Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1959, H. 1 - Atomer som mätnormaler, av R G - STFs kurser
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
Atomer som mätnormaler
Den äldsta mätnormalen är människan själv; det äldsta
sättet att utföra mätningar är att jämföra föremåls
dimensioner med den mänskliga kroppens dimensioner. Denna
metod är inte bara synnerligen bekväm — och därför
alltjämt ofta använd för ungefärliga mätningar — den har
också den ovanliga egenskapen att innebära direkt
jämförelse av den kvantitet som skall mätas med en allmänt
accepterad normal. Tyvärr är dimensionerna på
människokroppen inte standardiserade och därför har man varit
tvungen att införa andra normaler. Helt allmänt kan sägas
att varje mätning går ut på att jämföra objektet med
sådana normaler. Dessa ingår dock sällan i själva
mätutrustningen; så gott som varenda modernt instrument
fordrar kalibrering, dvs. jämförelse — vanligen utförd i
flera mellansteg — med primärnormalerna.
Utvecklingen inom fysiken har styrkt den uppfattningen
att alla elektroner eller atomer av en viss bestämd typ
eller alla molekyler av en viss bestämd struktur
sinsemellan är identiskt lika. Det är därför frestande att utnyttja
atomära kvantiteter som primärnormaler. Man skulle
kunna leka med tanken att det i framtiden kommer att talas
om strömmar på 1019 elektroner per sekund eller om att
ett barn blir sänt till affären för att köpa 1028
väteatomvikter bacon. Frågan är huruvida jämförelsen av
ordinära med atomära kvantiteter kan utföras med tillräcklig
noggrannhet, eller något annorlunda uttryckt, huruvida
atomära kvantiteter kan mätas tillräckligt noggrant. Detta
problem ligger dock utanför syftet med denna
framställning. Avsikten är i stället att visa att det håller på att bli
möjligt att bygga mätinstrument i vilka ingår atomära
normaler och som därför inte fordrar någon kalibrering
mot av människor tillverkade normaler. Det är givet att
sådana instrument i princip är överlägsna alla andra
mätinstrument och man kan förutse att instrumenttillverkarna
handlar klokt om de till fullo söker utnyttja alla
möjligheter i detta avseende.
Låt oss börja med att betrakta mätning av längd. Sedan
Michelsons tid kan man med hög noggrannhet på
inter-ferometrisk väg jämföra standardmetern med våglängden
hos en spektrallinje och det är nu fullt möjligt att
acceptera en sådan våglängd som primärnormal för längd.
Kanske kan moderna fotoceller i kombination med elektronisk
räkneteknik göra det möjligt att förenkla interferometrin
så att man skulle kunna bygga instrument med vars hjälp
längder skulle kunna mätas i våglängdsmått.
När det gäller mätning av tid vet man att många atomer
och molekyler, t.ex. ammoniak, har ytterst skarpa och
väldefinierade absorptionslinjer i mikrovågsområdet och
de kan därför användas för frekvensstabilisering av
oscillatorer. Är detta väl gjort kan lägre frekvenser erhållas
genom delning och de kan till slut användas för att driva
ett ur. Sådana "atomklockor" används numera som
synnerligen ändamålsenliga mätinstrument men ytterligare en
del utvecklingsarbete torde erfordras innan astronomerna
kan acceptera dem som primärnormal. Det är dock
knappast någon tvekan om att så kommer att ske. Redan nu
kan vissa atomklockor ge en noggrannhet som åtminstone
i princip är flera storleksordningar högre än den som
kan erhållas genom konventionella metoder. Ett önskemål
är att instrumenttillverkarna skall bygga atomärt
stabiliserade oscillatorer av så enkelt utförande att de kan
användas för vanligt laboratoriebruk. Det kan vara värt att
påpeka att i och med att en våglängd accepteras som
primärnormal för längd och en atomär eller molekylär
frekvens som primärnormal för (invers) tid, så förenklas
bestämningen av ljusets hastighet till en bestämning av
förhållandet mellan två våglängder.
