Kilogram bermasalah. Sejak 1799, itu didefinisikan sebagai massa silinder logam, di lemari besi terkunci di ruang bawah tanah di Paris. Tetapi selama abad terakhir, pengukuran hati-hati dari kilogram prototipe internasional ini dan standar nasional yang identik secara teori dari seluruh dunia, telah menunjukkan bahwa massa mereka menyimpang. Nilai penyimpangan dari massa telah berkembang menjadi sekitar 50 mikrogram, atau 50 bagian per miliar. Standar massa yang memiliki massa berubah tidak dapat diterima.
Selain itu, kilogram adalah satuan dasar SI terakhir yang masih didefinisikan oleh objek fisik. Meter, misalnya, dulu didefinisikan sebagai panjang batang platina di Paris, tetapi pada tahun 1983 meter didefinisikan ulang sebagai jarak yang ditempuh ?cahaya dalam 1/299.792.458 detik. Definisi ini berarti bahwa kecepatan cahaya diatur tepat 299.792.458 meter per detik.
Perhatikan bagaimana definisi bekerja. Pertama, Anda mengambil definisi yang ada, katakanlah, panjang batang platina itu, dan Anda mengukur secermat mungkin bagaimana kaitannya dengan konstanta fisik alam semesta: kecepatan cahaya. Kemudian Anda menetapkan nilai yang tepat dari kecepatan cahaya tersebut, dan menggunakan konstanta itu untuk menentukan ulang berapa panjang satu meter. Saya tahu ini mungkin tampak melingkar, tetapi, yang terpenting, ini memindahkan titik kebenaran dari objek fisik ke konstanta alam semesta yang tidak berubah, kecepatan cahaya. Jadi, tentu saja, pemikirannya adalah melakukan hal yang sama dengan kilogram. Tapi... menggunakan konstanta yang mana, dan bagaimana?
Nah, ada sejumlah strategi berbeda yang dicoba. Dua yang paling berhasil adalah: 1) menggunakan bola silikon untuk menentukan dan menetapkan bilangan Avogadro dan 2) menggunakan Neraca Watt untuk menentukan dan menetapkan konstanta Planck.
Pada tahun 2011, Konferensi Umum tentang Berat dan Ukuran memutuskan bahwa kilogram harus didefinisikan ulang berdasarkan konstanta Planck. Itu tidak berarti bahwa pendekatan Avogadro sia-sia. Maksud saya, Anda dapat menggunakan bilangan Avogadro untuk menghitung konstanta Planck, dan sebaliknya. Jadi, pada akhirnya, kedua pendekatan tersebut akan digunakan untuk mendefinisikan kembali konstanta Planck dan bilangan Avogadro secara bersamaan.
Satu hal yang baik tentang memiliki bola silikon. Metode bola silikon adalah metode dalam pikiran saya yang berasal dari ilmu kimia. Anda mengukur konstanta Avogadro, yang merupakan konstanta yang muncul dari ilmu kimia. Metode untuk mengukur konstanta Avogadro keluar dari fisika, kami mengukur konstanta Planck. Jadi jika mereka berdua setuju, itu pertanda yang cukup kuat, bukan? Karena Anda tahu kimia dan fisika setuju.
Sekarang, karena saya sudah membahas pendekatan Avogadro di artikel sebelumnya, di sini saya ingin fokus pada Neraca Watt. Ini sebenarnya sekarang disebut Neraca Kibble untuk menghormati penemunya, Bryan Kibble, yang sebenarnya meninggal pada tahun 2016. Anda tahu, Neraca tradisional bekerja dengan menyamakan gaya gravitasi pada objek dalam dua panci.
Neraca Kibble terlihat serupa, tetapi semua penyeimbangan terjadi di sisi kiri, di mana panci massa dipasang ke gulungan kawat dalam medan magnet. Di sisi kanan adalah motor. Seluruh peralatan disegel dan dioperasikan dalam ruang hampa. Neraca beroperasi dalam dua mode: Mode penimbangan dan mode kecepatan, dan keduanya diperlukan untuk menentukan konstanta Planck.
Dalam mode penimbangan, standar massa kilogram ditempatkan pada panci massa dan kemudian arus dilewatkan melalui kumparan di medan magnet dan disesuaikan sampai berat kilogram sama dan berlawanan dengan gaya elektromagnetik pada kumparan. Persamaan untuk ini adalah massa dikalikan percepatan gravitasi lokal sama dengan medan magnet, dikalikan panjang kawat dalam kumparan, dikalikan arus yang mengalir melaluinya.
Dalam persamaan ini variabel yang sulit diukur secara pasti adalah kekuatan medan magnet (
Gerakan ini menginduksi tegangan dalam kumparan yang sama dengan medan magnet, dikalikan panjang kawat dalam kumparan, dikalikan dengan kecepatannya,
Jika kita mengatur ulang sedikit persamaan itu, Anda mendapatkan tegangan dikalikan arus sama dengan massa dikali gravitasi, dikali kecepatan,
Nah, ternyata sebenarnya ada cara untuk mengukur voltase secara akurat menggunakan efek kuantum makroskopis yang melibatkan Josephson Junction. Josephson Junction terdiri dari dua superkonduktor yang dipisahkan oleh sepotong tipis isolator. Sekarang jika Anda menerapkan radiasi gelombang mikro ke persimpangan itu, Anda membuat tegangan melintasi perangkat dan nilainya diketahui dengan tepat
Sekarang dengan menyetel frekuensi itu dan menumpuk sebanyak mungkin Josephson Junction ini (n) seperti yang Anda inginkan secara seri, Anda dapat membuat hampir semua voltase yang Anda suka dengan sangat tepat,
Nah ternyata metode pengukuran tegangan ini sangat bagus daripada mencoba mengukur arus secara langsung. Kami malah mengukur V dan R yang merupakan hal yang sama
Jika kita memasukkan semua ini ke dalam persamaan kita dan memecahkan h, kita mendapatkan bahwa konstanta Planck sama dengan empat per p n kuadrat, itu semua adalah bilangan konstan yang kita ketahui, dikalikan percepatan gravitasi lokal, dikalikan kecepatan, dibagi frekuensi kuadrat kali massa yang satu kilogram. Jadi di sini kita memiliki persamaan yang sangat tepat untuk konstanta Planck dalam hal massa satu kilogram,
Sekarang untuk mendapatkan jawaban yang bagus, sepuluh bagian per miliar, Anda perlu mengetahui semua nilai ini dengan sangat akurat. Untuk mengukur V misalnya kecepatan kumparan saat bergerak melalui medan magnet, kami menggunakan interferometer laser karena jarak ke kumparan mengubah interferensi Fringes melewati detektor. Dan intinya dengan menghitung berapa banyak pinggiran yang lewat dalam periode waktu tertentu, Anda dapat menentukan kecepatan kumparan dengan sangat akurat.
Untuk mengukur g, alat yang disebut gravimeter digunakan untuk memetakan percepatan lokal akibat gravitasi di ruang keseimbangan sebelum dibangun di sana. Gravimeter benar-benar menjatuhkan reflektor sudut ke tabung vakum dan mengukur percepatannya lagi melalui interferometri, menghitung pinggiran saat melewatinya. Ini adalah peta cetak 3D percepatan gravitasi di ruang keseimbangan Kibble. Benjolan itu disebabkan oleh massa magnet permanen yang kuat dan sangat berat yang seimbang. Percepatan gravitasi harus terus diukur karena dapat dipengaruhi pada tingkat presisi ini. Dengan posisi matahari dan bulan dan bahkan permukaan air di bawah bangunan.
Pada tahun 2018, kilogram tidak lagi ditentukan oleh objek di Paris. Alih-alih itu akan ditentukan berdasarkan nilai tetap konstanta Planck yang sedang diselesaikan sekarang sebagai hasil dari semua pengukuran ini dari keseimbangan Kibble dan bola silikon. Sekarang yang kami lakukan adalah, kami memasukkan massa, dan kami mengeluarkannya. Dan pada tahun 2018, setelah redefinisi, h akan diperbaiki dan Anda menggunakannya untuk mewujudkan satuan massa
Pemateri: Derek Muller
Judul Asli: How We're Redefining the kg
Sumber: https://www.youtube.com/@veritasium
Selain itu, kilogram adalah satuan dasar SI terakhir yang masih didefinisikan oleh objek fisik. Meter, misalnya, dulu didefinisikan sebagai panjang batang platina di Paris, tetapi pada tahun 1983 meter didefinisikan ulang sebagai jarak yang ditempuh ?cahaya dalam 1/299.792.458 detik. Definisi ini berarti bahwa kecepatan cahaya diatur tepat 299.792.458 meter per detik.
Perhatikan bagaimana definisi bekerja. Pertama, Anda mengambil definisi yang ada, katakanlah, panjang batang platina itu, dan Anda mengukur secermat mungkin bagaimana kaitannya dengan konstanta fisik alam semesta: kecepatan cahaya. Kemudian Anda menetapkan nilai yang tepat dari kecepatan cahaya tersebut, dan menggunakan konstanta itu untuk menentukan ulang berapa panjang satu meter. Saya tahu ini mungkin tampak melingkar, tetapi, yang terpenting, ini memindahkan titik kebenaran dari objek fisik ke konstanta alam semesta yang tidak berubah, kecepatan cahaya. Jadi, tentu saja, pemikirannya adalah melakukan hal yang sama dengan kilogram. Tapi... menggunakan konstanta yang mana, dan bagaimana?
Nah, ada sejumlah strategi berbeda yang dicoba. Dua yang paling berhasil adalah: 1) menggunakan bola silikon untuk menentukan dan menetapkan bilangan Avogadro dan 2) menggunakan Neraca Watt untuk menentukan dan menetapkan konstanta Planck.
Pada tahun 2011, Konferensi Umum tentang Berat dan Ukuran memutuskan bahwa kilogram harus didefinisikan ulang berdasarkan konstanta Planck. Itu tidak berarti bahwa pendekatan Avogadro sia-sia. Maksud saya, Anda dapat menggunakan bilangan Avogadro untuk menghitung konstanta Planck, dan sebaliknya. Jadi, pada akhirnya, kedua pendekatan tersebut akan digunakan untuk mendefinisikan kembali konstanta Planck dan bilangan Avogadro secara bersamaan.
Satu hal yang baik tentang memiliki bola silikon. Metode bola silikon adalah metode dalam pikiran saya yang berasal dari ilmu kimia. Anda mengukur konstanta Avogadro, yang merupakan konstanta yang muncul dari ilmu kimia. Metode untuk mengukur konstanta Avogadro keluar dari fisika, kami mengukur konstanta Planck. Jadi jika mereka berdua setuju, itu pertanda yang cukup kuat, bukan? Karena Anda tahu kimia dan fisika setuju.
Sekarang, karena saya sudah membahas pendekatan Avogadro di artikel sebelumnya, di sini saya ingin fokus pada Neraca Watt. Ini sebenarnya sekarang disebut Neraca Kibble untuk menghormati penemunya, Bryan Kibble, yang sebenarnya meninggal pada tahun 2016. Anda tahu, Neraca tradisional bekerja dengan menyamakan gaya gravitasi pada objek dalam dua panci.
Neraca Kibble terlihat serupa, tetapi semua penyeimbangan terjadi di sisi kiri, di mana panci massa dipasang ke gulungan kawat dalam medan magnet. Di sisi kanan adalah motor. Seluruh peralatan disegel dan dioperasikan dalam ruang hampa. Neraca beroperasi dalam dua mode: Mode penimbangan dan mode kecepatan, dan keduanya diperlukan untuk menentukan konstanta Planck.
Dalam mode penimbangan, standar massa kilogram ditempatkan pada panci massa dan kemudian arus dilewatkan melalui kumparan di medan magnet dan disesuaikan sampai berat kilogram sama dan berlawanan dengan gaya elektromagnetik pada kumparan. Persamaan untuk ini adalah massa dikalikan percepatan gravitasi lokal sama dengan medan magnet, dikalikan panjang kawat dalam kumparan, dikalikan arus yang mengalir melaluinya.
Dalam persamaan ini variabel yang sulit diukur secara pasti adalah kekuatan medan magnet (
Gerakan ini menginduksi tegangan dalam kumparan yang sama dengan medan magnet, dikalikan panjang kawat dalam kumparan, dikalikan dengan kecepatannya,
Jika kita mengatur ulang sedikit persamaan itu, Anda mendapatkan tegangan dikalikan arus sama dengan massa dikali gravitasi, dikali kecepatan,
Nah, ternyata sebenarnya ada cara untuk mengukur voltase secara akurat menggunakan efek kuantum makroskopis yang melibatkan Josephson Junction. Josephson Junction terdiri dari dua superkonduktor yang dipisahkan oleh sepotong tipis isolator. Sekarang jika Anda menerapkan radiasi gelombang mikro ke persimpangan itu, Anda membuat tegangan melintasi perangkat dan nilainya diketahui dengan tepat
Sekarang dengan menyetel frekuensi itu dan menumpuk sebanyak mungkin Josephson Junction ini (n) seperti yang Anda inginkan secara seri, Anda dapat membuat hampir semua voltase yang Anda suka dengan sangat tepat,
Nah ternyata metode pengukuran tegangan ini sangat bagus daripada mencoba mengukur arus secara langsung. Kami malah mengukur V dan R yang merupakan hal yang sama
Jika kita memasukkan semua ini ke dalam persamaan kita dan memecahkan h, kita mendapatkan bahwa konstanta Planck sama dengan empat per p n kuadrat, itu semua adalah bilangan konstan yang kita ketahui, dikalikan percepatan gravitasi lokal, dikalikan kecepatan, dibagi frekuensi kuadrat kali massa yang satu kilogram. Jadi di sini kita memiliki persamaan yang sangat tepat untuk konstanta Planck dalam hal massa satu kilogram,
Sekarang untuk mendapatkan jawaban yang bagus, sepuluh bagian per miliar, Anda perlu mengetahui semua nilai ini dengan sangat akurat. Untuk mengukur V misalnya kecepatan kumparan saat bergerak melalui medan magnet, kami menggunakan interferometer laser karena jarak ke kumparan mengubah interferensi Fringes melewati detektor. Dan intinya dengan menghitung berapa banyak pinggiran yang lewat dalam periode waktu tertentu, Anda dapat menentukan kecepatan kumparan dengan sangat akurat.
Untuk mengukur g, alat yang disebut gravimeter digunakan untuk memetakan percepatan lokal akibat gravitasi di ruang keseimbangan sebelum dibangun di sana. Gravimeter benar-benar menjatuhkan reflektor sudut ke tabung vakum dan mengukur percepatannya lagi melalui interferometri, menghitung pinggiran saat melewatinya. Ini adalah peta cetak 3D percepatan gravitasi di ruang keseimbangan Kibble. Benjolan itu disebabkan oleh massa magnet permanen yang kuat dan sangat berat yang seimbang. Percepatan gravitasi harus terus diukur karena dapat dipengaruhi pada tingkat presisi ini. Dengan posisi matahari dan bulan dan bahkan permukaan air di bawah bangunan.
Pada tahun 2018, kilogram tidak lagi ditentukan oleh objek di Paris. Alih-alih itu akan ditentukan berdasarkan nilai tetap konstanta Planck yang sedang diselesaikan sekarang sebagai hasil dari semua pengukuran ini dari keseimbangan Kibble dan bola silikon. Sekarang yang kami lakukan adalah, kami memasukkan massa, dan kami mengeluarkannya. Dan pada tahun 2018, setelah redefinisi, h akan diperbaiki dan Anda menggunakannya untuk mewujudkan satuan massa
Pemateri: Derek Muller
Judul Asli: How We're Redefining the kg
Sumber: https://www.youtube.com/@veritasium
Komentar
Posting Komentar