2018 dapat disebut sebagai tahun yang menentukan dalam metrologi, karena ini adalah masa revolusi teknologi yang nyata dalam sistem internasional satuan besaran fisis SI. Ini tentang merevisi definisi besaran fisis utama. Akankah satu kilogram kentang di supermarket sekarang menimbang dengan cara baru? C kentang akan sama. Sesuatu yang lain akan berubah.
Sebelum sistem SI
Standar umum dalam berat dan ukuran diperlukan di zaman kuno. Tetapi aturan umum untuk pengukuran menjadi sangat diperlukan dengan munculnya kemajuan ilmiah dan teknologi. Para ilmuwan perlu berbicara dalam bahasa yang sama: satu kaki adalah berapa sentimeter? Dan berapa sentimeter di Prancis jika tidak sama dengan Italia?
Prancis dapat disebut sebagai veteran kehormatan dan pemenang pertempuran metrologi bersejarah. Di Prancis pada tahun 1791 sistem pengukuran secara resmi disetujui dansatuan, dan definisi besaran fisis utama dijelaskan dan disahkan sebagai dokumen negara.
Orang Prancis adalah yang pertama memahami bahwa besaran fisis harus dikaitkan dengan benda-benda alam. Misalnya, satu meter telah digambarkan sebagai 1/40,000,000 panjang meridian dari utara ke selatan menuju khatulistiwa. Dia diikat, dengan demikian, seukuran Bumi.
Satu gram juga telah dikaitkan dengan fenomena alam: itu didefinisikan sebagai massa air dalam sentimeter kubik pada tingkat suhu mendekati nol (es mencair).
Tapi, ternyata, Bumi bukanlah bola yang sempurna, dan air dalam kubus dapat memiliki berbagai sifat jika mengandung kotoran. Oleh karena itu, ukuran besaran-besaran ini di berbagai bagian planet sedikit berbeda satu sama lain.
Pada awal abad ke-19, orang Jerman, yang dipimpin oleh ahli matematika Karl Gauss, memasuki bisnis ini. Dia mengusulkan untuk memperbarui sistem pengukuran sentimeter-gram-detik, dan sejak itu satuan metrik telah menyebar ke dunia, sains dan telah diakui oleh komunitas internasional, sistem internasional satuan besaran fisik telah dibentuk.
Diputuskan untuk mengganti panjang meridian dan massa kubus air dengan standar yang disimpan di Biro Berat dan Ukuran di Paris, dengan distribusi salinan ke negara-negara yang berpartisipasi dalam metrik konvensi.
Kilogram, misalnya, tampak seperti silinder yang terbuat dari paduan platinum dan iridium, yang pada akhirnya juga tidak menjadi solusi yang ideal.
Sistem internasional satuan besaran fisika SI dibentuk pada tahun 1960. Pada awalnya itu termasuk enambesaran pokok: meter dan panjang, kilogram dan massa, waktu dalam detik, kuat arus dalam ampere, suhu termodinamika dalam kelvin, dan intensitas cahaya dalam candela. Sepuluh tahun kemudian, satu lagi ditambahkan ke dalamnya - jumlah zat, diukur dalam mol.
Penting untuk diketahui bahwa semua satuan pengukuran lain dari besaran fisika sistem internasional dianggap turunan dari yang dasar, yaitu, mereka dapat dihitung secara matematis menggunakan besaran dasar sistem SI.
Jauh dari standar
Standar fisik ternyata bukan sistem pengukuran yang paling andal. Standar kilogram itu sendiri dan salinannya berdasarkan negara secara berkala dibandingkan satu sama lain. Rekonsiliasi menunjukkan perubahan massa standar ini, yang terjadi karena berbagai alasan: debu selama verifikasi, interaksi dengan dudukan, atau lainnya. Para ilmuwan telah lama memperhatikan nuansa yang tidak menyenangkan ini. Waktunya telah tiba untuk merevisi parameter satuan besaran fisis sistem internasional dalam metrologi.
Oleh karena itu, beberapa definisi besaran berangsur-angsur berubah: para ilmuwan mencoba melepaskan diri dari standar fisika, yang dengan satu atau lain cara mengubah parameternya dari waktu ke waktu. Cara terbaik adalah dengan menurunkan besaran dalam bentuk sifat yang tidak dapat diubah, seperti kecepatan cahaya atau perubahan struktur atom.
Menjelang revolusi dalam sistem SI
Perubahan teknologi utama dalam sistem internasional satuan besaran fisik dilakukan melalui pemungutan suara anggota Biro Berat dan Ukuran Internasional pada konferensi tahunan. Jika disetujui, perubahan akan berlaku setelah beberapabulan.
Semua ini sangat penting bagi ilmuwan yang penelitian dan eksperimennya membutuhkan ketelitian tertinggi dalam pengukuran dan formulasi.
Standar referensi 2018 yang baru akan membantu mencapai tingkat akurasi tertinggi dalam pengukuran apa pun di tempat, waktu, dan skala mana pun. Dan semua ini tanpa kehilangan akurasi.
