De manier waarop we kilogrammen, meters en seconden definiëren Gewijzigd op mei 20, 2019

De manier waarop we vandaag de kilogrammen, meters en seconden bepalen Een nieuwe standaard definieert de kilogram van mei 20, 2019. Shutterstock / Piotr Wytrazek

We meten de hele tijd dingen - hoe lang, hoe zwaar, hoe heet enzovoort - omdat we dat moeten doen voor zaken als handel, gezondheid en kennis. Maar het is een uitdaging om ervoor te zorgen dat onze metingen appels met appels vergelijken: hoe weet ik of mijn kilogramgewicht of meterlengte hetzelfde is als het uwe.

Er zijn pogingen gedaan om de meeteenheden door de jaren heen te definiëren. Maar mei 20, 2019 - Internationale metrologiedag - ziet het volledige revisie van die normen komen in het spel.

U zult niets gemerkt hebben - u zult niet zwaarder of lichter zijn dan de dag ervoor - omdat de overgang naadloos is gemaakt.

Alleen de definities van de zeven basiseenheden van de SI (Système International d'Unités, of het International System of Units) zijn nu compleet anders dan gisteren.

De manier waarop we vandaag de kilogrammen, meters en seconden bepalen Nieuwe definities van de (SI) standaarden voor de kilogram (kg), meter (m), seconde (n), ampère (A), Kelvin (K), mol (mol) en candela (cd). BIPM, CC BY-SA

Hoe we meten

Mensen hebben altijd kunnen tellen, maar terwijl we evolueerden, zijn we snel overgestapt naar het meten van lengtes, gewichten en tijd.

De Egyptische farao's zorgden ervoor dat piramides werden gebouwd op basis van de lengte van de koninklijke onderarm, bekend als de Royal Cubit. Dit werd bewaard en afgekondigd door ingenieurspriesters die de standaard hielden onder pijn van de dood.

De manier waarop we vandaag de kilogrammen, meters en seconden bepalen Metrologie in actie - het wegen van de zielen van de doden en de Egyptische Royal Cubit (de zwarte staaf). Brynn Hibbert

Maar de el was geen vaste eenheid na verloop van tijd - het was ongeveer een halve meter, plus of min enkele tientallen millimeters bij de maat van vandaag.

De eerste suggestie van een universele set van decimale maten werd gemaakt door John Wilkins, in 1668, toenmalig secretaris van de Royal Society in Londen.

De impuls voor het doen van iets praktisch kwam met de Franse revolutie. Het waren de Fransen die de eerste normen van lengte en massa definieerden, met twee platina-standaarden die de meter en de kilogram vertegenwoordigen op juni 22, 1799, in de Archives de la République in Parijs.

Overeengekomen normen

Wetenschappers steunden het idee, met name de Duitse wiskundige Carl Friedrich Gauss was bijzonder enthousiast. Vertegenwoordigers van 17-landen kwamen samen om het internationale systeem van eenheden te creëren door het ondertekenen van de Verdrag van Meter Convention op mei 20, 1875.

Frankrijk, wiens straatrecht in de Frans-Pruisische oorlog een klap had gekregen en niet de wetenschappelijke macht was die het ooit was, bood een gehavend kasteel in het Forest of Saint-Cloud aan als een internationaal thuis voor het nieuwe systeem.

De manier waarop we vandaag de kilogrammen, meters en seconden bepalen BIPM, de thuisbasis van de SI. Brynn Hibbert (2012)

Het Paviljoen de Breteuil herbergt nog steeds het Bureau International de Poids et Mesures (BIPM), waar het Internationale Prototype van de Kilogram (voortaan de Grote K) verblijft in twee kluizen en drie glazen stolppotten.

De Big K is een gepolijst blok platina-iridium dat wordt gebruikt om de kilogram te definiëren, waartegen alle kilogramgewichten uiteindelijk worden gemeten. (Het origineel is slechts driemaal gewogen tegen een aantal bijna identieke exemplaren.)

