دستگاه متریک یک دستگاه اندازه‌گیری دهدهی است. این دستگاه برای اولین بار در فرانسه در سال ۱۷۹۱ پذیرفته شده و هم‌اکنون پایه دستگاه اندازه‌گیری در تمامی کشورهای جهان به جز ایالات متحده، لیبریا و برمه‌است.
 
هر چند قصد آغازکنندگان این دستگاه، ایجاد دستگاهی بود که برای تمام مردم به طور برابر قابل استفاده باشد (از نظر تئوری)، اما مشخص شد که نمونه‌های نخستین برای نگه‌داری باید زیر نظر حکومت و یا قدرت خاصی قرار بگیرند، هر چند این امید می‌رود که از سال ۲۰۱۵ دیگر نیازی به نمونه‌های نخستین نباشد. تا قبل از سال ۱۸۷۵، نمونه‌های نخستین اندازه‌گیری توسط دولت فرانسه نگه‌داری می‌شد، اما بعد از آن به دست یک نهاد فراحکومتی به نام کنفرانس عمومی وزن‌ها و اندازه‌ها سپرده شد. در سال ۱۹۶۰، این نهاد، سامانه استاندارد بین‌المللی یکاها را به‌عنوان جایگزین دستگاه متریک منتشر کرد.

یکای استاندارد زمان- طول- جرم

 الف)یکای استاندارد زمان

برای زمان تعریف مشخصی وجود ندارد. بعضی گفته اند زمان چیزی است که با ساعت اندازه گیری می شود یا زمان بستر رویدادهاست . آنچه مسلم است زمان عاملی است که با آن پیش و پس بودن رویدادها را نسبت به هم مشخص می کنیم برای مشخص شدن لحظه ی وقوع یک رویداد (t)مانند لحظه ی رها کردن یک قطعه سنگ یا لحظه ی پیدایش برق در آسمان به تعیین یک مبدا نیازمندیم. مبدا معمولا لحظه ی پیدایش یک رویداد مشخص و تکراری مانند طلوع یا غروب خورشید یا عبور زمین از یک نقطه ی خاص از مدار آن است(t=0). گاهی فاصله ی زمانی از شروع تا پایان یک رویداد را باید محاسبه ها وارد کنیم. این مدت را بازه ی زمانی گویند و برابراست باt ∆

 مساوی است با زمان اولیه منهای زمان ثانویه. مثلا اگر در لحظه ی اول سنگی را رها کنیم و در لحظه ی دوم به زمین می رسد جابه جایی این سنگ دربازه ی زمانیt ∆مساوی است با زمان اولیه منهای زمان ثانویه صورت گرفته است. برای تعیین بازه ی زمانیt ∆ به زمان سنج نیاز داریم . نخستین زمان سنج ساده و طبیعی انسان نبض خودش بود که مشخص می کرد در فاصله ی دو لحظه چند با نبضش می زند. به دلیل آنکه فاصله ی زمانی میان دو ضربان نبض ثابت نیست و این مدت نیز کوتاه است شبانه روز یعنی مدت زمانی که زمین یک بار به دور محورش می گردد مبنای اندازه گیری زمان قرار گرفت . سپس این مدت را به 24 قسمت تقسیم کردند و هر قسمت را یک ساعت نامیدند . هر ساعت را به 60 دقیقه و هر دقیقه را به 60ثانیه تقسیم کردند و به عنوان یکای زمان برگزیدند. اندازه گیریهای دقیقتر نشان داد که مدت شبانه روزها با هم برابر نیست و سالها نیز با هم تفاوت دارند و نمی توان ثانیه را از روی حرکت وضعی یا انتقالی زمین به طور دقیق تعریف کرد.

امروز ثانیه را با استفاده از دوره ی تناوب تابش گسیل شده از اتم سزیم که همواره ثابت است به صورت زیر تعریف می کنند:

((ثانیه زمانی است معادل 770،631،192،9 برابر دوره ی تناوب تابش مربوط به گذار الکترون میان دو تراز بسیار ظریف وابسته به حالت بنیادی اتم سزیم133 .))

