Revising the SI: the joule to replace the kelvin as a base unit

• Autorzy: Nawrocki W.

Warianty tytułu

PL

Propozycja zmian międzynarodowego układu jednostek miar (SI): dżul zamiast kelwina jako jednostka podstawowa

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The joule is proposed to replace the kelvin in the set of SI base units. Arguments in favour of such replacement are presented, including improved standard accuracy and unit system coherence. The joule is also proposed to be added to the quantum metrological triangle (which couples the volt, the ampere and the hertz) to transform it into a system called quantum metrological pyramid, that would couple four units rather than three, and allow comparison of the respective standards.

PL

Autor przedstawia propozycję zastąpienia kelwina dżulem w zestawie 7 jednostek podstawowych Międzynarodowego Układu Jednostek Miar (SI). W artykule dyskutuje się argumenty dla takiej propozycji. Energia jest być może najbardziej uniwersalną wielkością fizyczną w naturze. Jedno ze sformułowań pierwszej zasady termodynamiki głosi: Ilość energii w Wszechświecie jest zawsze stała". Dla metrologa jest ważne, że energia jest wielkością występującą w zasadzie nieoznaczoności Heisenberga, ustalającej podstawowe relacje dla niepewności pomiaru. Energia jest powiązana fundamentalnymi zależnościami z masą (wzór Einsteina), częstotliwością (wzór Plancka), temperaturą oraz z innymi wielkościami: mechanicznymi i elektrycznymi. Takie powiązania, których nie ma temperatura, sprzyjają spójności systemu miar. Ponadto w artykule stwierdzono, że w zestaw jednostek podstawowych systemu SI powinny wchodzić jednostki miary tych wielkości fizycznych, których pomiary mają największe znaczenie dla ludzi. Energia jest przedmiotem powszechnej wymiany handlowej na wielką skalę i dlatego jednostka miary energii, dżul, i dokładność jej odtwarzania są bardzo ważne dla działalności handlowej i gospodarczej ludzi. Wzorzec dżula może być odtworzony znacznie dokładniej niż kelwin, jeżeli do wzorcowania wykorzystamy kwantowe wzorce napięcia i oporu elektrycznego oraz wzorzec czasu. Energia jest wielkością addytywną, zatem pomiary większych ilości energii mogą być dokonane przez wiele pomiarów cząstkowych. Temperatura nie jest wielkością addytywną. W artykule zaproponowano także pojęcie kwantowej piramidy metrologicznej, która wiąże zależnościami kwantowymi napięcie elektryczne, prąd elektryczny, częstotliwość i energię. Kwantowa piramida metrologiczna jest rozwinięciem pojęcia kwantowego trójkąta metrologicznego, wprowadzonego w 1985 r. przez Likhareva.

Słowa kluczowe

EN

International System of Units; quantum standard; quantum metrological pyramid

PL

Międzynarodowy Układ Jednostek Miar; wzorce kwantowe; kwantowa piramida metrologiczna

• Wydawca: Komitet Metrologii i Aparatury Naukowej PAN
• Czasopismo: Metrology and Measurement Systems
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 13, nr 2
• Strony: 171--181
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Nawrocki W.

• Poznan University of Technology, Institute of Electronics and Telecommunications, Poland,

Bibliografia

• 1. BIPM, Brief history of the SI. Available at http://www1.bipm.org/en/si/history-si/
• 2. Quinn T.J.: Temperature, Academic Press, London - New York – Paris, 1983.
• 3. Hakonen P.J., Yin S., Lounasmaa O.V.: Nuclear magnetism in silver at positive and negative absolute temperatures in the low nanokelvin range, Physical Review Letters, 1990, vol. 64, pp. 2707-2710.
• 4. Petley B.W.: The Fundamental Physical Constants and the Frontier of Measurements, Adam Hilger, Bristol 1988.
• 5. Feynman R.P., Leighton R.B., Sands M.: Feynman wykłady z fizyki, t. 1.1, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2001.
• 6. Quinn T.J.: Base units of the Système internatinal d`unités, their accuracy, dissemination and international traceability, Metrologia, 1995, vol. 31, pp. 515-527.
• 7. Likharev K. K., Zorin A.B.: Theory of the Bloch-wave oscillations in small Josephson junctions, Journal Low Temp. Physics, 1985, vol. 59, pp. 347-382.
• 8. Landauer R.: Conductance determined by transmission: probes and quantised constriction resitance, J. Phys.: Cond. Matter 1, 1989, p. 8099.
• 9. Piquemal F., Geneves G.: Argument for a direct realization of the quantum metrological triangle, Metrologia, 2000, vol. 37, pp. 207-211.
• 10. BIPM, Linking SI base units to fundamental and atomic constants. Available at http://www1.bipm.org/en/si/si_constants.