изменялись. С переопределения метра (1960 год) килограмм остался последней единицей, которая определяется не как свойство природы, а как физический артефакт. Тем не менее, поскольку моль, ампер и кандела привязаны к килограмму, то и они оказываются привязанными к изготовленному людьми эталону килограмма. Длительное время метрология искала пути для определения килограмма на основе фундаментальных физических констант, так же, как метр определяется через скорость света.
XXI ГКМВ (1999 г.) рекомендовала в XXI веке «Национальным лабораториям продолжить исследования для привязки массы к фундаментальным или массовым константам для определения массы килограмма». Большинство ожиданий при этом связывалось с постоянной Планка и числом Авогадро.
В2005 году Международный комитет мер и весов (МКМВ), утвердив подготовку к новым определениям килограмма, ампера и кельвина, также отметил возможность нового определения моля, основанного на числе Авогадро. В 2007 году XXIII ГКМВ решила отложить узаконивание любых изменений до следующей конференции в 2011 году.
Впояснительной записке, адресованной МКМВ в октябре 2009 года, президент консультативного совета МКМВ по единицам перечислил неопределённости физических фундаментальных констант при использовании текущих определений и тех, какими эти неопределённости станут при использовании новых предложенных определений единиц. Он рекомендовал МКМВ принять предложенные изменения в «определении килограмма, ампера, кельвина и моля, чтобы они выражались через величины фундаментальных констант».
На XXIV ГКМВ 17-21 октября 2011 года была принята Резолюция, в соответствии с которой предполагается в будущей ревизии Международной системы единиц переопределить основные единицы таким образом, чтобы они были основаны не на созданных человеком артефактах (эталонах), а на фундаментальных физических константах или свойствах ато-
21
мов, численные значения которых фиксируются и полагаются точными по определению.
Всоответствии с решениями XXIV ГКМВ наиболее важные изменения должны затронуть четыре основные единицы SI: килограмм, ампер, кельвин и моль. Новые определения этих единиц будут базироваться на фиксированных численных значениях следующих фундаментальных физических постоянных: постоянной Планка, элементарного электрического заряда, постоянной Больцмана и числа Авогадро, соответственно. Всем этим величинам будут приписаны точные значения, основанные на результатах наиболее точных измерений, рекомендованных Комитетом по данным для науки и техники (CODATA).
ВРезолюции сформулированы следующие положения, касающиеся этих единиц:
- килограмм останется единицей массы; но его величина
будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Планка равным в точности 6,62606X·10−34, когда она выражена единицей SI м2·кг·с−1, что эквивалентно Дж·с.
- ампер останется единицей силы электрического тока; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного
значения элементарного электрического заряда равным в точности 1,60217X·10−19, когда он выражен единицей SI с·А, что эквивалентно Кл.
- кельвин останется единицей термодинамической температуры; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Больцмана равным в точно-
сти 1,3806X·10−23, когда она выражена единицей SI м−2·кг·с−2·К−1, что эквивалентно Дж·К−1.
- моль останется единицей количества вещества, но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Авогадро равным в точности 6,02214X·1023 моль−1, когда она выражена единицей SI моль−1.
Здесь Х заменяет одну или более значащих цифр, которые будут определены в дальнейшем на основании наиболее точных рекомендаций CODATA.
22
Определения метра и секунды уже в настоящее время связаны с точными значениями таких постоянных, как скорость света и величина расщепления основного состояния атома цезия, соответственно. Существующее определение канделы хотя и не привязано к какой-либо фундаментальной постоянной, тем не менее, также может рассматриваться как связанное с точным значением инварианта природы. Исходя из сказанного, изменять по существу определения метра, секунды и канделы не предполагается. Однако для поддержания единства стиля планируется принять новые, полностью эквивалентные существующим, формулировки определений в следующем виде:
- метр является единицей длины, его величина устанавливается фиксацией численного значения скорости света в ва-
кууме равным в точности 299792458, когда она выражена единицей СИ м·с−1.
-секунда является единицей времени, её величина устанавливается фиксацией численного значения частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133
при температуре 0 K равным в точности 9192631770, когда она выражена единицей СИ с−1, что эквивалентно Гц.
-кандела является единицей силы света в заданном направлении; её величина устанавливается фиксацией чис-
ленного значения световой эффективности монохроматического излучения частотой 540·1012 Гц равным в точности 683, когда она выражена единицей СИ м−2·кг−1·с3·кд·ср или кд·ср·Вт−1, что эквивалентно лм·Вт−1.
1.2.3. Измерения. Виды измерений
Измерение – это совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения физической величины (ФЗ №102-ФЗ «ОЕИ»).
Измерение – процесс экспериментального получения одного или более значений величины, которые могут быть обоснованно приписаны величине (РМГ 29-2013).
23
Существует несколько классификаций видов измерений:
1)по общим приёмам получения результатов измере-
ний. Согласно этому признаку, измерения делятся на прямые, косвенные совместные и совокупные. Целью такого деления является удобство выделения методических погрешностей измерений, возникающих при определении результатов измерений.
Прямыми называются измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно по показаниям средств измерений (СИ). Например, масса, измеряемая при помощи весов, температура – термометром.
Косвенные измерения – это измерения, при которых значение измеряемой величины находят на основании известной зависимости между ней и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, которые проводились в одинаковых условиях. Например, определение сопротивления по напряжению и току, измеренным вольтметром и амперметром.
Совокупными называются проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых их искомые значения находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. Например, массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.
Совместными называют проводимые одновременно измерения двух или нескольких не одноименных величин для установления зависимости между ними. Например, измерение тока при различных значениях напряжения для проверки закона Ома;
2)по характеристике точности измерения делятся на равноточные и неравноточные.
Равноточными называют измерения какой-либо ФВ, выполненные одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях.
Неравноточными называют измерения ФВ, выполненные различными по точности СИ и (или) в разных условиях;
24
3)в зависимости от числа измерений, проводимых во время эксперимента, различают одно- и многократные измерения.
Однократными называются измерения, выполненные один раз, к многократным относятся измерения одного и того же размера ФВ, следующие друг за другом;
4)по отношению к изменению измеряемой величины
измерения делятся на статистические и динамические.
К статическим относятся измерения ФВ, принимаемой
всоответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.
Динамические измерения – это измерения изменяющейся во времени по размеру ФВ;
5)в зависимости от метрологического назначения
измерения делятся на технические и метрологические. Технические измерения проводятся рабочими СИ.
Например, это могут быть технологические измерения, выполняемые на тепловых электростанциях.
Метрологические измерения выполняются при помощи эталонов с целью воспроизведения единиц физических величин (ФВ) для передачи их размера рабочим СИ. Например, абсолютные значения ускорения свободного падения, гидромагнитного отношения протона;
6)в зависимости от выражения результатов измере-
ний последние подразделяются на абсолютные и относительные.
Абсолютное измерение основано на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Например, определение длины в метрах, силы электрического тока в амперах.
Относительное измерение – это измерение отношения определяемой величины к одноименной. Например, измере-
ние относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в 1 м3 воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 м3 воздуха при данной температуре;
25