Прецизността никога не е излишна. Ето защо в целия свят е създадена и съществува система от международни измервания, изразена в еталоните на всички известни на човека измервания. И само стандартът за килограм се откроява в обхвата на мерните единици. В крайна сметка той е единственият, който има физически прототип в реалния живот. Колко тежи и в коя страна се съхранява международният стандарт на килограм, ще отговорим в тази статия.
Защо се нуждаем от стандарти?
Един килограм, като портокали, тежи еднакво в Африка и Русия? Отговорът е да, почти. И всичко това благодарение на международната система за определяне на стандартите за килограм, метър, секунда и други физически параметри. Стандартите за измерване са необходими на човечеството, за да осигури икономическа дейност (търговия) и строителство (единство на чертежи), промишлена (единство на сплави) и културна (единство на интервали от време) и много други области на дейност. И ако вАко вашият iPhone се счупи в близко бъдеще, много вероятно е това да се е случило поради промени в теглото на най-важния стандарт за маса.
История на стандартите
Всяка цивилизация е имала свои собствени стандарти и стандарти, които се променят взаимно през вековете. В древен Египет масата на предметите се измерва в кантари или кикари. В древна Гърция това са били таланти и драхми. А в Русия масата на стоките се измерваше в паундове или макари. В същото време хората от различни икономически и политически системи като че ли се съгласиха, че единицата за маса, дължина или друг параметър ще бъде сравнима с една договорна единица. Интересното е, че дори пуд в древни времена можеше да се различава с една трета сред търговците от различни страни.
Физика и стандарти
Договорите, често словесни и условни, работеха, докато човек не се зае сериозно с науката и инженерството. С разбирането на законите на физиката и химията, развитието на индустрията, създаването на парния котел и развитието на международната търговия, имаше нужда от по-точни единни стандарти. Подготвителната работа беше дълга и старателна. Физици, математици, химици от цял свят са работили, за да намерят универсален стандарт. И на първо място - международният стандарт на килограма, защото от мярката за тегло се отблъскват други физически параметри (ампер, волт, ват).
Метрична конвенция
В покрайнините на Париж се е случило важно събитие през 1875 г. Тогава за първи път 17 държави (включително Русия) подписаха метрикатаконвенция. Това е международен договор, който гарантира единството на стандартите. Днес 55 държави са се присъединили към него като пълноправни членове и 41 държави като асоциирани членове. В същото време бяха създадени Международното бюро за мерки и теглилки и Международният комитет по мерки и теглилки, чиято основна задача е да следят единството на стандартизацията по света.
Стандарти на първата метрична конвенция
Стандартът на метъра беше линийка, изработена от сплав от платина и иридий (9 към 1) с дължина една четиридесет и милионна част от Парижкия меридиан. Килограмовият стандарт на същата сплав съответства на масата на един литър (кубичен дециметър) вода при температура от 4 градуса по Целзий (най-високата плътност) при стандартно налягане над морското равнище. Стандартната секунда беше 1/86400 от средния слънчев ден. Всички 17 държави, участващи в конвенцията, получиха копие от стандарта.
Място Z
Прототипите и оригиналът на стандарта днес се съхраняват в Камарата на мерките и теглилките в Севър близо до Париж. Именно в покрайнините на Париж е мястото, където е стандартът килограм, метър, кандела (интензитет на светлината), ампер (интензитет на тока), келвин (температура) и мол (като единица материя, няма физически стандарт) съхранени. Системата от тегла и мерки, която се основава на тези шест стандарта, се нарича Международна система от единици (SI). Но историята на стандартите не свърши дотук, а тепърва започваше.
SI
Стандартната система, която използваме - SI (SI), от френската Systeme International d'Unites - включва седем базови единици. Това е метър (дължина),килограм (маса), ампер (ток), кандела (интензитет на светлината), келвин (температура), мол (количество вещество). Всички останали физически величини се получават чрез различни математически изчисления с помощта на основни величини. Например, единицата за сила е kg x m/s2. Всички страни по света, с изключение на Съединените щати, Нигерия и Мианмар, използват системата SI за измервания, което означава сравняване на неизвестна величина със стандарт. А стандартът е еквивалент на физическа стойност, за която всички са съгласни, че е абсолютно точна.
Колко е референтен килограм?
Изглежда нещо по-просто - стандартът от 1 килограм е теглото на 1 литър вода. Но всъщност това не е съвсем вярно. Какво да вземем като стандарт за килограм от около 80 прототипа е доста сложен въпрос. Но случайно беше избран оптималният вариант на състава на сплавта, който продължи повече от 100 години. Стандартът на килограм маса е направен от сплав от платина (90%) и иридий (10%) и представлява цилиндър, чийто диаметър е равен на височината и е 39,17 милиметра. Изработени са и точните му копия, в размер на 80 броя. Копия от стандарта за килограм се намират в страните, участващи в конвенцията. Основният стандарт се съхранява в предградията на Париж и е покрит с три запечатани капсули. Където и да се намира стандартът за килограми, съгласуването с най-важния международен стандарт се извършва на всеки десет години.
