Меню

Мера силы неизменяющегося тока

Пересмотр системы единиц СИ: новые определения ампера, килограмма, кельвина и моля


Сфера из кремния-28 с чистотой 99,9998% может быть использована для вычисления максимально точного числа Авогадро, которое войдёт в определение единицы измерения количества вещества, известной как моль. Фото: Национальная физическая лаборатория Великобритании

Международное бюро мер и весов планирует провести самую значительную реформу в международной системе единиц (СИ) со времени последней большой ревизии этого стандарта в 1960 году, пишет Nature. Придётся принимать новые ГОСТы, а также внести исправления в учебники физики в школе и вузах.

В настоящее время СИ (современный вариант метрической системы) принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти везде используется в области техники. Полное определение всех единиц СИ приведено в официальной брошюре (8-е издание) и дополнении к ней от 2014 года. Нынешний стандарт утверждён в СССР 1 января 1963 года ГОСТом 9867-61 «Международная система единиц».

Руководство международной организации проголосует за предложенные изменения на Генеральной конференции по мерам и весам в 2018 году, а в случае положительного решения изменения вступят в силу с мая 2019 года. Новые определения для единиц измерения и эталонов никак не отразится на жизни обывателей: один килограмм картофеля в магазине останется тем же килограммом картофеля. Весы будут измерять овощи и мясо с той же точностью, что и раньше. Но эти определения важны для учёных, потому что в научных исследованиях должна соблюдаться идеальная точность формулировок и измерений. Международное бюро мер и весов считает, что новые эталоны позволят «обеспечить высочайший уровень точности в различных способах измерений в любом месте и времени и в любом масштабе, без потери точности».

Итак, какие же изменения нас ждут?

Сейчас Международное бюро мер и весов намерено пересмотреть определения и эталоны следующих единиц измерения:

  • ампер
  • килограмм
  • кельвин
  • моль

Следует оговориться, что далее по тексту новые определения приводятся в сокращённом виде и не соответствует в точности тексту, который записан в официальном документе. Сам документ и окончательные значения констант опубликуют в ближайшее время.

Килограмм

Современное определение принято III Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1901 году и формулируется так: «Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма». При этом Международный прототип (эталон) килограмма хранится в Международном бюро мер и весов (расположено в городе Севр неподалёку от Парижа) и представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия). Размер прототипа примерно соответствует размеру мяча для гольфа.


Компьютерное изображение международного прототипа килограмма

Проблема с эталоном килограмма состоит в том, что любые материалы могут терять атомы или, наоборот, пополняться атомами из окружающего пространства. В частности, различные официальные копии эталонного килограмма, который хранится в Севре, отличаются по весу от официального эталона. Разница достигает 60 микрограмм. Такие изменения произошли за более чем 100 лет с момента создания копий.

Ещё одна проблема с единицами измерения фиксированного масштаба — то, что элемент неопределённости (погрешность) увеличивается по мере удаления от этой фиксированной точки (эталона). Например, сейчас при измерении миллиграмма элемент неопределённости в 2500 раз больше, чем при измерении килограмма.

Эта проблема решается, если определить единицу измерения через другую физическую постоянную. Собственно, в новом определении килограмма так и сделано: здесь используется постоянная Планка.

Новое определение: 1 килограмм равен постоянной Планка, поделенной на 6,626070040 × 10 −34 м 2 ·с −1 . Для выражения единицы требуется постоянная Планка.

Измерение массы на практике возможно с помощью ваттовых весов: через два отдельных эксперимента со сравнением механической и электромагнитной силы, а затем путём перемещения катушки через магнитное поле для создания разности потенциалов (на иллюстрации внизу). Грубо говоря, масса вычисляется через электроэнергию, которая необходима, чтобы поднять предмет, лежащий на другой чаше весов.

Кельвин

Современное определение: как записано в ГОСТе, 1 кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём. В обязательном Техническом приложении к тексту Международной температурной шкалы МТШ‑90 Консультативный комитет по термометрии установил требования к изотопному составу воды при реализации температуры тройной точки воды.

