czasie powstało Międzynarodowe Biuro Miar i Wag oraz Międzynarodowy Komitet Miar, których głównym zadaniem jest monitorowanie jedności normalizacji na całym świecie.
Standardy pierwszej konwencji metrycznej
Wzorcem miernika była linijka wykonana ze stopu platyny i irydu (9 do 1) o długości jednej czterdziestomilionowej części południka paryskiego. Wzorzec kilograma tego samego stopu odpowiadał masie jednego litra (decymetr sześcienny) wody o temperaturze 4 stopni Celsjusza (najwyższa gęstość) przy standardowym ciśnieniu nad poziomem morza. Standardowa sekunda to 1/86400 przeciętnego dnia słonecznego. Wszystkie 17 krajów uczestniczących w konwencji otrzymało kopię standardu.
Miejsce Z
Prototypy i oryginał wzorca są dziś przechowywane w Izbie Miar w Sèvres pod Paryżem. To na przedmieściach Paryża znajduje się miejsce, w którym standardem jest kilogram, metr, kandela (natężenie światła), amper (natężenie prądu), kelwin (temperatura) i mol (jako jednostka materii nie ma wzorca fizycznego) przechowywane. System miar i wag oparty na tych sześciu normach nazywa się Międzynarodowym Układem Jednostek (SI). Ale historia standardów na tym się nie skończyła, dopiero się zaczynała.
SI
Standardowy system, którego używamy - SI (SI), od francuskiego Systeme International d'Unites - obejmuje siedem jednostek podstawowych. To jest metr (długość),kilogram (masa), amper (prąd), kandela (natężenie światła), kelwin (temperatura), mol (ilość substancji). Wszystkie inne wielkości fizyczne uzyskuje się za pomocą różnych obliczeń matematycznych przy użyciu podstawowych wielkości. Na przykład jednostką siły jest kg x m/s2. Wszystkie kraje na świecie poza Stanami Zjednoczonymi, Nigerią i Birmą stosują do pomiarów system SI, co oznacza porównywanie nieznanej wielkości ze standardem. A standard jest odpowiednikiem wartości fizycznej, co do której wszyscy zgadzają się, że jest absolutnie dokładne.
Kil referencyjny to ile?
Wydawałoby się to czymś prostszym - standardem 1 kilograma jest waga 1 litra wody. Ale w rzeczywistości nie jest to do końca prawdą. Co wziąć w kilogramach z około 80 prototypów to dość skomplikowane pytanie. Ale przypadkiem wybrano optymalny wariant składu stopu, który trwał ponad 100 lat. Wzorzec kilograma masy wykonany jest ze stopu platyny (90%) i irydu (10%) i jest cylindrem, którego średnica jest równa wysokości i wynosi 39,17 milimetra. Wykonano również jego dokładne kopie, w ilości 80 sztuk. Kopie normy kilogramowej znajdują się w krajach uczestniczących w konwencji. Główny standard przechowywany jest na przedmieściach Paryża i przykryty jest trzema zapieczętowanymi kapsułkami. Gdziekolwiek znajduje się norma kilograma, uzgadnianie z najważniejszą normą międzynarodową odbywa się co dziesięć lat.
Najważniejszy standard
Międzynarodowy wzorzec kilograma został odlany w 1889 roku i jest przechowywany w Sevres we Francji w sejfie Międzynarodowego Biura Miar, przykrytymtrzy zapieczętowane szklane nasadki. Tylko trzech wysokich rangą przedstawicieli biura ma klucze do tego sejfu. Oprócz standardu głównego w sejfie znajduje się również sześć jego dubletów lub następców. Co roku główna miara wagi, która jest przyjmowana jako norma kilograma, jest uroczyście zdejmowana do badania. I każdego roku staje się coraz chudszy. Powodem tej utraty wagi jest oderwanie się atomów podczas pobierania próbki.
Wersja rosyjska
Kopia standardu znajduje się również w Rosji. Jest przechowywany w Wszechrosyjskim Instytucie Badawczym Metrologii. Mendelejewa w Petersburgu. Są to dwa prototypy platynowo-irydowe - nr 12 i nr 26. Stoją na kwarcowym stojaku, przykrytym dwoma szklanymi nakrętkami i zamkniętym w metalowym sejfie. Temperatura powietrza wewnątrz kapsuł wynosi 20°C, wilgotność 65%. Prototyp krajowy waży 1.00000087 kilogramów.
Kilogram standard traci na wadze
Uzgodnienie normy wykazało, że dokładność norm krajowych wynosi około 2 µg. Wszystkie są przechowywane w podobnych warunkach, a obliczenia pokazują, że w ciągu stu lat norma kilograma traci 3 x 10-8wagi. Ale z definicji masa wzorca międzynarodowego odpowiada 1 kilogramowi, a wszelkie zmiany rzeczywistej masy wzorca prowadzą do zmiany samej wartości kilograma. W 2007 roku okazało się, że walec kilogramowy zaczął ważyć o 50 mikrogramów mniej. A jego utrata wagi trwa.
Nowe technologie i nowy standard pomiaru wagi
Aby wyeliminowaćbłędów, poszukuje się nowej struktury normy kilograma. Trwają prace nad określeniem standardu pewnej ilości izotopów krzemu-28. Istnieje projekt „Kilogram elektroniczny”. National Institute of Standards and Technology (2005, USA) zaprojektował urządzenie oparte na pomiarze mocy potrzebnej do wytworzenia pola elektromagnetycznego zdolnego unieść 1 kg masy. Dokładność takiego pomiaru wynosi 99,999995%. Następuje rozwój definicji masy w stosunku do masy spoczynkowej neutronu. Wszystkie te osiągnięcia i technologie umożliwią uwolnienie się od przywiązania do wzorca masy fizycznej, osiągnięcie wyższej dokładności i możliwości pojednania w dowolnym miejscu na świecie.
Inne obiecujące projekty
I podczas gdy światowi luminarze nauki ustalają, który sposób rozwiązania problemu jest bardziej niezawodny, najbardziej obiecujący jest projekt, w którym masa nie będzie się zmieniać w czasie. Takim standardem byłaby sześcienna bryła atomów izotopu węgla-12 o wysokości 8,11 centymetra. W takiej kostce będzie 2250 x 281489633 atomów węgla-12. Naukowcy z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardów i Technologii proponują wyznaczenie normy kilograma za pomocą stałej Plancka i wzoru E=mc^2.
Nowoczesny system metryczny
Nowoczesne standardy wcale nie są takie, jak kiedyś. Miernik, pierwotnie związany z obwodem planety, obecnie odpowiada odległości, jaką promień światła pokonuje w ciągu jednej 299792458 sekundy. Ale sekunda to czas, w którym mija 9192631770drgania atomu cezu. Zalety precyzji kwantowej w tym przypadku są oczywiste, ponieważ można je odtworzyć w dowolnym miejscu na planecie. W rezultacie jedynym fizycznie istniejącym standardem pozostaje standard kilograma.
Ile kosztuje standard?
Istniejąc od ponad 100 lat, standard już teraz jest wiele wart jako unikalny i artefaktowy przedmiot. Generalnie jednak, aby określić ekwiwalent ceny, konieczne jest obliczenie liczby atomów w kilogramie czystego złota. Numer zostanie uzyskany z około 25 cyfr i to bez uwzględnienia wartości ideologicznej tego artefaktu. Ale jest za wcześnie, aby mówić o sprzedaży standardu kilograma, ponieważ społeczność światowa nie pozbyła się jeszcze jedynego pozostałego fizycznego standardu międzynarodowego układu jednostek.
Zastanawiam się nad pomiarami
We wszystkich strefach czasowych planety czas jest określany względem UTC (na przykład UTC+4:00). Co ciekawe, skrót w ogóle nie jest dekodowany, został przyjęty w 1970 roku przez Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny. Zaproponowano dwie opcje: angielską CUT (uniwersalny czas koordynowany) i francuską TUC (Temps Universel Coordonné). Wybraliśmy skrót średnio neutralny.
Na morzu stosuje się pomiar węzła. Aby zmierzyć prędkość statku, użyto specjalnego dziennika z węzłami w tej samej odległości, który został wyrzucony za burtę i zliczał liczbę węzłów przez określony czas. Nowoczesne urządzenia są znacznie bardziej zaawansowane niż lina z węzłami, ale nazwa pozostaje.
Składność słów, znaczeniektórego niezwykła dokładność i dokładność weszła do języków od nazwy starożytnego greckiego wzorca wagi - skrupułów. Była równa 1,14 grama i była używana do ważenia srebrnych monet.
Nazwa jednostek monetarnych często pochodzi od nazw miar wagi. Tak więc srebrne monety nazywano w Wielkiej Brytanii funtami, a 240 z tych monet ważyło funt. W starożytnej Rosji używano „srebrnych hrywien” lub „złotych hrywien”, co oznaczało określoną liczbę monet wyrażoną w ekwiwalencie wagowym.
Dziwny pomiar mocy samochodu ma bardzo prawdziwe pochodzenie. Wynalazca silnika parowego James White postanowił w ten sposób zademonstrować przewagę swojego wynalazku nad transportem trakcyjnym. Obliczył, ile koń może unieść ładunek na minutę i określił tę ilość jako jeden koń mechaniczny.
