كاليبراسيون و اندازه گیری

تعريف و تحقق استاندارد طول

همانطور كه مي دانيد (مطلب مندرج در پست كميت هاي پايه)با تعيين كميت هاي پايه لازمست اين كميت ها بگونه اي عملي تعريف شوند تا از طريق روش هاي اجرائي و آزمايشگاهي آنها را محقق و يك استاندارد پايه براي آنها ايجاد كرد تا بتوان با استفاده از آنها اندازه گيري اين كميت هاي پايه و ساير كميت هاي مرتبط را انجام داد. تعاريف عملي کميتهاي پايه فيزيکي بمرور زمان تغيير مي کنند ، زيرا با ظهور تکنيکهاي جديد اندازه گيري و پيشرفت تکنولوژي ،آنهارا با درستي بالاتري ميتوات محقق وايجاد کرد . در مطلب اين پست به نحوه تحقق كميت پايه طول برمبناي اولين تعريف آن از ۱۸۸۹ ميلادي تا آخرين آن در سال۱۹۸۳ ميلادي پرداخته ميشود. 

اولين استاندارد بين المللي طول در 1889 ميلادي يك ميله از جنس آلياژ پلاتين - ايريديوم بود كه متر استاندارد ناميده مي شد و هنوز هم با همان شرائط 1889 ميلادي در دفتر بين المللي اوزان و مقياسها (BIPM) نگهداري مي شود.

فاصله بين دو شيار ظريف ايجاد شده در نزديكي دو سر اين ميله كه در دماي صفر درجه سلسيوس و بصورت مكانيكي ويژه اي نگهداري مي شد بعنوان يك متر تعريف شده بود.

بطور تاريخي متر، يـك ده ميليونيـم فـاصله قطب شمـال تـا خط استـوا در طول خط مـدار نصف النهار كه از پاريس مي گذرد بوده است. اما اندازه گيري درست اين فاصله پس از تعريف استاندارد متر بر اساس طول ميله ساخته شده نشان داد اختلافي جزئي در حدود 023/0% وجود دارد.

چون استاندارد متر براحتي در دسترس نبود، كپي هاي دقيقي از روي اين استاندارد ساخته شد و به آزمايشگاههاي استاندارد سراسر جهان ارسال گرديد. اين استانداردهاي ثانويه براي كاليبراسيون ساير مترها كه براحتي در دسترس همگان بودند مورد استفاده قرار گرفتند.

ايرادات زيادي منجمله امكان خراب شدن و يا از بين رفتن آن بدلايل مختلفي مانند آتش سوزي و جنگ وجود دارد. حادثه اي كه در مورد مجلس انگلستان در سال 1834ميلادي اتفاق افتاد و منجر به از بين رفتن استانداردهاي اوليه يارد و پوند شد.

همچنين اين استاندارد براحتي هم در دسترس نيست. ايراد ديگري كه به اين استاندارد وارد است درستي مقايسات طولي است كه در طي كاليبراسيون استانداردهاي ثانويه و يا ساير مترها پيش مي آيد. اين مقايسات بر اساس خطوط ظريفي كه با ميكروسكوپ مشاهده مي شوند انجام مي گرفت كه جوابگوي نيازهاي فعلي علوم و تكنولوژي مدرن ديگر نمي باشد.

با زير سؤال رفتن اين استاندارد، پيشنهاد شد كه يك طول موج نوري بعنوان استاندارد طول مدنظر قرار گيرد.

در 1882 ميلادي مايكلسون تداخل سنجي نوري ساخت كه با استفاده از آن طول يا تغيير طول با درستي بسيار زيادي با استفاده از نوارهاي تداخل نوري اندازه گيري مي شد.

مايكلسون توانست نشان بدهد متر استاندارد معادل با 6/1553163 تا طول موج نور قرمز تك رنگ بخصوص كه از يك منبع نور کادميوم خارج مي شود مي باشد. بدليل اين اندازه گيري موفق، مايكلسون در 1907 ميلادي جايزه نوبل را در فيزيك دريافت كرد و باعث شد در 1961 ميلادي متر ميله اي استاندارد منسوخ و طول، تعريف جديدي بر اساس طول موج نور پيدا كند.

در 1960 در طي يازدهمين كنفرانس اوزان و مقياسها يك استاندارد اتمي براي متر در نظر گرفته شد. طول موج تابش نارنجي- قرمز رنگ مربوط به ايزوتوپ ويژه كريپتون 86 که در خلاء در يك لامپ تخليه الكتريكي ايجاد مي شود بعنوان استاندارد اوليه طول انتخاب گرديد.

در اين استاندارد، يك متر معادل 73/1650763 طول موج اين نور تعريف مي شود. براي اينكه اين استاندارد با استاندارد قبلي متر تا جاي ممكن نزديك باشد، از ميله استاندارد اوليه متر و تعداد طول موجهاي فوق كه با درستي زيادي در طول متر ميله اي استاندارد ايجاد شده بودند استفاده شد. اين استاندارد جديد امكان مقايسات طول بميزان ده برابر بهتر از آنچه با متر ميله استاندارد ممكن بود را مي دهد.علاوه بر افزايش دقت در اندازه گيري طول، مزيت ديگر استاندارد جديد كه بر اساس طول موج كريپتون 86 بود ، در دسترس بودن و يكسان بودن طول موج آن در هر کجااز دنياست.

 آخرين تعريف متر در جريان هفدهمين کنفرانس عمومي اوزان و مقياسها ارائه گرديد ،زيرا با درستي بهتري در مقايسه با طول موج کريپتون 86 ميشود آنرا محقق کرد:

 "متر،طول مسافتي است که نور در فاصله زماني  ^1-299792458  ثانيه در خلأ طي مي کند ."

مرجع :

جزوه آموزشي "مباني اندازه شناسي و كاليبراسيون -نسخه ۲ سال ۱۳۸۹" - محسن جزمي