【口袋学习书】计量科普知识5题

开学季，身边的小朋友们有没有换了“体型”呢?为了紧随潮流，计量科普知识自日起也换了“题型”简答学习题，走起每...

1. 热力学温度单位——开尔文的定义

开尔文是热力学温度的S1基本单位名称，其国际符号为“K”。

它的定义是：“开尔文是水三相点热力学温度的1/273.16” 。水的三相点是指水的固态、液态和气态三相间平衡时所具有的温度。水的三相点温度为0.0l℃。水的三相点温度和三相点压力是唯一确定的。

热力学温度单位开尔文是在l 954年第十届国际计量大会上正式定义的，当时叫“开氏度”( oK)。1967年第十三届国际计量大会上决定改为开尔文(K)。

除热力学温度以外，还有华氏温度(oF)、摄氏温度(℃)等。华氏温标由德国人华伦海特于1710年提出，1942年建立。规定水的冰点为32oF，水的沸点为212 oF，两点之间等分为180格，每格为一个华氏度(oF)。至今还在英、美等国流行。

摄氏温标由瑞士天文学家摄尔萨斯在1942年提出，他的方案是以水的沸点为零摄氏度，冰点为100摄氏度，每一格为1℃。次年法国人克里斯丁把两个标度倒过来，便成了现在通用的摄氏温标。摄氏温度的单位摄氏度(℃)广泛使用于日常生活，由于其会出现0℃以下的负温，英国物理学家开尔文于l948年提出了热力学温标。因摄氏度是以水的冰点为零摄氏度，它等于273.15K，故摄氏温度(t)与热力学温度(T)之间的关系为t = T－T0  (T0 = 273.l5 K)，从而当摄氏温度出现负值温度时，而热力学温度仍是正值。

2. 电流单位——安培的定义

安培是电流的SI基本单位名称，其国际符号为“A”。

安培的定义是：“在真空中，截面积可忽略的两根相距1m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为2×10-7N，则每根导线中的电流为1A。”

现在使用的安培定义是一个理论上的定义．实际要用这个定义来复现安培，会遇到难以克服的难题，所以目前用约瑟夫森效应保持电压伏特基准（不确定度为10-13），用霍尔效应（或称克里青效应）保持电阻欧姆基准（不确定度为10-10），再利用欧姆定律实现电流基准。

3. 时间单位——秒的定义

秒是时间的SI基本单位名称，其国际符号为“s”。

秒的定义是：“秒是铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁相对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。”

时间单位秒最初是根据地球自转一周，即太阳日的l/86400来定义的，但由于在一年的持续时间里太阳日是变化的，就采用平均太阳日的1/86400作为时间单位秒。后来又发现地球的自转运动并非等速进行，于是就以地球绕太阳的公转周期（回归年）作为确定时间单位的基础，1960年第十一届国际计量大会正式承认，以回归年的1/31556925.9747为一秒。这时的不确定度已达10-9量级，相当于三十万年仅差一秒。由于回归年仍有变化，为了减小秒的复现不确定度，1967年第十三届国际计量大会决定采用现在的秒的定义，称它为原子时。从而使秒的复现不确定度进一步减小，不确定度达到10-15量级，相当于三千万年只差一秒。这一定义对于其他计量单位复现准确度的提高具有重要影响。

4. 质量单位——千克的定义

千克是质量的SI基本单位名称，其国际符号为“kg”。

1883年，法国用90％的铂和10％的铱所组成的铂铱合金，制成了直径和高度为39毫米的圆柱体千克原器，并于1889年被第一届国际计量大会所承认，在1901年第三届国际计量大会上被正式定义。该原器一百多年来一直保存在国际计量局。

我国在日常生活和贸易中，习惯地把质量称为重量。过去，在物理学中，常常把重量和重力混在一起，把质量和力相混淆。国际单位制中，重量是指质量，是标量，而重力是力，是矢量，力不仅有大小，还有方向和作用点。因此，要注意在指力的场合，一定不要用重量而是用重力，千万不能混淆。质量（重量）的单位为千克，重力的单位为牛顿。

5. 长度单位——米的定义

米是长度的SI基本单位名称，其国际符号为“m”。
自法国人建立米制至今，米定义经历了四个阶段：

第一阶段，米的最初定义为“地球子午线长的四千万分之一”。
第二阶段，1889年，第一届国际计量大会决定将复制的30支新米原器中最接近“档案局米”的一支（NO.6）定为国际米原器，并保存在国际计量局，当时给出米的定义是：“0℃时，巴黎国际计量局的截面为X形的铂铱合金尺两端刻线记号间的距离”。
第三阶段，1960年，第十一届国际计量大会给米下了第三次定义：“米等于氪86原子2p10和5d5能级间跃迁所对应的辐射在真空中的1650763.73个波长的长度”。
第四阶段，l983年，第十七届国际计量大会给出最新的米定义，为“光在真空中（1/299792458）秒的时间间隔内所经路径的长度”。因为光速在真空中是永远不变的，因而基准米就更加精确了。
经过了一百多年，米的定义由宏观自然基准到实物基准，然后又发展到微观自然基准，并且正在继续向不确定度更小的微观自然基准方向发展。

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