SI-mittayksiköt Martti Heinonen VTT MIKES FINAS-päivä 29.1.2019 National Metrology Institute VTT MIKES
SI järjestelmän uudistus astuu voimaan 20.5.2019 National Metrology Institute VTT MIKES
Sisältö: - SI-järjestelmä: Mikä? Miksi? - SI:n uudistus: Mikä muuttuu? Mitä vaikuttaa? 24.1.2019 VTT beyond the obvious National Metrology Institute VTT MIKES
[Vauva.fi] [NASA] 24.1.2019 National Metrology Institute VTT MIKES 4 [TUKES] [MTV]
SI-jäjitettävyys: yhteiskunnan perusta SI järjestelmä 24.1.2019 VTT beyond the obvious National Metrology Institute VTT MIKES 5
SI-järjestelmä nyt Metri Kilogramma Sekunti Ampeeri Kelvin Mooli Kandela m s -1 N = kg m s -2 Hz = s -1 V = kg m 2 s -3 A -1 lx = cd m -2 Koostuu: 1) perusyksiköistä ja 2) niistä johdetuista johdannaisyksiköistä Etuliitteillä muodostettavista kerrannaisyksiköistä esim. yksi kilometri on tuhat metriä (1 km = 1000 m) 24.1.2019 VTT beyond the obvious National Metrology Institute VTT MIKES 6
Mittayksikköjärjestelmä kehittyy maailman mukana 1889 MKSjärjestelmä (m, kg, s) 1960 Nimeksi Système international d'unités (SI) 2019: Uusi SI 1871: Metrisopimus 1954 Kuusi perusyksikköä m, kg, s, A, K, cd 1971: Mooli 7. perusyksiköksi 24.1.2019 VTT beyond the obvious National Metrology Institute VTT MIKES 7
Uusi aikakausi alkaa 20.5.2019 National Metrology Institute VTT MIKES
kg cd m mol SI 2019 s K A 24.1.2019 VTT beyond the obvious National Metrology Institute VTT MIKES 9
Uuden SI-järjestelmän määritelmä * Kansainvälinen mittayksikköjärjestelmä, SI, on yksikköjärjestelmä, jossa 133 Cs-atomin perustilan ylihienorakennesiirtymän taajuus Cs on 9 192 631 770 s 1 valon nopeus tyhjiössä c on 299 792 458 m s 1 Planckin vakio h on 6,626 070 040 10 34 kg m 2 s 1 alkeisvaraus e on 1,602 176 620 8 10 19 A s Boltzmannin vakio k on 1,380 649 10 23 kg m 2 s 2 K 1 Avogadron vakio N A on 6,022 140 857 10 23 mol 1 monokromaattisen säteilyn taajuudella 540 10 12 Hz valotehokkuus K cd on 683 cd sr kg 1 m 2 s 3 Näiden määrittelevien vakioiden lukuarvot ovat tarkkoja eli niillä ei ole epävarmuutta. 24.1.2019 VTT beyond the obvious * Epävirallinen suomennos National Metrology Institute VTT MIKES 10
Uusi SI Perusyksiköt ovat samat kuin ennenkin: kg, m, s, A, K, mol, cd Kaikki perusyksiköt on määritelty luonnon vakioiden avulla Esim: kilogramma, kg, on massan yksikkö. Sen suuruus määräytyy kiinnittämällä Planckin vakion, h, lukuarvoksi täsmälleen 6,626 070 040 10 34, kun yksikkönä on J s eli kg m 2 s 1 * Yksiköiden käytännön toteuttamiselle laaditaan kansainvälisesti hyväksytyt ohjeet 24.1.2019 VTT beyond the obvious * Epävirallinen suomennos National Metrology Institute VTT MIKES 11
