2019ko SI oinarrizko unitateen birdefinizioa

2019ko maiatzaren 20tik aurrera (Metroaren Konbentzioaren 144. urteurrena zelarik), SI oinarrizko unitateak birdefinitu ziren Nazioarteko Kantitate Sistemarekin adostuta. [1] [2] Birdefinizioan, SI oinarrizko zazpi unitateetatik lau - kilogramoa, amperea, kelvina eta mola - birdefinitu ziren zenbakizko balio zehatzak ezarriz zenbait konstanterentzat -Planck-en konstantea (h), oinarrizko karga elektrikoa (e), Boltzmann konstantea (k_b), eta Avogadro konstantea ( N_A), hurrenez hurren- SI unitateetan adierazten direnean. Segundoa, metroa eta kandela dagoeneko konstante fisikoen bidez definituta zeuden eta ez zen beharrezkoa izan haien definizioa aldatzea. Definizio berriek SI-a hobetzea zuten helburu, unitateen balioa aldatu gabe, dauden neurketekin jarraitasuna bermatuz. [3] [4]

Sistema metrikoaren aurreko aldaketa nagusia 1960an gertatu zen Nazioarteko Unitate Sistema (SI) formalki argitaratu zenean. Garai hartan metroa berriro definitu zen: definizioa metroaren prototipotik kripton-86 erradiazioaren lerro espektralaren uhin luzera zehatz batera aldatu zen. Honela, fenomeno natural unibertsaletatik erator zitekeen. [Note 1] Kilogramoa prototipo fisiko batek definitzen jarraitzen zuen, eta hau zen SI unitateen definizioak bere menpe zituen objektu fisiko bakarra. Une honetan SI, sistema koherente gisa, oinarrizko zazpi unitateren inguruan eraikia zen, eta horien potentziak beste unitate guztiak eraikitzeko erabiltzen ziren. 2019ko birdefinizioarekin, SI zazpi konstante definitzaileren inguruan eraikitzen da, unitate guztiak konstante horietatik zuzenean eraikitzea ahalbidetuz. Oinarrizko unitateen izendapena mantendu egin da, baina jada ez da ezinbestekoa SI unitateak definitzeko.

Sistema metrikoa, hasiera batean, aldatu gabeko fenomenoetatik eratorritako neurketa sistema gisa pentsatu zen,[1] baina muga praktikoek objektu fisikoak baliatzea beharrezko bilakatu zuten (metroaren prototipoa eta kilogramoaren prototipoa) sistema metrikoa Frantzian ezarri zenean 1799. urtean. Epe luzerako egonkortasuna lortzeko diseinatu bazen ere, kilogramo prototipoaren eta haren kopien masek aldakuntza txikiak izan dituzte denboran zehar elkarrekiko. Ez da uste zientziak eskatzen duen zehaztasun gero eta handiagoa asetzeko egokiak direnik, eta horrek ordezko egoki bat bilatzeko beharra azaleratu du. Gainera, unitate batzuen definizioak laborategi batean zehatz-mehatz egiten zailak diren neurketen bidez egin ziren, hala nola kelvin-a, uraren puntu hirukoitzaren arabera definitua. Aldiz, 2019ko birdefinizioarekin, SI sistema fenomeno naturaletatik erator daiteke erabat eta unitate gehienak oinarrizko konstante fisikoetan oinarrituta daude.

Egile batzuek berrikusitako definizioen inguruko kritikak argitaratu dituzte. Kritiken artean, daltonaren (masa atomikoaren unitatearen) [Note 1] eta kilogramoaren, molaren eta Avogadro konstantearen definizioen arteko lotura apurtzearen eragina kontuan ez hartzea dago.

Aurrekariak

SI-ren oinarrizko egitura 1791 eta 1960 urteen artean garatu zen; beraz, garapenak 170 urte inguru iraun zuen. 1960az geroztik, aurrerapen teknologikoek SI-ko ahultasunak zuzentzea ahalbidetu dute, hala nola kilogramoa definitzeko artefaktu fisiko batekiko mendekotasuna.

SI-ren garapena

Frantziako Iraultzaren lehen urteetan, Frantziako Batzar Nazional Konstituziogileko buruek erabaki zuten neurketa sistema berri bat aurkeztea printzipio logiko eta fenomeno naturaletan oinarritutakoa. Metroa ipar polotik ekuatorera bitarteko distantziaren hamar milioiren bat bezala definitu zen eta kilogramoa ur puruko metro kubiko baten milarenaren masa gisa. Definizio hauek unitateen jabetza ekiditeko aukeratu ziren arren, ezin ziren neurri egokian edo zehaztasun nahikoarekin neurtu erabilera praktikoa izateko. Horren ordez, mètre des Archives eta kilogramme des Archives sortu ziren, zeintzuk printzipio horiek betetzeko "saiakera onena" izan ziren. [1]

1875erako, sistema metrikoaren erabilera Europan eta Latinoamerikan oso hedatuta zegoen; urte horretan, industrian garatutako hogei nazio bildu ziren Metroaren Konbentzioan non Metroaren Ituna sinatu zuten. Horren arabera hiru organo sortu ziren kilogramoaren eta metroaren nazioarteko prototipoak zaintzeko eta prototipo nazionalekin alderaketak arautzeko. [1] [2] Organoak ondokoak dira:

• CGPM (Pisuen eta Neurrien Konferentzia Orokorra, Conférence générale des poids et mesures ) - Konferentzia lau edo sei urterik behin biltzen da eta hitzarmena sinatu zuten nazioetako ordezkariek osatzen dute. Nazioarteko Unitate Sistemaren hedapena eta hobekuntza bermatzeko behar diren akordioak eztabaidatu eta aztertzen ditu eta oinarrizko zehaztapen metrologiko berrien emaitzak onartzen ditu.

