EL KILOGRAMO, POR FIN UNA CONSTANTE FÍSICA
DEJARÁ DE DEPENDER DE LA MASA DEL IPK , EL FAMOSO CILINDRO DE PLATINO Y IRIDIO
Por fin el kilogramo tendrá un valor fijo, basado en la asignación de una valor a la constante de Planck. Esta medición será más segura y precisa que la anterior, la famosa barra cilíndrica de platino y iridio, que con el tiempo se estima que ha perdido en un siglo aproximadamente 50 microgramos de su patrón original.
El pasado 16 de noviembre de 2018, en la 26ª Conferencia General sobre Pesos y Medidas CGPM se aprobó por unanimidad las definiciones revisadas de las cuatro unidades base del SI, que el Comité había ya propuesto de cambiar el pasado año.
Estas nuevas definiciones pretenden mejorar el SI sin cambiar el tamaño de las unidades, confirmando las ya existentes.
Si bien el sistema ha sido revisado y cambiado en diferentes momentos, es la primera vez en la historia que se redefinen cuatro unidades base a la vez. “Este cambio no afectarán los resultados de las mediciones en la vida cotidiana, pero sí tendrá un gran impacto al más alto nivel de exactitud en la ciencia y la tecnología”, asegura Laiz, miembro del Sistema Interamericano de Metrología.
Las unidades de medida del sistema revisadas y que han sido aprobadas para ser cambiadas son:
El kilogramo, el amperio, el kelvin y el mol serán definidas de nuevo estableciendo valores numéricos exactos. Como ya se hizo en su momento con el medidor y la candela que ya están definidos por constantes físicas.
| Unidad de medida | Nueva Definición |
|---|---|
| Kilogramo | con la constante de Planck (h) |
| Amperio | con la carga eléctrica elemental (e) |
| Kelvin | con la constante de Boltzmann (k) |
| Mol | con la constante de Avogadro (NA) |
Las nuevas definiciones entrarán en vigor a partir del 20 de mayo de 2019.
ORIGEN DEL SISTEMA MÉTRICO
Entre 1791 y 1960 se formaron las bases para un sistema métrico. Aunque fue en 1799 concretamente en Francia cuando se introdujo por primera vez el Sistema Métrico SI.
Originalmente durante los primeros años de la Revolución Francesa, el sistema de medición era basado en los principios de la lógica y los fenómenos naturales. Por tanto era un sistema de medición basado en fenómenos inmutables. Pero requería el uso del medidor que se definió como una diez millonésima parte de la distancia desde el Polo Norte al ecuador, y el kilogramo como la masa de una milésima parte de un metro cúbico de agua pura.
En 1889 en la 1ª Conferencia General sobre Pesos y Medidas CGPM se aprobó el uso de 40 prototipos de medidores y 40 prototipos de kilogramos, todos ellos se establecieron como los estándares y una copia de cada se sorteó como prototipo internacional de referencia.
El CGPM conservó otras copias y el resto se distribuyeron entre los países miembros para uso nacional. Con regularidad los prototipos se han ido comparando y recalibrando a la copia considerada como prototipo internacional de referencia.
En concreto el prototipo de kilogramo internacional de referencia como sus otros idénticos han sido fabricados por la firma británica Johnson Matthey de Londres.
EL KILOGRAMO, UN ARTEFACTO CILÍNDRICO QUE PIERDE MASA
El kilogramo equivale a la masa que tiene el prototipo internacional de referencia, un objeto de forma cilíndrica de 4 centímetros de platino iridio que se conserva actualmente en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas BIPM de Francia.
A patir de 1921 se revisó el metro y se extendió los estándares para todas las unidades de medida, no solo la masa y la longitud. Por lo que se proporcionaron estándares de corriente eléctrica, luminosidad, tiempo y masa molar.
En 1948 la 9ª CGPM recomendó un solo sistema práctico de unidades de medida para todos los países miembros de la Convención del Medidor.
Pero no fue hasta 1960 en la 11ª CGPM cuando se produjo un cambio importante, se publicó y se aceptó oficialmente un Sistema Internacional de Unidades (SI).
