ЕТАЛОНИ ОСНОВНИХ ОДИНИЦЬ SI

ЕТАЛОНИ ОСНОВНИХ ОДИНИЦЬ SI

 

У даному розділі дається стислий опис історії створення та принципів побудови первинних еталонів основних одиниць SI.

 

Секунда

Відзначимо, що пошуки найкращого еталона часу, що відповідає вимогам необхідної точності, відтворюваності і доступності, мають велику історію. Ще в… Неважко бачити, що при такому формулюванні секунда набула достатню… Значним подальшим кроком була розробка в 1927 році Морісоном і Хорстоном (США) кварцових годинників. У найбільш…

Метр

 

Наприкінці ХVIII ст., у період уведення метричної системи мір, Національні збори Франції прийняли одну десятимільйонну частину чверті Паризького меридіана як одиницю довжини – метр. У 1799 р. на основі геодезичних вимірювань (тріангуляцій) частини дуги меридіана від Дюнкерка до Барселони експедиціями вчених на чолі з Мешеном і Деламбром* був виготовлений еталон метра у вигляді платинової кінцевої міри, переданої на збереження в національний Архів Франції. Цей еталон отримав назву “метра Архіву”. Метр Архіву являє собою платинову лінійку шириною близько 25 мм, товщиною близько 4 мм із відстанню між кінцями, що дорівнює 1 м (рис. 3.8, а).

Повторні вимірювання довжини дуги меридіана, виконані в XIX ст., довели, що довжина прийнятого метра дещо коротше справжнього “природного” метра. Оскільки надалі, при більш точних вимірюваннях, можливо було б одержати різ­ні значення основної одиниці довжини, Міжнародна комісія з прототипів метричної системи, створена з ініціативи Петербурзької академії наук, у 1872 р. вирішила відмовитися від природного еталона метра і прийняти як вихідну міру метр Архіву. Відповідно до рішення цієї комісії був виготовлений 31 еталон метра у вигляді штрихової міри зі сплаву платини й іридію. З них метр номер 6 виявився при 0 ⁰С рівним метру Архіву і був прийнятий як міжнародний прототип метра. Інші 30 еталонів були розподілені між різними державами.

Еталон метра являв собою платино-іридієвий брусок довжиною 102 см, що має в поперечному перерізі форму X (рис. 3.8 б).

Платино-іридієвий еталон метра номер 28, отриманий Росією в 1889 р., був у подальшому затверджений як державний еталон. Одиниця довжини – метр визначається відстанню між осями двох середніх штрихів, нанесених на бруску, при 0 ⁰С. Хоча еталон був виготовлений зі сплаву іридію і платини, що відрізняється значною твердістю і стійкістю до окислювання, не було повної впевненості в тому, що довжина еталона з часом не зміниться. Це пояснюється тим, що металеві стрижні, які піддалися раніше термічній і механічній обробці, одержують внутрішні напруження, що викликають повільні мікрокристалічні зміни їх структури. При періодичних звіреннях національних еталонів з міжнародним прототипом не можна виявити малих змін їхньої довжини, тому що всі еталони виготовлені з того самого сплаву і, отже, зазнають тих самих змін. Крім того, штрихи, нанесені на бруски, мають деяку ширину, що приводить до похибки звірення на рівні 10^{-7 м.}

 

 

а б

Рис. 3.8. Платинова кінцева міра довжини (метр Архіву) (а) і платино-іридієвий штриховий еталон метра (б), що зберігаються в Архіві Франції

Тому необхідно було ввести новий природний еталон метра. У 1895 р. II Ге­неральна конференція з мір та ваг визнала, що природним носієм розміру метра може бути довжина хвилі монохроматичного світла. Після вивчення спект­ральних ліній ряду елементів було знайдено, що найбільшу точність відтворення одиниці довжини забезпечує оранжева лінія ізотопу криптону-86. ХI Генеральна конференція з мір та ваг (1960 р.) прийняла визначення розміру метра в такому вигляді: “Метр – довжина, що дорівнює 1 650 763,73 довжин хвиль у вакуумі випромінювання, що відповідає переходу між рівнями 2р₁₀ і 5d₅ атома криптону-86”. Як відомо, квант світлової енергії випромінюється або поглинається атомом при переході з одного енергетичного стану в інший. Частота випромінювання (поглинання) пропорційна різниці енергій станів:

,

де і − рівні енергій; – стала Планка.