De manier waarop we vandaag de kilogrammen, meters en seconden bepalen Internationaal prototype van de kilogram (de Big K). Foto met dank aan de BIPM

De Britten, die prominent aanwezig waren geweest in de discussies en het platina-iridium kilogram hadden geleverd, weigerden het verdrag te ondertekenen tot 1884.

Zelfs toen werd het nieuwe systeem alleen gebruikt door wetenschappers, waarbij het dagelijks leven werd gemeten in traditionele keizerlijke eenheden zoals kilo's en ounce, voeten en inches.

De Verenigde Staten ondertekenden het verdrag op die dag, maar implementeerden het nooit, en hielden vast aan hun eigen versie van het Britse imperiale systeem, die het vandaag de dag nog steeds grotendeels gebruikt.

De VS hebben misschien die beslissing in 1999 verprutst, echter toen de Mars Climate Orbiter (MCO) werd vermist in actie. De rapporteren over het incident, ouderwets een "ongelukje" genoemd (dat US $ 193.1 miljoen in 1999 kostte), zei:

[...] de hoofdoorzaak voor het verlies van het MCO-ruimtevaartuig was het niet gebruiken van metrische eenheden in de codering van een gemalen softwarebestand, "Small Forces", gebruikt in trajectmodellen.

In wezen is het ruimtevaartuig verloren gegaan in de atmosfeer van Mars toen het een lagere baan binnendrong dan gepland.

De nieuwe SI-definities

Dus waarom de verandering vandaag? De belangrijkste problemen met de vorige definities waren, in het geval van de kilogram, ze waren niet stabiel en, voor de eenheid van elektrische stroom, kon de ampère niet worden gerealiseerd.

En van wegingen tegen officiële exemplaren, denken we dat de Big K langzaam massa verloor.

Alle eenheden worden nu op een gebruikelijke manier gedefinieerd met behulp van wat de BIPM de "expliciete constante"Formulering.

Het idee is dat we een universele constante aannemen - bijvoorbeeld de snelheid van het licht in een vacuüm - en voortaan de numerieke waarde vaststellen op onze best gemeten waarde, zonder onzekerheid.

De realiteit is vast, het aantal is vast en daarom zijn de eenheden nu gedefinieerd.

We moesten daarom zeven constanten vinden en ervoor zorgen dat alle metingen consistent zijn, binnen de meetonzekerheid, en dan het aftellen naar vandaag beginnen. (Alle technische details zijn beschikbaar Hier.)

Australië had een hand in het vormen van het meest ronde macroscopische object op de aarde, een siliciumbol die werd gebruikt om de aarde te meten Avogadro constant, het aantal entiteiten in een vaste hoeveelheid substantie. Dit definieert nu de SI-eenheid, mol, grotendeels gebruikt in de chemie.

De manier waarop we vandaag de kilogrammen, meters en seconden bepalen Walter Giardini van het National Measurement Institute Australia houdt een siliconenbol vast als onderdeel van het Avogadro-project. Brynn Hibbert

Van standaard tot artefact

Hoe zit het met de Big K - de standaard kilogram? Tegenwoordig wordt het een object van groot historisch belang dat kan worden gewogen en de massa ervan meetonzekerheid zal hebben.

Vanaf vandaag wordt de kilogram gedefinieerd met behulp van de constante Planck, iets dat niet verandert ten opzichte van de kwantumfysica.

De uitdaging is echter om deze nieuwe definities uit te leggen aan mensen - vooral niet-wetenschappers - zodat ze het begrijpen. Een kilogram vergelijken met een metalen blok is eenvoudig.

Technisch is een kilogram (kg) dat nu gedefinieerd:

[...] door de vaste numerieke waarde van de Planck constant te nemen h om 6.626 070 15 × 10 te zijn-34 uitgedrukt in de eenheid J s, die gelijk is aan kg m2 s-1, waarbij de meter en de seconde zijn gedefinieerd in termen van c en ΔνCs.

Over de auteur

David Brynn Hibbert, emeritus hoogleraar analytische chemie, UNSW

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Verwante Boeken

{amazonWS: searchindex = Books; keywords = metric system; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

volg InnerSelf op

facebook-icontwitter-iconrss-icoon

Ontvang de nieuwste via e-mail

{Emailcloak = off}