ب)یکای استاندارد طول –

در سال 1795/1174 مجمعی از دانشمندان در فرانسه تشکیل شد . در این مجمع با استفاده از کمیتهای طبیعی یکای طول و یکای جرم را برگزیدند . برای یکای طول یک چهل میلیونیم محیط نصف نصف النهار زمین را با نام متر انتخاب کردند . برای اندازه گیری محیط زمین بخشی از طول نصف النهار زمین را از روی آن مشخص کردند و نمونه ی اصلی متر را با استفاده از این تعریف ساختند. این متر نمونه میله ای از آلیاژ اینوار است که از 90%پلاتین و 10% ایریدیم تشکیل شده است . سطح مقطع این میله cm 5/1 مربع و جرم آن kg3 و طولش cm 102 است . روی این میله دو علامت به فاصله ی  1m از هم قرار دارد پس از ساختن نمونه ی اصلی متر نمونه های فراوانی از روی آن تهیه کردند که در فرانسه و سایر کشورهای جهان به کار می رفت.

با گسترش علم و فن آوری معلوم شد که برای یکای متر دقت بسیار بالاتری لازم است. از این رو متر را با استفاده از طول موج تابشی به رنگ نارنجی – قرمز اتم کریپتون 86 انتخاب کردند. در سال 1983/ 1362  تعریف متر را با استفاده از سرعت نور در خلا که با دقت بسیار اندازه گیری شد به صورت زیر برگزیدند :

مترمسافتی است که نور در 1بر روی 458،792،299 ثانیه در خلا می پیماید . باید توجه داشت که سرعت نور در خلا 458،792،299= cمتر بر ثانیه است.

پ)یکای استاندارد جرم

-ابتدا جرم یک دسیمتر مکعب (=یک لیتر) آب خالص در حداکثر چگالی به عنوان یکای جرم برگزیده شد .

استاندارد جرم در سيستم SI يك سيلندر از جنس آلياژ پلاتين- ايريديوم است كه از سال 1889 ميلادي در BIPM نگهداري مي شود و طبق توافق بين المللي بعنوان نخستين نمونه جرم يك كيلوگرم شناخته مي شود و درآن زمان اينگونه تعريف گرديد :

 " اين نخستين نمونه از اين به بعد بايستي بعنوان يکاي جرم در نظر گرفته شود "
 در سومين کنفرانس عمومي اوزان ومقياسها در 1901 تعريف جديدي از يکاي جرم تعريف شد تا ابهام موجود در استفاده از کلمه "وزن " که بين عموم مردم مرسوم بود از بين برود:

 "کيلوگرم يکاي جرم است و با جرم نخستين نمونه بين المللي کيلوگرم برابر است "

 كيلو گرم آخرين كميت پايه (از هفت كميت پايه SI ) است كه هنوز بواسطه يك ماده مصنوعي (Artefact Material) تعريف ميشود.

نخستين نمونه بين المللي كه در سال 1880 ميلادي ساخته شد از جنس 90% پلاتين و 10 % ايريديوم (با درستي 0.0001 ) بود. نسخه هاي ساخته شده توسط BIPM  از روي نخستين نمونه كه بيش از 18 عدد بود ، در سال 1889 ميلادي ،بعنوان نمونه هاي نخستين ملي يك كيلوگرم دربين ساير اعضاي BIPM توزيع شدند . خود BIPM‌نيز يك نسخه يك كيلو گرمي را براي استفاده خود نگهداري مي كند.بايستي توجه داشت كه تفاوت در درستي  نسخ ملي و نمونه نخستين بين المللي ،حداكثر يك ميلي گرم تعيين شده است.

شرائط نگهداري نمونه نخستين بين المللي در اولين کنفرانس عمومي اوزان و مقياسها در 1889ميلادي تعيين گرديده است . نمونه نخستين بين المللي در معرض آلودگي سطحي بميزان يك ميكرو گرم در سال ميباشد ، لذا دستورالعمل خاصي براي تميز كردن و شستشوي آن تهيه شده و اجرا ميشود و جرم يك كيلوگرم پس از انجام فرآيند تميزكاري محقق ميشود.

امروزه سه یکای اصلی ذکر شده به علاوه ی چهار یکای مقدار ماده ، جریان الکتریکی ،دما و شدت نور دستگاه یکاهایی را تشکیل می دهند که دستگاه بین المللی یکاها (SI) نامیده می شود.

