„Kilogramm” változatai közötti eltérés
[nem ellenőrzött változat] | [ellenőrzött változat] |
a Visszaállítottam a lap korábbi változatát 88.132.156.183 (vita) szerkesztéséről OrsolyaVirág szerkesztésére Címke: Visszaállítás |
|||
49. sor: | 49. sor: | ||
<ref>{{cite web |url=http://www.bipm.org/en/scientific/mass/verifications.html |title=BIPM - Verifications |first= |last=BIPM: |work=bipm.org |year=2011 |accessdate=15 March 2011 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20110501054211/http://www.bipm.org/en/scientific/mass/verifications.html |archivedate=2011-05-01 }} Az 1890 óta végzett összehasonlítások eredménye 10<sup>-8</sup> nagyságrendbe esik</ref> |
<ref>{{cite web |url=http://www.bipm.org/en/scientific/mass/verifications.html |title=BIPM - Verifications |first= |last=BIPM: |work=bipm.org |year=2011 |accessdate=15 March 2011 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20110501054211/http://www.bipm.org/en/scientific/mass/verifications.html |archivedate=2011-05-01 }} Az 1890 óta végzett összehasonlítások eredménye 10<sup>-8</sup> nagyságrendbe esik</ref> |
||
A 90% [[platina]], 10% [[irídium]] ötvözet nagy sűrűsége<ref>{{cite web |url=http://www.bipm.org/utils/en/pdf/poster_prototype_density.pdf |title=Density Detemination of Prototypes and Mass Standards at the BIPM |first= |last=C. Goyon – R. S. Davis |work=bipm.org |year=2009 |accessdate=25 March 2011 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20121022093617/http://www.bipm.org/utils/en/pdf/poster_prototype_density.pdf |archivedate=2012-10-22 }}Az angol etalonok irídiumtartalma kisebb (feltehetőleg a hidegalakítási technológia miatt), de a mért eredményt nem tekintik szignifikánsan eltérőnek</ref> miatt alkalmas etalonnak; a szennyeződésnek kitett felület így viszonylag kicsi, és a kisebb térfogat miatt a kiszorított levegő okozta [[felhajtóerő (hidrosztatika)|felhajtóerő]]<ref>{{cite web |url=http://www.npl.co.uk/reference/faqs/how-do-i-calculate-and-apply-air-buoyancy-corrections-(faq-mass-and-density) |title=How do I calculate and apply air buoyancy corrections? Reference: National Physical Laboratory |first= |last= |work=npl.co.uk |year=2011 |accessdate=22 March 2011 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20110404114633/http://www.npl.co.uk/reference/faqs/how-do-i-calculate-and-apply-air-buoyancy-corrections-(faq-mass-and-density) |archivedate=2011-04-04 }}A felhajtóerő számítása két kilogramm atalon összehasonlításánál</ref> is kisebb, így a mért tömeg kevésbé függ a levegő sűrűségétől. Emellett az ötvözet viszonylag közömbös; könnyen megmunkálható, sima felületűre alakítható – mindkettő tovább csökkenti a szennyeződést. A kilogrammetalon eredetileg platinából készült. A platina-iridium ötvözetnek ''(1874 alloy)'' az anyaga azonos a etalon anyagával. Az ötvözet tervezésére és elkészítésére vonatkozó leírás a [[méter#A méter etalon története|méter]] szócikkben szerepel. Abban az időben, amikor törvényerőre emelkedett, az [[Osztrák–Magyar Monarchia]] egységesen írta alá a [[méteregyezmény]]t, és azonos törvényeket hoztak az ország részterületeire. Ezek közül Szlovákia egyedülálló, hiszen nemrég vált külön Csehországtól, ezért ott a legfrissebb a métertörvény és a kilogramm etalon.<ref>{{cite web |url=http://www.smu.sk/storage/root/PDF/etalony/O_003_97.pdf |title=''Zákona č. 505/1990... Etalón Hmotnosti'' Slovenského metrologického ústavu za ''Národnỳ Etalón'' |first=Ľubomír |last=Šutek |work=smu.sk |year=2010 |accessdate=25 March 2011 }}{{Halott link|url=http://www.smu.sk/storage/root/PDF/etalony/O_003_97.pdf |date=2019-02 }} A szlovák kilogramm etalonok (a 41. és 65. sz. Pt-Ir) referenciája</ref> |
A 90% [[platina]], 10% [[irídium]] ötvözet nagy sűrűsége<ref>{{cite web |url=http://www.bipm.org/utils/en/pdf/poster_prototype_density.pdf |title=Density Detemination of Prototypes and Mass Standards at the BIPM |first= |last=C. Goyon – R. S. Davis |work=bipm.org |year=2009 |accessdate=25 March 2011 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20121022093617/http://www.bipm.org/utils/en/pdf/poster_prototype_density.pdf |archivedate=2012-10-22 }}Az angol etalonok irídiumtartalma kisebb (feltehetőleg a hidegalakítási technológia miatt), de a mért eredményt nem tekintik szignifikánsan eltérőnek</ref> miatt alkalmas etalonnak; a szennyeződésnek kitett felület így viszonylag kicsi, és a kisebb térfogat miatt a kiszorított levegő okozta [[felhajtóerő (hidrosztatika)|felhajtóerő]]<ref>{{cite web |url=http://www.npl.co.uk/reference/faqs/how-do-i-calculate-and-apply-air-buoyancy-corrections-(faq-mass-and-density) |title=How do I calculate and apply air buoyancy corrections? Reference: National Physical Laboratory |first= |last= |work=npl.co.uk |year=2011 |accessdate=22 March 2011 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20110404114633/http://www.npl.co.uk/reference/faqs/how-do-i-calculate-and-apply-air-buoyancy-corrections-(faq-mass-and-density) |archivedate=2011-04-04 }}A felhajtóerő számítása két kilogramm atalon összehasonlításánál</ref> is kisebb, így a mért tömeg kevésbé függ a levegő sűrűségétől. Emellett az ötvözet viszonylag közömbös; könnyen megmunkálható, sima felületűre alakítható – mindkettő tovább csökkenti a szennyeződést. A kilogrammetalon eredetileg platinából készült. A platina-iridium ötvözetnek ''(1874 alloy)'' az anyaga azonos a etalon anyagával. Az ötvözet tervezésére és elkészítésére vonatkozó leírás a [[méter#A méter etalon története|méter]] szócikkben szerepel. Abban az időben, amikor törvényerőre emelkedett, az [[Osztrák–Magyar Monarchia]] egységesen írta alá a [[méteregyezmény]]t, és azonos törvényeket hoztak az ország részterületeire. Ezek közül Szlovákia egyedülálló, hiszen nemrég vált külön Csehországtól, ezért ott a legfrissebb a métertörvény és a kilogramm etalon.<ref>{{cite web |url=http://www.smu.sk/storage/root/PDF/etalony/O_003_97.pdf |title=''Zákona č. 505/1990... Etalón Hmotnosti'' Slovenského metrologického ústavu za ''Národnỳ Etalón'' |first=Ľubomír |last=Šutek |work=smu.sk |year=2010 |accessdate=25 March 2011 }}{{Halott link|url=http://www.smu.sk/storage/root/PDF/etalony/O_003_97.pdf |date=2019-02 }} A szlovák kilogramm etalonok (a 41. és 65. sz. Pt-Ir) referenciája</ref> |
||
=== Mérés és kalibrálás === |
|||
[[Fájl:DeviationsFromIPK.svg|bélyegkép|jobbra|400px|A periodikus ellenőrzések által feltárt eltérések a kilogramm etalonok között<br />Az ábra a [[BIPM]]-ben készült]] |
|||
Tisztítása különleges |
Tisztítása különleges műveletet igényel.<ref>{{cite web |url=http://www.bipm.org/utils/en/pdf/Monographie1990-1-EN.pdf |title=The Washing and Cleaning of Kilogram Prototypes at the BIPM |first=: |last=Girard |work=bipm.org |year=2005 [last update] |accessdate=25 March 2011 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20120316100705/http://www.bipm.org/utils/en/pdf/Monographie1990-1-EN.pdf |archivedate=2012-03-16 }}Fényképes beszámoló a kilogramm etalonok hitelesítés előtti tisztításáról</ref> A Physikalisch-Technische Bundesanstalt széles tartományban végez kalibrálást.<ref>{{cite web |url= http://www.ptb.de/de/publikationen/mitteilungen/2008/2/08_2_3.pdf |title=Darstellung der Masseskala |first= |last=Michael Borys–Frank Scholz–Martin Firlus |work=ptb.de |year=2008 |accessdate=25 March 2011}}Német információs anyag a kilogramm etalonokról (PTB)</ref><!--ez a mondat még igényli az állítmányt Igaz. Pótoltam MZ/X--> |
||
A magyar (16. számú) kilogramm etalont utoljára 2007-ben hitelesítették.<ref>{{cite web |url=http://www.bipm.org/en/scientific/mass/certificates.html |title=BIPM - Calibrations |first= |last= |work=bipm.org |year=2011 |accessdate=15 March 2011 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20121022093524/http://www.bipm.org/en/scientific/mass/certificates.html |archivedate=2012-10-22 }} A magyar etalon hitelesítését itt sorolják fel</ref> |
A magyar (16. számú) kilogramm etalont utoljára 2007-ben hitelesítették.<ref>{{cite web |url=http://www.bipm.org/en/scientific/mass/certificates.html |title=BIPM - Calibrations |first= |last= |work=bipm.org |year=2011 |accessdate=15 March 2011 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20121022093524/http://www.bipm.org/en/scientific/mass/certificates.html |archivedate=2012-10-22 }} A magyar etalon hitelesítését itt sorolják fel</ref> |
||
A lap 2020. március 11., 17:53-kori változata
Ez a szócikk vagy szakasz tervezett vagy jövőbeni eseménnyel kapcsolatos információkat tartalmaz. Az adatok lehetnek spekulatív természetűek, a tartalom pedig – az esemény közeledtével, illetve további információk beérkeztével – jelentősen változhat. Legutóbbi módosítás: 2020. március 11. |
A kilogramm a tömeg SI-alapegysége; jele kg.
A kilogramm definíciója 2019 májusáig egy fizikai etalonon, azaz mintadarabon alapul, amit 1875 óta használtak erre a célra (international prototype kilogram - IPK).
Az új, 2019. május 20-án életbe lépő definíció alapja a Planck-állandó rögzített értéke. Az új definíció szerint a h Planck-állandó pontos értéke:[1]
h = 6,626 070 15·10−34 kg·m2·s–1
A h Planck-állandó érték mérése pontosságának bizonytalansága mindössze 0,000001% volt. Fontos megjegyezni, hogy a h Planck-állandó értékét a fenti számsorral rögzítették, azon a további mérések nem változtatnak.
A kg·m2·s−1 = J·s, így a kilogramm végső soron (elvileg) bárki által a másodperc és a méter alapján meghatározható. A kilogramm megmérhető a Kibble-mérleg segítségével.
[2] Az új definíciót 2018. november 16-án fogadták el a Párizs melletti Versailles-ban tartott Általános Súly- és Mértékügyi Konferencián.[3]
Az új definíció a „kilogramm” hétköznapi fogalmát vagy értékét nem módosítja.
Gramm és kilogramm
A kilogramm az egyetlen SI-alapegység, amelyik előtagot tartalmaz; a megfelelő előtag nélküli egység a gramm. Ennek történelmi okai vannak. 1790-ben a francia nemzetgyűlés megbízta az ország legnevesebb tudósait egy új mértékegységrendszer kidolgozásával. Ez volt a decimális mértékegységrendszer, az SI előfutára. Az 1799-es definíció szerint a tömeg alapmértékegysége a grave, 1 dm³ +4 °C-os[4][5] víz tömegével egyezik meg. További mértékegységek pedig a tonne (1000 grave) és a gramme (1/1000 grave).
A francia forradalom kitörése után azonban a grave-et elvetették (részben, mert hétköznapi használatra túl nagynak tartották, részben pedig politikai okokból – a „grave” egyik jelentése ugyanis „gróf”), helyette a grammot tették meg alapmértékegységnek (később a cgs rendszer alapjává is vált). Mivel azonban egygrammos etalont mind készíteni, mind használni nehézkes lett volna, egy egy kilogrammos etalont is készítettek (ez volt az ún. levéltári kilogramm, kilogramme des Archives). Idővel a kilogramm fokozatosan átvette a gramm szerepét, nemcsak etalonként, hanem alapmértékegységként is, és az SI mértékegységrendszerbe már ez került bele.
Részei és többszörösei
A prefixumokat a grammhoz illesztjük, de alapmértékegységnek a kilogrammot tekintjük. A mérésügyi törvény elsősorban azokat a prefixumokat engedélyezi, amelyek tízes hatványkitevője háromnak egész számú többszöröse. További többszörös és tört mértékek:
- t, tonna = 1000 kg = 1 000 000 gramm
- q, mázsa = 100 kg = 100 000 gramm
- dkg, dekagramm = 10 gramm
- cg, centigramm = 1/100 gramm
- mg, milligramm = 1/1000 gramm
- μg, mikrogramm = 1/1 000 000 gramm
- γ, gamma = 1 μg, régebben használt, nem SI-egység[6]
Súly és kilogramm
A hétköznapi szóhasználatban a kilogrammot gyakran a súly mértékegységének mondják.[7] Valójában a súly SI-mértékegysége a newton; a kilogrammhoz igazított SI-n kívüli mértékegysége a kilopond (kp). Utóbbi a műszaki mértékegység-rendszerben alapmértékegység volt. A nyugvó test súlya a tömeg és a nehézségi gyorsulás szorzata. Mivel a Föld felszínén a nehézségi gyorsulás jó közelítéssel állandó, a két mennyiség többé-kevésbé felcserélhető (1 kg tömeg 9,80665 newton, illetve 1 kilopond súlyú), általánosságban azonban ez nem igaz. A tömeg mértékére általában a súlyból következtetünk.
Léteznek eljárások, amelyek nem súlymérési módszerrel teszik lehetővé a tömeg megmérését, például rugók lengésével. Ilyen eljárások szükségesek az űrhajózásban.
A kilogramm definíciója
Az első meghatározás (1795) szerint legyen egy kilogramm annyi víznek a tömege, amely egytized méter élhosszúságú kockába fér a víz fagyáspontján. Ez volt gyakorlatilag a liter mértékegység meghatározása. Louis Lefèvre‑Gineau és Giovanni Fabbroni igen pontos mérésekkel kimutatták, hogy van a víznek egy sokkal stabilabb jellemzője: az a hőmérséklet, amelyen legnagyobb a sűrűsége. Ezt ők 4 °C-ként határozták meg, és ennek alapján készült el platinából a Levéltári Kilogrammo 1799-ben. A XX. század óta ezt úgy fogalmazzák meg, mint 1 köbdeciméter (dm³) víz tömege a legnagyobb sűrűségű állapotban, 3,984 Celsius-fokon és normál légköri nyomáson. Hétköznapi használatra 1 kg-nak vehetjük a vizet bármely hőmérsékleten, mivel a sűrűsége nem változik nagyon. 50 °C-ig 1% a hiba, de 100 °C-on már 4%. Az eredeti platinaetalon neve: kilogramme des Archives, míg a platina-iridium (és most már hivatalos) változat neve: prototype international du kilogramme. Az őskilogramm Marc Etienne Janety királyi ékszerész munkája[8]
Ez valójában körkörös definíció: a víz sűrűsége kis mértékben függ a légnyomástól, a nyomás pedig többek között a tömegből származtatott SI egység. Ennek elkerülésére 1889-ben, a párizsi 1. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencián (Conférence générale des poids et mesures) a kilogrammot egy nemzetközi etalon, a sèvres-i Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatalban (Bureau International des Poids et Mesures)[9] őrzött, platina-irídium ötvözetből készült, 39 mm magasságú és átmérőjű henger (a „Le Grande Kilo”) tömegeként definiálták. Jelenleg egy elsőrendű etalont és hat hivatalos másolatát őrzik.[10] Az etalonról az egyes országok számára másolatokat készítenek; ezek a nemzeti etalonok, amelyeket mintegy 10 évente újra összehasonlítanak a nemzetközi etalonnal.[11] [12]
A 90% platina, 10% irídium ötvözet nagy sűrűsége[13] miatt alkalmas etalonnak; a szennyeződésnek kitett felület így viszonylag kicsi, és a kisebb térfogat miatt a kiszorított levegő okozta felhajtóerő[14] is kisebb, így a mért tömeg kevésbé függ a levegő sűrűségétől. Emellett az ötvözet viszonylag közömbös; könnyen megmunkálható, sima felületűre alakítható – mindkettő tovább csökkenti a szennyeződést. A kilogrammetalon eredetileg platinából készült. A platina-iridium ötvözetnek (1874 alloy) az anyaga azonos a etalon anyagával. Az ötvözet tervezésére és elkészítésére vonatkozó leírás a méter szócikkben szerepel. Abban az időben, amikor törvényerőre emelkedett, az Osztrák–Magyar Monarchia egységesen írta alá a méteregyezményt, és azonos törvényeket hoztak az ország részterületeire. Ezek közül Szlovákia egyedülálló, hiszen nemrég vált külön Csehországtól, ezért ott a legfrissebb a métertörvény és a kilogramm etalon.[15]
Mérés és kalibrálás
Tisztítása különleges műveletet igényel.[16] A Physikalisch-Technische Bundesanstalt széles tartományban végez kalibrálást.[17] A magyar (16. számú) kilogramm etalont utoljára 2007-ben hitelesítették.[18]
A különféle anyagból készült etalonok eltérő méretűek
anyag | sűrűség | térfogat | átmérő |
---|---|---|---|
kg/m³ | cm³ | mm | |
platina-irídium | 21550 | 46 | 38,9 |
platina | 21450 | 46,6 | 39 |
alpakka | 8600 | 116 | 52,9 |
sárgaréz | 8400 | 119 | 53,3 |
invar | 8100 | 123 | 53,9 |
acél | 8000 | 125 | 54,2 |
alumínium | 2700 | 370 | 77,8[19] |
hegyikristály | 2666 | 375 | 78 |
szilícium gömb | 2330 | 429 | 93,4 |
A táblázat első sora az 1874 alloy adatait tartalmazza, a második az őskilogramm adatait. Az invart (kobalttal dúsított invar) a méter etalonhoz használják. A kilogramm etalonokat nem egyszerű (7860 kg/m³), hanem korrózióálló acélból készítik. Az ötvözet anyagától függően tehát a kilogramm etalonok magassága és átmérője 38,9–39,2 mm között változik. A térfogati adatok alapján belátható, hogy például ha egy platina- és egy acéletalont hasonlítanak össze, a normál légköri levegő által keltett felhajtóerő miatt 95 mg mérési hiba keletkezik. Ennek kiküszöbölésére egyes laboratóriumok vákuum[20] alatti mérleget használnak (NPL). A német Physikal-Technische Bundesantalt[21] kétféle vákuummérleget is használ. A BIPM kimérte az acél kilogrammetalonok mérési hibáját. Az általuk közölt ábrán jól látható, mekkora a mérési bizonytanságnak az a része, amelyet az etalon megválasztása, a mérleg megválasztása, illetve a levegő által keltett felhajtóerő okoz.[22]
Tömegetalonok jelzése
OIML R 111-94,[23] Organisation Internationale de Métrologie Légale (A Törvényi Mérésügy Nemzetközi Szervezete). Azonosítók: E1, E2, F1, F2, M1, M2, M3
ASTM E 617-97,[24] American Society for Testing and Materials (Anyagok és Anyagvizsgálatok Amerikai Társasága). Azonosítók: 0...7 (számjegyek)
NIST HB 105-1-90[25] National Institute of Standards and Technology (Országos Műszaki és Szabványügyi Intézet). Azonosító: F
Az NBS dokumentum[26] további tömeg-etalonokat határozott meg; National Bureau of Standards (Országos Szabványügyi Iroda), jogutódja a NIST. Az etalonok azonosítóját lásd a következő táblázatban: J, M, S, S-1, P, Q, T
Az échelle francia szó, eredetileg létrafokot jelent (kiejtése: ɛʃɘl). Az alábbi táblázatban a minőségi fokozatot jelöli: hol helyezkedik el az adott etalon a mértékek hierarchikus rendjében
jel | Echelon I | Echelon I | ||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Echelon II | Echelon II | |||||||||||||||
Echelon III | Echelon III | |||||||||||||||
névleges érték | E1 | E2 | F1 | F2 | M1 | M2 | M3 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | F |
kg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg |
5000 | 100 000 | 250 000 | 500 000 | 750 000 | 500 000 | |||||||||||
2000 | 40 000 | 100 000 | 200 000 | 300 000 | 200 000 | |||||||||||
