2.3Эталоны единиц основных физических величин

2.3.1Эталон единицы длины

В 1889 году в Париже собралась I Генеральная конференция по мерам и весам, утвердившая международные прототипы метра и килограмма, которые были переданы на хранение Международному бюро мер и весов. После установления международных эталонов метра и килограмма, Генеральная конференция распределила остальные образцы по жребию между государствами, подписавшими Метрическую конвенцию (подробно о Метрической конвенции см. п 5.1.2). Россия получила два эталона метра (№11 и №28), который представлял собой стержень X-образного поперечного сечения из сплава платины и иридия. Несмотря на значительную твердость и стойкость к окислению сплава, использованного при изготовлении эталона, не было полной уверенности в том, что образец не изменит своей первоначальной длины. Объяснялось это тем, что стержни, подвергшиеся при изготовлении механической и термической обработке, впоследствии медленно меняют свою микрокристаллическую структуру.

С личения эталонов различных стран с международным эталоном не способны выявить такие изменения размера, так как все эталоны изготовлены одним способом и из одного материала и, следовательно, претерпевают одинаковые изменения.

Рис.2.2. Схема лампы с криптоном-86

1- светящийся капилляр трубки; 2- газоразрядная трубка с криптоном; 3 – накаленный электрод; 4 - манометр; 5- сосуд Дюара; 6- герметически закрывающаяся камера; 7- термопара

В 1895 году II Генеральная конференция по мерам и весам признала, что естественным свиде-телем метра является длина волны монохроматического света. После изучения спект-ральных линий ряда элементов, было обнару-жено, что наибольшую точность вопроизведения обеспечивает оранжевая линия криптона-86. XI Генеральная конференция в 1960 году приняла выражение размера метра в длинах этих волн как наиболее точное значение. На основе этого решения было принято следующее определение метра: «Метр- длина, равная 1650763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2p₁₀ и 5d₅ атома криптона-86».

Метр в длинах световых волн воспроизводится интерференционным методом на специальной установке с помощью лампы, заполненной изотопом криптона-86. И интерференционная установка, и криптоновая лампа входят в состав государственного эталона. С целью получения необходимых условий для излучения линии, криптон заключают в капилляр и охлаждают жидким азотом до 58-60 К. Возбуждение атомов криптона производят путем пропускания через него электрического тока. Схема лампы приведена ни рис.2.2.

Осуществление этого нового метода воспроизведения метра дало возможность снизить погрешность воспроизведения метра до 10^-8 м, что позволяет выразить результат измерений числом из восьми цифр.

Платино-иридиевый эталон метра также не потерял своего значения, но он стал вторичным эталоном, точность которого поверяется по длине волны оранжевой линии спектра криптона-86.

2.3.2Эталон единицы массы

На I Генеральной конференции по мерам и весам в 1889 году, утвердившей международные прототипы метра и килограмма, кроме двух эталонов метра, Россия получила два эталона килограмма (№12 и №26), который представлял собой гирю из сплава платины и иридия. Созданный одновременно с платино-иридиевым эталоном метра, прототип килограмма с аналогичными ему копиями до настоящего времени является носителем и воплощением единицы массы СИ – килограмма. Определение килограмма: «килограмм – единица массы – равен массе международного эталона килограмма».

В состав государственного эталона входят:

1. Копия международного прототипа килограмма – платино-иридиевая гиря, в виде прямого цилиндра с закругленными ребрами диаметром и высотой 39 мм, носящая знак №12

2. Равноплечие призменные весы №1 и №2 на 1 кг с дистанционным управлением, служащие для передачи размера единицы массы вторичным эталонам.

Эталон хранится на кварцевой подставке под двумя стеклянными колпаками в стальном шкафу, помещенном в хранилище эталонов, при атмосферном давлении, температуре 20⁰С и относительной влажности воздуха 65%. Чтобы предотвратить износ эталона, с ним сличают только два эталона-копии один раз в десять лет. Размер единицы массы от первичного эталона к рабочим передается с помощью эталонов-копий.