• CIPM (Pisuen eta Neurrien Nazioarteko Batzordea, Comité international des poids et mesures ) - Batzordea hemezortzi zientzialari ospetsuk osatzen dute, bakoitza herrialde desberdinetakoa eta CGPMk izendatua. CIPM urtero biltzen da, eta CGPMri aholkua ematea dagokio. CIPMk zenbait azpibatzorde sortu ditu, bakoitza interes-eremu jakin batez arduratzen da. Horietako batek, Unitateen Aholku Batzordeak (CCU), CIPM aholkatzen du neurri unitateei buruzko gaietan. [11]

• BIPM (Pisuen eta Neurrien Nazioarteko Bulegoa, Bureau international des poids et mesures ) - Bulegoak kilogramoaren eta metroaren nazioarteko prototipoak modu seguruan gordetzen ditu, laborategiko instalazioak eskaintzen ditu prototipo nazionalak nazioarteko prototipoarekin aldian-aldian alderatzeko, eta CIPM eta CGPMren idazkaria da.

Lehenengo CGPMk (1889) Johnson Matthey enpresa britainiarrak egindako metroaren 40 prototipo eta kilogramoaren beste 40 prototipo erabiltzea onartu zuen, Metroaren Konbentzioak agindutako estandar gisa. [1] Metroaren prototipoen artean 6. zenbakia eta Kilogramorako KIII prototipoa metroaren eta kilogramoaren nazioarteko prototipo gisa izendatu ziren, hurrenez hurren; CGPMk beste kopia batzuk gorde zituen lanerako kopia gisa, eta gainerakoak estatu kideei banatu zitzaizkien beren prototipo nazional gisa erabiltzeko. 40 urterik behin, prototipo nazionalak nazioarteko prototipoarekin alderatu eta berriro kalibratzen ziren.

1921ean Metroaren Hitzarmena berrikusi zen eta CGPMren agindua hedatu zen neurri unitate guztietarako estandarrak finkatzeko, ez masa eta luzera soilik. Ondorengo urteetan, CGPMk bere gain hartu zuen korronte elektrikoaren (1946), argitasunaren (1946), tenperaturaren (1948), denboraren (1956) eta masa molarraren (1971) estandarrak finkatzeko ardura. 1948ko 9. CGPMk neurketa-unitateen sistema praktiko bakar baterako gomendioak egiteko agindu zion CIPMri, non gomendioak egokiak izan behar ziren Metroaren Konbenioa sinatu zuten herrialde guztiek onartzeko. Agindu horretan oinarritutako gomendioak 11. CGPMri aurkeztu zitzaizkion (1960), eta bertan formalki onartu ziren. Horrela, " Système International d'Unités " bezala izendatu ziren,bere laburdura" SI " izanik. [3]

