Recientemente, se publicó un artículo
Revisión del sistema de la unidad SI: nuevas definiciones de amperio, kilogramo, kelvin y oración del usuario
alizar . Hubo una discusión en los comentarios. Me di cuenta de que este artículo era el
estándar de
Alizar , y también noté que muchos comentaristas estaban equivocados en cosas conocidas. Por lo tanto, estoy escribiendo este artículo.
El artículo estará dedicado a explicar cosas básicas. Como fuentes, utilicé los conocimientos sobre física y química obtenidos en la escuela, los artículos de Wikipedia, el SI actual (octava edición) y un borrador del nuevo SI (novena edición), que tengo la intención de aceptar. Trataré de ser objetivo, simplemente explicaré lo que los físicos ya saben.
No utilice el
artículo mencionado de
alizar como fuente de información. La primera oración es incorrecta (más precisamente, el título de la primera imagen: "Una esfera de silicio-28 con una pureza del 99.9998% puede aceptarse como una unidad estándar de medida de la cantidad de sustancia"), volveremos a ella (
UPD de 2017-11- 05 19:30: fijo). Como buenas fuentes de información, propongo
un artículo en la Wikipedia en inglés sobre el nuevo SI , el
artículo original de Nature , el
antiguo SI , un
borrador del nuevo SI , las
preguntas frecuentes sobre el nuevo SI .
"Definición". Para empezar, la palabra "definir" (así como las palabras "establecer" y "definición") en el contexto de nuestra discusión tiene dos significados a la vez: 1) poner, establecer, ingresar una definición,
definir , 2) averiguar, calcular, descubrir,
determinar . Por lo tanto, usaré la palabra "determinar" ("establecer", "definición") en el primer sentido, a menos que se indique lo contrario (sin embargo, en los comentarios puedo olvidarlo y usarlo en el sentido incorrecto). Es decir, si digo que el segundo se determina a través del cesio-133, entonces esto significa que la definición (es decir, una explicación formal de lo que el segundo está registrado en los documentos) se refiere al cesio-133. ¿Por qué presto atención a esta terminología aquí? Se aclarará aún más.
Explicaré qué es una constante, conocida con absoluta precisión, utilizando el ejemplo de la velocidad de la luz. Un medidor se define como la distancia que recorre la luz en 1/299792458 segundos. Como resultado, la velocidad de la luz con una precisión absoluta es de 299792458 m / s. Esto se desprende de la definición de un medidor. Es decir, el medidor está vinculado a un cierto valor numérico de la velocidad de la luz y al segundo. Las constantes físicas se dividen en dos tipos: ordinarias (la mayoría de ellas), que están determinadas por los resultados de los experimentos, solo se conocen con algún error y se refinan constantemente, y aquellas que tienen valores numéricos exactos, porque las unidades de medida se determinan a través de ellas. La velocidad de la luz pertenece al segundo.
Un kilogramo y su definición en el nuevo SI. Ahora un kilogramo se define como la masa de un sujeto especial, un kilogramo estándar (enfatizo: un sujeto específico, y no cualquier sujeto del mismo material del mismo tamaño). La masa de un kilogramo estándar con precisión absoluta es igual a un kilogramo. Por definición La referencia tiene copias repartidas por todo el mundo. Entonces, las masas del estándar y sus copias varían entre sí. Al mismo tiempo, es imposible entender cuál de estos objetos está aligerando y cuál es más pesado, ya que no hay nada con qué comparar. No hay un estándar más exacto con respecto al cual se pueda comparar. De esto se deduce que la masa del estándar de kilogramos está cambiando (simplemente porque sería muy extraño creer que la masa de copias del estándar está cambiando, pero el estándar en sí mismo no lo está). Pero a pesar de esto, su masa siempre es igual a un kilogramo. Por definición Solo el kilogramo mismo cambia con el estándar.
