Konvenční elektrická jednotka - Conventional electrical unit - Wikipedia

A konvenční elektrická jednotka (nebo konvenční jednotka kde nehrozí dvojznačnost) je a jednotka měření v oblasti elektřina který je založen na takzvaných „konvenčních hodnotách“ Josephsonova konstanta, von Klitzingova konstanta dohodnuto Mezinárodní výbor pro míry a váhy (CIPM) v roce 1988, stejně jako Δν_Čs slouží k definování druhý. Tyto jednotky jsou svým rozsahem velmi podobné SI jednotky, ale nejsou totožné z důvodu různých hodnot použitých pro konstanty. Odlišují se od odpovídajících jednotek SI nastavením symbolu kurzívou a přidáním dolního indexu „90“ - např. Konvenční volt má symbol PROTI₉₀ - jelikož vstoupily do mezinárodního užívání 1. ledna 1990.

Tento systém byl vyvinut za účelem zvýšení přesnosti měření: Josephsonovy a von Klitzingovy konstanty lze realizovat s velkou přesností, opakovatelností a snadností a jsou přesně definovány z hlediska univerzální konstanty E a h. Konvenční elektrické jednotky představují významný krok k používání „přirozené“ základní fyziky pro účely praktického měření. Dosáhli přijetí jako mezinárodního standardu souběžně s EU SI systém jednotek a běžně se používají mimo komunitu fyziky jak ve strojírenství, tak v průmyslu. Doplnění konstanty C by bylo potřeba definovat jednotky pro všechny dimenze používané ve fyzice, jako v SI.

Systém SI provedl přechod k ekvivalentním definicím o 29 let později, ale s hodnotami konstant definovaných tak, aby přesněji odpovídaly starým jednotkám SI. V důsledku toho se konvenční elektrické jednotky mírně liší od odpovídajících jednotek SI, Nyní s přesně definovanými poměry.

Historický vývoj

V posledním půlstoletí bylo učiněno několik významných kroků ke zvýšení přesnosti a užitečnosti měrných jednotek:

V roce 1967, třináctý Generální konference o vahách a mírách (CGPM) definoval druhý atomového času v mezinárodním systému jednotek jako doba trvání 9192631770 doby záření odpovídající přechodu mezi těmito dvěma hyperjemný úrovně základního stavu atomu cesia-133.^[1]
V roce 1983 sedmnáctý CGPM předefinoval Metr pokud jde o sekundu a rychlost světla, čímž se rychlost světla fixuje přesně 299792458 slečna.^[2]
V roce 1988 doporučil CIPM přijetí konvenčních hodnot pro Josephsonovu konstantu přesně K._J-90 = 483597.9×10⁹ Hz / V^[3] a pro von Klitzingovu konstantu přesně R_K-90 = 258120,807 Ω^[4] od 1. ledna 1990.
V roce 1991 osmnáctý CGPM zaznamenal konvenční hodnoty pro Josephsonovu konstantu a von Klitzingovu konstantu.^[5]
V roce 2000 CIPM schválila použití kvantový Hallův jev, s hodnotou R_K-90 které mají být použity ke stanovení referenčního standardu odolnosti.^[6]
V roce 2018 se dvacátý šestý CGPM rozhodl zrušit konvenční hodnoty Josephsonových a von Klitzingových konstant s Předefinování základních jednotek SI v roce 2019.^[7]

Definice

Konvenční elektrické jednotky jsou založeny na definovaných hodnotách cesium-133 hyperjemná přechodová frekvence, Josephsonova konstanta a von Klitzingova konstanta, první dva, které umožňují velmi přesné praktické měření čas a elektromotorická síla a poslední, která umožňuje velmi přesné praktické měření elektrický odpor.^[8]

