Единицы физических величин и их размерности - Сена Л.А.
Скачать (прямая ссылка):
После ряда дискуссий, исходя из метрологических соображений удобства и надежности воспроизведения единицы, приняли решение в качестве четвертой основной единицы принять единицу силы тока — ампер. Определение ампера по своему характеру существенно отличается от определения других основных единиц—метра, килограмма и секунды. Дело в том, что вначале ампер был введен как одна десятая производной единицы силы тока в системе СГСМ. Поэтому, хотя ампер возведен в ранг основных единиц, он по существу определяется как производная единица. Согласно принятому определению «ампер есть сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 метра один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу, равную 2 • Ю-7 ньютона на каждый метр длины». Это определение мы рассмотрим более подробно и разъясним в главе, посвященной единицам измерения электрических и магнитных величин.
*) Для единицы магнитной проницаемости даже предлагалось специальное название «магн».
38
общие понятия o системах единиц
[гл. ї
В связи с определением метра и килограмма не как естественных величин, а по прототипам утратилось одно из преимуществ метрической системы — ее сохранность и возможность точного воспроизведения. Дальнейшее повышение точности измерений позволило частично вернуться к установлению основных единиц по измерению естественных величин. При этом для единицы массы — килограмма сохранилось его определение по международному прототипу, а длину метра оказалось возможным и наиболее целесообразным связать с длиной волны определенной спектральной линии. В качестве таковой была принята оранжевая линия криптона. Так как естественный криптон содержит шесть изотопов, спектральные линии которых хотя и в малой степени, но отличаются друг от друга, то определение метра через длину волны уточняется указанием на то, что в качестве источника берется изотоп криптона с массовым числом 86 (збКх86). Принятая спектральная линия соответствует переходу электрона в атоме криптона между квантовыми состояниями, которые в спектроскопии обозначаются символами 2рю и 5(?. По определению метр содержит 1 650 763,73 длины волны в вакууме этой спектральной линии.
Определение секунды также несколько уточнилось, так как повышение точности измерения времени позволило установить некоторое непостоянство средних суток. В основу нового определения секунды был принят так называемый тропический год — промежуток времени между двумя весенними равноденствиями. Согласно новому определению секунда есть 1/31 556 925,9747 часть тропического года, начавшегося в 12 час. дня 31 декабря 1899 г.*). Указание на определенный год имеет целью учесть тот факт, что сам тропический год уменьшается примерно на 0,5 секунды за столетие.
Развитие молекулярной и атомной радиоспектроскопии позволило установить достаточно точную связь единицы времени с периодом колебаний, соответствующим какой-либо определенной спектральной линии. Поэтому
*) По астрономическому счету времени полдень 31 декабря 1899 г. обозначается «12 часов 0 января 1900 г.».
§ 1.5]
выбор основных единиц
39
решением XIII Генеральной конференции по мерам и весам (1967 г.) было дано новое определение секунды, согласно которому секунда есть продолжительность 9192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома ssCs133 (изотопа цезия с массовым числом 133).
Заметим при этом, что и единицу массы в принципе можно было бы определить не массой эталонной гири, а связать ее с массой какой-либо атомной частицы (например, нейтрона). К сожалению, в настоящее время точность определения атомных масс уступает точности измерения массы путем взвешивания.
Что касается системы СГС, то, будучи построенной на трех основных единицах (длины, массы и времени), она в полной мере охватила все геометрические, механические, электрические и магнитные измерения. При этом оказался наиболее удобным такой вариант системы, при котором электростатические величины измеряются единицами СГСЭ, а магнитные — единицами СГСМ. Эта система получила название симметричной или гауссовой системы и обозначается СГС. В принципе система СГС могла бы, разумеется, быть применена и для любых других, в частности тепловых и световых, измерений, для чего следовало связать определяющими соотношениями соответствующие величины. Однако чрезвычайно широкое распространение, которое имеет в науке, технике и повседневной жизни температура, делает практически целесообразным выделение ее в число основных величин. В светотехнике существенными являются величины, характеризующие субъективное восприятие света (сила света, освещенность, яркость). Поэтому использование при определении этих величин только энергетических параметров лишит их важнейшего качества — характеристики воздействия на наше зрение. Таким образом, при применении системы СГС ко всем физическим явлениям следует считать основными не три, а пять ее единиц измерения.