Якщо E₂ > E₁, відбувається випромінювання електромагнітних хвиль, якщо E₂ < E₁ – поглинання. При поширенні випромінювання у вакуумі зі швидкістю , довжина хвилі монохроматичного світла дорівнює

.

При дослідженні спектрів різних речовин було виявлено, що елементи з парним номером у таблиці Менделєєва і парною атомною масою (т.зв. парно-парні елементи) мають лінії спектра з простим контуром. Найбільш тонкі і симетричні лінії випромінювання відповідають переходу між вищезгаданими рівнями атома криптону-86.

Метр у довжинах світлових хвиль відтворюється інтерференційним методом на спеціальній установці за допомогою лампи, заповненої ізотопом криптону-86. Схему лампи з криптоном наведено на рис. 3.9.

З метою одержання необхідних умов для випромінювання лінії криптон укладають у капіляр і охолоджують рідким азотом до 50 – 60 К. Атоми криптону збуджують шляхом пропускання через нього електричного струму (напруга порядку 1500 В). При цьому капіляр, у якому відбувається світіння збуджених атомів, має оптичний вихід на інтерференційний компаратор (рис. 3.10), за допомогою якого визначається кількість довжин хвиль, що укладаються між штрихами міри (лінійки), тобто довжина. Здійснення цього методу дало можливість знизити похибку відтворення метра приблизно до 4×10^{-9 м (СКВ). Однак і цієї точності виявилося недостатньо для вирішення ряду науково-технічних задач. Пошуки кращого еталона продовжувалися.}

У 1983 р. XVII Генеральна конференція з мір та ваг прийняла таке визначення метра: “Метр – одиниця довжини, що дорівнює шляху, який проходить у вакуумі світло за 1/299792458 частку секунди”.При такому визначенні швидкість світла постулюється рівною 299292458 м/с (точно), а метр визначається зі співвідношення , де – швидкість світла; с.

Рис. 3.9. Схема криптонового еталона метра:

1 – капіляр; 2 – газорозрядна трубка з криптоном; 3 – розжарений катод; 4 – манометр; 5 – судина Дюара з рідким азотом; 6 – герметична камера; 7 - термопара; 8 – окуляр; 9 – мотор з лопаткою для перемішування рідкого азоту

 

 

 

Рис. 3.10. Криптоновий еталон метра

 

Дане визначення принципово відрізняється від визначення 1960 р.: новий метр спирається на еталон часу і відоме значення швидкості світла (сталу), що створює передумови для створення єдиного еталона часу-частоти-довжини.

Неважко бачити, що для реалізації еталона довжини відповідно до цього визначення необхідно вирішити такі задачі:

 

- створити високостабільне (за частотою) джерело світлового випромінювання;

- виміряти частоту цього випромінювання для визначення довжини його хвилі зі співвідношення ;

- передати розмір одиниці довжини з діапазону довжин світлових хвиль (мікрометри) у діапазон практичного використання (поблизу метра).

Таким чином, класична структура еталона одиниці довжини містить у собі еталонне джерело коливань у видимій області спектра; систему стабілізації і вимірювання частоти; систему передачі розміру одиниці довжини від “хвильового метра” до його матеріальних носіїв – штрихових і кінцевих мір, вимірювачів і перетворювачів.

До складу еталонного джерела випромінювання державного первинного еталона України відповідно до рекомендації MБMВ, входить група лазерів (рис. 3.11), стабілізованих з використанням ефекту насиченого поглинання в йоді-127 (довжина хвилі =0,633 мкм, частота 473613, … ГГц). Дане групове джерело має нестабільність 7·10^-12 , СКВ () і НСП () близько 1·10^-11.