Mendefinisikan ulang besaran dalam sistem SI
Ini menyangkut empat dari tujuh besaran fisis dasar yang beroperasi. Diputuskan untuk mendefinisikan kembali besaran berikut dengan satuan:
- kilogram (massa) menggunakan satuan konstanta Planck dalam ekspresi;
- ampere (arus) dengan pengukuran muatan;
- kelvin (suhu termodinamika) dengan ekspresi satuan menggunakan konstanta Boltzmann;
- mol melalui konstanta Avogadro (jumlah zat).
Untuk tiga besaran yang tersisa, kata-kata dari definisi akan diubah, tetapi esensinya tidak akan berubah:
- meter (panjang);
- detik (waktu);
- candela (intensitas cahaya).
Ubah dengan Amp
Apa ampere sebagai satuan besaran fisik dalam sistem SI internasional saat ini, diusulkan kembali pada tahun 1946. Definisi tersebut terkait dengan kekuatan arus antara dua konduktor dalam ruang hampa pada jarak satu meter, yang menentukan semua nuansa struktur ini. Ketidaktepatan dan pengukuran yang tidak praktis adalah dua karakteristik utama dari definisi ini dari sudut pandang saat ini.
Dalam definisi baru, ampere adalah arus listrik yang sama denganaliran sejumlah muatan listrik per detik. Satuan dinyatakan dalam muatan elektron.
Untuk menentukan ampere yang diperbarui, hanya diperlukan satu alat - yang disebut pompa elektron tunggal, yang mampu memindahkan elektron.
Mole baru dan kemurnian silikon 99,9998%
Definisi lama mol berkaitan dengan jumlah materi yang sama dengan jumlah atom dalam isotop karbon dengan massa 0,012 kg.
Dalam versi baru, ini adalah jumlah zat yang terkandung dalam sejumlah unit struktural tertentu yang ditentukan secara tepat. Satuan ini dinyatakan menggunakan konstanta Avogadro.
Ada juga banyak kekhawatiran dengan nomor Avogadro. Untuk menghitungnya, diputuskan untuk membuat bola silikon-28. Isotop silikon ini dibedakan oleh kisi kristalnya yang presisi hingga sempurna. Oleh karena itu, jumlah atom di dalamnya dapat dihitung secara akurat menggunakan sistem laser yang mengukur diameter bola.
Seseorang dapat, tentu saja, berpendapat bahwa tidak ada perbedaan mendasar antara bola silikon-28 dan paduan platinum-iridium saat ini. Baik itu, dan zat lain kehilangan atom dalam waktu. Kalah, benar. Tapi silikon-28 kehilangan mereka pada tingkat yang dapat diprediksi, jadi penyesuaian akan dilakukan pada referensi sepanjang waktu.
Silikon-28 paling murni untuk bola baru-baru ini diperoleh di AS. Kemurniannya adalah 99,9998%.
Dan sekarang Kelvin
Kelvin adalah salah satu satuan besaran fisika dalam sistem internasional dan digunakan untuk mengukur tingkat suhu termodinamika. "Dengan cara lama" itu sama dengan 1/273, 16bagian dari suhu titik tripel air. Titik tripel air adalah komponen yang sangat menarik. Ini adalah tingkat suhu dan tekanan di mana air berada dalam tiga keadaan sekaligus - “uap, es, dan air.”
Definisi "pincang dengan kedua kaki" karena alasan berikut: nilai kelvin terutama bergantung pada komposisi air dengan rasio isotop yang diketahui secara teoritis. Namun dalam praktiknya, tidak mungkin mendapatkan air dengan karakteristik seperti itu.
Kelvin baru akan didefinisikan sebagai berikut: satu kelvin sama dengan perubahan energi panas sebesar 1,4 × 10−23j. Satuan dinyatakan dengan menggunakan konstanta Boltzmann. Sekarang tingkat suhu dapat diukur dengan menetapkan kecepatan suara di bola gas.
Kilogram tanpa standar
Kita sudah tahu bahwa di Paris ada standar platinum dengan iridium, yang entah bagaimana berubah beratnya selama penggunaannya dalam metrologi dan sistem satuan besaran fisik.
Definisi baru kilogram adalah: Satu kilogram dinyatakan sebagai konstanta Planck dibagi 6,63 × 10−34 m2 · −1.
Pengukuran massa sekarang dapat dilakukan pada skala "watt". Jangan tertipu dengan namanya, ini bukan timbangan biasa, tapi listrik yang cukup untuk mengangkat benda yang tergeletak di sisi lain timbangan.
Perubahan prinsip-prinsip penyusunan besaran-besaran fisis dan sistemnya secara keseluruhan diperlukan, pertama-tama, dalam bidang teori ilmu pengetahuan. Faktor utama dalam sistem yang diperbaruisekarang adalah konstanta alami.
Ini adalah kesimpulan logis dari aktivitas bertahun-tahun sekelompok ilmuwan serius internasional yang upayanya sejak lama ditujukan untuk menemukan pengukuran ideal dan definisi satuan berdasarkan hukum fisika dasar.
