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Boreau international des poids et mesures

Inutile sperare in sconti della bilancia, il chilogrammo cambia ma nessuno se ne accorgerà. La 26ma Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure riunita a Versailles, vicino a Parigi, ha ratificato ufficialmente la variazione delle sette unità di misura fondamentali, secondo delle definizioni che entreranno in vigore in tutto il mondo a maggio del 2019.

La revisione delle unità di misura fondamentali, di cui si parla da diversi anni, era iniziata con una chiamata a raccolta dei principali istituti internazionali – tra cui il nostro Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (Inrim) – e si è conclusa, appunto, all’ultimo incontro della Cgpm. Si tratta della più importante ridefinizione del Sistema Internazionale delle Unità di Misura dalla fondazione dell’ente, avvenuta quasi 60 anni fa.

Saranno abrogate le definizioni di tutte le unità di misura fondamentali – il Chilogrammo (massa), l’Ampere (corrente elettrica), il Kelvin (temperatura), la Mole (quantità di sostanza), il Secondo (tempo), il Metro (lunghezza) e la Candela (luminosità). Ma, in particolare, le definizioni di Chilogrammo, Ampere, Kelvin e Mole saranno sostituite mentre quelle di Secondo e Candela saranno riviste formalmente. Unico ‘supersite’ il metro, ma solo perché era stato il primo a essere cambiato, nel 1983.

 

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Tutte le unità di misura dipenderanno ora da costanti

L’obiettivo della ridefinizione delle quattro unità fondamentali è di renderle dipendenti da costanti fisiche universali e riproducibili in ogni luogo e in ogni momento e non più da specifici materiali, in modo da evitare gli arrotondamenti dovuti all’alterazione nel tempo degli stessi.

Il caso più emblematico è quello del chilogrammo di riferimento. L’International Prototype KilogramScarpa Scarpa Antinfortunistica Nike Scarpa Nike Antinfortunistica, un cilindro di platino iridio conservato nell’Ufficio Internazionale dei Pesi e delle Misure di Parigi e replicato nel 1884 in 40 copie sparse per il mondo non pesa più un chilogrammo esatto. È stato dimostrato, infatti, che il materiale è cambiato nel tempo provocando una variazione di misura di meno di 100 microgrammi.

Una differenza certamente non percepibile da una bilancia, ma che può provocare errori nelle misurazioni in ambito industriale. Così si è deciso di evitare il riferimento a materiali che possono modificarsi nel tempo e ripensare tutte le definizioni a partire da costanti fisiche che, per definizione, non cambiano.

Ecco il video ufficiale dell’Isituto Internazionale dei Pesi e delle Misure (Bipm)

Ed ecco come sono ora definite le unità di misura

  1. Mi raccomando, Cesio tagliato “iperfine”
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Per generare un Secondo, l’unità di misura del tempo nel Sistema Internazionale, ci serve un atomo di Cesio 133 e una “transizione tra due livelli iperfini di quell’atomo nello stato fondamentale impeturbato”. Il Cesio 133 è l’unico isotopo naturale e stabile del Cesio. Proprio per questo è un buon elemento per una misura costante e si può riprodurre, per esempio, a partire da una fissione nucleare. Il Cesio è un metallo alcalino recuperabile in diversi minerali, se ne trova in abbondanza nel Lago Bernic, nella regione canadese Manitoba. La transizione iperfine, invece, è una debole interazione magnetica tra gli elettroni e il nucleo di un atomo.

  1. Per misurare il metro, accendi la luce

Il Metro, unità di misura di lunghezza, si definisce come il cammino percorso dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo della durata di 1/299.792.458 secondi. Grazie a questa definizione non c’è più da sbagliare, poiché si regge su una costante, la velocità della luce nel vuoto. D’altronde, per misurare qualcosa ci vorrà pure un po’ di luce, no? Questa definizione risale al 1983; prima la situazione era un po’ come quella del kg: un campione standard in platino iridio, creato nel 1799 in Francia (in piena epoca rivoluzionaria) che in teoria indicava 1/10.000.000 del quarto del meridiano terrestre (compreso fra il polo nord e l’equatore) che passava per Parigi.