 

 

Рис. 3.11. лазер

 

Точне вимірювання частоти лазерного джерела здійснюється за допомогою згаданого вище радіооптичного частотного моста (РОЧМ), що являє собою складний вимірювальний комплекс, який дозволяє виміряти дуже високі частоти лазерного випромінювання відносно більш низької частоти (5 МГц) державного еталона часу і частоти, з похибкою, близькою до похибки еталона. Основу РОЧМ складають помножувачі частоти, НВЧ генератори, лазери, нелінійні елементи, що забезпечують перетворення і синтез частот, системи фазового автопідстроювання частоти.

Однак напряму виміряти за допомогою РОЧМ частоту лазера (близько 473 ТГц) – надзвичайно складна задача. У Росії ці вимірювання провели на частоті лазера – 88 ТГц, в Україні – до 27 ТГц. Подальше підвищення вимірюваної частоти виконується за допомогою інтерференційних методів, шляхом порівняння довжин хвиль лазерів. У Росії таким методом проведені вимірювання частоти лазера на =0,633 мкм шляхом визначення відношення (частота лазера вимірюється напряму). Структурну схему вимірювання частоти лазера подано на рис. 3.12.

 

 

 

Рис. 3.12. Схема вимірювання частоти лазера

 

Третя задача – передача розміру одиниці “хвильового” метра від лазера до штрихових і кінцевих мір довжини здійснюється за допомогою того ж інтерференційного методу шляхом підрахунку числа напівхвиль , що укладаються на вимірюваній довжині , де − дробова частина порядку інтерференції (виміряється модуляційним методом).

Для здійснення цих вимірювань до складу еталона входить спеціальний інтерференційний компаратор (рис. 3.13).

 

 

Рис. 3.13. Інтерференційний компаратор (усередині термостата)

 

Зазначимо, що для високоточних вимірювань довжини за допомогою інтерферометрів необхідно забезпечувати стабільні параметри навколишнього середовища, з високою точністю вимірювати температуру, вологість, враховувати показник заломлення атмосфери середовища і т.д. Усе це вимагає створення спеціальних термостатованих приміщень і досить складного додаткового устаткування. В еталонах одиниці довжини Росії й України всю відповідну апаратуру розміщено в спеціальній термобарокамері, а процеси вимірювання й обробки результатів автоматизовано.

Наведемо метрологічні характеристики державного первинного еталона одиниці довжини України [25]:

- діапазон вимірювань, м 0 – 1,0;

- випадкова похибка (СКВ) 2·10^-11;

- невиключена систематична похибка 2,5·10^-11.

Еталон забезпечує передачу розміру одиниці довжини мірам довжини, вимірювачам і перетворювачам лінійних переміщень.

Ці характеристики відповідають світовому рівню.

Як зазначалося вище, прийняття нового визначення метра привело до прямого зв'язку одиниць часу (частоти) і довжини. Отже, у сукупності державний еталон часу-частоти, система переносу частоти в оптичний діапазон – РОЧМ, система стабілізованих лазерів та інтерферометричний компаратор, що формує і передає розмір метра його матеріальним носіям – штриховим і кінцевим мірам, складають еталон одиниць часу, частоти і довжини. При цьому в основі цього еталона лежать дві сталі: швидкість світла у вакуумі і частота переходу атома цезію-133, числові значення яких прийняті за міжнародною згодою. Наведемо для прикладу структуру російського державного еталона часу довжини і частоти (рис. 3.14).

 

 

 

Рис. 3.14. Структура державного еталона часу, частоти і довжини

 

Особливістю цього еталона є те, що еталон часу і частоти і РОЧМ знаходиться у ВНИИФТРИ (Московська область), а інша апаратура – у ВНИИМ ім. Менделєєва (м. С.-Петербург). Через територіальну роз'єднаність цих інститутів до складу еталона введено транспортабельний лазер, довжина хвилі якого встановлюється за вихідним лазером РОЧМ і використовується для точного вимірювання довжини хвилі лазера, що входить до складу інтерферометра.

Ампер

З визначення сили струму як фізичної величини видно, що одиниця сили струму – ампер дорівнює кількості електрики, що проходить через поперечний переріз провідника в одиницю часу. Тому природно було б прийняти за основну електричну одиницю деякий заряд, який, наприклад, дорівнює заряду електрона чи визначеного числа електронів. Однак нині немає можливості здійснити з достатньою точністю еталон, що спирається на таке визначення. Через це довелося відмовитися від одиниці кількості електрики як основної електричної одиниці і прийняти як таку одиницю сили струму − ампер. Розмір ампера можна було б відтворювати за такими діями струму:

- через виділення теплоти при проходженні по провіднику;

- через осадження речовини на електродах при проходженні струму через електроліт;

- за пондеромоторними (механічними) діями струму на магніт чи провідник зі струмом.