Тройная точка воды — строго определённые значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в виде трёх фаз — в твердом, жидком и газообразном состояниях.

Международный комитет мер и весов подтвердил, что определение кельвина относится к воде, чей изотопный состав определён следующими соотношениями:

0,00015576 моля 2 H на один моль 1 Н
0,0003799 моля 17 О на один моль 16 О
0,0020052 моля 18 О на один моль 16 О.

Проблемы современного определения очевидны. При практической реализации величиа кельвина зависит от изотопоного состава воды, а на практике практически невозможно добиться молекулярного состава воды, который соответствует Техническому приложению к тексту Международной температурной шкалы МТШ‑90.

Ещё в 2011 году на заседании Генеральной конференции по мерам и весам было предложено в будущей редакции Международной системы единиц переопределить кельвин, связав его со значением постоянной Больцмана. Таким образом, значение кельвина впервые будет точно зафиксировано.

Новое определение: 1 кельвин соответствует изменению тепловой энергии на 1,38064852 × 10 −23 джоулей. Для выражения единицы требуется постоянная Больцмана.

Измерять точную температуру можно с помощью измерения скорости звука в сфере, заполненной газом. Скорость звука пропорциональна скорости перемещения атомов.

Современное определение: моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц.

Новое определение: количество вещества системы, которая содержит 6,022140857 × 10 23 специфицированных структурных единиц. Для выражения единицы требуется постоянная Авогадро (число Авогадро).

Для вычисления числа Авогадро — и определения моля через него — учёные предлагают создать идеальную сферу из чистого кремния-28. У этого вещества идеально точная кристаллическая решётка, так что количество атомов в сфере можно определить, если точно измерить диаметр сферы (с помощью лазерной системы). В отличие от существующего куска платиново-иридевого сплава, скорость потери атомов кремния-28 точно предсказуема, что позволяет вносить коррективы в эталон.

Первые опыты по созданию такого эталона предприняли в 2007 году. Исследователи из берлинского Института выращивания кристаллов под руководством Хелге Риманна (Helge Riemann) приобрели в России обогащённый кремний-28 и сумели получить образец изотопа 28 с чистотой 99,994%. После этого исследователи ещё несколько лет анализировали состав 0,006% «лишних» атомов, определяли точный объём сферы и проводили рентгеноструктурный анализ. Изначально предполагалось, что «идеальные» сферы из кремния-28 могут быть утверждены в качестве нового стандарта для килограмма. Но сейчас более вероятно то, что их используют для вычисления числа Авогадро, и, как следствие, определения моля. Тем более что за время, прошедшее с 2007 года, физики научились производить гораздо более чистый кремний-28.


Сфера из кремния-28 с чистотой 99,9998. Фото: CSIRO Presicion Optics

В 2014 году американские физики сумели обогатить кремний-28 до беспрецедентного качества в 99,9998% в рамках международного проекта по расчёту числа Авогадро.

Ампер

Современное определение предложено Международным комитетом мер и весов в 1946 году и принято IX Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1948 году: «Ампер есть сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10 −7 ньютона».

В современном определении ампер определяется через некий мысленный эксперимент, который предусматривает возникновение силы в двух проводах бесконечной длины. Очевидно, что на практике мы не может измерить такую силу, потому что по определению не может существовать двух проводников бесконечной длины.

Читайте также:  Очень бьюсь токам из за чего

Изменить определение ампера предложили на том же заседании Генеральной конференции по мерам и весам в октябре 2011 года, что и определение кельвина. Идея заключалась в том, что новое определение должно быть основано не на созданный человеком артефактах через мысленный эксперимент, а на фундаментальных физических постоянных или свойствах атомов. Итак, новое определение выражается только через одну постоянную — заряд электрона.