Aldaketarako bultzada

SI oinarrizko unitateen birdefinizioaren azpian dauden printzipioak aldatzeko aurrekaria dago, definitzeko artefaktuen erabilerari dagozkionak, batez beste. XI. CGPM-k (1960) SI metroa kripton-86 erradiazioaren uhin-luzeraren arabera definitu zuen, aurretik ezarrita zegoen metroaren barra ordezkatuz. XIII. CGPM-k (1967) segundoaren jatorrizko definizioa ordezkatu zuen, 1750etik 1892rako Lurraren batez besteko biraketan oinarrituta zegoena.[1] Honen ordez, zesio-133 atomoaren oinarrizko egoeraren bi maila hiperfinen artean igorritako edo xurgatutako erradiazioaren maiztasunean oinarritutako definizioa ezarri zen. XVII. CGPM-k (1983) 1960ko metroaren definizioa segundoan oinarritutako batekin ordezkatu zuen, argiaren abiaduraren definizio zehatza emanez metro segundoko unitateetan. [2] Fabrikatu zirenetik, urtean 2x10-8 kilogramoko deribak hauteman dira kiloaren prototipo nazionaletan, kilogramoaren nazioarteko prototipoarekin (IPK) alderatuta. Ez zegoen modurik prototipo nazionalek masa irabazten zuten edo IPK-k masa galtzen zuen zehazteko. [1] Newcastleko Unibertsitateko Peter Cumpson metrologoak merkurio lurrunaren xurgapena edo karbono kutsadura identifikatu ditu arazo horren arrazoi posible gisa. [2] [3] CGPM-ren XXI. bileran (1999), laborategi nazionalek kilogramoaren eta artefaktu zehatz baten arteko lotura hausteko moduak ikertzea eskatu zuten. Metrologoek kilogramoa birdefinitzeko hainbat ikuspegi alternatibo ikertu zituzten oinarrizko konstante fisikoetan oinarrituta. Besteak beste, Avogadro proiektuak eta Kibble balantzaren garapenak (2016 baino lehen "watt balantza" bezala ezagutzen zen hori) masa neurtzeko zeharkako metodo oso zehatzak baiesten zituzten. Proiektu horiek kilogramoa birdefinitzeko bide alternatiboak ahalbidetzen dituzten tresnak eskaini zituzten. [1] Termometriarako Aholku Batzordeak (CCT) CIPMri 2007an argitaratutako txosten batean adierazi zenez, orduan zuten tenperaturaren definizioa ez zen behar beste zuzena 20K-etik azpiko eta 1300K-etik gorako tenperaturetarako. Batzordearen iritziz, Boltzmannen konstanteak tenperatura neurtzeko base hobea eskaintzen zuen uraren puntu hirukoitzak baino, zailtasun horiek gaindituz. [1] Bere 23. bileran (2007), CGPMk CIPMri konstante naturalen erabilera ikertzea agindu zion neurri unitate guztien oinarri gisa erabiltzeko, orduan erabiltzen ziren artefaktuen ordez. Hurrengo urtean, Fisika Puru eta Aplikatuko Nazioarteko Batasunak (IUPAP) onetsi zuen. [1] 2010eko irailean, Reading-en izan zen CCUren bileran, 2010eko urriko CIPMren hurrengo bilerara aurkeztuko ziren SI liburuxkan izango ziren erabaki eta aldaketa zirriborroak adostu ziren. 2010eko urriko CIPM bileran esan bezala, "Konferentzia Orokorrak bere 23. bileran jarritako baldintzak oraindik ez dira guztiz bete. Horregatik, CIPM-k ez du SIren berrikuspenik proposatzen oraingoz". [4] CIPMk, ordea, ebazpena aurkeztu zuen 24. CGPMn (2011ko urriaren 17tik 21era) aztertutako definizio berriak adosteko, baina ez oraindik indarrean ezartzeko, xehetasunak amaitu arte. [5] Konferentziak ebazpen hau onartu zuen, [6] eta gainera, CGPMk 25. bilkuraren data 2015etik 2014ra aurreratu zuen. [7] [8] 2014ko azaroaren 18tik 20ra egin zen 25. bileran, aurkitu zen "nahiz eta beharrezkoak ziren baldintzetan aurrerapausoak eman izan diren, datuak oraindik ez dira behar bezain sendoak CGPMk bere 25. bilkuran berrikusitako SIa onartzeko". [9] Horrela, berrikuspena 2018ko hurrengo bilerara atzeratu zen. Baldintzak betetzen zituzten neurketak 2017an zehar eskuragarri izan ziren eta birdefinizioa 26. CGPMan (2018ko azaroaren 13tik 16ra) onartu zen.

Birdefinizioa

CGPM-k hartutako balio numerikoak CODATA 2017 (Committee on Data for science and technology) publikatutakoen berdinak dira. 1983-an lortutako metroaren birdefinizioaren ildotik, argiaren abiaduraren balio numeriko zehatza lortu eta gero, BIPM-ren CCU-k (Unitateen kontsultarako komitea) eta BIPM-ak lau konstante naturalen definizio berrien bilaketa proposatu zuen hauen balio zehatza lortzeko. Hauexek dira: Planck-en konstantea, h, zehazki 6.62607015×10−34 J.s(joule segundu). Karga unitatea, e, zehazki 1.602176634×10−19 C (Coulonb). Boltzmann-en konstantea, k_b, zehazki 1.380649×10−23 J⋅K^-1 (Joule zati kelvin). Avogadroren konstantea, Na, 6.02214076×1023 mol (mol^-1). Konstante hauek 2006-ko SI-ren manualean definitu ziren; alabaina, momentu hartan azkenengo hirurak konstante esperimental moduan definitu ziren, ez konstante definitzaile moduan. Birdefinizioak, ez ditu aldatzen hurrengoko konstante naturalen balio numerikoak: Argiaren abiaduraren (c) balio numeriko zehatza 299792458 m/s da. Zesio-133 atomoaren estruktura hiperfinaren oinarrizko egoeraren lehen trantsizioa zehazki 9192631770 Hz (Hertz) da. 540×1012 Hz-etako erradiazio monokromatikoaren eraginkortasun argitsua 683 lm/W (lumen bider watt-ekoa) da zehatz-mehatz. Emandako zazpi definizioak berridatzi dira hurrengoko zerrendan bakoitzaren unitate deribatuekin (joule, coulomb, hertz, lumen eta watt) base unitateen menpe: segundua, metroa, kilogramoa, anperea, kelvina, mola eta kandela.

Δν_Cs = Δν¹³³Cs)_hfs = 9192631770 s^-1

c = 299792458 m⋅s^-1

h = 6.62607015×10−34 kg⋅m²⋅s^-1

e = 1.602176634×10−19 A⋅s

k_b = 1.380649×10−23 kg⋅m²⋅K_-1⋅s^-2

N_A = 6.02214076×1023 mol^-1

K_cd = 683 cd⋅sr⋅s³⋅kg^-1⋅m^-2(sr unitatea dimentsio gabeko estereorradiana unitateari dagokio)

Hau dena jakinda, birdefinizioaren ondorioz, ‘Kilogramoaren Prototipo Internazionala’ kendu zen eta honekin, kilogramo, anpere eta kelvinaren balioak ordezkatu ziren. Bestalde, molaren definizioa berriztatu zen. Ondorioz, SI-aren berriztaketa hauek aldaketak ekarri dituzte base unitateetan. Hala ere, base unitateen funtzioenpeanderibatutako unitateen definizioa berdin mantentzen dira.

