Эталон метра

Эталон метра.Какуже говорилось, в 1889 году метр был принят равным расстоянию между двумяштрихами, нанесенными на металлическом стержне Х- образного поперечного сечения рис. 1 .Хотямеждународный и национальный эталоны метра были изготовлены из сплава иридия иплатины, отличающегося значительной твердостью и большим сопротивлениемокислению, однако не было полной уверенности в том, что длина эталона стечением времени не изменится. Это объясняется тем, что металлические стержни,подвергшиеся

ранее термической и механической обработке, получают внутренниеупругие напряжения, которые вызывают медленные микрокристаллические измененияих структуры. При периодических сравнениях эталонов метра различных стран с международнымпрототипом нельзя обнаружить малых изменений их длины, так как все эталоныизготовлены из одного и того же сплава, и, следовательно, претерпеваютодинаковые изменения. Погрешности сличения между собой платино- иридиевыхштриховых метров

находятся в пределах 1,1 10 7 мм 0,11 мкм .Таккак штрихи имеют значительную ширину, существенно повысить точность этогосличения нельзя. Успехи физики и техники, требование ещ более высокой точностиопределения линейных размеров привели снова к естественному эталону длины.В1895 году II-я Генеральная конференция померам и весам признала, естественным свидетелем размера метра является длинасветовой волны монохроматического света.

После изучения спектральных линий рядаэлементов было найдено, что наибольшую точность воспроизведения единицы длиныобеспечивает оранжевая линия изотопа криптона-XI Генеральная конференция по мерам и весам в 1960 годуприняла выражение размера метра в длинах этих волн как наиболее точное егозначение. На основе этого решения утверждено следующее определение метр-длина, равная 1650763,73 длины между уровнями 2р10 и 5d5 атома криптона-86.Какизвестно, квант световой

энергии излучается или поглощается атомом при переходеиз одного стационарного состояния в другое. Частота f излучения поглощения пропорциональна разностиэнергий состояний F E2-E1 hГдеЕ1 и Е2 уровни энергий,h постоянная Планка.ЕслиЕ2 gt Е1, происходитизлучение электромагнитных волн, если Е2 lt Е1 поглощение.От длины волны зависит и цвет излучения.

Совокупность частот излучений образует спектр. Практическииз-за нестабильности уровней энергии за счет теплового движения атома, влиянияэлектрических и магнитных полей и других условий спектральные линии расширены,то есть представляют собой полосы частот. Исследование спектральных линий приинтерференции света показали, что спектральные линии, излучаемые естественнымиэлементами, не только расширены, но обладают сложным контуром сверхтонкойструктурой.

Далее оказалось, что четно-четные элементы с четными номерами втаблице Менделеева с четной атомной массой , имеют линии с простым контуром.Такие элементы были получены благодаря достижениям техники выделения изотопов.Наиболее тонкие и симметричные линии излучения соответствуют переходу междууровнями 2р10 и 5d5 атома криптона Kr 86.Метрв длинах световых волн воспроизводится интерференционным методом на специальнойустановке

с помощью лампы, заполненной криптоном-86. С целью получениянеобходимых условий для излучения линии криптона заключают в капилляр, иохлаждают жидким азотом до 58 60 К. Возбуждение атомов криптона производитсяпутем пропускания через него электрического тока.Осуществлениеэтого нового метода воспроизведения метра примерно до 10 8 м, чтопозволяет выразить результат измерений в самом благоприятном случае , ужечислом из восьми цифр.

Значитли это, что эталон- стержень потерял свое значение, или изменил свой размер?Нет, его размер не изменился, и точность измерений он обеспечивает ту же, нопотерял свое первенство. Теперь первичным эталоном стала длина волны оранжевойлинии спектра криптона, точнее, длина 1650763,73 этих волн. Кроме повышенияточности измерения там, где это необходимо , новый первичный эталон даетвозможность следить за постоянством платино- иридиевого эталона, ставшеготеперь вторичным эталоном.

Впоследнее время ведутся работы по дальнейшему повышению точностивоспроизведения метра. Исследуются пути использования цепи лазера.