Новое определение: электрический ток, соответствующий потоку 1/1,6021766208 × 10 −19 элементарных электрических зарядов в секунду. Для выражения единицы требуется заряд электрона.

На практике для определения ампера понадобится только один инструмент — одноэлектронный насос. Такие инструменты создали несколько лет назад. Они позволяют перемещать определённое количество электронов в течение каждого насосного цикла, что является крайне ценным качеством для фундаментальной науки и метрологии.

Определения секунды, метра и канделы, судя по всему, остаются неизменными, как показано на иллюстрации.

В новой системе СИ определение всех единиц выражается через константу с фиксированным значением. Многие единицы определяются во взаимосвязи с другими единицами. Например, определение килограмма определяется через постоянную Планка, а также через определения секунды и метра.

Считается, что такая система гораздо более устойчива и самодостаточна.

Источник

Ампер

Ампе́р (русское обозначение: А; международное: A) — единица измерения силы электрического тока в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. В амперах измеряется также магнитодвижущая сила и разность магнитных потенциалов (устаревшее наименование — ампер-виток) [1] . Кроме того, ампер является единицей силы тока и относится к числу основных единиц в системе единиц МКСА.

Содержание

  • 1 Определение
  • 2 История и перспективы
  • 3 Кратные и дольные единицы
  • 4 Связь с другими единицами СИ
  • 5 См. также
  • 6 Примечания
  • 7 Литература

Определение

Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10 −7 ньютона .

Из определения ампера следует, что магнитная постоянная μ 0 <\displaystyle \mu _<0>> \mu_0 равна 4 π × 10 − 7 <\displaystyle 4\pi \times 10^<-7>> 4\pi \times 10^<<-7 data-lazy-src=

Кратные Дольные
величина название обозначение величина название обозначение
10 1 А декаампер даА daA 10 −1 А дециампер дА dA
10 2 А гектоампер гА hA 10 −2 А сантиампер сА cA
10 3 А килоампер кА kA 10 −3 А миллиампер мА mA
10 6 А мегаампер МА MA 10 −6 А микроампер мкА µA
10 9 А гигаампер ГА GA 10 −9 А наноампер нА nA
10 12 А тераампер ТА TA 10 −12 А пикоампер пА pA
10 15 А петаампер ПА PA 10 −15 А фемтоампер фА fA
10 18 А эксаампер ЭА EA 10 −18 А аттоампер аА aA
10 21 А зеттаампер ЗА ZA 10 −21 А зептоампер зА zA
10 24 А иоттаампер ИА YA 10 −24 А иоктоампер иА yA
применять не рекомендуется

Связь с другими единицами СИ

Если сила тока в проводнике равна 1 амперу, то за одну секунду через поперечное сечение проходит заряд, равный 1 кулону.

Если конденсатор ёмкостью в 1 фарад заряжать током 1 ампер, то напряжение на обкладках будет возрастать на 1 вольт каждую секунду.

См. также

Примечания

  1. ↑Магнитодвижущая сила. Большая советская энциклопедия. Архивировано 21 августа 2011 года.
  2. 12The SI brochure Описание СИ на сайте Международного бюро мер и весов.
  3. ↑Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации. Основные единицы Международной системы единиц (СИ). Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений. Росстандарт. Проверено 28 февраля 2018.
  4. History of the ampere, Sizes ,
  5. 12On the possible future revision of the International System of Units, the SI (англ.) Резолюция XXIV Генеральной конференции по мерам и весам (2011)
  6. ↑ Здесь Х заменяет одну или более значащих цифр, которые будут определены в окончательном релизе на основании наиболее точных рекомендаций CODATA
  7. ↑On the future revision of the International System of Units, the SI (англ.) . Resolution 1 of the 25th CGPM (2014). BIPM. Проверено 9 октября 2015.
  8. ↑Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации (недоступная ссылка)

