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國際單位製與物理常數

發布時間:2019-03-04 作者:李宗亮 來(lái)源: 瀏覽:6148

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第(dì)26屆國際計量大會(huì)1號決議,千克(kè)、安培、開(kāi)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(hé)阿伏伽德羅常數(shù)NA定義,並將於2019520日“世界計量日(rì)”正式生效。計量是實現單位統一、量(liàng)值準確可靠的活動,現行《中華人民共和國計量法》第三(sān)條(tiáo)規定“國家采用國際單位製”,因此了(le)解國際單位製及其變化很有必要。

下麵(miàn)我們將分別說說這四個國際單位製(zhì)基本單位目前使用中的定義和(hé)它們將被定義的物理常數:

1)千克是質量的SI單位名稱(chēng),定義是“千克是(shì)質(zhì)量單位,等於國(guó)際(jì)千克原器的質量(liàng)。”1883年法國用90%的鉑和10%的銥所組成的鉑銥合金,製成(chéng)了直徑(jìng)和高都為39毫米的圓柱體千克原器,並於1889年被第一屆國際計量大會所承認,在1901年(nián)第三屆(jiè)國際計量大會上被(bèi)正式(shì)定義。實物基準的缺點是(shì)易磨損,表麵(miàn)也會汙染,不穩定。1989年,在國際計量局的統一安(ān)排下,世界(jiè)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(liàng)年均增長0.5μg

修訂後(hòu),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(dòng)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(diàn)磁力,再通過質能轉換公(gōng)式算出質量(liàng)。

2)安培是國際單位製中電流的SI單位名稱,其定義(yì)是:“在真空中,截麵積可(kě)忽(hū)略的兩根相距1m的無限長平行圓直導線內(nèi)通以等量(liàng)恒定電流時,若導(dǎo)線(xiàn)間相互作用力在每米長度上為2×10-7N,則(zé)每根導線中的電流為1A。”現在使用的安培定義是一個理論上的定義,難(nán)以複現。目前用約瑟夫森效應(yīng)保持電壓伏特基準,用霍爾效應(或稱克裏青(qīng)效應)保持電阻(zǔ)歐姆基準,再利用歐姆定律實現電流基準。

修訂後,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(yuē)定(dìng)基本電荷(hé)的數值,便可以(yǐ)將約瑟夫森常數KJ馮克利青常數Rk的數值確定,由 KjRk導出(chū)的電壓和電阻單(dān)位便自動落在SI框架(jià)內。

3)開爾文是國際單位製中熱力學溫度的SI單位名稱,它的(de)定義是(shì):“熱力學溫度(dù)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(tài)、液態、和(hé)汽(qì)態三相間平衡時所具有的(de)溫度(dù)。

修訂(dìng)後(hòu),用波爾茲曼(màn)常數定義。

4)摩(mó)爾是(shì)物質的量的SI單位的名(míng)稱,用於表示物質的量,它的定義是:“摩爾是一個(gè)係統的物質的量,該係統中所包含的基本單元(yuán)(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(de)原子(zǐ)數(shù)目相等。”由於0.012kg12含有(yǒu)原(yuán)子數目是6.022045×1023個,這個數目叫做阿伏加德羅常數。

修(xiū)訂後,用直接用阿伏伽德羅常數定義。

那麽這些常數的值又是如(rú)何確定的呢?

對於特定的物理常數,可心通過多種方式加以測量,相應地便產生了一個(gè)不同來源的結果(guǒ)之間是否(fǒu)協調一致的問題。在SI以前的有關決議中,明確規定(dìng)被采用的基本物理常數值必須(xū)由國際科(kē)學技術數(shù)據委員(yuán)會(CODATA)提供(gòng),國際科學(xué)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,其宗旨是在全世界範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(jú)(BIPM)權威解答:我們並不固定或修訂任何(hé)用於單位定義的常數的量(liàng)值。基本物理常數的量(liàng)值是天然不(bú)變的,我們隻是固定每個常(cháng)數在采用SI單位進行表達時的數(shù)值。我們通過固定基(jī)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(jí)專業實務》上(shàng)冊,中國質出版社

          2.《國(guó)際單位製與基本物理常數》張常山編著,東南大學出版社

          3.《中國計量》2019.1

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