استاندارد کیلوگرم از چه فلزاتی ساخته شده است؟ واحد استاندارد جرم

تعریف واحد جرم - کیلوگرم - توسط سومین کنفرانس عمومی اوزان و اندازه‌ها در سال 1901 به شکل زیر ارائه شد:

"کیلوگرم، یک واحد جرم، با جرم نمونه اولیه بین المللی کیلوگرم نشان داده می شود."

هنگام ایجاد سیستم اندازه گیری متریک، جرم 1 کیلوگرم به عنوان یک واحد جرم، برابر با جرم 1 dm 3 آب خالص در دمای بالاترین چگالی آن (4 درجه سانتیگراد) در نظر گرفته شد.

در این دوره، اندازه‌گیری‌های دقیقی از جرم حجم شناخته شده آب با توزین پی در پی در هوا و آب یک استوانه برنزی خالی انجام شد که ابعاد آن به دقت تعیین شد.

بر اساس این توزین ها، اولین نمونه اولیه کیلوگرم، یک وزن استوانه ای پلاتین با ارتفاع 39 میلی متر برابر با قطر آن بود. به آرشیو ملی فرانسه سپرده شد.

در قرن 19 یک اندازه گیری دقیق مکرر از جرم 1 dm 3 آب انجام شد و مشخص شد که این جرم کمی (تقریبا 0.28 گرم) کمتر از جرم نمونه اولیه Archive است.

به منظور اجتناب از تغییر مقدار واحد جرم در طول توزین‌های بیشتر و دقیق‌تر، کمیسیون بین‌المللی استانداردهای سیستم متریک در سال 1872 تصمیم گرفت جرم کیلوگرم نمونه اولیه آرشیو را به عنوان واحد جرم در نظر بگیرد.

در سال 1883، 42 کیلوگرم نمونه اولیه از آلیاژ پلاتین-ایریدیم (90 درصد پلاتین و 10 درصد ایریدیوم) توسط جانسون، متای و شرکت ساخته شد و نسخه های شماره 12 و شماره 26 به قید قرعه توسط روسیه در سال 1889 دریافت شد. کنوانسیون متریک این استاندارد روی یک پایه کوارتز زیر دو کلاه شیشه ای در یک کابینت فولادی در یک گاوصندوق مخصوص که در اتاقی با ترموستات در State Enterprise VNIIM im ذخیره می شود. D.I.Mendeleev، سن پترزبورگ.

استاندارد اولیه دولتی یک واحد جرم، علاوه بر وزن، شامل ترازوهای استاندارد شماره 1 (Ruprecht) و شماره 2 (VNIIM) برای 1 کیلوگرم با کنترل از راه دور است که برای انتقال اندازه واحد جرم از شماره نمونه اولیه کار می کند. 12 تا استانداردهای کپی و از استانداردهای کپی به استانداردهای کاری (2 استاندارد هر 10 سال یکبار).

خطا در بازتولید جرم با استفاده از استاندارد کیلوگرم از 2·10 -9 تجاوز نمی کند. بنابراین، استاندارد کیلوگرم به شما امکان می دهد تا نتیجه اندازه گیری جرم را در بهترین حالت، تعداد 9 رقم ثبت کنید. با وجود تمام احتیاط ها، همانطور که نتایج مقایسه های بین المللی نشان می دهد، در طول 90 سال، جرم وزن استاندارد 0.02 میلی گرم افزایش یافته است. این امر با جذب مولکول‌ها از محیط، نشست گرد و غبار روی سطح وزنه و تشکیل یک فیلم خوردگی نازک توضیح داده می‌شود.

در ارتباط با توسعه کار بر روی ایجاد استانداردهای جدید واحدهای PV بر اساس ثابت اتمی، پیشنهاد می شود از جرم نوترون به عنوان استاندارد استفاده شود. پیشنهاد دیگر مبتنی بر بازتولید یک واحد جرم از طریق تعداد قابل شمارش اتم های یک عنصر شیمیایی است، به عنوان مثال ایزوتوپ سیلیکون-28. برای انجام این کار، افزایش دقت در تعیین عدد آووگادرو، که در حال حاضر کانون تلاش بسیاری از آزمایشگاه ها در سراسر جهان است، ضروری است.

1.3.3 استاندارد واحدهای زمان و فرکانس

حتی در زمان های قدیم زمان را بر اساس دوره چرخش زمین به دور محور خود محاسبه می کردند. تا همین اواخر، یک ثانیه به عنوان 1/86400 از میانگین روز خورشیدی تعریف می شد (از آنجایی که طول روز در طول سال تغییر می کند). بعدها مشخص شد که چرخش زمین به دور محورش ناهموار است. خطای نسبی در تعیین واحد زمان مطابق با این تعریف حدود 10 -7 بود که برای پشتیبانی مترولوژیک زمان و فرکانس سنج کافی نبود. بنابراین، مبنای تعیین واحد زمان دوره چرخش زمین به دور خورشید - سال گرمسیری (یعنی فاصله بین دو اعتدال بهاری) بود. اندازه یک ثانیه 1/31556925.9744 یک سال گرمسیری تعریف شد. از آنجایی که سال گرمسیری نیز تغییر می کند (حدود 5 ثانیه در هر 1000 سال)، سال گرمسیری به عنوان مبنا در نظر گرفته شد که به ساعت 12 بعد از ظهر (زمان فعلی به طور یکنواخت به صورت نجومی تعیین می شود) در 0 ژانویه 1900، که مطابق با 12 درجه است. 'clock on 31 دسامبر 1899 این تعریف دوم در سال 1960 در سیستم بین المللی واحدها ثبت شد. این تعریف باعث شد تا خطا در تعیین واحد زمان تا 3 مرتبه بزرگی (1000 برابر) کاهش یابد.

پیشرفت‌های فیزیک کوانتومی امکان استفاده از فرکانس گسیل یا جذب در طول انتقال انرژی در اتم‌های سزیم و هیدروژن را برای تعیین اندازه یک واحد زمان فراهم کرده است. سیزدهم کنفرانس عمومی اوزان و اندازه‌ها در سال 1967 تعریف جدیدی از واحد زمان به تصویب رساند - دوم: «ثانیه زمانی است برابر با 9192631770 دوره تابش مربوط به انتقال بین دو سطح فوق‌ریز از حالت پایه سزیم. -133 اتم.

تعداد نوسانات به گونه ای انتخاب شد که "سزیم" دوم را به "گرمسیری" مرتبط کند.

مطابق با تعریف واحد زمان، بازتولید آن توسط یک مرجع سزیم انجام می شود (شکل 1.4). اساس استاندارد یک لوله پرتو اتمی است. اتم های سزیم-133 از منبع 1 که تا دمای 100-150 0 درجه سانتیگراد گرم شده ساطع می شوند. میدان مغناطیسی با گشتاور مغناطیسی آنها تعیین می شود. بنابراین، یک میدان مغناطیسی غیر یکنواخت این امکان را فراهم می کند تا اتم هایی را از یک پرتو جدا کنیم که در سطح انرژی مشخصی هستند. این اتم‌ها به داخل تشدیدگر حجمی 3 هدایت می‌شوند و از طریق آن با میدان الکترومغناطیسی متناوب مایکروویو تعامل دارند. فرکانس نوسانات الکترومغناطیسی را می توان در محدوده های کوچک تنظیم کرد.

