阿伏伽德罗常量测定的进展与千克的新定义

简述国际千克原器的历史和重新定义千克的必要性，介绍阿伏伽德罗常数的意义和新近测定的进展情况，并讨论了通过阿伏伽德罗常量重新定义千克的可能性，结论是：经基本物理常量建立质量的自然基准已为时不远了，但还有一段很艰难的路要走。     

质量基本单位千克的定义演变及其意义

千克的定义从米制公约起发展到国际千克原器,到现今基于普朗克常量的新定义,经历了200多年.新定义的最大特点是改变依赖实物的定义方式,基于自然常数,这是由于以实物定义具有不稳定性和不可靠性以及量值传递的不便性,且千克的重新定义使SI体系协调统一,并潜移默化地更新质量测量观.千克定义的演变无论对质量测量相关领域还是对大众对科学精神的不断认识都有着重要的意义.     

能量天平及千克单位重新定义研究进展

质量单位千克是国际单位制7个基本单位中惟一一个仍以实物定义和复现的基本单位.作为一种实物,其量值必然会因为环境因素及使用时的磨损而发生变化.但由于缺少更高一级的参考标准对其进行考察,国际千克原器的真实变化情况无从得知.国际计量委员会建议采用普朗克常数对千克重新定义,号召各个国家开展普朗克常数的精密测量研究工作,并要求至少有三种独立方案提供有效测量数据.自20世纪70年代起,英、美等国采用功率天平方案进行研究,国际阿伏伽德罗常数合作组织则采用了X射线单晶硅密度的方案.为了应对国际单位制的重大变革,2006年中国计量科学研究院提出了用能量天平法测量普朗克常数的新方案,其特点是可避免国外方案中困难的动态测量.2013年原型实验装置研制成功,证实了能量天平方案原理可行.此后,中国计量科学研究院开始了新一代能量天平装置的研制.2017年5月,中国计量科学研究院提交了普朗克常数的测量结果,不确定度为2.4×10~(-7)(k=1),该数据被国际科学数据委员会收入参考数据库.但由于数据的不确定度尚未进入10~(-8)量级,未被用于普朗克常数的定值.目前中国计量科学研究院正对几项主要的不确定度来源进行研究,预计在未来的两年内达可到10-8量级的不确定度.     

用瓦特天平精确测量普朗克常数——重新定义千克

正在美国国家标准与技术研究院(NIST)最新型号的瓦特天平NIST-4已首次完成了普朗克常数(h)的测量,结果是h=6.62606983×10~(-34)J·s。这一高精度的结果足以被用来准确地定义国际单位制中的"千克"。近130年来,千克的国际定义是基于一块铂铱金属,它存放在巴黎国际度量衡局(BIPM)。这个国际千克原器一直被认定是国际单位制(SI)的基础。尽管千克原器的保存环境受到严格控制,铂铱金属其表面仍不可避免地会发生氧化,从而导致质量损耗。科学界一直想用一种基于     

有可能用自然基准来定义“千克”吗?

众所周知,国际单位制(SI单位制)中有7个基本单位,它们是长度单位——米,质量单位——千克,时间单位——秒,电流单位——安培,温度单位——开尔文,发光强度——坎德拉和物质之量——摩尔。除了质量单位——千克外,其余6个单位都给定了明确的科学定义,例如: 1967年第十三届国际计量大会重新规定了时间位的定义:“秒是铯-133原子基态的两个超精细能及之间跃迁昕对应的辐射的9 192 631 770个周期的持续时间”。 1971年第十四届国际计量大会规定:“摩尔是一系统的物质的量,该系统中所包含的基本单元数与0.012千克碳-12的原子数相等”。 1983年第17届国际计量大会通过了米的新定义,即:“1米是光在真空中在1/299 792 458秒的时间间隔内行程的长度。”这一定义对提高长度的测量精度,保证基准的稳定性和可复现性都十分有利。 现在只剩下质量单位千克还要靠公认的实物——国际千克原器充当基准。这实在是和科学技术日新月异的发展形势极不相称。有人戏称国际千克原器是计量科学中的“末代皇帝”,早就该送进历史博物馆去了。     

一种特殊的单位制——“准自然单位制”

指出了一些文献中关于自然单位制的论述中的不当之处.介绍了一种特殊的单位制——"准自然单位制."它可以看成国际单位制和自然单位制之间的桥梁.证明了通过重新定义基本单位,我们确实可以使基本常数c=h=G=kB=1/4πε0=K=1,通过重新定义摩尔可以导出电子的质量.     

国际单位制基本单位之一：摩尔（mole）——现代计理科学专题之八

摩尔是SI基本单位之一，摩尔对化学和物理计量很重要。摩尔的采纳使化学有了基本单位，从而结束了无量纲的历史。通过阿伏伽德罗常量、摩尔质量等，实现了化学各量之间的换算，同时有可能重新定义质量单位－千克．国际计量界已全面合作，致力于不断提高测量阿伏伽德罗常量的准确度，并已经取得一定成就。当前准确测量阿伏伽德罗常量的技术关键主要是制备高纯的、完美无缺的、超高圆度的单晶硅球；准确测量其直径、圆度、密度、原子量、晶格常量、空穴等。     

质量单位千克定义的历史、现状和发展趋势

自1889年以来,千克的国际原器作为国际单位制(SI)质量单位的定义。这是SI定义基本单位最后一个人工制造的基准,它的重新定义必将影响着几个其他基本单位。文章介绍了瓦特天平的工作原理以及普朗克常数的实验测定。这些结果对物理学和计量学具有重要的意义。     

从三个参照系看“地球—卫星”系统

本文将从太阳、地球和“地球一卫星”系统的质心这三个参照系,来分析哪些守恒定律对“地球-卫星”系统是成立的。 “地球-卫星”系统是处在太阳的引力场中的,这是本文始终在考虑着的一个关键问题。 让我们先计算一下太阳对地球和卫星的吸引力(这是外力),以及地球与卫星之间的相互吸引力(这是内力): 万有引力常数(米2/秒2·千克) 太阳的质量(千克) 太阳中心到地球中心的距离 R=1.496× 1011(米) 地球的质量m=5.98×1024(千克) 地球的半径r=6.37×106(米) 卫星的质量产为10’(千克)的数量级 太阳对地球的引力为 太阳对卫星的引力为 (这里,取…     

为什么把常量称为常数不妥？

<正>2019年3月,科学出版社出版了物理学名词委正式公布的《物理学名词》(第三版)^[1],其中与constant相关的部分术语的中文译名如表1所示。同年5月14日,计量学名词委员会对国际上新公布的关于“千克”、“开尔文”、“摩尔”等SI基本单位的英文定义,发布了《中文新定义》^[2]。     

测普适气体恒量的实验方法

普适气体恒量R,是物理学中的主要常数之一。这里介绍一种适合中学用的实验方法,供参考。一、实验原理质量为m千克、摩尔质量为μ千克/摩尔的理想气体,其状态方程为:(PV)/T=m/μR 用电解水器电解水时,在正负电极上分别析出氧气和氢气,并分别收集在电解水器的两支集气管里。它们的压强P、体积V以及绝对温度T可用常规方法测定。其质量可根据法拉第电解第一定律和第二定律计算,即:     

真空中光速的精密测量——长度单位米定义的基础

自1889年以来,米的国际原器作为国际单位制(SI)长度单位米的定义。1960年,改用氪86的光谱线作为新的定义。1983年,采用了真空中光速和光的频率值作为第三次定义,这是物理量单位用基本物理常数定义基本单位的典型实例。它对用其他基本常数定义其他基本单位起了示范作用,对物理学和计量学具有重要的意义。     

第一性原理计算Al元素含量对高熵合金AlxCoCrCuFeNi的影响

采用第一性原理密度泛函理论,结合平面波赝贽和广义梯度近似(GGA),用虚拟晶体近似(VCA)方法建模,计算了高熵合金Alx CoCrCuFeNi的结构性能、弹性性能及生成热.计算结果表明,高熵合金Alx CoCrCuFeNi的密度随Al元素摩尔含量的增大而减小,晶格常数在Al元素摩尔含量为1时最小.Al元素摩尔含量为2时,高熵合金Alx CoCrCuFeNi符合力学稳定性判据.生成热随Al元素摩尔含量增大而增大,皆为负值的生成热表明高熵合金在热力学条件下稳定.     