Литература

  • Краткий словарь физических терминов / Сост. А. И. Болсун, рец. М. А. Ельяшевич. — Мн. : Вышэйшая школа, 1979. — С. 23-24. — 416 с. — 30 000 экз.
  • ампер
  • кандела
  • кельвин
  • килограмм
  • метр
  • моль
  • секунда
  • беккерель
  • ватт
  • вебер
  • вольт
  • генри
  • герц
  • градус Цельсия
  • грей
  • джоуль
  • зиверт
  • катал
  • кулон
  • люкс
  • люмен
  • ньютон
  • ом
  • паскаль
  • радиан
  • сименс
  • стерадиан
  • тесла
  • фарад
  • ангстрем
  • астрономическая единица
  • гектар
  • градус дуги
    • минута дуги
    • секунда дуги
  • дальтон (атомная единица массы)
  • бел
  • литр
  • непер
  • сутки
    • час
    • минута
  • тонна
  • электронвольт
  • Атомная система единиц
  • Естественная система единиц
  • Приставки СИ
  • Система физических величин
  • Преобразование единиц
  • Новые определения СИ
  • История метрической системы

Что такое wiki2.info Вики является главным информационным ресурсом в интернете. Она открыта для любого пользователя. Вики это библиотека, которая является общественной и многоязычной.

Читайте также:  Электрическая дуга постоянного тока способы гашения

Основа этой страницы находится в Википедии. Текст доступен по лицензии CC BY-SA 3.0 Unported License.

Wikipedia® — зарегистрированный товарный знак организации Wikimedia Foundation, Inc. wiki2.info является независимой компанией и не аффилирована с Фондом Викимедиа (Wikimedia Foundation).

  • Рубрикация
  • Избранные списки
  • Порталы
  • Текущие события
  • Статьи года

Источник

АМПЕР

Смотреть что такое АМПЕР в других словарях:

АМПЕР

АМПЕР

АМПЕР, -а, род. мн. амперов и при счете преимущ. ампер, м. Единица силыэлектрического тока. II прил. амперный, -ая, -ое.

АМПЕР

ампер м. Единица силы электрического тока.

АМПЕР

ампер м. физ.ampere

АМПЕР

ампер сущ., кол-во синонимов: 1 • единица (830) Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин.2013. . Синонимы: единица

АМПЕР

Ампер — см. Единицы мер.

АМПЕР

АМПЕР(от собственного имени ученого). Единица силы электрического тока = 1/10 сантим., грм., секун.Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского. смотреть

АМПЕР

Ампер единица силы электрического тока в Международной системе единиц СИ, обозн. А; названа по имени А. М. Ампера в 1881 г. на 1-м Международном конг. смотреть

АМПЕР

(Ampere) Андре-Мари франц. физик, математик и философ; род. 22.01.1775, Полемье, близ Лиона (Франция), ум. 10.06.1836, Марсель.Отец А. погиб на эшафоте. смотреть

АМПЕР

АМПЕР а, м. Ampère m. От фамилии фр. физика и математика А. Ампера (1775-1836, Ampère). 1. Основная единица силы электрического тока. СИС 1985. Этот э. смотреть

АМПЕР

• АМПЕР (Ampere) Андре Мари (1775-1836), французский физик и математик. Преподавал химию и физику в Бурге, а позднее математику в Политехнической школе. смотреть

АМПЕР

АМПЕР Жан-Жак (Jean-Jacques Ampere, 1800—1864) — французский писатель, сын знаменитого физика. А. — первый из историков литературы, признавший . смотреть

АМПЕР

I1 одиниця сили електричного струму, основна в системі СІ; це сила постійного електричного струму, при протіканні якого через 2 паралельні прямолінійні. смотреть

АМПЕР

(А), единица СИ силы электрич. тока. 1) А. равен силе неизменяющегося тока, к-рый при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводника. смотреть

АМПЕР

единица силы тока, сокращенно обозначаемая А или о; представляет собой силу неизменяющегося электр. тока, к-рый, проходя через водный раствор азотнокис. смотреть

