我國玻爾茲曼常數kB定義研究獲新突破

2020-11-28 科學網
我國玻爾茲曼常數kB定義研究獲新突破
新獲得的玻爾茲曼常數成為目前國際計量界4個最高準確度的測量結果之一

 

本報訊 國際計量委員會（CIPM）建議採用自然基本常數——玻爾茲曼常數（kB）來定義熱力學溫度單位開爾文（K）。準確絕對地測量玻爾茲曼常數，使其不確定度達到新定義可以接受的水平，是國際計量界面臨的極大挑戰。近期，中國計量科學研究院的科研人員在該常數重新定義方面獲得了重大突破。2010年12月28日，該課題通過了科技部和國家質檢總局組織的專家驗收。

 

該課題組在國際上首次建立了定程圓柱聲學法的玻爾茲曼常數測量裝置，新獲得的玻爾茲曼常數=1.3806515×10-23J·K-1，相對標準不確定度達到4.1×10-6，與國際科技基本常數委員會（CODATA）2006年公布值的相對偏差小於1×10-6，成為目前國際計量界已獲得的4個（美、英、法和中國）最高準確度的測量結果之一。這對於我國參與溫度單位開爾文的重新定義與國際溫標賦值、緊跟國際溫度計量的發展趨勢具有裡程碑意義。

 

在國家「十一五」科技支撐計劃重點項目「以量子物理為基礎的現代計量基準研究」的支持下，中國計量科學研究院於2007年起開展了此方面研究。

 

據課題負責人張金濤研究員介紹，課題組在國際上首次建立定程圓柱聲學共鳴法玻爾茲曼常數測量系統，該方法獨立於歐美國家計量院採用的球形或準球形聲學共鳴法，受到國際溫度計量界的廣泛關注。

 

在此基礎上，課題組解決了眾多關鍵技術難題，實現了多方面創新：在國際上首次採用壓電陶瓷傳感器替換電容式麥克風用於聲學共鳴頻率測量，將測量信噪比提高了一個數量級；在國際上首次建立了完整的圓柱坐標系下，聲學共鳴頻率測量非理想因素的擾動量化分析理論體系；在國際上首次建立了雷射雙波長幹涉法圓柱聲學共鳴腔體長度絕對測量系統。

 

據了解，在研究過程中，課題組建成了我國尖端的基準聲學溫度計實驗室和研究梯隊，預計在3年內可將玻爾茲曼常數測量的不確定度降低為1.8×10-6以下。所掌握的聲學共鳴、微波和雷射幹涉等前沿技術理論經驗，對於高溫熱力學溫度準確測量、流體物性準確測量、溫室氣體排放計量、核電反應堆等特殊環境溫度的可靠測量、空間站和航母編隊溫度開爾文單位可靠準確復現等領域的研究與應用，都具有重要意義。（劉旭紅）

 

《科學時報》 (2011-1-19 A1 要聞)

相關焦點

  • 科學網—玻爾茲曼常數測量和熱力學溫度基準研究獲突破
    12月28日，由中國計量科學研究院承擔的《玻爾茲曼常數測量和熱力學溫度基準研究》課題通過了國家質檢總局組織的專家驗收。
  • 我國進入國際計量界玻爾茲曼常數「第一梯隊」
    國際計量委員會(CIPM)建議採用自然基本常數——玻爾茲曼常數kB來定義熱力學溫度單位開爾文(K)。
  • 開爾文與玻爾茲曼常數
    那麼，我們有更好的辦法來定義熱力學溫度嗎？那麼，什麼是玻爾茲曼常數？又如何精確測量玻爾茲曼常數呢？簡短的答案就是，玻爾茲曼常數是將物質的動能（E）和它的溫度（T）聯繫起來的常數：E=kBT。它們通過玻爾茲曼常數被聯繫起來。目前，玻爾茲曼常數kB的最精確數值是通過聲學測溫法測量得到的，因為聲速與直接取決於氣體的溫度，通過測量氬氣中的聲速就可以確定溫度。
  • 通過確定玻爾茲曼常數,PTB正在為重新定義溫度單位鋪平道路
    但是這種情況即將發生變化：2018年秋季，開爾文以及國際單位制(SI)的所有其他單位都將根據由基本常數組成的堅實且不變的基礎而重新定義。開爾文將以玻爾茲曼常數為基礎，來自德國聯邦物理技術研究院(PTB)的科學家現在已經通過介電常數氣體溫度計確定了這個常數，並且其準確度足以排除妨礙重新定義溫度單位開爾文的所有障礙。該項研究結果已在《計量學》(Metrologia)期刊上發表。
  • 國際單位制迎歷史性變革 千克、安培將改由常數定義
    國際單位制迎歷史性變革 千克、安培將改由常數定義 原標題： 　　11月16日，第26屆國際計量大會（CGPM）經包括中國在內的各成員國表決，全票通過了關於「修訂國際單位制（SI）」的1號決議。
  • 千克、安培等4個國際單位制SI基本單位的定義將改由常數定義
    千克、安培等4個國際單位制SI基本單位的定義將改由常數定義 2018根據決議，千克、安培、開爾文和摩爾等4個SI基本單位的定義將改由常數定義，於2019年5月20日起正式生效。　　這是國際測量體系有史以來第一次全部建立在不變的常數上，保證了SI的長期穩定性和環宇通用性。就像1967年秒定義的修訂使今天擁有了GPS和網際網路技術一樣，新SI將在未來對科學、技術、貿易、健康、環境以及更多領域產生深遠影響。可以說，SI的修訂是科學進步的一座裡程碑。
  • 國際單位制進入常數時代 千克的定義變了
    科學家發現，這些常數比實物穩定百萬倍，並將其數值固定了下來。於是，科學家們開始探討採用物理常數來定義國際計量單位。 　　在11月16日舉行的第二十六屆國際計量大會上，經包括中國在內的53個成員國集體表決，全票通過了關於「修訂國際單位制(SI)」的1號決議。未來，千克將以符號為h的普朗克常數定義，「大K」正式退役。
  • 國際單位制進入自然常數時代 千克定義變了!
    科學家發現，這些常數比實物穩定百萬倍，並將其數值固定了下來。於是，科學家們開始探討採用物理常數來定義國際計量單位。在11月16日舉行的第二十六屆國際計量大會上，經包括中國在內的53個成員國集體表決，全票通過了關於「修訂國際單位制（SI）」的1號決議。未來，千克將以符號為h的普朗克常數定義，「大K」正式退役。
  • PN結特性研究與玻爾茲曼常數測定儀可開設的實驗
    1、測量同一溫度下，正向電壓隨正向電流的變化關係，繪製伏安特性曲線; 　　2、在同一恆定正向電流條件下，測繪PN結正向壓降隨溫度的變化曲線，計算靈敏度，估算被測PN結材料的禁帶寬度; 　　3、學習用Execl進行指數函數的曲線回歸的方法，並計算出玻爾茲曼常數; 　　4、探究：用給定的PN結測量未知溫度。
  • 質量領域又獲國家科技進步一等獎!「溫度單位重大變革關鍵技術研究」項目榮獲國家科技進步一等獎
    溫度單位的重新定義是溫度計量史上最重大的變革，精確測定玻爾茲曼常數是實現重新定義的前提和關鍵。據了解，為避免單一方法可能存在的系統誤差，國際溫度計量最高權力機構CCT（國際計量委員會溫度諮詢委員會）要求使用至少兩種獨立方法，分別實現不確定度小於3´10-6 的測定。
  • 「溫度單位重大變革關鍵技術研究」獲國家科學技術進步獎一等獎
    為了改變這一現狀，米制公約最高權力機構要求使用至少兩種獨立方法，實現玻爾茲曼常數精確測定，重新定義溫度單位。這是溫度計量史上最重大的變革，將深刻影響科學和技術發展。　　該項目使我國成為對玻爾茲曼常數定值有貢獻的六個國家之一，並且在全球成為唯一實現了兩種方法測定的國家。
  • 我國精細結構常數測量水平成國際先進
    精確測量精細結構常數是確立新的國際單位制的重要一步，近日，由中國計量科學研究院承擔完成的「十一五」國家科技支撐計劃項目課題「精細結構常數測量關鍵技術及電容基準的研究」順利通過由金國藩院士為組長的專家組驗收。
  • 千克定義將改用普朗克常數
    PingWest品玩11月19日訊，據Solidot消息，在巴黎舉行的國際度量衡大會上，六十個國家的代表投票決定永久性改變千克、安培、開爾文和摩爾的定義，結束用物理實體定義測量單位的歷史。現在所有測量單位將全部由自然界的常數去定義。
  • 我國精細結構常數測量水平進入國際先進行列
    精確測量精細結構常數是確立新的國際單位制的重要一步，近日，由中國計量科學研究院承擔完成的「十一五」國家科技支撐計劃項目課題「精細結構常數測量關鍵技術及電容基準的研究」順利通過由金國藩院士為組長的專家組驗收。
  • 二極體PN結中的玻爾茲曼常數
    ▲ Ludwig Boltzmann(1844-1904) 以及Maxwell-Boltzmann 分布玻爾茲曼常數（Boltzmann constant），通常使用玻爾茲曼是一位奧地利物理學家，在統計力學的理論有重大貢獻，玻爾茲曼常數具有相當重要的地位。
  • 「千克」的新定義正式生效!安培、摩爾、開爾文的定義同樣改變了
    7 年後，在第 26 屆國際計量大會正式投票決定，改變千克（kg）、安培（A）、開爾文（K）和摩爾（mol）這4個基本單位的定義，新定義將全部採用基本物理常數來定義，分別以普朗克常數（h）、基本電荷（e）、玻爾茲曼常數（k）和阿伏伽德羅常數（NA）的固定數值來實現。
  • 2018重要基礎科學突破:萬有引力常數新測定;千克原器退休
    科學家追尋百年的萬有引力常數G值有了新的答案，為科技界服役130年的國際千克原器面臨退休，從航天到地球四極，2018年，新技術助力的科學新發現，不斷顛覆著人類已有的認知。國際單位制中的4個基本單位改由自然常數來定義，質量單位千克採用普朗克常數定義，電流單位安培採用基本電荷量定義，物質的量單位摩爾採用阿佛加德羅常數定義，溫度單位開爾文採用玻爾茲曼常數定義，並於2019年國際計量日（5月20日）起正式生效。而定義質量單位的國際千克原器也將在2019年5月20日起正式退休。
  • 電流單位「安培(A)」被重新定義!國際單位制SI迎來歷史性變革
    這4個基本單位，千克將用普朗克常數（h）定義；安培將用電子電荷（e）定義；開爾文將用玻爾茲曼常數（k）定義；摩爾將用阿伏伽德羅常數（NA）定義。那就是，千克（kg）、安培（A）、開爾文（K）和摩爾（mol）將重新定義。這4個基本單位，千克將用普朗克常數（h）定義；安培將用電子電荷（e）定義；開爾文將用玻爾茲曼常數（k）定義；摩爾將用阿伏伽德羅常數（NA）定義。
  • 國際單位制迎來歷史性變革,實物原器定義法成歷史
    根據決議，千克、安培、開爾文和摩爾等4個國際單位制分別改由普朗克常數h、基本電荷常數e、玻爾茲曼常數k和阿佛加德羅常數NA來定義。這是國際單位制自創建以來的最重大的變革，用實物原器定義測量單位的方法成為歷史，這將從根本上保證國際單位制的長期穩定性，對科技創新、產業發展和全球治理等影響深遠。
  • 從實物原器到常數定義 千克還是那個千克
    國際計量委員會副主席約阿希姆·烏爾裡希曾公開表示，新定義生效後，千克可以通過任何適當的方法復現，比如基布爾天平法和阿佛加德羅法等。　　但變化並不僅限於此。「SI重新定義，意味著所有SI單位將由描述客觀世界的常數定義。重新定義開啟了任意時刻、任意地點、任意主體根據定義實現單位量值的大門，對經濟、科技與民生等都將產生深刻影響。」