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JORNADAS TÉCNICAS SOBRE METROLOGÍA LEGAL EN NICARAGUAManagua, 28 y 29 de mayo de 2014

El sistema internacional de unidades y recomendaciones para su implementación

Manuel Alegría Sánchez

Director Técnico de CLM

JORNADAS TÉCNICAS SOBREMETROLOGÍA LEGAL EN NICARAGUA

Los avances científicos y técnicos dependen en gran medida de una buena metrología

ya que los principios teóricos que los sustentan se comprueban y validan de forma

experimental midiendo los resultados obtenidos.

La definición de las unidades básicas está evolucionando para basarlas en su totalidad

en constantes fundamentales o invariantes de la naturaleza, buscando la realización

práctica de las mismas con mayor exactitud y menor incertidumbre.

El objetivo final es sustituir los patrones materializados en teoría invariables, por

patrones basados en experimentos físicos “reproducibles” en cualquier tiempo y lugar,

lo que mejorará toda la cadena de trazabilidad hasta llegar a las mediciones que nos

afectan en la vida real.

INTRODUCCIÓN


La metrología cubre tres actividades principales:1.La definición de las unidades de medidainternacionalmente aceptadas.2.La realización de las unidades de medida pormétodos científicos.3.El establecimiento de las cadenas de trazabilidad,refiriendo cualquier medición y su incertidumbre a launidad básica correspondiente, mediante una serieininterrumpida de comparaciones.


El Sistema SI actual está compuesto por las siete magnitudes

básicas longitud, masa, tiempo, intensidad de corriente

eléctrica, temperatura termodinámica, cantidad de sustancia e

intensidad luminosa, con las correspondientes unidades

básicas acordadas por la CGPM, metro, kilogramo, segundo,

amperio, kelvin, mol y candela.


UNIDADES SI BÁSICAS


La idea es ligarlas a constantes universales o invariantes de la naturaleza, como la velocidad de la luz en el vacío (c), la carga del electrón, cuyo valor absoluto constituye la unidad fundamental de carga eléctrica (e), la masa del electrón (me) o la constante de Planck (h). Las primeras unidades básicas beneficiadas hasta ahora de esta aproximación a las constantes universales han sido el segundo, el metro y la candela.


DEFINICIONES Unidad de longitud (metro, m): el metro es la longitud del trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo.

Unidad de tiempo (segundo, s): el segundo es la duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133. Esta definición se refiere a un átomo de cesio en reposo, a una temperatura de 0 K.

Unidad de intensidad luminosa (candela, cd): la candela es la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540 x 1012 hercios y cuya intensidad energética en dicha dirección es de 1/683 vatios por estereoradián.


Un kilogramo es la masa del Prototipo Internacional del Kilogramo CGPM-3-19

Depositado desde 1889 en el BIPM

SITUACIÓN ACTUAL


- No puede ser usado de forma rutinaria por el riesgo de desgaste

- Patrón existente en un único lugar

-Variación a lo largo del tiempo : ≈50 μg/siglo (5x10-8).

- Puede ser dañado o incluso destruido

LIMITACIONES A LA DEFINICIÓN ACTUAL


DERIVA DEL IPK

añoaño

Variación a lo largo del tiempo del IPC respecto a sus 6 copias: -50 µg/siglo (5x10-8 )


Las definiciones de las unidades básicas han de depender de característicasinmutables de la naturaleza.

CONSTANTES FUNDAMENTALES

TENDENCIAS

A e

mol NA

K KB

kg h


-Método de Avogadro: NA

- Balanza de potencia o de watt: h

Experimentos


Relacionar el kilogramo con la masa de un átomo

Contar una gran cantidad de átomos

Estructura cristalina perfecta

ESFERA DESILICIO

MÉTODO DE AVOGADRO


3

8aV

n S=

( )A

28

3

8N

MaVm S Si

⋅=


International Avogadro Coordination


Resultado

“ The value obtained, NA 6.022 140 78 (18) x 1023 mol -1. is the most accurate input

datum for a new definition of the Kilogram”.

