Разница звездных и солнечных суток составляет около4-х минут.

Следует также учитывать, что год, т. е. период обращения Земли вокруг Солнца, тоже может определяться по-разному. В метрологической практике использовались три различные определения года:

• тропический год - число средних солнечных суток, прошедших от одного весеннего равноденствия до другого. Продолжительность тропического года равна:

1 год троп. = 365, 24220 средних солнечных суток.

Продолжительность тропического года превышает целое число дней (365) примерно на 1/4 суток

. Поэтому каждый четвертый год становится високосным, т. е. к нему добавляют 366-й день.

при этом началом отсчета является 31 декабря 1899 г. в 12 часов, а концом отсчета является 0-е января 1900 г. в 12 часов. Это время обозначалось как ЕТ.

Эфемеридная секунда и отметки точного времени, связанные с вращением Земли, служили основной единицей практически во всех системах единиц до тех пор, пока не встала проблема определения единицы времени с относительной погрешностью не хуже 10^-10. Кроме того, нужен был способ воспроизведения единицы времени, который позволял бы это сделать за промежуток времени, меньший, чем год. По этой причине XII Генеральная конференция по мерам и весам поручила Международному комитету по мерам и весам установить некую молекулярную или атомную частоту, которая должна с 1967 г. стать определением единицы времени в системе СИ. Это означало переход от воспроизведения единицы времени к воспроизведению частоты какого-либо стабильного во времени периодического процесса.

В результате международных обсуждений и согласований в 1967 г. было принято следующее определение единицы времени.

Единица времени - 1 секунда - равна продолжительности 9,192 631770 ×10⁹ колебаний излучения при квантовом переходе между линиями сверхтонкой структуры атома цезия ¹³³Cs, соответствующих переходу [F = 4; m_F = 0] [F = 3; m_F = 0] основного состояния ²S_1/2.

Для того чтобы воспринимать сознательно это определение, поясним смысл обозначений уровней энергии, принятых в спектроскопии.

 

Мы ранее указывали, что уровни энергии в атоме имеют дискретные значения. Их величина зависит отглавного квантового числа, орбитального квантового числа, от момента электрона и от ориентации этого момента относительно внешнего поля.

Главное квантовое число, грубо говоря, определяет радиус орбиты (орбитали) электрона.

Орбитальное квантовое число определяет момент орбиты и зависит от формы орбитали (эллиптическая, сферическая и т. д.)

Собственный момент электрона - спин (от английского слова spin - волчок) - складывают с орбитальным моментом и получают, таким образом полный момент электронаJ. Этот момент определяет характер спектра, т. е. количество дискретных уровней энергии, их особенности, поведение в магнитных и электрических полях.

В зависимости от главного квантового числа уровни выстраиваются в серии.

В зависимости от орбитального момента изменяется форма контура линии и их интенсивность. Например S уровни указывают на принадлежность к резкой серии (sharp), Р уровни - на принадлежность к наиболее интенсивной - главной серии (principal), D уровни - на принадлежность к размытой, диффузной серии (diffuse), F уровни - к фундаментальной (fundamental) серии и т.д.

Добавление к орбитальному моменту спина электрона приводит к мульти плотному расщеплению уровня с одинаковыми орбитальными моментами на несколько подуровней. Соответственно, спиновый момент обозначается в спектроскопической литературе буквой S, орбитальный - буквой L, полный момент электрона, равный сумме орбитального и спинового момента, обозначается буквой J.

Обозначения уровней в спектроскопии обычно записываются в виде буквы с индексами, означающими спиновой момент (справа от буквы внизу) и мультиплетность, т. е. полный момент (слева от буквы вверху). Например, обозначение уровня ²S_1/2 означает, что орбитальный момент равен нулю и уровень принадлежит к резкой S серии, спиновый момент равен 1/2 , мультиплетность равна 2. Мультиплетность равна (2J +1), т. е. орбитальный полный момент равен 1/2 .

Расщепление уровней по полному моменту приводит к появлению так называемого тонкого расщепления. Если теперь к этому моменту добавить момент ядра I, то каждый уровень тонкой структуры расщепится дополнительно, поскольку момент ядра может либо добавиться к моменту J, либо от него отнимется. В результате образуется полный момент, обозначаемый в спектроскопии буквой F.

Таким образом, обозначения уровня атома цезия в определении единицы времени указывает на конкретные подуровни сверхтонкой структуры атома цезия. Для них полные моменты F равны 4 и 3, это подуровни основного состояния с числом L = 0, числом S = 1/2, числом J = 1/2.

Смысл данного определения единицы времени состоит в том, что расстояние между подуровнями, указанными в определении составляет частоту ν₀ = 9,192 631 770 ·10⁹ Гц.

Если на ячейку или атомный пучок, содержащие свободные атомы цезия воздействовать электромагнитным полем с частотой ν₀, то будет наблюдаться поглощение энергии поля за счет переходов атомов из состояния с F = 3 в состояние с F = 4 в соответствии с диаграммой рис. 2.4.

 

 

Рис. 02.04. Схема уровней энергии основного состояния атома цезия

Эталон единицы времени - в соответствии с определением был реализован на установке для наблюдения резонанса в атомном цезиевом пучке, схема которой дана на рис. 2.5.

Рис. 02.05. Схема установки для воспроизведения единицы частоты системы СИ - Герца

Принцип действия установки для наблюдения резонанса в цезиевом пучке и воспроизведения единицы частоты - Герца - состоял в следующем:

1. В специальном нагревателе испарялся металлический цезий и его атомный пучок распространялся через диафрагмы в вакуумную камеру.

2. На пути пучок попадал в магнитное неоднородное поле, в котором он расширялся и фокусировался на промежуточной щели D.

3. Щель D помещалась внутрь резонатора СВЧ, на который подавался переменный сигнал, близкий к 9,1926 ГГц.

4. За резонатором располагалась еще одна система магнитов, которая фокусировала атомный пучок на детекторе.

5. Изменяя плавно частоту подводимой к резонатору энергии, добивались резкого сигнала с детектора, соответствующего частоте резонанса в цезии.

Именно эта частота и соответствовала 9,192631770 ГГц, и зафиксировав ее точно, можно было воспроизвести единицу времени, т. к. t = 1/ν.

Сопоставление диапазона длин волн и частот, воспроизводимых на эталоне метра и на эталоне Герца, показывает, что оптические измерения на длине волн 0,6 мкм и радиочастотные измерения отличаются по частоте на четыре порядка: - 10¹⁴ Гц для оптического диапазона и - 10¹⁰ Гц для радиочастотного. По этой причине при объединении эталонов метра. Герца и секунды кроме установок с интерферометром и с цезиевыми часами необходимо было создать специальный измерительный комплекс, позволяющий сопоставить без потери точности оптические и радиочастотные измерения. Этот комплекс в метрологии получил название «радиочастотный мост».

Принцип, положенный в его основу, состоит в том, что умножение частоты колебаний какого-либо процесса может быть реализовано практически без потери точности.

Появляется возможность последовательным удвоением, учетверением и т.д. частоты, воспроизведенной на цезиевых часах, вплотную подойти к частотам оптического диапазона - 10¹⁴ Гц. В этом случае можно сличить непосредственно параметры электромагнитных колебаний эталона метра и цезиевых часов.

Реализация эталона метра, эталона Герца совместно с радиочастотным мостом позволила создать метрологический эталонный комплекс, на котором воспроизводятся единицы двух основных единиц системы СИ - метра и секунды, - а также воспроизводится единица производной величины, частоты Герц. Последняя является на настоящее время наиболее точно воспроизводимой единицей из всех физических величин.

2.6.

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: