Uporabnik:Vitosmo/Osnovne enote SI po 2019

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Jump to navigation Jump to search

{{bk|[[šrot - v smetnjak}}

Sistem SI po novi definiciji leta 2019: Odvisnost definicij za osnovne enote od fizikalnih konstant s fiksnimi številskimi vrednostmi in od drugih osnovnih enot.
Sistem SI po letu 1983, vendar pred spremembo  leta 2019: Odvisnost definicij osnovne enote od drugih osnovnih enot (npr. meter je opredeljen kot razdalja, ki jo preleti svetloba v navedenem delu sekunde ), z naravnimi konstantami narave in za njihovo opredelitev uporabljenimi artefakti (kot je na primer masa IPK za kilogram).

26. novembra 2018 je 26. generalna konferenca o utežeh in merah (CGPM) soglasno glasovala za revidirane opredelitve osnovnih enot SI, [1] [2] ki jih je istega leta Mednarodni odbor za uteži in ukrepe (CIPM) že predlagal. [3] [3] Nove opredelitve bodo začele veljati 20. maja 2019. [4] [5]

Kilogram , amper , kelvin in mol bodo definirani s pomočjo točnih numeričnih vrednosti za Planckovo konstanto ( h ), osnovni električni naboj ( e ), Boltzmannovo konstanto ( k ) in konstanto Avogadra ( N A ), v tem zaporedju. Meter in kandela sta že definirana s fizičnimi konstantami, s popravki njune sedanje definicije. Cilj novih definicij je izboljšati SI. ne da bi se spreminjale velikosti katerekoli od enot, s čimer se zagotovi kontinuiteta z obstoječimi meritvami. [6] [7]

Metrični sistem enot je pervotno temeljil na sistemu meritev, ki ga je mogoče izpeljati iz nespremenljivih pojavov, [8] vendar so praktične omejitve pa so ob uvedbi v Franciji leta 1799 zahtevale uporabo artefaktov ( prameter in prakilogram).

Metrični sistem enot je bil nazadnje v veöji meri spremenjen leta 1960 z uradno objavo mednarodnega sistema enot (SI). SI je skladen sistem, ki sloni na okoli sedmih osnovnih enotah, katerih definicije niso omejene z nobeno drugo enoto, in dodatno na dvaindvajset iz osnovnih enot izpeljanih dodatnih enotah. Meter je bil ponovno definiran na osnovi valovne dolžine od sevanja kriptona-86, tako da ga je bilo mogoče izpeljati iz univerzalnih naravnih pojavov, kilogram pa je dalje bil definiran s pomočjo fizičnega prototipa in s tem postal edini artefakt, od katerega so definicije enot SI ostale odvisne.

Čeprav so bile zamišljene za dolgoročno stabilnost, je bilopri masah kilogramskega prototipa in njegovih sekundarnih kopij sčasoma opaziti majhne medsebojne razlike, tako da je zaradi potrebe za vse večjo natančnost, bilo treba poiskati ustrezno zamenjavo. Nekatere enote so tudi bile definirane na podlagi meritev, ki jih je težko natančno uresničiti v laboratoriju, tak,o recimo definicija kelvina s pomočjo trojne točke vode . S spremembami leta 2019 bo SI prvič v celoti izpeljan iz naravnih pojavov, pri čemer večina enot temelji na osnovnih fizikalnih konstantah.

Številni avtorji so objavili kritike revidiranih opredelitev - med drugim, da predlog ne obravnava posledic prekinjene povezave med definicijo daltona in definicijami kilograma , mola in Avogadrovo konstanto .

Ozadje[uredi | uredi kodo]

Osnovna struktura SI je nastajala približno 170 let dolgo (1791 do 1960). Po1960 je bilo zaradi tehnološkega napredka mogoče lotiti se različnih slabosti v SI, kot je na primer odvisnost opredelitve kilograma od artefakta.

Razvoj SI[uredi | uredi kodo]

V prvih letih francoske revolucije so se voditelji francoske nacionalne ustavodajne skupščine odločili za uvedbo popolnoma novega merskega sistema, ki je temeljil na načelih logike in naravnih pojavov . Tako je bil meter definiran kot ena milijoninka razdalje od severnega tečaja do ekvatorja , kilogram pa kot tisočinka kubičnega metra čiste vode. Čeprav so bile te opredelitve izbrane tako, da nihče ne bi mogel biti "lastnik" enot, jih ni bilo mogoče izmeriti na način, ki bi bil dovolj priročen in natančen za praktično uporabo. Namesto tega so ti enoti ustvarili v obliki mètre des Archives mètre des Archives in kilogramme des Archives, kot "najboljši poskus" izpolniti ta načela. [9]

