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A redefinição do kilograma e a
Balança de Kibble como um meio
para a sua realização
Victor M. Loayza MSc.Chefe do Laboratório de MassaDivisão de Metrologia MecânicaDiretoria de Metrologia Científica e Tecnologia
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http://www.inmetro.gov.br/inovacao/publicacoes/vim_2012.pdf http://www.inmetro.gov.br/inovacao/publicacoes/si_versao_final.pdf
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Aprovação do Novo SI
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https://www.bipm.org/utils/common/pdf/si-brochure/SI-Brochure-9.pdf
9ª edição do
SI Brochure
publicado pelo
BIPM (2019)
o ‘Novo SI’
Em vigor desde
20 de maio de 2019
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Novo SI - Mudança de estrutura
Alan Steele, NRC Canada IPAC’18 Vancouver May 2, 2018
de ‘Unidades de Base’ definidas (s, m, kg, A, K, mol, cd)
para constantes definidas (DnCs , c, h, e, kB , NA , Kcd )
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Novo SI - Mudança de estrutura
O Sistema Internacional de Unidades, o SI, é o sistema de unidades em que
• a frequência de transição hiperfina do estado fundamental não perturbado
do átomo de césio 133 DnCs é: 9 192 631 770 Hz,
• a velocidade da luz no vácuo c é: 299 792 458 m/s,
• a constante de Planck h é: 6,626 070 15 × 10−34 J s,
• a carga elementar e é: 1,602 176 634 × 10−19 C,
• a constante de Boltzmann k é: 1,380 649 × 10−23 J/K,
• a constante de Avogadro NA é: 6,022 140 76 × 1023 mol−1,
• a eficácia luminosa da radiação monocromática de frequência 540 × 1012 Hz, Kcd, é: 683 lm/W
https://www.bipm.org/utils/common/pdf/si-brochure/SI-Brochure-9.pdf
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Novo SI - Mudança de estrutura
O uso de uma constante para definir uma unidade desconecta a
definição da realização.
Isto oferece a possibilidade de que
realizações práticas completamente diferentes ou novas e
superiores possam ser desenvolvidas, à medida que as
tecnologias evoluem, sem a necessidade de alterar a definição
https://www.bipm.org/utils/common/pdf/si-brochure/SI-Brochure-9.pdf
Porque o kilograma foi redefinido ?
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Linha do Tempo
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“O kilograma é a unidade de massa; é igual à massa
do protótipo internacional.” (3ª CGPM1901)
, o Protótipo Internacional do Kilograma é um
cilindro feito de liga de platina (90%) e irídio
(10%) e é mantido no Bureau International des
Poids et Mesures (BIPM), na França.
Diâmetro = Altura = 39 mm
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“A massa do Protótipo Internacional do Kilograma é
exatamente 1 kg logo após limpeza e lavagem
utilizando o método do BIPM.” (1989)
Armazenamento do IPK
www.bipm.org/utils/en/pdf/Monographie1990-1-EN.pdf
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Laboratório de Massa - Lamas
Protótipo K66
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Definição do kilograma (SI) baseada no IPK
u(mIPK) = 0
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Quais são os experimentos para redefinir o kilograma ?
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Experiências para redefinição do kilograma
Esfera 28SiCoordenação Internacional Avogadro (IAC)
Balança de Kibble
PTB
BIPM
Informações sobre a esfera de Silício
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Coordenação Internacional Avogadro (IAC)
Leibniz-Institut fur
KristallzuchtungInstitute of Chemistry of High-Purity
Substances of the Russian Academy of
Sciences
Central
Design Bureau of
Machine Building
Institute of Mineral
Resources of the Chinese
Academy of Science
Institute
for Physics of
Microstructures of
the Russian
Academy of Science
Experiências para redefinição do kilograma
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World's Roundest
Experiências para redefinição do kilogramaCoordenação Internacional Avogadro (IAC)
E as Balanças Kibble?
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Balança de Kibble
Ali-Laurent Eichenberger METAS - Gérard Genevès LNE
Experiências para redefinição do kilograma
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NIST-4 Kibble balance.
Rev. Sci. Instrum. 87 , 061301 (2016)Princípios da Balança Kibble
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Rev. Sci. Instrum. 87 , 061301 (2016)
Experiências para redefinição do kilogramaBalança de Kibble
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Modo de pesagem
Modo de velocidade
m g v = V I
Potência mecânica Potência elétrica
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Alan Steele, NRC Canada IPAC’18 Vancouver May 2, 2018
m g v = V I
Potência mecânica Potência elétrica
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Meas. Sci. Technol. 29 (2018) C Rothleitner et al
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Rev. Sci. Instrum. 87 , 061301 (2016)
Para alcançar uma incerteza global de 15 ppb, é necessário possuir uma
capacidade de medição seis grandezas primárias, todas melhores que 10 ppb
• Gravidade
• Voltagem
• Resistência
• Comprimento
• Tempo
• Massa
• Garantir o alinhamento mecânico, elétrico timing e outras questões
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Câmara de vácuo
Espiras circulares
Carregador de massa
Magnetos
Divisor de feixe
Manivela
hidráulica
Experiências para redefinição do kilogramaBalança de Kibble NRC
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Experiências para redefinição do kilogramaBalança de Kibble NRC
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Experiências para redefinição do kilogramaBalança de Kibble NRC
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Experiências para redefinição do kilogramaBalança de Kibble LNE
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Experiências para redefinição do kilogramaBalança Kibble LNE
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Experiências para redefinição do kilogramaBalança de Kibble - BIPM
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Experiências para redefinição do kilogramaBalança de Kibble
Quais foram os valores da constante de Planck fornecidos pelos experimentos?
