Além do valioso quilo, o Instituto de Pesquisa Mendeleev em São Petersburgo tem um metro padrão, ampere e Kelvin
Em que nossa vida se tornaria se as unidades de medida desaparecessem repentinamente - todos esses volts, gramas, Kelvin? Não assista TV, não vá ao mercado, nem se vista para o clima. E ainda são flores.
- Qualquer recebimento de informação - visual, textual, auditivo - é na verdade uma medida: quando distinguimos palavras, símbolos, imagens, os comparamos com algo, - explica Kirill Gogolinsky, diretor do Mendeleev All-Russian Research Institute of Metrology. - A precisão das medições determina o nível de desenvolvimento econômico do estado e o ritmo de seu desenvolvimento.
OS GRANDES SETE
A metrologia, ciência que garante a uniformidade das medições, ajuda a falar a mesma língua para o mundo inteiro. Se não fosse por ela, a humanidade não conseguiria organizar o comércio, estabelecer o trabalho das comunicações da engenharia, nem mesmo montar um carro.
Instituto Mendeleev - o berço da metrologia russa Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
A forma de realização da medida é um dispositivo (por exemplo, uma régua) ou um objeto (o mesmo peso). Dispositivos e objetos dos quais várias cópias são feitas são chamados de padrões. Cada estado busca criar tantos padrões quanto possível e aplicar as mais altas tecnologias para isso, de forma a não ir para os vizinhos ou para a França pelo peso ideal todas as vezes (o principal quilo do mundo está armazenado lá).
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- Hoje em nosso país existem 164 padrões, - explica o chefe da Rosstandart Alexei Abramov. - A Rússia é um dos cinco países que estão promovendo ativamente a metrologia.
Alguns dos padrões são armazenados em uma “ garrafa térmica ”, um prédio dentro de um prédio. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
54 de 164 padrões são mantidos no Instituto de Pesquisa de Mendeleev, “o berço da metrologia russa”. Todos os padrões do mundo nascem de sete grandezas básicas: metro (comprimento), quilograma (massa), segundo (tempo), ampere (corrente elétrica), Kelvin (temperatura), mole (quantidade de substância) e candela (intensidade luminosa).
Os padrões do estado são um tesouro nacional. Mas este magnífico sete é o mais valioso entre eles. E quatro medidas - metro, ampere, kelvin e quilograma - são armazenadas em São Petersburgo.
MELHOR DA TERRA
- Somos os melhores do mundo em Kelvin! - diga o instituto. - Desenvolvimentos domésticos são capazes de expandir a faixa até 3473 graus Kelvin e reduzir o erro na reprodução em uma vez e meia a duas vezes.
Kelvin ocupa metade de um quarto Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Zero na escala Kelvin é igual a 273 graus Celsius negativos. O padrão de temperatura está longe de ser um termômetro: uma instalação dos mais complexos emissores de calor, muitas lentes, dois corpos absolutamente negros e vários computadores, baseados em efeitos quânticos, ocupa metade de um quarto. Setenta por cento das peças são russas.
A sala onde o Kelvin "mora" é mantida a uma temperatura constante: mesmo uma curta permanência de uma companhia de pessoas no laboratório afeta as leituras.
A medida de temperatura consiste em muitos emissores e lentes. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Agora estamos comparando nosso Kelvin com os Japoneses - explica o guardião do Kelvin Anatoly Pokhodun. - O processo em si leva muito tempo: para comparar em um ponto - cerca de duas horas, e ainda é necessário em muitos. Uma pessoa não pode fazer isso. Demorou dez anos para se preparar para esta comparação.
CASAL FRIO
O rei entre as grandezas elétricas é o ampere. Mas, lentamente, há uma reorientação para os padrões quânticos de volt (voltagem) e ohm (resistência). Volt "vive" em uma instalação complexa, colocada em uma sala blindada. As medições são realizadas em temperaturas ultrabaixas.
- As temperaturas mais baixas são usadas ao reproduzir grandezas elétricas especiais, - explica o guardião do volt Alexander Katkov. - As temperaturas chegam a milikelvin. Neles, as vibrações térmicas dos átomos são tão pequenas que não destroem as propriedades elétricas dos materiais. Volts a quatro Kelvin são medidos com uma precisão de dez elevado à décima primeira potência menos.
Isso é aproximadamente a aparência do volt de referência Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Essencialmente, um volt é um microcircuito embutido em hélio líquido. “Nós desenvolvemos o único volt padrão portátil do mundo”, observa Kirill Gogolinsky. - Com a ajuda dele, foram feitas comparações internacionais e mostramos os melhores resultados do mundo.
Ohm também prefere o frio extremo. A resistência pode ser rastreada literalmente por um elétron.
- Um dos problemas é o campo magnético atual, - diz o guardião do ohm Yuri Semenov. - Não é fácil tirar as microestruturas dele. Mas precisamos medir nano-quantidades.
… E então - oh Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Há uma mesa de pedra no meio do laboratório de Volt. Mas isso não é apenas uma peça de mobiliário: é … o pináculo de uma fundação de 750 toneladas de três andares de um prédio separado dentro do prédio. A "garrafa térmica" de concreto é independente das paredes externas. Afinal, nem a menor vibração - do movimentado Moskovsky Prospekt, da próxima estação de metrô Tekhnologichesky Institut, dos bondes que circulam em Zagorodnoye - não deve chegar ao Santo dos Santos, até um quilograma.
"PENSAR" E "FICAR VELHO"
Se os padrões das seis unidades básicas de medida são baseados em constantes físicas e não dependem de "ferro", então o quilograma é o último padrão de artefato. Isto é, embora perfeito, mas um objeto.
Nenhuma tampa e tremonha pode evitar que o metal "perca peso" Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
“O padrão mundial para o quilograma é um peso armazenado em Sèvres, perto de Paris,” explica Gogolinsky. - Existem cópias em todos os institutos metrológicos do mundo. A situação é a seguinte: se você roubar o quilo principal na França, o mundo inteiro perderá um quilo.
O principal quilo russo (e seu irmão gêmeo sobressalente) tem 125 anos. É um peso feito de uma liga de platina e irídio com altura e diâmetro de 39 milímetros. Um quilograma é armazenado sob uma tampa hermética em um cofre atrás de três fechaduras em um bunker separado em um laboratório com certa umidade e temperatura, que fica localizado no prédio "térmico".
O quilograma perfeito expresso em constantes é o sonho de um metrologista. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Tiramos o padrão a cada cinco anos para comparação com as cópias, - diz o guardião do quilograma Viktor Snegov. - A última vez que foram comparados com o padrão parisiense foi em 1993 e 2013.
Mas, mesmo nessas condições, o quilograma russo "perdeu peso". Até agora, um micrograma com um erro de medição de três microgramas. Mas seu progenitor francês com o tempo tornou-se mais leve em cinquenta microgramas. A razão, sugerem os cientistas, é o movimento dos átomos e a microtransferência das partículas de metal para os suportes durante as comparações.
Abrir um cofre com um quilograma é um procedimento solene e trabalhoso. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
O padrão mundial anterior para o quilograma era muito menos confiável e conveniente: era um decímetro cúbico de água destilada. O padrão de massa involuntariamente dependia do padrão de comprimento. Agora existem comparadores de vácuo - escalas ultramodernas que são capazes de contar um objeto por átomos.
Comparador - escalas capazes de contar átomos Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
“Dentro da margem de erro, nosso quilo atual não mudou, mas as necessidades estão crescendo”, diz Kirill Gogolinsky. - Existe um problema não só de precisão, mas também de preservação e reprodução do quilograma como tal.
43 ZERO
A economia e a indústria em desenvolvimento exigem o aumento do número de casas decimais.
“A redefinição está muito atrasada: as indústrias de precisão, como a farmacologia, estão se desenvolvendo ativamente”, observa Alexey Abramov. - Mas a contribuição da metrologia para a economia é de um por cento do PIB.
O padrão de massa sobressalente também tem 125 anos. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
A comunidade mundial planeja ir de padrões feitos pelo homem a valores quânticos absolutamente precisos em 2018.
“Existem dois projetos internacionais dedicados ao novo padrão do quilograma”, explica Viktor Snegov. - A primeira é a determinação do quilograma através da constante de Planck usando as chamadas escalas de watt, que comparam a energia mecânica e elétrica. O segundo é o caminho do Avogadro constante e da esfera de silício.
Uma bola de quilograma de isótopo de silício 28 pode ser confundida com o mesmo peso. Mas há uma diferença importante: os cientistas sabem quantos átomos existem nesta bola. É terrível dizer que existem cerca de cinquenta setilhões de peças (após cinco - 43 zero). Se a humanidade passar de um peso para uma esfera, então a pergunta sobre o que é um quilograma será respondida: "Esta é a massa de tantos átomos de silício-28." Os comparadores ajudarão a reproduzir novos padrões. E sem envelhecimento do metal, sem discrepâncias.
O quilograma principal da Rússia tem muitos 'descendentes' feito de aço Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- O silício é um elemento muito estável: ele se decompõe depois de bilhões de anos, sua camada de oxidação é mínima - explicam os cientistas. “Ele tem uma estrutura cristalina clara, então a trituração pode atingir o mesmo número de átomos de diâmetro em todas as direções. A bola tem a forma ideal.
Agora, existem cerca de uma centena dessas áreas no mundo. Os dois primeiros custaram dois milhões de euros: só o polimento do mais puro silício de fabricação russa, que ocorreu na Austrália, durou dois anos.
NESSE MOMENTO:
Um technopark aparecerá em Lomonosov, onde novos padrões serão criados
Na luta pela independência das importações, a Rússia está "pressionando" a metrologia. Um technopark aparecerá com base no Mendeleev Research Institute em Lomonosov, onde eles criarão novos padrões e desenvolverão sistemas de medição automática.
“O Technopark unirá desenvolvedores e fabricantes russos de equipamentos de medição e a competência da Rosstandart”, disse Andrey Khovanskiy, chefe do departamento de projetos de investimento da VNIIM em homenagem a Mendeleev. - Estamos planejando uma exclusão total das importações. Se agora é 89 por cento, então em 2020 será pelo menos cinquenta.
VNIIM com o nome de Mendeleev / kp.ru
O technopark estará totalmente operacional em 2022. Agora, no local de 35,5 hectares, existem dezoito edifícios, incluindo edifícios únicos: edifícios imunes a ruído, laboratórios subterrâneos. É verdade que eles precisam de reparos. Na primeira etapa, cinco prédios industriais, um complexo logístico, um prédio de escritórios e três prédios residenciais para especialistas não residentes estarão no local.
O projeto levará um ano, o reparo e a construção mais dois. Tudo precisa de 9,1 bilhões de rublos.
VNIIM com o nome de Mendeleev / kp.ru
Em primeiro lugar, o technopark tratará de sistemas de medição automatizados no campo da ecologia. Os planos incluem medições eletroquímicas para medicina, metrologia de sistemas ciberfísicos "inteligentes", metrologia do gás e complexo petroquímico. E ao mesmo tempo - o desenvolvimento da base de referência. Além disso, os residentes farão isso apenas com seus próprios equipamentos.
“Estamos discutindo um pacote de incentivos fiscais para technoparks”, disse Maxim Meiksin, presidente do Comitê de Indústria e Inovação de São Petersburgo. - A criação de equipamentos de medição e tudo o que estiver relacionado a eles serão incluídos na lista de atividades para as quais as alíquotas serão zeradas.
Cerca de dez organizações já estão prontas para trabalhar no technopark. Smolny acredita que o Lomonosov Technopark se tornará um "projeto revolucionário sério".
Anna POSLYANOVA