Leta 1875, ko se je uporaba metričnega sistema razširila po Evropi in Latinski Ameriki , se je dvajset industrijsko razvitih držav sestalo na Konvenciji o Metru . Prišlo je do podpisa Sporazuma o metru, s katerim so ustanovili tri organe skrbnike za mednarodna prototipa kilograma in metra in za nadzor nad primerjavami z nacionalnimi prototipi. [10] [11] Ti trije organi so bili:

  • CGPM (Generalna konferenca o utežeh in merah, Conférence générale des poids et mesures Conférence générale des poids et mesures ) - Konferenca se sestaja vsakih štiri do šest let, udeležujejo pa se je delegati držav, ki so podpisale konvencijo. Obravnava in proučuje ukrepe, ki so potrebni za zagotovitev širjenja in izboljšanja mednarodnega sistema enot in potrjuje rezultate novih temeljnih meroslovnih določitev.
  • CIPM (Mednarodni odbor za uteži in mere, Comité international des poids et mesures Comité international des poids et mesures ) - Odbor sestavlja osemnajst uglednih znanstvenikov, vsak iz svoje države, ki jih imenuje CGPM. CIPM se sestaja vsako leto in ima nalogo svetovati CGPM. CIPM je ustanovil več pododborov, od katerih je vsak zadolžen za svoje področje. Eden od teh je posvetovalni odbor za enote (CCU)  med drugim svetuje CIPM pri vprašanjih v zvezi z merskimi enotami. [12]
  • BIPM (Mednarodni urad za uteži in mere, Bureau international des poids et mesures Bureau international des poids et mesures ) - Urad zagotavlja varno shranjevanje mednarodnih prototipov za kilogram in meter, nudi laboratorijske usluge za redne primerjave med nacionalnimi  prototipi in mednarodnim prototipom in opravlja tajniške naloge za CIPM in CGPM.

Prvi CGPM (1889) je uradno odobril uporabo 40 prototipnih metrov in 40 prototipnih kilogramov iz rok britanskega podjetja Johnson Matthey, za standardne namene. ki jih določa Konvencija o Metru. [13] Po enega od prototipov za kilogram in meter so z žrebom izbrali kot mednarodna prototipa, druge kopije pa je CGPM zadržal kot delovne kopije in ostale razdelil državam članicam za uporabo kot njihove nacionalne prototipe. V rednih intervalih so se nacionalni prototipi primerjali z mednarodnim prototipom in ponovno umerili. [14]

Leta 1921 je bila Konvencija o Metru revidirana in mandat CGPM so razšili na standarde za vse merske enote, ne le za maso in dolžino. V naslednjih letih je CGPM prevzel odgovornost za standarde za električni tok (1946), svetilnosti (1946), temperaturo (1948), čas (1956) in molsko maso (1971). [15]

  1. "Historic Vote Ties Kilogram and Other Units to Natural Constants". NIST. 16 November 2018. Pridobljeno dne 2018-11-16. 
  2. Milton, Martin (14 November 2016). Highlights in the work of the BIPM in 2016 (PDF). SIM XXII General Assembly. Montevideo, Uruguay. str. 10.  The conference ran from 13–16 November and the vote on the redefinition was scheduled for the last day.
  3. 3,0 3,1 Napaka pri navajanju: Neveljavna oznaka <ref>; sklici poimenovani cipm_106 ne vsebujejo besedila (glej stran pomoči).
  4. BIPM statement: Information for users about the proposed revision of the SI (PDF) 
  5. "Decision CIPM/105-13 (October 2016)".  The day is the 144th anniversary of the Metre Convention.
  6. Kühne, Michael (22 March 2012). "Redefinition of the SI". Keynote address, ITS9 (Ninth International Temperature Symposium). Los Angeles: NIST. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 2013-06-18. Pridobljeno dne 2012-03-01. 
  7. "Draft of the ninth SI Brochure" (PDF). BIPM. 5 February 2018. Pridobljeno dne 2018-11-12. 
  8. Crease, Robert P. (2011). "France: "Realities of Life and Labor"". World in the Balance. New York: W. W. Norton & Company, Inc. str. 83–84. ISBN 978-0-393-07298-3. 
  9. Alder, Ken (2002). The Measure of all Things – The Seven-Year-Odyssey that Transformed the World. London: Abacus. str. 1. ISBN 978-0-349-11507-8. 
  10. "Metric Convention of 1875 [English translation]". Washington, D.C.: Office of the President of the United States. 1876. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 2005-03-01. 
  11. "The Metre Convention". Sèvres, France: International Bureau of Weights and Measures. Pridobljeno dne 2013-06-21. 
  12. "CIPM: International Committee for Weights and Measures". Sèvres, France: BIPM. Pridobljeno dne 2010-10-03. 
  13. "Resolution of the 1st meeting of the CGPM (1889)". Sèvres, France: International Bureau of Weights and Measures. Pridobljeno dne 2011-03-23. 
  14. Jabbour, Z.J.; Yaniv, S.L. (2001). "The Kilogram and Measurements of Mass and Force" (PDF). Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology 106 (1): 25–46. PMC 4865288. PMID 27500016. doi:10.6028/jres.106.003. Arhivirano iz prvotnega spletišča (PDF) dne 2011-06-04. Pridobljeno dne 2011-03-28. 
  15. Système International d'Unités

