Lezioni d'Autore - treccani.it · puntava a sostituire il cilindro campione con la sfera perfetta....
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La nuova definizione di kilogrammo Lezioni d'Autore di Claudio Cigognetti
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La nuova definizione di kilogrammo
Lezioni d'Autore
di Claudio Cigognetti
Il kilogrammo (I)
● L’unità di misura della massa nel Sistema Internazionale è il kilogrammo. L’unica a presentarsi formalmente come il multiplo di una unità non appartenente al SI: il grammo.
● Il prototipo internazionale di kilogrammo è costituito da un cilindro in lega di platino (10%) e iridio (90%), conservato in aria sotto la protezione di campane di vetro nell’Archivio metrologico di Sèvres del BIPM.
Il kilogrammo (II)
● Il prototipo internazionale può essere soggetto a usura meccanica e soprattutto a contaminazione della superficie.
● Le campagne per il controllo del prototipo con le sei copie ufficiali e i novantotto campioni primari, conservati negli Istituti metrologici mondiali, hanno evidenziato un tendenziale aumento progressivo di massa dei campioni.
Il kilogrammo (III)
Variazioni di massa nel tempo di campioni primari di kilogrammo (contrassegnati con i numeri 32, 8(41), 7, 25, 43, K1, e 47) ottenute dal confronto con il prototipo ottocentesco
Il kilogrammo (IV)
● Il limite della scelta del prototipo come campione è che la sua massa, ipotizzata come costante, non sia più stabile delle copie.
● I passaggi necessari per la sua sostituzione sono stati però tracciati nella Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure del 2011.
Il nuovo kilogrammo definito per mezzodella costante di Planck
● La risoluzione 1 del CGPM (Conférences générale des poids et mesures) del 2011 definisce il kilogrammo come l’unità dei SI la cui intensità è determinata nel fissare il valore numerico della costante di Planck esattamente uguale a:6,626068X 10-34 quando questa è espressa nelle unità kg m2 s-1, cioè uguale a J s.
● Le condizioni per l’approvazione della nuova definizione, del 2013, sono:La realizzazione di esperimenti indipendenti e compatibili (con i due metodi quali la bilancia di Watt o le sfere di silicio) sulla misura della costante di Planck con un’incertezza relativa non più grande di 5 10-8
Il nuovo prototipo internazionale di kilogrammo: i due esperimenti
● Il primo si basa sull'equivalenza tra potenza elettrica e meccanica confrontate attraverso una spira in movimento, la cosiddetta bilancia di Watt.
● Il secondo conta in modo preciso il numero di atomi contenuti in un singolo cristallo di silicio determinando così il numero di Avogadro legato alla costante di Planck.
La bilancia di Watt (I)
Rappresentazione schematica della bilancia di Watt del NIST
La bilancia di Watt (II)
1. Si può distinguere una prima misura statica nella quale un peso mg è bilanciato dalla forza elettrodinamica F=B i l esercitata da una bobina immersa in un campo magnetico.
2. A cui segue una seconda fase in cui la bobina si muove con velocità v e genera, per induzione, una differenza di potenziale ΔV. L’idea principale è quella di uguagliare la potenza elettrica (misurata in watt): P=ΔV i all’equivalente meccanico: m g v.
La bilancia di Watt (III)
Il progetto Avogadro (I)
La sfera di silicio ad alta purezza avente massa uguale a1 kilogrammo
Il progetto Avogadro (II)
● Inizialmente il progetto contava di definire il kilogrammo, riconducendolo, attraverso la costante di Avogadro, alla massa di un singolo atomo di silicio e puntava a sostituire il cilindro campione con la sfera perfetta.
● Ora invece l'esperimento porta alla determinazione del numero di Avogadro, grazie alla sfera pura di silicio, una costante che consente una misura della costante di Planck, h.
FINE
Lezioni d'Autore