1 - منبع اتم سزیم 133; 2، 4 - آهن ربا؛ 3 - تشدید کننده; 5- آشکارساز

شکل 1.4 - بلوک دیاگرام مرجع سزیم

هنگامی که با فرکانس مربوط به انرژی گذارهای کوانتومی منطبق می شود، انرژی میدان مایکروویو جذب می شود و اتم ها به حالت پایه می روند. آنها توسط سیستم مغناطیسی انحرافی 4 به آشکارساز 5 هدایت می شوند. هنگامی که تشدید کننده روی فرکانس انتقال کوانتومی تنظیم می شود، جریان آشکارساز به حداکثر می رسد. این به عنوان پایه ای برای تثبیت فرکانس در یک مرجع سزیم عمل می کند، که در آن نوسانات الکترومغناطیسی یک نوسانگر کوارتز در فرکانس خط طیفی سزیم که به عنوان خط کار در نظر گرفته می شود، ضرب می شود. در تشدید کننده لوله اشعه اتمی، انرژی ارتعاشات با فرکانس بالا توسط اتم های سزیم جذب می شود.

هنگامی که فرکانس نوسانگر کوارتز منحرف می شود (ناپایداری فرکانس برابر با 8-10 از مقدار اسمی است)، شدت انتقال اتمی و در نتیجه، چگالی پرتو اتمی در خروجی لوله به شدت کاهش می یابد.

واحد تنظیم خودکار متصل به لوله یک سیگنال خطا تولید می کند که فرکانس نوسانگر کوارتز را به مقدار نامی برمی گرداند. پایداری مرجع سزیم 10 13 است. تقسیم کننده فرکانس واقع در یک ساعت کوارتز به شما امکان می دهد فرکانس ها و فواصل زمانی مورد نیاز (از جمله فرکانس 1 هرتز) را در خروجی آنها بدست آورید.

پایداری بلندمدت مرجع فرکانس سزیم کم است. بنابراین، برای ذخیره واحدهای زمان و فرکانس، استاندارد اولیه حالت شامل یک میزر هیدروژنی است (شکل 1.5).

1 - لوله شیشه ای؛ 2 - کولیماتور; 3 - آهنربای محوری شش قطبی; 4 - سلول ذخیره سازی; 5 - تشدید کننده; 6 - صفحه نمایش چند لایه

شکل 1.5 - میزر هیدروژن اتمی

در لوله شیشه ای 1، تحت تأثیر یک تخلیه الکتریکی با فرکانس بالا، تجزیه مولکول های هیدروژن رخ می دهد. پرتوی از اتم‌های هیدروژن، از طریق یک کولیماتور 2، که جهت آن را تضمین می‌کند، وارد میدان مغناطیسی ناهمگن یک آهنربای محوری شش قطبی 3 می‌شود، جایی که تحت مرتب‌سازی فضایی قرار می‌گیرد. در نتیجه دومی، فقط اتم های هیدروژن واقع در سطح انرژی بالایی وارد ورودی سلول ذخیره 4 واقع در تشدیدگر حجمی 5 می شوند. تشدید کننده high-Q که در داخل صفحه چندلایه 6 قرار دارد با فرکانس انتقال کوانتومی استفاده شده تنظیم شده است. برهمکنش اتم های برانگیخته با میدان فرکانس بالا تشدید کننده (برای حدود 1 ثانیه) منجر به انتقال آنها به سطح انرژی پایین تر با انتشار همزمان کوانتوم های انرژی در فرکانس رزونانس 1420405751.8 هرتز می شود. این امر باعث خود تحریکی ژنراتور می شود که فرکانس آن بسیار پایدار است (14-105). مقدار این فرکانس به صورت دوره ای در برابر مرجع سزیم تأیید می شود.

همراه با میزر هیدروژنی برای ذخیره مقیاس های زمانی، استاندارد اولیه واحدهای زمان و فرکانس و مقیاس های زمانی شامل گروهی از ساعت های مکانیکی کوانتومی است. کل بازه زمانی بازتولید شده توسط استاندارد 10 -8 10 8 ثانیه است. این استاندارد در شرکت دولتی VNIIFTRI، مسکو واقع شده است.

استاندارد اولیه ایالتی

واحدهای جرم (کیلوگرم)

ترازو مرجع با بیشترین حد وزن 1 کیلوگرم

تایید شده توسط فرمان استاندارد دولتی اتحاد جماهیر شوروی مورخ 6 دسامبر 1984 شماره 4109، ذخیره شده در VNIIM به نام. D.I. مندلیف. این استاندارد برای بازتولید، ذخیره و انتقال اندازه یک واحد جرم است که بر اساس مقایسه‌های دوره‌ای با نمونه اولیه بین‌المللی کیلوگرم به دست آمده است. اساس این استاندارد از نسخه های شماره 12 و شماره 26 نمونه اولیه بین المللی کیلوگرم تشکیل شده است که در دفتر بین المللی وزن و اندازه گیری ذخیره می شود. نسخه هایی توسط جانسون، ماتی و شرکت از آلیاژ پلاتین-ایریدیوم به شکل یک استوانه گرد مستقیم با ارتفاع برابر با قطر، تنظیم وزن و مطالعه در BIPM ساخته شد، در سال 1889 به روسیه منتقل شد.

استاندارد شامل:

نمونه ملی کیلوگرم - کپی شماره 12 نمونه اولیه بین المللی کیلوگرم;

نمونه ملی کیلوگرم - کپی شماره 26 نمونه اولیه بین المللی کیلوگرم;

وزن مرجع با وزن 1 کیلوگرم و مجموعه ای از وزنه های مرجع با وزن 1 تا 500 گرم ساخته شده از آلیاژ پلاتین-ایریدیم.

ترازوهای مقایسه کننده استاندارد با بیشترین حد وزن 1 کیلوگرم؛ 200، 25 و 3 گرم.

حوزه کاربرد:

مترولوژیکی تضمین یکنواختی اندازه گیری جرم در تمام زمینه های علم و فعالیت صنعتی: مهندسی مکانیک، ساخت ابزار، میکروالکترونیک، حمل و نقل، صنایع دفاعی، تحقیقات علمی، کنترل محصول و سیستم های حسابداری، کشاورزی و غیره.

استانداردهای مدرن معمولاً سیستم های سخت افزاری پیچیده ای هستند. آ استاندارد تودهوزن بود و می ماند - پلاتین-ایریدیم"مدل 1889" (در آن زمان بود که دفتر بین المللی وزن و اندازه گیری استانداردهای 42 کیلوگرمی را تولید کرد). ماهیت خود عملیات اندازه گیری نیز یکسان است و به مقایسه دو جرم در هنگام وزن کردن خلاصه می شود. البته، ترازوهای فوق حساس اختراع شده اند، دقت توزین در حال افزایش است، که به لطف آن اکتشافات علمی جدید در حال ظهور است (به عنوان مثال، آرگون و سایر گازهای بی اثر کشف شد).

این وزن یک کیلوگرمی ساخته شده از پلاتین و ایریدیوم در سال 1889 توسط یک شرکت جواهرسازی پاریسی به سفارش اداره بین المللی وزن ها و اندازه ها ساخته شد. در مجموع 42 استاندارد از این دست تولید شد و 17 کشوری که در آن زمان کنوانسیون اتخاذ سیستم متریک را امضا کردند، همانطور که سایر کشورها به سیستم اندازه گیری جدید "متصل شدند"، یک استاندارد کیلوگرم به آنها داده شد.

