Участники 26-й Генеральной конференции по мерам и весам, проходившей с 13 по 16 ноября 2018 года в Версале (Франция), единогласно проголосовали за новое определение эталонов четырёх единиц Международной системы СИ – килограмма, ампера, кельвина и моля. На предыдущем этапе обновления системы SI были утверждены новые стандарты секунды (время), канделы (сила света) и метра (длина).
О существовании эталона килограмма в виде специально изготовленного с высокой точностью цилиндра из платино-иридиевого сплава мы впервые узнаём на школьных уроках физики. Этот эталон хранится во французском городе Севре, в Международном бюро мер и весов. Так же давно был изготовлен и эталон метра. Для практического применения в национальных органах стандартизации использовали откалиброванные копии эталонов метра и килограмма. Первые копии эталона килограмма были изготовлены в 1872 году.
Как возникла система СИ
Формирование международной системы единиц измерений началось с 1799 года, когда появились стандарты веса и длины, изготовленные из платины. В 1889 году они были названы международными эталонами. До возникновения современной системы СИ несколько десятилетий базовыми единицами считали сантиметр, грамм, секунда (система СГС), потом в качестве базовых величин были выбраны метр, килограмм и секунда (МКС). В 1939 году предложили к ним добавить ампер и в 1946 году была утверждена система единиц МКСА. На конференции в 1954 году базовыми единицами в дополнение к метру, килограмму и секунде стали ампер, кельвин и кандел. В 1960 году появилось название International System of Units (SI). В результате споров и дискуссий между физиками и химиками 14-я конференция проголосовала за базовую единицу количества вещества и в 1971 году моль вошёл в систему СИ, став седьмой базовой единицей.
Переопределение эталонов
"Изобретение" эталонов и договорённости между многими странами мира об их применении имели огромное значение и влияние на развитие международной торговли, сыграли важную роль в науке и в производстве. Но постепенно у учёных накопились претензии к выбранным в качестве эталонов физическим объектам. Нужна большая точность и стабильность эталонов как единиц измерения.
Например, обнаружили изменение массы у эталона килограмма. Несмотря на принятые строгие условия хранения и меры предосторожности, за прошедшее время после изготовления цилиндра-эталона, его вес изменился на 50 микрограмм. Определение секунды как 1/86400 суток тоже оказалось непостоянной величиной. Первое определение эталона метра как часть диаметра Земли существовало, но перестали использовать.
Одна из копий эталона килограмма (43-я)
В качестве эталона должно быть что-то абсолютно неизменное, желательно общедоступное и чтобы не нужно было его хранить в сейфе. Поэтому начались поиски и выбор иных объектов и процессов, которые можно было бы использовать при определении эталонов для базовых единиц. В 1983 году впервые определили базовую единицу СИ (метр) через фундаментальную константу – скорость света в вакууме.
Метр с секундой были переопределены через скорость света (свет проходит точно 299 792 458 метров за секунду) и излучение охлажденного атома цезия (строго 9 192 631 770 периодов излучения за секунду)
Новый эталон килограмма
С 20 мая 2019 года килограммом будет считаться не вес эталонного цилиндра, килограмм в соответствии с новым подходом отказа от физических артефактов, используемых длительное время в качестве образцов, эталонов единиц измерения, теперь определяется через постоянную Планка, фундаментальную константу.
Килограмм был последней мерой, эталоном которой служил физический прототип, отметил руководитель Национальной лаборатории метрологии и испытаний Франции Тома Гренон. Теперь килограмм будет определяться не весом эталона, а количеством энергии, необходимой для того, чтобы сдвинуть с места объект весом в килограмм.
Новый эталон массы можно реализовать с помощью весов Киббла. Эталоном является груз, который уравновешивает силу отталкивания между постоянным магнитом и катушкой, по которой пропускают ток. Таким образом, массу объекта можно найти за счёт равенства электрической и механической сил. Об устройстве и о том, что такое ватт-баланс можно прочитать здесь.
Новое определение ампера
Эталон ампера был утверждён в 1948 г. Он основывался на измерении силы, действующей на параллельные проводники с током. Теперь учёные решили зафиксировать численное значение электрического заряда и использовать его в определении ампера.
Информация об изменениях в определении базовых единиц в системе СИ
Ниже скриншоты из документа (ссылка на PDF) с информацией об изменениях в Международной системе СИ. Несколько лет, предшествующие голосованию на 26-й конференции, были потрачены на перепроверку и на измерения значений фундаментальных постоянных с максимальной точностью. Значения фундаментальных постоянных, через которые определены все базовые единицы:
Определения семи базовых единиц СИ: новые – для килограмма, ампера, кельвина и моля:
Директор Международного бюро мер и весов Мартин Милтон назвал итоги голосования 16-го ноября "исторической вехой", сравнив его с принятием в 1875 году Метрической конвенции. Теперь взаимосвязи в системе СИ выглядят более гармонично:
Иллюстрация из статьи "Килограмм стал нематериальным"
, единогласно проголосовали за новое определение эталонов четырёх единиц Международной системы измерений (СИ) – килограмма, ампера, ке&image=https://nag.ru/uploads/material/images/33553/social_cover.png)
