广告

普朗克常数重新定义“一公斤”原器标准

时间:2018-11-28 作者:Martin Rowe 阅读:
随着2018年11月16日新版国际单位制通过,新的公斤定义将改以物理学的普朗克常数(Planck constant)为标准,重新定义“公斤”(kilogram)的重量。百年来的“国际公斤原器”将走入历史…

 1E2EETC-电子工程专辑
世界上所有的测量结果都可以追溯到“国际单位制”(Système International d'Unités;SI Units)。国际单位制以七个基本单位为基础,并由此推导出各种可相互换算的测量单位。多年来,测量的定义——安培(ampere)、烛光(candela)、开尔文(kelvin)、公斤(kilogram)、米(meter)、摩尔(mole)以及秒(second)——都已经过重新定义,因而都是以自然发生的现象为为基础,例如普朗克常数(Planck’s Constant)等。基于实物定义的最后一个SI单位——公斤,最近终于也重新定义了。1E2EETC-电子工程专辑
1E2EETC-电子工程专辑
在此之前,所有的质量测量的标准源于存放在法国巴黎近郊国际度量衡局(International Bureau of Weights and Measures;BIPM)的单一物件——国际公斤原器(International Prototype of the Kilogram;IPK),自1884年被铸造成为公斤的标准以来一直存放在此。1E2EETC-电子工程专辑

SI_units_200x200.png1E2EETC-电子工程专辑

以人造制品作为测量单元的世界标准存在两个根本问题。首先,它的值可能随时间发生改变。但是,由于它是世界标准,我们无从得知它是如何变化的,因为它就是标准。如果世界标准发生变化,那么以它为基础的所有测量值也会发生变化。1E2EETC-电子工程专辑

kibble_balance_1800x2363.jpg1E2EETC-电子工程专辑
基布尔天平使用电磁力测量质量1E2EETC-电子工程专辑
(来源:NIST)
1E2EETC-电子工程专辑

第二个问题是,你不可能在每次需要校准时,都把每个质量测量装置带到法国。因此,美国的国家标准暨技术研究院(NIST)和英国的国家物理实验室(NPL)等国家标准实验室都设有自己的公斤标准,并且会定期将这些标准带到法国与原器进行比较。然后再使用国家标准来比较其他标准,之后再用于与另一标准进行比较,或是将标准用于校准测量仪器。因此,您需要记录一连串与原器进行的比较与校准,以便确认质量测量的可信度。1E2EETC-电子工程专辑

随着2018年11月16日新版国际单位制的通过,新的公斤定义不必再与原器进行比较了。现在,国家实验室就能够建立自己的公斤标准,因为它虽然很难实现,但可以复制。计量学家需要拥有足够的设备并遵循严格的步骤来制造自己的公斤标准,但这还是比依赖单一人工制品好多了。随着新的定义出现,您无需再携带庞大的天平进行校准。如今,公斤不会改变了,而是根据其进行定义的方式而异。1E2EETC-电子工程专辑

从2019年5月开始,公斤的定义将是: 当以单位J s表示时,普朗克常数h的固定值为6.626 070 15×10-34,即等于kgm²s-1,与米和秒的关联以c和Δv进行定义。1E2EETC-电子工程专辑

实现公斤的过程取决于一个称为“基布尔天平”(Kibble balance)的工具。它使用了线圈和磁铁,线圈中的电流施加已知的力,并且可以测量到足够精确的电流。因为电流的定义已经根据磁场力确定,所以它可以用于导出向上的力,用于比较未知物体的质量。当力相等时,可以测量未知物体的质量。电压和电流的测量基于普朗克常数。有关基布尔天平如何运作的详细说明,请参阅NIST的Kilogram: The Kibble Balance1E2EETC-电子工程专辑

由于基布尔天平已经存于于国家计量实验室,如今全球都可以重建自己的公斤原器标准了。1E2EETC-电子工程专辑

编译:Susan Hong, EET Taiwan1E2EETC-电子工程专辑

qrcode_EETCwechat_120.jpg1E2EETC-电子工程专辑

关注最前沿的电子设计资讯,请关注“电子工程专辑微信公众号”1E2EETC-电子工程专辑

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Martin Rowe
"EE Times/EDN资深测试与量测技术编辑。Martin Rowe在《测试和测量世界》担任技术编辑和高级技术编辑达20年,其中包括担任EDN Design Ideas编辑三年。在此期间,Martin的报道涵盖了大部分的技术和公司,包括台式仪器,如示波器、仪表、信号​​源及其应用。他最喜欢这些仪器的应用包括高速信号测量、基本测量(电压/电流/功率)、校准和EMC/EMI/RFI。所有这些都直接适用于连接器和连接性能。从2004年到2012年,为了了解工程师是如何进行测试的,Martin访问了多家公司,包括Bose,DeWalt和Tyco Electronics(现为TE Con​​nectivity)。 让Martin出名的还有他的音乐——他写了六首描述工程师生活的歌曲。这一切始于2006年的“测量蓝调(Measurement Blue)”,证明了任何事情都能用蓝调写出来,连接器都成了Martin的歌。 “Below a GigaHertz”这首歌向那些还工作在1GHz以下信号的工程师致敬,他们是古老历史的见证者。 Martin曾在IEEE EMC Symposia上现场演出了“The Measurement Blues”和“The Lab in the corner”。 Martin拥有伍斯特理工学院的电子工程学士学位和宾利学院的MBA学位。"
您可能感兴趣的文章
  • NIWEEK 2019大看点:虚拟工厂/小型卫星发射/认知雷达/超 传感已经无处不在,世界上部署的传感器正在接近1万亿个,连接设备也在接近300亿台。机器学习也已经不再只是个流行词,而是已应用到许多领域。这些所有加在一起,使我们面临从未有过的巨大挑战。那么这对大家意味着什么?也就是我们每个人都在参与5G、自动驾驶汽车、工业4.0或商业太空旅行的竞赛。
  • SSD主控芯片CP测试遇到的问题和解决办法 SSD主控芯片通常相对一般SoC芯片有更大的I/O数量和电源功耗,由于CP 测试探针卡的局限性,导致在大生产过程中会出现很多异常的问题。本文以某品牌的SSD控制器为例,介绍了针对CP测试过程中一些常见问题的最优解决方案……
  • 实时示波器在新一代光接口时域测试上的应用 谈到光接口的时域指标测试,工程师言必称采样示波器(sampling scope)。因为采样示波器拥有不可比拟的信号完整性方面的优势:带宽高、噪声低、量化误差小(垂直分辨率高),美中不足是需要同步触发时钟,以至于光工程师都渐渐遗忘了实时示波器(real-time scope)。
  • EDA/IP技术论坛七大看点 作为芯片设计领域的第一环,EDA工具/IP的设计往往需要多年的磨练与验证,他们对真实的产业趋势和设计需求非常敏感,工具和IP的变化与发展,直接影响着芯片产业的发展速度。
  • 从电动车到物联网,电池测试的重要性不可忽略 我们日常用到的电动汽车电池,其组装的整个电池包寿命实际上跟每个电池单元紧密相关。很多电池表征量是多少,实际量和表征量差很多,我们更应该关注怎么去模拟它的实际,来表征电池的特性……
  • 从测试动作可窥见5G技术正持续发展 产业界一旦发生大事,往往会出现许多消息,但有一些是无意义的,即使企业没有推出新产品,也会发表他们即将推出的消息。不过,从一些厂商发布的测试活动消息,可以得知各产业的发展现况,5G也是如此。
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告