کیلوگرم به هیچ وجه با ثابت های فیزیکی یا با هیچ پدیده طبیعی مرتبط نیست. بنابراین، استاندارد با دقت بیشتری محافظت می شود: آنها اجازه نمی دهند یک ذره گرد و غبار روی آن بنشیند، زیرا یک ذره گرد و غبار در حال حاضر چندین بخش در مقیاس حساس است. نمونه اولیه بین المللی استاندارد بیش از هر پانزده سال یک بار، نمونه روسی - هر پنج سال یک بار از انبار خارج می شود. تمام کارها با استانداردهای ثانویه انجام می شود (فقط آنها را می توان با اصلی مقایسه کرد) ، از استاندارد ثانویه ، مقدار جرم به استانداردهای کاری و از آنها به مجموعه های استاندارد وزنه ها منتقل می شود.
ترازو استاندارد در VNIIM im. D.I. مندلیف برای از بین بردن تأثیر ارتعاشات، روی یک پایه ویژه 700 تنی نصب شده است که به دیوارهای ساختمان متصل نیست. دمای اتاق که روزانه دو کیلوگرم وزنه بر روی ترازو قرار می گیرد، با دقت 0.01 درجه سانتیگراد حفظ می شود و تمام عملیات از اتاق بعدی با استفاده از دستگاه های دستکاری انجام می شود. خطای استاندارد جرم روسیه از +0.002 میلی گرم تجاوز نمی کند.

استاندارد اولیه واحد جرم را بیان کنید استاندارد دولتی یک واحد جرم - کیلوگرم - قدیمی ترین استاندارد از همه استانداردهای دولتی است، اگرچه در ترکیب مدرن آن در سال 1968 تصویب شد. اندازه کیلوگرم برای اولین بار زمانی مشخص شد که سیستم متریک از طریق اندازه آن ایجاد شد. واحد زیر چندگانه - گرم، به عنوان جرم آب مقطر در دمای ذوب یخ در حجم یک مکعب با لبه 1/100 متر تعریف می شود. بعداً آنها به اندازه واحد راحت تری تغییر دادند - کیلوگرم، به عنوان جرم آب در حجم یک دسی متر مکعب. دمایی که در آن آب بیشترین چگالی را دارد به عنوان شرایط عادی در نظر گرفته شد: +4 درجه سانتیگراد. در سال 1889، بر اساس نتایج اندازه گیری دقیق جرم 1 dm3 آب، اولین نمونه اولیه کیلوگرم در فرانسه ساخته شد - وزن پلاتین-ایریدیوم به شکل یک استوانه با ارتفاع 39 میلی متر، برابر با قطر آن که بعداً کیلوگرم آرشیو نامیده شد. پیشرفت‌های بیشتر در توزین دقیق این امکان را فراهم کرد که ثابت شود جرم یک کیلوگرم آرشیوی 0.028 گرم بیشتر از جرم 1 dm3 آب است و اینکه جرم یک کیلوگرم پلاتین را می‌توان هزار بار دقیق‌تر از جرم 1 تعیین کرد. dm3 آب در 1878-83 وزن 43 کیلوگرمی جدید بر اساس مدل آرشیوی کیلوگرم از آلیاژ پلاتین-ایریدیم ساخته شد. یکی از این وزن‌ها، که جرم آن نزدیک‌ترین به کیلوگرم آرشیو است، در سال 1899 در اولین CGPM به عنوان نمونه اولیه بین‌المللی کیلوگرم مورد استفاده قرار گرفت، که در حال حاضر اندازه واحد جرم را برای همه کشورهای متریک تعیین می‌کند. قرارداد. روسیه دو نسخه (شماره 12 و شماره 26) کیلوگرم بین المللی را در سال 1889 دریافت کرد. اولین استاندارد دولتی واحد جرم در کشور ما در سال 1918 تصویب شد. این یکی از نمونه های اولیه ملی بود که در سال 1889 توسط روسیه به دست آمد - کپی شماره 12 نمونه اولیه بین المللی کیلوگرم. در BIPM برای 1883 - 1889. تمام نمونه های اولیه نهایی و مورد بررسی قرار گرفتند. کل مراحل ساخت نمونه اولیه شماره 12 و تحقیقات آن به تفصیل در گواهینامه BIPM برای این نمونه اولیه شرح داده شده است که بر اساس آن جرم نمونه اولیه شماره 12 در سال 1889 1 کیلوگرم + (0.068 ± 0.002) میلی گرم بود. تمام نمونه های اولیه ملی باید در BIPM با نمونه اولیه بین المللی کیلوگرم (یا شاهدان آن) هر 25 تا 35 سال مقایسه شوند. انتقال اندازه یک کیلوگرم (یا زیرمجموعه های آن) از نمونه اولیه شماره 12 به استانداردهای ثانویه (وزن های استاندارد) تا سال 1966 با استفاده از ترازوهای استاندارد شماره 1 با بار تا وزن 1 کیلوگرم انجام می شد. با این حال، ترازوها در آن زمان بخشی از استاندارد دولتی کیلوگرم نبودند.استاندارد اولیه دولتی فعلی واحد جرم، کیلوگرم، در سال 1968 تصویب شد. به عنوان بخشی از ابزار اندازه گیری زیر: 1) کپی شماره 12 نمونه اولیه بین المللی کیلوگرم. 2) ترازوهای مرجع شماره 1 و شماره 2. نمونه اولیه شماره 12 تولید مثل و ذخیره یک واحد جرم را در مقیاس ملی - در مقیاس کل کشور تضمین می کند. در این مورد، از روش های پیچیده ذخیره سازی مقرون به صرفه یک کیلوگرم واقعی و تکنیک های جواهرات کار بر روی یک استاندارد استفاده می شود. حتی با دقیق ترین و دقیق ترین استفاده از نمونه اولیه، تعامل آن با اشیاء خارجی اجتناب ناپذیر است و سایش (تغییر جرم) اجتناب ناپذیر است. از این رو برای استفاده و نگهداری آن قوانین و تکنیک های خاصی انتخاب شد که اول از همه کاهش حداکثری حرکات آن و استفاده از چندین نسخه استاندارد برای انتقال اندازه دستگاه که مقایسه آن با نمونه اولیه شماره 12 انجام شده است. با روش اندازه گیری تجمعی. برای به حداقل رساندن تغییرات در جرم نمونه اولیه، آن را روی یک صفحه کوارتز زیر دو پوشش شیشه ای در یک کابینت فولادی در یک گاوصندوق مخصوص واقع در یک اتاق با دمای کنترل شده ذخیره می کنند. نوسان دمای سالانه در اتاق بیش از 2 درجه سانتیگراد نیست. یک عنصر مهم استاندارد اولیه ایالتی کیلوگرم، ترازوهای استاندارد است که با کمک آن اندازه واحد به استانداردهای ثانویه - استانداردهای کپی با وزن 1 کیلوگرم منتقل می شود. مقایسه ها تقریباً هر 10 سال یک بار انجام می شود. ترازوهای استاندارد یکی از دقیق ترین وسایل اندازه گیری هستند. مانند بیشتر ترازوی دقیق، ترازوی مرجع شماره 1 و 2 ترازوهای اهرمی منشوری با بازوی مساوی هستند. ترازوهای شماره 2 از نظر طراحی نسبت به ترازوهای شماره 1 یکسری مزیت دارند و مجهز به دستگاه ضبط خودکار می باشند. هر دو ترازو «مرجع» از راه دور با استفاده از دستکاری‌هایی کنترل می‌شوند که به شما امکان می‌دهند تیرهای تعادل را از اتاقی دیگر، از فاصله تقریباً 4 متری، رها کنید (و وزنه‌ها را به داخل آن‌ها منتقل کنید. برای کاهش تأثیر دما و نوسانات هوا در طول فرآیند اندازه‌گیری). ترازوهای مرجع و همچنین ورود انواع ذرات گرد و غبار در یک محفظه شیشه ای مخصوص محصور شده اند. یک دستگاه مخصوص به شما امکان می دهد دمای هوای داخل ترازو را با خطای 0.002 درجه سانتی گراد از راه دور اندازه گیری کنید. استفاده از تکنیک مبتنی بر روش گاوسی امکان اطمینان از بازتولید واحد جرم 1 کیلوگرم بر روی استاندارد اولیه دولتی و انتقال اندازه آن به استانداردهای ثانویه را با انحراف استاندارد نتیجه بیش از 0.007 میلی گرم فراهم می کند. مشروط به قوانین تعیین شده برای ذخیره سازی و استفاده از استانداردهای انبوه. استاندارد اولیه یک واحد جرم در VNIIM به نام ذخیره شده و اعمال می شود. D. I. مندلیف. تجربه استفاده از کیلوگرم نمونه ملی ساخته شده از آلیاژ پلاتین-ایریدیم برای بیش از 80 سال نشان داده است که این وزنه ها دارای ثبات جرمی بالایی هستند. طبق تحقیقات BIPM، این وزنه ها ذخیره سازی یک واحد جرم را با خطای بیش از 10-8 در طول چندین قرن استفاده از آنها تضمین می کند. با این حال، در حال حاضر، یک نقص اساسی در استاندارد مرتبط با تعریف مصنوعی واحد جرم وجود دارد. در تلاش برای جایگزینی آن با یک استاندارد طبیعی و به دست آوردن تضمینی برای ثبات خاص، دانشمندان در جستجوی راه‌هایی هستند تا دقت تعیین واحد اتمی جرم را به میزان قابل توجهی افزایش دهند تا کیلوگرم را بر حسب جرم هر عنصر ابتدایی بیان کنند. ذره یا اتم دانشمندان آلمانی در تلاشند تا یک واحد جرم را از طریق محاسبات سخت کار تعداد اتم های موجود در یک کیلوگرم کریستال سیلیکون بدست آورند. ما در مورد ایزوتوپ اصلی سیلیکون - 28 صحبت می کنیم که توسط دانشمندان آلمانی با همکاری فیزیکدانان هسته ای روسی که مؤثرترین روش ها را برای تولید گریز از مرکز عناصر رادیواکتیو بسیار غنی شده اند، از سایر ایزوتوپ ها جدا می کنند. دانشمندان آمریکایی مسیر متفاوتی را در پیش گرفته اند: ایده آنها اندازه گیری دقیق میزان توان الکترومغناطیسی مورد نیاز برای تعادل یک کیلوگرم مرجع (به اصطلاح تعادل وات) بر حسب وات است. تصمیم نهایی - کدام یک از این دو گزینه برای تعیین کیلوگرم به عنوان مبنا انتخاب شود - با کمیته بین المللی اوزان و معیارها باقی می ماند.

