تم اعتماد تعريف الكيلوجرام المعمول به حتى مايو 2019 من قبل المؤتمر العام الثالث للأوزان والمقاييس (GCPM) في عام 1901 ويتم صياغته على النحو التالي:
الكيلوجرام هو وحدة كتلة تساوي كتلة النموذج الدولي للكيلوجرام.
ويظل الكيلوجرام هو آخر وحدة في النظام الدولي للوحدات (SI) يتم تحديدها بناءً على جسم من صنع الإنسان. إلا أن المؤتمر العام السادس والعشرون للأوزان والمقاييس (13 - 16 نوفمبر 2018) أقر تعريفًا جديدًا للكيلوجرام، يعتمد على تثبيت القيمة العددية لثابت بلانك. وسيدخل القرار حيز التنفيذ في 20 مايو 2019. في هذه الحالة، من الناحية العملية، لن تتغير قيمة الكيلوغرام، لكن "النموذج الأولي" (المعياري) الحالي لن يحدد الكيلوغرام بعد الآن، بل سيصبح وزنًا دقيقًا للغاية مع وجود خطأ محتمل يمكن قياسه.
نموذج كيلوغرام
الكيلوجرام وثابت بلانك
هاتان الصيغتان، اللتان تم العثور عليهما في بداية القرن العشرين، تؤسسان لإمكانية نظرية لقياس الكتلة من خلال طاقة الفوتونات الفردية، لكن التجارب العملية التي تربط بين الكتلة وثابت بلانك لم تظهر إلا في نهاية القرن العشرين.
U 1 I 2 = m g v 1 , (\displaystyle U_(1)I_(2)=mgv_(1,)أين يو 1 أنا 2 (\displaystyle U_(1)I_(2))- حاصل ضرب التيار الكهربائي أثناء موازنة الكتلة والجهد أثناء عملية المعايرة، - حاصل ضرب تسارع الجاذبية ز (\displaystyle g)وسرعة الملف الإصدار 1 (\displaystyle v_(1))أثناء معايرة المقياس. لو ز ضد 1 (\displaystyle gv_(1))يتم قياسه بشكل مستقل وبدقة عالية (يتطلب التطبيق العملي للتجربة أيضًا قياس تردد عالي الدقة)، وتحدد المعادلة السابقة الكيلوجرام بشكل أساسي اعتمادًا على قيمة الواط (أو العكس). الفهارس يو 1 (\displaystyle U_(1))و أنا 2 (\displaystyle I_(2))تم تقديمها لإظهار أنها طاقة افتراضية (يتم أخذ قياسات الجهد والتيار في أوقات مختلفة)، وتجنب آثار الخسائر (التي يمكن أن تنتج، على سبيل المثال، عن طريق تيارات فوكو المستحثة).
العلاقة بين واط وثابت بلانك تستخدم تأثير جوزيفسون وتأثير هول الكمي:
بسبب ال I 2 = U 2 R (\displaystyle I_(2)=(\frac (U_(2))(R)))، أين ص (\displaystyle R)- المقاومة الكهربائية، U 1 I 2 = U 1 U 2 R (\displaystyle U_(1)I_(2)=(\frac (U_(1)U_(2))(R))); تأثير جوزيفسون: U (n) = n f (h 2 e) (\displaystyle U(n)=nf\left((\frac (h)(2e))\right)); تأثير هول الكمي: R (i) = 1 i (h e 2) (\displaystyle R(i)=(\frac (1)(i))\left((\frac (h)(e^(2)))\right)),
أين ن (\displaystyle n)و أنا (\displaystyle i)- الأعداد الصحيحة (الأول مرتبط بخطوة شابيرو، والثاني هو عامل ملء الهضبة لتأثير هول الكمي)، و (\displaystyle f)- التردد من تأثير جوزيفسون، ه (\displaystyle e)- شحنة الإلكترون. بعد استبدال التعبيرات بـ يو (\displaystyle U)و ص (\displaystyle R)في صيغة للقوة والجمع بين جميع معاملات الأعداد الصحيحة في ثابت واحد ج (\displaystyle C)، تبين أن الكتلة مرتبطة خطيًا بثابت بلانك:
m = C f 1 f 2 h g v 1 (\displaystyle m=Cf_(1)f_(2)(\frac (h)(gv_(1)))).وبما أن جميع الكميات الأخرى في هذه المعادلة يمكن تحديدها بشكل مستقل عن الكتلة، فيمكن تحديد وحدة الكتلة بعد تثبيت القيمة 6.62607015×10−34 لثابت بلانك.
أصل الكلمة والاستخدام
كلمة "كيلوجرام" تأتي من الكلمة الفرنسية " كيلوغرام"، والتي بدورها تشكلت من الكلمات اليونانية" χίλιοι » ( com.chilioi) والتي تعني "الألف" و" γράμμα » ( قواعد)، والتي تعني كلمة "خفيفة الوزن" كيلوغرام"المنصوص عليها بالفرنسية عام 1795. تم نقل التهجئة الفرنسية للكلمة إلى بريطانيا، حيث تم استخدامها لأول مرة في عام 1797، بينما تم استخدام الكلمة في الولايات المتحدة بالشكل " كيلوغرام"، والتي أصبحت فيما بعد شائعة في بريطانيا العظمى، اللوائح المتعلقة بالأوزان والمقاييس (الإنجليزية. قانون الأوزان والمقاييس) لا يمنع استخدام كلا التهجئة في المملكة المتحدة.
وفي القرن التاسع عشر ظهر الاختصار الفرنسي " كيلو"تم استعارتها إلى اللغة الإنجليزية، حيث أصبحت تستخدم للدلالة على كل من الكيلوجرام والكيلومترات.
