Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

этап. Измерительный эксперимент.

При проведении эксперимента в нормальных условиях получен результат:

1. Измерение массы изделия в воздухе:

m_возд = 9.9 кг

2. Измерение массы изделия в воде:

m_вода = 9,15 кг

4 этап. Обработка экспериментальных данных.

Снижение массы изделия в воде составило

D m_х = 0,75 кг.

По расчету (при m_Au = 8 кг и m_Ag = 2 кг) снижение массы изделия должно быть:

D m_р = 0,6 кг.

Значит в изделии доля серебра выше, чем должна быть.

1. Расчет:

m₂ = 20´0,75-9.9=5.1 кг;

m₁ = 9.9-5.1 = 4.8 кг

Таким образом, изделие содержит 4.8 кг золота и 5.1 кг серебра и, следовательно, ювелир похитил 3.2 кг золота (заменив их 3.2 кг серебра).

2. Анализ реальной погрешности измерения и запись результата измерения.

, , .

Выводы:

1.Таким образом, погрешность измерения веса короны в воздухе не превышает заданную предельно допустимую погрешность (2%).

2. Ювелир обманул царя, присвоив 3.2 кг золота, заменив эту массу серебром.

Это пример простейшей МВИ, в этом эксперименте не учитываются многочисленные факторы, влияющие на погрешность эксперимента. При заданной достаточно большой погрешности (2%) в этом не было необходимости. Но если бы от экспериментатора потребовали существенного снижения погрешности измерений, МВИ существенно бы изменилась (пример эталонного взвешивания Д.И. Менделеевым).

Здесь мы подходим к вопросу: а какой точностью эксперимента необходимо задаваться? Необходимо осознавать, что проведение высокоточных измерений – дорогостоящая операция. Чем точнее прибор, тем он дороже и сложнее его эксплуатация (поверка, проведение измерения и т.д.). Предельная по сложности и дороговизне задача в этой области – сличение эталонов или разработка новых эталонов.

Одно из определений: эталон есть конкретное воспроизведение единицы с наивысшей точностью (М.Ф. Маликов). Это не совсем корректное определение. Точность эталона должна быть достаточной для поверки основного парка средств измерения в стране. Точность обходится очень дорого и никто не создает суперточный эталон при отсутствии потребности в такой точности измерений. Уместно отметить, что каждая страна имеет свои национальные первичные эталоны всего в одном экземпляре, т.к. их разработка и содержание обходятся в значительные суммы.

Разработка новых эталонов (как правило, на новых физических принципах) производится на основании потребности науки или промышленности.

Самым точным является эталон единицы времени и частоты. Роль этих эталонов в мировой метрологической практике всегда была очень высокой.

До 1967 года использовались естественные эталоны времени -периоды вращения Земли вокруг оси и вокруг солнца (). Такую же точность имели и лучшие маятниковые часы. Развитие науки и техники (астронавигация, космонавтика, радиоэлектроника и др.) потребовали более точные СИ, а, следовательно, и новые эталоны. С 1967 года секунда стала определяться как интервал времени, в течение которого совершается 9192631770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 (). Хороший скачок! Но сегодня этой точности науке и технике не хватает. Ведется разработка новых реперов с названием «Фонтан». Ожидаемая погрешность . Уже работают 6 «Фонтанов» (США, ФРГ, Франция, Канада, Япония и Южная Корея). На очереди – российский эталон. (Стоимость разработки ~1 млн. долларов).

На втором месте – эталон длины (до ). Опять же потребность науки и техники: микроэлектроника (размеры транзисторов на ЧИПе), нанотехнологии.

А вот точность единицы силы света – канделы в раз меньше точности эталона времени. В чем дело? Просто нет необходимости в измерениях такой точности.

За точность нужно платить и платить очень дорого. Поэтому никто не занимается увеличением точности эталонов исходя только из научной любознательности.

Третье место по точности занимает эталон единицы массы (килограмма). Это один из немногих оставшихся рукотворных эталонов. Его прототип в виде платино-иридиевой гири существует с 1889 года. Случай уникальный. Всего существует 42 прототипа (в России – два эталона, тоже уникальное явление). Их погрешность порядка .

Много лет шли поиски более точного способа воспроизводства единицы массы. Были неоднократные попытки воспользоваться постоянной Авогадро Na –фундаментальной физической константой (число молекул или атомов в 1 моле вещества; Na=6.022* моль ),которая связывает единицу массы (килограмм) с атомной массой:

1кг=() Na*1а.е.м.

До последнего времени погрешность измерения Na составляла ~ (как и у гири), но пользоваться старым эталоном было гораздо проще!

Несколько лет назад был утвержден международный проект по экспериментальному уточнению числа Авогадро (проект «Авогадро»). Его задачей ставилось определение Na с минимальной погрешностью , что в 15 раз точнее физического эталона (гири).И только в 2010 году, ученые смогли справиться с этой задачей. И это были россияне (!), ученые из знаменитого Росатома. Была решена задача путем подсчета массы определенного числа атомов изотопа кремния-28 и при этом достигнуты рекордные показатели, превышающие проектное задание:

*изотопная чистота кремния-28…..в 10 раз

*химическая чистота………………..на 50%.

По прогнозам специалистов новая константа Авогадро будет утверждена до конца 2010 года, что позволит перейти на новый эталон массы: выигрыш по точности- почти два порядка!