Метрологія

Як мовилося раніше, в 1889 року метр було прийнято рівним відстані між двома штрихами, нанесеними на металевому стрижні Хобразного поперечного перерізу (рис. 1).

Хоча міжнародний, і національний еталони метри були виготовлені з сплаву іридію і платини, може похвалитися значної твердістю та очі великою опором окислювання, однак було повної впевненості, що довжина еталона з часом не зміниться. Це пояснюється лише тим, що металеві стрижні, піддані раніше термічної і механічної обробці, отримують внутрішні пружні напруги, які викликають повільні микрокристаллические зміни їх структури. При періодичних порівняннях еталонів метри різних країн із міжнародним прототипом не можна знайти малих змін їх довжини, бо всі еталони виготовлені вже з й того сплаву, і, отже, перетерплюють однакові зміни. Похибки звірення між собою платиноиридиевых штрихових метрів перебувають у межах ± 1,1 * 10 -7 мм (± 0,11 мкм).

Оскільки штрихи мають значну ширину, істотно підвищити точність цього звірення не можна. Успіхи фізики та техніки, вимога ще вищої точності визначення лінійних розмірів привели знову до природному еталона длины.

У 1895 року II-я Генеральна конференція по заходам і вагам визнала, природним свідком розміру метри є довжина світловий хвилі монохроматического світла. Після вивчення спектральних ліній низки елементів знайшли, що найбільшу точність відтворення одиниці довжини забезпечує помаранчева лінія ізотопу криптона-86. XI Генеральна конференція по заходам і вагам в 1960 року було прийнято вираз розміру метри в довжинах цих хвиль як найточніше його значення. За підсумками цього заходу затверджено таке визначення: метрдовжина, рівна 1 650 763,73 довжини між рівнем 2р10 і 5d5 атома криптона-86.

Як відомо, квант світловий енергії випромінюється чи поглинається атомом під час переходу вже з стаціонарного стану до іншого. Частота f випромінювання (поглинання) пропорційна різниці енергій состояний:

Где Е1 і Е2 — рівні енергій, h — стала Планка. Якщо Е2 > Е1, відбувається випромінювання електромагнітних хвиль, якщо Е2 < Е1 — поглинання. При поширенні світла у вакуумі зі швидкістю світла довжина хвилі монохроматического світла равна:

Від довжини хвилі залежить колір излучения.

Соввокупность частот випромінювань утворює спектр. Практично через нестабільності рівнів енергії (з допомогою теплового руху атома, впливу електричних і магнітних полів та інших умов) спектральні лінії розширено, тобто є смуги частот. Дослідження спектральних ліній при інтерференції світла показали, що спектральні лінії, випромінювані природними елементами, як розширено, але мають складним контуром — сверхтонкой структурою. Далі виявилося, що четно-четные елементи (з парними номерами в таблиці Менде-лєєва з четной атомної масою), мають лінії з простим контуром. Такі елементи були отримані завдяки досягненням техніки виділення ізотопів. Найбільш тонкі і симетричні лінії випромінювання відповідають переходу між рівнем 2р10 і 5d5 атома криптона Kr 86.

Метр в довжинах світлових хвиль відтворюється интерференционным методом спеціальному установці з допомогою лампи, заповненою криптоном-86. З метою отримання необхідних умов випромінювання лінії криптона укладають в капіляр, і охолоджують рідким азотом до 58 — 60 До. Порушення атомів криптона виробляється шляхом пропускання нього електричного тока.

Здійснення цієї нової методу відтворення метри приблизно до 10 -8 м, що дозволяє висловити результат вимірів (у самому сприятливому разі), вже числом із 8 цифр.

Це означає, що еталонстрижень втратив свою значення, чи змінив свій розмір? Ні, її розмір посутньо не змінився, і точність вимірів він забезпечує таку ж, але втратив свою першість. Тепер первинним еталоном стала довжина хвилі помаранчевої лінії спектра криптона, точніше, довжина 1 650 763,73 цих хвиль. Крім підвищення точності виміру (там, де це необхідно), новий первинний еталон дає змогу стежити за сталістю платиноиридиевого еталона, що є тепер вторинним эталоном.

Останнім часом роботи з подальшого підвищення точності відтворення метри. Досліджуються шляху використання ланцюга лазера. ———————————- f =.

Рис. 1.

E2 — E1.

h.

? =.

c*h.

Е2 — Е1.