500 | 10 000 | 25 000 | 50 000 | 75 000 | 50 000 | |||||||||||
200 | 4 000 | 10 000 | 20 000 | 30 000 | 20 000 | |||||||||||
50 | 25 | 75 | 250 | 750 | 2500 | 7500 | 25000 | 63 | 125 | 250 | 500 | 1 000 | 2 500 | 5 000 | 7 500 | 5 000 |
20 | 10 | 30 | 100 | 300 | 1000 | 3000 | 10000 | 25 | 50 | 100 | 200 | 400 | 1 000 | 2 000 | 3 800 | 2 000 |
5 | 2,5 | 7,5 | 25 | 75 | 250 | 750 | 2500 | 6 | 12 | 25 | 50 | 100 | 250 | 500 | 1 400 | 500 |
2 | 1,0 | 3,0 | 10 | 30 | 100 | 300 | 1000 | 2,5 | 5,0 | 10 | 20 | 40 | 100 | 200 | 750 | 200 |
1 | 0,5 | 1,5 | 5 | 15 | 50 | 150 | 500 | 1,3 | 2,5 | 5 | 10 | 20 | 50 | 100 | 470 | 100 |
0,5 | 0,25 | 0,75 | 2,5 | 7,5 | 25 | 75 | 250 | 0,60 | 1,2 | 2,5 | 5,0 | 10 | 30 | 50 | 300 | 70 |
0,2 | 0,1 | 0,3 | 1,0 | 3,0 | 10 | 30 | 100 | 0,25 | 0,5 | 1,0 | 2,0 | 4,0 | 15 | 20 | 160 | 40 |
0,05 | 0,030 | 0,10 | 0,30 | 1,0 | 3,0 | 10 | 30 | 0,060 | 0,12 | 0,25 | 0,60 | 1,2 | 5,6 | 7 | 10 | |
0,02 | 0,025 | 0,080 | 0,25 | 0,8 | 2,5 | 8 | 25 | 0,037 | 0,074 | 0,10 | 0,35 | 0,70 | 3,0 | 3 | 33 | 4,0 |
0,005 | 0,015 | 0,050 | 0,15 | 0,5 | 1,5 | 5 | 15 | 0,017 | 0,034 | 0,054 | 0,18 | 0,36 | 1,3 | 2 | 13 | 1,5 |
0,001 | 0,010 | 0,030 | 0,10 | 0,3 | 1,0 | 3 | 10 | 0,017 | 0,034 | 0,054 | 0,10 | 0,20 | 0,50 | 2 | 4,5 | 0,90 |
0,0002 | 0,006 | 0,020 | 0,06 | 0,20 | 0,6 | 2 | 0,005 | 0,010 | 0,025 | 0,06 | 0,12 | 0,26 | 1 | 1,8 | 0,54 | |
0,000 05 | 0,004 | 0,012 | 0,04 | 0,12 | 0,4 | 0,005 | 0,010 | 0,014 | 0,042 | 0,085 | 0,16 | 0,5 | 0,88 | 0,35 | ||
0,000 01 | 0,002 | 0,008 | 0,025 | 0,08 | 0,25 | 0,005 | 0,010 | 0,014 | 0,030 | 0,060 | 0,10 | 0,5 | 0,4 | 0,21 | ||
0,000 002 | 0,002 | 0,006 | 0,020 | 0,06 | 0,20 | 0,005 | 0,010 | 0,014 | 0,025 | 0,050 | 0,060 | 0,2 | 0,12 | |||
0,000 001 | 0,002 | 0,006 | 0,020 | 0,06 | 0,20 | 0,005 | 0,010 | 0,014 | 0,025 | 0,050 | 0,050 | 0,1 | 0,10 |
Etalonoknál a tűrésmező a Vezérfonal a mérési bizonytalanság meghatározására című kiadványban értelmezett négyzetes eloszláshoz hasonló,[27] tehát nem a szórás, vagy annak kiterjesztett értéke
Az etalonok hitelesítésére különleges hidrosztatikus mérlegeket terveztek. Az amerikai NIST (illetve elődje, az NBS) elektronikus mérlege vagy vizet használ, vagy FC-75[28] típusú perfluorokarbon szénhidrogénszármazékot.[29]
További pontosítást igényelnek az anyagok mágneses tulajdonságai. Így például a platina paramágneses anyag, a sárgaréz diamágneses,[30] az acél viszont ferromágneses. Ezt az etalonok hitelesítésénél figyelembe kell venni. Az Alac típusú etalonok mágneses szuszceptibilitását rendszeresen tesztelik a BIPM-ben.[31]
National Bureau of Standards
National Bureau of Standards: Circular 3. Design and test of standards of mass; Classification of Weight, 1903, 1918.[32] NBS Handbook 44. átvéve a NIST számára 1991-ben
Típus | felhasználása | pontossági osztálya[33] | anyaga, kivitele |
---|---|---|---|
J | analitikai mérlegek számára | 0,003 mg | aranyozott, nem mágnesezhető |
M | nagypontosságó mérésekhez | 0,0054 mg | sárgaréz, bronz, Pt, vagy Rh felülettel |
S | tudományos célra (Scientific) | 0,014 mg | réz, alumínium, ón, oxidmentes |
S-1 | azonos az S osztállyal, de a nem-metrikus mértékek számára[34] | 0,014 mg | réz, alumínium, ón, oxidmentes |
P | laboratóriumi és nagy pontosságú műszaki felhasználásra | 0,1 mg | sűrűség: 7200–10000 kg/m³ |
Q | általános laboratóriumi felhasználásra, oktatási célra | 0,1 mg | |
T | célműszerekhez, erőmérési célokra is | 0,8 mg | alumínium |
A | állami elsődleges etalon | ||
B | állami másodlagos etalon | ||
C | mérlegteszt céljára |
A P, Q, T osztályoknál, ha a névleges érték igen kicsi, akkor az érték tűrése kisebb, mint 5%
Problémák a definícióval
Az etalonon alapuló definícióval számos probléma van. Elméletileg, ha az etalonnal valami történik (például jelentős szennyeződés éri), akkor az egész világon minden test tömege számszerűen megváltozik. Ezt a furcsa helyzetet az okozza, hogy nem az etalon lett 1 kilogrammos tömegűre elkészítve, hanem az 1 kilogramm pontosan és mindig az a tömeg, amennyi az etalon mindenkori tömegével azonos. Rengeteg problémát vet fel és rengeteg erőforrást emészt fel az etalon tárolása, sérülésektől és szennyeződéstől való védelme, rendszeres tisztítása, a nemzeti etalonok előállítása és rendszeres kalibrálása.
