La costante Planck è stata l' unica opzione per ridefinire il chilogrammo?
doc-12327
Il processo giuridico per modificare la definizione del chilogrammo è già in corso, ma era stato deciso che nessuna decisione definitiva sarebbe stata presa prima della prossima riunione della Conferenza generale sui pesi e le misure nel 2011. (Per informazioni più dettagliate, si vedano le definizioni dei chilogrammi. La costante Planck è un concorrente leader per formare la base della nuova definizione, anche se non l' unica.
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doc-12326
Vi sono diverse proposte volte a ridefinire alcune unità di base SI in termini di costanti fisiche fondamentali. Questo è già stato fatto per il metro, che viene definito in termini di valore fisso della velocità della luce. L' unità più urgente nella lista per la ridefinizione è il chilogrammo, il cui valore è stato fissato per tutta la scienza (dal 1889) dalla massa di un piccolo cilindro di lega platino-iridio conservato in una volta appena fuori Parigi. Mentre nessuno sa se la massa del Kilogramma Prototipo Internazionale è cambiato dal 1889 - il valore di 1 kg della sua massa espressa in chilogrammi è per definizione invariata e qui sta uno dei problemi - è noto che in un tale lasso di tempo i molti cilindri in lega Pt-Ir simili tenuti nei laboratori nazionali di tutto il mondo, hanno cambiato la loro massa relativa di diverse decine di parti per milione, comunque con attenzione sono immagazzinati, e tanto più è stato quanto più sono stati. Una variazione di diverse decine di microgrammi in un chilogrammo equivale all' attuale incertezza del valore della costante Planck in unità SI.
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doc-12325
Il metodo della densità dei cristalli a raggi X è principalmente un metodo per determinare la costante di Avogadro NA, ma poiché la costante di Avogadro è correlata alla costante di Planck determina anche un valore per h. Il principio alla base del metodo è quello di determinare NA come rapporto tra il volume della cellula unitaria di un cristallografia a raggi X e il volume molare della sostanza. I cristalli di silicio sono utilizzati, in quanto sono disponibili in alta qualità e purezza dalla tecnologia sviluppata per l' industria dei semiconduttori. Il volume unitario delle celle è calcolato dalla distanza tra due piani di cristallo denominati d220. Il volume molare Vm (Si) richiede una conoscenza della densità del cristallo e del peso atomico del silicio utilizzato. La costante Planck è data dal metodo della densità dei cristalli a raggi X.
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doc-12311
Prima del lavoro di Planck, si era ipotizzato che l' energia di un corpo potesse assumere qualsiasi valore - che fosse una variabile continua. La legge Rayleigh-Jeans fa previsioni ravvicinate per una gamma ristretta di valori a un limite di temperatura, ma i risultati divergono sempre più fortemente con l' aumentare delle temperature. Per fare la legge di Planck, che prevede correttamente le emissioni del corpo nero, era necessario moltiplicare l' espressione classica per un fattore complesso che coinvolge h sia nel numeratore che nel denominatore. L' influenza di h in questo fattore complesso non scomparirebbe se fosse impostato a zero o a qualsiasi altro valore. Fare un' equazione dalla legge di Planck che riprodurrebbe la legge Rayleigh-Jeans non poteva essere fatta modificando i valori di h, della costante di Boltzmann o di qualsiasi altra costante o variabile nell' equazione. In questo caso l' immagine data dalla fisica classica non è duplicata da una serie di risultati nell' immagine quantistica.
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doc-12319
Il magneton Bohr e il magneton nucleare sono unità che vengono utilizzate per descrivere le proprietà magnetiche rispettivamente degli elettroni e dei nuclei atomici. Il magnetone di Bohr è il momento magnetico che ci si aspetterebbe per un elettrone se si comportasse come una carica di filatura secondo l' elettrodinamica classica. Si definisce in termini di costante di Planck ridotta, di carica elementare e di massa di elettroni, che dipendono tutti dalla costante di Planck: la dipendenza finale da h1/2 (r2 > 0,995) può essere trovata ampliando le variabili.
