• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
24 января
УрФУ
1
2 676

Российские ученые создадут эталонный килограмм

5.1

А именно – отечественную модель весов Киббла. Это высокоточный прибор, который должен стать эталоном массы — килограмма. Физики уже определили основные подходы, которые позволят создать весы с точностными характеристиками, не уступающими лучшим мировым образцам. Разработка позволит усовершенствовать измерительную систему.

Весы Киббла / ©Getty images

Статья с описанием проведенных исследований и их результатов опубликована в журнале «Измерительная техника». На сегодня разработкой и усовершенствованием весов Киббла, помимо России, занимаются США, Канада, Франция, Италия, Швейцария, Великобритания, Турция, Китай, Южная Корея. Создание российского варианта эталонного килограмма — вопрос не только престижа, но и безопасности.

Во-первых, простое заимствование прибора чревато зависимостью от страны-поставщика. Во-вторых, обладание собственным эталоном массы важно для таких сфер, как наука и торговля. В-третьих, процесс создания весов стимулирует развитие национальных технологий. В весах Киббла масса груза определяется в магнитном поле. Проблема в том, что как только в режиме взвешивания груза на катушку подают электрический ток, меняется само магнитное поле. Над решением этой проблемы, в том числе, работают российские специалисты.

Физики изготовили две магнитные системы. Одна из них соответствует «классическому» образцу, принятому в мире: она включает в себя два постоянных магнита, выполненные из металлических порошков, а остальная, большая часть магнитной системы, состоит из магнитомягких материалов (катушка изготавливается из немагнитного материала, чтобы без приложения тока магнитное поле магнитной системы воздействовало на нее как можно меньше).

«Магниты — материалы с линейной текстурой, хрупкие и неоднородные. Тогда как нам необходимо радиальное и очень однородное распределение магнитного поля в так называемом зазоре — воздушном пространстве, в котором перемещается катушка. Для этого мы использовали магнитомягкие элементы, которые и создают необходимую конфигурацию магнитного поля», — объясняет участник исследовательской группы, старший научный сотрудник Отдела магнетизма твердых тел УрФУ Алексей Волегов.

Усовершенствования стали первым этапом решения проблемы. Во второй магнитной системе, изготовленной специалистами УрФУ и УНИИМ, постоянные магниты расположены гораздо ближе к воздушному зазору магнитной системы. Это снизило зависимость магнитного поля от силы электрического тока в ней.

«Перед тем как сконструировать и собрать первую магнитную систему, мы рассчитали ее параметры с помощью метода конечных элементов. А после сборки тщательно измерили распределение магнитного поля в ней, то, как катушка с проволокой движется в системе, какие электродвижущие силы при этом возникают, как сила электрического тока, пропускаемого через катушку, влияет на изменение поля и потокосцепления, то есть суммарного магнитного потока, пронизывающего все витки катушки», — рассказывает Алексей Волегов.

Для сканирования магнитного поля в системе ученые изготовили специальную измерительную установку и проводили измерения в течение двух месяцев по 10-12 часов в сутки. «Благодаря этому сейчас мы четко знаем сильные стороны созданных систем и их недостатки, то, насколько механически точно можно в наших условиях воспроизвести магнитную систему для российского варианта весов Киббла. Испытания системы на макетах весов Киббла в петербургском ВНИИ метрологии показали, что мы движемся в верном направлении», — резюмирует Алексей Волегов.

Следующий этап работы — улучшить однородность магнитного поля и усовершенствовать измерительную систему. И в том, и в другом случае ученые хорошо представляют способы выполнения стоящих перед ними задач.

Отметим, над созданием весов Киббла работают ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) с коллегами из Уральского научно-исследовательского института метрологии — филиала ФГУП «ВНИИМ имени Д. И. Менделеева» (Екатеринбург). Общее руководство и финансирование проекта осуществляет Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстанадарт).

Исследования проводятся по заказу Всероссийского НИИ метрологии имени Д. И. Менделеева (Санкт-Петербург). Петербуржцы отвечают за разработку концепции, механики и алгоритмов работы весов, задача УрФУ и УНИИМ — филиала ФГУП «ВНИИМ имени Д. И. Менделеева» — создать электромагнитную систему.

Стоит напомнить, что современная система мер создана в 1875 году, когда 17 стран, в том числе Российская империя, заключили в Париже Метрическую конвенцию. С тех пор физические «подлинники» метра и килограмма хранятся в штаб-квартире Международного бюро мер и весов в пригороде Парижа — Севре, а странам-участницам конвенции были предоставлены точные копии эталонов.

