Đơn vị đo lường vật chất lâu đời nhất hiện nay là chuẩn khối lượng. Định nghĩa quốc tế về kilôgam lý tưởng không thay đổi kể từ năm 1875. Một kilôgam được định nghĩa là trọng lượng của một decimet khối nước ở mật độ cao nhất, ở nhiệt độ 4 độ. Ở Nga, một bản sao của kilôgam lý tưởng được lưu giữ tại Viện Nghiên cứu Đo lường St. Petersburg mang tên. D.I. Mendeleeva.
Một decimet khối nước từ sông Seine ở Paris đã được lưu giữ trong nguyên mẫu bạch kim-iridium. Bạch kim nguyên chất không bị oxy hóa và có mật độ cao hơn và độ cứng. Nhưng bạch kim không phải là kim loại lý tưởng; nó phản ứng quá nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ. Vấn đề đã được giải quyết bằng cách thêm iridium. 90% bạch kim và 10% iridium đã trở thành vật liệu hoàn hảo để lưu trữ quả cân vào thế kỷ 19. Điều kỳ lạ là nguyên mẫu này vẫn đóng vai trò là tiêu chuẩn về trọng lượng phổ quát. Mặc dù độ chính xác của nó không cao bằng các tiêu chuẩn hiện đại khác. Nếu đơn vị thời gian được sao chép với sai số vài đơn vị của chữ số thứ 16, thì chẳng hạn như các đại lượng như điện, cùng kilôgam, cùng đại lượng nhiệt, thì đây giống như chữ số thứ chín, thứ tám. Tức là, sự khác biệt là 6-7 bậc độ lớn, tức là hàng chục triệu lần. Kilôgam là tiêu chuẩn có vấn đề nhất trên thế giới. Dù được bảo quản cẩn thận nhưng trọng lượng của chiếc chuông ấm hạng nặng vẫn dần thay đổi.
Trong hơn 100 năm qua, so với tiêu chuẩn quốc tế, nguyên mẫu quốc tế được lưu trữ ở Paris, tiêu chuẩn kilôgam của Nga đã thay đổi thành 30 microgam. Sự bay hơi và mài mòn cơ học xảy ra trên bề mặt kim loại; kim loại nặng. Chỉ cần chúng ta sử dụng nguyên mẫu này thì điều này là không thể tránh khỏi. Hậu quả của việc sai lệch so với tiêu chuẩn trọng lượng 30 microgam là gì? Một microgam là gì? Một phần nghìn miligam hay một phần triệu gam? 500 microgam táo thông thường là 1 milimét khối.
Đăng trên ref.rf
Trong lĩnh vực buôn bán hộ gia đình, sẽ không ai nhận thấy những thay đổi như vậy. Một điều nữa là dược phẩm. Nếu có sai sót trong quá trình sản xuất thuốc dù chỉ một miligam thì hậu quả có thể rất bi thảm. Các nhà khoa học trên khắp thế giới đang nỗ lực tạo ra một tiêu chuẩn khối lượng cập nhật - một quả bóng silicon siêu tinh khiết. Silicon có một lý tưởng mạng tinh thể. Sử dụng kính hiển vi lực, các nhà đo lường học sẽ xác định chính xác số lượng nguyên tử có trong một kg silicon.
Tiêu chuẩn thời gian.
Bây giờ rồi người đàn ông hiện đại Mỗi phút anh đều gặp phải hoạt động của các thiết bị đo lường phức tạp nhất mà không hề hay biết. Ví dụ: thông tin di động, điện thoại di động. . Ai đã từng thắc mắc tại sao nó hoạt động? Tôi nhấn nút - nó hoạt động. Để thông tin di động có thể hoạt động, những trạm di động này, những tòa tháp mà mọi người vẫn nhìn thấy, phải được đồng bộ hóa chặt chẽ với nhau, tức là phải được liên kết về mặt thời gian. Và thời điểm này để đảm bảo chức năng của thông tin di động được tính bằng phần triệu giây.
Người ta đo thời gian bằng vòng tuần hoàn thiên thể cho đến giữa thế kỷ 20. Nhưng phương pháp này hóa ra lại không lý tưởng. Trái Đất đang dần quay chậm lại. Hơn nữa, nó không xoay khá đều. Tức là, nói một cách đại khái, có khi nhanh hơn, có khi chậm hơn. Đo lường phải đối mặt với câu hỏi: làm thế nào để tính toán và lưu trữ một khoảng thời gian chính xác? Năm 1967, một tiêu chuẩn mới được tạo ra.
Đây là 9 tỷ 192 triệu 631 nghìn 770 chu kỳ bức xạ của nguyên tử Caesium 133 ở trạng thái cơ bản. Khi đếm nhiều chu kỳ bức xạ như vậy thì đây là một giây. Và có những thiết bị, những thiết bị cụ thể, cài đặt vật lý ai thực hiện việc này. Tại sao lại là xêzi? Anh ấy là người vô cảm nhất ảnh hưởng bên ngoài. Ở Nga, tiêu chuẩn chính về thời gian được lưu trữ tại Viện nghiên cứu đo lường vật lý, kỹ thuật và kỹ thuật vô tuyến Moscow. Một bộ thiết bị rất phức tạp - bộ lưu giữ cả thang tần số và thời gian - chịu trách nhiệm xác định thời gian chính xác. Tiêu chuẩn thời gian của Nga là một trong những tiêu chuẩn tốt nhất thế giới. Của anh ấy lỗi tương đối không quá 1 giây trong nửa triệu năm.
Chỉ có việc phát minh ra các tiêu chuẩn thời gian của đồng hồ nguyên tử mới có thể tạo ra hệ thống rất phức tạp dẫn đường: GPS và Glonass. Để việc di chuyển trên đường được thuận tiện, hệ thống phải xác định vị trí của ô tô trong phạm vi một mét. Một mét đối với vệ tinh là 3 phần tỷ giây. Thông tin về chuyển động của phương tiện đang được cập nhật với tốc độ đáng kinh ngạc. Sử dụng tín hiệu vệ tinh, các nhà đo lường trên khắp thế giới trao đổi dữ liệu về thời gian chính xác. Việc lắp đặt ghi lại sự khác biệt trong chỉ số đồng hồ của phòng thí nghiệm và vệ tinh. Tiếp theo, dữ liệu từ tất cả các phòng thí nghiệm được so sánh chương trình đặc biệt. Kết quả là một quốc tế đồng bộ thời gian nguyên tử. Tổ hợp vệ tinh nằm gần Moscow truyền dữ liệu vào không gian với sai số chỉ một nano giây, tức là một phần tỷ giây bình thường.
``Người lưu giữ thời gian``. Cho dù vị trí của các chuyên gia này có vẻ bí ẩn đến mức nào, đồng hồ nguyên tử tại Viện Đo lường Kỹ thuật Vô tuyến, nơi cả nước so sánh các bàn tay, trông không có gì tuyệt vời. Mặc dù chúng hoạt động ở đây trong nano và pico giây, nhưng một người không thể cảm nhận được độ chính xác như vậy.
ʼʼKhi họ nói về thời gian chính xác, thì phần lớn, ở mức độ hàng ngày, mọi người nghe thấy tín hiệu truyền đi để kiểm tra thời gian trên radio, ʼʼpi, pi, piʼʼ, chính là nó thời gian chính xác. Trên thực tế, lần này từ tháp chuông của chúng tôi không chính xác lắm, độ chính xác rất khiêm tốn. Thang thời gian quốc gia là thang đo chúng tôi đang tạo ở đây. Sai số mỗi ngày xấp xỉ vài phần trăm tỷ giây mỗi ngày. Phải mất hàng triệu năm để đồng hồ nguyên tử tiến lên hoặc tụt lại phía sau một giây. Người tiêu dùng chính của thời gian tham chiếu là thông tin di động và điều hướng.
ʼʼ Hệ thống hiện đạiĐiều hướng vô tuyến sử dụng tín hiệu điện từ truyền đi với tốc độ ánh sáng. Trong một phần tỷ giây, ánh sáng đi được 30 cm. Nếu chúng ta muốn sử dụng GLONASS để xác định vị trí của mình với độ chính xác cao, điều này có nghĩa là toàn bộ hệ thống phải hoạt động với sai số từ một đến hai phần tỷ giây. GPS, GLONASS - hệ thống vệ tinh được thiết kế để xác định chính xác tọa độ địa lý và thời gian chính xác. GPS, hay còn gọi là NAVSTAR, là một chòm sao vệ tinh của Mỹ, GLONASS là của Nga.
Thời gian nguyên tử cũng lâu đời như du hành vũ trụ. Nửa thế kỷ. Phát triển nhanh chóng vật lý lượng tử dẫn đến sự xuất hiện của đồng hồ nguyên tử đầu tiên vào giữa thế kỷ 20, và Ủy ban Quốc tế về Trọng lượng và Đo lường đã quyết định chuyển sang tiêu chuẩn nguyên tử. Chuẩn thời gian hiện đại là tần số tham chiếu caesium. Thiết bị ở phía sau kính, bạn không thể vào phòng, vì... Thiết bị này có “điều kiện nhà kính”, chúng được tạo ra đặc biệt để thế giới bên ngoài không can thiệp vào công việc. Và nếu chúng ta nói về độ chính xác, thì đây là một phần mười triệu của một phần tỷ giây. Thật khó để phát âm và hiểu. Có vẻ như những gì khác trong tự nhiên nên chính xác hơn? Hóa ra, có thể là sao neutron. Pulsar hoặc sao neutron- đây là những gì các ngôi sao biến thành sau khi chết. Οʜᴎ nổ tung, quay nhanh. Một quả bóng xuất hiện với vỏ sắt và có lực hút rất lớn, phát ra các sóng có chu kỳ chặt chẽ. “Điện trường hút các electron ngay từ bề mặt của ngôi sao và đó là sắt, chúng bay, tăng tốc và phát ra theo hướng chuyển động của chúng. sóng khác nhauʼʼ. Pulsar được các nhà thiên văn học người Anh phát hiện vào năm 1967. Thông tin đó đã được giữ bí mật trong một thời gian dài. Nghĩ rằng đó là một tín hiệu nền văn minh ngoài trái đất. Rốt cuộc, họ không thể vật thể tự nhiên cung cấp tín hiệu vô tuyến với tần số như vậy. Họ thậm chí còn mang theo các nhà mật mã. Tuy nhiên, giả thuyết về nguồn gốc nhân tạo của các đợt bùng phát vẫn chưa được xác nhận. Mikhail Popov nói: “Nếu chúng tôi muốn liên lạc với ai đó, chúng tôi có thể gửi các dấu hiệu cuộc gọi, chúng không mang bất kỳ thông tin, xung lực nào không nên hình thành trong cuộc sống. Cho đến khi pulsar được phát hiện, họ đã nghĩ như vậy. Ý tưởng sử dụng xung để đồng bộ hóa đồng hồ trái đất được các nhà khoa học Nga đề xuất. Độ chính xác của các xung sao vượt quá tiêu chuẩn nguyên tử vài bậc độ lớn. Hóa ra Vũ trụ sẽ sớm trả lời câu hỏi: "Mấy giờ rồi?"
Không có cái gọi là quá chính xác. Đó là lý do tại sao một hệ thống đo lường quốc tế đã ra đời và tồn tại trên khắp thế giới, được thể hiện bằng các tiêu chuẩn của mọi quốc gia. được con người biết đến số đo. Và chỉ có tiêu chuẩn kilôgam là nổi bật trong dòng đơn vị đo lường. Rốt cuộc, anh ấy là người duy nhất có nguyên mẫu vật lý thực sự tồn tại. Kilôgam tiêu chuẩn quốc tế nặng bao nhiêu và lưu trữ ở quốc gia nào, chúng tôi sẽ giải đáp trong bài viết này.
Tại sao cần có tiêu chuẩn?
Ví dụ, một kg cam có nặng như nhau ở Châu Phi và ở Nga không? Câu trả lời là có, gần như vậy. Và tất cả là nhờ hệ thống quốc tế xác định các tiêu chuẩn của kilôgam, mét, giây và các thông số vật lý tiêu chuẩn khác. Tiêu chuẩn đo lường là cần thiết cho nhân loại để đảm bảo hoạt động kinh tế(thương mại) và xây dựng (thống nhất các bản vẽ), công nghiệp (thống nhất các hợp kim) và văn hóa (thống nhất các khoảng thời gian) và nhiều lĩnh vực hoạt động khác. Và nếu iPhone của bạn bị hỏng trong thời gian sắp tới, rất có thể điều này xảy ra do sự thay đổi trọng lượng của tiêu chuẩn khối lượng quan trọng nhất.
Lịch sử của tiêu chuẩn
Mỗi nền văn minh đều có những tiêu chuẩn và tiêu chuẩn riêng, thay thế nhau qua nhiều thế kỷ. TRONG Ai Cập cổ đại khối lượng của vật thể được đo bằng kantar hoặc kikkars. TRONG Hy Lạp cổ đạiđây là những tài năng và drachmas. Và ở Nga, khối lượng hàng hóa được đo bằng pound hoặc cuộn. Đồng thời, những người có hoàn cảnh kinh tế và hệ thống chính trị như thể họ đã đồng ý rằng đơn vị đo khối lượng, chiều dài hoặc thông số khác sẽ có thể so sánh được với một đơn vị hợp đồng duy nhất. Điều thú vị là, ngay cả một pound vào thời cổ đại cũng có thể khác nhau tới một phần ba giữa các thương nhân. các quốc gia khác nhau.
Vật lý và tiêu chuẩn
Các thỏa thuận, thường bằng lời nói và có điều kiện, có hiệu quả cho đến khi một người tiếp nhận khoa học một cách nghiêm túc và kỹ thuật. Với sự hiểu biết về các định luật vật lý, hóa học, sự phát triển của công nghiệp, việc tạo ra nồi hơi và sự phát triển thương mại quốc tế cần phải chính xác hơn tiêu chuẩn chung. Công tác chuẩn bịđã lâu và vất vả. Các nhà vật lý, toán học và hóa học trên khắp thế giới đã làm việc để tìm ra một tiêu chuẩn phổ quát. Và trước hết - tiêu chuẩn quốc tế của kilôgam, bởi vì chính từ điều này mà những người khác bắt đầu thông số vật lý(Ampe, Vôn, Watt).
Công ước số liệu
Một sự kiện quan trọng đã diễn ra ở ngoại ô Paris vào năm 1875. Sau đó, lần đầu tiên, 17 quốc gia (trong đó có Nga) đã ký công ước về số liệu. Cái này điều ước quốc tế, đảm bảo tính thống nhất của tiêu chuẩn. Ngày nay, 55 quốc gia đã tham gia với tư cách là thành viên chính thức và 41 quốc gia là thành viên liên kết. Đồng thời, Văn phòng Cân đo Quốc tế và Ủy ban Cân nặng và Đo lường Quốc tế được thành lập, nhiệm vụ chính giám sát sự thống nhất của tiêu chuẩn hóa trên toàn thế giới.
Tiêu chuẩn của quy ước số liệu đầu tiên
Tiêu chuẩn của máy đo là một thước làm bằng hợp kim bạch kim và iridium (9 trên 1) với chiều dài bằng một phần bốn mươi triệu kinh tuyến Paris. Một kilôgam chuẩn được làm từ cùng một hợp kim tương ứng với khối lượng của một lít (decimét khối) nước ở nhiệt độ 4 độ C (mật độ cao nhất) ở áp suất tiêu chuẩn trên mực nước biển. Giây tiêu chuẩn trở thành 1/86400 thời lượng của một ngày mặt trời trung bình. Tất cả 17 quốc gia tham gia hội nghị đều nhận được một bản sao của tiêu chuẩn.
Địa điểm Z
Các nguyên mẫu và tiêu chuẩn ban đầu ngày nay được lưu trữ tại Phòng Cân đo ở Sèvres gần Paris. Chính ở ngoại ô Paris, nơi lưu trữ kilôgam, mét, candela (cường độ ánh sáng), ampere (cường độ dòng điện), kelvin (nhiệt độ) và mol tiêu chuẩn (là một đơn vị của vật chất, không có tiêu chuẩn vật lý) . Hệ thống trọng lượng và thước đo dựa trên sáu tiêu chuẩn này được gọi là Hệ thống đơn vị quốc tế (SI). Nhưng lịch sử của các tiêu chuẩn không kết thúc ở đó; nó mới chỉ bắt đầu.
SI
Hệ thống tiêu chuẩn mà chúng tôi sử dụng - SI (SI), từ Systeme International d'Unites của Pháp - bao gồm bảy giá trị cơ bản. Đó là mét (chiều dài), kilôgam (khối lượng), ampere (dòng điện), candela (cường độ sáng), kelvin (nhiệt độ), mol (lượng chất). Mọi người khác đại lượng vật lý thu được bằng các phép tính toán học khác nhau sử dụng các đại lượng cơ bản. Ví dụ, đơn vị của lực là kg x m/s 2. Tất cả các quốc gia trên thế giới ngoại trừ Hoa Kỳ, Nigeria và Myanmar đều sử dụng hệ SI để đo lường, nghĩa là so sánh một đại lượng chưa biết với một tiêu chuẩn. Và tiêu chuẩn là tương đương ý nghĩa vật lý, mà mọi người đều đồng ý là hoàn toàn chính xác.
kg tiêu chuẩn là bao nhiêu?
Có vẻ như điều gì đó đơn giản hơn - tiêu chuẩn 1 kg là trọng lượng của 1 lít nước. Nhưng trên thực tế điều này không hoàn toàn đúng. Lấy gì làm kilôgam tiêu chuẩn trong số khoảng 80 nguyên mẫu là một câu hỏi khá phức tạp. Nhưng tình cờ, thành phần hợp kim tối ưu đã được chọn, tồn tại hơn 100 năm. Kilôgam khối lượng tiêu chuẩn được làm bằng hợp kim bạch kim (90%) và iridi (10%), và là một hình trụ có đường kính bằng chiều cao và là 39,17 mm. Nó cũng đã được thực hiện bản sao chính xác, số lượng 80 cái. Bản sao của tiêu chuẩn kilôgam được đặt tại các quốc gia tham gia công ước. Chất chuẩn chính được cất giữ ở ngoại ô Paris và được bọc trong ba viên nang kín. Dù nó ở đâu tiêu chuẩn kilôgam, s Cứ sau mười năm, việc hòa giải được thực hiện theo tiêu chuẩn quốc tế quan trọng nhất.