طبيعة الكتلة
الكيلوجرام هو وحدة الكتلة، وهي الكمية التي ترتبط بفكرة الناس العامة عن مدى ثقل شيء ما. من الناحية الفيزيائية، تميز الكتلة خاصيتين مختلفتين للجسم: تفاعل الجاذبية مع الأجسام الأخرى والقصور الذاتي. يتم التعبير عن الخاصية الأولى من خلال قانون الجاذبية العالمية: جاذبية الجاذبية تتناسب طرديًا مع ناتج الجماهير. ينعكس القصور الذاتي في قانون نيوتن الأول (سرعة الأجسام تظل دون تغيير حتى يتم التأثير عليها بواسطة قوة خارجية) والقانون الثاني: أ = واو / م; أي جسم له كتلة م 1 كجم سوف يكتسب تسارعًا أبمعدل متر واحد في الثانية في الثانية (حوالي عُشر تسارع الجاذبية الناتج عن جاذبية الأرض) عندما تؤثر قوة (أو محصلة كل القوى) مقدارها 1 نيوتن على ذلك الجسم. وفقا للمفاهيم الحديثة، فإن كتل الجاذبية والقصور الذاتي متساوية.
نظرًا لأن التجارة والتبادل التجاري يتعاملان عادةً مع أشياء كتلتها أكبر بكثير من جرام واحد، وبما أن معيار الكتلة المصنوع من الماء سيكون غير مناسب للتعامل معه وصيانته، فقد أُمر بإيجاد طريقة لتنفيذ مثل هذا التحديد عمليًا. وفي هذا الصدد، تم وضع معيار جماعي مؤقت على شكل جسم معدني أثقل بألف مرة من الجرام - 1 كجم.
الكيميائي الفرنسي لويس لوفيفر جينو لويس لوفيفر جينو) وعالم الطبيعة الإيطالي جيوفاني فابروني (م. كيلوغرام من الأرشيف في عام 1889، تم اعتماد التعريف الدولي للكيلوغرام على أنه كتلة النموذج الأولي الدولي للكيلوغرام؛ سيظل هذا التعريف ساري المفعول حتى مايو 2019.
كما تم عمل نسخ من النموذج الأولي الدولي للكيلوجرام: ستة نسخ رسمية (حتى الآن)؛ العديد من معايير العمل المستخدمة، على وجه الخصوص، لتتبع التغييرات في كتلة النموذج الأولي والنسخ الرسمية؛ والمعايير الوطنية، والتي تمت معايرتها وفقًا لمعايير العمل. تم نقل نسختين من المعيار الدولي إلى روسيا، ويتم تخزينهما في معهد أبحاث المقاييس لعموم روسيا. مندليف.
خلال الفترة التي مرت منذ إنتاج المعيار الدولي، تمت مقارنتها عدة مرات بالنسخ الرسمية. أظهرت القياسات زيادة في كتلة النسخ مقارنة بالمعيار بمعدل 50 ميكروغرام لكل 100 عام. على الرغم من أن التغير المطلق في كتلة المعيار الدولي لا يمكن تحديده باستخدام طرق القياس الحالية، فإنه بالتأكيد يجب أن يحدث. لتقدير حجم التغير المطلق في كتلة النموذج الأولي الدولي للكيلوجرام، كان من الضروري بناء نماذج تأخذ في الاعتبار نتائج مقارنات كتل النموذج الأولي نفسه، ونسخه الرسمية ومعايير العمل (على الرغم من أنها عادة ما تكون كانت المعايير المشاركة في المقارنة عادةً ما يتم غسلها وتنظيفها مسبقًا، ولكن ليس دائمًا)، مما زاد من تعقيد الافتقار إلى الفهم الكامل لأسباب التغيرات الجماعية. وأدى ذلك إلى فهم ضرورة الابتعاد عن تحديد الكيلوغرام على أساس الأشياء المادية.
في عام 2011، اعتمد المؤتمر العام الرابع والعشرون للأوزان والمقاييس قرارًا يقترح أن تستمر المراجعة المستقبلية للنظام الدولي للوحدات (SI) في إعادة تعريف الوحدات الأساسية بحيث لا تعتمد على مصنوعات من صنع الإنسان، بل على الثوابت الفيزيائية الأساسية أو خصائص الذرات . على وجه الخصوص، تم اقتراح أن "الكيلوجرام سيظل وحدة للكتلة، ولكن سيتم تحديد قيمته عن طريق تثبيت القيمة العددية لثابت بلانك التي تساوي تمامًا 6.626 06X⋅10 −34 عند التعبير عنها بوحدة النظام الدولي m 2 كجم s −1، وهو ما يساوي J With". يشير القرار إلى أنه مباشرة بعد إعادة التعريف المقترحة للكيلوجرام، ستكون كتلة النموذج الدولي الخاص بها مساوية لـ 1 كجم، ولكن هذه القيمة ستكتسب خطأ وسيتم تحديدها لاحقًا تجريبيًا. أصبح هذا التعريف للكيلوجرام ممكنًا بفضل تقدم الفيزياء في القرن العشرين.
في عام 2014، تم إجراء مقارنة غير عادية لكتلة النموذج الأولي الدولي للكيلوجرام ونسخه الرسمية ومعايير عمله؛ نتائج هذه المقارنة هي الأساس للقيم الموصى بها للثوابت الأساسية لـ CODATA لعامي 2014 و2017، والتي يرتكز عليها التعريف الجديد للكيلوجرام بدوره.
وسيدخل القرار حيز التنفيذ في اليوم العالمي للمترولوجيا في 20 مايو 2019.
ومن المثير للاهتمام أن كتلة 1 متر مكعب من الماء المقطر عند درجة حرارة 4 درجات مئوية وضغط جوي، تساوي 1000 كيلوجرام بالضبط في التعريف التاريخي لعام 1799، ووفقًا للتعريف الحديث تبلغ حوالي 1000.0 كيلوجرام.
مضاعفات ومضاعفات فرعية
لأسباب تاريخية، يحتوي الاسم "كيلوجرام" بالفعل على البادئة العشرية "كيلو"، لذلك يتم تشكيل المضاعفات والمضاعفات الفرعية عن طريق ربط بادئات SI القياسية باسم أو تسمية وحدة القياس "جرام" (والتي في نظام SI هي نفسها مضاعف: 1 جم = 10 - 3 كجم).
أقدم وحدة قياس مادية اليوم هي معيار الكتلة. لم يتغير التعريف الدولي للكيلوغرام المثالي منذ عام 1875. تم تعريف الكيلوجرام على أنه وزن ديسيمتر مكعب واحد من الماء عند أعلى كثافته عند درجة حرارة 4 درجات. في روسيا، يتم الاحتفاظ بنسخة من الكيلوغرام المثالي في معهد أبحاث المقاييس في سانت بطرسبرغ الذي سمي باسمه. دي مينديليفا.