Konstantní	Konvenční přesná hodnota (CIPM, 1988; do roku 2018)	Empirická hodnota (v jednotkách SI) (CODATA, 2014^[8])	Přesná hodnota (Jednotky SI, 2019)
¹³³Cs hyperjemná přechodová frekvence	Δν(¹³³Cs)_hfs = 9192631770 Hz		Δν(¹³³Cs)_hfs = 9192631770 Hz^[9]
Josephsonova konstanta	K._J-90 = 4835970,9 GHz / V^[10]	K._J = 4835970,8525 (30) GHz / V	K._J = 2 × 1.602176634×10⁻¹⁹ C/6.62607015×10⁻³⁴ J⋅s
von Klitzingova konstanta	R_K-90 = 258120,807 Ω^[11]	R_K. = 25812.8074555(59) Ω	R_K. = 6.62607015×10⁻³⁴ J⋅s/(1.602176634×10⁻¹⁹ C)²

Konvenční volt, PROTI₉₀, je elektromotorická síla (nebo rozdíl elektrického potenciálu) měřená proti a Josephsonův efekt standard používající definovanou hodnotu Josephsonovy konstanty, K._J-90; tedy vztahem K._J = 4835970,9 GHz /PROTI₉₀. Vidět Josephsonův standard napětí.
Konvenční ohm, Ω₉₀, je elektrický odpor měřený proti a kvantový Hallův jev standard používající definovanou hodnotu von Klitzingovy konstanty, R_K-90; tedy vztahem R_K. = 25812.807 Ω₉₀.
Ostatní konvenční elektrické jednotky jsou definovány normálními vztahy mezi jednotkami paralelními s jednotkami SI, jak je uvedeno v převodní tabulce níže.

Převod na jednotky SI

Jednotka	Symbol	Definice	Souvisí s SI	Hodnota SI (CODATA 2014)	Hodnota SI (2019)
konvenční volt	PROTI₉₀	viz výše	K._J-90/K._J PROTI	1.0000000983(61) V	1.00000010666... V^[12]
konvenční ohm	Ω₉₀	viz výše	R_K./R_K-90 Ω	1.00000001765(23) Ω	1.00000001779... Ω^[13]
konvenční ampér	A₉₀	PROTI₉₀/Ω₉₀	K._J-90/K._J⋅R_K-90/R_K. A	1.0000000806(61) A.	1.00000008887... A^[14]
konvenční coulomb	C₉₀	s ⋅A₉₀ = s ⋅PROTI₉₀/Ω₉₀	K._J-90/K._J⋅R_K-90/R_K. C	1.0000000806(61) C.	1.00000008887... C.^[15]
konvenční watt	Ž₉₀	A₉₀PROTI₉₀ = PROTI₉₀²/Ω₉₀	(K._J-90/K._J)² ⋅R_K-90/R_K. Ž	1.000000179(12) Ž	1.00000019553... Ž^[16]
konvenční farad	F₉₀	C₉₀/PROTI₉₀ = s /Ω₉₀	R_K-90/R_K. F	0.99999998235(23) F.	0.99999998220... F.^[17]
konvenční Jindřich	H₉₀	s ⋅Ω₉₀	R_K./R_K-90 H	1.00000001765(23) H	1.00000001779... H^[18]

Předefinování základních jednotek SI v roce 2019 definuje všechny tyto jednotky způsobem, který opravuje číselné hodnoty K._J, R_K. a Δν_Čs přesně, i když s hodnotami prvních dvou, které se mírně liší od konvenčních hodnot. V důsledku toho mají všechny tyto konvenční jednotky známé přesné hodnoty, pokud jde o nově definované jednotky SI. Z tohoto důvodu neexistuje zachování přesnosti při zachování konvenčních hodnot.

Srovnání s přirozenými jednotkami

Konvenční elektrické jednotky lze považovat za zmenšenou verzi systému přirozené jednotky definováno jako

{ displaystyle c = e = hbar = 1.}

Toto je obecnější (nebo méně specifická) verze částicové fyziky “přirozené jednotky " nebo kvantová chromodynamická soustava jednotek ale bez upevnění jednotkové hmotnosti.

Následující tabulka poskytuje srovnání konvenčních elektrických jednotek s jinými systémy přirozených jednotek:

Množství		Jiné systémy					Konvenční elektrické jednotky
název	Symbol	Planck	Stoney	Schrödinger	Hartree	Elektronický	Konvenční elektrické jednotky
Rychlost světla ve vakuu	${ displaystyle c}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle { frac {1} { alpha}}}$	${ displaystyle { frac {1} { alpha}}}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle 299792458}$
Planckova konstanta	${ displaystyle h}$	${ displaystyle 2 pi}$	${ displaystyle { frac {2 pi} { alpha}}}$	${ displaystyle 2 pi}$	${ displaystyle 2 pi}$	${ displaystyle { frac {2 pi} { alpha}}}$	${ displaystyle { frac {4 krát 10 ^ {- 18}} {(25812,807) (483597,9) ^ {2}}}}$
Snížení Planckovy konstanty	${ displaystyle hbar = { frac {h} {2 pi}}}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle { frac {1} { alpha}}}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle { frac {1} { alpha}}}$	${ displaystyle { frac {2 krát 10 ^ {- 18}} { pi (25812,807) (483597,9) ^ {2}}}}$
Základní poplatek	${ displaystyle e}$	${ displaystyle { sqrt { alpha}}}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle { frac {2 krát 10 ^ {- 9}} {(25812,807) (483597,9)}}}$
Josephsonova konstanta	${ displaystyle K _ { text {J}} = { frac {2e} {h}}}$	${ displaystyle { frac { sqrt { alpha}} { pi}}}$	${ displaystyle { frac { alpha} { pi}}}$	${ displaystyle { frac {1} { pi}}}$	${ displaystyle { frac {1} { pi}}}$	${ displaystyle { frac { alpha} { pi}}}$	${ displaystyle 483597,9 krát 10 ^ {9}}$
von Klitzingova konstanta	${ displaystyle R _ { text {K}} = { frac {h} {e ^ {2}}}}$	${ displaystyle { frac {2 pi} { alpha}}}$	${ displaystyle { frac {2 pi} { alpha}}}$	${ displaystyle 2 pi}$	${ displaystyle 2 pi}$	${ displaystyle { frac {2 pi} { alpha}}}$	${ displaystyle 25812.807}$
Charakteristická impedance vakua	${ displaystyle Z_ {0} = 2 alpha R _ { text {K}}}$	${ displaystyle 4 pi}$	${ displaystyle 4 pi}$	${ displaystyle 4 pi alpha}$	${ displaystyle 4 pi alpha}$	${ displaystyle 4 pi}$	${ displaystyle 2 alpha (25812,807)}$
Elektrická konstanta (vakuová permitivita)	${ displaystyle varepsilon _ {0} = { frac {1} {Z_ {0} c}}}$	${ displaystyle { frac {1} {4 pi}}}$	${ displaystyle { frac {1} {4 pi}} ,}$	${ displaystyle { frac {1} {4 pi}} ,}$	${ displaystyle { frac {1} {4 pi}} ,}$	${ displaystyle { frac {1} {4 pi}} ,}$	${ displaystyle { frac {1} {2 alpha (25812,807) (299792458)}} }$
Magnetická konstanta (propustnost vakua)	${ displaystyle mu _ {0} = { frac {Z_ {0}} {c}}}$	${ displaystyle 4 pi}$	${ displaystyle 4 pi}$	${ displaystyle 4 pi alpha ^ {2}}$	${ displaystyle 4 pi alpha ^ {2}}$	${ displaystyle 4 pi}$	${ displaystyle { frac {2 alpha (25812,807)} {299792458}}}$
Newtonova gravitační konstanta	${ displaystyle G}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle -}$
Elektron Hmotnost	${ displaystyle m _ { text {e}}}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle -}$
Hartreeova energie	${ displaystyle E _ { text {h}} = alpha ^ {2} m _ { text {e}} c ^ {2}}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle 1}$	${ displaystyle alpha ^ {2}}$	${ displaystyle -}$
Rydbergova konstanta	${ displaystyle R _ { infty} = { frac {E _ { text {h}}} {2hc}}}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle { frac { alpha} {4 pi}}}$	${ displaystyle { frac { alpha ^ {3}} {4 pi}}}$	${ displaystyle -}$
Cesium hyperjemná přechodová frekvence	${ displaystyle Delta nu _ { text {Cs}}}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle -}$	${ displaystyle 9 192 631 770}$