Este SI era ya un sistema estructurado de 7 unidades base y 22 unidades derivadas de éstas, derivable de fenómenos universales.
A partir de entonces los avances en la tecnología han mejorado muchas de las limitaciones que tenía el Sistema Métrico. Por esta razón la definición de las unidades base del SI han ido cambiando, por ejemplo en 1960 se redefinió el medidor en base a la longitud de onda de radiación del kriptón-86, reemplazando la barra del medidor pre-Si.
Y así se cambiaron muchas otras definiciones. Pero el kilogramo continuó estando definido en base a un prototipo físico. Siendo el único artefacto sobre el cual la unidad de SI todavía tenía que depender.
En la 17ª CGPM de 1983 se reemplazó la definición del medidor de 1960, se define como la distancia recorrida por la luz en una fracción específica de una segundo, y en para el kilogramo continuó el prototipo específico que era la masa del IPK del Kilogramo del Prototipo Internacional.
El prototipo del kilogramo y sus copias fueron diseñadas para tener estabilidad a largo plazo. A pesar de ésto, con el tiempo se han comprobado pequeñas variaciones entre sí.
Las comparaciones hechas entre los prototipos nacionales y el prototipo internacional IPK de referencia han demostrado pequeñas variaciones por año. Sin posibilidad de determinar con certeza si los prototipos nacionales ganaban masa o el IPK la estaba perdiendo.
Posteriores investigaciones del científico metrólogo de la Universidad de Newcastle, Peter Cumpson, han identificado como posibles causas la absorción de vapor de mercurio o la contaminación de carbono.
Como todas las medidas se hacen en función a este prototipo de kilogramo de referencia, al medir con esta referencia los resultados son imprecisos y por lo tanto erróneos.
Es verdad que estas variaciones son tan imperceptibiles que en las medidas que se hacen en la vida cotidiana no resultan apreciables ni cuanto menos relevantes. Sin embargo para las investigaciones científicas, la importancia de hacer los cálculos con rigurosidad y precisión, es de enorme importancia, por lo que aceptar este margen de error no contribuía a crear una ciencia exacta.
EL NUEVO KILOGRAMO, PARA MAYO DE 2019
Para la unidad del kilogramo, a partir de mayo de 2019, se medirá comparando los resultados de dos experimentos. Los cálculos los efectuará la que ya se llama la “balanza de Watt”, un instrumento de medida que permite comparar la energía mecánica con la electromagnética.
De esta forma al medir con la referencia del kilogramo se garantiza siempre una misma constante, ya que esta manera de medición no permite pérdidas o ganancias de peso como ocurría con el cilindro de iridio que es un objeto físico.
Además al ser una constante universal, puede ser utilizada como referencia en cualquier parte del mundo y no sólo en los países que tienen la referencia del objeto en cuestión.
“A partir de ahora todas las unidades se definirán en base a constantes de la naturaleza, en lugar de artefactos, propiedades de materiales o experimentos teóricos irrealizables, como sucede en la actualidad. Esto permitirá a los científicos que trabajan con el más alto nivel de exactitud realizar las unidades en diferentes lugares o momentos, con cualquier experimento apropiado y en cualquier valor de la escala”, resaltó Héctor Laiz, gerente de Metrología Calidad y Ambiente del INTI y miembro del Comité Internacional de Pesas y Medidas.
Por todo lo dicho es más que justificado el considerar no adecuadas ni fiables las medidas de referencia del kilogramo basadas en un objeto físico. De ahí la necesidad impelente de romper este vínculo entre el kilogramo y el artefacto en cuestión.
La exigencia de encontrar un reemplazo adecuado que garantice mayor fiabilidad y precisión de medida era una necesidad ya propuesta desde hace tiempo que por fin en mayo de 2019 se resolverá definitivamente.
Con la nueva redefinición de 2019, el Sistema Internacional de Unidades será por primera vez totalmente derivado de fenómenos naturales, con las unidades basadas en constantes físicas fundamentales y no arbitrarias.
“Será un día histórico para la sociedad si tenemos en cuenta que las mediciones no sólo son claves en nuestras actividades diarias sino también para la industria, la investigación, la innovación, el comercio y la cooperación internacional”, concluyó Héctor Laiz.
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