     

کمیت های فیزیکی

هر چیزی که قابل اندازه گیری باشد کمیت فیزیکی است. کمیت ها را به :اصلی و فرعی ، نرده ای و برداری ،اندازه پذیر و اندازه ناپذیر دسته بندی می کنند کمیت های طول ، جرم ، زمان ، دما ، شدت جریان و مقدار ماده از کمیت های اصلی و بقیه فرعی هستند . کمیت هایی که اندازه ی آن ها با یک عدد و یکا مشخص می شود نرده ای و آن هایی که علاوه بر عدد و یکا جهت نیز برای مشخص شدن آنها لازم است کمیت های برداری هستند.به کمیت هایی که با نمونه ای از همان کمیت سنجیده می شوند کمیت های اندازه پذیر می گویند. طول ، جرم و نیرو را که با متر ، کیلوگرم و نیوتون – که اندازه های مشخصی از همان کمیت ها هستند – اندازه می گیرند ، کمیت های اندازه پذیر گویند.

این گونه کمیت ها ، قابلیت جمع و تفرق دارند . کمیت های اندازه ناپذیر را فقط با علامتگذاری های قراردادی می توان مشخص کرد . برای مثال دما ، کمیتی اندازه ناپذیر است و آن را با علامتگذاری های قراردادی مشخص می کنند . دما با استفاده از یکی از تغییراتی که بر ماده صورت می گیرد مشخص می شود . این تغییرات می توانند انبساط و انقباض ، تغییر چگالی ، تغییر فشار در گازها ، تغییر مقاومت الکتریکی در رساناها ، تغییر طول موج تابشی باشند. توجه داریم که دمای یک جسم بر حسب درجه بندی های مختلف ، متفاوت است . ضمنا درست نیست که بگوییم: «آب 60درجه ،دوبار گرم تر از آب 30درجه است.»

اندازه هر کمیت: اندازه ی هر کمیت عددی برابر نسبت آن کمیت به یکای آن کمیت است. به عبارت دیگر اندازه ی کمیت مشخص می کند که آن کمیت چند برابر یکای آن است و یا آن یکا چند بار در آن کمیت میگنجد . برای مثال ،اگر طول استخری 20 متر باشد ، آن طول 20 برابر طول مشخص و معین یک متر است. اندازه ی هر کمیت دو جزء دارد:عدد و یکا . یکا را در لاتین جلوی عدد و در فارسی بعد از عدد قرار می دهند . مثلا نوشته می شود:6m یا 10A(6 متر یا 10 آمپر است). اگر یکا به افتخار دانشمندی نام گذاری شده باشد ، حرف اول آن نام را با حرف بزرگ می نویسند و در غیر این صورت از حرف کوچک استفاده می شود. مثلا می نویسم 20c یا 10N و 5m (20کلوین یا 10 نیوتون و 5 متر).

كيلوگرم تنها مورد از هفت واحد اصلي اندازه گيري است كه از زمان تعريف آن در قرن نوزدهم تاكنون بدون تغيير مانده است. طي ساليان گذشته، دانشمندان در تعريف واحدهايي نظير متر (كه در اصل بر مبناي محيط زمين تعريف شده بود) و ثانيه (كه بر اساس كسري از يك روز تعريف شده بود) تجديدنظر كرده اند. هم اكنون متر بر اساس فاصله اي كه نور طي يك ـ 458/692/299ام ثانيه طي مي كند، و ثانيه بر اساس مدت زماني كه طول مي كشد، اتم سزيم 660/631/192/9 مرتبه ارتعاش كند، تعريف مي شود.

هركدام از اين كميت ها را مي توان با دقت بسيار اندازه گرفت و نكته ديگري كه از اهميت مشابهي برخوردار است آنكه در هر كجاي جهان مي توان آنها را دوباره ايجاد كرد. در ابتدا كيلوگرم بر اساس جرم يك ليتر آب تعريف شده بود، اما بعدها مشخص شد، كه اندازه گيري دقيق جرم يك ليتر آب بسيار مشكل است. در عوض قرار شد يك طلاساز انگليسي استخدام شود تا يك استوانه از جنس پلاتين ايريديم بسازد كه براي تعريف كيلوگرم استاندارد به كار رود. يكي از عواملي كه باعث شد تا كيلوگرم از اين لحاظ از ساير واحدها عقب بماند، اين بود كه، سود عملي فوري براي افزايش دقت آن متصور نبود. با اين همه انحراف در وزن كيلوگرم استاندارد باعث ايجاد خطا در ساير اندازه گيري ها مي شد. براي مثال ولت بر اساس كيلوگرم تعريف مي شود، بنابراين تعريفي بر مبناي كيلوگرم پايدار منجر به آن مي شود كه تعريف ولت بر مبناي واحدهاي اصلي اندازه گيري با دقت هرچه بيشتر صورت گيرد.