У 1893 р. Міжнародний конгрес електриків у Чикаго прийняв перший еталон сили електричного струму, встановивши так званий міжнародний ампер. Ампер відтворювався за допомогою так званого срібного вольтметра і мав таке визначення: міжнародний ампер – незмінний струм, який, проходячи через водяний розчин азотнокислого срібла за дотримання прикладеної специфікації, виділяє 0,001118 м срібла за 1 секунду.

IX Генеральна конференція з мір та ваг у 1948 р. прийняла таке визначення ампера: “Ампер – сила незмінного струму, який під час протікання по двох нескінченно довгих паралельних прямолінійних провідниках нехтовно малого кругового поперечного перерізу, розташованих на відстані 1 м один від одного у вакуумі, спричинив би на кожній ділянці провідника довжиною 1 м силу взаємодії 2·10^-7 Н”.Це визначення діє і сьогодні.

Приведене формулювання містить поняття нескінченно тонких і нескінченно довгих провідників, які на практиці здійснити неможливо. Однак на основі законів електродинаміки можна розрахувати з високим ступенем точності силу взаємодії струмів, що протікають по провідниках кінцевих розмірів.

Для реалізації еталона ампера в ряді країн були сконструйовані спеціальні “струмові ваги” (рис. 3.15).

Струмові ваги являють собою важільні рівноплечі ваги, у яких підвішена з одного боку рухлива котушка врівноважується вантажем, покладеним на чашку з протилежного боку.

Рухлива котушка входить у другу нерухому співвісно розташовану котушку. При проходженні цими послідовно з'єднаними котушками постійного електричного струму виникає сила взаємодії, рухлива котушка опускається, тому для зрівноважування на чашку ваг слід покласти додатковий вантаж.

 

 

Рис. 3.15. Схема струмових ваг NPL

 

Відповідно до закону Ампера сила взаємодії струмів у котушках дорівнюватиме

,

де – сила струму в котушках; – коефіцієнт пропорційності, що залежить від форми і розмірів котушок, прийнятого значення відносної магнітної проникності середовища тощо.

З іншого боку ваг, у відповідності до другого закону Ньютона, діє сила

,

де – маса врівноважуючого вантажу; – прискорення сили ваги в місці розташування ваг.

При рівновазі ваг і розрахункова формула для сили струму має вигляд:

.

Державний первинний еталон ампера, створений у СРСР у 1975 р. у ВНИИМ, являв собою комплекс вимірювальних засобів у такому складі:

- струмові ваги з гирею масою 8,16044 г та з дистанційним керуванням;

- апаратура для передачі розміру одиниці, до якої входить котушка опору Р342, що одержала своє значення від первинного еталона Ома.

НСП відтворення розміру одиниці струму цього еталона становить близько 1·10^-5, СКВ – 4·10^-6.

Точності цього еталона, однак, було явно недостатньо для розвитку електричних вимірювань, а технічні можливості її підвищення були фактично вичерпані [26].

Крім того, навіть така точність була малодоступною для широкого кола споживачів, тому що вимірювальні процедури з відтворення ампера за допомогою струмових ваг настільки трудомісткі, що проводяться один раз у 10 – 15 років [26].

У зв'язку з успіхами квантової метрології з'явилася можливість відтворювати одиницю сили струму більш точно за допомогою непрямих вимірювань відповідно до закону Ома: . При цьому розміри одиниць постійної електричної напруги й опору відтворюються на основі квантових ефектів Джозефсона і Холла. Більш докладно ці ефекти, а також створений за таким принципом еталон сили струму будуть розглянуті в розділі 4.

3.4 Кельвін

 

Температура* навколишнього середовища, предметів є активною величиною. Це вносить істотні особливості в її вимірювання, оскільки визначення активної величини, як правило, засновано на взаємодії яких-небудь процесів.

