الهندسة والآليات > منوعات هندسية
وحدات القياس العالميَّة الجديدة
عُقِد في 16 من تشرين الثاني/ نوفمبر في عام 2018 المؤتمر العالمي السادس والعشرون للأوزان والمقاييس (CGPM) في مدينة فرساي في فرنسا؛ إذ صوت بالإجماع مندوبون يمثلون 60 دولةً على إعادة تعريف أربعٍ من الوحدات الأساسيَّة السبع للنظام الدولي للوحدات (كيلو غرام - متر - ثانية - أمبير- كلفن - مول - شمعة)، المعروف باسم "النظام المتري"، والوحدات التي غُيرت هي: الكيلو غرام والأمبير والكلفن والمول.
واتفقوا على بدء التعامل بالطريقة الجديدة ابتداءً من 20 أيار (مايو) في عام 2019.
يعتمد النظام الدولي للوحدات على نتائج القياس لأية كمية، مثل الحجم الفعلي أو درجة الحرارة أو الوقت.
فقديمًا عُرفت وحدات القياس العالميَّة بالأشياء المادية أو خصائص المواد، مثال ذلك: تعريف وحدة الكيلو غرام بأنَّها أسطوانة صغيرة بقطر 39 مم وارتفاع 39 مم، مصممة من البلاتين بنسبة 90% والأيريديوم بنسبة 10%، وعمرها 139 عامًا.
هذه النسخة تدعى الأنموذج الدولي للكيلو غرام (KPI)، وهي موجودة في قبو المكتب الدولي للأوزان والمقاييس في القرب من مدينة باريس الفرنسية، في البداية كان هناك نسختان من هذه الأسطوانة، ولكن مع مرور الوقت اُستبدلت إحدى هاتين النسختين، وأُضيفت 4 نسخ أخرى.
أمَّا الآن فتوجد 6 نسخ رسمية؛ لهذا السبب لا يخرج العلماء هذه الأسطوانة إلا لقياسها كل فترة أو لعمل نسخة منها واستخدام هذه النسخ بدلًا من النسخة الأصلية.
فمن عام 1889 إلى عام 1993، بلغ متوسط فرق الكتلة بين القطع الأسطوانية المتماثلة نحو 50 ميكروغرامًا لكل قرن، والسبب في هذا التغيير غير معروف وأسباب توقفه في السنوات الأخيرة غير معروفة وربما سيبقى سرًّا.
هذه أحد الأسباب التي جعلت العلماء يسعون إلى تغيير تعريف بعض هذه الوحدات من الحجم المادي إلى حسابات تستند إلى ثوابت أساسية.
فغُير التعريف القديم للكيلو غرام الذي يعتمد على القوة الميكانيكية إلى تعريف يعتمد على قياس كهرومغناطيسي مرتبط بثابت بلانك، ويستند إلى التيار الكهربائي والجهد الكهربائي. باستخدام أداة تسمى توازن كيبل (Kibble Balance)، يُولد تيار كهربائي في ملف لإنتاج حقل مغناطيسي قوي بما يكفي لتحقيق توازن كتلة 1 كيلو غرام.
تتطلب هذه الطريقة قياسًا دقيقًا للجاذبية المحلية التي تختلف باختلاف الارتفاع وعدة عوامل أخرى، كما تتطلب تحريك الملف عن طريق مجال مغناطيسي ذي قوة معروفة وبسرعة معروفة، ومن ثمَّ الربط كذلك مع الثوابت المستخدمة لتحديد الوقت والتردد.
التعريف الحالي للأمبير اُعتمد عام 1948 غير عملي وبسبب ذلك في آخر 30 سنة استخدم المقاييس الكمية مثل تأثير هول الكمومي للحصول على قياسات كهربائية دقيقة، ويعتمد التعريف الجديد على ثابت شحنة الإلكترون، وهذا التغيير يضع القياسات الكهربائية مرة أخرى في النظام الدولي للوحدات.
اُعتمد التعريف الحالي لكلفن عام 1967-1968 وهو الدرجة الثلاثية للماء (triple point of water)، في حين يعتمد التعريف الجديد على المقاييس الكمومية للحركة الذرية وسيُربط بثابت بولتزمان الذي يربط طاقة الجسم بدرجة حرارته، وكذلك على ثوابت بلانك وتواتر السيزيوم.
التعريف الحالي للمول، هو: كمية من المادة في جملة والتي تحتوي على عدد وحدات أساسية مكافئة لعدد الذرات الموجودة في 0.012 كيلوغرام من الكربون 12"، في حين يعتمد التعريف الجديد على قيمة محسنة من ثابت أفوغادرو.
هذه التعريفات الجديدة يُمكن أن تساعدنا مستقبلًا.
ومثال ذلك شركات الأدوية التي تقيس الكتلة على مستوى الميلي غرام، فباستخدام التعريف الجديد للكيلو غرام القابل للتدرج بسلاسة سوف يتمكنون من تصميم الأدوية ودراستها على نحو أدق وبنسبة خطأ أقل.
المصادر: