Обычный электрический блок
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( ноябрь 2018 г. ) |
Обычная электрическая единица (или условная единица , где нет риска двусмысленности) — это единица измерения в области электричества , которая основана на так называемых «условных значениях» постоянной Джозефсона , постоянной фон Клитцинга, согласованной Международный комитет мер и весов (CIPM) в 1988 году, а также Δ ν Cs, используемый для определения второго . Эти единицы очень похожи по масштабу на соответствующие им единицы СИ , но не идентичны из-за разных значений, используемых для констант. Они отличаются от соответствующих единиц СИ тем, что символ выделен курсивом и добавлен индекс «90» - например, условный вольт имеет символ V 90 - поскольку они вошли в международное использование 1 января 1990 года.
Эта система была разработана для повышения точности измерений: константы Джозефсона и фон Клитцинга могут быть реализованы с большой точностью, повторяемостью и легкостью и точно определены через универсальные константы e и h . Обычные электрические устройства представляют собой значительный шаг на пути к использованию «естественной» фундаментальной физики для практических целей измерения. Они получили признание в качестве международного стандарта параллельно с системой единиц СИ и широко используются за пределами физического сообщества как в технике, так и в промышленности. Добавление константы c потребуется для определения единиц измерения для всех измерений, используемых в физике, например, в системе СИ.
Система СИ перешла к эквивалентным определениям 29 лет спустя, но со значениями констант, определенными для более точного соответствия старым единицам СИ. Следовательно, традиционные электрические единицы немного отличаются от соответствующих единиц СИ, теперь с точно определенными соотношениями.
Историческое развитие
[ редактировать ]За последние полвека было предпринято несколько важных шагов для повышения точности и полезности единиц измерения:
- В 1967 году тринадцатая Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) определила секунду атомного времени в Международной системе единиц как продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями Земли. состояние атома цезия-133. [1]
- В 1983 году семнадцатая ГКМВ переопределила метр в единицах секунды и скорости света, зафиксировав таким образом скорость света ровно на уровне 299 792 458 м/с . [2]
- В 1988 году CIPM рекомендовал принять общепринятые значения постоянной Джозефсона как именно K J-90 = 483 597,9 . × 10 9 Гц/В [3] а для постоянной фон Клитцинга как раз R K-90 = 25 812 ,807 Ом [4] по состоянию на 1 января 1990 года.
- В 1991 году восемнадцатая ГКМВ отметила общепринятые значения постоянной Джозефсона и постоянной фон Клитцинга. [5]
- В 2000 году CIPM одобрил использование квантового эффекта Холла со значением R K-90 , которое будет использоваться для установления эталонного стандарта сопротивления. [6]
- В 2018 году двадцать шестая ГКМВ решила отменить традиционные значения констант Джозефсона и фон Клитцинга с помощью нового определения базовых единиц СИ в 2019 году . [7]
Определение
[ редактировать ]Обычные электрические единицы основаны на определенных значениях цезия-133 частоты сверхтонкого перехода , постоянной Джозефсона и постоянной фон Клитцинга , первые два из которых позволяют очень точное практическое измерение времени и электродвижущей силы , а последний позволяет очень точное практическое измерение. измерение электрического сопротивления . [8]
| Постоянный | Условное точное значение (CIPM, 1988 г.; до 2018 г.) | Эмпирическое значение (в единицах СИ) (КОДАТА, 2014 г.) [8] ) | Точное значение (единицы СИ, 2019 г.) |
|---|---|---|---|
| 133 Частота сверхтонкого перехода Cs | Д н ( 133 Cs) hfs = 9 192 631 770 Гц | Д н ( 133 Cs) hfs = 9 192 631 770 [9] | |
| постоянная Джозефсона | К J-90 = 483 597,9 [10] | K Дж = 483 597 .8525(30) ГГц/В | К Дж = 2 × 1.602 176 634 × 10 −19 С / 6.626 070 15 × 10 −34 J⋅s |
| от постоянной Клитцинга | Р К-90 = 25 812 [11] | R K = 25 812 ,807 4555 (59) Ом | Р К = 6.626 070 15 × 10 −34 J⋅s / ( 1.602 176 634 × 10 −19 С ) 2 |
- Условный вольт , V 90 , представляет собой электродвижущую силу (или разность электрических потенциалов), измеренную по эталону эффекта Джозефсона с использованием определенного значения константы Джозефсона, K J-90 ; то есть по соотношению K J = 483 597,9 ГГц/ В 90 . См. стандарт напряжения Джозефсона .
- Условный ом , Ом 90 , представляет собой электрическое сопротивление, измеренное по стандарту квантового эффекта Холла с использованием определенного значения константы фон Клитцинга, R K-90 ; то есть по соотношению R K = 25 812 , 807 Ω 90 .