تم تخليد ديسيمتر مكعب من مياه نهر السين الباريسي في نموذج أولي من البلاتين والإيريديوم. البلاتين النقي لا يتأكسد وله كثافة وصلابة أكبر. لكن البلاتين ليس معدنًا مثاليًا، فهو يتفاعل بحساسية شديدة مع التغيرات في درجات الحرارة. تم حل المشكلة بإضافة الإيريديوم. أصبحت نسبة 90% من البلاتين و10% من الإيريديوم المادة المثالية لتخزين الأوزان في القرن التاسع عشر. ومن الغريب أن هذا النموذج الأولي لا يزال بمثابة معيار الوزن العالمي. على الرغم من أن دقتها ليست عالية مثل المعايير الأخرى الأكثر حداثة. إذا تم إعادة إنتاج وحدة الوقت مع وجود خطأ في عدة وحدات من الرقم السادس عشر، فمثلا، كميات مثل الكهربائية، ونفس الكيلوغرام، ونفس الكميات الحرارية، فهذا يشبه الرقم التاسع والثامن. أي أن الفرق هو 6-7 أوامر، أي عشرات الملايين من المرات. الكيلوجرام هو المعيار الأكثر إشكالية في العالم. على الرغم من التخزين الدقيق، يتغير وزن الجرس الثقيل تدريجيًا.
على مدى المائة عام الماضية، بالنسبة للمعيار الدولي، النموذج الأولي الدولي، المخزن في باريس، تغير معيار الكيلوغرام الروسي إلى 30 ميكروغرام. يحدث التبخر والتآكل الميكانيكي من سطح المعدن؛ وتترسب ذرات الأكسجين والهيدروجين والمعادن الثقيلة على المعدن. وطالما أننا نستخدم هذا النموذج الأولي، فلا يمكن تجنب ذلك. ما هي عواقب الانحراف عن معيار الوزن 30 ميكروجرام؟ ما هو ميكروجرام واحد؟ جزء من ألف مليجرام أو جزء من مليون من الجرام؟ 500 ميكروجرام من التفاح العادي يساوي 1 ملليمتر مكعب.
نشر على المرجع.rf
وفي قطاع التجارة المنزلية، لن يلاحظ أحد مثل هذه التغييرات. شيء آخر هو الأدوية. فإذا حدث خطأ في تصنيع الدواء بمقدار مليجرام واحد فإن العواقب يمكن أن تكون مأساوية للغاية. يعمل العلماء في جميع أنحاء العالم على إنشاء معيار محدث للكتلة - كرة من السيليكون فائق النقاء. يحتوي السيليكون على شبكة بلورية مثالية. باستخدام مجاهر القوة، سيحدد علماء القياس العدد الدقيق للذرات الموجودة في كيلوغرام واحد من السيليكون.
معايير الوقت.
بالفعل، يواجه الأشخاص المعاصرون كل دقيقة تشغيل الأجهزة المترولوجية الأكثر تعقيدا، دون أن يعرفوا ذلك. على سبيل المثال، الاتصالات المتنقلة، الهاتف المحمول. . من تساءل يوما لماذا يعمل؟ لقد ضغطت على الزر - وهو يعمل. لكي تعمل الاتصالات المحمولة، يجب أن تكون هذه المحطات الخلوية، هذه الأبراج التي لا يزال الناس يرونها، متزامنة تمامًا مع بعضها البعض، أي مرتبطة زمنيًا. وهذا التوقيت لضمان عمل الاتصالات المتنقلة هو جزء من مليون من الثانية.
كان الناس يقاسون الوقت بدورات الأجرام السماوية حتى منتصف القرن العشرين. ولكن تبين أن هذه الطريقة بعيدة عن المثالية. الأرض تتباطأ ببطء في دورانها. علاوة على ذلك، فهي لا تدور بشكل متساوٍ تمامًا. وهذا يعني، تقريبًا، أحيانًا أسرع، وأحيانًا أبطأ. واجه علم القياس السؤال التالي: كيفية حساب وتخزين فترة زمنية دقيقة؟ وفي عام 1967، تم إنشاء معيار جديد.
هذا هو 9 مليارات 192 مليون 631 ألف 770 فترة من إشعاع ذرة السيزيوم 133 في الحالة الأرضية. عندما يتم حساب العديد من فترات الإشعاع، فهذه ثانية واحدة. وهناك أجهزة، أجهزة محددة، ومنشآت مادية تنفذ ذلك. لماذا السيزيوم؟ وهو الأكثر حساسية للمؤثرات الخارجية. في روسيا، يتم تخزين المعيار الرئيسي للوقت في معهد أبحاث موسكو للقياسات الفيزيائية والتقنية والهندسة الراديوية. هناك مجموعة معقدة للغاية من الأجهزة - حراس التردد والمقاييس الزمنية - المسؤولة عن تحديد الوقت الدقيق. يعد معيار التوقيت الروسي أحد أفضل المعايير العالمية. ولا يزيد خطأها النسبي عن ثانية واحدة خلال نصف مليون سنة.
فقط اختراع معايير توقيت الساعة الذرية هو الذي جعل من الممكن إنشاء أنظمة الملاحة الأكثر تعقيدًا: GPS وGlonass. لكي تكون الحركة على الطريق مريحة، يجب أن يحدد النظام موضع السيارة على مسافة متر واحد. متر القمر الصناعي هو 3 مليار من الثانية. يتم تحديث المعلومات المتعلقة بحركة السيارة بهذه السرعة المذهلة. وباستخدام إشارات الأقمار الصناعية، يتبادل علماء القياس حول العالم البيانات في الوقت المحدد. تسجل المنشآت الفرق في قراءات ساعات المختبرات والقمر الصناعي. بعد ذلك، تتم مقارنة البيانات من جميع المختبرات باستخدام برنامج خاص. والنتيجة هي مزامنة التوقيت الذري الدولي. وينقل مجمع الأقمار الصناعية الواقع بالقرب من موسكو البيانات إلى الفضاء بخطأ قدره نانو ثانية واحدة فقط، أي جزء من مليار من الثانية العادية.