Andreas B. et al. Phys. Rev. Lett._2011, 106, 030801


Balanza de potencia ( watt)


Fase de Pesada

BlImg 1=


Fase dinámica

vBlU =2


Balanza de potencia21UImgv =

2121 )/( URUUI =

J

ii KfbU 1⋅= KRRbR =

heKJ

2= 2e

hRK =

42

21hbfUI =


OBJETIVOS 2015

-Reducir la incertidumbre del proyectoAvogadro a 1,5 x 10-8

-Tener dos balanzas de potencia en Europa (LNE y METAS),con una incertidumbre típica relativa de 5 x 10-8


Definición propuesta:“el kilogramo, kg, es la unidad de masa del SI; su magnitud se establece fijando el valor numérico de la constante de Planck para que sea igual a 6,626 068x 10-34 cuando se expresa en unidades de s-1 m2 Kg, lo que es igual a J s” ( Resolución 1,24 CGPM).

Redefinición del Kg

Requisitos:- Tres experimentos independientes consistentes para un nivel de confianza del 95%

- dos con u<5 x 10-8

- uno con u< 2x10-8


Dificultades-Poco probable que la determinación de la constante de Planck en base a Avogadro se vuelva a repetir después del proyecto KNOW.

-Balanza de potencia: es laboriosa y económicamente costosa.

Se espera que cada 10 años haya una comparación clave entre las balanzas de potencia existentes.


Futura trazabilidad para la masaConjunto de artefactos de 1 Kg (BIPM): su media ponderada sea más predecible.

- 4 cilindros de platino iridiado.

- 4 cilindros de acero inoxidable.

- 4 esferas de silicio.

- artefactos para los estudios absorción – desorción.

- están mantenidos en argón, vacío, nitrógeno y aire.


Redefinición

Comparación Internacional entre:

-Balanzas de potencia existentes.

-Resultado del último experimento de Avogadro.

-Prototipo Internacional del Kilogramo (referencia).

Resultado: constante de Planck con incertidumbre

Redefinición: se fija la constante de Planck y se redefinirá el kilogramo con incertidumbre.


RESUMEN El kilogramo continuará siendo la unidad de masa, pero su valor se obtendrá fijando el valor numérico de la constante de Planck h como exactamente igual a 6,626 06X x 10 -34

m2.kg.s-1 es decir, J.s

El amperio continuará siendo la unidad de corriente eléctrica, pero su valor se obtendrá fijando el valor numérico de la carga elemental e como exactamente igual a 1,602 17X x10-19 s.A es decir, C

El kelvin continuará siendo la unidad de temperatura termodinámica, pero su valor se obtendrá fijando el valor numérico de la constante de Boltzmann k como exactamente igual a 1,380 6X x 10-23 m2.kg.s-2.K-1, es decir, J.K-1

El mol continuará siendo la unidad de cantidad de sustancia de una entidad elemental especificada (átomo, molécula, ión, electrón o cualquier otra partícula o grupo especificado de partículas), pero su valor se obtendrá fijando el valor numérico de la constante de Avogadro NA como exactamente igual a 6,022 14X x 1023 mol-1.


RESUMEN


Todos estos avances no representan para el público en general ninguna variación de su

concepto de masa, tiempo o longitud; sin embargo lo importante es acercar este lenguaje

científico a la sociedad con el uso de un lenguaje común basado en las unidades del sistema

internacional.

El proceso a seguir, una vez establecida su obligatoriedad por la Ley sobre metrología, del

18/07/1996 y su Reglamento de 27/11/1997, sería un plan de implantación gradual y

progresivo que contemplaría diversas etapas.

-Establecer su carácter obligatorio en los planes y programas oficiales de educación.

-Establecer su uso obligatorio en todas las disposiciones oficiales, transacciones y

documentos públicos y publicidad estatal, así como sus reglas de escritura.

-Establecer su uso obligatorio en el sistema de calibración como requisitos para la

acreditación.


- En los sectores económicos clave exportadores o sectores específicos, se admitiría el uso

de otras unidades, indicando su equivalencia en unidades del SI.

-Fijar una fecha para que los instrumentos sometidos a control Metrológico del Estado

utilicen de forma exclusiva las unidades del SI(aprobación de modelo).

-Dar un período máximo para seguir utilizando los instrumentos en servicio con las

antiguas unidades, realizando las conversiones oportunas de las cantidades, así como

de los precios unitarios.


FIN DE LA PRESENTACIÓN.MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCIÓN.Mail: [email protected]

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