9. CGPM (1948) je zadolžil CIPM,  "da pripravi priporočila za enoten praktični sistem merskih enot, ki bi ga lahko sprejele vse države, ki sodelujejo v Konvenciji o Metru". [1]

Priporočila, ki temeljijo na tem mandatu, so predstavili na 11. CGPM (1960), kjer so jih uradno sprejeli in imenovali " Système International d'Unités Système International d'Unités  z okrajšavo "SI". [2]

Pobuda za spremembe[uredi | uredi kodo]

Sprememba temeljnih načel za opredelitev osnovnih enot SI ni brez primere. 11. CGPM (1960) je določil meter SI glede na valovno dolžino sevanja kripton-86 , ki je zamenjal merilno palico pre-SI. 13. CGPM (1967) je zamenjal prvotno definicijo drugega (ki je temeljil na povprečni rotaciji Zemlje med 1750–1892) [3] z definicijo, ki temelji na frekvenci sevanja med dvema hiperfinima nivojema osnovnega stanja cezija-133 atom. Sedemnajsti CGPM (1983) je zamenjal definicijo merilnika iz leta 1960 z drugo na podlagi druge, tako da je natančno opredelil hitrost svetlobe v enotah metrov na sekundo . [4]

Spremembe v masi nacionalnih prototipov K21 – K40 s časom, ter dveh sestrskih kopij mednarodnih protipnih kilogramov (IPK): K32 in K8 (41). Vse spremembe mase so relativno na IPK. [5]

Z leti so bili odkriti do 2×10−8 kilograma letno v nacionalnih prototipnih kilogramih glede na mednarodni prototipni kilogram. Ni bilo mogoče ugotoviti, ali so nacionalni prototipi pridobivali na masi ali ali je IPK izgubljal maso. [6] Na 21. sestanku CGPM (1999) so bili nacionalni laboratoriji pozvani, da raziščejo načine za prekinitev povezave med kilogramom in določenim artefaktom. Metrolog Univerze v Newcastlu Peter Cumpson je od takrat opredelil absorpcijo hlapov živega srebra ali karbonatno kontaminacijo kot možne vzroke za ta nanos. [7] [8]

  • Planckova konstanta h je točno 6966662607015000000 26 6.626 070 15 × 10 −34   joule-second (J⋅s) .
  • Osnovni naboj e je natančno 6981160217663400000 60 1.602 176 634 × 10 −19   kulon (C) .
  • Boltzmannova konstanta k je natančno 6977138064900000000 80 1,380 649 × 10 −23   joule na kelvina (J⋅K −1 ) .
  • Konstanta Avogadro N A je točno 7023602214076000000 .0 6.022 140 76 × 10 23   recipročni mol (mol −1 ) .

Te konstante so opisali v priročniku SI v različici iz leta 2006, vendar so bile v tej različici zadnje tri opredeljene kot "konstante, ki jih je treba pridobiti z eksperimentom" in ne kot "definirajoče konstante".

Ponovna opredelitev ohranja nespremenjene številske vrednosti, povezane z naslednjimi naravnimi konstantami:

  • Hitrost svetlobe c je natančno 7008299792458000000 9 299 792 458   metrov na sekundo (m⋅s −1 ) .
  • Frekvenca prehodne strukture preizkušene strukture cezija-133 Δ ν Cs je natančno 7009919263177000000 6 9 192 631 770   Hz (Hz) .
  • Svetlobna učinkovitost K cd monokromatskega sevanja frekvence 7014540000000000000 × 540 × 10 12   Hz je natančno 7002683000000000000 3 683   lumni na vat (lm⋅W −1 ) .

Zgoraj navedenih sedem definicij je ponovno predstavljenih spodaj z izpeljanimi enotami ( joule , coulomb , hertz , lumen in watt ), izraženimi s sedmimi osnovnimi enotami (sekunda, meter, kilogram, amper, kelvin, mol in kandela), po posobljeni 9. izdaji brošure SI (2018). Na seznamu, ki sledi, simbol sr pomeni brezmerno enoto steradian .

  • h = 6966662607015000000 26 6.626 070 15 × 10 −34   kg⋅m 2 s −1
  • e = 6981160217663400000 60 1.602 176 634 × 10 −19   A's
  • k = 6977138064900000000 80 1,380 649 × 10 −23   kg⋅m 2 K −1 s −2
  • N = 7023602214076000000 ♠ 6,022 140 76 x 10 23   mol- 1
  • c = 7008299792458000000 9 299 792 458   m⋅s −1
  • Δ ν Cs = Δ ν (133 CS) HFS = 7009919263177000000 ♠ 9 192 631 770   s −1
  • K cd = 7002683000000000000 ♠ 683   cd⋅sr⋅s 3 kg −1 ⋅m −2

V okviru redefinicije je bil umaknjen mednarodni prototip kilograma in definicje za kilogram, amper in kelvin .so bile zamenjane. Revbidirana je bila tudi deinicija za mol.

Te spremembe imajo za posledico ponovno opredelitev osnovnih enot SI, pri tem definicije izvedenih enot v SI glede na osnovne enote ostajajo nespremenjene.

Vpliv na definicije osnovne enote[uredi | uredi kodo]

Po predlogu CCU je bilo besedilo definicij vseh osnovnih enot bodisi izpopolnjeno bodisi spremenjeno s spremembo poudarka z eksplicitne enote na definicije eksplicitnih konstant. [9] Opredelitve eksplicitne enote opredeljujejo enoto v smislu posebnega primera te enote - na primer leta 1324 je Edward II določil palec kot dolžino treh ječmenov [10] in od leta 1889 je bil kilogram opredeljen kot masa mednarodni Kilogram prototipa . V eksplicitno konstantnih definicijah je konstanta narave podana določeni vrednosti in posledično se pojavi definicija enote. Leta 1983 je bila na primer določena hitrost svetlobe na natančno 299 792 458 metrov na sekundo in ker je bila druga neodvisno določena, je bila tako mogoče izpeljati dolžino merilnika.

Ena od posledic te spremembe je, da je nova opredelitev pojma kelvin odvisna od definicij drugega, števca in kilograma.

Mole[uredi | uredi kodo]

Opombe[uredi | uredi kodo]

Reference[uredi | uredi kodo]

  1. "Resolution 6 of the 9th meeting of the CGPM (1948): Proposal for establishing a practical system of units of measurement". Pridobljeno dne 2011-03-23. 
  2. Predloga:SIBrochure8th
  3. Stephenson, F. R.; Morrison, L. V.; Hohenkerk, C. Y. (December 2016), "Measurement of the Earth's rotation: 720 BC to AD 2015", Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 472 (2196), §4(a), doi:10.1098/rspa.2016.0404, pridobljeno dne 2018-11-19  Opredeljen je več kot en |last1= in |last= (pomoč); Opredeljen je več kot en |first1= in |first= (pomoč); Opredeljen je več kot en |work= in |journal= (pomoč); Opredeljen je več kot en |accessdate= in |access-date= (pomoč); Opredeljen je več kot en |DOI= in |doi= (pomoč)Opredeljen je več kot en |last1= in |last= (pomoč); Opredeljen je več kot en |first1= in |first= (pomoč); Opredeljen je več kot en |work= in |journal= (pomoč); Opredeljen je več kot en |accessdate= in |access-date= (pomoč); Opredeljen je več kot en |DOI= in |doi= (pomoč)
  4.  
  5. 2×10−8
  6. Mohr, Peter (6 December 2010). "Recent progress in fundamental constants and the International System of Units" (PDF). Physics World. Institute of Physics. Pridobljeno dne 2012-06-28. 
  7. Whipple, Tom (7 January 2013). "The dirty secret of why you are not quite as heavy as you think". The Times (London). str. 15. Pridobljeno dne 2011-03-23.  Opredeljen je več kot en |work= in |newspaper= (pomoč)Opredeljen je več kot en |work= in |newspaper= (pomoč)
  8. 20 K (−253 °C; −424 °F)
  9. Mills, Ian (September–October 2011). "Part II – Explicit-Constant Definitions for the Kilogram and for the Mole". Chemistry International 33: 12–15. ISSN 0193-6484. 
  10. Travenor, Robert (2007). Smoot's Ear – The Measure of Humanity. Yale University Press. str. 35–36. ISBN 978-0-300-14334-8.