Låt oss nu se på de elektriska normalerna. Ur vår
synpunkt kan vi inte lita på "absoluta" mätningar, eftersom
vi ännu inte har någon atomär metod att mäta massa och
följaktligen ej heller kraft; mera härom nedan. Man skulle
kunna mäta och definiera elektrisk laddning genom att
räkna ett bestämt antal elektroner, men tyvärr kan denna
operation inte utföras med tillräcklig noggrannhet. Trots
detta användes i teoretiska sammanhang elektronens
laddning (elementarladdningen) ofta som normal. Lyckligtvis
finns det en annan möjlighet. Man kan nämligen mäta
magnetfält mycket noga med hjälp av protonspinresonans.
I själva verket visar vätekärnan en mycket skarp
absorp-tionslinje vid en vinkelfrekvens av
(° = 9p2ÄTcH
(1)
där H är magnetfältet i gauss, e elementarladdningen i
elektrostatiska enheter, c ljushastigheten, M protonens
massa och gv en numerisk faktor (5,58552 enligt senaste
mätningar). Måttliga fält ger en ordinär radiofrekvens
(/ = 21,29 MHz för H = 5 000 gauss) och mätningen kan
utföras med en noggrannhet av åtminstone 1 på 10®.
Metoden är allmänt använd för kalibrering av magnetfält
och det finns flera typer av mätutrustningar i marknaden.
Om man mäter frekvens med atomära normaler och sätter
ett fixt värde på gpe/Mc, kan man anse ekv. (1) som en
atomär definition av H. Möjligen skulle det vara enklare
att basera en definition på fria elektroners resonans,
vilken kan mätas med jämförbar noggrannhet (men kräver
mer komplicerad apparatur) och som fås ur
(2)
där ge — 2,002292 och m är elektronens massa;
(gp/ge)-(m/M) är känt mycket exakt, det senaste värdet är
1,519279- 10"3.
Man kan nu konstruera en amperemeter genom att mäta
det magnetfält, som alstras av en standardspole. För stora
strömmar skulle detta kunna bli ett tämligen bra
instrument, men tyvärr skulle det knappast bli möjligt att bygga
in en anordning för interferometrisk mätning av spolens
dimensioner. Hur som helst så bör man utnyttja
möjligheterna till elektriska mätningar med hjälp av
protonspinresonans.
Tyvärr är situationen betydligt mera ogynnsam när det
gäller mätning av massa. Räkning av atomer kan inte
utföras med tillräcklig noggrannhet för att vara praktiskt
användbar. Man skulle kunna använda elektrolytisk
utfällning av silver för definiering av massa och mäta
strömmen genom protonspinresonans. En mera praktisk
anordning är en våg, vid vilken en vikt kompenseras av kraften
mellan strömmar, men noggrannheten skulle bli lägre än
1 på 105. För närvarande är det inte möjligt att bestämma
massa med tillräcklig noggrannhet på basis av atomära
normaler och troligen kommer kilogrammet att bli den
sista konstlade normal som försvinner. Att den
småningom försvinner torde dock vara tämligen säkert. Under
tiden kan man hoppas på utveckling av mätinstrument
baserade på de principer som ovan skisserats (H Casimir
i Philosophical Magazine/Electronics and Control, maj 1958
s. 463—465). RG
STFs kurser. Svenska Teknologföreningens kursprogram
för våren 1959 upptar bland annat följande kurser:
Företagsledning, Sundbyholm november 1958—april 1959,
varav konferens 3 19—21 januari, konferens 4 16—18 februari,
konferens 5 16—19 mars, konferens 6 20—25 april;
Sannolikhetskalkyl och statistiska metoder, Stockholm 26—31
januari; Elektriska distributionssystem inom industrin,
internatkurs 1—6 februari; Elektriska installationer på
byggnadsplatser, Stockholm 9—11 februari; Industriell
elektronik, Stockholm 16—19 mars; Elektriska
isolermaterial, Stockholm 13—15 april; Kylning inom elektrotekniken,
Stockholm 27—29 april; Statistisk analys och
försöksplanering. Stockholm 11—16 maj; Automatiska analysmetoder,
Stockholm 19—-21 maj. Detaljerade program utsändes i
vanlig ordning ca en månad i förväg.
ELTEKNIK 1959 1 5
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