Tiêu chuẩn quan trọng nhất
Tiêu chuẩn Kilôgam Quốc tế được đúc vào năm 1889 và được lưu giữ ở Sèvres, Pháp, trong một chiếc két sắt tại Cục Cân đo Quốc tế, được bao bọc bởi ba tấm kính kín. Chỉ có ba đại diện cấp cao của Cục mới có chìa khóa két sắt này. Cùng với tiêu chuẩn chính, chiếc két sắt còn có sáu bản sao hoặc phiên bản kế thừa của nó. Hàng năm biện pháp chính trọng lượng được chấp nhận là kilôgam tiêu chuẩn sẽ được đưa ra một cách nghi thức để kiểm tra. Và mỗi năm anh ấy càng ngày càng gầy đi. Nguyên nhân dẫn đến sự giảm trọng lượng này là do các nguyên tử bị tách ra khi chiết mẫu.
phiên bản tiếng Nga
Một bản sao của tiêu chuẩn này cũng có sẵn ở Nga. Nó được lưu trữ tại Viện nghiên cứu đo lường toàn Nga. Mendeleev ở St. Petersburg. Đây là hai nguyên mẫu bạch kim-iridium - số 12 và số 26. Chúng nằm trên giá thạch anh, được đậy bằng hai nắp kính và khóa trong két sắt bằng kim loại. Nhiệt độ không khí bên trong viên nang là 20°C, độ ẩm 65%. Nguyên mẫu trong nước nặng 1,000000087 kg.
Số kg chuẩn đang giảm cân
So sánh tiêu chuẩn cho thấy độ chính xác của tiêu chuẩn quốc gia là khoảng 2 microgam. Tất cả chúng đều được lưu trữ trong điều kiện tương tự, và các tính toán cho thấy kilôgam tiêu chuẩn giảm trọng lượng 3 x 10 −8 trong một trăm năm. Nhưng theo định nghĩa, khối lượng của tiêu chuẩn quốc tế tương ứng với 1 kilôgam và bất kỳ thay đổi nào về khối lượng thực của tiêu chuẩn đều dẫn đến sự thay đổi giá trị của chính kilôgam. Vào năm 2007, hóa ra một xi lanh kg bắt đầu nặng hơn 50 microgam. Và quá trình giảm cân của anh ấy vẫn tiếp tục.
Công nghệ mới và tiêu chuẩn mới về đo trọng lượng
Để loại bỏ lỗi, việc tìm kiếm đang được tiến hành cấu trúc mới kilôgam tiêu chuẩn. Có những bước phát triển nhằm xác định một lượng đồng vị silicon-28 nhất định làm tiêu chuẩn. Có dự án “Kilôgam điện tử”. Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (2005, Mỹ) đã thiết kế một thiết bị dựa trên các yêu cầu cần thiết trường điện từ, có khả năng nâng vật nặng 1kg. Độ chính xác của phép đo như vậy là 99,999995%. Có những bước phát triển trong việc xác định khối lượng liên quan đến khối lượng nghỉ của neutron. Tất cả những phát triển và công nghệ này sẽ cho phép chúng ta thoát khỏi sự ràng buộc với tiêu chuẩn về khối lượng vật lý, đạt được độ chính xác cao hơn và khả năng thực hiện hòa giải ở bất kỳ đâu trên thế giới.
Các dự án đầy hứa hẹn khác
Và trong khi các nhà khoa học nổi tiếng trên thế giới đang xác định cách giải quyết vấn đề nào đáng tin cậy hơn, thì dự án hứa hẹn nhất được coi là một dự án trong đó khối lượng sẽ không thay đổi theo thời gian. Một tiêu chuẩn như vậy sẽ là một khối lập phương được tạo thành từ các nguyên tử đồng vị carbon-12 có chiều cao 8,11 cm. Sẽ có 2250 x 281489633 nguyên tử carbon-12 trong một khối lập phương như vậy. Các nhà nghiên cứu từ viện quốc gia Tiêu chuẩn và công nghệ Hoa Kỳ đề xuất xác định tiêu chuẩn kilogam bằng cách sử dụng hằng số Planck và công thức E=mc^2.
Hệ mét hiện đại
Các tiêu chuẩn hiện đại hoàn toàn không giống như trước đây. Mét, ban đầu liên quan đến chu vi của hành tinh, ngày nay tương ứng với khoảng cách mà một tia sáng truyền đi trong một phần 299.792.458 giây. Nhưng một giây là thời gian trong đó 9192631770 dao động của nguyên tử Caesium đi qua. Lợi ích của độ chính xác lượng tử trong trong trường hợp này hiển nhiên, bởi vì chúng có thể được sao chép ở bất cứ đâu trên hành tinh. Kết quả là, tiêu chuẩn duy nhất tồn tại về mặt vật lý vẫn là tiêu chuẩn kilôgam.
Bản chuẩn giá bao nhiêu?
Đã tồn tại hơn 100 năm, tiêu chuẩn này đã có giá trị rất lớn như một vật phẩm độc đáo và hiện vật. Nhưng nhìn chung, để xác định giá tương đương cần phải tính số nguyên tử có trong một kg vàng nguyên chất. Con số sẽ có khoảng 25 chữ số và điều này không tính đến giá trị tư tưởng của hiện vật này. Nhưng còn quá sớm để nói về việc bán tiêu chuẩn kilôgam, bởi vì tiêu chuẩn vật lý duy nhất còn lại của hệ thống đơn vị quốc tế vẫn chưa được loại bỏ.
Ở tất cả các múi giờ trên hành tinh, thời gian được xác định tương ứng với UTC (ví dụ: UTC+4:00). Điều đáng chú ý là chữ viết tắt hoàn toàn không có mã hóa; nó được sử dụng vào năm 1970; liên minh quốc tế viễn thông. Hai phương án đã được đề xuất: CUT (Giờ phối hợp quốc tế) của Anh và TUC của Pháp (Temps Universel Coordonné). Chúng tôi đã chọn một từ viết tắt trung tính trung bình.