وزنیک مشخصه اینرسی یک جسم است که نشان می دهد خارج کردن آن از حالت سکون یا حرکت یکنواخت و خطی توسط یک نیروی خارجی چقدر دشوار است. واحد نیرو استنیرویی که بر واحد جرم اثر می‌کند، سرعت آن را یک واحد سرعت در واحد زمان تغییر می‌دهد.

همه بدن ها یکدیگر را جذب می کنند. بنابراین، هر جسمی در نزدیکی زمین به آن جذب می شود. به عبارت دیگر، زمین نیروی گرانشی را ایجاد می کند که بر بدن اثر می گذارد. این قدرت او نامیده می شود وزن. نیروی وزن همانطور که در بالا گفته شد در نقاط مختلف سطح زمین و در ارتفاعات مختلف از سطح دریا به دلیل تفاوت در جاذبه گرانشی و در تجلی چرخش زمین یکسان نیست. با این حال، جرم کل یک مقدار معین از ماده بدون تغییر است. هم در فضای بین ستاره ای و هم در هر نقطه از زمین یکسان است.

آزمایشات دقیق نشان داده است که نیروی گرانش وارد بر اجسام مختلف (یعنی وزن آنها) با جرم آنها متناسب است. در نتیجه، توده‌ها را می‌توان در مقیاس‌ها مقایسه کرد و توده‌هایی که در یک مکان یکسان هستند، در هر مکان دیگری یکسان خواهند بود (اگر مقایسه در خلاء انجام شود تا تأثیر هوای جابجا شده را حذف کند). اگر جسم خاصی بر روی ترازو فنری وزن شود و نیروی گرانش را با نیروی فنر کشیده متعادل کند، نتایج اندازه گیری وزن به مکانی که اندازه گیری ها انجام می شود بستگی دارد. بنابراین، مقیاس های فنری باید در هر مکان جدید به گونه ای تنظیم شوند که جرم را به درستی نشان دهند. سادگی روش توزین به خودی خود دلیلی بود که نیروی گرانش بر روی جرم استاندارد به عنوان یک واحد اندازه گیری مستقل در فناوری پذیرفته شد.

انرژی حرکت		جنبش
	وزن - کیلوگرم (کیلوگرم، کیلوگرم)	میکروگرم (mcg) = 10-9 کیلوگرم میلی گرم (mg) = 10-6 کیلوگرم گرم (g) = 10-3 کیلوگرم متریک کوینتال (c) = 100 کیلوگرم متریک تن (t, t) = 1000 کیلوگرم
	نیرو - نیوتن (N, N) ابعاد: N = kg m/s2	کیلونیوتن (kN) = 1000 نیوتن مگانیوتون (MN) = 106 نیوتن
	انرژی، کار، مقدار گرما - ژول (J, J) ابعاد: J = N m = kg m2/s2	کیلوژول (کیلوژول) = 1000 ژول مگاژول (MJ) = 106 ژول
	جرم (معیار اینرسی مکانیکی اجسام، یعنی اینرسی؛ اندازه گیری برهمکنش اجسام با میدان گرانشی)	متر	کیلوگرم (کیلوگرم)
	نیرو (اندازه گیری تعامل بین اجسام)	F = m a	نیوتن (N = kg m/s2)
	کار (معیار تأثیر بر جسم که باعث تغییر در حالت آن می شود، در مکانیک - باعث حرکت تحت تأثیر نیرو، خارجی یا داخلی می شود)	A = F s
	انرژی (معیار توانایی بدن برای انجام کار)	E=A	ژول (J = N m) کیلوگرم m2/s2
	انرژی جنبشی	E k = m v 2 / 2
	انرژی بالقوه در میدان گرانشی	E p = m · g · Δh، جایی که g شتاب گرانش است، Δh اختلاف ارتفاعاتی است که جسمی به جرم m بین آنها حرکت کرده است.
	انرژی	E	کمیت فیزیکی که معیار واحدی از اشکال مختلف حرکت ماده و معیار انتقال حرکت ماده از شکلی به شکل دیگر است.
	زور	اف	یک کمیت فیزیکی برداری که معیاری برای سنجش شدت برهمکنش بین اجسام است. نیرویی که به یک جسم عظیم وارد می شود باعث تغییر سرعت آن یا بروز تغییر شکل در آن می شود
	ژول	جی	کاری که توسط نیروی 1 نیوتن انجام می شود وقتی جسمی را به فاصله 1 متر در جهت عمل حرکت می دهد.

کارهای مکانیکی- کمیت فیزیکی برابر حاصل ضرب نیرو و مسیری که جسم در جهت این نیرو طی می کند. واحد کار 1 ژول (1 J = 1 Nm) است.