Особливість термодинамічної температури полягає також у тому, що вона є неадитивною величиною. Тому, якщо для еталонів довжини, маси й інших адитивних величин можна спиратися на одне відтворене значення одиниці, то для температури відтворення однієї еталонної точки не дозволить точно встановити інші температурні точки. Отож, для відтворення одиниці температури необхідно здійснити точне відтворення багатьох температурних точок, сукупність яких утворить температурну шкалу.

Вимірювання температури Т з моменту винаходу термометра ґрунтувалися на застосуванні тієї чи іншої термометричної речовини, що змінює свій об’єм або тиск при зміні температури. Відлік температури в цих випадках здійснюється за рівномірною шкалою

,

де – відповідно відліки за шкалою термометра і положення реперних точок . Як реперні (опорні) точки обирали точки, які відповідали температурам переходу термометричної речовини з одного агрегатного стану в інший (температури плавлення і кипіння). У цих точках температура речовини залишається постійною увесь час, поки здійснюється перехід.

У 1641 р. був створений перший спиртовий термометр, а в 1655 – ртутний. У 1665 р. Християн Гюйгенс** і Роберт Гук*** запропонували точки плавлення льоду і кипіння води як основні для термометра. Пізніше були запропоновані температурні шкали. Усі вони ґрунтувалися на рівномірному розподілі інтервалу між реперними точками на визначену кількість одиниць (градусів).

У 1710 р. німецький фізик Габріель Даніель Фаренгейт* створив перший практично придатний спиртовий, а в 1714 р. – ртутний термометри, в яких за 0 була взята найнижча температура взимку 1709 р., а за 12 градусів – темпера­тура тіла здорової людини. Згодом ця шкала була тричі послідовно розділена навпіл, у результаті чого в 1724 р. Фаренгейт запропонував для побудови тер­модинамічної шкали дві точки: температуру суміші льоду із сіллю і нашати­рем, що він позначив 0, і температуру тіла здорової людини, що він позначив числом 96. За одиницю температури – градус – було прийнято 1/180 інтервалу між точкою плавлення льоду (32 ˚F) і точкою кипіння води (212 ˚F) за цією шкалою.

Шкала, запропонована французьким ученим Рене Антуаном Реомюром** (1730 р.), має дві постійні точки, більш зручні для відтворення: точку танення льоду 0 і точку кипіння води 80 град.

Шкала, запропонована в 1742 році шведським астрономом Андерсом Цель­сієм***, має ті ж реперні точки, що і шкала Реомюра, тільки інтервал між ними поділяється на 100 градусів.

Показання термометрів залежали від роду термометричної речовини й умов її теплового розширення (рис. 3.16).

 

 

Рис. 3.16. Температурні шкали

 

Дослідження показали, що в природі не існує фізичних властивостей, зв'яза­них лінійно з температурою. Тому зазначеним методом можна побудувати стільки шкал, скільки обрано термометричних речовин. Збігаючись в основних реперних точках , ці шкали давали розбіжні значення температур як усередині діапазону , так і поза ним.

Англійський вчений У. Томсон (Кельвін)**** показав, що можна встановити температурну шкалу, яка не залежить від роду термометричної речовини. Єдиною реперною точкою в ній пропонувалося зробити потрійну точку води (точка рівноваги води у твердій, рідкій і газоподібній фазах).

З 1960 р. (з уточненням 1967 р.) МКМВ одиницею термодинамічної температури прийнятий кельвін – 1/273,16 частина термодинамічної температури потрійної точки води. Припустимим є вираження термодинамічної температури в градусах Цельсія.

Потрійна точка води може бути відтворена з похибкою 0,0001 ⁰С*. Схема судини, що відтворює потрійну точку води, зображена на рис. 3.17, а її зовнішній вигляд – на рис. 3.18. За температуру реперної точки була прийнята температура 273,16 К точно. Уся шкала має будуватися на підставі формули

,

де Q₁ – кількість тепла, що одержує будь-якетіло від нагрівача;

Q₂ – кількість тепла, що тіло віддає охолоджувачу при оберненому циклі Карно;

T₁ і T₂ – температури нагрівача й охолоджувача, причому температурі T₂ надають значення потрійної точки води. У цьому випадку для визначення температури Т₁ необхідно знати лише відношення кількостей теплоти.

