Konventionell elektrisk enhet
En konventionell elektrisk enhet (eller konventionell enhet där det inte finns någon risk för oklarhet) är en måttenhet inom elområdet som är baserad på de så kallade "konventionella värdena" för Josephson-konstanten , von Klitzing-konstanten som överenskommits av International Committee for Weights and Measures (CIPM) 1988, liksom Δ ν Cs som användes för att definiera den andra . Dessa enheter är mycket lika i skala till deras motsvarande SI-enheter , men är inte identiska på grund av de olika värden som används för konstanterna. De särskiljs från motsvarande SI-enheter genom att sätta symbolen i kursiv stil och lägga till en nedsänkt "90" - t.ex. den konventionella volten har symbolen V 90 - eftersom de kom i internationell användning den 1 januari 1990.
Detta system utvecklades för att öka precisionen i mätningar: Josephson- och von Klitzing-konstanterna kan realiseras med stor precision, repeterbarhet och lätthet, och är exakt definierade i termer av de universella konstanterna e och h . De konventionella elektriska enheterna representerar ett betydande steg mot att använda "naturlig" fundamental fysik för praktiska mätändamål. De uppnådde acceptans som en internationell standard parallellt med SI -systemet av enheter och används ofta utanför fysikgemenskapen inom både teknik och industri. Tillägg av konstanten c skulle behövas för att definiera enheter för alla dimensioner som används i fysiken, som i SI.
SI-systemet gjorde övergången till motsvarande definitioner 29 år senare men med värden på konstanterna definierade för att matcha de gamla SI-enheterna mer exakt. Följaktligen skiljer sig de konventionella elektriska enheterna något från motsvarande SI-enheter, nu med exakt definierade förhållanden.
Historisk utveckling
Flera betydande steg har tagits under det senaste halvseklet för att öka precisionen och användbarheten av mätenheter:
- År 1967 definierade den trettonde allmänna konferensen om vikter och mått (CGPM) den andra av atomtiden i det internationella enhetssystemet som varaktigheten av 9 192 631 770 perioder av strålningen som motsvarar övergången mellan de två hyperfina nivåerna i marken tillståndet för cesium-133-atomen.
- År 1983 omdefinierade den sjuttonde CGPM mätaren i termer av tvåan och ljusets hastighet, vilket fixerade ljusets hastighet till exakt 299 792 458 m/s .
- 1988 rekommenderade CIPM antagande av konventionella värden för Josephson-konstanten som exakt K J-90 = 483 597 .9 × 10 9 Hz/V och för von Klitzing-konstanten som exakt R K-90 = 25 812 .807 Ω som den 1 januari 1990.
- År 1991 noterade den artonde CGPM de konventionella värdena för Josephson-konstanten och von Klitzing-konstanten.
- År 2000 godkände CIPM användningen av quantum Hall-effekten , med värdet av R K-90 som ska användas för att fastställa en referensstandard för motstånd.
- Under 2018 beslutade den tjugosjätte CGPM att upphäva de konventionella värdena för Josephson- och von Klitzing-konstanterna med 2019 års omdefiniering av SI-basenheter .
Definition
Konventionella elektriska enheter är baserade på definierade värden för cesium-133 hyperfina övergångsfrekvensen , Josephson-konstanten och von Klitzing-konstanten , de två första som tillåter en mycket exakt praktisk mätning av tid och elektromotorisk kraft , och den sista som tillåter en mycket exakt praktisk mätning av elektriskt motstånd .
| Konstant |
Konventionellt exakt värde (CIPM, 1988; fram till 2018) |
Empiriskt värde (i SI-enheter) (CODATA, 2014) |
Exakt värde (SI-enheter, 2019) |
|---|---|---|---|
| 133 Cs hyperfin övergångsfrekvens | Δ ν ( 133 Cs) hfs = 9 192 631 770 Hz | Δ ν ( 133 Cs) hfs = 9 192 631 770 Hz | |
| Josephson konstant | K J-90 = 483 597 , 9 GHz/V | K J = 483 597 .8525(30) GHz/V | K J = 2 × 1,602 176 634 × 10 −19 C / 6,626 070 15 × 10 −34 J⋅s |
| von Klitzing konstant | R K-90 = 25 812 , 807 Ω | R K = 25 812 .807 4555 (59) Ω | R K = 6,626 070 15 × 10 −34 J⋅s / ( 1,602 176 634 × 10 −19 C ) 2 |
- Den konventionella volten , V90 , är den elektromotoriska kraften (eller den elektriska potentialskillnaden) mätt mot en Josephson- effektstandard med användning av det definierade värdet för Josephson-konstanten, K J -90 ; det vill säga genom förhållandet K J = 483 597 , 9 GHz/ V 90 . Se Josephsons spänningsstandard .
- Den konventionella ohmen , Ω 90 , är den elektriska resistansen mätt mot en kvant-Hall-effektstandard med användning av det definierade värdet av von Klitzing-konstanten, R K-90 ; det vill säga genom relationen R K = 25 812 .807 Ω 90 .
- Andra konventionella elektriska enheter definieras av de normala förhållandena mellan enheter som är parallella med de för SI, som i omvandlingstabellen nedan.
Konvertering till SI-enheter
| Enhet | Symbol | Definition | Relaterat till SI | SI-värde (CODATA 2014) | SI-värde (2019) |
|---|---|---|---|---|---|
| konventionell volt | V 90 | se ovan | K J-90 / K J V | 1 000 000 0983 (61) V | 1 000 000 106 66 ... V |
| konventionell ohm | Ω 90 | se ovan | R K / R K-90 Ω | 1 000 000 017 65 (23) Ω | 1 000 000 017 79 ... Ω |
| konventionell ampere | En 90 | V 90 / Ω 90 | K J-90 / K J ⋅ R K-90 / R K A | 1 000 000 0806 (61) A | 1 000 000 088 87 ... A |
| konventionell coulomb | C 90 | s ⋅ A 90 = s ⋅ V 90 / Ω 90 | K J-90 / K J ⋅ R K-90 / R K C | 1 000 000 0806 (61) C | 1 000 000 088 87 ... C |
| konventionell watt | W 90 | A 90 V 90 = V 90 2 / Ω 90 |
( K J-90 / K J ) 2 ⋅ R K-90 / R K W |
1 000 000 179 (12) W | 1 000 000 195 53 ... W |
| konventionell farad | F 90 | C 90 / V 90 = s / Ω 90 | R K-90 / R K F | 0,999 999 982 35 (23) F | 0,999 999 982 20 ... F |
| konventionell henry | H 90 | s ⋅ Ω 90 | R K / R K-90 H | 1 000 000 017 65 (23) H | 1 000 000 017 79 ... H |
2019 års omdefiniering av SI-basenheter definierar alla dessa enheter på ett sätt som fixerar de numeriska värdena för K J , R K och Δ ν Cs exakt, om än med värden för de två första som skiljer sig något från de konventionella värdena. Följaktligen har alla dessa konventionella enheter kända exakta värden i termer av de omdefinierade SI-enheterna. På grund av detta finns det ingen precisionsfördel med att bibehålla de konventionella värdena.
Se även
- Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N.; Newell, David B. (2008). "CODATA Rekommenderade värden för de grundläggande fysiska konstanterna: 2006" ( PDF) . Recensioner av modern fysik . 80 (2): 633–730. arXiv : 0801.0028 . Bibcode : 2008RvMP...80..633M . doi : 10.1103/RevModPhys.80.633 . Arkiverad från originalet (PDF) den 1 oktober 2017.