В 1960 году утверждена Международная система единиц, в которую вошли шесть основных величин: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура и сила света. Спустя десятилетие к ним добавили количество вещества. Посредством этих единиц по соответствующим физическим законам стали определять все остальные величины. Уже в то время из-за возросших требований к точности измерений метрологи стали переходить от физических воплощений (артефактов) эталонов к их выражению через квантовые законы и фундаментальные физические константы. К примеру, за метр приняли расстояние, проходимое электромагнитным излучением за 1 / 299 792 458 м/с.

В конце XX века выяснилось, что решение было верным. Проверки национальных копий эталона килограмма показали, что за прошедший век их массы в сравнении с главным, «севрским» килограммом изменились на ±50 микрограммов: сказались диффузии и испарения вещества, загрязнения в моменты, когда эталоны извлекались из вакуума. Риску деформаций подвержен и «царь-килограмм» — цилиндр, изготовленный из платино-иридиевого сплава. Вместе с тем новые требования к точности и универсальности единиц измерения (особенно в науке) вызвали идею связать их с неизменными фундаментальными константами.

В 2018 году утверждена, а в 2019-м вступила в силу новая версия Международной системы единиц. В соответствии с ней килограмм выражается через постоянную Планка. Измерения производятся с помощью сверхточного и очень сложного прибора, названного весами Киббла — по имени британского физика, метролога и изобретателя Брайана Киббла, создавшего установку в 1975 году.

По прогнозам специалистов, реализация проекта по созданию российских весов Киббла займет не менее пяти лет. Уральский федеральный университет, участвующий в проекте, — один из немногих российских вузов, занимающийся разработкой магнитных систем, это направление развивается в УрФУ на протяжении полувека. История сотрудничества УрФУ с Уральским научно-исследовательским институтом метрологии насчитывает более 40 лет. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Уральский федеральный университет (УрФУ) расположен в Екатеринбурге, выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ). В УрФУ обучается более 36 000 студентов по 334 образовательным программам. Основан 19 октября 1920 года.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
10 часов назад
Александр Березин

Скорее всего, это первое полноценное использование принципиально нового истребителя по его прямому назначению.

23 мая
РНФ

Группа ученых из России и Германии математически описала ситуацию, когда происходит самоостановка света — явление, при котором скорость световых импульсов падает в миллионы раз, вплоть до нуля. Оказалось, что в определенных условиях излучение в резонансно поглощающей среде создает для себя «потенциальную яму», из которой затем не может выйти. Это происходит за счет обволакивания материей безмассовых фотонов, и в результате они могут остановиться.

23 мая
Михаил Орлов

В контексте изменений климата обычно говорят о таянии ледников, однако ученые отмечают, что некоторые крупные скопления льда на Антарктическом полуострове за последние 20 лет заметно выросли. Причиной могут быть изменения атмосферной циркуляции и перераспределение массы антарктических льдов ближе к берегу.

23 мая
РНФ

Группа ученых из России и Германии математически описала ситуацию, когда происходит самоостановка света — явление, при котором скорость световых импульсов падает в миллионы раз, вплоть до нуля. Оказалось, что в определенных условиях излучение в резонансно поглощающей среде создает для себя «потенциальную яму», из которой затем не может выйти. Это происходит за счет обволакивания материей безмассовых фотонов, и в результате они могут остановиться.

20 мая
Мария Азарова

Ученые предупреждают: поскольку вес современных комбайнов и прочей сельхозтехники сегодня приближается к весу самых крупных животных, когда-либо бродивших по Земле, возникает парадокс уплотнения грунта.

10 часов назад
Александр Березин

Скорее всего, это первое полноценное использование принципиально нового истребителя по его прямому назначению.

26 апреля
Василий Парфенов

Крупнейшие патентные ведомства мира десятилетиями или веками принципиально игнорируют любые конструкции, нарушающие начала термодинамики. С точки зрения здравого смысла это хорошо, но конспирологи и гении-самоучки считают иначе. По их мнению, такая политика стала результатом заговора (подставьте сюда любое вымышленное или не очень секретное общество либо лобби). Что ж, похоже, Роспатент встал на их сторону.

27 апреля
Александра Медведева

С помощью GPS-трекинга ученые проследили за перемещениями целой популяции домашних кошек в небольшом норвежском городке. Оказалось, питомцы редко уходят от дома далее 50 метров и почти не совершают длительных прогулок.

28 апреля
Мария Азарова

Авторы нового исследования составили таблицу ожидаемой продолжительностью жизни для собак 18 чистокровных пород и метисов. Кроме того, они узнали, кто живет дольше — суки или кобели, кастрированные или нет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

29.01.2022
-
0
+
И продадут эталонный кило за эталонный рубль(взятый взаймы, Ремарк)с копейками полагаю
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: