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.: Redefinição do SI - FAQ :.

 

1 - As sete grandezas de base e as unidades de base do SI atual vão mudar no SI Revisado?

Não, as sete grandezas de base e as unidades de base permanecerão inalteradas.

 

2 - As 22 unidades derivadas coerentes com nomes e símbolos especiais vão mudar?

Não, as 22 unidades derivadas coerentes com nomes e símbolos especiais permanecerão inalteradas no SI Revisado.

 

3 - Os nomes e símbolos dos prefixos múltiplos e submúltiplos (kilo¹ para 10³, mili para 10−³, etc.) vão mudar no SI Revisado?

Não, os nomes e símbolos dos prefixos permanecerão inalterados.

 

4 - As magnitudes de qualquer uma das unidades mudam no SI Revisado?

Não.

 

5 - Nesse caso, o que vai mudar?

O quilograma, kg; ampere, A; kelvin, K, e mol, mol, terão novas definições, mas serão escolhidas de tal modo que, no momento da mudança, as magnitudes das novas unidades serão idênticas às das unidades antigas.

 

6 - Então, por que mudar para novas definições?

Definir o quilograma em termos de constantes físicas fundamentais garantirá sua estabilidade em longo prazo e, portanto, sua confiabilidade, que está atualmente em dúvida. As novas definições do ampere e do kelvin melhorarão significativamente a exatidão com a qual medições de massa, elétricas e de temperatura radiométrica podem ser feitas. O impacto nas medições elétricas será imediato: as medições elétricas mais precisas são sempre feitas usando os efeitos Josephson e Hall quântico, e a fixação dos valores numéricos de h e e nas novas definições das unidades levará a valores exatamente conhecidos para as constantes de Josephson e de von Klitzing. Isso eliminará a necessidade atual de usar unidades elétricas convencionais em vez de unidades SI para expressar os resultados de medições elétricas. O fator de conversão entre a radiância medida e a temperatura termodinâmica (a constante de Stefan-Boltzmann) será exato usando as novas definições do kelvin e do quilograma, levando à melhoria da metrologia de temperatura à medida que a tecnologia avança. A definição revisada do mol é mais simples do que a definição atual, e ajudará os usuários do SI a entender melhor a natureza da grandeza “quantidade de substância” e sua unidade, o mol.

 

7 - E quanto às definições do segundo, s; metro, m; e candela, cd?

As definições do segundo, s; metro, m; e candela, cd, não serão alteradas, mas a maneira como elas são expressas será revisada para torná-las consistentes, na forma, com as novas definições para o quilograma, kg; ampere, A; kelvin, K, e mol, mol.

 

8 - Como você pode fixar o valor de uma constante fundamental como h para definir o quilograma, e e para definir o ampere, e assim por diante? Como você sabe a qual valor fixá-los? E se acontecer de você escolher o valor errado?

Nós não fixamos – ou mudamos – o valor de qualquer constante que usamos para definir uma unidade. Os valores das constantes fundamentais são constantes da natureza e nós apenas fixamos o valor numérico de cada constante quando expresso em sua unidade SI. Fixando seu valor numérico, definimos a magnitude da unidade na qual medimos essa constante no presente.
Exemplo: Se c é o valor da velocidade da luz, {c} é o seu valor numérico, e [c] é a unidade, de modo que:

c = {c} [c] = 299 792 458 m/s

então o valor c é o produto do número {c} vezes a unidade [c], e o valor nunca muda. No entanto, os fatores {c} e [c] podem ser escolhidos de maneiras diferentes, de modo que o produto c permaneça inalterado.
Em 1983, decidiu-se fixar o número {c} como exatamente 299 792 458, que então definiu a unidade de velocidade [c] = m/s. Como o segundo, s, já estava definido, o efeito foi definir o metro, m. O número {c} na nova definição foi escolhido de modo que a magnitude da unidade m/s permaneceu inalterada, garantindo assim a continuidade entre as definições novas e antigas das unidades.

 

9 - OK, você realmente só fixa o valor numérico da constante expressa em sua unidade. Para o quilograma, por exemplo, você escolhe fixar o valor numérico {h} da constante de Planck expressa em sua unidade [h] = kg m² s−¹. Mas a questão permanece: suponha que um novo experimento logo após você mudar a definição sugere que você escolheu um valor numérico errado para {h}, então o que acontece?

Depois de fazer a mudança, a massa do protótipo internacional do quilograma (o IPK, International Prototype of the Kilogram, em inglês), que define o quilograma atual, tem que ser determinada experimentalmente. Se tivermos escolhido um “valor errado”, significa simplesmente que o novo experimento nos diz que a massa do IPK não é exatamente 1 kg no SI Revisado.
Embora essa situação possa parecer problemática, afetaria apenas as medições macroscópicas de massa; as massas de átomos e os valores de outras constantes relacionadas à física quântica não seriam afetados. Mas se fôssemos manter a atual definição do quilograma, estaríamos continuando a prática insatisfatória de usar uma constante de referência (ou seja, a massa do IPK) que evidências consideráveis sugerem estar mudando com o tempo, em comparação com uma verdadeira invariante como a massa de um átomo ou a constante de Planck. Embora a magnitude dessa mudança não seja conhecida exatamente, ela poderia ser da ordem uma parte em 10, desde que o IPK foi sancionado como a definição do quilograma em 1889.
A vantagem da nova definição seria que saberemos que a constante de referência usada para definir o quilograma é uma invariante verdadeira.

 

10 - Cada uma das constantes fundamentais usadas para definir uma unidade tem uma incerteza; seu valor não é conhecido exatamente. Mas propõe-se fixar seu valor numérico exatamente. Como você pode fazer isso? O que aconteceu com a incerteza?

A presente definição do quilograma fixa a massa do IPK em um quilograma exatamente com zero de incerteza, u_r (mIPK )=0. A constante de Planck é atualmente determinada experimentalmente e tem uma incerteza padrão relativa ao redor de ur(h)=1,0 x 10− .
Na nova definição, o valor de h seria conhecido exatamente em sua unidade com incerteza zero, ur(h)= 0. Mas a massa do IPK teria que ser determinada experimentalmente, e teria uma incerteza relativa de cerca de ur(mIPK )=1,0 x 10− . Assim, a incerteza não se perde na nova definição, mas se desloca para se tornar a incerteza da referência anterior que não é mais usada, como na tabela abaixo:


 

11 - A unidade da constante de Planck é igual à unidade de ação, J s = kg m² s−¹. Como a fixação do valor numérico da constante de Planck define o quilograma?

Fixar o valor numérico de h realmente define a unidade de ação, J s = kg m² s−¹. Mas se já definimos o segundo, s, ao fixar o valor numérico da frequência da transição hiperfina do césio Cs, e o metro, m, ao fixar o valor numérico da velocidade da luz no vácuo, c, então, a fixação da magnitude da unidade kg m² s−¹ tem o efeito de definir a unidade kg.

 

12 - As definições propostas das unidades de base não são definições circulares no SI Revisado e, portanto, insatisfatórias?

Não, elas não são circulares. Uma definição circular é aquela que faz uso do resultado da definição na formulação da definição. As palavras para as definições individuais das unidades de base no SI Revisado especificam o valor numérico de cada constante de referência escolhida para definir a unidade correspondente, mas isso não faz uso do resultado para formular a definição.

 

13 - No SI Revisado, a constante de referência para o quilograma é a constante de Planck h, com unidade J s = kg m² s−¹. Seria muito mais fácil compreender se a constante de referência tivesse a unidade de massa, o kg. Então poderíamos dizer: "O quilograma é a massa de ", como talvez a massa de um determinado número de átomos de carbono ou silício. Não seria essa uma definição melhor?

Isso é, até certo ponto, uma questão de julgamento subjetivo. No entanto, observe que a constante de referência usada para definir uma unidade não precisa ser dimensionalmente igual à unidade (embora possa ser conceitualmente mais simples quando for o caso). Já usamos várias constantes de referência no SI atual que possuem uma unidade diferente daquela que está sendo definida. Por exemplo, o metro é definido usando como constante de referência a velocidade da luz c com a unidade m/s, não um comprimento especificado em m. Esta definição não tem se mostrado insatisfatória.
Embora pareça intuitivamente mais simples definir o quilograma usando uma massa como constante de referência, usar a constante de Planck tem outras vantagens. Por exemplo, se h e e são exatamente conhecidos como proposto no SI Revisado, então as constantes KJ e RK de Josephson e von Klitzing serão exatamente conhecidas, com grandes vantagens para a metrologia elétrica.

 

14 - Apesar da resposta à P13 acima, ainda existem pessoas que questionam a sensatez de definir o quilograma usando h como referência em vez de usar m(¹²C). Um dos argumentos que eles usam é que a balança de Kibble (KB), [nomeada para reconhecer a invenção, por Bryan Kibble, da balança de watt] para determinar h usa um aparato complexo que é difícil de usar e caro de construir, em comparação com o experimento XRCD (densidade de cristal por raio X) para medir a massa de um átomo de silício 28 e, consequentemente, a massa de um átomo de carbono 12. Quais são as principais razões para escolher h em vez de m(¹²C) como a constante de referência para o quilograma?

Estas são realmente duas questões não relacionadas:

a. Por que escolher h em vez de m(¹²C) como a constante de referência para o quilograma?
b. A questão assume que a escolha de h ou m(¹²C) determina se o quilograma será realizado na prática por uma experiência KB ou pela experiência XRCD; isso é correto?

a. Uma vez que o valor numérico de uma constante é dado por um valor fixo, a constante não precisa – na verdade, não pode – ser medida subsequentemente. Por exemplo, em 1983, quando o SI foi modificado, tornando a velocidade da luz no vácuo, c, a constante de referência para o metro, a longa história de medição de c terminou abruptamente. Isso representou um enorme benefício para a ciência e a tecnologia, em parte porque c entra em muitos domínios da ciência e da tecnologia para os quais, toda vez que havia uma mudança no valor SI recomendado de c, os valores de numerosas constantes e fatores de conversão relacionados a c precisavam ser atualizados. A decisão de definir o valor numérico de c como exato mostrou-se obviamente correta.
Da mesma forma, h é a constante fundamental da física quântica e, consequentemente, seu valor SI é usado em diversos campos da ciência e tecnologia modernas. Mudanças para o valor recomendado de h à medida que os experimentos melhoram são na melhor das hipóteses, irritantes e, na pior das hipóteses, confusos. A justificativa para definir o valor numérico de h é semelhante àquela para definir c, mas tem as vantagens específicas em metrologia elétrica dadas na resposta à pergunta 6.
É claro que m(¹²C) é inegavelmente uma constante e é inegavelmente importante, especialmente para a química e a física dos átomos. Isso ocorre porque os pesos atômicos (se você é um químico), também conhecidos como massas atômicas relativas (se você é um físico), são todos baseados em m(¹²C). No entanto, os pesos atômicos não dependem da definição atual do quilograma e, obviamente, não serão afetados por uma nova definição.

b. Não. A escolha de qual constante de referência é usada para definir o quilograma não implica nenhum método específico para realizar o quilograma, e nenhum deles é mencionado na Resolução 1 (CGPM 2011). Sabemos, sim, que qualquer realização deve ser rastreável a h, já que h será a constante de referência na nova definição do quilograma. No entanto, também é conhecido que h/m(¹²C) = Q, onde Q representa uma coleção de fatores numéricos exatos e de constantes determinadas experimentalmente. A incerteza padrão relativa de Q é apenas 4,5 × 10−¹º com base nos valores recomendados atuais das constantes envolvidas. Um aparelho, como a balança de Kibble KB, que mede um padrão de massa de 1 kg diretamente em termos de h e de medições auxiliares de comprimento, tempo, tensão e resistência, pode ser usado para realizar o quilograma. No entanto, um experimento que mede um padrão de massa de 1 kg em termos de m(¹²C), como no projeto Avogadro (XRCD), também tem o potencial de realizar o quilograma. Isso ocorre porque m(¹²C) Q = h e, portanto, o preço a pagar para chegar a h por meio de m(¹²C) é a incerteza de Q, que é insignificante no contexto da realização da nova definição. É prematuro especular se um tipo de realização prevalecerá em longo prazo ou se diferentes tipos coexistirão. Atualmente, todos esses experimentos são difíceis e caros.

 

15 - Ainda podemos checar a consistência da física se fixarmos os valores de todas as constantes fundamentais?

Não estamos fixando os valores de todas as constantes fundamentais, apenas os valores numéricos de um pequeno subconjunto e combinações das constantes neste subconjunto. Isso tem o efeito de mudar as definições das unidades, mas não as equações da física, e não pode induzir os pesquisadores a deixar de confirmar a consistência das equações.

 

16 - Eu vou ter meu padrão de massa, ou meu termômetro calibrado sob o SI Revisado da mesma maneira que o faço agora?

Sim. Você irá enviá-lo ao seu Instituto Nacional de Metrologia (INM – no Brasil, o Inmetro) para calibração da mesma maneira que você faz agora. O INM irá estabelecer sua realização própria da unidade usando a nova definição, seja construindo um aparato apropriado localmente ou através de qualquer outro método que demonstre ser conveniente, tal como, no caso de padrões de massa de 1 kg, pelo envio ao BIPM para calibração. O BIPM pretende manter a rastreabilidade à definição do quilograma por meio de uma média ponderada de todas as realizações disponíveis.

 

 

 

 

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