انرژی بدن- یک کمیت فیزیکی که نشان دهنده کاری است که این بدن می تواند انجام دهد. انرژی در همان واحدهای کار - ژول اندازه گیری می شود.

در سال 1872، با تصمیم کمیسیون بین المللی استانداردهای سیستم متریک، جرم کیلوگرم نمونه اولیه ذخیره شده در آرشیو ملی فرانسه، به عنوان یک واحد جرم پذیرفته شد. این نمونه اولیه یک وزن استوانه ای پلاتین با ارتفاع و قطر 39 میلی متر است. نمونه اولیه کیلوگرم برای استفاده عملی از آلیاژ پلاتین-ایریدیم ساخته شد. وزن پلاتین-ایریدیوم، نزدیک به وزن کیلوگرم پلاتین آرشیو، به عنوان نمونه اولیه بین المللی کیلوگرم پذیرفته شد. لازم به ذکر است که جرم کیلوگرم نمونه اولیه بین المللی تا حدودی با جرم یک دسی متر مکعب آب متفاوت است. در نتیجه حجم 1 لیتر آب و 1 دسی متر مکعب با هم برابر نیستند (1 لیتر = 1.000028 dm 3). در سال 1964، دوازدهم کنفرانس عمومی اوزان و اندازه ها تصمیم گرفت 1 لیتر را با 1 dm 3 برابر کند.

نمونه اولیه بین المللی کیلوگرم در اولین کنفرانس عمومی متر و وزن در سال 1889 به عنوان نمونه اولیه یک واحد جرم تصویب شد، اگرچه در آن زمان تمایز واضحی بین مفاهیم جرم و وزن وجود نداشت و بنابراین استاندارد جرم اغلب استاندارد وزن نامیده می شود.

با تصمیم اولین کنفرانس وزن ها و اندازه ها، نمونه های اولیه پلاتین-ایریدیم کیلوگرمی شماره 12 و شماره 26 از نمونه های اولیه 42 کیلوگرمی تولید شده به روسیه منتقل شدند. (پوند باید به صورت دوره ای با کیلوگرم مقایسه می شد) و نمونه اولیه شماره 26 به عنوان استاندارد ثانویه استفاده می شد.

استاندارد شامل:

یک کپی از نمونه بین المللی کیلوگرم (شماره 12) که یک وزن پلاتین-ایریدیوم به شکل استوانه ای مستقیم با دنده های گرد به قطر و ارتفاع 39 میلی متر است. نمونه اولیه کیلوگرم در VNIIM ذخیره می شود. D. M. Mendeleev (سن پترزبورگ) روی پایه کوارتز زیر دو پوشش شیشه ای در گاوصندوق فولادی. استاندارد با حفظ دمای هوا در (20 ± 3) درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 65٪ ذخیره می شود. برای حفظ استاندارد، هر 10 سال دو استاندارد ثانویه با آن مقایسه می شود. آنها برای انتقال بیشتر اندازه یک کیلوگرم استفاده می شوند. در مقایسه با کیلوگرم استاندارد بین المللی، وزن پلاتین-ایریدیوم داخلی 1.0000000877 کیلوگرم تعیین شد.

ترازو منشور مساوی 1 کیلوگرم. شماره 1 با کنترل از راه دور (به منظور از بین بردن تأثیر اپراتور بر دمای محیط)، ساخت Ruprecht، و ترازو منشور مدرن همبازوی 1 کیلوگرمی شماره 2، تولید شده در VNIIM. D.M. مندلیف. ترازوهای شماره 1 و 2 برای انتقال اندازه یک واحد جرم از نمونه اولیه شماره 12 به استانداردهای ثانویه خدمت می کنند.

خطا در تولید مجدد یک کیلوگرم که با انحراف استاندارد نتیجه اندازه گیری بیان می شود 2. 10 -9. دوام شگفت انگیز واحد استاندارد جرم در قالب وزن پلاتین-ایریدیوم به این دلیل نیست که در یک زمان کمترین آسیب پذیری برای تولید مجدد کیلوگرم یافت شد. اصلا. در حال حاضر چندین دهه پیش، الزامات برای دقت اندازه گیری جرم از امکانات اجرای آنها با استفاده از استانداردهای واحد جرم موجود فراتر رفته است. تحقیقات در مورد بازتولید انبوه با استفاده از ثابت های جرم فیزیکی شناخته شده ذرات مختلف اتمی (پروتون، الکترون، نوترون و غیره) برای مدت طولانی ادامه داشته است. با این حال، خطای واقعی در بازتولید توده‌های بزرگ (مثلاً یک کیلوگرم)، که به‌ویژه به جرم مابقی نوترون گره خورده است، تا کنون به‌طور قابل‌توجهی بیشتر از خطا در بازتولید یک کیلوگرم با استفاده از وزن پلاتین-ایریدیم است. جرم استراحت یک ذره - یک نورون - 1.6949286 (10)x10 -27 کیلوگرم است و با انحراف استاندارد 0.59 تعیین می شود. 10 -6.

بیش از 100 سال از ساخت نمونه های اولیه کیلوگرم می گذرد. در طول دوره گذشته استانداردهای ملی به صورت دوره ای با استاندارد بین المللی مقایسه شده است. در ژاپن، ترازوهای ویژه ای با استفاده از پرتو لیزر برای ثبت "تاب" بازوی راکر با وزن مرجع و وزنه ایجاد شده است. نتایج با استفاده از کامپیوتر پردازش می شوند. در همان زمان، خطا در بازتولید یک کیلوگرم به تقریباً 10 -10 افزایش یافت (بر اساس انحراف معیار) یک مجموعه از مقیاس های مشابه در سرویس مترولوژی نیروهای مسلح فدراسیون روسیه موجود است.

پروژه مشترک بخش مترولوژی Rosstandart و مجله "World of Measurements" دارایی ملی: استانداردهای اولیه دولتی و نگهبانان آنها این پروژه توسط N.V. رازیکووا، رئیس دپارتمان اندازه‌شناسی حقوقی امروز، کیلوگرم مشکل‌سازترین استاندارد در جهان است: تنها استاندارد مصنوع که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد، کاهش وزن اسرارآمیز است.

پروژه مشترک بخش مترولوژی Rosstandart و مجله "World of Measurements" دارایی ملی: استانداردهای اولیه دولتی و نگهبانان آنها این پروژه توسط N.V. رازیکووا، رئیس دپارتمان اندازه‌شناسی حقوقی امروز، کیلوگرم مشکل‌سازترین استاندارد در جهان است: تنها استاندارد مصنوع که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد، کاهش وزن اسرارآمیز است. توده‌های نمونه اولیه بین‌المللی کیلوگرم و نسخه‌های ملی آن، که از آلیاژی مشابه و تقریباً همزمان ساخته شده‌اند، به تدریج در حال واگرایی هستند. و تاکنون دانشمندان توضیح شایسته ای برای این موضوع ندارند: آنها نمی دانند که آیا نسخه اصلی سبک تر شده است یا نمونه های کشورهای دیگر سنگین تر شده اند، اگرچه آنها تمایل دارند که معتقدند استاندارد پاریس هنوز "نازک تر" است.

اسنگوف ویکتور ساولیویچ در سال 1946 در لنینگراد متولد شد. فارغ التحصیل از دانشکده فیزیک دانشگاه دولتی لنینگراد در رشته رادیوفیزیک. در سال 1967 او برای کار در VNIIM به نام آمد. DI. مندلیف برای سمت مهندس. در سال 1352 طی مسابقه ای به سمت پژوهشگر خردسال انتخاب شد. وی از سال 1986 تاکنون در VNIIM در سمت های مهندس برجسته، محقق ارشد و محقق برجسته مشغول به کار بوده است. از سال 2002 تا 2005 - سرپرست آزمایشگاه جرم و چگالی. با موفقیت بر تکنیک ها و روش های اندازه گیری دقیق جرم و چگالی جامدات تسلط یافت. او قبلاً در سال 1973 تحقیقاتی را در مورد توسعه و بهبود روش وزن برای اندازه گیری چگالی هوا انجام داد. در سال 1974، V.S. Snegov. یک نصب برای اندازه گیری از راه دور دمای هوا در صفحه نمایش مقیاس های استاندارد طراحی شد. مطالعات خواص مغناطیسی مواد در نظر گرفته شده برای تولید استانداردهای جرمی انجام شد. در سال 1988، کار برای ایجاد وسایل جرم مرجع بر اساس اصول فیزیکی جدید تکمیل شد. در همان سال V.S. اسنگوف در مقایسه های متقابل بین المللی استانداردهای ثانویه واحدهای انبوه شرکت کرد. در سال 1368 با دفاع از پایان نامه خود موفق به اخذ درجه علمی کاندیدای علوم فنی گردید. نویسنده بیش از 40 مقاله علمی و تعدادی استانداردهای اساسی در زمینه اندازه شناسی جرم. او توسعه دهنده GOST 8.021-84 "GSI است. استاندارد اولیه ایالتی و طرح راستی آزمایی همه اتحادیه برای ابزارهای اندازه گیری جرم." در حال حاضر، به دلیل سازماندهی مجدد ساختار آزمایشگاه ها و بخش های علمی، ویکتور ساولیویچ اسنگوف به عنوان محقق پیشرو در VNIIM به نام خود مشغول به کار است. DI. مندلیف. او متولی علمی استاندارد اولیه دولتی واحد توده است.

یک واحد اندازه گیری شناور مانع بزرگی برای پیشرفت علمی و فناوری است و بر نتایج کار دقیق تأثیر منفی می گذارد. بنابراین، مشکل امروزی برای جامعه اندازه‌شناسی، مشکل تغییر نمونه اولیه کیلوگرم است. تاکنون دو گزینه جایگزین برای تعریف واحد جرم از طریق ثابت های فیزیکی پیشنهاد شده است: کیلوگرم «الکتریکی» و کیلوگرم «شیمیایی».

متولی علمی نمونه اولیه روسی کیلوگرم V.S. Snegov به خوانندگان World of Measurements در مورد وضعیت فعلی امور و چشم انداز توسعه اندازه شناسی اساسی در این زمینه می گوید.

ترازوها در مصر باستان و خاورمیانه چندین هزار سال قبل از میلاد شناخته شده بودند، همانطور که توسط نقاشی های دیواری که در حفاری های باستان شناسی اهرام مصر یافت شد نشان می دهد: آنها ساده ترین ترازوهای راک با بازوهای مساوی را با دو فنجان، که از مرکز بازوی راکر آویزان شده اند، نشان می دهند. وزنه هایی که مصریان باستان از آنها استفاده می کردند نیز یافت شده است.

نظریه ترازوها، به ویژه نظریه ترازوهای راکر، توسط دانشمندان یونان باستان نیز مورد مطالعه قرار گرفت. ارشمیدس اولین کسی بود که تعادل هیدرواستاتیک را ساخت (قرن سوم قبل از میلاد). با کمک آنها، وزن کردن فلزات مختلف در هوا و مایع امکان پذیر شد، که به ارشمیدس اجازه داد تا مقیاسی از فلزات را ایجاد کند که وزن یکسان در هوا، اما وزن متفاوت در آب داشتند. طلا به طور طبیعی به عنوان فلز مرجع انتخاب شد.

برای هزاران سال، مردم بین مفاهیم "جرم" و "وزن" تمایز قائل نشدند. مفهوم "جرم" اولین بار توسط نیوتن (1643-1727) به فیزیک معرفی شد و آن را به عنوان مقدار ماده* تعریف کرد. جرم در قانون گرانش جهانی و قانون دوم دینامیک کشف شده توسط او گنجانده شد. بر این اساس، مفاهیم «جرم سنگین» و «جرم اینرسی» معرفی شدند. اصل هم ارزی این توده ها بارها مورد آزمایش قرار گرفته است و تا به امروز در سطح دقت حدود 1·10 -12 رد نشده است. A. Lagrange، L. Euler، A. Einstein و دیگران به درک جرم به عنوان یک کمیت فیزیکی کمک کردند. همانطور که مشخص شد، جرم همیشه دارای خاصیت افزایش نیست** و در سرعت های قابل مقایسه با سرعت نور است. ، بستگی به سرعت دارد. از سوی دیگر، جرم دارای معادل انرژی است، یعنی. می توان آن را به عنوان یک ظرف انرژی در نظر گرفت.

بنابراین، جرم یک کمیت فیزیکی اساسی است که در همه انواع ماده ذاتی است. با ویژگی هایی از ماده مانند مکان و زمان همراه است. هر دو ذره بنیادی جرم دارند - حدود 10 تا 30 کیلوگرم، و اجرام فضایی، مانند کهکشان ما - حدود 10 تا 40 کیلوگرم. جرم اجسام ریز جهان معمولاً بر حسب واحد جرم اتمی بیان می شود. واحد جرم اتمی (amu) از طریق جرم ایزوتوپ کربن 12 C تعیین می شود. جرم اجرام کیهانی کلان از طریق جرم خورشید MC بیان می شود. بنابراین، بیشتر کهکشان‌های کیهان دارای جرمی برابر با (1·10 10 ...3·10 11) MC هستند.

البته در عالم صغیر و در فضا مفهوم وزن و در نتیجه توزین (تعیین جرم اجسام با استفاده از ترازو. - توجه داشته باشید ویرایش کنید.) معنای خود را از دست می دهند. روش های اندازه گیری دیگری نیز در این زمینه ها اتخاذ شده است. ناحیه توزین، جایی که روش های اندازه گیری مستقیم رایج است، محدوده جرمی از کسری از میکروگرم تا چند هزار تن را پوشش می دهد.

قبلاً در دنیای باستان اهمیت سیستم های واحد وزن درک شده بود.

در قرون وسطی و بعد از آن، واحدهای وزن اغلب به عنوان واحدهای پولی مورد استفاده قرار می گرفتند: به عنوان مثال، سیستم پولی انگلیسی به رهبری پوند تجاری انگلیسی*** است. علاوه بر آن، سکه و پوند داروسازی نیز در بریتانیا مورد استفاده قرار می گرفت.

تا قرن هجدهم، واحدهای وزنی مختلف زیادی در اروپا و روسیه استفاده می‌شد؛ چند ده پوند به تنهایی در اروپا شکل گرفت. (در روسیه اساس سیستم واحدهای وزن پوند روسیه بود.) این امر مشکلات زیادی را در ارزیابی نتایج اندازه گیری ها ایجاد کرد و تجارت بین ملل مختلف را به ناچار پیچیده کرد.

در این راستا، پیشنهادهایی برای ایجاد یک سیستم بین المللی واحد از واحدهای مقادیر، که "برای همه زمان ها، برای همه مردم" مناسب باشد، مطرح شد - این شعاری بود که سازندگان سیستم متریک واحدها را راهنمایی کرد.