  1. Meno male che c’è (stato) Planck
Uno dei vecchi campioni di barrette di platino-iridio con cui si misurava il kg. Wikipedia

Per ridefinire il chilogrammo (l’unità di misura della massa), si manda in soffitta l’inaffidabile platino iridio, uno degli elementi più rari sulla Terra, e ci si riferisce alla costante di Planck18 Mia 18303 996 Bag Donna Piombo Borsa Cartella Leather Fw Catena Intreccio PtdqwWHSW e alle unità di lunghezza e di tempo già specificate. Inserita nell’equazione che fornisce la quantità di energia scambiata con l’ambiente da un atomo data la sua frequenza di oscillazione, la costante di Planck ha salvato i fisici dall’incubo del Corpo Nero e ha permesso enormi evoluzioni per la meccanica quantistica. Indipendente da qualsiasi grandezza fisica, si può dire che rappresenti l’azione minima elementare, ovvero per questo ogni grandezza fisica a essa legata può avere un’evoluzione discreta. Ebbene, il nuovo chilogrammo viene espresso da una formula in cui compaiono ben tre costanti, così stiamo tranquilli: h, la costante di Planck, c, la velocità della luce nel vuoto e la frequenza del Cesio di cui sopra.

  1. Dammi la carica
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L’Ampere, unità di misura della corrente elettrica oggi si definisce come la corrente elettrica corrispondente a un flusso di 1/1,6021766208×10(-19) cariche elementari per secondo. Anche in questo caso la definizione di secondo ci garantisce la precisione e il valore della carica elementare, espresso da quel numero, non crea nessun tipo di ambiguità. Per misurarla come ha fatto Millikan nel 1909 ci serve una goccia d’olio e un apparato sperimentale composto da un condensatore capace di generare un campo elettrico. Dalle misure note della velocità delle goccioline d’olio che cadono all’interno del condensatore, e da altre misure note, si ricava il valore della carica elementare.

  1. Un grazie postumo a Boltzmann

Anche il Kelvin, l’unità di misura della temperatura termodinamica è stata ridefinito a partire da chilogrammo, metro e secondo e introducendo la costante di Boltzmann. Per come sono state definite le altre unità di misura rispetto a costanti come quella di Planck, la velocità della luce nel vuoto e la frequenza del Cesio, siamo in una botte di ferro. La costante introdotta in onore degli studi effettuati da Boltzmann dal 1877 sul rapporto tra entropia e probabilità è merito, ancora una volta, di Max Planck che, in una botta sola introdusse i due valori su cui oggi si poggiano praticamente tutte le unità di misura del Sistema Internazionale. La costante stabilisce la corrispondenza tra grandezze della meccanica statistica e della termodinamica come, per esempio, tra temperatura ed energia termica garantendone l’uniformità dimensionale.

  1. Quando c’è sostanzaScarpa Nike Antinfortunistica Antinfortunistica Nike Scarpa Scarpa

La Mole è l’unità di misura della quantità di sostanza di un’entità elementare (atomo, molecola, ione, elettrone). In questo caso la costante introdotta è quella di Avogadro, ovvero il numero di particelle, atomi, ioni o molecole, contenute in una mole (6,022140857×10(23) mol(-1). La mole sarà così, in pratica, il rapporto tra quel numero e sé stesso. Il numero di Avogadro, invece, una quantità adimensionale che corrisponde al numero di atomi di carbonio isotopo 12 presenti in 12 grammi della sostanza, ovvero 6,022×10(23). Per misurarlo nessun problema: il carbonio è il tredicesimo elemento più abbondante sulla Terra.

  1. Rimetta a posto la candela
Una candela di cera. Agf

Infine, la Candela, l’unità di misura dell’intensità luminosa in un determinata direzione. Nella nuova definizione si mettono in gioco la solita costante di Planck e la frequenza del Cesio, oltre al valore numerico dell’efficienza luminosa di una radiazione elettromagnetica monocromatica di frequenza fissata in 540×10(12) Herz. Ma, se vogliamo, possiamo continuare a riferirci all’intensità luminosa di una candela di cera, tenendo conto che la luce di una normale lampadina a incandescenza da 100 Watt equivale a quella di circa 130 candele di cera.

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