Обычная электрическая единица

редактировать

A Обычная электрическая единица (или условная единица, где нет риска двусмысленности) является единица измерения в области электричества, которая основана на так называемых «условных значениях» постоянной Джозефсона, постоянной фон Клитцинга., согласованный Международным комитетом мер и весов (CIPM) в 1988 г., а также ΔνCs, используемый для определения секунды. Эти единицы очень похожи по масштабу на соответствующие им единицы СИ, но не идентичны из-за разных значений, используемых для констант. Их можно отличить от соответствующих единиц СИ, выделив символ курсивом и добавив нижний индекс "90" - например, условный вольт имеет символ V 90, поскольку они вошли в международное использование с 1 января 1990 г..

Эта система была разработана для повышения точности измерений: постоянные Джозефсона и фон Клитцинга могут быть реализованы с большой точностью, воспроизводимостью и легкостью и точно определены в терминах универсальных констант e и h. Обычные электрические единицы представляют собой значительный шаг к использованию «естественной» фундаментальной физики для практических целей измерения. Они получили признание в качестве международного стандарта параллельно с системой единиц SI и обычно используются вне физического сообщества как в инженерии, так и в промышленности. Добавление константы c потребуется для определения единиц для всех измерений, используемых в физике, как в системе СИ.

29 лет спустя система СИ перешла к эквивалентным определениям, но со значениями констант, определенными для более точного соответствия старым единицам СИ. Следовательно, обычные электрические единицы немного отличаются от соответствующих единиц СИ, теперь с точно определенными соотношениями.

Содержание

1 Историческое развитие
2 Определение
3 Преобразование в единицы СИ
4 Сравнение с натуральными единицами
5 См. Также
6 Ссылки
7 Внешние ссылки

Историческое развитие

За последние полвека были предприняты несколько значительных шагов для повышения точности и полезности единиц измерения:

В 1967 году тринадцатая Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) определила секунду атомного времени в Международной системе единиц как длительность 9192631770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атом цезия-133.
В 1983 году семнадцатый CGPM переопределил метр с точки зрения секунды и скорости света, установив, таким образом, скорость света ровно 299792458 м / с..
В 1988 году CIPM рекомендовал принять условные значения для постоянной Джозефсона как точно K J-90 = 483597,9 × 10 Гц / В и для постоянная фон Клитцинга равна R K-90 = 25812,807 Ом на 1 января 1990 года.
В 1991 году восемнадцатая CGPM отметила условные значения для постоянной Джозефсона и постоянной фон Клитцинга..
В 2000 году CIPM одобрил использование квантового эффекта Холла со значением R K-90, которое будет использоваться для установления эталонного стандарта
В 2018 году двадцать шестая сессия CGPM решила отменить традиционные значения констант Джозефсона и фон Клитцинга с помощью переопределения базовых единиц СИ в 2019 году.

Определение

Обычные электрические единицы основаны на определенных значениях частоты сверхтонкого перехода цезий-133 , постоянной Джозефсона и постоянной фон Клитцинга, первые два, которые позволяют очень точное практическое измерение времени и электродвижущей силы, и последний, который позволяет очень точное практическое измерение электрического сопротивления.

Const ant	Условное точное значение. (CIPM, 1988; до 2018 г.)	Эмпирическое значение (в единицах СИ). (CODATA, 2014)	Точное значение. (единицы СИ, 2019 г.)
Частота сверхтонкого перехода Cs	Δν (Cs) hfs = 9192631770 Гц		Δν (Cs) hfs = 9192631770 Гц
постоянная Джозефсона	KJ-90 = 483597,9 ГГц / В	KJ= 483597,8525 (30) ГГц / В	KJ= 2 × 1,602176634 × 10 Кл / 6,62607015 × 10 Дж⋅с
постоянная фон Клитцинга	RK-90 = 25812,807 Ом	RK= 25812,8074555 (59) Ом	RK= 6,62607015 × 10 Дж⋅с / (1,602176634 × 10 Кл)

Условное вольт, В 90, является электродвижущая сила (или разность электрических потенциалов), измеренная относительно стандарта эффекта Джозефсона с использованием определенного значения постоянной Джозефсона, K J-90 ; то есть соотношением K J = 483597,9 ГГц / V 90. См. стандарт напряжения Джозефсона.
Стандартное Ом, Ом 90 - это электрическое сопротивление, измеренное по стандарту квантового эффекта Холла с использованием определенного значения. постоянной фон Клитцинга, R K-90 ; то есть соотношением R K = 25812,807 Ом 90.
Другие традиционные электрические единицы определяются обычными отношениями между единицами измерения, параллельными единицам СИ, как в таблице преобразования ниже.

