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國際單位制與物理常數

發布時間:2019-03-04 作者:李宗亮 來源: 瀏覽:6405

中車石家莊車輛有限公司  李宗亮

26屆國際計量大會1號決議,千克、安培、開爾文、摩爾將分別由普朗克常數h、基本電荷e、波爾茲曼常數k和阿伏伽德羅常數NA定義,并將于2019520日“世界計量日”正式生效。計量是實現單位統一、量值準確可靠的活動,現行《中華人民共和國計量法》第三條規定“國家采用國際單位制”,因此了解國際單位制及其變化很有必要。

下面我們將分別說說這四個國際單位制基本單位目前使用中的定義和它們將被定義的物理常數:

1)千克是質量的SI單位名稱,定義是“千克是質量單位,等于國際千克原器的質量?!?span>1883年法國用90%的鉑和10%的銥所組成的鉑銥合金,制成了直徑和高都為39毫米的圓柱體千克原器,并于1889年被第一屆國際計量大會所承認,在1901年第三屆國際計量大會上被正式定義。實物基準的缺點是易磨損,表面也會污染,不穩定。1989年,在國際計量局的統一安排下,世界各國陸續將其持有的千克基準與“國際千克”進行了比對,結果發現各國家基準的質量年均增長0.5μg

修訂后,千克將采用普朗克常數h的固定數值定義。其原理是將移動質量1千克物體所需機械力換算成可用普朗克常數表達的電磁力,再通過質能轉換公式算出質量。

2)安培是國際單位制中電流的SI單位名稱,其定義是:“在真空中,截面積可忽略的兩根相距1m的無限長平行圓直導線內通以等量恒定電流時,若導線間相互作用力在每米長度上為2×10-7N,則每根導線中的電流為1A?!爆F在使用的安培定義是一個理論上的定義,難以復現。目前用約瑟夫森效應保持電壓伏特基準,用霍爾效應(或稱克里青效應)保持電阻歐姆基準,再利用歐姆定律實現電流基準。

修訂后,用電子電荷常數定義電流。

將千克定義在普朗克常數之上,同時約定基本電荷的數值,便可以將約瑟夫森常數KJ馮克利青常數Rk的數值確定,由 KjRk導出的電壓和電阻單位便自動落在SI框架內。

3)開爾文是國際單位制中熱力學溫度的SI單位名稱,它的定義是:“熱力學溫度開爾文是水三相點熱力學溫度的1/273.16。”水的三相點是指水的固態、液態、和汽態三相間平衡時所具有的溫度。

修訂后,用波爾茲曼常數定義。

4)摩爾是物質的量的SI單位的名稱,用于表示物質的量,它的定義是:“摩爾是一個系統的物質的量,該系統中所包含的基本單元(原子、分子、離子、電子及其他粒子,或這些粒子的特定組合)數與0.012kg12的原子數目相等?!庇捎?span>0.012kg碳12含有原子數目是6.022045×1023個,這個數目叫做阿伏加德羅常數。

修訂后,用直接用阿伏伽德羅常數定義。

那么這些常數的值又是如何確定的呢?

對于特定的物理常數,可心通過多種方式加以測量,相應地便產生了一個不同來源的結果之間是否協調一致的問題。在SI以前的有關決議中,明確規定被采用的基本物理常數值必須由國際科學技術數據委員會(CODATA)提供,國際科學技術數據委員會(CODATA)是1966年在國際科學協會理事會(ICSU)的領導下成立的,其宗旨是在全世界范圍內促進科學技術數據的搜集、分析和編撰工作。CODATA下屬的一個基本常數工作組,專門負責與基本常數有關的事宜。

國際計量局(BIPM)權威解答:我們并不固定或修訂任何用于單位定義的常數的量值?;疚锢沓档牧恐凳翘烊徊蛔兊模覀冎皇枪潭總€常數在采用SI單位進行表達時的數值。我們通過固定基本常數的數值來定義常數測量單位的大小。

參考書目:1.《一級注冊計量師基礎知識及專業實務》上冊,中國質出版社

          2.《國際單位制與基本物理常數》張常山編著,東南大學出版社

          3.《中國計量》2019.1

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