"""""""""""""""""""""""""" وبغض النظر عن مدى غموض موقف هؤلاء المتخصصين، فإن الساعات الذرية في معهد قياسات الهندسة الراديوية، والتي تفحص الدولة بأكملها أيديهم من خلالها، لا تبدو رائعة. على الرغم من أنها تعمل هنا في ثواني النانو والبيكو، إلا أن الشخص لا يستطيع أن يشعر بهذه الدقة.
"عندما يتحدثون عن الوقت المحدد، في معظم الأحيان، على المستوى اليومي، يسمع الناس إشارات الإرسال للتحقق من الوقت على الراديو، "باي، باي، باي،" هذا هو الوقت المحدد. في الواقع، هذه المرة من برج الجرس لدينا ليست دقيقة للغاية، ودقة متواضعة للغاية. النطاق الزمني الوطني هو الذي نقوم بإنشائه هنا. يبلغ الخطأ في اليوم ما يقرب من بضع مئات من المليارات من الثانية يوميًا. وتستغرق الساعة الذرية ملايين السنين لتتحرك للأمام أو تتأخر بثانية واحدة. المستهلكون الرئيسيون للوقت المرجعي هم الاتصالات الخلوية والملاحة.
"تستخدم أنظمة الملاحة الراديوية الحديثة إشارات كهرومغناطيسية تنتقل بسرعة الضوء." في جزء من مليار من الثانية، ينتقل الضوء مسافة 30 سنتيمترًا. إذا أردنا استخدام GLONASS لتحديد موقعنا بدقة العداد، فهذا يعني أن النظام بأكمله يجب أن يعمل مع وجود خطأ يتراوح بين واحد إلى اثنين من المليارات من الثانية. GPS، GLONASS - نظام من الأقمار الصناعية مصمم لتحديد الإحداثيات الجغرافية والوقت المحدد بدقة. GPS، والمعروف أيضًا باسم NAVSTAR، هو كوكبة أمريكية من الأقمار الصناعية، وGLONASS روسي.
الوقت الذري قديم قدم رواد الفضاء. نصف قرن. أدى التطور السريع في فيزياء الكم إلى ظهور أول ساعة ذرية في منتصف القرن العشرين، وقررت اللجنة الدولية للأوزان والمقاييس التحول إلى المعيار الذري. معيار الوقت الحديث هو مرجع تردد السيزيوم. الجهاز خلف الزجاج، لا يمكنك دخول الغرفة، لأن... يحتوي الجهاز على "ظروف الاحتباس الحراري"، وهي مصممة خصيصًا بحيث لا يتداخل العالم الخارجي مع العمل. وإذا تحدثنا عن الدقة، فهذا جزء من عشرة ملايين من مليار من الثانية. من الصعب نطقها وفهمها. يبدو أن ما الذي يجب أن يكون أكثر دقة في الطبيعة؟ اتضح أنه ربما نجوم نيوترونية. النجوم النابضة أو النجوم النيوترونية هي ما تتحول إليه النجوم بعد موتها. Οʜᴎ تنفجر وتدور بسرعة. تظهر كرة ذات غلاف حديدي وقوة جذب هائلة، تنبعث منها موجات بشكل دوري صارم. "المجال الكهربائي يسحب الإلكترونات مباشرة من سطح النجم، وهي حديد، فهي تطير وتتسارع، وفي اتجاه حركتها تصدر موجات مختلفة". تم اكتشاف النجوم النابضة من قبل علماء الفلك الإنجليز في عام 1967. وكانت المعلومات سرية لفترة طويلة. لقد اعتقدوا أنها كانت إشارة من حضارات خارج كوكب الأرض. ففي نهاية المطاف، لا يمكن للأجسام الطبيعية أن تنتج إشارات راديوية بهذا التردد. حتى أنهم جلبوا خبراء التشفير. ومع ذلك، لم يتم تأكيد الفرضية حول الأصل الاصطناعي لتفشي المرض. يقول ميخائيل بوبوف: "إذا أردنا الاتصال بشخص ما، فيمكننا تقديم إشارات الاتصال، فهي لا تحمل أي معلومات، نبضات لا ينبغي تشكيلها في الحياة. حتى تم اكتشاف النجوم النابضة، كانوا يعتقدون ذلك. فكرة استخدام النجوم النابضة لمزامنة الساعات الأرضية اقترحها العلماء الروس. دقة النبضات النجمية تتجاوز المعيار الذري بعدة أوامر من حيث الحجم. اتضح أن الكون سيجيب قريبًا على السؤال: "ما هو الوقت؟"
مرجع- هو مقياس أو جهاز قياس يستخدم لإعادة إنتاج وتخزين ونقل الوحدات بأي كمية. يُطلق على المعيار المعتمد كمعيار مرجعي للبلد اسم معيار الدولة.
خلفية تاريخية موجزة
يحتاج الشخص إلى وصف الواقع من حوله، وبطريقة يفهمه الآخرون. ولهذا السبب أنشأت جميع الحضارات أنظمة القياس الخاصة بها.
نشأ نظام القياس الحديث في القرن الثامن عشر في فرنسا. عندها اقترحت لجنة من العلماء المشهورين نظام القياس المتري العشري الخاص بهم. في البداية، تضمن النظام المتري المتر، المتر المربع، المتر المكعب والكيلوجرام (كتلة 1 ديسيمتر مكعب من الماء عند 4 درجات مئوية)، السعة - لتر، أي 1 متر مكعب. ديسيمتر، مساحة الأرض - هي (100 متر مربع) والطن (1000 كيلوجرام).
وفي عام 1875، تم التوقيع على الاتفاقية المترية، والتي كان الغرض منها ضمان الوحدة الدولية للنظام المتري. وعلى أساس هذا النظام المتري، نشأت أنظمتهم ووحداتهم الخاصة، والتي لم ترتبط بشكل جيد مع بعضها البعض، لذلك في عام 1960 تم اعتماد النظام الدولي للوحدات SI (SI). يستخدم نظام SI عدة وحدات قياس أساسية: المتر، الكيلوجرام، الأمبير، الكلفن، الكانديلا، المول، بالإضافة إلى وحدات إضافية لقياس الزوايا - الراديان والاستيراديان.
