Sistema Internacional
Mesurar les coses
1. En esbrinar quins, com i quan es va arribar a definir les unitats bàsiques o fonamentals del sistema internacional i quina és la seva definició actual, utilitzades en les nostres mesures més corrents. Recordeu que n’hi ha set (metre, quilogram, segon, ampere, kelvin, candela i mol).
El Sistema Internacional d'Unitats (SI, provenent del francès Système international d'unités) és el sistema d'unitats més utilitzat al món, tant en ciència com al dia a dia, i és l'evolució del sistema mètric decimal que presentava diferents grups d'unitats com el sistema mks o el cgs.
El SI es va desenvolupar a partir de l'antic sistema mks, i va ser adoptat a l'onzena Conferència General de Pesos i Mesures a París el 1960 i avui en dia és usat a gairebé tot el món amb l'excepció de tres estats: Myanmar, Libèria i els Estats Units
A continuació, teniu la descripció de cadascuna de les unitats bàsiques:
El metre:
L'Acadèmia Francesa de les Ciències va decidir el 1791 adoptar una nova mesura de longitud amb la voluntat que fos universal i que no depengués de les mesures del cos humà com les tradicionals unitats de mesura (peu, pam, braça, colze, passa, etc.) les quals a més a més, tot i tenir el mateix nom tenien valors que variaven entre diferents territoris.
El nou patró, anomenat metre, es va definir com "la deumilonèsima part del quadrant d'un meridià terrestre" tot i que la seva definició ha anat variant al llarg del temps. Des del 1983 s'ha definit com "la longitud del camí que recorre la llum en el buit en un interval de temps d'1/299 792 458 segons".
Curiositat
Per posar fi al caos derivat que cada ciutat tingués el seu patró de mesura, just després de la Revolució Francesa es va decidir que la nova mesura de longitud es basaria en una fracció del meridià que passa per París i Barcelona. La feina va ser encarregada a Pierre Méchain. Per salvar tots els accidents geogràfics del camí es va fer servir el sistema de la triangulació. El patró de longitud obtingut d'aquesta experiència és el metre.
Va ser una expedició molt accidentada, amb la durada de 7 anys, amb problemes tant per una difícil localització dels punts de referència als cims de les muntanyes, com per la situació política ja que va coincidir amb la Guerra del Francès (1808-1814).
Tant sols es van mesurar dues distàncies directament, una d'elles aprop de Perpinyà entre Salces i Vernet. Va mesurar 6.006,25 toesas de Perú (patró utilitzat) que equivalen a 11.706,18 metres.
Si ens hi fixem, a la plaça de les Glòries de Barcelona, trobem una placa que ens narra l'expedició.
El quilogram:
PRESENTACIÓ KG (feta a classe): https://drive.google.com/file/
El quilogram, kilogram o abreviat quilo (kg) és la unitat base de massa del SI. Es definit com "la massa del prototip internacional del quilogram que és gairebé idèntica a la massa d'un litre d'aigua". És l'única unitat base del SI que porta un prefix del SI al nom. També és l'única unitat del SI que encara es defineix en relació a un artefacte, i no a una constant física fonamental que es pugui reproduir en diferents laboratoris.
Des del 1899, el prototip internacional del quilogram és un cilindre fet d'un aliatge de platí i iridi, de 39 mm d'alçada i de diàmetre, que es guarda a l'Oficina Internacional de Pesos i Mesures (França). També existeixen còpies oficials, que es comparen amb el prototip cada 10 anys. Aquestes comparacions han demostrat que l'error en la reproductibilitat de la definició actual és d'aproximadament 2 micrograms. De fet, sembla que el prototip original ha perdut uns 50 micrograms en els darrers 100 anys, sense que se'n sàpiga la causa. Els problemes de la definició actual fan que s'estigui treballant en la recerca d'alternatives basades en alguna constant física.