Eragina base unitateen definizioan

Unitateen kontsultarako komitearen (CCU) proposamena jarraituz, base unitateen definizioak konpondu edo berridatzi izan ziren eta fokua aldatu zen unitate esplizitutik konstante esplizitu moduko definizioetara. Hau da, konstante esplizitu erako definizioek unitatea zehazten dute adibide espezifiko baten bitartez; adibidez, 1324-an Edward II-ek emandako hazbetearen definizioa hiru garagar haziren luzeera izan zen, edo kilogramoari dagokionez, 1889tik 2019ra, kilogramoaren prototipo internazionala zuen definiziotzat. Bestetik, konstante esplizituen definizioan, konstante natural bati balio bat ezartzen zaio eta honen definizioa honetatik lortzen da. Honen adibide 1983ko argiaren abiaduraren definizioa dugu: 299792458 m/s balioa esleitu zitzaionez, metroaren luzeera definitu ahal izan zen, segundua independeteki definitua izan zelako.

Segundoa

Segundoaren definizio berria aurrekoaren berdina da, desberdintasun bakarra definizioa aplikatzeko baldintzak era zehatzago batean definitzen direla da.

• Aurreko definizioa: segundoa zesio-133 atomoaren oinarrizko egoeraren bi maila hipermeheren arteko trantsizioari dagokion periodoaren 9192631770 aldiren iraupena da.
• 2019ko definizioa: Segundoa, s ikurrarekin adierazten dena, SIko denbora unitatea da. Zesioaren Δv_Cs maiztasunaren (hau da, zesio-133 atomoaren perturbatu gabeko lurreko egoeraren trantsizio maiztasun hipermehearen) zenbakizko balio finkoa erabiliz definitzen da, [1] berau Hz unitatean (s^-1-ren berdina dena) adierazita 9192631770 izan dadin definituz.

Segundoa konstante definitzaileen arabera adieraz daiteke zuzenean: 1 s = 9192631770 / Δν_Cs.

Metroa

Metroaren definizio berria aurrekoaren berdina da, desberdintasun bakarra segundoaren definizioaren zehaztasun handiagoa metrora hedatu zela da.

• Aurreko definizioa: Metroa argiak hutsean 1/299792458 s-tan egindako ibilbidearen luzera da.
• 2019ko definizioa: Metroa, m ikurrarekin adierazten dena, SI luzera-unitatea da. c-ren (hutseango argiaren abiaduraren) zenbakizko balio finkoa m⋅s^-1 unitateetan adierazitakoan 299792458 izan dadin definitzen da, segundoa zesioari dagokion Δν_Cs maiztasunaren arabera definitzen delarik.

Metroa zuzenean adieraz daiteke konstante definitzaileen arabera: 1 m = 9192631770299792458*c(Cs)

Kilogramoa

Kilogramoaren definizioaren printzipioa guztiz aldatu zen; aurreko definizioan, kilogramoa, kilogramoaren nazioarteko prototipoaren masa gisa adierazten zen, naturaren konstante bat baino artefaktu baten moduan. [1] Definizio berriak kilogramoa fotoi baten energiaren masa baliokidearekin erlazionatzen du bere maiztasuna kontuan hartuta, Plancken konstantea baliatuz.

• Aurreko definizioa: kilogramoa masaren unitatea da; kilogramoaren nazioarteko prototipoaren masaren berdina.
• 2019ko definizioa: kilogramoa, kg ikurra, SI masa unitatea da. Planck h konstantearen zenbakizko balio finkoa 6.62607015 hartuta definitzen da J⋅s unitatean adierazita, hau da, kg⋅m² ⋅s^-1-ren berdina, non metroa eta segundua c and Δν_Cs erabiliz definitzen diren.

Adibidez, 2019ko definizio honen baliokidea den eta lehenago proposatutako definizio batek hau deritzo: "Kilogramoa pausagunean dagoen gorputz baten masa da, non bere baliokidea den fotoien multzo baten maiztasunen gehiketak [ 1.356392489652 ] hertzen frekuentziari dagokion". [1]

Kilogramoa zuzenean adieraz daiteke konstante definitzaileen arabera:

1 kg = (299792458)²hΔν_Cs/(6.62607015×10^-34)(9192631770)/c².

1 J⋅s = h/6.62607015×10^-34

1 J = hΔν_Cs/(6.62607015×10−34)(9192631770)

1 W = h(Δν_Cs)²/(6.62607015×10−34)(9192631770)²

1 N = 299792458/(6.62607015×10^-34)(9192631770)²h(Δν_Cs)²/c

Kelvin

Kelvinaren definizioaren aldaketa funtsezkoa izan zen. Uraren puntu hirukoitza tenperaturaren eskala finkatzeko erabili beharrean, definizio berriak Boltzmann-en ekuazioak ematen duen energia baliokidea erabiltzen du.