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CODATA 2017Committee on Data for Science and Technology
Qual foi o valor da constante de Planck?
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Valor da constante de Planck (h)
Qual a importância do kilograma no novo Si?
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Importância do kilograma no novo SI
kg
A mol
cd K
h NA
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“O kilograma, símbolo kg, é a unidade de massa do SI. Ele é definido tomando-se ovalor numérico fixo da constante de Planck h como sendo 6,626 070 15 × 10–34
quando expresso na unidade J s, que é igual a kg m2 s–1, onde o metro e o segundosão definidos em termos de c e DnCs.”
Nova definição do kilograma
“...o Sistema Internacional de Unidades, o SI, é o sistema de unidades em que:
❑ a frequência de transição hiperfina do estado fundamental não perturbado doátomo de césio 133 DnCs é de 9 192 631 770 Hz,
❑ a velocidade da luz no vácuo c é 299 792 458 m/s,
❑ a constante de Planck h é 6,626 070 15 × 10-34 J s, ..”
Como o kilograma será disseminado?
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Foundation for the redefinition of the kilogram, Metrologia 53 (2016) A6–A11
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Disseminação do kilograma no novo SI
Efeitos superficiais na transição ar-vácuo-ar
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Material para padrões de massa utilizados no ar e no vácuo
Disseminação do kilograma no novo SI
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Disseminação do kilograma no novo SI
Experiências para a realização do kilograma
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Conjunto de padrões de referência do BIPM
Set up para armazenamento de padrões de referência do BIPM
Disseminação do kilograma no novo SI
Os experimentos de realização do kilograma já podem fornecer rastreabilidade?
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Ajuste Especial CODATA
Qual medida foi tomada para não propagar a discrepância para a escala de padrões de masssa?
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Impactos da redefinição do kilogramaFonte de rastreabilidade Internacional
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Quais os impactos imediatos da redefinição do kilograma?
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Impactos da redefinição do kilogramaPúblico em geral
https://www1.folha.uol.com.br/folha/cotidiano/ult95u127255.shtml
https://www.niddk.nih.gov/health-information/
http://www.ipem.rj.gov.br/Instrumentos/PreMedidos/
Não há impacto
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Impactos da redefinição do kilogramaIndústrias e Laboratórios
https://www.jayinst.com/product-page.php?cat_id=2&id=19
http://nigertechno.com/lab-weighing-manufacturers-in-chandigarh/
Não há impacto
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Impactos da redefinição do kilogramaLaboratórios Acreditados, Industrias de Pesagem, Organismos de
Metrologia Legal
Não há impacto
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Impactos da redefinição do kilogramaInstitutos Nacionais de Metrologia
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Quais os impactos futuros da redefinição do kilograma?
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Impactos futuros da redefinição do kilogramaProjeto NIST on a Chip (NOAC)
o Atender as necessidades de medição das áreas farmacêuticas, biomédicas enanotecnlógicas;o Baixo custo, adaptável para aplicações industriais e domésticas ;o Realização das unidades a partir de fenômenos quânticos, sem necessidade decalibração (alta exatidão e estabilidade).
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Impactos futuros da redefinição do kilogramaRealização da unidade de massa com menor exatidão
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Impactos futuros da redefinição do kilogramaRealização da unidade de massa com menor exatidão
Custo estimado$100.000 - $300.000
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Referências
[1] Cacais F L , Loayza V M Redefinição do Kilograma I: Motivações e Justificativativas, Metrologia 2017, disponível em http://media.metrologia2017.org.br/media/uploads/s/[email protected]_1506033700_673254.pdf, acessado em 13/05/2019.
[2] Cacais F L , Loayza V M Redefinição do Kilograma II: Decisões, Metrologia 2017, disponível em http://media.metrologia2017.org.br/media/uploads/s/[email protected]_1506033803_728675.pdf, acessado em 13/05/2019.
[3] Cacais F L , Loayza V M Redefinição do Kilograma III: Preparação e Consequências, Metrologia 2017, disponível em http://media.metrologia2017.org.br/media/uploads/s/[email protected]_1506033883_385830.pdf, acessado em 13/05/2019.
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Muito Obrigado!
[email protected] [email protected]
Agradecimento especial a Fabio Cacais pela colaboração na elaboração desta apresentação
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