این سیستم اوزان و معیارها بر اساس اصل طبیعی بودن استوار بود: معیارها و واحدهای وزن باید از طبیعت گرفته شود و بنابراین می توان در هر کجا و در هر زمان بازتولید کرد. یک چهل و یک میلیونم نصف النهار زمین به عنوان واحد طول - یک متر و به عنوان واحد جرم - یک کیلوگرم - جرم یک دسی متر مکعب آب مقطر در دمای +4 درجه سانتیگراد در شرایط خلاء پیشنهاد شد. . سپس (در سال 1799) نمونه های اولیه پلاتین متر و کیلوگرم ساخته شد که بعدها نمونه های آرشیوی نامیده شدند.

تعریف انتخاب شده از کیلوگرم معلوم شد که کاملاً موفق نبوده است، زیرا بستگی به متر داشت در نهایت، در سال 1872، یک کمیسیون بین المللی که به ابتکار آکادمی علوم سن پترزبورگ تشکیل شد، تعریف جدیدی از کیلوگرم را به تصویب رساند: کیلوگرم به سادگی برابر با جرم کیلوگرم بایگانی شد. او ارتباط خود را با متر از دست داد، اما طبیعی بودن خود را در نتیجه رد نمونه اولیه (استاندارد)، برگرفته از طبیعت، و جایگزینی آن با یک محصول "ساخت بشر" از دست داد. در همان سال تصمیم گرفته شد نمونه های اولیه پلاتین-ایریدیوم متر و کیلوگرم ساخته شود که خواص مکانیکی بالاتری داشتند.

در سال 1875، یک رویداد تاریخی در پاریس رخ داد - نمایندگان 17 کشور، از جمله روسیه، کنوانسیون متریک را امضا کردند که نمونه های اولیه پلاتین-ایریدیوم را به عنوان استانداردهای بین المللی تایید کرد. جرم نمونه اولیه بین‌المللی کیلوگرم (IPK) که در دفتر بین‌المللی وزن‌ها و اندازه‌ها (BIPM) در سور، یکی از حومه‌های پاریس ذخیره می‌شود، به عنوان واحد جرم در نظر گرفته شد.

یک کیلوگرم به عنوان نشان داده می شود ک I و یک استوانه مستقیم با قطر و ارتفاع حدود 39 میلی متر است که از آلیاژ پلاتین و ایریدیوم با کسر جرمی به ترتیب 90 و 10 درصد ساخته شده است. این آلیاژ که در نتیجه تحقیقات طولانی ایجاد شده است، دارای بی اثری شیمیایی، سختی و مقاومت در برابر سایش بالا، ضریب انبساط حرارتی نسبتا پایین، چگالی بالا و دارای خواص پارامغناطیس است. در خطای اندازه گیری کمن دقیقاً از نظر جرم با وزن کیلوگرم آرشیو مطابقت داشتم.

در سال 1889، ماتی، جانسون و شرکت 42 نسخه از کیلوگرم تولید کردند کمن از همان آلیاژ پلاتین-ایریدیم. با تصمیم اولین کنفرانس عمومی کمیته بین المللی اوزان و معیارها (CIPM GC)، دو نسخه ک II و ک III به عنوان کپی از IPC به BIPM منتقل شدند. متعاقباً 4 نسخه دیگر به آنها اضافه شد. 40 نسخه باقی مانده بین کشورهای امضاکننده کنوانسیون متر توزیع شد. از جمله دو نسخه به روسیه منتقل شد - شماره 12 (شکل 1) و شماره 26.

کپی شماره 12 به عنوان نمونه ملی کیلوگرم و نسخه شماره 26 به عنوان شاهد استاندارد عمل می کند که در صورت آسیب یا مفقود شدن نسخه شماره 12 می تواند جایگزین آن شود.

در سال 1892، تمام نسخه ها مورد بررسی قرار گرفت و با نمونه اولیه بین المللی کیلوگرم مقایسه شد، در نتیجه اصلاحات آنها در رابطه با جرم IPC تعیین شد (جرم آن دقیقاً برابر با 1 کیلوگرم در نظر گرفته شد) و مقادیر از حجم آنها

در سال 1893، رویداد مهم دیگری در روسیه رخ داد - به ابتکار D.I. مندلیف، اتاق اصلی اوزان و معیارها در سن پترزبورگ تأسیس شد که متعاقباً به مؤسسه تحقیقاتی تمام روسیه مترولوژی تبدیل شد. از سال 1893، نمونه ملی کیلوگرم - یک کپی از نمونه اولیه بین المللی کیلوگرم شماره 12 - در VNIIM استفاده شده است. DI. مندلیف برای تولید مثل، ذخیره سازی و انتقال اندازه یک واحد جرم در روسیه. بازتولید یک واحد جرم، که از طریق مقایسه های دوره ای نمونه ملی با IPC انجام می شود، اطمینان از یکنواختی اندازه گیری جرم در کشور را در سطح مورد نیاز از دقت ممکن می سازد. در کل دوره، پنج مورد مقایسه نسخه شماره 12 با نمونه اولیه بین المللی کیلوگرم انجام شد. نتایج این مقایسه ها در شکل 1 نشان داده شده است. 2: مقدار جرم واقعی بدست آمده از مقایسه نسخه شماره 12 با IPC در سال 1993 در BIPM 1 کیلوگرم + 0.100 میلی گرم است. خطای نتایج اندازه گیری از 0.0023 میلی گرم تجاوز نمی کند، خطای نسبی 2 · 10 -9 است.

اکنون استاندارد اولیه دولتی واحد جرم مجموعه ای از ابزارهای اندازه گیری زیر است:

• نمونه ملی کیلوگرم - کپی شماره 12 IPC;
• شاهد استاندارد نمونه ملی کیلوگرم - کپی شماره 26 IPC;
• مجموعه ای از مقایسه کننده ها برای انتقال اندازه یک واحد جرم در محدوده 1 میلی گرم تا 20 کیلوگرم.

انتقال واحد از 1 کیلوگرم به ناحیه توده های کوچکتر با روش تقسیم به مقادیر کسری و به ناحیه جرم های بزرگ - با روش ضرب به مقادیر متعدد یک کیلوگرم با استفاده از اندازه گیری های تجمعی انجام می شود. .

در این حالت، سیستم معادلات اندازه گیری به صورت ماتریسی به شکل زیر است:

I = AX + V , (1)

جایی که من - بردار پارامترهای اندازه گیری شده، به عنوان مثال. تفاوت های مربوطه در جرم وزن ها یا ترکیب آنها؛ آ - یک ماتریس طراحی که ترتیب و توالی مقایسه ها را تعیین می کند. ایکس - بردار پارامترهای ناشناخته، یعنی. تصحیح وزن های مقایسه شده؛ V - بردار خطاهای باقیمانده

چنین اندازه گیری های تجمعی معمولاً به صورت ده روزه انجام می شود. در هر دهه، اندازه‌گیری‌ها روی یک مقایسه‌کننده انجام می‌شود، بنابراین اندازه‌گیری‌ها با پراکندگی به همان اندازه دقیق هستند اس 2 .

پارامترهای اندازه گیری شده توسط یک ماتریس با واریانس مشخص می شوند د، که دارای فرم است D= اس 2 E ، جایی که E - ماتریس هویت.

در این حالت، حل معادله (1) به شکل زیر است:

X = (A* تی آ*) -1 آ* تی من*، (2)

جایی که آ * = D -1/2 آ و من * = D -1/2 من ; آ * تی - ماتریس جابجا شده آ* .

در نتیجه حل یک سیستم معادلات ساده، مقادیر مجهول جرم اوزان مجموعه های کالیبره شده پیدا می شود. انبوه وزن های دهه های باقیمانده مجموعه ها به همین ترتیب یافت می شوند و انتقال یک واحد در محدوده تعیین شده را تضمین می کنند.