Trên biển, phép đo "nút thắt" được sử dụng. Để đo tốc độ của con tàu, họ sử dụng một khúc gỗ đặc biệt có các nút thắt ở cùng khoảng cách, họ ném xuống biển và đếm số lượng nút thắt trong một khoảng thời gian nhất định. Các thiết bị hiện đại tiên tiến hơn nhiều so với sợi dây có nút thắt, nhưng cái tên vẫn được giữ nguyên.
Từ cẩn thận, nghĩa là cực kỳ chính xác và chính xác, đã xuất hiện trong các ngôn ngữ từ tên của tiêu chuẩn trọng lượng của Hy Lạp cổ đại - sự cẩn trọng. Nó nặng 1,14 gram và được sử dụng để cân đồng xu bạc.
Tên đơn vị tiền tệ cũng thường bắt nguồn từ tên của các loại tạ. Vì vậy, đồng bảng Anh ở Anh là tên được đặt cho những đồng tiền làm bằng bạc; những đồng tiền như vậy nặng một pound. TRONG Nước Nga cổ đạiđược sử dụng là “hryvnias bạc” hoặc “hryvnias vàng”, có nghĩa là một số lượng tiền nhất định được biểu thị bằng trọng lượng tương đương.
Cách đo công suất ô tô bằng mã lực khá lạ nguồn gốc thực sự. Người phát minh ra động cơ hơi nước đã quyết định chứng minh ưu điểm của phát minh của mình so với việc vận chuyển bằng sức kéo bằng cách này. Ông tính toán xem một con ngựa có thể nâng được bao nhiêu trong một phút và chỉ định số tiền này là một mã lực.
Nguyên mẫu quốc tế không có vỏ bảo vệ
Tháng 9 năm 2014 đánh dấu 125 năm kể từ ngày nguyên mẫu quốc tế của kilôgam ra đời. Quyết định tạo ra một tiêu chuẩn được đưa ra tại Đại hội đồng Trọng lượng và Đo lường vào ngày 7-9 tháng 9 năm 1889 tại Paris.
Nó được lưu giữ tại Cục Cân nặng và Đo lường Quốc tế gần Paris và là một hình trụ có đường kính và chiều cao 39,17 mm được làm bằng hợp kim bạch kim-iridium (90% bạch kim, 10% iridium). Thành phần này được chọn vì mật độ cao bạch kim nên tiêu chuẩn có thể được thực hiện tương đối kích thước nhỏ: ít hơn hộp diêm về chiều cao.
Nguyên mẫu quốc gia của kilôgam Anh trong hộp bảo vệ, bản sao thứ 18 của nguyên mẫu quốc tế
Khối lượng của nguyên mẫu quốc tế xấp xỉ bằng 1 lít nước ở nhiệt độ 4°C và trọng lượng của nó phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển và lực hấp dẫn.
Khi nguyên mẫu quốc tế được tạo ra, 40 bản sao đã được làm từ cùng một hợp kim bạch kim-iridium cùng với nó. Chúng được gửi đến các văn phòng đo lường quốc gia ở các quốc gia khác nhau để các nhà khoa học không phải tham khảo tiêu chuẩn chính mỗi lần thực hiện phép đo.
Nguyên mẫu quốc gia được kiểm tra dựa trên nguyên mẫu chính cứ sau 40 năm. Cuộc thử nghiệm cuối cùng diễn ra vào năm 1989, khi đó chênh lệch trọng lượng tối đa là 50 microgam. Những sai lệch này khiến các nhà khoa học lo lắng. Họ hiểu rằng khối lượng của một mẫu nhất định thay đổi theo thời gian do hư hỏng vật lý và các hiện vật khác.
Nguyên mẫu quốc gia được giữ trong két sắt của Quốc gia phòng thí nghiệm vật lý
Thật không may, lễ kỷ niệm này rất có thể sẽ là lễ kỷ niệm cuối cùng dành cho nguyên mẫu quốc tế. Hai thí nghiệm nhằm tạo ra các tiêu chuẩn khối lượng chính xác hơn hiện sắp hoàn thành. Mục tiêu của họ là xác định khối lượng thông qua hằng số tự nhiên, thay vì thông qua mẫu tham chiếu.
Một trong những thí nghiệm liên quan đến việc xác định kilôgam bằng hằng số Planck. Để làm điều này, họ đo dòng điện đi qua một cuộn dây [có dây] trong từ trường liên quan đến lực hấp dẫn tác dụng lên một kilôgam, các chuyên gia từ Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia Vương quốc Anh, nơi kỷ niệm 125 năm của kilôgam, giải thích. họ đã mở một phần lễ hội trên trang web. Chính ở Anh, thí nghiệm về cân bằng watt đã bắt đầu vào năm 1975, hiện nay thí nghiệm này đang được tiếp tục ở Canada.
Một phương pháp khác được các chuyên gia Đức đề xuất: là một phần của dự án Avogadro, họ tạo ra một quả cầu silicon có kích thước bằng quả bưởi, chứa khoảng 50 tỷ nguyên tử silicon-28.
Quả cầu silicon của Avogadro
Vì khối lượng silicon và mật độ của chất đó đã biết nên giá trị tham chiếu của kilôgam có thể gắn với thể tích của quả cầu và theo đó, với hằng số Avogadro.
Đo khối lượng quả cầu Avogadro
Kilôgam vẫn là đơn vị SI cuối cùng có thể được biểu thị thông qua tiêu chuẩn vật lý. Điều này cho thấy rằng 125 năm trước, các nhà vật lý đã rất khôn ngoan khi lựa chọn vật liệu để chế tạo nguyên mẫu. Và ngay cả khi nó sớm không còn được sử dụng nữa, nó vẫn phục vụ dịch vụ tốt qua nhiều năm.
Cơ quan Giáo dục Liên bang
Cơ sở giáo dục nhà nước về giáo dục chuyên nghiệp cao hơn
ĐẠI HỌC LIÊN BANG SIBERI
VIỆN Bách khoa
Khoa Kỹ thuật Thiết bị và Viễn thông
TÓM TẮT
TIÊU CHUẨN VỀ CHIỀU DÀI VÀ TRỌNG LƯỢNG
Hoàn thành:
st gr. R 54-2
A. E. Shamova
Đã kiểm tra:
giáo viên
Krasnoyarsk 2007
Tiêu chuẩn là một dụng cụ đo lường (một bộ dụng cụ đo lường) được thiết kế để tái tạo và lưu trữ một đơn vị số lượng và chuyển kích thước của nó sang các dụng cụ đo lường khác, kém chính xác hơn.