 

Рис. 3.17. Схема посудини, що відтворює потрійну точку води

 

Відтворення термодинамічної шкали температур пов’язане із значними труднощами. Тому IX Генеральна конференція з мір та ваг у 1948 р. встановила практичну температурну шкалу, відтворену за визначеними сталими реперними точками (табл. 3.2). Температура в реперних точках визначається газовим термометром, що використовує співвідношення між об’ємом, тиском і температурою ідеального газу (рис. 3.19). У газовому термометрі ртутний манометр 5 вимірює тиск сталого об’єму газу в балоні 1.

Перевага газового термометра порівняно з ртутним полягає в тому, що розширення газу в 20 разів більше, ніж ртуті, і тим самим вплив температурного розширення скла (одного з основних джерел похибки ртутного термометра) зводиться до мінімуму. Екстраполяція залежності тиску газу від температури дає при нульовому тиску (і обсязі) ідеального газу значення абсолютного нуля –273,15 ⁰С * (рис. 3.20).

 

 

Рис. 3.18. Пристрій, що відтворює потрійну точку води (ВНИИМ),

виготовлений з кварцу і заповнений водою вищого ступеня очищення

 

Це найбільш точні, але дуже трудомісткі вимірювання, що виконуються лише в деяких провідних метрологічних лабораторіях світу. Основна складність їх полягає в урахуванні невідповідності реального газу ідеальному.

 

 

 

Рис. 3.19. Схема газового термометра: 1 – робочий резервуар; 2 – капіляр;

3 – коротке коліно манометра; 4 – шкала; 5 – довге коліно манометра;

6 – трубка для заповнення системи ртуттю; 7 – поршень; 8 – резервуар із ртуттю

 

Рис. 3.20. Шкала газового термометра

 

Отже, у загальному випадку еталон складається з пристроїв, що реалізують наведені в таблиці реперні точки, а також платинового термометра опору (рис. 3.21). Останній відіграє роль інтерполяційного приладу, що здійснює прив'язку всієї шкали температур до цих реперних точок.

 

Таблиця 3.2

Основні реперні точки МТШ-90

 

Стан фазової рівноваги	Речовина	Значення за МТШ-90
0С	К
Тиск насичених парів гелію 3Не 4Не Потрійна точка водню Потрійна точка неону Потрійна точка кисню Потрійна точка аргону Потрійна точка ртуті Потрійна точка води Точка плавлення галію Точка плавлення індію Точка плавлення скандію Точка плавлення цинку Точка плавлення алюмінію Точка плавлення срібла Точка плавлення золота Точка плавлення міді	Не Не Н Nе O Ar Hg H2O Ga In Sс Zn Al Ag Au Cu	-272,50 -268,15 -259,346 -248,593 -218,791 -189,344 -38,834 +0,01 +29,764 +156,598 +231,928 +419,527 +660,323 +961,78 +1064,18 +1084,62	0,65 13,803 24,556 54,358 83,805 234,315 273,16 302,914 429,748 505,078 692,677 933,473 1234,93 1337,33 1357,77

 

а б

Рис. 3.21. Платинові термометри опору

ВНИИМ (ЭТС-100) (а) і BNM* (б)

 

В Україні температурна шкала МТШ-90 підтримується трьома державними еталонами [27]: з діапазонами температур 13,803 – 273,16 К; 273,16 – 1357,77 К; 1357,77 – 2800 К.

Еталон у діапазоні низьких температур 13,803 – 273,16 К (див. рис. 3.22) містить установки, що відтворюють температури потрійних точок ртуті, аргону, кисню, неону і водню. Узгодження точок здійснюється за допомогою інтерполяційного приладу – набору еталонних платинових термометрів. Передача розміру одиниці здійснюється спеціальним низькотемпературним компаратором.

Еталон у діапазоні 273,16 – 1357,77 К відтворює температуру потрійних точок води (основний еталон), плавлення галію, твердіння індію, олова, цинку, алюмінію і міді. До складу еталона входить також вимірювальний міст і набір платинових термометрів опору.