АМПЕР

[по имени франц. физика А. М. Ампера (А. М. Ampere; 1775-1836)] — 1) ед. силы элект-рич. тока в СИ. Обозначение — A. 1A. равен силе неизменяющегося ток. смотреть

АМПЕР

АМПЕР (Ampere)Андре Мари (род. 22 янв. 1775, Лион – ум. 10 апр. 1836, Марсель) – франц. физик и математик. Построил первую теорию магнетизма. В сво. смотреть

АМПЕР

I 1 одиниця сили електричного струму, основна в системі СІ; це сила постійного електричного струму, при протіканні якого через 2 паралельні прямолінійні безконечно довгі провідники з нескінченно малим поперечним перерізом (розміщені у вакуумі на відстані 1 м один від одного) між цими провідниками на ділянці довжиною 1 м виникає сила взаємодії 2∙10-7 Н; 2. одиниця магніторушійної сили й напруженості магнітного поля в системі СІ (А/м). II (Ampere) Андре Марі, 1775-1836, франц. фізик; творець основ електродинаміки; відкрив закон взаємодії електричних струмів; запропонував першу теорію магнетизму; також праці з теорії імовірностей, застосування варіаційного числення в механіці та ін. смотреть

АМПЕР

1) единица силы тока СИ, обозначается А. Ампер равен силе постоянного тока, к-рый при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и . смотреть

АМПЕР

АМПЕР (Ampere) — международная единица измерения электрического тока, принятая и в СССР, равная току, который в течение секунды осаждает из раствора а. смотреть

АМПЕР

АМПЕР Жан-Жак (Jean-Jacques Ampere, 1800-1864) — французский писатель, сын знаменитого физика. А. — первый из историков литературы, признавший романти. смотреть

АМПЕР

АМПЕ́Р, а, род. мн. ампе́рів і ампе́р, ч., фіз.Одиниця виміру сили електричного струму.За одиницю сили струму приймають 1 ампер (А) – силу такого струм. смотреть

АМПЕР

Жан-Жак [Jean-Jacques Ampere, 1800—1864]— французский писатель, сын знаменитого физика. А. — первый из историков лит-ры, признавший романтизм. Основные труды его: Histoire Litteraire de la France avant le XII-e s., 3 т., 1840; Histoire de la formation de la langue francaise, 1841; 3-е изд., 1871; La Grece, Rome et Dante, 1848; 9-е изд., 1884 и др. Помимо перечисленных работ А. издал собрание своих поэтических произведений под заглавием «Heures de poesie», 2-е изд., 1863. А. много путешествовал. В русском переводе имеются его «Очерки севера», СПБ., 1834; 2-е изд., 1836. смотреть

АМПЕР

1) Орфографическая запись слова: ампер2) Ударение в слове: Амп`ер3) Деление слова на слоги (перенос слова): ампер4) Фонетическая транскрипция слова амп. смотреть

АМПЕР

ампер [по имени фр. физика ампера (ampere), 1775-1836] — 1) основная единица силы электрического тока в международной системе единиц (си), равная силе тока, который, будучи поддерживаем в двух параллельных прямолинейных проводниках, расположенных в вакууме на расстоянии друг от друга в 1 м, вызывал бы между этими проводниками силу, равную 2-10

7 ньютона на 1 м длины; обозначается а; 2) единица магнитодвижущей силы в си, 1а = 0,4 л гильберта.

АМПЕР

власна назва, імен. чол. родухім. амперімен. чол. родуфіз., хім.ампер

АМПЕР

корень — АМПЕР; нулевое окончание;Основа слова: АМПЕРВычисленный способ образования слова: Бессуфиксальный или другой∩ — АМПЕР; ⏰Слово Ампер содержит с. смотреть

АМПЕР

АМПЕР (Ampere) Андре Мари (1775-1836), французский ученый, иностранный член Петербургской АН (1830), один из основоположников электродинамики. Предложил правило, названное его именем, открыл (1820) механическое взаимодействие токов и установил закон этого взаимодействия (закон Ампера). Построил первую теорию магнетизма.