• Aurreko definizioa: kelvin, tenperatura termodinamikoaren unitatea da. Uraren puntu hirukoitzaren tenperatura termodinamikoaren 1/273.16 da.
• 2019ko definizioa: Kelvin, K sinboloarekin identifikatzen dena, tenperatura termodinamikoaren SI unitatea da. Boltzmann-en k konstantearen zenbakizko balio finkoa (Kb=1.380649×10^-23) hartuz definitzen da J⋅K^-1 unitateetan adierazita, hau da, kg⋅m²⋅s^-2 ⋅K^-1-ren berdina, non kilogramoa, metroa eta segundua h, c eta Δν_Cs terminoen funtzio definitzen diren.

Kelvina zuzenean adieraz daiteke konstante definitzaileen arabera : 1 K = 1.380649×10^-23/(6.62607015×10^-34)(9192631770)hΔν_Cs/k_b.

Anperea

Korronte elektrikoaren unitatea SI-an anperea da, honen sinboloa A da. Anperearen definizioak aldaketa nabarmenak jasan ditu. Definizio berriak unitate hau zehazteko erabili beharreko teknikak sinplifikatu ditu, aurretik beharreko prozedura esperimentala askoz konplexuago zen.

• Aurreko definizioa: Anperea hurrengoko ezaugarriak bete behar dituen korronte konstantea da. Bi hari infinitu paralelo eroale izanik (sekzio zirkularrekoak), korronte elektriko berdina daroatela, hauen arteko elkarrekintza elektrikoak sortutako indarraren modulua 2x10^-7 N/m ezartzen duen korrontea izango da anpere unitatea.
• 2019-ko definizioa: Coulomb-a, C, A*s (anpere bider segundu) unitateak dira. Hau da, anperea C/s-ren berdina da. Beraz, karga elementala ezagututa, e=1.602176634×10^-19, eta definituz segundua Δν_Cs-ren funtzioan lor dezakegu anpere unitatea.

Hau dela eta, anperea defini dezakegu konstante definitzaileen menpe hurrengoko moduan:

1 A = eΔν_Cs/(1.602176634×10^-19)(9192631770) non 9 192 631 770 zesio-133 atomoaren erradiazioak dira segunduko.

Definizio hau, baliokidea da coulomb-aren definizioa egiteko, definitu dezakegu coulomb unitatea karga elementalaren multiplo batekin: 1 C = e/1.602176634×10^-19 Aurreko definizioari dagokionez, anperea definitzeko indar bat erabili behar zen. Honen ondorioz, bitartekari moduan MLT^-2 unitateak agertzen ziren. Beraz, ezagutu behar ziren kilogramoa, segundua eta metroaren definizioak anperea lortzeko. Bestalde, honek baditu eraginak beste konstante jakin batzuetan, hutsaren iragazkortasunaren balioa (μ₀) 4π×10^-7 H⋅m^-1-tan ezarrita zegoen. Honekin batera argiaren balioa hutsean eta hutsaren permitibitatea ezarri ziren maxwell-en ekuazioetatik deribatutako erlazioaren bitartez, halaber, hutsaren inpedantzia (Z₀). Izan ere, definizio berriarekin kilogramo eta metroarekiko dependentzia baztertu da anperea definitzeko, segunduarekiko menpekotasuna, aldiz, jarraitzen du. Bestetik, esan beharra dago, hutsaren iragazkortasuna, hutsaren permitibitatea eta hutseko inpedantziak errore esperimentalak jasan behar izan dutela, aurretik balio hauek zehatzak eta ezagunak ziren. Adibidez, hutsaren iragazkortasunaren balio numerikoaren ziurgabetasun erlatiboa estruktura mehearen konstantearen berdina da. Ziurgabetasun erlatibo honen balioa 1.5×10^-10 da, CODATA 2018. Denetara, anpereak hurrengo balioen ezagutza ahalbidetzen du:

1 V = 1.602176634×10^-19/(6.62607015×10^-34)(9192631770)hΔν_Cs/e

1 Wb = 1.602176634×10^-19/6.62607015×10^-34h/e

1 Ω = (1.602176634×10^-19)2/6.62607015×10^-34h/e²

Mola

Molaren aurreko definizioa kilogramora lotuta zegoen. Berdefinizioak lotura hori hausten du mol bat kasuan kasuko substantziaren entitate kopuru zehatz bat eginez.

• Aurreko definizioa: mola 0,012 kilogramo karbono-12tan atomo adina elementu dituen sistema baten substantzia kantitatea da . Mola erabiltzen denean, oinarrizko entitateak zehaztu behar dira: atomoak, molekulak, ioiak, elektroiak, beste partikula batzuk edo partikula horien talde zehatzak izan daitezke.
• 2019ko definizioa: Mola, mol ikurra duena, substantzia kantitatearen SIko unitatea da. Mol batek 6.02214076×1023 oinarrizko entitate ditu zehazki. Zenbaki hau Avogadroren konstantearen (N_A) balio numeriko finkoa da,eta mol^-1 unitatetan adierazitakoan Avogadroren zenbakia deritzo. Sistema baten substantzia kopurua, n ikurraz adierazten dena, zehaztutako oinarrizko entitate kopuruaren neurri bat da. Oinarrizko entitatea aurreko definizioan aipatutako edozein izan daiteke.