Các tiêu chuẩn quốc tế được lưu trữ tại Văn phòng Cân đo Quốc tế, đặt tại Sèvres, ngoại ô Paris. Theo các thỏa thuận quốc tế, với sự trợ giúp của họ, việc so sánh các tiêu chuẩn quốc gia của các quốc gia khác nhau được thực hiện định kỳ, bao gồm cả việc so sánh lẫn nhau các tiêu chuẩn quốc gia. Ví dụ: tiêu chuẩn mét và kilôgam quốc gia được so sánh 20-25 năm một lần, và tiêu chuẩn volt và ohm - ba năm một lần.
Đơn vị đo độ dài tiêu chuẩn
Năm 1971, Quốc hội Pháp đã thông qua độ dài mười phần triệu của một phần tư cung kinh tuyến Paris làm đơn vị chiều dài, mét. Vào thời điểm đó ở Pháp, toise được sử dụng làm đơn vị đo chiều dài. Tỷ lệ giữa mét và toise hóa ra bằng nhau 1 m = 0,513074 toise.
Nhưng vào năm 1837, các nhà khoa học Pháp đã xác định rằng một phần tư kinh tuyến không phải là 10 triệu mà là 10 triệu 856 m. Trong cùng khoảng thời gian đó, rõ ràng là hình dạng và kích thước của Trái đất đang thay đổi theo thời gian. Do đó, vào năm 1872, theo sáng kiến của Viện Hàn lâm Khoa học St. Petersburg, một ủy ban quốc tế đã được thành lập, quyết định không tạo ra các tiêu chuẩn mét cập nhật mà chấp nhận mét của Cơ quan Lưu trữ Pháp làm đơn vị đo chiều dài ban đầu.
Năm 1889, chuẩn 31 mét được sản xuất dưới dạng thanh platin-iridium hình chữ X mặt cắt ngang, như sau khi xem xét Cơm. 1 phù hợp với một hình vuông.
Chiều dài của thước là 102 cm. Ba nét được áp dụng trên mỗi đầu của nó ở khoảng cách 0,5 mm với nhau. Như vậy khoảng cách giữa các nét giữa là 1 m.
Lỗi của máy đo đường dây bạch kim-iridium là.Đã vào đầu thế kỷ 20. sai số này hóa ra khá lớn, không đáp ứng được yêu cầu khi đo chiều dài.
Năm 1960, Đại hội đồng lần thứ XI về Cân nặng và Đo lường đã thông qua một định nghĩa mới về mét: mét là chiều dài bằng 1650763,73
bước sóng trong chân không của bức xạ ứng với sự chuyển tiếp giữa các mức 
Và 
nguyên tử krypton-86.
Tiêu chuẩn của máy đo krypton bao gồm một đèn phóng điện chứa đầy krypton-86 được đặt trong bình Dewar chứa nitơ lỏng (Cơm. 2). Khi đặt một điện áp +1500 vào đèn, ánh sáng của các nguyên tử krypton-86 bị kích thích sẽ được hình thành. Các mao quản trong đó xảy ra sự phát sáng (có đường kính trong khoảng 3 mm) có đầu ra quang tới bộ so sánh quang điện giao thoa tự động. Sử dụng bộ so sánh nhiễu, khoảng cách giữa các đường được xác định, giúp tìm ra số bước sóng phù hợp giữa các đường giữa của thước ( Cơm. 1). Trên thực tế, không phải toàn bộ số bước sóng “phù hợp” trong một mét được xác định mà là ước tính sự khác biệt giữa chiều dài đo được và chiều dài tham chiếu do đèn phóng điện trong khí tạo ra. Các đặc tính bước sóng và năng lượng của ánh sáng được đo bằng máy đo quang phổ.
Sai số trong việc tái tạo đồng hồ đo, được ước tính bằng độ lệch chuẩn của kết quả đo, sử dụng tiêu chuẩn này đã giảm đáng kể so với sai số của nguyên mẫu bạch kim-iridium của đồng hồ và lên tới 
.
Tiêu chuẩn mét mới.
Việc tăng độ chính xác của tiêu chuẩn độ dài trở nên khả thi nhờ khả năng mở rộng các phép đo tần số tuyệt đối (trong phổ dao động tần số vô tuyến) đến phạm vi quang học và sự phát triển của các tia laser có độ ổn định cao, giúp làm rõ giá trị của tốc độ ánh sáng. Năm 1983, Đại hội đồng về Trọng lượng và Đo lường lần thứ XVII đã thông qua một định nghĩa mới về mét: “Mét là chiều dài quãng đường mà ánh sáng truyền đi trong chân không trong 1/299.792.458 giây (chính xác)”. Định nghĩa nàyđồng hồ đo về cơ bản khác với định nghĩa năm 1960: đồng hồ “krypton” không liên quan trực tiếp đến thời gian, đồng hồ mới dựa trên đơn vị thời gian tiêu chuẩn - giây và giá trị đã biết của tốc độ ánh sáng.
Trong nhiều năm tới, đo lường và công nghệ sẽ sử dụng giá trị tốc độ ánh sáng do Đại hội đồng về Trọng lượng và Đo lường lần thứ XVII thiết lập.
Hiện nay, để đảm bảo mức độ ổn định cao của thông số quan trọng nhất bức xạ laze– tần số, laser helium-neon được sử dụng rộng rãi ở bước sóng bức xạ 
µm (vùng hồng ngoại của quang phổ) và 
ừm ( vùng nhìn thấy được quang phổ), tương ứng được ổn định bằng sự hấp thụ bão hòa trong khí mêtan ( Không-Ne/CH 4
) và iốt phân tử ( Không-Ne/tôi 2
).