معيار الكتلة
ولتقليل خطأ القياس إلى الحد الأدنى، قام العلماء بإنشاء مجمعات كبيرة ويصعب استخدامها. ومع ذلك، ظل معيار الكتلة دون تغيير - وهو وزن من البلاتين والإيريديوم تم تصنيعه في عام 1889. تم إنتاج ما مجموعه 42 معيارًا، ذهب اثنان منها إلى روسيا.
يتم تخزين معيار الكيلوجرام في سانت بطرسبرغ، في VNIIM الذي يحمل اسمه. د.م. مندليف (هو الذي بدأ اعتماد روسيا للنظام المتري الفرنسي). يقف المعيار على حامل كوارتز، تحت غطاءين زجاجيين (لمنع دخول الغبار)، داخل خزنة فولاذية. المقاييس المرجعية، والتي هي جزء من المعيار، تقف على أساس خاص. ويزن هذا الهيكل 700 طن وهو غير متصل بجدران المبنى حتى لا تشوه الاهتزازات القياسات.
يتم الحفاظ على درجة الحرارة والرطوبة عند مستوى ثابت، ويتم تنفيذ جميع العمليات باستخدام مناورات للقضاء على تأثير درجة حرارة الجسم وجزيئات الغبار العشوائية عند استخدام العمالة البشرية. لا يتجاوز خطأ معيار الكتلة الروسي 0.002 ملغ.
يظل جوهر عملية القياس كما هو ويتلخص في مقارنة كتلتين عند الوزن. تم اختراع موازين فائقة الحساسية، وتتزايد دقة الوزن، بفضل ظهور اكتشافات علمية جديدة، ولكن لا يزال معيار الكتلة مصدرًا للصداع لعلماء المقاييس في جميع أنحاء العالم.
الكيلوجرام لا يرتبط بأي حال من الأحوال بالثوابت الفيزيائية أو بأي من الظواهر الطبيعية. لذلك، فإن المعيار محمي بعناية أكبر من تفاحة العين - حرفيًا، لا يسمحون بسقوط ذرة من الغبار عليه، لأن ذرة الغبار هي بالفعل عدة أقسام على مقياس حساس.
لا يتم إخراج النموذج الأولي الدولي للمعيار من التخزين أكثر من مرة واحدة كل خمسة عشر عامًا، والنموذج الروسي - مرة واحدة كل خمس سنوات. يتم تنفيذ جميع الأعمال بمعايير ثانوية (فقط يمكن مقارنتها بالمعايير الرئيسية)؛ من المعيار الثانوي، يتم نقل قيمة الكتلة إلى معايير العمل، ومنها إلى مجموعات الأوزان القياسية.
تمر السنوات، ويصبح الكيلوغرام القياسي أرق أو أكثر بدانة. من المستحيل بشكل أساسي تحديد ما يحدث لها بالضبط - فتشابه جميع المعايير الجماعية يعد ضررًا هنا. ولذلك، فإن العديد من مختبرات القياس حول العالم تبحث بشكل مكثف عن طرق جديدة لإنشاء معيار الكيلوجرام وتحديده.
على سبيل المثال، هناك فكرة لربطها بالفولت والأوم، وهي وحدات قياس الكميات الكهربائية، ووزنها باستخدام وحدة قياسية للتيار - مقياس الأمبير. من الناحية النظرية، يمكن للمرء أن يتخيل معيار الكيلوجرام في شكل بلورة مثالية تحتوي على عدد معروف من ذرات عنصر كيميائي معين (بتعبير أدق، أحد نظائره). لكن طرق زراعة مثل هذه البلورات ليست معروفة بعد.
الوكالة الفيدرالية للتعليم
المؤسسة التعليمية الحكومية للتعليم المهني العالي
جامعة سيبيريا الفيدرالية
معهد البوليتكنيك
قسم هندسة الأجهزة والاتصالات
خلاصة
معيار الطول والوزن
مكتمل:
ش غرام. ص 54-2
إيه إي شاموفا
التحقق:
مدرس
كراسنويارسك 2007
معيار هي أداة قياس (مجموعة أدوات قياس) مصممة لإعادة إنتاج وحدة الكمية وتخزينها ونقل حجمها إلى أدوات قياس أخرى أقل دقة.
يتم تخزين المعايير الدولية في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس، الواقع في سيفر، إحدى ضواحي باريس. وفقًا للاتفاقيات الدولية، يتم بمساعدتهم إجراء مقارنات دورية للمعايير الوطنية لمختلف البلدان، بما في ذلك المقارنات المتبادلة للمعايير الوطنية. على سبيل المثال، تتم مقارنة معايير المتر والكيلوغرام الوطنية مرة واحدة كل 20-25 سنة، ومعايير الفولت والأوم - مرة واحدة كل ثلاث سنوات.
وحدة الطول القياسية
في عام 1971، اعتمدت الجمعية الوطنية الفرنسية طول عشرة ملايين من ربع قوس خط الطول الباريسي كوحدة للطول، وهي المتر. في ذلك الوقت في فرنسا، تم استخدام التويز كوحدة للطول. وتبين أن النسبة بين المتر والتوز متساوية 1 م = 0.513074 تويز.
لكن بالفعل في عام 1837، أثبت العلماء الفرنسيون أن ربع خط الطول لا يحتوي على 10 ملايين، بل 10 ملايين 856 م. في نفس الفترة الزمنية تقريبًا، أصبح من الواضح أن شكل وحجم الأرض يتغيران بمرور الوقت. لذلك، في عام 1872، بمبادرة من أكاديمية سانت بطرسبرغ للعلوم، تم إنشاء لجنة دولية، والتي قررت عدم إنشاء معايير متر محدثة، ولكن قبول متر أرشيف فرنسا كوحدة أولية للطول.
في عام 1889، تم إنتاج معايير 31 مترًا على شكل قضيب من البلاتين والإيريديوم ذو مقطع عرضي على شكل X، والذي، على النحو التالي من الاعتبار أرز. 1يناسب المربع.
يبلغ طول المسطرة 102 سم، ويتم تطبيق ثلاث ضربات على كل طرف منها على مسافة 0.5 مم من بعضها البعض. وبالتالي فإن المسافة بين السكتات الدماغية الوسطى هي 1 متر.
الخطأ في عدادات خط البلاتين والإيريديوم هو.بالفعل في بداية القرن العشرين. وتبين أن هذا الخطأ كبير جدًا، ولا يلبي متطلبات قياسات الطول.