Mola zuzenean definitzen diren konstanteen arabera adieraz daiteke:

1 mol = 6.02214076×10²³/N_A.

Aldaketa horren ondorioetako bat izan zen aurretik definitutako ¹²C atomoaren masaren, daltonaren, kilogramoaren eta Avogadroren konstantearen arteko erlazioak jada ez zuela balio. Horrexegatik, hauetako bat aldatu behar izan zen: ¹²C atomoaren masa 12 dalton da. Gramoko dalton kopurua Avogadroren konstantearen zenbakizko balioa da zehazki: (hau da, 1 g/Da = 1 mol ⋅ N_A ). SIaren 9.liburuxkan adierazten denak esan nahi du lehenengo adierazpena baliogarria dela, ondorioz, bigarrena ezin da egia izan. Masa molarraren konstantea, aurretik 1 g/mol zena jada ez da zehazki unitatea, nahiz eta hortik oso hurbil egon. SIaren 9.liburuxkako 2.eranskinak dio “karbono 12aren masa molarra ,M(¹²C), 0.012kg⋅mol^-1 da ziurgabetasun erlatibo estandar baten barnean. Ziurgabetasun hau N_Ah biderketaren balioarenaren berdina da momentuz, hain zuzen ere 4.5×10^-10, eta erabaki da etorkizunean modu esperimentalean zehaztuko dela”. Eranskinean agertzen denak ez dio erreferentziarik egiten daltonari eta beraz bat dator aurretik aipatutako bi adierazpenekin.

Kandela

Kandelaren definizio berria aurrekoaren berdina da, hala ere, kilogramoaren birdefinizioak eta metro eta segunduaren zehaztasunean burututako zuzenketak Kandelara hedatu ziren.

• Aurreko definizioa: 540x10¹² hertzeko maiztasuneko erradiazio monokromatikoa igortzen duen iturri baten intentsitate argitsua da. Norabide horretan 1/683 watt-eko intentsitate erradiatzailea du estereorradian bakoitzeko.
• 2019ko definizioa: kandela, Cd ikurrarekin adierazia, norabide jakin batean argiaren intentsitatearen SI unitatea da. 540x10¹² hertzeko maiztasuneko erradiazio monokromatikoaren efikazia argitsuaren balio finkoa hartuz definitzen da, K cd, 683 balioa duena lm⋅W^-1 unitateetan adierazita, hau da, cd⋅sr⋅W^-1edo cd⋅sr⋅kg^-1⋅m^-2⋅s³,izan ere, kilogramoa, metroa eta segundua h, c eta Δν_Cs terminoen funtzioan definitzen dira.

1 cd = 1/683(6.62607015×10^-34)(9192631770)²Kcdh(Δν_Cs)²

Unitateen berkalkulaketaren ahalmenaren gaineko eragina

Hemendik aurrera, SI-ko base unitateak definituta egongo dira konstante fisiko unibertsal eta definitutako konstanteen menpe. Zazpi konstante erabili dira zazpi base unitateak definitzeko. Izan ere, ez dago erlazio zuzenik base unitate espezifiko baten eta konstante espezifiko baten artean, hau da, unitate bakoitza konstante bat baino gehiagoren menpe definitu izan da, mola eta segundua izan ezik.

SI berria lehenengo aldiz diseinatu zenean, sei konstante fisiko baliagarri baino gehiago zeuden diseinatzaileek erabili ahal izateko. Adibidez, luzeera eta denbora jada finkatu zirenean, grabitazio unibertsalaren konstantea (G) masa definitzeko erabil zitekeen dimentsio bateragarriak zituztelako. Baina praktikan, G 10^-5inguruko ziurgabetasun erlatiboarekin baino ezin da neurtu. Horren ondorioz, kilogramoaren erreproduzigarritasunaren goiko muga 10^-5 ingurukoa izango litzateke, eta kilogramoaren nazioarteko prototipoa, berriz, 1,2 × 10^-8 erreproduzigarritasunarekin neur daiteke. Hau ikusita, konstante fisikoak aukeratzerako orduan bi ezaugarri hartu ziren kontuan; alde batetik, konstantearen neurketari lotutako ziurgabetasuna (hau ahalik eta txikiena izatea hobestuz) eta bestetik, honek erabiltzen ari ziren beste konstanteekiko duen independentzia-maila. BIPM-k neurketa mota bakoitzerako teknika praktiko arautu bat garatu duen arren, neurketa egiteko erabilitako teknika bera ez da neurketaren definizioaren parte – zehaztutako gehienezko ziurgabetasuna gaindituko ez duela bermatzen duen teknika bat da soilik.

