Come sono definite le unità di misura SI ?

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Il secondo è la durata di 9 192 631 770 periodi della radiazione emessa dall’atomo di Cesio 133 nella transizione tra i due livelli iperfini (F=4, M=0) e (F=3, M=0) dello stato fondamentale 2S(1/2).


 Il 133Cs ha un nucleo formato da 55 protoni e 78 neutroni. Lo stato fondamentale è lo stato in cui un atomo ha la configurazione elettronica di minima energia. La suddivisione dello stato fondamentale in livelli iperfini è dovuta all’interazione degli elettroni con il momento magnetico del nucleo; la differenza in energia DE tra i livelli iperfini è molto piccola rispetto alla differenza in energia tra i livelli principali dell’atomo.
Durante la transizione tra due livelli di energia l’atomo emette onde elettromagnetiche di frequenza n=DE/h, corrispondente ad una lunghezza d’onda l=c/n e un periodo T=1/n; h è la costante di Planck e c è la velocità delle onde elettromagnetiche nel vuoto.
La radiazione emessa dal 133Cs durante la transizione in questione ha frequenza n =1010 Hz e lunghezza d’onda l = 3 cm (cade quindi nella regione delle microonde). Il secondo è pertanto definito come un multiplo intero del periodo T=1/n della radiazione emessa dal cesio.
Il campione primario del secondo è costituito da un orologio al cesio. Un orologio al cesio può commettere un errore massimo relativo di 1×10-12, equivalente a 1 ms ogni 12 giorni.
 
Il metro è la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo di 1/299 792 458 di secondo.

La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto (velocità della luce) è una costante fondamentale della Fisica. Con la definizione del metro introdotta nel 1983, il suo valore è assunto come esatto (cioè privo di incertezza) e immodificabile: c = 299 792 458 m/s.
Per la realizzazione pratica del campione di metro, è raccomandato l’uso della radiazione monocromatica emessa da un laser ad elio-neon nella regione del rosso visibile (lunghezza d’onda l= 633 nm).
  

 

Il kilogrammo è la massa del prototipo internazionale conservato al Pavillon de Breteuil (Sevres, Francia).

E` l’unica unità fondamentale del SI basata su un campione artificiale. Si tratta di un cilindro di platino-iridio di 38 mm di diametro e di altezza, custodito in una tripla teca sotto vuoto insieme ad altre 6 copie di riscontro, nelle condizioni stabilite dalla 1a CGPM del 1889.
La precisione relativa del campione è dell’ordine di 10-9.
E’ allo studio la possibilità di introdurre un campione naturale di massa basato su proprietà atomiche.
 

Il kelvin è la frazione 1/273.16 della temperatura termodinamica del punto triplo dell’acqua.

Per punto triplo di una sostanza si intende lo stato termodinamico in cui sono in equilibrio le tre fasi liquida, solida e gassosa.

Il punto triplo dell’acqua si verifica ad una pressione di 610 Pa e (per definizione) ad una temperatura di 273.16 K, pari a 0.01 °C.
La precisione della determinazione della temperatura del punto triplo dell’acqua è di circa 1×10-6.
La temperatura termodinamica assoluta è definita in relazione al rendimento di un ciclo termodinamico ideale, il ciclo di Carnot; la sua misurazione è ricondotta alla misurazione di un rapporto tra quantità di calore, o più in generale di un rapporto tra due valori di un’altra grandezza direttamente misurabile.
 

 

La mole è la quantità di sostanza che contiene tante entità elementari quanti sono gli atomi in 0.012 kg di Carbonio 12.

Quando si usa la mole, deve essere specificata la natura delle entità elementari, che possono essere atomi, molecole, ioni, elettroni, altre particelle o gruppi specificati di tali particelle.Il 12C è l’isotopo più abbondante del carbonio: il nucleo atomico è composto da 6 protoni e 6 neutroni.
Quando si usa la mole è necessario specificare la natura delle entità elementari cui ci si riferisce: n mol di atomi, opp. di molecole, opp. di ioni, etc.
Il numero di entità elementari che costituiscono 1 mole è detto Numero di Avogadro; il suo valore approssimato è NA= 6.022×1023.
 

 

L’ ampere è la corrente che, se mantenuta in due conduttori paralleli indefinitamente lunghi e di sezione trascurabile posti a distanza di un metro nel vuoto, determina tra questi due conduttori una forza uguale a 2×10-7 newton per metro di lunghezza.
 

L’ampere è definito con riferimento alla legge che dà la forza di interazione F tra due conduttori paralleli di lunghezza s posti a distanza d e percorsi rispettivamente dalle correnti I1 e I2:
F = 2 km I1 I2 s/d,
imponendo alla costante km il valore numerico 10-7.
In genere km viene espresso in funzione della permeabilità magnetica del vuoto m0: km=m0/4p.
Secondo la definizione S.I., l’ampere può essere realizzato mediante un elettrodinamometro, ciè uno strumento che misura la forza tra due conduttori percorsi da corrente.Nella pratica si preferisce far ricorso alla legge di Ohm I=V/R e realizzare l’unità di corrente (ampere) come rapporto tra le unià di differenza di potenziale (volt) e di resistenza (ohm).
I campioni del volt e dell’ohm sono oggi realizzati ricorrendo a due fenomeni quantistici, rispettivamente l’effetto Josephson e l’effetto Hall quantistico.
 

 

La candela è l’intensità luminosa, in un’assegnata direzione, di una sorgente che emette una radiazione monocromatica di frequenza 540×1012 Hz e la cui intensità energetica in tale direzione è 1/683 W/sr.  

La fotometria misura le proprietà della radiazione elettromagnetica nell’intervallo di sensibilità dell’occhio umano (la cosiddetta luce visibile). L’occhio umano medio è sensibile alla radiazione elettromagnetica con lunghezze d’onda comprese tra circa 400 nm e circa 750 nm (rispettivamente colori violetto e rosso). Il massimo di sensibilità si ha per una lunghezza d’onda di circa 556 nm, corrispondente ad una frequenza di 540×1012 Hz.
L’intensità luminosa è la grandezza fondamentale della fotometria. L’intensità luminosa corrisponde all’energia emessa da una sorgente nell’unità di tempo e nell’unità di angolo solido, pesata dalla curva media di sensibilità dell’occhio umano.
Fonte primaria: science.unitn.it

 

 

 

 

 

 

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