Az etalon tömegének mérési hibája néhány mikrogramm. Az etalonok tömege folyamatosan változik: a nemzeti etalonok esetében akár évi két mikrogrammal. A nemzetközi etalon ennél minden bizonnyal stabilabb, de kismértékben szintén változik. (Természetesen csak a szó „rendes” értelmében – ha szigorúan vesszük a definíciót, a nemzetközi etalon értéke sohasem változhat.)
Mindezen problémák miatt a kutatók nagy erőfeszítéseket tesznek egy modern, a fizika alapvető állandóiból és törvényeiből levezethető definíció megalkotására.
Javasolt új definíciók
Erőfeszítéseket tesznek alapvető vagy atomi állandók felhasználásával történő új definíció bevezetésére. A működő javaslatok az alábbiak:
Atomszámláló megközelítés
Az Avogadro-projekt
- Az Avogadro-számos[35] megközelítés kísérletet tesz rá, hogy a kilogrammot adott számú szilíciumatom tömegeként definiálja. Gyakorlati megközelítéssel egy gömböt használnának, amelynek méretét interferometria felhasználásával mérhetnék.[36]
A projekt megvalósításához egyetlen szilíciumizotóp szükséges. Erre a célra a 28-as izotópot választották, amelyet Oroszország tudott elegendő mennyiségben szállítani. Ebből az anyagból a német PTB-nek sikerült egykristálynövesztéssel szilíciumgömböket előállítania. Az ausztráliai Optikai Kutatóintézetben érték el a gömbök csiszolásával a lehető legtökéletesebb gömbformát. Az így létrehozott 93 mm átmérőjű gömbnek a gömbformától való eltérése jelenleg kisebb, mint 35 nm.[37] A szilíciumgömb felületén oxidok képződnek néhány molekulányi rétegben (SiO és SiO2). Víz is rakódik rá; ha azonban vákuumban mérjük a tömegét, a víz elpárolog róla, tehát a mérés pontosságát nem befolyásolja. Míg a hagyományos platina–irídium kilogrammok ellenőrzése nagy mértékben függ azok állapotától és a mérlegek tulajdonságaitól, addig a szilíciumetalonról elmondható, hogy adatai ismertek és állandóak.
Az elgondolás a következőkön alapszik:
- Az Avogadro-szám az alapvető fizikai állandók közé tartozik, és értékét nagy pontossággal ismerjük. Ennek alapján pontosan megmondható, hány darab atom van egy kilogramm szilícium-28-ban
- A szilíciumkristály rácsállandója atomfizikai megfontolások alapján kiszámítható, értékét ezért pontosan ismerjük
- A rácsállandó és az atomok darabszáma alapján pontosan meghatározható a gömb térfogata; ebből az átmérője. A szilícium-egykristály monotonitása rendkívül stabil
- Az előbbi adatokból nagy pontossággal ismertté tehető a szilíciumgömb sűrűsége. A sűrűség ismeretében a hidrosztatikai mérlegelés pontosan elvégezhető.
A mérési bizonytalanságot rontja, ha az etalonban más izotópok is vannak, mint a tervezetben meghatározott 28-as; ezek éppúgy rácsszerkezeti hibát okoznak, mint bármilyen egyéb szennyező anyag. Ezért van szükség a tiszta izotópra a mérések számára.
Az elemi elektromos töltés alapján való meghatározás
- Az ionfelhalmozódásos megközelítés aranyatomok (Au197) felhalmozásán alapul, és a semlegesítéséhez szükséges elektromos töltést mérné.[38] Az aranyatomok felhalmozódását egy tömegszeparátor gyűjti, és egy tömegkomparátor által vezérelt érzékelő méri. A létrejövő mikrohullámú sugárzás a Josephson-állandóval áll kapcsolatban
Alapvető állandók felhasználásával
- A Watt-mérleg[39] az áram erőhatásán alapszik. Ez a mérőeszköz az amper mértékegység meghatározására szolgáló árammérlegen alapszik, annak továbbfejlesztett változata. A Watt-mérleggel kísérletek folynak a BIPM, az NPL[40] és a NIST[41] és Svájc[42] laboratóriumaiban.
Jelenleg az amper, a volt az ohm egységeket és a Planck-állandót lehet összekapcsolni a tömeggel. A 2011. évi Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia tárgya döntést hozni erről.[43] A végleges döntés 2018 novemberében született meg, a kísérleti eszközt azóta nem Watt-mérleg, hanem Kibble-mérleg néven említik.
- A lebegtetett szupravezetős megközelítés a kilogrammot elektromos mennyiségekhez köti. Egy szupravezető tekercs által keltett mágneses térben szupravezető anyagot lebegtetve a szükséges elektromos áram mérésével definiálható a tömeg. Az eredmény meghatározásához ismerjük már elegendő pontossággal a kvantum-Hall effektust és a Josephson-állandót. A készülék maga gyakorlatilag azonos szerkezetű a Watt-mérleg szerkezetével: mágnestekercs terében lebegő mágnes, amely kétkarú mérleghez illeszkedik, és a felrakott mérlegsúllyal kiegyenlíthető.
- Mivel a Josephson-féle (CIPM (1988) Recommendation 1, PV 56; 19) és von Klitzing-féle (CIPM (1988), Recommendation 2, PV 56; 20) állandóknak megállapodással adtak értéket, lehetőség nyílik azok kombinációjára (KJ ≡ 4,835 979 · 1014 Hz/V és RK ≡ 2,581 280 7 · 104 Ω), az amper definíciójával a kilogrammot a következőképp definiálhatjuk:
- A kilogramm az a tömeg, amely pontosan 2 · 10-7 m/s² gyorsulással mozogna, ha akkora erő hatna rá, mint az elhanyagolható keresztmetszetű, egymástól 1 méter távolságban haladó végtelen hosszú párhuzamos vezetőpár egy méteres szakaszára, ha a vezetőkön keresztül pontosan 6,241 509 629 152 65 · 1018 elemi töltés másodpercenkénti áram folyna.. Ez az elv gyakorlatilag azonos az áramerősség mértékegységének meghatározására szolgáló árammérleg szerkezetével, amennyiben a mérést az erő mérésére vezeti vissza. (A fenti definíció az amper definíciójának fordítottja).
Jegyzetek
- ↑ physicsworld: Kilogram finally redefined as world’s metrologists agree to new formulation for SI units - 2018-11-16. [2018. november 16-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2018. november 19.)
- ↑ Archivált másolat. [2018. április 29-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2018. november 17.)
- ↑ https://www.vg.hu/kozelet/technologia-tudomany/mar-a-kilogramm-se-a-regi-1206187/ Archiválva 2018. november 17-i dátummal a Wayback Machine-ben Már a kilogramm se a régi, Világgazdaság, 2018. november 16.
- ↑ The Energy Library. [2014. január 7-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. január 7.)
- ↑ Kilogram. Kilogramme des Archives. [2014. január 7-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. január 7.) A liter, és ezzel a kilogramm meghatározásához szükséges méréseket Antoine Lavoisier és René Just Haüy végezték el; ez lett a Nemzeti Konventhez benyújtott 1795-ös (La Loi Du 18 Germinal An 3) definíció alapja. A további mérések (Louis Lefèvre‑Gineau és Giovanni Fabbroni) találtak a fagypontnál is stabilabb vonatkoztatási pontot; azt a hőmérsékletet, amelyen maximális a víz sűrűsége, s amelyet akkoriban +4 °C-ként határoztak meg. Ennek alapján kissé korrigált értékkel készült el a végleges platina etalon (Kilogramme des Archives). A víz sűrűségének ma ismert értékét a XX. században pontosították; így lett ez a hőmérséklet 3,984 °C (Vienna Standard Mean Ocean Water). Az 1795-ös kilogramm 18841 grain; az 1799-es kilogramm 18827 grain, az eltérés alig észrevehető
- ↑ H. G. Jerrard. A Dictionary of Scientific Units – Including dimensionless numbers and scales. Springer Science & Business Media (2012) Archiválva 2017. április 3-i dátummal a Wayback Machine-ben
- ↑ Coleman – Crown – Dresser: Uniform laws and regulations in the area of legal metrology and engine fuel quality. ts.nist.gov, 2003. [2011. szeptember 27-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. június 9.) Jellemző idézet az Egyesült Államok mérésügyi törvényébőL. When used in this handbook, the term "weight" means, "mass." (Ha súlyt mondunk, az mindig tömeget jelent)
- ↑ McDonald, Donald: pmr-v12-i4-142-145.pdf. platinummetalsreview.com, 2006. [2011. augusztus 13-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 15.) A platina kilogramm története
Felirata: A kilogramm alapmintája, amely a 3-ik évben, Germinal 18-án készült, és átadva a 7. év Messidor 4-én - ↑ BIPM - unit of mass. bipm.org, 2010 [last update]. [2011. január 10-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 3.)
- ↑ BIPM - international prototype and its six official copies. bipm.org, 2007. [2007. szeptember 26-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 10.) A kilogramm és másolatai Sévres-ben
- ↑ Meyer-Stoll, Cornelia: Die Regulierung der bayerischen Landesmaße. radiobar.toolbarhome.com, 2011. [2010. augusztus 16-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 3.)
E dokumentum tartalmazza az Ausztria által is használt, hegyi kristályból készült kilogramm etalon képét - ↑ BIPM:: BIPM - Verifications. bipm.org, 2011. [2011. május 1-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 15.) Az 1890 óta végzett összehasonlítások eredménye 10-8 nagyságrendbe esik
- ↑ C. Goyon – R. S. Davis: Density Detemination of Prototypes and Mass Standards at the BIPM. bipm.org, 2009. [2012. október 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 25.)Az angol etalonok irídiumtartalma kisebb (feltehetőleg a hidegalakítási technológia miatt), de a mért eredményt nem tekintik szignifikánsan eltérőnek
- ↑ How do I calculate and apply air buoyancy corrections? Reference: National Physical Laboratory. npl.co.uk, 2011. [2011. április 4-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 22.)A felhajtóerő számítása két kilogramm atalon összehasonlításánál
- ↑ Šutek, Ľubomír: 'Zákona č. 505/1990... Etalón Hmotnosti Slovenského metrologického ústavu za Národnỳ Etalón'. smu.sk, 2010. (Hozzáférés: 2011. március 25.)[halott link] A szlovák kilogramm etalonok (a 41. és 65. sz. Pt-Ir) referenciája
- ↑ Girard, :: The Washing and Cleaning of Kilogram Prototypes at the BIPM. bipm.org, 2005 [last update]. [2012. március 16-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 25.)Fényképes beszámoló a kilogramm etalonok hitelesítés előtti tisztításáról
- ↑ Michael Borys–Frank Scholz–Martin Firlus: Darstellung der Masseskala. ptb.de, 2008. (Hozzáférés: 2011. március 25.)Német információs anyag a kilogramm etalonokról (PTB)
- ↑ BIPM - Calibrations. bipm.org, 2011. [2012. október 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 15.) A magyar etalon hitelesítését itt sorolják fel
- ↑ International recommendation. Metrological and technical requirements. oiml.org, 2005. [2011. augusztus 1-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 22.) OIML előírások a kilogramm mérésére
- ↑ Vacuum Weighing Facilities. npl.co.uk, 2011. [2011. február 2-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 22.) Vákuum-mérleg az NPL laboratóriumban
- ↑ Borys - Scholz - Firlus: 08_2_3.pdf. ptb.de, 2008. (Hozzáférés: 2011. március 25.)Vákuummérlegek a német metrológiai intézetben
- ↑ Davis, R.: Density of Standards. bipm.org, 2003. [2012. október 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 27.) A mérési bizonytalanság értéke függ az etalontól, a mérlegtől, valamint a levegő felhajtóerejétől.
- ↑ International recommendation: Metrological and technical requirements. oiml.org, 2005 [last update]. [2011. augusztus 1-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 26.)Az alapvető OIML hivatkozás
- ↑ Clasificationes de pesas OIML R 111, ASTM E 617 y NIST F. metas.com.mx, 2010. [2012. május 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 26.)ASTM hivatkozás spanyolul
- ↑ NIST Handbook 105-1 Specifications and tolerances for refernce standards and field standard weight and measures. nist.gov, 2010. [2012. szeptember 26-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 26.)NIST tömeg etalon szabványok
- ↑ T. W. Lashof and L. B. Macurdy: Precision laboratory standards of mass and laboratory weight. nist.gov, 2011. [2011. október 19-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 26.) National Bureau of Standars szabványi
- ↑ Evaluation of measurement data - Guide to the expression of uncertainty in measurement. oiml.org, 2010. (Hozzáférés: 2011. július 25.)[halott link] GUM négyszögletes eloszlás 4. fejezet 2. ábra
- ↑ FC-75 Archiválva 2015. november 4-i dátummal a Wayback Machine-ben angolul
- ↑ Davis, R. S.: NIST Measurement services: Mass calibrations. nist.gov, 2011 [last update]. [2011. október 19-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 19.) Tömegmérések az NBS-nél
- ↑ Magnetic properties of Copper. bipm.org, 2007. [2012. október 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. április 1.) A dokumentum képet tartalmaz egy műszerről, amely aktuálisan egy diamágneses etalon tulajdonságait méri
- ↑ BIPM - Calibrations. bipm.org, 2011. [2012. október 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. április 1.)
- ↑ T. W. Lashof and L. B. Macurdy: Precision laboratory standards of mass and laboratory weigths. nist.gov, 2011. [2011. október 19-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 26.) A tömegetalonokra vonatkozó XX: századi előírások
- ↑ egyedi, illetve több darab átlagára eltérő előírások – például az S osztályban az 1 g-os mérlegsúly egyedi (individual) tűrése 0,054 mg, csoportra (group) 0,105 mg
- ↑ avoirdupois, aphotecary, troy, grain, carat, assay ton
- ↑ Downess, Stephen: Avogadro Project. npl.co.uk, 2011. [2011. február 2-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 22.) Az Avogadro-projekt (National Physical Laboratory) szilíciumgömbje
- ↑ buoycornote.pdf. npl.co.uk, 2007. [2011. február 2-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 25.)A szilíciumgömb és más etalonok mérési hibája a levegő által keltett felhajtóerő következtében
- ↑ Precision spheres in push to re-define kilogram (Achievement). csiro.au, 2011. [2011. január 5-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. április 1.) Az Australian Centre for Precision Optics beszámolója a szilíciumgömbök előállításáról
- ↑ How might the definition of the kilogram change in the future? National Physical Laboratory. npl.co.uk, 2007. [2011. február 2-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. április 1.) NPL tájékoztatója a tömegmérés lehetséges jövőbeli módjairól; az ionfelhalmozódás és a lebegtetett szupravezető rövid leírása
- ↑ BIPM - BIPM project. bipm.org, 2011. [2011. augusztus 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 3.) A BIPM Watt-mérleg
- ↑ NPL watt balance : Research : Mass : Mass, Force, Pressure : Engineering Measurements : Science + Technology : National Physical Laboratory. npl.co.uk, 2011. [2011. február 2-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 3.)
- ↑ Ost, Laura: NIST Improves Accuracy of ‘Watt Balance’ Method for Defining the Kilogram. nist.gov, 2010. [2011. február 27-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 3.)
- ↑ METinfo2010_2.pdf. metas.ch, 2010. [2012. október 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 3.) (9. oldal)
- ↑ On the possible future revision of the International System of Units, the SI. bipm.org, 2010. [2011. augusztus 6-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. szeptember 26.)