Laser dựa trên ( Không-Ne/CH 4 ) về khả năng tái tạo tần số, chúng gần với tiêu chuẩn Caesium, là cơ sở của tiêu chuẩn thời gian và tần số. Hoạt động trong dải phổ khả kiến Không-Ne/tôi 2 Tia laser giúp có thể hiện thực hóa định nghĩa mới của máy đo thông qua tốc độ truyền ánh sáng trong chân không. Sự hiện diện của bức xạ ở hai bước sóng (µm và µm) giúp đảm bảo độ chính xác đo cao bằng giao thoa kế. Thứ hai được tái tạo bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn tần số Caesium trong dải vi sóng của dao động điện từ và đồng hồ đo mới được tái tạo trong dải tần số quang, tức là cao hơn một số bậc so với tần số được sử dụng trong tiêu chuẩn thời gian và tần số. Vì vậy, cần có một “cầu nối” để truyền tần số tham chiếu của chuẩn xêsi đến phần quang học của dải.
Một bộ thiết bị dùng để “chuyển” các phép đo tần số theo tiêu chuẩn thời gian “tần số vô tuyến” sang đo tần số của các tia laser có độ ổn định cao (trong dải quang) được gọi là cầu tần số quang-vô tuyến (ROFB). ROCHM được phép lấy độ chính xác cao nhấtđo tốc độ ánh sáng trong chân không và coi nó như một hằng số vật lý cơ bản là cơ sở cho việc tạo ra một chuẩn duy nhất về tần số - thời gian - độ dài. Tiêu chuẩn này bao gồm tiêu chuẩn thời gian và tần số, thiết bị RFCM cũng như tiêu chuẩn đồng hồ đo mới, bao gồm Ne-Ne laser, giao thoa kế so sánh bước sóng Không-Ne/CH 4 tia laser và Không-Ne/tôi 2 tia laser, một giao thoa kế trực tiếp tạo thành một đơn vị chiều dài - một mét. Tiêu chuẩn này có sai số tái tạo dưới dạng độ lệch chuẩn của kết quả đo khoảng , thành phần hệ thống không vượt quá , tức là nhỏ hơn ba bậc độ lớn so với sai số khi tái tạo đồng hồ đo sử dụng đồng hồ “krypton”.
Đơn vị khối lượng tiêu chuẩn.
Nguyên mẫu quốc tế của kilôgam đã được thông qua tại Đại hội đồng lần thứ nhất về Trọng lượng và Đo lường vào năm 1889 như là nguyên mẫu của một đơn vị khối lượng, mặc dù vào thời điểm đó không có sự phân biệt rõ ràng giữa các khái niệm về khối lượng và trọng lượng, và do đó là tiêu chuẩn khối lượng. thường được gọi là tiêu chuẩn trọng lượng.
Tiêu chuẩn bao gồm:
Một bản sao của nguyên mẫu quốc tế của kilôgam (số 12), là một quả nặng bằng bạch kim-iridium có dạng hình trụ thẳng với các gân tròn có đường kính và chiều cao 39 mm. Nguyên mẫu của kilôgam được lưu trữ tại VNIIM mang tên. D. I. Mendeleev (g. Saint Petersburg) trên đế thạch anh dưới hai nắp kính trong két sắt. Chất chuẩn được bảo quản trong khi duy trì nhiệt độ không khí trong khoảng (20±3)°C và độ ẩm tương đối 65%. Để duy trì tiêu chuẩn, hai tiêu chuẩn phụ được so sánh với nó cứ sau 10 năm. Chúng được sử dụng để truyền tải thêm kích thước của một kilôgam;
Cân lăng trụ đều tay cho 1 kg Số 1 có điều khiển từ xa (nhằm loại bỏ ảnh hưởng của người vận hành đến nhiệt độ môi trường) do Ruprecht sản xuất và cân hiện đại tay đòn đều cho 1 kg Số 2, sản xuất tại VNIIM . D. I. Mendeleev. Cân số 1 và số 2 dùng để chuyển kích thước của một đơn vị khối lượng từ nguyên mẫu số 12 sang tiêu chuẩn thứ cấp.
TRÊN Cơm. 3 Tiêu chuẩn kilôgam ở dạng hiện đại được hiển thị. Ở bên phải trong hình, một thiết bị bảo vệ bằng kính hai mạch được thể hiện cùng với nguyên mẫu của kilôgam số 12.
Sai số khi tái tạo một kilôgam, biểu thị bằng độ lệch chuẩn của kết quả đo, là 
.
Đã hơn 100 năm trôi qua kể từ khi nguyên mẫu của kilôgam được tạo ra. Trong thời gian qua, các tiêu chuẩn quốc gia được định kỳ so sánh với tiêu chuẩn quốc tế. TRONG Bàn 1 Chỉ có hai kết quả so sánh (chúng cũng diễn ra sau năm 1954) về tiêu chuẩn kilogam được trình bày.
Bảng 1
Tiêu chuẩn kg mới
Gần đây người ta phát hiện ra rằng tiêu chuẩn kilôgam của Paris không hoàn toàn chính xác. Giải quyết vấn đề này, tức là. Một chương trình có sự tham gia của các nhà khoa học từ tám quốc gia sẽ giúp tạo ra một tiêu chuẩn đại chúng mới. 140 gram chất đầu tiên cho tiêu chuẩn mới đã tồn tại. Điều này đã kết thúc silicon nguyên chất, 99,99% bao gồm đồng vị silicon-28.
Trong ba năm nữa sẽ có 5 kg silicon như vậy. Điều này đủ để tạo ra một quả bóng nặng một kg, số lượng nguyên tử silicon-28 trong đó sẽ được biết chính xác. Và khi đó trọng lượng thời xưa trong Phòng Cân đo Paris sẽ được thay thế bằng một tiêu chuẩn, không chỉ khối lượng mà còn cả số lượng nguyên tử trong đó sẽ được xác định với độ chính xác cao nhất cho khoa học thế giới ngày nay.