Imatge generada per ordinador delPrototip internacional del quilogram. Aquest, es conserva al Bureau International des Poids et Mesures, a Sèvres, als afores de París.
Article interessant:
https://www.elperiodico.cat/ca/noticias/opinio/incert-quilogram-pes-724949
El segon:
El segon (s) és una unitat de temps i una de les unitats base del SI. Es defineix com "la duració de 9.192.631.770 períodes de radiació corresponents a la transició entre dos nivells de l'estructura hiperfina de l'estat fonamental del cesi 133".
Històricament el segon es va definir com 1/86400 d'un dia solar mitjà. El 1954 la desena Conferència General de Pesos i Mesures va delegar en el Comitè Internacional de Pesos i Mesures la redefinició amb més precisió de la unitat de temps, el 1956 el Comitè va redefinir el segon en funció de l'any tròpic 1900, ja que la translació de la Terra al voltant del Sol és més estable que la rotació. La definició va ser ratificada a l'11a CGPM del 1960. El 1967, a la 13a. CGPM es va establir la definició actual, basada en l'estructura hiperfina del cesi 133.
(rellotge de sol)
Curiositat:
Per quantificar el temps, primer s'ha de conèixer un fenomen cíclic i regular. El més evident i natural és el transcurs del dia i de la nit, per això totes les cultures han tingut rellotges de sol. Però aquest tipus de rellotges tenen diverses limitacions i, per exemple, no permeten mesurar un interval fix de temps, ja que els rajos solars incideixen sobre la Terra de manera diferent segons l'estació. Un altre rellotge comú en l'antiguitat va ser la "clepsidra", que es basava en el transvasament de líquid d'un recipient a un altre. Aquesta, podia mesurar les hores de nit i intervals fixos de temps. Els rellotges de sorra feien servir un sistema semblant i permetien mesurar intervals en minuts.
(clepsidra)
Els primers rellotges mecànics van aparèixer al segle XIII i van millorar la qualitat de les mesures. Una de les claus de la millora va ser una peça anomenada "escapament", que permetia regular el moviment continu, convertint-lo en un tic-tac. En general, el rellotge es caracteritza per la precisió, és a dir, per la seva exactitud, i per la definició, és a dir, el temps més curt que és capaç de mesurar. Al Renaixement, l'italià Galileo Galilei va estudiar el pèndol i la propietat que té d'oscil·lar amb un període molt regular. L'holandès Christiaan Huygens va construïr el primer rellotge de pèndol. Més endavant, l'anglès John Harrison va crear el cronòmetre, transportable, resistent i precís. Al segle XX es va descobrir el quars, un material que en certes condicions vibra amb un cicle molt estable. Durant la dècada del 1960 es va fer servir el fenomen natural cíclic i regular de la radioactivitat per definir la mesura exacta d'un segon. Actualment hi ha rellotges atòmics, que es basen en propietats d'elements radioactius. També abunden els rellotges digitals, que funcionen gràcies a la vibració del quars i al control dels xips.
L'ampere:
L'ampere o amper (A) és la unitat del SI de la intensitat de corrent elèctric, i és una de les unitats base del SI. Fou anomanada en honor d'André-Marie Ampère (1775-1836), matemàtic i físic francès considerat el pare de l'electromagnetisme.
En termes pràctics, l'ampere és la mesura de la quantitat de càrrega elèctrica que passa per un punt en un circuit elèctric per unitat de temps amb 6.241 × 1018 electrons (un coulomb) per segon. És a dir, el coulomb es defineix en termes de l'ampere: un coulomb és la quantitat de càrrega elèctrica transportada en un corrent d'un ampere que flueix durant un segon.
Galvanòmetre, usat per mesurar el corrent elèctric.
