IL CHILOGRAMMO FINALMENTE UNA COSTANTE FISICA
Smetterà di dipendere dalla massa IPK, dal famoso cilindro di platino e iridio
Finalmente il chilogrammo avrà un valore fisso, basato sull’assegnazione di un valore alla costante di Planck . Questa misurazione sarà più sicura ed accurata della precedente, la famosa barra cilindrica di platino e iridio, che nel tempo si stima abbia perso circa 50 microgrammi del suo modello originale in un secolo.
Il 16 novembre 2018, le definizioni riviste delle quattro unità di base dell’IS, che il Comitato aveva già proposto di modificare l’anno scorso, sono state approvate nell’unanimità alla 26ª Conferenza generale su pesi e misure CGPM .
Queste nuove definizioni hanno lo scopo di migliorare il SI senza modificare le dimensioni delle unità, confermando quelle esistenti.
Sebbene il sistema sia stato rivisto e modificato in momenti diversi, è la prima volta nella storia che vengono ridefinite quattro unità base contemporaneamente . ” Questo cambiamento non influenzerà i risultati delle misurazioni nella vita di tutti i giorni, ma avrà un grande impatto con il massimo livello di precisione nella scienza e nella tecnologia “, afferma Laiz, un membro del sistema di metrologia interamericana.
Le unità di misura del sistema revisionate e che sono state approvate per essere modificate sono:
Il chilogrammo , l’ ampere , il kelvin e la mole verranno nuovamente definiti impostando valori numerici esatti. Come è stato fatto al momento con il metro e la candela che sono già definiti da costanti fisiche.
Chilogrammo , con la costante di Planck ( h )
Ampere , con carica elettrica elementare ( e )
Kelvin , con la costante di Boltzmann ( k )
Mol , con la costante di Avogadro ( NA )
Le nuove definizioni saranno efficaci dal 20 maggio 2019 .
ORIGINE DEL SISTEMA METRICO
Tra il 1791 e il 1960 si formarono le basi per un sistema metrico. Sebbene fosse nel 1799 in particolare in Francia quando fu introdotto per la prima volta il sistema metrico SI .
Originariamente durante i primi anni della Rivoluzione francese, il sistema di misurazione si basava sui principi della logica e dei fenomeni naturali . Pertanto era un sistema di misurazione basato su fenomeni immutabili. Ma richiedeva l’uso del metro che era definito come un decimilionesimo della distanza dal Polo Nord all’equatore e il chilogrammo come la massa di un millesimo di metro cubo di acqua pura.
Nel 1889, la prima Conferenza generale su pesi e misure CGPM approvò l’uso di prototipi da 40 metri e prototipi da 40 chilogrammi , tutti furono stabiliti come standard e ne fu disegnata una copia come prototipo di riferimento internazionale .
La CGPM ha conservato altre copie e il resto è stato distribuito tra i paesi membri per uso nazionale. I prototipi sono stati regolarmente confrontati e ricalibrati rispetto alla copia considerata come prototipo di riferimento internazionale .
In particolare, il prototipo di riferimento internazionale del chilogrammo come i suoi altri identici è stato prodotto dalla società britannica Johnson Matthey di Londra .
IL KILOGRAMO, UN ARTEFATTO CILINDRICO CHE PERDE MASSA
Il chilogrammo equivale alla massa del prototipo di riferimento internazionale, un oggetto cilindrico di 4 centimetri di platino all’iridio che è attualmente conservato nell’Ufficio internazionale dei pesi e delle misure BIPM in Francia .
Dal 1921 il metro è stato riveduto ed esteso lo standard per tutte le unità di misura non solo alla massa e alla lunghezza. Pertanto, sono stati forniti standard di corrente elettrica, luminosità, tempo e massa molare.
Nel 1948 il 9 ° CGPM raccomandò un unico sistema pratico di unità di misura per tutti i paesi membri della Convenzione sulla Misura.
Ma non è stato fino al 1960 all’11 ° CGPM quando si verificò un grande cambiamento, un Sistema Internazionale di Unità (SI) fu pubblicato e ufficialmente accettato.
Questo SI era già un sistema strutturato di 7 unità base e 22 unità derivate da esse, derivabili da fenomeni universali.