Các nhà khoa học, đặc biệt là các nhà vật lý, từ lâu đã mơ ước có được một tiêu chuẩn mới về khối lượng, thực sự chính xác. Một số công việc đã hoàn thành nhưng vẫn còn rất nhiều việc phải làm ở phía trước. Thực tế là trong lĩnh vực vi điện tử, họ hầu hết đã học cách sản xuất silicon tinh khiết về mặt hóa học. Nhưng silicon tự nhiên bao gồm ba đồng vị có khối lượng nguyên tử khác nhau tự nhiên - 28 (92%), 29 (5%) và 30 (3%) đơn vị carbon. Và đối với tiêu chuẩn khối lượng, chỉ cần những nguyên tử giống hệt nhau. Chỉ sau khi có được silicon nguyên chất đồng vị ở Nga, họ mới tạo ra được một quả bóng nhẵn lý tưởng ở Úc. Và sau đó bóng sẽ được kiểm tra rất lâu và cẩn thận ở Đức và Pháp. Vì vậy, lần đầu tiên người ta có thể làm rõ một trong những đại lượng hóa học cơ bản nhất - số Avogadro.
Thẩm quyền giải quyết- nó là một biện pháp hay mét, được sử dụng để sao chép, lưu trữ và truyền tải các đơn vị có giá trị bất kỳ. Tiêu chuẩn được phê duyệt làm tiêu chuẩn tham chiếu cho quốc gia được gọi là Tiêu chuẩn Nhà nước.
Tóm tắt bối cảnh lịch sử
Một người cần mô tả thực tế xung quanh mình và theo cách mà người khác hiểu được anh ta. Chính vì lý do này mà tất cả các nền văn minh đều tạo ra hệ thống đo lường của riêng mình.
Hệ thống đo lường hiện đại có nguồn gốc từ thế kỷ 18 ở Pháp. Khi đó, một ủy ban gồm các nhà khoa học nổi tiếng đã đề xuất hệ thống đo lường số thập phân của riêng họ. Hệ thống số liệu ban đầu bao gồm đồng hồ đo, mét vuông, mét khối và kilôgam (khối lượng của 1 decimet khối nước ở 4 ° C), dung tích - lít, tức là 1 mét khối. decimét, diện tích thửa đất- là (100 mét vuông) và tấn (1000 kg).
Năm 1875, Công ước về số liệu được ký kết với mục đích đảm bảo sự thống nhất quốc tế hệ mét. Trên cơ sở hệ thống số liệu này, các hệ thống và đơn vị riêng của họ đã phát sinh, không tương quan tốt với nhau nên vào năm 1960, nó đã được thông qua. Hệ thống quốc tếĐơn vị SI (SI). SI sử dụng một số đơn vị đo lường cơ bản: mét, kilôgam, ampe, kelvin, candela, mol và đơn vị bổ sungđể đo góc - radian và steradian.
Tiêu chuẩn khối lượng
Để giữ sai số đo ở mức tối thiểu, các nhà khoa học tạo ra các tổ hợp lớn và khó sử dụng. Tuy nhiên, tiêu chuẩn về khối lượng vẫn không thay đổi - đây là quả cân bạch kim-iridium, được sản xuất vào năm 1889. Tổng cộng có 42 tiêu chuẩn đã được sản xuất, hai trong số đó đã được chuyển đến Nga.
Chuẩn kilôgam được lưu giữ tại St. Petersburg, tại VNIIM mang tên. D.M. Mendeleev (chính ông là người khởi xướng việc Nga áp dụng hệ mét của Pháp). Tiêu chuẩn đặt trên đế thạch anh, dưới hai nắp kính (để tránh bụi lọt vào), bên trong két sắt. Các thang đo tham chiếu, là một phần của tiêu chuẩn, được đặt trên một nền tảng đặc biệt. Cấu trúc này nặng 700 tấn và không được kết nối với các bức tường của tòa nhà để các rung động không làm biến dạng các phép đo.
Nhiệt độ và độ ẩm được duy trì ở mức không đổi, mọi thao tác đều được thực hiện bằng máy điều khiển nhằm loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt độ cơ thể và các hạt bụi ngẫu nhiên khi sử dụng sức lao động của con người. Sai số của tiêu chuẩn khối lượng của Nga không vượt quá 0,002 mg.
Bản chất của hoạt động đo vẫn giữ nguyên và tập trung vào việc so sánh hai khối lượng khi cân. Cân siêu nhạy được phát minh, độ chính xác của cân ngày càng tăng, nhờ đó mới khám phá khoa học, nhưng tiêu chuẩn đại chúng vẫn là nguyên nhân gây đau đầu cho các nhà đo lường trên toàn thế giới.
Kilôgam không hề được kết nối với các hằng số vật lý hoặc với bất kỳ hiện tượng tự nhiên. Vì vậy, tiêu chuẩn được bảo vệ cẩn thận hơn quả táo - theo nghĩa đen, họ không cho phép một hạt bụi nào rơi vào nó, bởi vì một hạt bụi đã có nhiều phân chia trên thang đo nhạy cảm.
Nguyên mẫu quốc tế của tiêu chuẩn được đưa ra khỏi kho không quá mười lăm năm một lần, nguyên mẫu của Nga - cứ 5 năm một lần. Tất cả công việc được thực hiện với các tiêu chuẩn phụ (chỉ có thể so sánh chúng với tiêu chuẩn chính), từ tiêu chuẩn phụ, giá trị khối lượng được chuyển sang các tiêu chuẩn làm việc và từ chúng sang các bộ trọng lượng tiêu chuẩn.
Năm tháng trôi qua, số kg tiêu chuẩn ngày càng gầy đi hoặc béo lên. Về cơ bản, không thể xác định chính xác điều gì đang xảy ra với nó - sự giống nhau của tất cả các tiêu chuẩn đại chúng ở đây là một điều bất lợi. Vì vậy, nhiều phòng thí nghiệm đo lường trên khắp thế giới đang tích cực tìm kiếm những phương pháp mới để tạo ra và xác định chuẩn kilôgam.
Ví dụ, có một ý tưởng gắn nó với vôn và ohm, đơn vị đo lường đại lượng điện và cân bằng đơn vị tiêu chuẩn là cân ampe. Về mặt lý thuyết, người ta có thể tưởng tượng tiêu chuẩn kilôgam dưới dạng một tinh thể lý tưởng chứa số đã biết nguyên tử nhất định nguyên tố hóa học(chính xác hơn là một trong những đồng vị của nó). Nhưng phương pháp phát triển các tinh thể như vậy vẫn chưa được biết đến.