АМПЕР

АМПЕР (Ampere) Андре Мари (1775-1836), французский ученый, иностранный член Петербургской АН (1830), один из основоположников электродинамики. Предложил правило, названное его именем, открыл (1820) механическое взаимодействие токов и установил закон этого взаимодействия (закон Ампера). Построил первую теорию магнетизма.

АМПЕР

(2 м); мн. ампе/ры, Р. ампе/ров и при обозначении количества ампе/рСинонимы: единица

АМПЕР

м. эл. ampere m, A — абсолютный ампер- международный ампер- стандартный ампер- эталонный ампер

АМПЕР

амп’ер, -а, род. п. мн. ч. -ов, счетн. ф. амп’ер (ед. измер.) Синонимы: единица

АМПЕР

м эл.Ampere n, pl неизм.Синонимы: единица

АМПЕР

Единица силы эл. тока, магн. потенциала, разности магн. потенциалов, и магнитодвижущей силы в СИ, МКСА. Была введена в 1881 г. Кратные и дольные единицы: килоампер, миллиампер, микроампер, наноампер, пикоампер.
Синонимы:

АМПЕР

Rzeczownik ампер m Fizyczny amper m

АМПЕР

АМПЕР, 1) единица силы электрического тока в СИ, обозначается А. 1А = 3 .109 в единицах СГСЭ=0, 1 в единицах СГСМ; названа по имени А. Ампера. 2) Единица магнитодвижущей силы в СИ (старое наименование ампер-виток). 1 А = 0, 4 p гильберта = 14p.3.109 ед. СГСЭ.

АМПЕР

АМПЕР, 1) единица силы электрического тока в СИ, обозначается А. 1А = 3 .109 в единицах СГСЭ=0, 1 в единицах СГСМ; названа по имени А. Ампера. 2) Единица магнитодвижущей силы в СИ (старое наименование ампер-виток). 1 А = 0, 4 p гильберта = 14p.3.109 ед. СГСЭ.

АМПЕР

АМПЕР — 1) Единица силы электрического тока в СИ, обозначается А. 1А = 3 .109 в единицах СГСЭ=0,1 в единицах СГСМ; названа по имени А. Ампера.2) Единиц. смотреть

АМПЕР

amper* * * м, физ. amperСинонимы: единица

АМПЕР

АМПЕР , 1) единица силы электрического тока в СИ, обозначается А. 1А = 3 .109 в единицах СГСЭ=0,1 в единицах СГСМ; названа по имени А. Ампера. 2) Единица магнитодвижущей силы в СИ (старое наименование ампер-виток). 1 А = 0,4 p гильберта = 14p.3.109 ед. СГСЭ. смотреть

АМПЕР

АМПЕР, 1) единица силы электрического тока в СИ, обозначается А. 1А = 3.109 в единицах СГСЭ=0,1 в единицах СГСМ; названа по имени А. Ампера. 2) Единица магнитодвижущей силы в СИ (старое наименование ампер-виток). 1 А = 0,4 p гильберта = 14p.3.109 ед. СГСЭ. смотреть

АМПЕР

Это слово, называющее единицу электрического тока, образовано по принципу превращения фамилии в имя нарицательное: французский ученый Андре Ампер был одним из основоположников электродинамики. В честь него и названо одно из основных понятий в электричестве. смотреть

Читайте также:  Тол 10 трансформатор тока номиналы

АМПЕР

-а, м. Единица измерения силы электрического тока.[По имени французского физика А. Ампера]Синонимы: единица

АМПЕР

— единица силы электрического тока в СИ, обозначается А. 1А = 3.109 в единицах СГСЭ=0,1 в единицах СГСМ; названа по имени А. Ампера. 2)Единица магнитодвижущей силы в СИ (старое наименование ампер-виток). 1 А =0,4 p гильберта = 14p.3.109 ед. СГСЭ. смотреть

АМПЕР

м. (род. п. мн. ампер) физ.amperio m, amper m

АМПЕР

ампе́р, -а; р. мн. -ов, счётн.ф. ампе́р (единица силы электрич. тока)Синонимы: единица

Источник



Эталон единицы силы электрического тока

Из определения силы тока как физической величины видно, что единица силы тока равна количеству электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени. Поэтому естественно было бы принять за основную электрическую единицу некоторый заряд, например равный заряду электрона или определенного числа электронов. Однако в настоящее время нет возможности осуществить с достаточной точностью эталон, опирающийся на такое определение. Вследствие этого пришлось отказаться от единицы количества электричества как основной электрической единицы и принять в качестве таковой единицу силы тока — ампер. Размер ампера можно было бы воспроизводить по следующим действиям, которые оказывает ток в окружающей среде:

— по выделению теплоты при прохождении по проводнику;

— по осаждению вещества на электродах при прохождении тока через электролит;

— по пондеромоторным (механическим) действиям тока на магнит или проводник с током.

В 1893 г. Международный конгресс электриков в Чикаго принял первый эталон силы электрического тока — ампер, установив так называемый международный ампер. Ампер воспроизводился с помощью серебряного вольтметра и имел следующее определение: международный ампер – неизменяющийся ток, который проходя через водный раствор азотнокислого серебра, при соблюдении приложенной спецификации выделяет 0,001118 г серебра в 1 с.

IX Генеральная конференция по мерам и весам в 1948 г. приняла следующее определение ампера: “Ампер — сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади круглого поперечного сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывал бы между этими проводниками силу взаимодействия, равную 2·10 -7 Н на каждый метр длины”. Это определение позволило получить наилучшую точность воспроизведения ампера.

Приведенная формулировка содержит понятие бесконечно тонких и бесконечно длинных проводников, которые на практике осуществить невозможно. Однако, на основе закона Ампера можно рассчитать с достаточной степенью точности силу взаимодействия токов, протекающих по проводникам конечных размеров.

В качестве эталона ампера были приняты токовые весы (рис. 1.6).

Токовые весы представляют собой рычажные равноплечие весы, в которых подвешенная слева подвижная катушка уравновешивается грузом, положенным на правую чашку весов. Подвижная катушка входит во вторую неподвижную коаксиально расположенную катушку. При прохождении по этим последовательно соединенным катушкам постоянного электрического тока подвижная катушка опускается, поэтому на правую чашку весов следует положить добавочный груз. В соответствии с законом Ампера сила взаимодействия токов в катушках будет равна

где I1=I2=I — сила тока в катушках;

k — коэффициент пропорциональности, зависящий от формы и размеров катушек, принятого значения относительной магнитной проницаемости среды и др.

С другой стороны, в соответствии со вторым законом Ньютона

где m — масса уравновешивающего груза;

g — ускорение свободного падения в месте расположения весов.

Приравнивая эти выражения, получаем расчетную формулу для силы

Государственный первичный эталон ампера представляет собой комплекс измерительных средств в следующем составе.

Рисунок 1.6 — Токовые весы

1. Токовые весы с гирей массой 8,16044 г и с дистанционным управлением.

2. Аппаратура для передачи размера единицы, в которую входит катушка сопротивления Р342, получившая свое значение от первичного эталона Ома.

Погрешность воспроизведения размера единицы тока не превышает 0,001%. Эталон находится в ГП “ВНИИМ им. Д.И. Менделеева”,
г. С.-Петербург.

В связи с успехами квантовой метрологии появилась возможность воспроизводить единицу силы тока более точно с помощью косвенных измерений в соответствии с выражением I = U/r. При этом размер единицы U электрического напряжения – вольт — воспроизводится с помощью квантового эффекта Джозефсона (пп. 1.4.1), а размер единицы r электрического сопротивления – ом – с помощью квантового эффекта Холла (пп. 1.4.2). Среднеквадратическое отклонение косвенного воспроизведения ампера составляет 5×10 -8 , а неисключенная систематическая погрешность — 2×10 -7 . Таким образом, погрешность воспроизведения ампера возросла более чем на два порядка.

1.3.5 Эталон единицы температуры

Измерения температуры Т с момента изобретения термометра основывались на применении того или иного термометрического вещества, изменяющего свой объем или давление при изменении температуры. Отсчет температуры в этих случаях осуществляется по равномерной шкале

где — соответственно отсчет по шкале термометра и положения реперных точек . В качестве реперных (опорных) точек выбирали точки калибровки термометра, соответствовавшие температурам перехода термометрического вещества из одного агрегатного состояния в другое (температуры плавления и кипения). В этих точках температура вещества остается постоянной все время пока осуществляется переход.

В 1715 г. Фаренгейт создал ртутный термометр и предложил для построения термодинамической шкалы две точки: температуру смеси льда с солью и нашатырем, которую он обозначил 0, и температуру тела человека, которую он обозначил числом 96.

Шкала Реомюра (1736 г.) имеет две постоянные точки, более удобные для воспроизведения: точку таяния льда 0 и точку кипения воды 80 град.

Шкала Цельсия имеет те же реперные точки, что и шкала Реомюра, только расстояние между ними делится на 100 градусов. Показания термометров зависели от рода термометрического вещества и условий его теплового расширения (рис. 1.7).

Томсон (Кельвин) показал, что можно установить температурную шкалу, которая не зависит от рода термодинамического вещества. Единственной реперной точкой в ней предлагалось сделать тройную точку воды, (точка равновесия воды в твердой, жидкой и газообразной фазах).

Рисунок 1.7 — Температурные шкалы

Эта точка может быть воспроизведена с точностью 0,0001 о С. Схема сосуда, воспроизводящего тройную точку воды, изображена на рис. 1.8. За температуру реперной точки была принята температура 273,16 К, что на 0,01 градус больше температуры таяния льда. Один кельвин это 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Остальная шкала должна была строиться на основании формулы

где Q1 количество тепла, получаемого от нагревателя любымтелом;

Q2 — количество тепла, отдаваемого телом холодильнику при обратимом цикле Карно;

T1 и T2— температуры нагревателя и холодильника, причем температуре T2придают значение тройной точки воды. В этом случае для определения температуры Т1 необходимо знать лишь отношение количеств теплоты.

Воспроизведение термодинамической шкалы температур представляет большую трудность. Поэтому IX Генеральная конференция по мерам и весам в 1948 г. установила практическую температурную шкалу, воспроизводимую по определенным постоянным реперным точкам. Температура в реперных точках определяется газовым термометром, использующим соотношение между объемом, давлением и температурой идеального газа. Это наиболее точные, но очень трудоемкие измерения, выполняемые лишь в немногих ведущих метрологических лабораториях мира. Основная сложность их состоит в учете несоответствия реального газа идеальному.

В 1968 г. XIII Генеральная конференция по мерам и весам установила 12 реперных точек в диапазоне от 13,8 К – тройная точка водорода до 1337,58 K– точка затвердевания золота. В промежутках между репернымиточками значения температуры воспроизводятся с помощью эталонных термометров, использующих свойства расширения тел или изменения их сопротивления и т.п. В 1990 г. международная практическая шкала температур (МТШ-90) была уточнена и расширена (от 0,65 К — давление насыщенных паров 3 He и 4 He до 1357,77 – точка плавления меди).

Рисунок 1.8 — Схема сосуда, воспроизводящего тройную точку воды

Среднеквадратическое отклонение воспроизведения кельвина в этом диапазоне составляет от 5×10 -4 до 10 -2 при неисключенной систематической погрешности 3×10 -3 .

В Харьковском ГНПО “Метрология” создан государственный эталон для воспроизведения температуры на основе плазменных источников излучения в диапазоне 10000-150000 К со среднеквадратическим отклонением не более 3 . 10 -2 .

Источник