في عام 1960، اعتمد المؤتمر العام الحادي عشر للأوزان والمقاييس تعريفًا جديدًا للمتر: المتر هو طول يساوي 1650763,73
الطول الموجي في فراغ الإشعاع الموافق للانتقال بين المستويات 
و 
ذرة الكريبتون-86.
يتكون معيار مقياس الكريبتون من مصباح تفريغ غاز مملوء بالكريبتون -86 يوضع في دورق ديوار يحتوي على النيتروجين السائل ( أرز. 2). عندما يتم تطبيق جهد كهربائي +1500 في المصباح، يتشكل وهج من ذرات الكريبتون -86 المثارة. يحتوي الأنبوب الشعري الذي يحدث فيه التوهج (بقطر داخلي يبلغ حوالي 3 مم) على خرج بصري لمقارن كهروضوئي للتداخل التلقائي. باستخدام مقارنة التداخل، يتم تحديد المسافة بين الخطوط، مما يجعل من الممكن العثور على عدد الأطوال الموجية التي تتناسب بين الخطوط الوسطى للمسطرة ( أرز. 1). في الواقع، لا يتم تحديد العدد الكامل للأطوال الموجية التي "تناسب" المتر، ولكن يتم تقدير الفرق بين الطول المقاس والطول المرجعي الناتج عن مصباح تفريغ الغاز. يتم قياس الطول الموجي وخصائص الطاقة للتوهج باستخدام مقاييس التداخل الطيفي.
الخطأ في إعادة إنتاج العداد المقدر بالانحراف المعياري لنتيجة القياس باستخدام هذا المعيار انخفض بشكل ملحوظ مقارنة بخطأ النموذج الأولي من البلاتين والإيريديوم للعداد وبلغ 
.
معيار العداد الجديد.
أصبحت زيادة دقة معيار الطول ممكنة مع إمكانية توسيع قياسات التردد المطلق (في طيف الترددات الراديوية للذبذبات) إلى المدى البصري وتطوير أجهزة ليزر عالية الثبات، مما جعل من الممكن توضيح قيمة سرعة ضوء. في عام 1983، اعتمد المؤتمر العام السابع عشر للأوزان والمقاييس تعريفًا جديدًا للمتر: "المتر هو طول المسار الذي يقطعه الضوء في الفراغ في 1/299,792,458 من الثانية (بالضبط)." يختلف هذا التعريف للمقياس بشكل أساسي عن تعريف عام 1960: لم يكن مقياس "الكريبتون" مرتبطًا بشكل مباشر بالوقت، ويعتمد المقياس الجديد على الوحدة القياسية للوقت - الثانية والقيمة المعروفة لسرعة الضوء.
لسنوات عديدة قادمة، ستستخدم علم القياس والتكنولوجيا قيمة سرعة الضوء التي حددها المؤتمر العام السابع عشر للأوزان والمقاييس.
حاليًا، لضمان درجة عالية من استقرار المعلمة الأكثر أهمية لإشعاع الليزر - التردد، يتم استخدام ليزر الهيليوم النيون على نطاق واسع عند الطول الموجي للإشعاع 
ميكرومتر (منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف) و 
ميكرومتر (المنطقة المرئية من الطيف)، استقرت على التوالي عن طريق الامتصاص المشبع في الميثان ( ليس ني / CH 4
) واليود الجزيئي ( ليس ني / أنا 2
).
الليزر على أساس ( ليس ني / CH 4 ) من حيث استنساخ التردد، فهي قريبة من معيار السيزيوم، وهو أساس معيار الوقت والتردد. تعمل في النطاق المرئي من الطيف ليس ني / أنا 2 يتيح الليزر إمكانية تحقيق تعريف جديد للمقياس من خلال سرعة انتشار الضوء في الفراغ. إن وجود الإشعاع عند طولين موجيين (ميكرومتر وميكرومتر) يجعل من الممكن ضمان دقة عالية للقياسات باستخدام مقياس التداخل. والثاني يتم إنتاجه باستخدام معايير تردد السيزيوم في نطاق الموجات الميكروية للتذبذبات الكهرومغناطيسية، ويتم إنتاج المقياس الجديد في نطاق التردد البصري، أي بعدة أوامر من حيث الحجم أعلى من الترددات المستخدمة في معيار الوقت والتردد. وبالتالي، هناك حاجة إلى "جسر" لنقل التردد المرجعي لمعيار السيزيوم إلى الجزء البصري من النطاق.
كانت مجموعة المعدات الخاصة بـ "نقل" قياسات التردد في معيار زمني "التردد الراديوي" لقياس تردد الليزر عالي الاستقرار (في النطاق البصري) تسمى جسر التردد الراديوي البصري (ROFB). لقد أتاح ROFM الحصول على أعلى دقة في قياس سرعة الضوء في الفراغ واعتبارها ثابتًا فيزيائيًا أساسيًا، وكان الأساس لإنشاء معيار واحد للتردد - الزمن - الطول. يتضمن هذا المعيار معيارًا للوقت والتردد، ومعدات RFCM، بالإضافة إلى معيار جديد للعدادات، بما في ذلك ني-نيالليزر، مقياس التداخل مقارنة الطول الموجي ليس ني / CH 4
الليزر و ليس ني / أنا 2
الليزر، وهو مقياس تداخل يشكل مباشرة وحدة الطول - المتر. يحتوي هذا المعيار على خطأ في الاستنساخ في شكل انحراف معياري لنتيجة القياس بحوالي 
، لا يتجاوز المكون المنهجي 
أي أقل بثلاث مرات من الخطأ في إعادة إنتاج العداد باستخدام مقياس "الكريبتون".
الوحدة القياسية للكتلة.
تمت الموافقة على النموذج العالمي للكيلوجرام في المؤتمر العام الأول للأوزان والمقاييس عام 1889 كنموذج أولي لوحدة الكتلة، رغم أنه في ذلك الوقت لم يكن هناك تمييز واضح بين مفهومي الكتلة والوزن، وبالتالي معيار الكتلة كان يطلق عليه في كثير من الأحيان معيار الوزن.
