24 января 2022, 23:30

Российские ученые создали улучшенный прототип весов Киббла

  • Магнетизм
  • Физика твердого тела
  • Новые методики
Российские ученые создали улучшенный прототип весов Киббла
В УрФУ исследования проводятся под руководством научного сотрудника отдела магнетизма твердых тел Алексея Волегова
Источник: Илья Сафаров

В 1875 году появилась истинно международная система мер и весов: 17 государств подписали Метрическую конвенцию, и тогда же были созданы эталоны для каждой страны-участницы, в том числе эталоны килограмма. Спустя столетие выяснилось, что копии изменились на ±50 микрограммов: сказались диффузии и испарения вещества, загрязнения в моменты, когда эталоны извлекались из вакуума.

Еще до обнаружения «неэталонности» эталонов из-за возросших требований к точности измерений метрологи стали переходить от физических воплощений (артефактов) мер и весов к их выражению через квантовые законы и фундаментальные физические константы. В случае килограмма способен помочь сложный электромеханический прибор — весы Киббла. В чрезвычайно упрощенном виде его можно представить как проволоку, внесенную в магнитное поле магнитной системы устройства и по которой пропускают ток, при этом на ней висит груз. В таком случае выполняется закон Ампера, устанавливающий однозначную связь между массой и электрической мощностью. Проблема в том, что как только на катушку с проволокой подают электрический ток, меняется само магнитное поле, и эксперимент по точному взвешиванию оказывается недостаточно правильным.

Разработкой и усовершенствованием весов Киббла, помимо России, занимаются Великобритания, США, Канада, Франция, Италия, Швейцария, Турция, Китай, Южная Корея. В своей новой работе исследователи Уральского федерального университета с коллегами из Уральского научно-исследовательского института метрологии — филиала ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» улучшили принятое во всем мире устройство магнитной системы весов Киббла. Изначально она включает в себя два постоянных магнита, выполненных из металлических порошков, а остальная часть состоит из магнитомягких материалов (катушка изготавливается из немагнитного материала, чтобы без приложения тока магнитное поле магнитной системы воздействовало на нее как можно меньше). В своем прототипе исследователи расположили постоянные магниты гораздо ближе к воздушному зазору магнитной системы. Это снизило зависимость магнитного поля от силы электрического тока, пропускаемого через проволоку.

Для сканирования магнитного поля в системе ученые изготовили специальную измерительную установку и проводили измерения в течение двух месяцев по 10-12 часов в сутки.

«Благодаря этому сейчас мы четко знаем сильные стороны созданных систем и их недостатки, то, насколько механически точно можно в наших условиях воспроизвести магнитную систему для российского варианта весов Киббла. Испытания системы на макетах весов Киббла в петербургском ВНИИМ показали, что мы движемся в верном направлении», — подводит итог старший научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ Алексей Волегов.

Следующий этап работ будет посвящен улучшению однородности магнитного поля и усовершенствованию измерительной системы.

Источник:  Пресс-служба УрФУ

Публикации из новости

Электромагнитная система для реализации единицы массы
Екатерина Александровна Волегова, Сергей Витальевич Андреев, Николай Владимирович Кудреватых, Виктория Евгеньевна Мальцева, Татьяна Ивановна Маслова, Дмитрий Сергеевич Незнахин, Сергей Владимирович Сердюков, Андрей Николаевич Уржумцев, Алексей С. Волегов
Izmeritel`naya Tekhnika 2021 цитирований: 0