贝塔修正光度法分析微量金属配合物溶液性质研究:铅(Ⅱ)-二溴邻羧基偶氮氯膦多配位显色体系

本文采用双波长β修正光度法研究铅(Ⅱ)-二溴邻羧基偶氮氯膦(DBOK-CPA)多配位显色体系,在碱性条件下所生成络合物的组成比Pb2+∶DBOK-CPA为1∶7.配合物的各级真实吸光系数和稳定常数均被测得,在630nm处,络合物真实摩尔吸光系数ε=1.10×104L.mol-1.cm-1,络合物累积稳定常数K=3.04×1034(15℃和离子强度0.1).     

二氢杨梅素-钴配合物的合成及其清除羟基自由基

用分光光度法测定了二氢杨梅素与Co(Ⅱ)反应的配比和条件稳定常数,结果表明,pH=7.4的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中,二氢杨梅素与Co(Ⅱ)配位,采用等摩尔连续变化法测得二氢杨梅素-Co(Ⅱ)配合物的配位比为2∶1,计算得到该配合物的条件稳定常数为6.47×1013L2·mol-2;清除自由基试验结果表明,二氢杨梅素-钴(Ⅱ)配合物清除羟基自由基的能力强于配体二氢杨梅素.     

最年轻的基本量──物质的量

“物质的量”是1971年第十四届国际计量大会(CGPM)在完善国际单位制(SI)时,决定采用的基本量.十五年来,这个最年轻的基本物理量引起了人们的重视.但是,在我国还未得到广泛、正确的使用.许多教材、参考书和译著仍用“摩尔数”代替“物质的量”,这种现象急待纠正.本文试就“物质的量”的定义、表示及其与其它量的关系作一说明并举例谈谈它在物理学中的基本应用一、“物质的量”的定义与表示 “物质的量”是反映物质系统基本单元团多少的物理量;其单位──摩尔(mol)定义为: “物质系统中所包含的基本单元数与0.012kg碳一12的原子数相等,则称…     

贝塔修正光度法分析微量金属配合物溶液性质研究：铅（Ⅱ）—二溴邻 …

本文采用双波长 β修正光度法研究铅 ( ) -二溴邻羧基偶氮氯膦 ( DBOK- CPA)多配位显色体系 ,在碱性条件下所生成络合物的组成比 Pb2 +∶ DBOK- CPA为 1∶ 7。配合物的各级真实吸光系数和稳定常数均被测得 ,在 6 30 nm处 ,络合物真实摩尔吸光系数 ε=1 .1 0× 1 0 4 L· mol- 1 · cm- 1 ,络合物累积稳定常数K=3.0 4× 1 0 34( 1 5℃和离子强度 0 .1 )。     

滚动摩擦角

本文以刚性圆柱体和球体为例，在讨论了刚体作纯滚动时摩擦力的基础上，把摩擦角的概念引入刚体的滚动问题．文中重新定义摩擦角，使其包含一个常数因子，且新定义的摩擦角具有兼容性（静力学中不可滚动物体的常数因子恰好是１），从而使任何刚体不论是否存在滑动都可以用摩擦角来阐述．     

各向同性谐振子升降算符的矩阵元

重新定义各向同性谐振子的四类升降算符后，计算了它们的矩阵元，并且给出了归一化常数． 关键词：     

安培的新时代

<正>一个精准的量子电流源已被设计,用于根据即将重新定义的国际单位制定标电流。计量工作者的本性是保守的,他们知道,一个新测量标准的草率采用可能导致科学和商业领域的混乱。因此,国际单位制(SI)自1960年诞生以来,正在经历的第一次重大修订,是一件大事。两年以后,在巴黎的度量衡大会上,官员们将采用一种新的国际单位制,其中每个单位都可以从几个基本常数的固定值中获得。目前,所有的目光都