Da allora, i progressi della tecnologia hanno migliorato molti dei limiti del sistema metrico. Per questo motivo la definizione delle unità base SI è cambiata, ad esempio nel 1960 il misuratore è stato ridefinito in base alla lunghezza d’onda della radiazione del krypton-86, sostituendo la barra del misuratore pre-Si.
E così molte altre definizioni sono state modificate. Ma il chilogrammo ha continuato ad essere definito sulla base di un prototipo fisico . Essendo l’unico artefatto da cui l’unità SI doveva ancora dipendere.
Nel diciassettesimo CGPM del 1983 fu sostituita la definizione del 1960 del metro, definita come la distanza percorsa dalla luce in una frazione specifica di secondo, e per il chilogrammo fu continuato ad essere utilizzato il prototipo specifico che era la massa del IPK Prototipo Internazionale del Kilogrammo.
Il prototipo del chilogrammo e le sue copie sono stati progettati per una stabilità a lungo termine. Nonostante ciò, nel tempo sono state riscontrate piccole variazioni .
I confronti tra i prototipi nazionali e il prototipo di riferimento IPK internazionale hanno mostrato piccole variazioni all’anno. Impossibile stabilire con certezza se i prototipi nazionali hanno guadagnato massa o l’IPK la stava perdendo.
Ulteriori ricerche dello scienziato metrologo dell’Università di Newcastle , Peter Cumpson , hanno identificato come possibili cause l’ assorbimento del vapore di mercurio o dell’inquinamento da carbonio.
Poiché tutte le misurazioni vengono effettuate sulla base di questo prototipo di chilogrammo di riferimento, quando si misura con questo riferimento i risultati sono imprecisi e quindi errati.
È vero che queste variazioni sono così impercettibili che nelle misure prese nella vita quotidiana non sono apprezzabili o rilevanti. Tuttavia, per la ricerca scientifica, l’importanza di fare calcoli con rigore e precisione è di enorme importanza, quindi accettare questo margine di errore non ha contribuito a creare una scienza esatta .
IL NUOVO CHILOGRAMMO , PER MAGGIO 2019
Per l’unità di chilogrammo, a partire da maggio 2019 , sarà misurata confrontando i risultati di due esperimenti. I calcoli li effettuerà quello che già viene chiamato “equilibrio watt”, uno strumento di misura che permette di confrontare l’ energia meccanica con l’elettromagnetismo .
In questo modo, quando si misura con il riferimento del chilogrammo, la stessa costante è sempre garantita , poiché questo metodo di misurazione non consente perdite o aumenti di peso, come nel caso del cilindro di iridio che è un oggetto fisico .
Oltre ad essere una costante universale , può essere utilizzata come riferimento in qualsiasi parte del mondo e non solo nei paesi che hanno il riferimento dell’oggetto in questione.
“ D’ora in poi tutte le unità saranno definite sulla base di costanti della natura, anziché di manufatti, proprietà dei materiali o esperimenti teorici irrealizzabili, come è il caso di oggi. Ciò consentirà agli scienziati che lavorano con esse il massimo livello di precisione di eseguire le unità in luoghi o tempi diversi, con qualsiasi esperimento appropriato e a qualsiasi valore della scala ” , ha affermato Héctor Laiz , responsabile metrologo e membro di INTI per la qualità e l’ambiente del Comitato internazionale di pesi e misure.
Per quanto detto, è più che giustificato considerare le misurazioni di riferimento del chilogrammo basate su un oggetto fisico non adeguate o affidabili. Da qui l’imperativo bisogno di spezzare questo legame tra il chilogrammo e il manufatto in questione.
L’obbligo di trovare un sostituto adeguato che garantisca una maggiore affidabilità e accuratezza delle misurazioni era un’esigenza di vecchia data che finalmente a maggio 2019 verrà finalmente risolta.
Con la nuova ridefinizione del 2019, il Sistema internazionale di unità sarà per la prima volta totalmente derivato da fenomeni naturali , con unità basate su costanti fisiche fondamentali e non arbitrarie.
” Sarà un giorno storico per la società se prendiamo in considerazione che le misurazioni non sono solo fondamentali nelle nostre attività quotidiane ma anche per l’industria, la ricerca, l’innovazione, il commercio e la cooperazione internazionale “ , ha concluso Héctor Laiz.
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