Mikä siis muuttuu? Kilogramma, ampeeri, kelvin ja mooli määritellään uudelleen vakioiden avulla (Planckin vakio h, alkeisvaraus e, Boltzmannin vakio k ja Avogadron vakio N A ) Metri, sekunti ja kandela on määritelty luonnossa esiintyvien vakioiden avulla. Näiden määritelmät säilyvät periaatteessa samoina mutta ne muotoillaan uudelleen Perusyksiköiden toteutustapa ei enää sisälly määritelmään vaan siitä annetaan erilliset ohjeet Uudistuksessa yksiköiden suuruus pysyy samana 24.1.2019 VTT beyond the obvious National Metrology Institute VTT MIKES 12
[G. H. Beastall, CGPM 2018] 24.1.2019 VTT beyond the obvious National Metrology Institute VTT MIKES 13
Uudistuksen vaikutukset Uudistus varmistaa, että yksiköt ovat samat myös tulevaisuudessa mutta entistä tarkemmin... ja entistä laajemmilla mittausalueilla Uudistuksella on välittömiä teknisiä vaikutuksia vain kansallisissa metrologialaitoksissa joita hyödyntävät tarkimman tason mittauksia tarvitsevat Uudistuksella on välittömiä vaikutuksia mm. lainsäädäntöön (mm. EU direktiivi), standardeihin ja opetusmateriaaleihin kouluissa, korkeakouluissa ja yliopistoissa. National Metrology Institute VTT MIKES
Miksi? SI luo luonnon omista säännöistä säännöt mittauksille Yksiköiden sitominen luonnossa esiintyviin vakioihin mahdollistaa yksiköiden toteuttamisen aina tarkimmalla mahdollisella tavalla Nykyiset fyysiseen kappaleeseen ja materiaaliominaisuuksiin perustuvat määritelmät rajoittavat saavutettavaa tarkkuutta Näin myös varmistetaan, ettei yksiköt muutu hyvin pitkänkään ajanjakson kuluessa 24.1.2019 VTT beyond the obvious National Metrology Institute VTT MIKES 15
Miksi? Teknologia kehittyy kiihtyvällä vauhdilla SI-järjestelmän ja metrologian palveluiden pitää uusiutua voidakseen parhaiten tukea teollisuutta ja yhteiskuntaa myös tulevaisuudessa Muutokset tarjoavat ponnahduslaudan tulevalle innovoinnille Uuden SI:n odotetaan ajan mittaan mahdollistavan tekniikoita, joita emme vielä osaa edes kuvitella 24.1.2019 VTT beyond the obvious National Metrology Institute VTT MIKES 16
Uudistuksella tulevaisuuteen SI-järjestelmän kehitys avaa ovia uusille teknologisille ratkaisuille ja tieteellisille löydöksille Esimerkkejä toteutuneista: sekunnin määritelmä (1960) mahdollisti myöhemmin tarkan GPS-navigoinnin metrin määritelmä (1983) osoittautui aikaansa edellä olleeksi, kun taajuuskampa 20 vuotta myöhemmin mahdollisti ensin metrin tarkan ja helpon realisoinnin, minkä jälkeen se on löytänyt lukuisia sovelluksia eri aloilta Näköpiirissä olevat mahdollisuudet kvanttiteknologian sovellukset atomi- ja molekyylitason mittaukset miniatyyritarkkuusanturit uudet fysiikan löydökset 24.1.2019 VTT beyond the obvious 17 National Metrology Institute VTT MIKES
Lisätietoja SI-uudistuksesta: Kansainvälisen paino- ja mittatoimiston BIPM:n sivut: https://www.bipm.org/en/measurement-units/rev-si/ VTT MIKES Tekniikantie 1, Espoo Tehdaskatu 15, Kajaani etunimi.sukunimi@vtt.fi www.mikes.fi www.vtt.fi www.vtt.fi/palvelut/vtt-mikes-metrologia www.facebook.com/mikes.fi/ 24.1.2019 VTT beyond the obvious National Metrology Institute VTT MIKES