單位制沿革
古代常以人體的一部分作為長度的單位.例如我國三國時期(公元三世紀初)王肅編的《孔子家語》一書中記載有：“布指知寸,布手知尺,舒肘知尋.”兩臂伸開長八尺,就是一尋.還有記載說：“十尺為丈,人長八尺,故曰丈夫.”可見,古時量物,寸與指、尺與手、尋與身有一一對應的關系.
西方古代經(jīng)常使用的長度單位中有所謂的“腕尺”,約合52～53厘米,與從手的中指尖到肘之間的長度有密切關系.
也有用實物作為長度單位依據(jù)的.例如,英制中的英寸來源于三粒圓而干的大麥粒一個接一個排成的長度.
多少年來世界各國通行種類繁多的長度單位,甚至一個國家或地區(qū)在不同時期采用不同的長度單位,雜亂無章,極不統(tǒng)一,對商品的流通造成許多麻煩.所以,隨著科學技術的進步,長度單位逐漸趨于統(tǒng)一,這個進程早在幾百年前就已經(jīng)開始了.
1790年法國國民議會通過決議,責成法國科學院研究如何建立長度和質(zhì)量等基本物理量的基準,為統(tǒng)一計量單位打好基礎.次年,又決定采用通過巴黎的地球子午線的四分之一的千萬分之一為長度單位,選取古希臘文中“metron”一詞作為這個單位的名稱,后來演變?yōu)椤癿eter”,中文譯成“米突”或“米”.從1792年開始,法國天文學家用了7年時間,測量通過巴黎的地球子午線,并根據(jù)測量結(jié)果制成了米的鉑質(zhì)原器,這支米原器一直保存在巴黎檔案局里.
法國人開創(chuàng)米制后,由于這一體制比較科學,使用方便,歐洲大陸各國相繼采用.
后來又作了測量,發(fā)現(xiàn)這一米原器并不正好等于地球子午線的四千萬分之一,而是大了0.2毫米.人們認為,以后測量技術還會不斷進步,熱必會再發(fā)現(xiàn)偏差,與其修改米原器的長度,不如就以這根鉑質(zhì)米原器為基準,從而統(tǒng)一所有的長度計量.
1875年5月20日由法國政府出面,召開了20個國家政府代表會議,正式簽置了米制公約,公認米制為國際通用的計量單位.同時決定成立國際計量委員會和國際計量局.到1985年10月止,米制公約成員國已有47個.我國于1977年參加.
國際計量局經(jīng)過幾年的研究,用含鉑90%、銥10%的合金精心設計和制成了30根橫截面呈X琪的米原器.這種形狀最堅固又最省料,鉑銥合金的特點則是膨脹系數(shù)極小.這30根米原器分別跟鉑質(zhì)米原器比對,經(jīng)過遴選,取其中一根作為國際米原器.1889年,國際計量委員會批準了這項工作,并且宣布：1米的長度等于這根截面為X形的鉑銥合金尺兩端刻線記號間在冰融點溫度時的距離.
其余一些米原器都與國際米原器作過比對,后來大多分發(fā)給會員國,成為各國的國家基準,以后每隔幾十年都要進行周期檢定,以確保長度基準的一致性.
然而實際上米原器給出的長度并不一定正好是1米,由于刻線工藝和測量方法等方面的原因,在復現(xiàn)量值時總難免有一定誤差,這個誤差不小于0.1微米,也就是說,相對誤差可達1×10e(-7).時間長了,很難保證米原器本身不會發(fā)生變化,再加上米原器隨時都有被破壞的危險.所以,隨著科學與技術的發(fā)展,人們越來越希望把長度的基準建立在更科學、更方便和更可靠的基礎上,而不是以某一個實物的尺寸為基準.光譜學的研究表明,可見光的波長是一些很精確又很穩(wěn)定的長度,有可能當作長度的基準.19世紀末,在實驗中找到了自然鎘(Cd)的紅色譜線,具有非常好的清晰度和復現(xiàn)性,在15攝氏度的干燥空氣中,其波長等于 y=6438.4696×10e(-10)米.
1927年國際協(xié)議,決定用這條譜線作為光譜學的長度標準,并確定1米＝1553164.13yCd,人們第一次找到了可用來定義米的非實物標準.
科學家繼續(xù)研究,后來又發(fā)現(xiàn)氪( 86 Kr)的橙色譜線比鎘紅線還要優(yōu)越.1960年,在第十一屆國際計量大會上,決定用氪(86Kr)橙線代替鎘紅線,并決定把米的定義改為：“米的長度等于相當于氪(86Kr)原子的2P10到5d5能級之間躍遷的輻射在真空中波長的1650763.73倍.”
這個基準的精確度相當高,相對誤差不超過4×10e(-9),相當于在1千米長度測量中不差4毫米.
但是原子光譜的波長太短,又難免受電流、溫度等因素的影響,復現(xiàn)的精確度仍受限制.60年代以后,由于激光的出現(xiàn),人們又找到了一種更為優(yōu)越的光源,用激光代替氪譜線,可以使長度測量得更為準確.只要確定某一時間間隔,就可從光速與這一時間間隔的乘積定義長度的單位.80年代,用激光測真空中的光速c,得c＝299792458米／秒.
1983年10月第十七屆國際計量大會通過了米的新定義：“米是光在真空中1／299792458秒的時間間隔內(nèi)所經(jīng)路程的長度”.新的米定義有重大科學意義.從此光速c成了一個精確數(shù)值.把長度單位統(tǒng)一到時間上,就可以利用高度精確的時間計量,大大提高長度計量的精確度.
回答者：廣東省考生 - 秀才 二級 1-16 06:07
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