К Всемирному дню метрологии 20 мая подразделения СИ получат новый фундамент. Набор натуральных констант с фиксированными значениями теперь служит основой для определения всех единиц. В принципе, идея определения единицы измерения на основе естественных констант не нова. То, что началось при определении второго с использованием атомных часов 50 лет назад и при определении измерителя с использованием скорости света более 30 лет назад, теперь продолжается для всех единиц в Международной системе единиц. Четыре другие постоянные играют главные роли: постоянная Планка h, постоянная Авогадро N A, постоянная Больцмана k и заряд электрона e.
Почему единицам СИ нужен новый фундамент
Многие предыдущие ориентиры единиц СИ меняются. Например, первоначальный килограмм - маленький 4-см цилиндр из платины и иридия, который с 1889 года находился под тремя стеклянными колоколами в сейфе под Парижем - становится все легче и легче. Он потерял 50 миллионов грамм за сто лет. Поскольку все весы во всем мире относятся к этому уникальному продукту, люди повсюду, пусть даже минимально, весят неправильно. Необходим был новый стандарт, который никогда не сможет измениться, не будет поврежден или даже украден и потерян. И это часто не достаточно точно для современных применений, потому что килограмм определяет только одну точку на шкале массы.
Картинная галерея
Картинная галерея с 5 картинками
В ноябре 2018 года Генеральная конференция по меркам и весам в Париже приняла новый «килограмм» - тот, который больше не определяется объектом, физической массой, а постоянной природы: постоянная Планка h. То же самое относится и к другим подразделениям. Полностью переопределенная система единиц устраняет недостатки предыдущей системы, благодаря чему изменения в повседневной жизни не заметны. Достижения в технологии показали себя как долгосрочные последствия. Для науки, с другой стороны, прогресс происходит немедленно с новыми определениями. Еще одно преимущество убедительно: естественные константы применяются везде. Таким образом, новая СИ формирует своего рода универсальный язык, с которым международное сообщество уже согласилось.
Это может быть не сразу заметно, но новая система единиц более открыта для инноваций, чем предыдущая. Исходный килограмм используется для точного определения одной точки на шкале массы. Это приводит к тому, что слева и справа от этой точки она всегда становится все более и более неопределенной. В будущем любое количество точек может быть вновь реализовано по соответствующей шкале. Это может стать началом новых разработок в области измерений и калибровки.
Новые высокоточные весы измеряют «новый килограмм»
Теперь важно использовать возможности, связанные с этим в практических приложениях. Однако это все еще требует огромной работы по разработке совершенно новых инструментов - инструментов, подобных тому, который был разработан в Техническом университете Ильменау в сотрудничестве с Physikalisch-Technische Bundesanstalt, первым в мире промышленным масштабом для «нового килограмма»: шкалы Планка. Теперь он достигает диапазона точности, который в противном случае может быть достигнут только в национальных органах метрологии, таких как Physikalisch-Technische Bundesanstalt für Deutschland.
Название «Планковские весы» ссылается на постоянную Планка h, к которой теперь относится новый килограмм. После того, как значение h было установлено на международном уровне после многих лет исследований, массы могут быть определены только путем измерения электрических величин. Исследователи из ТУ Ильменау использовали это для разработки шкалы Планка. Высокоточная шкала работает по принципу электромагнитной компенсации силы. Проще говоря, взвешиваемая масса взвешивается на одной стороне весов электрической силой на другой стороне. Эта электрическая сила неразрывно связана с постоянной Планка и, таким образом, может быть непосредственно приписана новому определению килограмма.
Мера и тест
Что такое измерительная техника? Определение, основы и примеры
Новые весы для многих отраслей промышленности
Глава института, профессор Томас Фрёлих, который возглавлял команду разработчиков на весах Планка, объясняет: «Каждый вес на весах уравновешивается катушкой и может измеряться с помощью электрических сил. Это означает, что шкала Планка может непрерывно измерять каждый вес с максимальной точностью. Поэтому он может не только калибровать себя с использованием эталонных весов, но также может использоваться для самых разнообразных измерений, даже самых малых величин, во многих областях, где важна наивысшая точность измерений, например при изготовлении лекарственных средств ». В настоящее время используется шкала. Может использоваться для самых точных измерений любых весов в диапазоне измерений от одного миллиграмма до ста граммов.
Весы Планка предназначены для использования в широком спектре отраслей промышленности. От производителей прецизионных тележек до калибровочных лабораторий и медицины и биотехнологии существует высокая потребность в весах, способных достигать точных и воспроизводимых результатов измерений вплоть до микрограмма, то есть на шесть цифр после десятичной точки. Как только новая международная система единиц вступает в силу, шкала Планка обеспечивает шкалу, которая делает возможности новых килограммов единиц СИ на практике применимыми во всем мире.
СОВЕТ ПО КНИГАМ Пакет программ LabVIEW от National Instruments предлагает практически неуправляемый выбор процедур для числовой обработки данных. В книге «Анализ данных измерений с LabVIEW» представлено большое количество математических и технических ВП в тематическом порядке и описано их поведение.