Відкрити головне меню
Ватові терези лабораторії NIST

Ватові терези (або ваги Кіббла) — прилад для вимірювання маси, який станом на початок 21 ст. забезпечує найвищу точність вимірювання[1]. Назва походить від одиниці вимірювання потужності вата, оскільки вимірювана маса пропорційна потужності електричного струму, який компенсує вагу тіла.

Ідею ватових терезів запропонував 1975 року Б. П. Кіббл з Національної фізичної лабораторії Сполученого Королівства[2].

Принцип діїРедагувати

Терези Кіббла працюють у двох режимах, у першому, статичному (Weighing/Force Mode), тіло, масу якого потрібно виміряти, прикріпляється до котушки, поміщеної в сильне однорідне магнітне поле, напруженістю порядка 0.5 Тл[3], при чому, вісь котушки співпадає із напрямом магнітного поля. Струм у котушці підбирається так, щоб сила Ампера урівноважувала силу тяжіння тіла:

 ,

де B - магнітна індукція, L - довжина провідника у котушці, I - сила струму, m - маса тіла, g - прискорення вільного падіння.

Для калібрування ваги використовують у динамічному режимі (Velocity/Calibration Mode) ту ж котушку переміщають в тому ж магнітному полі з відомою швидкістю v. При цьому виникає електрорушійна сила U:

 .

Таким чином, значення BL стає відомим. Виключаючи з двох рівнянь добуток BL, отримують:

 .

Всі множники цього рівняння, можна визначити надзвичайно точно: струм і напругу за допомогою квантово-електричних ефектів; місцеве гравітаційне поле за допомогою ультра-чутливого пристрою, що називається абсолютним гравіметром; швидкість шляхом відстеження руху котушки за допомогою лазерної інтерферометрії, яка діє в масштабі довжини хвилі лазерного світла. Точність вимірювання цих величин на початок третього тисячоліття настільки висока, що ватові терези за умови фіксованого значення кванту дії – сталої Планка замінили собою еталон кілограма[4]. Високу точність вимірювання напруги можна отримати за допомогою ефекту Джозефсона, а високу точність вимірювання сили струму за допомогою квантового ефекту Холла.

Станом на початок 2011 найвища точність вимірювання досягнута в NIST: відносна похибка становила 3,6×10−8[5].


ВиноскиРедагувати

  1. Materese, Robin (2018-05-14). Kilogram: The Kibble Balance. NIST (en). Процитовано 2019-05-29. 
  2. Kibble, B. P. (1975). У Sanders, J. H.; Wapstra, A. H. Atomic Masses and Fundamental Constants 5. New York: Plenum. с. 545–51. 
  3. BIPM - watt balance. www.bipm.org. Процитовано 2019-05-29. 
  4. Кілограм став нематеріальним: з 20 травня вчені перейдуть на новий стандарт вимірювання ваги. hromadske.ua (uk). Процитовано 2019-05-29. 
  5. Steiner, R. L.;Williams, E. R.; Liu, R.; Newell, D. B. (2007). Uncertainty Improvements of the NIST Electronic Kilogram. IEEE Trans. Instrum. Meas. 56 (2): 592–596. doi:10.1109/TIM.2007.890590.