يتضمن المعيار:
نسخة من النموذج العالمي للكيلو جرام (رقم 12) وهو عبارة عن وزن بلاتينيوم إيريديوم على شكل أسطوانة مستقيمة ذات أضلاع مستديرة يبلغ قطرها وارتفاعها 39 ملم. يتم تخزين النموذج الأولي للكيلوجرام في VNIIM الذي يحمل اسمه. D.I Mendeleev (سانت بطرسبرغ) على حامل كوارتز تحت غطاءين زجاجيين في خزنة فولاذية. يتم تخزين المواصفة القياسية مع الحفاظ على درجة حرارة الهواء ضمن (20±3) درجة مئوية والرطوبة النسبية 65%. ومن أجل الحفاظ على المعيار يتم مقارنة معيارين ثانويين به كل 10 سنوات. يتم استخدامها لنقل حجم الكيلوغرام بشكل أكبر.
موازين موشورية متساوية الأذرع لـ 1 كجم رقم 1 مع جهاز تحكم عن بعد (من أجل القضاء على تأثير المشغل على درجة الحرارة المحيطة)، من تصنيع شركة Ruprecht، وموازين حديثة متساوية الأذرع لـ 1 كجم رقم 2، مُصنعة في VNIIM . دي آي مندليف. يعمل المقياسان رقم 1 ورقم 2 على نقل حجم وحدة الكتلة من النموذج الأولي رقم 12 إلى المعايير الثانوية.
على أرز. 3يظهر معيار الكيلوجرام في شكله الحديث. على اليمين في الشكل، يظهر جهاز حماية زجاجي مزدوج الدائرة مع النموذج الأولي للكيلوغرام رقم 12.
الخطأ في إعادة إنتاج الكيلوجرام، معبرًا عنه بالانحراف المعياري لنتيجة القياس، هو 
.
لقد مر أكثر من 100 عام منذ إنشاء النماذج الأولية للكيلوجرام. خلال الفترة الماضية، تمت مقارنة المعايير الوطنية بشكل دوري مع المعايير الدولية. في طاولة 1تم عرض نتائج مقارنتين فقط (أجريتا أيضًا بعد عام 1954) لمعايير الكيلوجرام.
الجدول 1
معيار الكيلو جرام الجديد
تم اكتشاف مؤخرًا أن معيار الكيلو جرام في باريس ليس دقيقًا تمامًا. حل هذه المشكلة، أي. سيساعد البرنامج الذي يضم علماء من ثماني دول في إنشاء معيار جماعي جديد. أول 140 جرامًا من المادة الخاصة بالمعيار الجديد موجودة بالفعل. هذا هو السيليكون فائق النقاء، ويتكون من 99.99٪ من نظير السيليكون 28.
وفي غضون ثلاث سنوات سيكون هناك بالفعل 5 كجم من هذا السيليكون. وهذا يكفي لصنع كرة وزنها كيلوغرام واحد، وعدد ذرات السيليكون -28 التي سيتم معرفة عددها بدقة. ومن ثم سيتم استبدال الوزن القديم في غرفة الأوزان والمقاييس الباريسية بمعيار، ليس فقط الكتلة، ولكن أيضًا عدد الذرات التي سيتم تحديدها بأقصى دقة لعلم العالم اليوم.
لطالما حلم العلماء، وخاصة الفيزيائيون، بالحصول على معيار جديد ودقيق حقًا للكتلة. تم الانتهاء من بعض الأعمال، ولكن لا يزال هناك قدر كبير من العمل في المستقبل. الحقيقة هي أنهم في مجال الإلكترونيات الدقيقة تعلموا في الغالب إنتاج السيليكون النقي كيميائيًا. لكن السيليكون الطبيعي يتكون من ثلاثة نظائر ذات كتل ذرات مختلفة بشكل طبيعي - 28 (92٪)، 29 (5٪) و 30 (3٪) وحدة كربون. وبالنسبة لمعيار الكتلة، هناك حاجة إلى ذرات متطابقة فقط. فقط بعد الحصول على السيليكون النقي النظائري في روسيا، يمكنهم صنع كرة ناعمة مثالية في أستراليا. وبعد ذلك سيتم فحص الكرة لفترة طويلة وبعناية في ألمانيا وفرنسا. وهكذا، أصبح من الممكن لأول مرة توضيح إحدى الكميات الكيميائية الأساسية - رقم أفوجادرو.
يُعرّف الكيلوغرام على أنه كتلة الكيلوغرام القياسي الدولي الذي يحتفظ به المكتب الدولي للأوزان والمقاييس، وهو عبارة عن أسطوانة يبلغ قطرها وارتفاعها 39 ملم مصنوعة من سبيكة البلاتين والإيريديوم (90% بلاتين، 10% إيريديوم). . في البداية، في عام 1793، اقترح الكيميائي أنطوان لافوازييه وعالم البلورات رينيه جوست إيلي على اللجنة الفرنسية للأوزان والمقاييس استخدام الجرام كوحدة للكتلة - كتلة سنتيمتر مكعب واحد من الماء النقي عند نقطة انصهار الجليد. لسهولة الاستخدام العملي، أنتجت Lenoir المذكورة بالفعل وزنا نحاسيا قياسيا يزن 1000 جرام. منذ عام 1795، أصبحت الوحدة الجديدة للكتلة تسمى الكيلوجرام. وبعد أربع سنوات، تم قبول اقتراح الفيزيائي لويس لوفيفر جينيو بوزن الماء عند درجة حرارة كثافته القصوى (4 درجات مئوية). تم تصنيع معيار الكيلوغرام الجديد من البلاتين وتم إيداعه في أرشيف الجمهورية. كما تم عمل عدة نسخ منه لاستخدامها كعينات في صناعة الأوزان. ومع ذلك، أظهرت القياسات التي تم إجراؤها في القرن التاسع عشر أن كتلة 1 ديسيمتر مكعب من الماء أقل بمقدار 0.028 جم من كتلة المعيار الأرشيفي. ومن أجل منع أي تناقضات في المستقبل، قررت اللجنة الدولية لمعايير النظام المتري عام 1872 اعتماد كتلة النموذج الأولي، الكيلوجرام الأرشيفي، كوحدة للكتلة.
في عام 1880، تم إصدار المعيار الدولي للكيلوغرام من سبيكة تتكون من البلاتين والإيريديوم، وتم صنع أربع نسخ رسمية من أصل ستة نسخ رسمية من هذا المعيار في نفس الوقت.