- Другие традиционные электрические единицы определяются обычными отношениями между единицами, параллельными единицам СИ, как показано в таблице преобразования ниже.
Преобразование в единицы СИ
[ редактировать ]| Единица | Символ | Определение | Относится к СИ | Значение SI (CODATA 2014) | Значение СИ (2019 г.) |
|---|---|---|---|---|---|
| условный вольт | В 90 | см. выше | K J-90 / K J V | 1.000 000 0983 (61) V | 1.000 000 106 66 ... V [12] |
| условный ом | Ох 90 | см. выше | Р К / Р К-90 Ой | 1 000 000 017 65 (23) Ой | 1.000 000 017 79 [13] |
| условный ампер | AА90 | В 90 / Ом 90 | K J-90 / K J ⋅ Р К-90 / Р К А | 1.000 000 0806 (61) А | 1.000 000 088 87 [14] |
| обычный кулон | С 90 | с ⋅ А 90 = с ⋅ В 90 / Ом 90 | K J-90 / K J ⋅ Р К-90 / Р К С | 1.000 000 0806 (61) С | 1.000 000 088 87 [15] |
| условный ватт | WW90 | А 90 В 90 = В 90 2 / Ом 90 | ( K J-90 / K J ) 2 ⋅ Р К-90 / Р К Ж | 1 000 000 ( 179 12) Вт | 1 000 000 ... 195 53 [16] |
| обычный фарад | Ф 90 | С 90 / В 90 = с / Ом 90 | Р К-90 / Р К Ф | 0,999 999 982 35 (23) Ж | 0,999 999 982 20 [17] |
| обычный Генри | Н 90 | s ⋅ Ω 90 | Р К / Р К-90 Ч | 1.000 000 017 65 (23) Ч | 1.000 000 017 79 [18] |
2019 году определяет все эти единицы таким образом, чтобы точно фиксировать числовые значения K J , RK Переопределение базовых единиц СИ в и Δ ν Cs , хотя значения первых двух немного отличаются от традиционных значений. Следовательно, все эти традиционные единицы имеют известные точные значения в переопределенных единицах СИ. По этой причине сохранение традиционных значений не дает никакого преимущества в точности.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Резолюция 1 13-й ГКМВ (1967 г.) – единица времени СИ (секунда)» . Архивировано из оригинала 11 апреля 2021 года . Проверено 18 февраля 2019 г.
- ^ «Резолюция 1 17-й ГКМВ (1983 г.) – Определение метра» . Архивировано из оригинала 29 марта 2019 года . Проверено 18 февраля 2019 г.
- ^ «CIPM, 1988: Рекомендация 1 – Представление вольта посредством эффекта Джозефсона» . Архивировано из оригинала 21 января 2021 года . Проверено 18 февраля 2019 г.
- ^ «CIPM, 1988: Рекомендация 2 – Представление сопротивления с помощью квантового эффекта Холла» . Архивировано из оригинала 21 января 2021 года . Проверено 18 февраля 2019 г.
- ^ «Резолюция 2 19-го заседания ГКМВ (1991 г.) – Эффекты Джозефсона и квантового Холла» . Архивировано из оригинала 26 января 2021 года . Проверено 18 февраля 2019 г.
- ^ «CIPM, 2000 – использование константы фон Клитцинга для выражения значения эталонного эталона сопротивления как функции квантового эффекта Холла» . Архивировано из оригинала 21 января 2021 года . Проверено 18 февраля 2019 г.
- ^ «Резолюции 26-й ГКМВ» (PDF) . БИПМ . Проверено 18 февраля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Мор, Питер Дж.; Ньюэлл, Дэвид Б.; Тейлор, Барри Н. (2015). «Рекомендуемые CODATA значения фундаментальных физических констант: 2014». Зенодо . arXiv : 1507.07956 . дои : 10.5281/zenodo.22826 .
- ^ «Значение CODATA 2022: частота сверхтонкого перехода Cs-133» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
- ^ «Значение CODATA 2022: условное значение постоянной Джозефсона» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
- ^ «Значение CODATA 2022: условное значение константы фон Клитцинга» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
- ^ «Значение CODATA 2022: условное значение вольт-90» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
- ^ «Значение CODATA 2022: условное значение 90 Ом» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
- ^ «Значение CODATA 2022: условное значение ампер-90» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
- ^ «Значение CODATA 2022: условное значение кулона-90» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
- ^ «Значение CODATA 2022: условное значение ватт-90» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
- ^ «Значение CODATA 2022: условное значение фарада-90» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
- ^ «Значение CODATA 2022: условное значение Генри-90» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.