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doc-12321
Le difficoltà teoriche derivano dal fatto che tutti i metodi, ad eccezione del metodo della densità dei cristalli a raggi X, si basano sulla base teorica dell' effetto Josephson e dell' effetto quantum Hall. Se queste teorie fossero un po' imprecise - anche se attualmente non vi sono prove che suggeriscano che lo siano - i metodi non darebbero valori accurati per la costante Planck. Ancora più importante è il fatto che i valori della costante Planck ottenuti in questo modo non possono essere utilizzati come test delle teorie senza cadere in un argomento circolare. Fortunatamente, ci sono altri metodi statistici per testare le teorie, e le teorie non sono ancora state confutate.
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doc-12317
Bohr introdusse anche la quantità, ora nota come costante Planck ridotta, come quantico del momento angolare. All' inizio, Bohr pensò che questo fosse il momento angolare di ogni elettrone in un atomo: questo si rivelò errato e, nonostante gli sviluppi di Sommerfeld e altri, una descrizione accurata del momento angolare dell' elettrone si rivelò al di là del modello Bohr. Le corrette regole di quantizzazione degli elettroni - in cui l' energia si riduce all' equazione del modello Bohr nel caso dell' atomo di idrogeno - sono state date dalla meccanica della matrice di Heisenberg nel 1925 e dall' equazione dell' onda di Schrödinger nel 1926: la costante di Planck ridotta rimane il quantum fondamentale del momento angolare. In termini moderni, se J è il momento angolare totale di un sistema con invarianza rotazionale e Jz il momento angolare misurato lungo una determinata direzione, queste grandezze possono assumere solo i valori Bohr.
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doc-12320
In linea di principio, la costante Planck potrebbe essere determinata esaminando lo spettro di un radiatore a corpo nero o l' energia cinetica dei fotoelettrici, ed è così che il suo valore è stato calcolato per la prima volta all' inizio del XX secolo. In pratica, questi non sono più i metodi più accurati. Il valore CODATA qui riportato si basa su tre misurazioni del watt-bilance di KJ2RK e su una determinazione interlaboratorio del volume molare di silicio, ma è per lo più determinato da una misurazione del watt-bilance del 2007 effettuata presso il National Institute of Standards and Technology (NIST) degli Stati Uniti. Inizialmente sono state prese in considerazione altre cinque misurazioni effettuate con tre metodi diversi, ma non sono state incluse nel perfezionamento finale in quanto troppo imprecise per influenzare il risultato. la costante Planck può essere determinata esaminando lo spettro di un radiatore a corpo nero o l' energia cinetica dei fotoelettrici.
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doc-12324
La F costante di Faraday è la carica di una mole di elettroni, uguale alla NA costante di Avogadro moltiplicata per la carica elementare e. Può essere determinata mediante attenti esperimenti di elettrolisi, misurando la quantità di argento disciolto da un elettrodo in un dato tempo e per una data corrente elettrica. In pratica, viene misurato in unità elettriche convenzionali, e quindi dato il simbolo F90. La sostituzione delle definizioni di NA ed e, e la conversione da unità elettriche convenzionali in unità SI, dà la relazione alla costante Planck.
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doc-12307
La meccanica statistica classica richiede l' esistenza di h (ma non ne definisce il valore). Alla fine, a seguito della scoperta di Planck, si è riconosciuto che l' azione fisica non può assumere un valore arbitrario. Invece, deve essere un multiplo di una quantità molto piccola, la "quantistica dell' azione", ora chiamata costante Planck. La fisica classica non può spiegare questo fatto. In molti casi, come ad esempio per la luce monocromatica o per gli atomi, questo quantistico d' azione implica anche che solo determinati livelli di energia sono consentiti, e i valori intermedi sono vietati.
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doc-12322
Un bilanciamento watt è uno strumento per confrontare due potenze, una delle quali è misurata in watt SI e l' altra in unità elettriche convenzionali. Dalla definizione del watt W90 convenzionale, questo dà una misura del prodotto KJ2RK in unità SI, dove RK è la costante von Klitzing che appare nell' effetto quantum Hall. Se i trattamenti teorici dell' effetto Josephson e dell' effetto Hall quantistico sono validi, e in particolare supponendo che RK = h/e2, la misurazione di KJ2RK è una determinazione diretta della costante di Planck.
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