Definitiile unitatilor de masura fundamentale

Definitiile unitatilor de masura fundamentale

In Sistemul International pentru metru se da urmatoarea definitie:

"Metrul" reprezinta lungimea egala cu 1.650.763,76 lungimi de unda, in vid, ale radiatiei care corespunde tranzitiei intre nivelele de energie 2p₁₀ si 5d₅ ale atomului de kripton 86.

Initial, si in consecinta, in Sistemul Tehnic, definitia metrului a fost data de prima Conferinta Generala de Masuri si Greutati din 1889 si a fost formulata astfel:

"Metrul etalon" reprezinta fractiunea din lungimea meridianului pamantesc ce trece pe langa Paris.

Metrul etalon este o bara dintr-un aliaj de 90% platina si 10% iridium, care se pastreaza la Serviciul de Masuri si greutati, Pavilionul Breteville din Sèvres, la temperatura de echilibru dintre apa si gheata si presiunea de 760mmHg. Aceasta bara este sprijinita pe doua role cu diametrul de 1cm, asezate simetric la distanta de 571mm una de alta in plan orizontal. Pe axa neutra a barei sunt trasate, spre capete, doua grupuri de cate trei linii paralele si echidistante. Distanta dintre liniile din mijloc reproduce fractiunea definita.

Mai tarziu, s-a constatat ca lungimea realizata pe metrul etalon este mai mica cu 0,02% fata de cea reala si, in consecinta, se punea problema modificarii definitiei sau inlocuirii etalonului. Evident ca s-a preferat modificarea definitiei si mentinerea etalonului.

Deoarece s-a constatat ca pastrarea etalonului de lungime, cu ajutorul radiatiei in vid a substantelor, se face mai usor si cu o precizie mai ridicata, a XI-a Conferinta Generala de Masuri si Greutati din 1960 a adoptat pentru metru definitia data in Sistemul International. Aceeasi conferinta a hotarat ca vechiul prototip al metrului etalon sa fie mentinut, in continuare, in aceleasi conditii stabilite la introducerea lui.

In concluzie, desi sunt doua definitii pentru unitatile de lungime din cele doua sisteme, in realitate, este vorba de aceeasi unitate de masura si in consecinta rezulta relatia:

1m_ST = 1m_SI (1.2)

Pentru unitatea de masa in Sistemul International se da urmatoarea definitie:

"Kilogramul" este masa prototipului international al kilogramului.

Prototipul de masa a fost adoptat de Conferinta Generala de Masuri si Greutati in anul 1889. Acesta este un cilindru drept cu diametrul de 39mm si lungimea de 39mm, confectionat dintr-un aliaj de 90% platina si 10% iridium si este pastrat la Sèvres, in Franta, in aceleasi conditii ca si metrul etalon.

Initial s-a considerat ca prototipul reprezenta masa unui dm³ de apa pura, fara aer, la presiunea de 760mmHg si temperatura de 3,98⁰C (adica la densitate maxima).

Ulterior, cu masuratori mai precise, s-a constatat ca masa unui dm³ de apa, in conditiile de mai sus, reprezinta numai 0,999972 kg, adica prototipul fusese confectionat mai mare.

In consecinta s-a pus, din nou, problema modificarii definitiei sau inlocuirii prototipului. Evident ca s-a preferat mentinerea aceluiasi etalon cu o noua definitie.

In ceea ce priveste unitatea de masura pentru timp, in Sistemul International si in prezent, este valabila urmatoarea definitie:

"Secunda" este durata a 9.142.631.770 perioade ale radiatiei care corespunde tranzitiei intre cele doua nivele hiperfine ale starii fundamentale a atomului de cesiu 133.

Introducerea unui etalon pentru masurarea timpului a fost ingreunata de faptul ca, acest etalon a trebuit sa fie dedus din fenomene, care au loc la scara Universului, deoarece se cereau determinate si duratele acestora.

In Sistemul Tehnic ca unitate de masura pentru timp s-a folosit fractiunea dintr-o zi solara medie, aceasta definitie bazandu-se pe rotatia Pamantului in jurul axei sale. Intrucat cu masuratori precise s-a aratat ca miscarea de rotatie a Pamantului in jurul axei sale nu este constanta, s-a recurs, in Sistemul International, la folosirea miscarii Pamantului in jurul Soarelui, pe baza careia s-a introdus secunda de timp al efemeridelor, unitate de masura a carei definitie este:

"Secunda" este fractiunea din anul tropic pentru 1900 ianuarie o, la orele 12 ale timpului efemeridelor.

Prin an tropic se intelege descrierea de catre Soare a 360⁰ in miscarea lui aparenta pe bolta cereasca in jurul Pamantului. Data din definitie reprezinta, de fapt, 31 decembrie 1899, iar denumirea de timp al efemeridelor decurge de la tabelele de inregistrare a timpului, numite efemeride si pentru care se dispune de inregistrari certe si continue, de la data mentionata in definitie.

In anul 1967 a XIII-a Conferinta de Masuri si Greutati a hotarat pentru unitatea de masura a timpului, definitia bazata pe radiatia atomului de cesiu 133, deoarece s-a apreciat ca prin aceasta definitie secunda este mai usor de reprodus.

Se mentioneaza ca in astronomie se utilizeaza mai multe unitati de masura pentru timp si anume: secunda de timp a efemeridelor, secunda de timp solar mediu si secunda de timp sideral mediu, unitati de masura diferite si definite diferit.

In acelasi timp, se face observatia, ca daca se compara secunda de timp a efemeridelor, cu secunda de timp solar mediu dedusa pe ultimii 300 de ani, se constata ca diferentele intre aceste doua unitati sunt nesemnificative pentru fenomenele de la scara Pamantului, in consecinta, se deduce ca:

1s_ST = 1s_SI (1.3)

Pe de alta parte trebuie sa se retina, ca daca un astronom se refera la data cand are loc un fenomen astronomic, este necesar ca el sa precizeze si secunda pe care a folosit-o, pentru a determina aceasta data.

Definitia amperului a fost adoptata in anul 1948 de cea de-a IX-a Conferinta de Masuri si Greutati si are urmatorul enunt:

"Amperul" este intensitatea unui curent electric constant care, mentinut in doua conductoare paralele, rectilinii, cu lungime infinita si cu o sectiune circulara neglijabila, asezate in vid, la o distanta de 1m unul de altul, ar produce intre aceste conductoare o forta de 2 ^. 10^-7 newtoni pe o lungime de un metru.

Pentru "kelvin" unitatea de masura a temperaturii cea de a XIII-a Conferinta Generala de Masuri si Greutati a dat in anul 1967 urmatoarea definitie:

"Kelvinul" unitatea de temperatura termodinamica, este fractiunea 1/273,16 din temperatura termodinamica a punctului triplu al apei.

Scara termodinamica de temperatura, scara independenta de proprietatile materiale ale unui corp termometric, care are ca origine acel punct unde inceteaza miscarea termica moleculara. Dar intrucat aceasta temperatura nu se poate atinge, scara termodinamica de temperatura se defineste cu ajutorul punctului triplu al apei caruia I s-a atribuit, prin definitie, temperatura de 273,16. Unitatea de masura a temperaturii kelvinul are simbolul "K".

Definitia candelei, unitatea de masura pentru intensitatea luminoasa, a fost data de cea de a XIII-a Conferinta Generala de Masuri si Greutati, in anul 1967 si care se enunta astfel:

"Candela" este intensitatea luminoasa in directia normalei a unei suprafete cu aria 1/600.000 metrii patrati a unui corp negru la temperatura de solidificare a platinei, sub presiunea de 101.325 pascali.

Molul, unitatea de masura pentru cantitatea de substanta, a fost introdusa de cea de a XIV-a Conferinta Generala de Masuri si Greutati in anul 1971, definitie formulata astfel:

"Molul" este cantitatea de substanta a unui sistem care contine atatea entitati elementare cati atomi exista in 0,012 kg de carbon 12.

Entitatile elementare pot fi: molecule, atomi, ioni, electroni si alte particule sau grupuri specifice de astfel de particule. In acelasi timp trebuie sa se retina faptul, ca atunci cand se utilizeaza molul, este necesar sa se precizeze si tipul entitatii elementare.

In privinta Sistemului Tehnic de unitati de masura, din acest sistem mai este de prezentat kilogramul-forta unitatea de masura pentru forta.

"Kilogramul-forta" este forta care comunica masei egale cu masa prototipului international al kilogramului o acceleratie de 9,80665 m/s².

Definitia se bazeaza pe legea a doua a Mecanicii, exprimata prin relatia:

F = m ^. a (1.4)

in care: F este forta, m - masa si a - acceleratia.

Din definitie si prin aplicarea relatiei (1.4) rezulta:

1 kgf = 1 kg ^. 9,80665 m/s²  (1.5)

Se constata, de aici, ca pentru definirea kilogramului-forta, ca masa se utilizeaza masa prototipului international al kilogramului, iar ca acceleratie se ia o valoare standard a acceleratiei gravitationale.

In ce priveste temperatura se mentioneaza faptul ca in Sistemul Tehnic s-au utilizat aceleasi unitati de masura ca si in Sistemul International cu deosebirea ca pentru kelvin s-a utilizat denumirea de grad Kelvin cu simbolul "⁰K".

De asemenea trebuie sa se retina faptul ca pentru caldura si marimile care deriva de la aceasta notiune, Termotehnica a utilizat o unitate de masura speciala numita kilocalorie. Aceasta unitate de masura cunoaste mai multe valori, insa Termotehnica a adoptat kilocaloria de la 15⁰C simbolizata "kcal₁₅", unitate de masura care se defineste astfel:

Kilocaloria de la 15⁰C reprezinta cantitatea de caldura necesara unui kilogram de apa ca sa-si ridice temperatura de la 14,5⁰C la 15,5⁰C, sub presiunea constanta de 760mmHg.