مقایسه کننده را می توان به عنوان یک وسیله فنی تعریف کرد که برای مقایسه یک کمیت فیزیکی با کمیت همگن دیگر طراحی شده است. در شکل نشان داده شده است. 3 مقایسه کننده اصلی خودکار برای 1 کیلوگرم به شما امکان می دهد تا چهار کیلوگرم را همزمان در حالت خودکار مقایسه کنید، یعنی. بدون دخالت انسان حساسیت آن در واحدهای نسبی برابر با یک میلیاردم است.

تغییر سیستماتیک در جرم کیلوگرم شماره 12 طی بیش از صد سال حدود 30 میکروگرم بود، یعنی. 0.3 میکروگرم در سال نسبت به MIC. نسخه‌های پلاتین-ایریدیوم باقی‌مانده نیز در مقایسه با MPC با مقدار حدود 20 ... 50 میکروگرم تغییر کردند. از آنجایی که کیلوگرم یکی از هفت واحد اساسی در سیستم بین المللی واحدهای CI (رونویسی فرانسوی) است. خودکار.) پس می توانیم فرض کنیم که بیشتر کمیت های مشتق شده از جرم نیز باید تغییر کنند. چنین تغییرات تجمعی در کیلوگرم می تواند در نهایت منجر به به اصطلاح بحران سیستم فنی شود. خوشبختانه، دو دلیل وجود دارد که چرا این تغییرات پیامدهای عملی ندارد:

1) دقت مقادیر مشتق تعیین شده بر حسب کیلوگرم به طور قابل توجهی کمتر از تغییرات مورد انتظار آن است.

2) تعاریف واحدهای CI با اجرای عملی آنها بسیار متفاوت است. به عنوان مثال، متر به عنوان مسافتی که نور در خلاء در زمانی برابر با 1/299792458 ثانیه طی می کند تعریف می شود. با این حال، اجرای عملی متر مبتنی بر استفاده از لیزر هلیوم-نئون است و واحد طول "متر" به عنوان 1579800.298728 طول موج نور از این لیزر مشخص می شود (تعریف نشده است). حال فرض کنید که اندازه گیری های رسمی ناپایداری حدود چند قسمت در میلیارد را نشان می دهد.

هیچ اثر خودکار روی متر طول واحد وجود نخواهد داشت، زیرا دوم و در نتیجه متر از طریق اجرای عملی متر با استفاده از لیزر انتزاع می شوند. در مورد کیلوگرم هم همینطور است.

از آنجایی که تغییرات در جرم نمونه اولیه بین المللی خود قابل کنترل نیست، در دهه 70 قرن گذشته، تحقیقات در مورد انتقال به یک استاندارد طبیعی یک واحد جرم، بر اساس ارتباط آن با فیزیکی اتمی یا بنیادی آغاز شد. ثابت ها یک کیلوگرم را می توان بر حسب جرم اتم ها تعریف کرد، برای مثال بر حسب جرم اتم های سیلیکون. برای این کار باید ثابت آووگادرو را با دقت بسیار بالایی از مرتبه 2·10 -8 دانست. راه دیگر تعیین کیلوگرم از طریق ثابت پلانک با مقایسه توان الکتریکی و مکانیکی در مقیاس وات است. پیشرفت قابل توجهی در این راستا صورت گرفته است و در نشست 94 در سال 2005، CIPM پیشنهادی را اتخاذ کرد که باید مقدمات تعریف مجدد کیلوگرم و سه واحد اساسی دیگر - آمپر، کلوین و مول - فراهم شود تا این واحدها به واحدهای بنیادی دقیقاً شناخته شده مرتبط است این امر امکان اجرای عملی واحد را در هر مکان، در هر زمان و در سطح دقت مورد نیاز تمرین می‌دهد. پس از انتقال موفقیت آمیز در آینده به تعریف جدیدی از کیلوگرم و روش جدید مربوط به بازتولید آن، روش ها و ابزارهای انتقال واحد ثابت می ماند، زیرا وزنه های دقیق از نظر طراحی ساده، نسبتا ارزان و ابزاری بسیار پایدار برای اندازه گیری جرم هستند. فقط تعریف، روش تولید مجدد کیلوگرم و شرایط انتقال و نگهداری نسخه های پلاتین-ایریدیوم تغییر خواهد کرد. در نتیجه، کیلوگرم دقت مطلق خود را از دست می دهد - مقداری عدم قطعیت به آن اختصاص داده می شود، اما طبیعی بودن و تکرارپذیری را به دست می آورد و ثابت های فیزیکی مربوطه با دقت مطلق ثابت می شوند.

پس از انتقال به تعریف جدید کیلوگرم، سیستم بین المللی برای انتقال واحد جرم دستخوش تغییرات قابل توجهی خواهد شد (شکل 4): از طریق مقیاس های وات یا کره های سیلیکونی به نمونه اولیه بین المللی کیلوگرم انجام می شود. بهمن و از آن به نمونه های ملی. از آنجایی که انتقال یک واحد از مقیاس های وات یا کره های سیلیکونی MPC ها باید در شرایط خلاء انجام شود، بنابراین انتقال یک واحد از MPC ها به نمونه های اولیه پلاتین-ایریدیوم ملی نیز در شرایط خلاء انجام می شود. از این رو، نیاز مبرمی برای کشورهای دارای کیلوگرم پلاتین-ایریدیم وجود دارد که به توزین خلاء روی آورند. این امر از یک طرف اجازه می دهد تا در سیستم جهانی انتقال واحد باقی بماند و از طرف دیگر، دقت استاندارد اولیه دولتی واحد جرم را به دلیل حذف عاملی که به شدت بر نتایج توزین تأثیر می گذارد - هوای جوی. امروزه، بیش از 16 کشور دارای مقایسه کننده خلاء هستند، از جمله نزدیکترین همسایگان ما - ترکیه و جمهوری چک. البته مقایسه کننده های مشابه در کشورهای پیشرو مانند ایالات متحده آمریکا، ژاپن، آلمان و ... موجود است.

ادبیات

1. Braginsky V.B., Panov V.I. تأیید اصل هم ارزی جرم های اینرسی و گرانشی // مجله فیزیک تجربی و نظری. – 1972. – شماره 34.
2. Zavelsky F.S. جرم و اندازه گیری های آن - م.: اتمیزدات، 1974.
3. Kamenskikh Yu.I., Snegov V.S. وضعیت فعلی استاندارد اولیه ایالت واحد جرم // فناوری اندازه گیری. – 2009. – شماره 6.
4. GOST 8.021-2005. GSI. طرح تأیید دولتی برای ابزار اندازه گیری جرم.
5. GOST 7328-2001. کتل بلز. شرایط فنی عمومی
6. میلز I. M. e. a. // مترولوژیا. – 1385. – شماره 43. – ص 227.

* وزن جسم در مکانیک کلاسیک به نیرویی تعبیر می شود که جسم به دلیل جاذبه ای که به زمین دارد، بر یک تکیه گاه یا تعلیق افقی عمل می کند. - تقریبا ویرایش
** افزایش (از لاتین additivus - اضافه شده) (ریاضیات)، ویژگی کمیت ها، شامل این واقعیت است که مقدار کمیت مربوط به کل جسم برابر است با مجموع مقادیر کمیت های مربوط به اجزای آن. برای هر تقسیم شیء به قطعات
*** 1 پوند تجاری انگلیس برابر با 453.59 گرم است.