يتم الآن تخزينها جميعًا تحت غطاءين زجاجيين مغلقين في خزانة تقع في الطابق السفلي من المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (BIPM) في سيفر بالقرب من باريس. في عام 1889، اعتمد المؤتمر العام الأول للأوزان والمقاييس تعريف الكيلوجرام على أنه يساوي الكتلة القياسية الدولية. هذا التعريف صالح في عصرنا للعلم - المكتب الدولي للأوزان والمقاييس BIPM (المكتب الفرنسي الدولي للأوزان والمقاييس، BIMP) هو منظمة دولية دائمة يقع مقرها الرئيسي في مدينة سيفر (إحدى ضواحي باريس). فرنسا). أنشئت عام 1875، مع توقيع اتفاقية العداد. وتتمثل المهمة الرئيسية للمكتب في ضمان وجود نظام قياس موحد في جميع البلدان المشاركة في هذه الاتفاقية. يقوم المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (BIPM) بتخزين المواصفات القياسية الدولية للوحدات الأساسية ويقوم بتنفيذ الأعمال المترولوجية الدولية المتعلقة بتطوير وتخزين المواصفات القياسية الدولية ومقارنة المواصفات القياسية الوطنية بالمعايير الدولية وفيما بينها.
يتم أيضًا تخزين نسخة من المعيار الدولي في الاتحاد الروسي، في معهد أبحاث عموم روسيا للمقاييس الذي سمي باسمه. مندليف. تتم مقارنة المعايير الوطنية بالمعايير الدولية مرة واحدة كل 10 سنوات تقريبًا. وتشير هذه المقارنات إلى أن المعايير الوطنية دقيقة إلى حوالي 2 ميكروغرام. وبما أنه يتم تخزينها في ظل نفس الظروف، فلا يوجد سبب للاعتقاد بأن المعيار الدولي أكثر دقة. لأسباب مختلفة، على مدى مائة عام، يفقد المعيار الدولي 0.00000003 جزء من كتلته. ومع ذلك، بحكم التعريف، فإن كتلة المعيار الدولي تساوي بالضبط كيلوغرامًا واحدًا. ولذلك فإن أي تغير في الكتلة الفعلية للمعيار يؤدي إلى تغير في قيمة الكيلوجرام. 
الكيلوجرام هو إحدى الكميات السبع الأساسية في النظام الدولي لوحدات النظام الدولي للوحدات (SI). أما الباقي - المتر والثاني والأمبير والكلفن والمول والكانديلا - فلا يرتبطان بوسائط مادية محددة. تم إلغاء معيار مقياس البلاتين والإيريديوم في عام 1960. المعيار "الميكانيكي" الوحيد المتبقي حاليًا هو الكيلوجرام. ولكن حتى كتلة المعيار الدولي الرئيسي تتغير بمرور الوقت - يُعتقد الآن أنها "فقدت وزنها" بمقدار 50 ميكروجرامًا بسبب النقل الدقيق للمادة إلى سطح الحامل أثناء التخزين، وكذلك إلى سطح الحامل. السيطرة التي يتم تحريكها أثناء المقارنة بالمعايير الوطنية.
كل هذا يمكن أن يشوه نتائج الحسابات العلمية فائقة الدقة، لذلك يفكر العلماء في ضرورة إعادة تعريف الكيلوغرام. في عام 1975، اقترح الدكتور بريان كيبل من المختبر الفيزيائي الوطني في المملكة المتحدة (NPL) فكرة ما يسمى بموازين الواط. يسمح هذا الجهاز بالربط بين وحدات الطاقة الكهربائية والميكانيكية. "هذا الارتباط هو أساس علم القياس"، يوضح الباحث الرائد في معهد أبحاث عموم روسيا للمقاييس. D. I. Mendeleev إدموند الفرنسية. - يتكون الميزان من ملفين يتفاعلان مع بعضهما البعض عند مرور تيار كهربائي. على عكس الموازين الحالية، يتم استخدام معايرة إضافية هنا عندما يتحرك الملف بسرعة معروفة في مجال مغناطيسي مرجعي. نتيجة لهذا، من الممكن تقليل الخطأ بشكل كبير في قياس قوة التفاعل بسبب هندسة الملف. ومن ثم، فمن الممكن التعبير عن الكيلوجرام بدلالة الوحدات الكهربائية المقاسة على أساس التأثيرات الكمومية، أي من خلال الثوابت الأساسية - وهذا سيسمح لنا بالتخلص من المعيار "الميكانيكي". حتى الآن، تم تنفيذ مقاييس الواط العاملة في الولايات المتحدة الأمريكية في NIST وNPL، ولكن في الوقت الحالي أصغر خطأ في قياساتها هو 3.6 × 10 –8، وهو أسوأ مرتين على الأقل مما هو مطلوب للمعيار. "
هناك طريقة أخرى لإعادة تعريف الكيلوجرام تم اقتراحها من قبل مجموعة من العلماء من ألمانيا وأستراليا وإيطاليا واليابان، بقيادة باحثين من المعهد الفيزيائي التقني في ألمانيا. إنهم يعتزمون استخدام "طريقة أفوجادرو"، أي تعريف الكيلوجرام على أنه العدد النوني من الذرات. يقول إدموند فرينش: "إن الصعوبات الرئيسية في هذه الطريقة هي أنك تحتاج إلى بناء شبكة بلورية مثالية، دون عيب واحد، وعلاوة على ذلك، من نظير واحد - السيليكون 28". الخطأ النسبي لهذه الطريقة لا يزال مرتفعًا جدًا - 3.1×10 –7. بالمناسبة، كان هناك اتجاه آخر تم تطويره هنا في VNIIM وفي اليابان - طريقة رفع كتلة فائقة التوصيل، والتي توفر دقة تصل إلى 4 × 10 –6. ولكن لأسباب مختلفة، لم تكتمل الدراسات في أي من البلدان”.
لذلك يظل الكيلوجرام المعيار الميكانيكي البحت الأخير في الوقت الحالي.
لمعلوماتك، الخطأ المطلق المسموح به لوزن 1 كيلو جرام مستخدم على نطاق واسع هو 0.5 جرام.
بناء على مواد من المواقع: www.omedb.ru؛ www.russianamerica.com؛ wikipedia.org.