حدود هشتاد نسخه از روي كيلوگرم مرجع ،توليد و بين كشورهاي امضاكننده معاهده سيستم متريك توزيع شد. تاريخ پرشور اين استوانه كوچك فلزي بيانگر آن است كه كل جهان طي مدت هاي مديدي از تعريف واحدي براي كيلوگرم استفاده كرده است. بعضي از اين نمونه هاي فلزي كه به كشورهاي امضاكننده اختصاص يافته بود بعدها ناپديد شد، از جمله نمونه اي كه در اختيار صربستان بود. ژاپن نيز پس از جنگ جهاني دوم مجبور شد نمونه خود را تسليم كند. آلمان نيز چند نمونه از آن را تحويل گرفت، از جمله يكي كه در سال 1889 به ايالت باواريا اختصاص يافت و نمونه ديگري كه به آلمان شرقي تعلق گرفت.

آلمان ضمن همكاري با دانشمندان ساير كشورها از جمله استراليا، ايتاليا و ژاپن سرگرم ساخت يك كريستال دقيقاً كروي يك كيلوگرمي از جنس سيليكون براي روزآمد كردن كيلوگرم است. ايده ساخت اين نمونه بر اين مبنا قرار دارد كه با دانستن تعداد دقيق اتم هاي موجود در كريستال، فاصله آنها از يكديگر و اندازه كره، تعداد دقيق اتم هاي موجود در آن را مي توان حساب كرد. دكتر بيكر و همكارانش براي جداسازي سه ايزوتوپ سيليكون به كارخانه هاي قديمي ساخت سلاح هاي هسته اي شوروي روي آورده اند. سانتريفوژهاي موجود در اين كارخانه زماني براي توليد اورانيم غني شده به كار مي رفت و امروزه نيز مي تواند سيليكون با خلوص مورد نظر را توليد كند. دكتر بيكر مي گويد: «ما به حدود نه تا از اين دستگاه ها نياز داريم. » تجهيزات غني سازي اورانيم يكي از مكان هايي است كه مي توان از اين گونه دستگاه ها استفاده كرد. دكتر بيكر در ادامه مي گويد: «قرار است از چهار تا از اين دستگاه ها استفاده كنيم. » و بدين ترتيب مي توان سيليكون 28 را با خلوص 99/99 درصد توليد كرد. پيش از اين يك بلور آزمايشي ساخته شده بود. دكتر آرنولد نيكلاس يكي ديگر از دانشمندان آزمايشگاه استانداردهاي آلمان مسئوليت تحقيق در مورد اينكه آيا اين كره واقعاً گرد است يا خير را برعهده داشت. وي حدود نيم ميليون مكان مختلف از اين كريستال را اندازه گرفت تا شكل آن را مشخص كند. اين كره شايد گردترين چيزي باشد كه بشر تاكنون ساخته است. دكتر نيكلاس مي گويد: «اگر كره زمين هم همين قدر گرد بود، آن وقت كوه اورست فقط چهار متر ارتفاع داشت. » يكي از مشخصات جالب اين كره واقعاً صاف اين است كه راهي براي تشخيص چرخش يا سكون آن وجود ندارد. مگر آنكه لكه كوچكي را روي سطح آن ايجاد كنيم تا چشم بتواند مسير حركت آن را رديابي كند. دانشمندان ايالات متحده، انگلستان، فرانسه و سوئيس مدعي هستند كه محاسبه تعداد دقيق اتم هاي سيليكون موجود در كريستال با استفاده از فناوري امروز از دقت كافي برخوردار نيست و به همين دليل آنها سرگرم ابداع روشي براي محاسبه كيلوگرم با استفاده از ولتاژ هستند.

یکاهای اصلی اس‌آی

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: