التعريف الجديد للكيلوجرام

يمكنك الاطلاع اولاً علي المترولوجيا - علم القياس  حتي تكون علي استعداد للبداء في المقتال بشكل سهل 

التعريف القديم

يتم تعريف الكيلوغرام حاليا من حيث كتلة قطعة البلاتين المخزنة في فرنسا. يريد العلماء استبدال هذه الأداة المادية بتعريف أكثر استنساخًا للكيلوغرام الذي يعتمد على الثوابت الأساسية للطبيعة.

اعادة التعريف للكيلوجرام

باستخدام أحدث الأجهزة لقياس الكتلة ، قام الباحثون في المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST) بتحديد ثابت بلانك بشكل اكثر دقه ، وهي قيمة مهمة في العلوم ستساعد في إعادة تعريف الكيلوغرام ، الوحدة الرسمية للكتلة في SI ، أو النظام الدولي للوحدات. و مقبول للنشر في مجلة Metrologia ، هذه النتائج الجديدة تأتي قبل الموعد النهائي الدولي الأول من يوليو للقياسات التي تهدف إلى إعادة تعريف SI بأكمله من حيث الثوابت الأساسية للطبيعة.

يبلغ قياس NIST الجديد لثابت بلانك kg∙m2/s 6.626069934 x 10−34  ، مع عدم تيقن من 13 جزءًا فقط لكل مليار. كان قياس NIST السابق ، الذي نشر في عام 2016 ، غير مؤكد من 34 جزءًا في المليار.

يتيح ثابت بلانك للباحثين ربط الكتلة بالطاقة الكهرومغناطيسية. لقياس ثابت بلانك ، يستخدم NIST أداة تُعرف باسم توازن كيبل ، الذي كان يُسمى في الأصل توازن وات.

NIST يستخدم ميزان كيبل الذي يستخدم القوى الكهرومغناطيسية لتحقيق التوازن بين كتلة الكيلوغرام. يتم توفير القوى الكهرومغناطيسية عن طريق لفائف من الأسلاك تقع بين اثنين من المغناطيس الدائم. ميزان كيبل له وضعان للتشغيل. في أحد الأوضاع ، يمر تيار كهربائي عبر الملف ، مما يؤدي إلى توليد حقل مغنطيسي يتفاعل مع المجال المغناطيسي الدائم ويخلق قوة تصاعدية لموازنة كتلة الكيلوغرام. في الوضع الآخر ، يتم رفع اللفة بسرعة ثابتة. تحرك هذه الحركة التصاعدية جهدًا في الملف يتناسب مع قوة المجال المغناطيسي. من خلال قياس التيار ، الجهد وسرعة اللولب ، يمكن للباحثين حساب ثابت بلانك ، والذي يتناسب مع كمية الطاقة الكهرومغناطيسية اللازمة لتحقيق التوازن بين وضعي الميزان.

هناك ثلاثة أسباب رئيسية للتحسين في القياسات الجديدة ، كما قال الفيزيائي ستيفان شلامينغر ، قائد فريق NIST.

أولاً ، يمتلك الباحثون المزيد من البيانات. تستخدم النتيجة الجديدة قياسات بقيمة 16 شهرًا ، من ديسمبر 2015 إلى أبريل 2017. وقد أدت الزيادة في الإحصائيات التجريبية إلى الحد بشكل كبير من عدم اليقين في قيمة بلانك.

وثانياً ، قام الباحثون باختبار الاختلافات في المجال المغناطيسي خلال كل من أساليب التشغيل واكتشفوا أنهم قد بالغوا في تقدير تأثير المجال المغناطيسي للملف على الحقل المغناطيسي الدائم. وأدى تعديلها اللاحق في قياساتها الجديدة إلى زيادة قيمة ثابت بلانك وخفض عدم اليقين في قياسها.

 وأخيرًا ، درس الباحثون بتفصيل كبير مدى تأثير سرعة اللفة المتحركة على الجهد. أوضحت دارين حداد ، الكاتبة الرئيسية لنتائج المعهد القومي للمعايير والتقنية"لقد قمنا بتغيير السرعة التي حركنا بها الملف من خلال المجال المغناطيسي ، من 0.5 إلى 2 ملم في الثانية" .

في المجال المغناطيسي ، يعمل الملف كدائرة كهربائية تتكون من مكثف (عنصر دائرة يخزن الشحنة الكهربائية) ، ومقاوم (عنصر يبدد الطاقة الكهربائية) ومغزا (وهو عنصر يخزن الطاقة الكهربائية). في ملف متحرك ، تولد هذه العناصر الشبيهة بالدارة جهدًا كهربائيًا يتغير بمرور الوقت ، وفقًا لما قاله Schlamminger. قام الباحثون بقياس تغيّر الجهد هذا الذي يعتمد على الوقت لحساب هذا التأثير وتقليل عدم اليقين في قيمتها.

ينضم قياس NIST الجديد إلى مجموعة من قياسات Planck الثابتة الأخرى من جميع أنحاء العالم. مقياس ميزان كيبل آخر ، من المجلس القومي للبحوث في كندا ، لديه عدم يقين من 9.1 أجزاء فقط لكل مليار. تستخدم قياسين جديدتين لتقنية Avogadro البديلة ، والتي تتضمن حساب عدد الذرات في مجال السيليكون النقي.

وللمقاييس الجديدة درجة عالية من عدم اليقين تفوقها على المتطلبات الدولية لإعادة تعريف الكيلوغرام من حيث ثابت بلانك.

وقال شلامينغر "هناك حاجة إلى إجراء ثلاث تجارب مع حالات عدم يقين أقل من 50 جزءا في المليار وأخرى أقل من 20 جزءا في المليار." "لكن لدينا ثلاثة أجزاء أقل من 20 جزءًا في المليار."

موعد اعلان التعريف الجديد

كل هذه القيم الجديدة لثابت بلانك لا تتداخل ، "لكن بشكل عام يتفقون بشكل جيد بشكل مذهل" ، قال شلامينغر ، "خاصة بالنظر إلى أن الباحثين يقيسونها بطريقتين مختلفتين تمامًا". سيتم تقديم هذه القيم إلى المجموعة المعروفة باسم CODATA قبل الموعد النهائي في 1 يوليو. سوف تنظر CODATA في كل هذه القياسات في تحديد قيمة جديدة لثابت بلانك. ومن المقرر إعادة تعريف الكيلوغرام في نوفمبر 2018 ، جنبا إلى جنب مع وحدات أخرى في SI.

اعداد وترجمة / فادي طارق

المصدر