André-Marie Ampère:
(Lyon, 1775-Marsella, 1836) Físic francès. Fundador de l'actual disciplina de la física coneguda com electromagnetisme. Des de ben jove ja va destacar com un prodigi; als dotze anys estava familiaritzat, de forma autodidacta, amb totes las matemàtiques conegudes en el seu tiemps. El 1801 exergeix com a professor de física i química a Bourg-en-Bresse, i posteriorment a París. Impresionat pel seu talent, Napoleó el va promocionar al càrreg de esdevenir inspector general del nou sistema universitari francès, lloc que ocupà fins al final dels seus dies.
El kelvin:
El kelvin (K) és la unitat de temperatura del SI i una de les unitats bàsiques. L'escala Kelvin és una escala de temperatura termodinàmica (absoluta) on el zero absolut, la teòrica absència d'energia, és zero (0 K). Aquesta unitat rep el seu nom en honor al físic, matemàtic i enginyer britànic William Thomson (1824 - 1907), que va ser nomenat Lord Kelvin, i que va escriure sobre la necessitat d'una "escala de temperatura termodinàmica".
(Termòmetre graduat amb graus Celsius i Kelvins).
A diferència dels graus Fahrenheit i dels graus Celsius, el kelvin no es refereix a un "grau", ni tampoc ha d'escriure's amb el símbol dels graus. El nom correcte de la unitat és kelvin (començat amb minúscula), i no grau Kelvin, i el símbol no és tampoc °K com de vegades s'escriu per analogia amb el grau Celsius. El kelvin va ser definit el 1954 com a grau kelvin a la 10ª Conferència General de Pesos i Mesures. Per decisió presa el 1967 a la 13ª CGPM el nom esdevé l'actual kelvin.
William Thomson:
Sir William Thomson (Irlanda, 1824 - Escòcia, 1907), fou un físic, matemàtic i enginyer britànic. Avui dia és més conegut com a Lord Kelvin, va rebre el títol de Baró de Kelvin en honor als seus descobriments i contribucions científiques, el nom procedeix del riu Kelvin, que passa pels jardins botànics de la Universitat de Glasgow (Escòcia) a la qual va treballar. Sens dubte va ser un líder excepcional en l'àmbit de les ciències físiques del segle XIX. Va fer importants treballs en el camp de l'anàlisi de l'electricitat i la termodinàmica i va contribuir molt a la unificació de les disciplines emergents de la física vers la seva forma moderna.
La candela:
La candela (cd) o bugia nova és una de les unitats bàsiques del SI. Mesura la intensitat lluminosa; és a dir, la potència emesa per una font de llum en una direcció donada, basada en la funció de lluminositat (un model estandarditzat de la sensibilitat de l'ull humà
a diferents longituds d'ona). Una espelma, per exemple, produeix una intensitat lluminosa d'aproximadament 1 cd. Tal com passa amb altres unitats del SI, la definició de candela prové de la descripció d'un procés físic. En aquest cas, el procés físic té com a resultat 1 cd d'intensitat lluminosa. La candela va ser definida a la 16a Conferència General de Pesos i Mesures l'any 1979 com "la intensitat lluminosa, en una direcció donada, d'una font de llum que emet radiació monocromàtica de freqüència 540×1012 Hz i que té una intensitat radiada d'1/683 watt per estereoradiant en la mateixa direcció".
Normalment, la cd es sol mesurar am la comparacio de la lluminositat del sol.
El mol:
El mol (mol) és la unitat de quantitat de substància (n) del SI, equival a la quantitat de substància d'un sistema que conté tantes entitats elementals com el nombre d'àtoms contingut en 0,012 kg de carboni-12. S'utilitza per comptar diferents tipus d'entitats elementals: àtoms, molècules, ions, electrons, altres partícules... Per aquest motiu, no és suficient indicar el nombre de mols, sinó que cal concretar a quin tipus de partícules es fa referència. Així l'aigua té una massa molecular relativa Mr = 18,013, per tant una massa d'aigua de 18,013 g conté 1 mol de molècules H2O, però 2 mol d'àtoms d'hidrogen i 3 mol d'àtoms totals.
Per entrendre millor el mol:
