Restauración de piso

2008/03/01 Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Materialak
• Fisika

O quilogramo é a unidade básica da masa do sistema internacional de unidades. Defínese como a masa do prototipo internacional de quilogramo. Esta definición foi adoptada en 1889 e desde entón está vixente. O prototipo é un anaco de metal de 90% de platino e 10% de iridio. Situada xunto a París, na Oficina Internacional de Medidas e Pisos: Coñécese como Lle Gran K e ten o tamaño aproximado dun val. A súa masa é, por suposto, un quilogramo. Non pode ter outro valor, xa que por definición é o quilogramo.

Con todo, as recentes comparacións de masas non din o mesmo. De feito, existen varias copias distribuídas por todo o mundo do quilogramo oficial que, ás veces, comparan o quilogramo oficial coas súas copias. Ao medirse por última vez, Lle Gran K perdeu 50 microgramos pola media das masas de copias. É dicir, o quilogramo oficial, en lugar dun quilo, pesa 999,99995 gramos.

A definición de Quilogramo de altibaixos de masa non ten moito sentido, é un problema a resolver. E non por iso a balanza do tendero de debaixo da casa non mide ben o peso das mazás que compramos. O problema é máis profundo, xa que as definicións de certas magnitudes físicas e químicas dependen en maior ou menor medida da masa, como o mol (masa atómica ou molecular dunha sustancia en gramos) ou o newton (unidade de expresión da forza ^expresada en kg.m.s -1).

Varios grupos de científicos levan anos buscando una nova definición de quilogramo paira descartar definitivamente estes erros de medición. Fixeron moitas propostas, pero sobre todo teñen forza dous métodos. De momento, ningún deles gañou esta competencia e pasarán uns anos paira aprobar una nova definición. A decisión sobre que definición representará ao quilogramo corresponde ao Comité Internacional de Medidas e Pesos. Reúnense periodicamente paira debater sobre as magnitudes definidas e realizar as modificacións necesarias. Teñen previsto elixir a nova definición de Quilogramo paira o ano 2011. Na Asemblea Xeral.

Antes con metro

Non é a primeira vez que a comisión internacional de medidas e pesos tivo que redefinir una magnitude. Do mesmo xeito que o quilogramo, o metro estivo definido por un obxecto até 1983. Tamén era un prototipo en forma de bastón de platino iridio.

E do mesmo xeito que o quilogramo, este tiña problemas de talla. O problema foi resolto na Conferencia Internacional de Medidas e Pesos daquel ano. O primeiro traballo foi determinar a velocidade da luz, acordando que a velocidade da luz era de 299.792.458 metros por segundo. Desde entón, ao tratarse dunha magnitude totalmente definida, atoparon una definición que daba ao metro un valor inalterable: Distancia da luz ao baleiro en 1/299.792.458 segundos.

Iso é o que queren facer co quilogramo. As dúas propostas con maior forza requiren una solución similar. Do mesmo xeito que ocorreu co metro, teñen que determinar necesariamente unhas constantes que non están limitadas. En principio, as constantes teñen que ter un valor concreto, por iso denomínanse constantes, pero en ocasións, ao ser unhas magnitudes dependentes doutras, en lugar de ter un valor determinado, teñen un rango de valores posible.

Una das opcións indica que se pode definir o quilogramo especificando o número de Avogadro, e a outra esixe limitar a constante de Planck paira poder cumprir con este obxectivo. O primeiro coñécese como o proxecto de Avogadro e o segundo como a balanza Watt.

Determinación do número de Avogadro

O número de Avogadro é una constante fundamental da física. Une o mundo físico macroscópico co mundo submicroscópico dos átomos. A súa definición é a seguinte: Número de átomos que conteñen 12 gramos de isótopos de carbono. Este número é ^{aproximadamente} 6,023 x 10 23, átomos que se atopan en 12 gramos de carbono.

Como se pode apreciar, o número de Avogadro depende do gramo. Isto faille depender do prototipo variable do quilogramo, é dicir, non ser independente. O feito de que o quilogramo oficial teña oscilacións de 50 microgramos supón aproximadamente un trillón por átomo!

A fixación definitiva do número de avogadro permitiría definir o quilogramo. Paira definilo, os científicos creen que o número de Avogadro debe ter estas tres características. Por unha banda, o valor debe ser un enteiro porque representa un número de átomos. Doutra banda, debe ser un valor dentro do rango de valores actualmente permitido. E por último, o número de Avogadro seleccionado debería estar asociado a un obxecto físico; en definitiva, o número de Avogadro indica o número de átomos dun obxecto.

Á hora de decidir que forma ten que ter o obxecto, hai varias opinións entre os científicos. Algúns tratan de facer una esfera de silicio perfecta dun quilogramo e una vez realizada pretenden contar o número de átomos mediante raios X. Outros propoñen que o obxecto teña un cubo xeométrico. Así, trataríase dun cubo cun determinado número de átomos en cada lado, cuxo cubo daría o valor do número de Avogadro.

Os partidarios de que o obxecto sexa un cubo din que, ao ser una esfera, é moito máis difícil relacionar o número de átomos co volume do obxecto porque se introduce o número paira calcular o volume, polo que sería imposible dar un valor moi concreto.

Independentemente do obxecto, e tendo en conta que o número de Avogadro é o número de átomos de 12 gramos dos 12 isótopos de carbono, o quilogramo definiríase por este método como: 1.000/12 x Número de Avogadro. Dado que o número de Avogadro é un valor limitado, non habería risco de incidencias.

Usar balanza Watt

A outra proposta de maior forza paira a redefinición do quilogramo baséase na chamada Balanza de Watt. En definitiva, mediante a balanza de Watt determinan a cantidade de corrente eléctrica necesaria paira atenuar o peso dunha masa dun quilogramo. De feito, a corrente eléctrica produce forza electromagnética, que é a que exerce una forza contra o peso.

A masa dun quilogramo colócase no prato dunha balanza, rodeada dunha bobina de fío de cobre e una bobina de material superconductor ao redor desta última. O campo electromagnético necesario paira combater o quilogramo xérase facendo pasar electricidade a través das bobinas. Baseándonos en certas propiedades físicas e medindo a corrente eléctrica e a tensión que xera o sistema, podemos obter a relación entre a masa posta en balanza e a constante de Planck mediante unhas operacións.

Como se dixo, a constante de Planck tamén está indefinida, é dicir, non ten un valor fixo. Ao asignar un valor concreto á constante de Planck obterían una definición de masa (neste caso, o quilogramo) que non necesita dun obxecto.

En realidade, a utilización dun prototipo dun quilogramo pode parecer una contradición na definición do quilogramo, pero no momento en que se determine a forza necesaria paira facer fronte ao peso de devandito prototipo, o prototipo perdería a importancia que tiña até entón e non habería que utilizar máis.

Principal problema, precisión

Non está claro cal dos dous métodos elixirán. En calquera caso, será determinante a precisión dun e outro. O máis preciso á hora de medilo será, probablemente, o que chegue a ter una definición oficial.

De feito, a falta de precisión que presenta o prototipo actual ha motivado a procura de novas vías de definición de quilogramo. Por tanto, a magnitude a substituír deberá ser máis precisa que o prototipo. A incerteza do prototipo oficial é de 0,05 por millón, e con outros métodos até agora non se conseguiu tanta precisión. Paira a súa aprobación, o Comité Internacional de Medidas e Pesos afirmou que o erro non debe superar as 0,02 partes por millón.

Aínda que aínda non o conseguiron, tanto os que apostan por un método como os que apostan polo outro están convencidos de que conseguirán aumentar a precisión das medicións antes de que sexa tarde, e desenvolver un método que poida presentarse na reunión internacional de medidas e pesos.

Coa elección da Comisión, en breve teremos una nova definición de quilogramo e o actual prototipo adelgazado quedará como peza conmemorativa dun museo. Non sabemos si cando definan obrigarán a todos os usuarios das balanzas a calibrar os seus aparellos. Seguramente non, e entón será a súa decisión adaptar a balanza que ten entre mans á nova definición, ou continuar coa calibración realizada durante a vixencia do antigo prototipo.