Onarpena

CIPM-k egindako lanaren zati handi bat kontsulta batzordeen esku utzi ohi da. CIPM-ko Unitateen Aholku Batzordeak (CCU) proposatutako aldaketak egin ditu, eta bitartean, beste batzorde batzuek proposamena zehatz-mehatz aztertu eta 2014an CGPM-en onarpenaren harira gomendioak eman ditu. Aholku batzordeek CCUren proposamena onartu aurretik bete beharreko hainbat irizpide zehaztu zituzten, besteak beste: Kilogramoaren birdefinizioan, 5x10^-8 baino gutxiagoko ziurgabetasun erlatiboa (% 95) duten Plancken konstantearen balioek ematen dituzten hiru esperimentu ezberdin egin behar dira eta balio horietako bat, gutxienez, 2x10^-8 baino txikiagoa izan beharko litzateke. Kibble balantza eta Avogadro proiektua esperimentuetan sartu beharko lirateke eta horien arteko desberdintasunak bateratu behar dira. Kelvinaren birdefinizioan, funtsezko bi metodo desberdinetatik, hala nola, gasen termometria akustikotik eta gasen konstante dielektrikoaren termometriatik eratorritako Boltzmann konstantearen ziurgabetasun erlatiboak 10^-6 baino hobea izan behar du, eta balio hauek beste neurketa batzuen bidez berretsi behar dira. 2011ko martxorako, Nazioarteko Avogadro Koordinazioak (IAC) taldeak 3.0x10^-8ko ziurgabetasuna lortu zuen eta NISTek 3.6x10^-8ko ziurgabetasuna lortu zuen honen neurketetan. 2012ko irailaren 1ean Metrologia Institutu Nazionalen Europako Elkarteak (EURAMET) proiektu formal bat abiarazi zuen Kibble balantzaren eta kilogramoa neurtzeko siliziozko esferaren arteko diferentzia erlatiboa (17±5)x10^-8-tik 2x10^-8-ra murrizteko . 2013ko martxoan proposatutako birdefinizioa "SI berria" izenarekin ezagutzen da baina Mohr-ek, CGPMren proposamena baino geroko baina CCUren proposamen formalaren aurretik, artikulu batean, iradoki zuen "SI Sistema Kuantikoa" deitzea, proposatutako sistemak fenomeno makroskopikoak ez ezik eskala atomikoko fenomenoak erabiltzen dituelako.

2014an, 2014ra arte bildutako datuak erabilita, 2016an argitaratutako oinarrizko konstante fisikoen CODATA-k gomendatutako balioen arabera, neurketa guztiek CGPMren eskakizunak betetzen zituzten, birdefinizioarekin eta 2018ko amaierako CGPMren lau urteko bilkuraren hurrengo bilerarekin ekitea posible bihurtuz.

2017ko urriaren 20an, Pisuen eta Neurrien Nazioarteko Batzordearen (CIPM) 106. bilerak formalki onartu zuen A Zirriborro Ebazpena, SI berriro definitzeko eskatuz, XXVI. CGPM-an bozkatzeko, [1] :17–23Egun berean, CIPM-k azken balioak onartzen zituela baliatuz,[7] Oinarrizko Konstanteetan ezarritako CODATA Task taldeak 2017ko bere gomendatutako balioak argitaratu zituen ziurgabetasunak zituzten lau konstanteentzat eta birdefiniziorako zenbakizko balioak proposatu zituen ziurgabetasunik gabe.[37] Bozketa, 2018ko azaroaren 16an, XXVI. CGPMan, aho batez izan zen; bertaratutako ordezkari nazional guztiek berrikusitako proposamenaren alde bozkatu zuten.

Definizio berriak 2019ko maiatzaren 20an jarri ziren indarrean. [1]

Kezkak

2010ean, Mankomunitateko Ikerketa Zientifiko eta Industrialeko Erakundeko (CSIRO) Marcus Fosterrek SIri buruzko kritika zabala argitaratu zuen; gai ugari planteatu zituen, oinarrizko gaietatik hasita (hala nola " Ω " sinboloaren gabezia, omega izenekoa eta ohm-a adierazteko erabiltzen dena, mendebaldeko ordenagailuetako teklatu gehienetan) eta SI oinarritzen duten kontzeptu metrologikoetako formalismo desegokia bezalako arazo abstraktuetaraino. SI berrian proposatutako aldaketek oinarrizko unitateen definizioarekin lotutako arazoak baino ez zituzten kontuan hartu, kandelaren eta molaren definizio berriak barne (zeinak Fosterrek argudiatu zuen ez zirela oinarrizko unitateak). Fosterrek planteatutako beste gai batzuk proposamenetik kanpo geratu ziren. [1]

Unitate eta konstante esplizituen definizioak

Zenbait kezka azaldu dira konstante esplizituen definizioak erabiltzeak (zeinak ez daukaten definitua izaten ari den unitatearen kantitatearen adibide batekin loturarik) kalteak ekarriko dituelako. [1] Kritika hau kilogramoaren eta Plancken konstantearen arteko loturari aplikatzen zaion arren (hauek lotzeko bideak beharrezkoak baititu mekanika kuantikoaren eta erlatibitate bereziaren ezagutza) ez zaio aplikatzen amperearen definizio berriari, azken hau hurbilago baitago bere kantitatearen adibide batetik aurretik erabiltzen zen definizioa baino. [3] Zenbait behatzailek begi onez ikusi dute korronte elektrikoaren definizio berria, elektroiaren kargan oinarritzen dena, korrontea daramaten bi hari paraleloen arteko indarrean oinarritzen zen aurreko definizioarekin alderatuz; bi gorputzen arteko elkarrekintza elektromagnetikoaren izaera maila elektrodinamiko kuantikoan zertxobait desberdina denez maila elektrodinamiko klasikoarekin alderatuz, desegokitzat jotzen da elektrodinamika klasikoa erabiltzea maila elektrodinamiko kuantikoetan dauden kantitateak definitzeko. [4]