Най-важният стандарт
Международният стандарт на килограма е излят през 1889 г. и се съхранява в Севър във Франция в сейфа на Международното бюро за мерки и теглилки, покриттри запечатани стъклени капачки. Само трима високопоставени представители на бюрото имат ключовете от този сейф. Наред с основния стандарт в сейфа има и шест негови двойници или наследници. Всяка година основната мярка за тегло, която се приема за еталон на килограма, тържествено се отстранява за изследване. И всяка година става все по-тънък. Причината за тази загуба на тегло е отделянето на атомите при отстраняване на пробата.
руска версия
Екземпляр от стандарта също е в Русия. Съхранява се във Всеруския изследователски институт по метрология. Менделеев в Санкт Петербург. Това са два платинено-иридиеви прототипа - No 12 и No 26. Те са на кварцова стойка, покрити с две стъклени капачки и затворени в метален сейф. Температурата на въздуха вътре в капсулите е 20 °C, влажността е 65%. Домашният прототип тежи 1,000000087 килограма.
Стандартът за килограм отслабва
Съгласуването на стандарта показа, че точността на националните стандарти е около 2 µg. Всички те се съхраняват при сходни условия и изчисленията показват, че стандартният килограм губи 3 x 10−8тегло за сто години. Но по дефиниция масата на международния стандарт съответства на 1 килограм и всякакви промени в действителната маса на стандарта водят до промяна в самата стойност на килограма. През 2007 г. се оказа, че килограмовият цилиндър започва да тежи с 50 микрограма по-малко. И загубата на тегло продължава.
Нови технологии и нов стандарт за измерване на теглото
За елиминиранегрешки, се търси нова структура на стандарта за килограм. Има разработки за определяне на стандарта на определено количество силиций-28 изотопи. Има проект "Електронен килограм". Националният институт по стандарти и технологии (2005 г., САЩ) проектира устройство, базирано на измерване на мощността, необходима за създаване на електромагнитно поле, способно да повдигне 1 кг маса. Точността на такова измерване е 99,999995%. Има разработки на дефиницията на масата по отношение на масата на покой на неутрона. Всички тези разработки и технологии ще направят възможно да се отървете от обвързване с стандарт за физическа маса, да се постигне по-висока точност и възможност за съгласуване навсякъде по света.
Други обещаващи проекти
И докато световните светила на науката определят кой начин за решаване на проблема е по-надежден, най-обещаващият е проектът, при който масата няма да се променя с времето. Такъв стандарт би бил кубично тяло от въглерод-12 изотопни атоми с височина 8,11 сантиметра. В такъв куб ще има 2250 x 281489633 въглерод-12 атома. Изследователи от Националния институт по стандарти и технологии на САЩ предлагат да се определи стандарта за килограм с помощта на константата на Планк и формулата E=mc^2.
Модерна метрична система
Съвременните стандарти изобщо не са това, което бяха. Метърът, първоначално свързан с обиколката на планетата, днес съответства на разстоянието, което светлинен лъч изминава за една 299792458 от секундата. Но секунда е времето, през което минава 9192631770вибрации на цезиевия атом. Предимствата на квантовата прецизност в този случай са очевидни, защото могат да бъдат възпроизведени навсякъде на планетата. В резултат на това единственият стандарт, който съществува физически, остава стандартът за килограм.
Колко струва стандартната?
Съществувайки повече от 100 години, стандартът вече струва много, като уникален артефакт. Но като цяло, за да се определи ценовият еквивалент, е необходимо да се изчисли броят на атомите в килограм чисто злато. Номерът ще бъде получен от около 25 цифри и това е без да се отчита идеологическата стойност на този артефакт. Но е твърде рано да се говори за продажба на стандарта за килограм, тъй като световната общност все още не се е отървала от единствения останал физически стандарт на международната система от единици.
Чудя се за измерванията
Във всички часови зони на планетата времето се определя спрямо UTC (например UTC+4:00). Забележително е, че абревиатурата изобщо няма декодиране; тя е приета през 1970 г. от Международния съюз по телекомуникации. Предложени бяха два варианта: английският CUT (координирано универсално време) и френският TUC (Temps Universel Coordonné). Избрахме средно неутрално съкращение.
В морето се използва измерването на възела. За измерване на скоростта на кораба е използван специален дневник с възли на същото разстояние, който се хвърля зад борда и отчита броя на възлите за определен период от време. Съвременните устройства са много по-модерни от въжето с възли, но името остава.
Медициозност на думите, значениечиято изключителна точност и прецизност дойде в езиците от името на древногръцкия стандарт за тегло - скрупула. Беше равно на 1,14 грама и се използваше при претегляне на сребърни монети.
Наименованието на паричните единици също често произлиза от имената на мерките за тегло. И така, сребърните монети се наричаха стерлинги във Великобритания и 240 от тези монети тежаха един паунд. В Древна Русия са били използвани „сребърни гривни“или „златни гривни“, което означавало определен брой монети, изразени в еквивалент на тегло.
Странното измерване на конските сили на автомобила има много реален произход. Изобретателят на парната машина Джеймс Уайт решава да демонстрира по този начин предимството на своето изобретение пред тяговия транспорт. Той изчисли колко кон може да вдигне товар в минута и определи това количество като една конска сила.