 

Рис. 3.22. Еталон одиниці температури в діапазоні 13,8 – 273,16 К

 

Основу еталона високих температур становить апаратура, що реалізує точку фазового переходу чистої міді 1357,77 К. Шкала температур до 2800 К здійснюється оптичними методами, що базується на законі Планка. Основною вимірювальною операцією при екстраполяції температурної шкали є компарування яскравостей, що здійснюється за допомогою спеціально розроблених пристроїв (рис. 3.23).

 

 

Рис. 3.23. Спектрокомпаратор зі складу фотоелектричної апаратури

для побудови температурної шкали оптичним методом

Державні еталони України мають такі метрологічні характеристики:

- у діапазоні від 13,8 до 273,16 К: =(1·10^-3–3·10^-3) К, = (5·10^-4–1·10^-3) К;

- у діапазоні від 273,16 до 1357,77 К: =(2·10^-4–5·10^-3) К, = (1·10^-4–1·10^-2) К;

- у діапазоні від 1357,77 до 2800 К: =(0,1–0,5) К, = (0,2–1,3) К.

Кандела

З 1924 р. за рішенням Міжнародної комісії з освітленості основним світловим еталоном (еталоном яскравості) був визнаний повний випромінювач (або… У 1948 р. ГКМВ прийняла нову назву для одиниці сили світла – кандела (оскільки… кандела – сила світла в заданому напрямку від джерела, що випромінює монохромне випромінення частотою 540·1012 Гц,…

Моль

Моль дорівнює кількості речовини, що містить стільки ж структурних елементів (атомів, молекул чи інших часток), скільки атомів міститься в 0,012 кг вуглецю - 12.

У зазначеній масі ізотопу вуглецю-12 міститься 6,022·10²³ атомів. Це число називається числом Авогадро (). Якщо число структурних елементів, що складають речовину (), відомо, то ділення його на число Авогадро дає кількість речовини в молях . Можна за необхідності відтворити 1 моль будь-якої речовини як 6,022·10²³ його структурних елементів. Маса 1 моля водню складає 2 г, кисню – 32 г, води – 18 г и т.д. Оскільки для визначення кількості речовини досить знати масу речовини і кількість структурних елементів, що містяться в ньому, то в еталоні моля немає необхідності, важливо точно знати число Авогадро. На 2009 рік відносне середньоквадратичне відхилення визначення числа Авогадро становить близько 3^.10^-7.

 

Висновок

Вище було показано, що методологія і техніка відтворення основних одиниць SI постійно вдосконалюються. Це пов'язано зі зростаючими потребами людства в розвитку науки, техніки, удосконаленні технологій. Особливо скажемо про основну одиницю SI від електрики – ампер. Завдяки відкриттю нових макроскопічних квантових ефектів, одиниці таких похідних величин, як напруга й опір, стали відтворюватися істотно точніше порівняно з ампером. Ряд країн створили апаратуру, яка відтворює ампер на основі закону Ома через “квантові” вольт і ом. Це призвело до парадоксальної ситуації, коли основна одиниця не тільки відтворюється через похідні, але й має порівняно з ними значно більшу похибку відтворення. Залишається сподіватися, що подальший розвиток науки і сучасних технологій в найближчі часи усуне цей перекіс, а також змінить ситуацію з відтворенням найбільш консервативної одиниці системи SI – кілограма. Шляхи вирішення цієї проблеми наводяться в розділі 9.

Контрольні питання

1.

* NIST – національний інститут стандартів і технологій США.

* NPL – Національна фізична лабораторія Англії

* P.-F. Mechain, J.-B. Joseph Delambre

* Від латинського temperatura – нормальний стан, фізична величина, що характеризує стан термодинамічної рівноваги макроскопічної системи.

** Huygens

*** Hook

* Fahrenheit

** Reaumur

*** Celsius

**** Thomson (Kelvin)

* Похибка відтворення температурних точок танення льоду і кипіння води на порядок більше, ніж похибка відтворення потрійної точки води.

* Температура точки танення льоду, взятої за 0 у шкалі Цельсія, менше температури потрійної точки води на 0,01 ⁰С.

* BNM − Національне бюро з метрології Франції

* ср – стерадиан.