Masa eta Avogadroren konstantea

IPKren eta kilogramo nazionalen prototipoen arteko desberdintasunaren zenbatekoa jakinarazi zenean 2005ean, kilogramoa silizio-28 atomoaren masaren arabera edo Kibble balantza erabiliz definitu beharko litzatekeen eztabaidatzen hasi zen. Silizio atomoaren masa Avogadro proiektua eta Avogadroren konstantea erabiliz zehaztu liteke eta, beraz, zuzenean kilogramoarekin lotu liteke. [1] Proposamenaren egileek molaren, kilogramoaren, daltonaren eta Avogadroren konstantearen ( NA ) arteko lotura apurtzearen eraginari aurre egin ez diotelako kezkak ere adierazi dira. [Note 1] Lotura zuzen horrek eragin du askok argudiatu dezaten mola ez dela egiazko unitate fisiko bat, baizik eta, Johansson filosofo suediarrak esan bezala, “eskala faktore bat”. [2] [3]

SI Liburuxkaren 8. edizioak daltona ¹²C atomo baten masaren arabera definitzen du. [1] Avogadroren konstantea masa horren eta kilogramoaren arabera definitzen du, esperimentu baten bidez zehaztuz. Proposamenak Avogadro konstantea finkatzen du eta 9. SI liburuxkak [4] daltonaren definizioa ¹²C-aren arabera mantentzen du. Azken definizio hau mantentzeak daltonaren eta kilogramoaren arteko lotura haustea ekartzen du. [2] [3]

1993an, Kimika Puru eta Aplikatuko Nazioarteko Batasunak (IUPAC) daltona erabiltzea onartu zuen masa atomikoaren unitate bateratuaren alternatiba gisa CGPMk bere onespena eman ez zuen titulazioarekin. [1] Onarpen hori eman da geroztik. [2] Avogadro konstantearen balioa finkatuz Mola berriro definitzeko proposamena jarraituz, Akroneko Unibertsitateko Brian Leonardek daltona N_A= (g/Da)mol^-1 bezala birdefinitzea proposatu zuen Metrologian, baina masa atomikoaren unitate bateratuaren ( m u) ) ¹²C-aren masan oinarritutako definizioa mantenduz. Honen ondorioz, azken hau daltonaren berdina izateari utziko lioke, potentzialki haien arteko diferentzia bat ekarriko lukeena, 10-10 ordeneko ziurgabetasun erlatiboarekin. [3] SI 9. liburuxkan, hala ere, ¹²C atomo aske baten masaren 1/12 bezala definitzen ditu biak, eta ez kilogramoaren arabera. Horren ondorioz, goiko ekuazioa ez litzateke zehatza izango.

Tenperatura

Tenperatura maila desberdinek neurketa metodo desberdinak behar dituzte. Giro tenperatura neurtzeko, termometro baten barneko likido baten hedapena edo uzkurdura begiratu daiteke (normalean merkurioarena), baina tenperatura altuak gorputz beltzaren erradiazioaren kolorearekin lotzen dira maiz. Wojciech T. Chyla kazetariak ikuspuntu filosofiko batetik aztertu zuen SI-ren egitura Journal of the Polish Physical Society aldizkarian. Bertan arrazoitu zuen tenperatura ez dela oinarri-unitate erreala, baizik eta gorputz hori osatzen duten banakako partikulen energia termikoen batezbestekoa. [46] Horrez gain, azpimarratu zuen lan teoriko askotan tenperatura Θ edo β sinboloen bitartez adierazten den non:

Θ= k_BT eta β= 1/k_BT

Adierazpen horietako k Boltzmanen konstantea da. Chylak onartu zuen, hala ere, mundu makroskopikoan tenperaturak oinarrizko unitate baten rola betetzen duela, termodinamikaren teoriaren zati handi bat tenperaturan oinarritzen delako. [1]

Termometriarako Kontsulta Batzordeak, Pisu eta Neurrien Nazioarteko Batzordeko kide denak, 1990ean eguneratutako bertsio bat argitaratu zuen tenperatura neurtzeko. Bertan, tenperatura oso baxuetan eta oso altuetan energia tenperaturarekin lotzen du, Boltzmann-en konstantearen bidez. [74][75]

Intentsitate argitsua

Fosterrek argudiatu zuen "intentsitate argitsua [kandela] ez dela kantitate fisikoa, gizakiaren pertzepzioan dagoen kantitate fotobiologikoa baizik", bere buruari galdetuz kandelak oinarrizko unitatea izan behar duen ala ez. [1] 1979an erabaki zen unitate fotometrikoak argi-fluxuaren (potentziaren) bitartez definitzea argi-estandarreko argi intentsitatearen ordez. Horren aurretik bazeuden zalantzak ea fotometriarako oinarrizko unitate bereizirik egon behar ote zen. Gainera, aho batez onartu zen lumena kandela baino unitate oinarrizkoagoa zela.Hala ere, jarraitutasunaren mesedetan, kandela oinarrizko unitate gisa mantendu zen. [76]

Kanpo estekak

• Datuak: Q3076763
• Multimedia: 2019 redefinition of the SI base units / Q3076763