Преобразование в СИ. единицы

Единица	Символ	Определение	Относится к SI	Значение SI (CODATA 2014)	Значение SI (2019)
условное вольт	V90	см. Выше	KJ-90 /KJV	1.0000000983 (61) В	1.00000010666... В
условное ом	Ω90	см. выше	RK/RK-90 Ω	1.00000001765 (23) Ω	1.00000001779... Ω
условный ампер	A90	V90/Ω90	KJ-90 /KJ⋅RK-90 /RKA	1.0000000806 (61) A	1.00000008887... A
условный кулон	C90	s ⋅A90= s ⋅V90/Ω90	KJ-90 /KJ⋅RK-90 /RKC	1.0000000806 (61) C	1.00000008887... C
условно ватт	W90	A90V90= V 90/Ω90	(KJ-90 /KJ). ⋅RK-90 /RKW	1.000000179 (12) W	1.00000019553... W
обычный фарад	F90	C90/V90= s /Ω90	RK-90 /RKF	0,99999998235 (23) F	0,99999998220... F
обычный генри	H90	s ⋅Ω90	RK/RK-90 H	1.00000001765 (23) H	1.00000001779... H

Переопределение базовых единиц СИ в 2019 году определяет все эти единицы таким образом, чтобы фиксировать числовые значения K J, R K и Δν Cs точно, хотя и со значениями первых двух, которые немного отличаются от обычных значений. Следовательно, все эти условные единицы имеют известные точные значения в терминах переопределенных единиц СИ. Из-за этого сохранение обычных значений не дает преимущества в точности.

Сравнение с натуральными единицами

Обычные электрические единицы можно рассматривать как масштабированную версию системы натуральных единиц, определяемых как

c = e = ℏ = 1. {\ displaystyle c = e = \ hbar = 1.}

{\ displaystyle c = e = \ hbar = 1.}

Это более общая (или менее конкретная) версия физики элементарных частиц «естественные единицы » или квантовой хромодинамическая система единиц, но без фиксации массы единицы.

В следующей таблице представлено сравнение обычных электрических единиц с другими системами естественных единиц:

Количество		Другие системы					Обычные электрические единицы
Название	Symbol	Planck	Stoney	Schrödinger	Hartree	Electronic	Обычные электрические единицы
Скорость света в вакууме	$с {\ displaystyle c}$ $c$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$1 α {\ displaystyle {\ frac {1} {\ alpha}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {\ alpha}}}$	$1 α { \ displaystyle {\ frac {1} {\ alpha}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {\ alpha}}}$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$299792458 {\ displaystyle 299792458}$ ${\ displaystyle 299792458}$
постоянная Планка	$h {\ displaystyle h}$ $h$	$2 π {\ displaystyle 2 \ pi}$ $2 \ pi$	$2 π α {\ displaystyle {\ frac {2 \ pi} {\ alpha}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {2 \ pi} { \ alpha}}}$	$2 π {\ displaystyle 2 \ pi}$ $2 \ pi$	$2 π {\ displaystyle 2 \ pi}$ $2 \ pi$	$2 π α {\ displaystyle {\ frac {2 \ pi} {\ alpha}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {2 \ pi} { \ alpha}}}$	$4 × 10 - 18 (25812.807) (483597.9) 2 {\ displaystyle {\ frac { 4 \ times 10 ^ {- 18}} {(25812.807) (483597.9) ^ {2}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {4 \ times 10 ^ {- 18}} {(25812.807) (483597.9) ^ {2}}}}$
Приведенная постоянная Планка	$ℏ = h 2 π {\ displaystyle \ hb ar = {\ frac {h} {2 \ pi}}}$ ${\ displaystyle \ hbar = {\ frac {h } {2 \ pi}}}$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$1 α {\ displaystyle {\ frac {1} {\ alpha}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {\ alpha}}}$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$1 α {\ displaystyle {\ frac {1} {\ alpha}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {\ alpha}}}$	$2 × 10 - 18 π (25812.807) (483597.9) 2 {\ displaystyle {\ frac {2 \ times 10 ^ {- 18}} {\ pi (25812.807) (483597.9) ^ {2}}}}$ ${\ displaystyle {\ гидроразрыв {2 \ times 10 ^ {- 18}} {\ pi (25812.807) (483597.9) ^ {2}}}}$
Элементарный заряд	$e {\ displaystyle e}$ $е$	$α { \ displaystyle {\ sqrt {\ alpha}}}$ ${\ sqrt {\ alpha}}$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$2 × 10 - 9 (25812.807) (483597.9) {\ displaystyle {\ frac {2 \ times 10 ^ {- 9}} {(25812.807) (483597.9)}}}$ ${\ displaystyle { \ frac {2 \ times 10 ^ {- 9}} {(25812.807) (483597.9)}}}$
постоянная Джозефсона	$KJ = 2 eh {\ displaystyle K _ {\ text {J}} = {\ frac {2e} {h}}}$ ${\ displaystyle K _ {\ text {J}} = {\ frac {2e} {h}}}$	$α π {\ displaystyle {\ frac {\ sqrt {\ alpha}} {\ pi}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {\ sqrt {\ alpha}} {\ pi}}}$	$α π {\ displaystyle {\ frac {\ alpha} {\ pi}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {\ alpha} {\ pi}}}$	$1 π {\ displaystyle {\ frac {1} {\ pi}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {\ pi}}}$	$1 π {\ displaystyle {\ frac {1} {\ pi}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {\ pi}}}$	$α π {\ displaystyle {\ frac {\ alpha} {\ pi}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {\ alpha} {\ pi}}}$	$483597.9 × 10 9 {\ displaystyle 483597.9 \ times 10 ^ {9}}$ ${\ displaystyle 483597.9 \ times 10 ^ {9}}$
v на константе Клитцинга	$RK = he 2 {\ displaystyle R _ {\ text {K}} = {\ frac {h} {e ^ {2}}}}$ ${\ displaystyle R _ {\ text {K}} = {\ frac {h} {e ^ {2}}}}$	$2 π α {\ displaystyle {\ frac { 2 \ pi} {\ alpha}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {2 \ pi} { \ alpha}}}$	$2 π α {\ displaystyle {\ frac {2 \ pi} {\ alpha}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {2 \ pi} { \ alpha}}}$	$2 π {\ displaystyle 2 \ pi}$ $2 \ pi$	$2 π {\ displaystyle 2 \ pi}$ $2 \ pi$	$2 π α {\ displaystyle {\ frac {2 \ pi} {\ alpha}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {2 \ pi} { \ alpha}}}$	$25812.807 {\ displaystyle 25812.807}$ ${\ displaystyle 25812.807}$
характеристическое сопротивление вакуума	$Z 0 знак равно 2 α RK {\ displaystyle Z_ {0} = 2 \ alpha R _ {\ text {K}}}$ ${\ displaystyle Z_ {0} = 2 \ альфа R _ {\ текст {K}}}$	$4 π {\ displaystyle 4 \ pi}$ ${\ displaystyle 4 \ pi}$	$4 π {\ displaystyle 4 \ pi}$ ${\ displaystyle 4 \ pi}$	$4 π α {\ displaystyle 4 \ pi \ alpha}$ ${\ displaystyle 4 \ pi \ alpha}$	$4 π α {\ displaystyle 4 \ pi \ alpha}$ ${\ displaystyle 4 \ pi \ alpha}$	$4 π {\ displaystyle 4 \ pi}$ ${\ displaystyle 4 \ pi}$	$2 α (25812.807) { \ displaystyle 2 \ alpha (25812.807)}$ ${\ displaystyle 2 \ alpha (25812.807)}$
Электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума)	$ε 0 = 1 Z 0 c {\ displaystyle \ varepsilon _ {0} = {\ frac {1} {Z_ { 0} c}}}$ ${\ displaystyle \ varepsilon _ {0} = {\ frac {1} {Z_ {0} c}}}$	$1 4 π {\ displaystyle {\ frac {1} {4 \ pi}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {4 \ pi}}}$	$1 4 π {\ displaystyle {\ frac {1} {4 \ pi}} \,}$ ${\ frac {1} {4 \ pi}} \,$	$1 4 π {\ displaystyle {\ frac {1} {4 \ pi}} \,}$ ${\ frac {1} {4 \ pi}} \,$	$1 4 π {\ displaystyle {\ frac {1} {4 \ pi}} \,}$ ${\ frac {1} {4 \ pi}} \,$	$1 4 π { \ displaystyle {\ frac {1} {4 \ pi}} \,}$ ${\ frac {1} {4 \ pi}} \,$	$1 2 α (25812.807) (299792458) {\ displaystyle {\ frac {1} {2 \ alpha (25812.807) (299792458)}} \}$ ${\ frac {1} {2 \ alpha (25812.807) (299792458)}} \$
Магнитная постоянная (вакуумная проницаемость)	$μ 0 = Z 0 c {\ displaystyle \ mu _ {0} = {\ frac {Z_ {0}} {c}}}$ ${\ displaystyle \ mu _ {0} = {\ frac {Z_ {0}} {c}}}$	$4 π {\ displaystyle 4 \ pi}$ ${\ displaystyle 4 \ pi}$	$4 π {\ displaystyle 4 \ pi}$ ${\ displaystyle 4 \ pi}$	$4 π α 2 {\ displaystyle 4 \ pi \ alpha ^ {2}}$ ${\ displaystyle 4 \ pi \ alpha ^ {2}}$	$4 π α 2 {\ displaystyle 4 \ pi \ alpha ^ {2}}$ ${\ displaystyle 4 \ pi \ alpha ^ {2}}$	$4 π {\ displaystyle 4 \ pi}$ ${\ displaystyle 4 \ pi}$	$2 α (25812.807) 299792458 {\ displaystyle {\ frac {2 \ alpha (25812.807)} {299792458}} }$ ${\ displaystyle {\ frac {2 \ alpha (25812.807)} {299792458}}}$
Ньютоновская постоянная гравитации	$G {\ displaystyle G}$ $G$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$
Электрон масса	$меня {\ displaystyle m _ {\ text {e}}}$ ${\ displaystyle m _ {\ text {e}}}$	$- { \ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$
энергия Хартри	$E h = α 2 mec 2 {\ displaysty ле Е _ {\ текст {ч}} = \ альфа ^ {2} м _ {\ текст {е}} с ^ {2}}$ ${\ displaystyle E _ {\ text {h}} = \ alpha ^ {2} m _ {\ text {e}} c ^ {2} }$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$1 {\ displaystyle 1}$ $1$	$α 2 {\ displaystyle \ alpha ^ {2}}$ ${\ displaystyle \ alpha ^ {2}}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$
Константа Ридберга	$R ∞ = E h 2 hc {\ displaystyle R _ {\ infty} = {\ frac {E _ {\ text {h}}} {2hc}}}$ ${\ displaystyle R _ {\ infty} = {\ frac {E_ {\ text {h}}} {2hc}}}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$α 4 π {\ displaystyle {\ frac {\ alpha} {4 \ pi}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {\ alpha} {4 \ pi}}}$	$α 3 4 π {\ displaystyle {\ frac {\ alpha ^ { 3}} {4 \ pi}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {\ alpha ^ {3}} {4 \ pi}}}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$
Цезий частота сверхтонкого перехода	$Δ ν Cs {\ displaystyle \ Delta \ nu _ {\ text { Cs}}}$ ${\ displaystyle \ Delta \ nu _ {\ text {Cs}}}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$- {\ displaystyle -}$ ${\ displaystyle -}$	$9 192 631 770 {\ displaystyle 9 \ 192 \ 631 \ 770}$ ${\ display стиль 9 \ 192 \ 631 \ 770}$