• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Nya vågar för det nya kilot

    I slutet av detta år, forskare kommer att ha tillgång till en första prototyp av Planck-skalan. Kredit:TU Ilmenau

    Planckvågen fungerar enligt principen om elektromagnetisk kraftkompensation:En viktkraft på ena sidan av vågen balanseras av en elektromagnetisk kraft på den andra sidan. Det innebär att vikter (så kallade massstandarder) inte längre kommer att behövas. Detta kan vara början på utvecklingen av en helt ny generation vågar som lämpar sig för industrin.

    Tillsammans med Technische Universität Ilmenau, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) utvecklar en så kallad Planck-skala. Denna våg fungerar enligt principen om elektromagnetisk kraftkompensation:En viktkraft på ena sidan av vågen balanseras av en elektromagnetisk kraft på den andra sidan. Detta innebär att vikter (så kallade massstandarder) inte längre kommer att behövas; hittills, vikter har "sagt" vågar hur stor massan på vågen faktiskt är (t.ex. 1 kg). I slutet av detta år, forskare kommer att ha tillgång till en första prototyp av Planck-skalan. På det här sättet, en översyn kan göras av de steg som fortfarande är nödvändiga för att utveckla skalan till den grad att den är lämplig för industriellt bruk. Detta kan vara början på utvecklingen av en helt ny generation vågar som lämpar sig för industrin.

    Utvecklingen av Planck-skalan fick fart av den annalkande omdefinieringen av kilogram:I en nära framtid, den internationella prototypen av kilogram, en liten metallcylinder i ett kassaskåp nära Paris, kommer att bli föråldrad. På sin plats, en kilogramdefinition kommer att användas som bygger på en oförstörbar och oföränderlig naturkonstant:Plancks konstant h. Namnet "Planck-skalan" anspelar på denna mycket konstanta. När värdet på h väl är etablerat internationellt, massor kommer att bestämmas enbart genom att mäta elektriska storheter.

    En ytterligare fördel med Planck-skalan är dess kontinuerliga mätområde. Även om den ursprungliga prototypen bara kommer att uppnå ett mätområde från 1 mg till 100 g, dess efterträdare, som redan är planerat, kommer att ha ett intervall från 1 mg till 1000 g. Jämförbara vågar skulle kunna användas för industriella vägningsoperationer som så kallade primära standarder, eftersom ingen kalibrering med standardvikter kommer att ske. I längden, dock, Planck-skalan skulle också kunna användas för att uppnå högre noggrannhet (även för små massor) än vad som hittills varit möjligt med standardvikter i industriella applikationer. På det här sättet, den expertis som PTB förvärvat under utvecklingen av Planckskalan kommer att gynna ekonomin i allmänhet och stärka den tyska skalans ledande ställning över hela världen.

    Medan PTB överväger de praktiska resultaten och möjligheterna med omdefinieringen av kilogram, själva omdefinieringen är ännu inte klar. Som ett av världens ledande metrologiinstitut, PTB spelar också en stor roll i denna omdefiniering. Två experiment genomförs internationellt för att uppnå målet att definiera kilogram på ett sådant sätt att det baseras på naturliga konstanter:Avogadro-experimentet, som kommer att bestämma antalet atomer i en nästan perfekt sfärisk kristall gjord av isotopiskt rent kisel; och Kibble-balansen (eller wattbalansen), där gravitationskraften hos en massa i jordens gravitationsfält kompenseras av en elektromagnetisk kraft. Eftersom båda experimenten bestämmer värdet på Plancks konstant, båda tillvägagångssätten uppfyller det ovan nämnda målet. Medan PTB:s tillvägagångssätt främst är via kiselsfären, Kibble-balansen gynnas av NIST i USA och NRC i Kanada. Dock, för att kunna erbjuda båda tillvägagångssätten för framtida spridning av massenheter till industrin, PTB har tillsammans med TU Ilmenau initierat prototyputveckling för en Planck-skala (som en version av Kibble-balansen som lämpar sig för industrin).

    Institutet för processmätning och sensorteknik vid TU Ilmenau, som gemensamt bidrar till utvecklingen av Planckskalan under vetenskaplig ledning av professor Thomas Fröhlich, är en internationellt ledande institution inom områdena industriell kraftmätningsteknik, vägningsteknik och nanometerprecision lasermätning. Under de senaste tio åren, mätinstrument utvecklades vid TU Ilmenau som ansågs vara den "mest exakta vågen i världen". Kunskapen från utvecklingen av en så kallad 1-kg prototypjämförare införlivades direkt i forskningen på Planck-skalan. Denna mycket exakta massjämförare används redan vid nationella metrologiinstitut över hela världen för att jämföra kilogramprototyper.

    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com