Установление эталонов единиц измерения

Первым определил единицы измерения электрических величин Гаусс; он сделал это с помощью механических величин в системе СГС. Для установления взаимосвязи электрических и магнитных единиц измерения необходимо было внести в перечень основных единиц электрическую величину. За основную единицу измерения электрических величин в 1881 г. был принят 1 ампер, определяемый по-разному: а) с помощью 1 вольта и 1 ома; б) посредством закона Фарадея по величине массы серебра, выделяемого в процессе электролиза нитрата серебра; в) по величине силы, с которой взаимодействуют два проводника, если в них протекает ток. Это была система МКСА единиц измерения.

Поиски эталона единиц измерения электрических величин

ведутся издавна. Применялись, в частности, следующие эталоны:

1860 г. Эталон сопротивления, предложенный Сименсом.

Столбик ртути поперечным сечением 1 мм² и длиной

1 м при температуре О °С. Применялся до 1911 г.,

в Германии — до 1948 г. (в 1898 г. длина столбика

увеличена до 106,3 см).

1881 г. За основные единицы приняты ом и вольт, единица ампера оп-ределена с помощью вольта и ома; установлены эмпирические единицы (эталоны) ома и ампера (ток величиной 1 А в течение 1 с вызывает выделение 1,11810 мг серебра при электролизе нитрата серебра).

1948 г. Генеральной конференцией мер и весов введена система единиц МКСА.

1960 г. Введена система единиц СИ.

1968 г. Эффект Джозефсона, открытый в 1962 г., использован для определения эталона напряжения.

1972 г. Международный комитет мер и весов принял константу .

1977 г. Открыт квантовый эффект Холла.

1980 г. Создан МОП-транзистор на основе кремния, который использован в качестве эталона активного сопротивления, основанного на квантовом эффекте Холла.

Современное состояние:

– основная единица силы тока — ампер, воспроизводимый с помощью токовых весов с точностью 6*10^-6;

– новый эталон напряжения — контакт Джозефсона, точность 10^-7, номинальное значение, произвольно установленное Международным комитетом мер и весов (МКМВ), составляет 483,594000 МГц/мкВ_мкмв.

Вначале для эталона напряжения была получена точность 10^-7—10^-8, в настоящее время достигнута точность 10^-9, в перспективе ожидается 10^-12.

Новый эталон активного сопротивления на базе квантового эффекта Холла — полевой МОП-транзистор на основе кремния либо гетероструктура GaAs, AlGaAs, InGaAs, InP с активным сопротивлением

, i=1, 2, 3, … .

Точность, подтвержденная экспериментально, составляет 10^-7—10^-8. Достоинством квантового эффекта Холла является то, что он позволяет определить эталон через фундаментальные физические постоянные. В контакте Джозефсона значение напряжения зависит от частоты.

Наиболее стабильными считаются групповые эталоны, сохранение меры которых возможно в течение более длительного времени. Групповой эталон создается совокупностью отобранных эталонов, в которой с течением времени новые, более точные экземпляры заменяют экземпляры с большими отклонениями меры от среднего значения. Причем отбраковка элемента группового эталона осуществляется, если нестабильности его меры превышает заданную норму.

Состояние эталонов различных физических величин и условия их воспроизведения не одинаковы. Так, например, эталон массы существует издавна, и можно предположить, что возможности его воспроизведения близки к пределу. В измерениях длины радикальные изменения точности и возможностей воспроизведения произошли в результате замены предельного эталона эталоном, реализованным с помощью явлений на атомном уровне. Изменения такого рода происходят по мере прогресса науки.

Воспроизведение эталонов