Como resultado, la definición actual de un kilogramo es insatisfactoria. Y así, el nuevo SI decidió cambiarlo. Es decir, atar un kilogramo a un cierto valor numérico de la constante de Planck, así como a un metro y un segundo. Es decir, hacer con un kilogramo de la misma manera que ya lo hizo con un medidor: adjunte una cierta constante a un cierto valor. Luego, la constante de Planck entrará en la categoría de constantes, que por definición tienen una precisión absoluta (la velocidad de la luz también se refiere a esto). Pero para hacer esto, primero debe decidir qué valor numérico de la constante de Planck fijamos en la definición de un kilogramo. Y para esto, primero debe medir la constante de Planck con la mayor precisión posible. Para hacer esto, realiza un experimento. Y en el experimento, el estándar actual del kilogramo debería participar. Por qué Porque necesitamos el valor más preciso de la constante de Planck, obtenida sobre la base del kilogramo actual. Sobre la base de qué (el valor obtenido de la constante de Planck) determinaremos el nuevo kilogramo. Hacer que el nuevo kilogramo se acerque lo más posible al anterior. Y tal experimento se realizó. A saber, medimos el estándar actual de un kilogramo en el llamado balance de vatios (balance de vatios, balance de Kibble). Esto nos permitió obtener el valor más preciso de la constante de Planck, expresada en kg · m
2 · s
-1 , donde “kg” significa el kilogramo anterior, es decir, el kilogramo estándar actual. Y luego el número resultante se declarará, por definición, el valor absolutamente exacto de la constante de Planck, expresado en kg · m
2 · s
-1 , donde “kg” ya significará un nuevo kilogramo.
¿El nuevo kilogramo es igual al viejo? Para ser completamente estricto, no. Porque se definen de manera diferente. No pueden ser iguales con absoluta precisión. Sin embargo, al determinar el valor de la constante de Planck, que debe incluirse en la definición de un kilogramo, los científicos intentaron calcularlo con la mayor precisión posible. Tanto como sea posible en el nivel actual de desarrollo tecnológico. Como resultado, en el nivel actual de desarrollo tecnológico es imposible identificar experimentalmente la diferencia entre los kilogramos nuevos y viejos. Quiero decir, es imposible decir cuál es más grande. Como resultado, desde un punto de vista práctico, son (¡en el nivel actual de desarrollo tecnológico!) Iguales. Y esto significa que no será necesario cambiar todas las escalas existentes del mundo.
Por el momento, la masa del kilogramo estándar es exactamente 1 kg. Y la constante de Planck se conoce con un error. Después de la adopción del nuevo SI, la constante de Planck se conocerá con seguridad. Pero la masa del estándar de kilogramo se conocerá solo con un error (incluso si suponemos que el estándar no se aligerará o se volverá más pesado, como lo hace ahora). E incluso si olvida que el estándar de kilogramo cambia su masa, es posible que cuando aprendamos a medir la masa con mayor precisión que ahora, descubramos que la masa del estándar de kilogramo es diferente del (nuevo) kilogramo.
Ahora atencion. Usando pesos en vatios,
determinamos (
en el segundo sentido , es decir, calculado) el valor numérico más preciso de la constante de Planck, con el que
determinaremos (
en el primer sentido , es decir, introduciremos la definición) kilogramos. Lo entiendes?
Lo mismo se aplica a todas las demás unidades que cambian su definición en el nuevo SI. Las nuevas definiciones se unen a ciertos valores numéricos de las constantes, que se conocerán con absoluta precisión. Para hacer esto, primero debe calcular estas constantes con la mayor precisión posible, utilizando las definiciones antiguas de estas unidades. Y para esto es necesario realizar experimentos, que a menudo incluyen aquellos fenómenos y estándares que se usaron en las definiciones antiguas de estas unidades. Después de eso, la constante física correspondiente se conocerá con absoluta precisión, pero la antigua definición de unidad solo será verdadera con un error (y antes de eso era al revés).
Nueva definición de oración. En el nuevo SI, el lunar se determinará fijando el número de Avogadro. Para hacer esto, se midió (número de Avogadro). Para hacer esto, hicimos lo siguiente: creamos una esfera de silicio-28, cuya cantidad de sustancia (desde el punto de vista de la antigua definición de un mol) se conoce, y se calculó el número de átomos que contiene. Todo es como un kilogramo, no lo repetiré. Simplemente no piense que la supuesta esfera de silicio-28, y aún más, la esfera
específica de silicio-28 se convertirá en el estándar de mole. La esfera solo se usó en un experimento para encontrar el número de Avogadro, y la definición de un lunar simplemente se referirá al valor numérico específico del número de Avogadro y no mencionará la esfera. Esta es la pregunta de por qué la primera oración del artículo de
alizar es incorrecta (
UPD del 2017-11-05 19:30: corregido).
Además, según tengo entendido, el experimento con escalas de vatios no es el único experimento para determinar la constante de Planck, que se llevará a cabo en preparación para la adopción de un nuevo SI. Y un experimento con una esfera de silicio no es el único para determinar la constante de Avogadro.
Polilla y unidad atómica de masa (a.u. En el antiguo SI, un lunar se definía como la cantidad de una sustancia en 12 gramos de carbono-12. Ah e.m. se definió como la masa del átomo de carbono 12 dividida por 12 (cita del SI actual: "El dalton (Da) y la unidad de masa atómica unificada (u) son nombres alternativos (y símbolos) para la misma unidad, igual a 1/12 veces la masa de un átomo de carbono 12 libre, en reposo y en su estado fundamental "). Esto condujo al hecho de que la masa molar de cualquier sustancia, expresada en gramos por mol, era exactamente exactamente igual numéricamente a la masa de la molécula de esta sustancia, expresada en a. es decir, el número de Avogadro se definió como el número de partículas en el mol, es decir, de hecho, también se determinó a través del carbono 12.
En el nuevo SI, el número de Avogadro se fijará, es decir, simplemente se especificará por el número, y el lunar se determinará a través de él. Ah E. m. (A juzgar por el último borrador del SI) aún se determinará a través del carbono-12. Como resultado, la igualdad mencionada se hará realidad solo aproximadamente.
Sin embargo, a partir de
este comentario , aprendí que SI no instala a en absoluto. E. m., Pero simplemente da una definición que se introduce en otras fuentes. Bueno, creo este comentario. Así que no todo está tan mal, espero que después de la adopción de la nueva IS, las fuentes establezcan a. E. M. corregirá sus definiciones.
También recuerdo que las masas de átomos expresadas en a. es decir, no son exactamente iguales en el número de protones y neutrones en el núcleo. Es decir, por ejemplo, la masa del átomo de silicio-28 no es exactamente 28 a. E. m., Es aproximadamente igual a 27.9769265325 a. e. m. T. a. las masas de protones y neutrones son diferentes, y también existe el concepto de defecto de masa. El único átomo cuya masa exacta está en a. E. m. Lo sabemos: este es el carbono 12, su masa es 12 a. e. m por definición.
UPD del 2017-10-27 0:25. Antes de hacer preguntas, leemos las
preguntas frecuentes sobre el nuevo SI y estos son mis comentarios:
UPD de 2017-11-01 19:41. Vea también
este mi comentario (sobre mole) . Y una vez más les recuerdo que la situación con la nueva definición de un kilogramo no es diferente de la situación con la nueva definición de un lunar y de otras definiciones que han cambiado en el nuevo SI. Y también de cualquier otra situación en la que la definición de una unidad ha cambiado en el pasado (por ejemplo, la situación con la transición a la definición actual de un medidor: a través de la velocidad de la luz). En todos los casos, la nueva definición se considera absolutamente correcta y los valores numéricos de las constantes fijadas en ella ya no se pueden especificar en el futuro. Entonces, en mi artículo, siempre puede reemplazar "kilogramo" con cualquier otra unidad que haya cambiado su definición. Y en los comentarios sobre la velocidad de la luz, de nuevo, puede reemplazar el "medidor" con otras unidades.
UPD de 2017-11-09 23:10. Vea también
este mi comentario (sobre mole) .