El Origen del Sistema Métrico.pptx

El Origen del Sistema Metrico

1. El Origen del Sistema Métrico

2. El Origen del Sistema Métrico Los orígenes del sistema métrico decimal se encuentran en Francia. Antes del siglo XVIII, nunca hubo en Francia un sistema de unidades unificado. A pesar de los repetidos intentos de Carlomagno y diversos reyes posteriores que intentaron reducir el número de unidades de medida utilizadas, en 1795 Francia contaba con más de setecientas unidades de medida diferentes. Muchas de ellas tomaban como referencia criterios de la anatomía humana: la palma, el pie, el codo, la toesa, etc. Esas unidades presentaban además valores diferentes de una ciudad a otra, de una corporación a otra, y a menudo dependían también del tipo de objeto que se medía. Las medidas de volumen y las de longitud no tenían vinculación alguna entre ellas.

3. El Origen del Sistema Métrico Los múltiplos y submúltiplos de las unidades no seguían una estructura armoniosa. Todo ello dificultaba enormemente los cálculos en la vida cotidiana, introducía errores y era fuente de engaños. Esta situación limitaba también el desarrollo de innovaciones científicas. Por ello, a medida que la industria y el comercio empezaron a generalizarse, la necesidad de una armonización se impuso con fuerza [Quinn 2011

4. El Origen del Sistema Métrico El clima de reforma que sucedió a los acontecimientos revolucionarios en Francia se revelaría muy propicio para precipitar una reforma de las unidades de medida. Los “cuadernos de quejas” ( cahiers de doléances ), que registraban las peticiones y quejas del pueblo en la Francia del antiguo régimen para ser debatidas en las asambleas de los Estados Generales, recogían numerosísimas reclamaciones de unidades de medida universales que permitieran liberarse de la arbitrariedad de las unidades de medida señoriales de la época.

5. El Metro La primera y única comparación de las copias nacionales del metro con el prototipo internacional se llevó a cabo entre 1921 y 1936 y concluyó que las longitudes eran equivalentes dentro de un margen de 0,2 micrómetros. En paralelo, la óptica interferométrica empezó a desarrollarse y a ser utilizada en medidas de longitud cada vez más largas. En 1921 ya se anunciaba que estas nuevas técnicas de medida podrían permitir uniformizar las medidas de longitud mundialmente. En particular, ciertas líneas espectrales del Cadmio y del Kriptón aparecían como las más adecuadas. En 1960, la undécima Conferencia General de Pesas y Medidas adoptó una nueva definición del metro que rezaba [CGPM] “ El metro es la longitud igual a 1 650 763,73 longitudes de onda en el vacío de la radiación correspondiente a la transición entre los niveles 2p 10  y 5d 5  del átomo de Kriptón 86 ”. En los años 60 una nueva invención empezó a superar a la lámpara de descarga de Kriptón como referencia básica en interferometría: el láser, que presentaba dos ventajas sustanciales sobre la luz de una lámpara de descarga, su monocromaticidad y su coherencia. Esta contradicción puso de manifiesto que la definición del metro carecía de la precisión necesaria e impulsó a la decimoséptima Conferencia General en 1983 a definir el metro como [CGPM]   “ El metro es la longitud del trayecto recorrido por la luz en el vacío durante 1/299 792 458 segundos”

6. El Segundo Resulta sorprendente que hasta 1956 no hubiera definición oficial del segundo. Era de dominio público que un segundo era simplemente la fracción 1/86400 de un día y el concepto de día se consideraba conocido por todos. Sin embargo, a partir de 1955, la invención y construcción de relojes atómicos supuso una revolución para la medida del tiempo. Se puso en evidencia, por ejemplo, que la duración de un día aumentaba en 1,7 milisegundos cada cien años. Ello condujo en primer lugar a cambiar la definición vigente por una que ligara el segundo a la duración de un año en particular, evitando así los problemas de variabilidad del día terrestre. La propuesta vino de los astrónomos. En 1956, el segundo fue definido como: “El segundo es la fracción 1/ 31 556 925,9747 del año trópico 1900 enero 0 a las 12 horas de la efeméride” Esta definición fue claramente concebida por astrónomos y fue difícilmente entendible fuera de esa comunidad. A pesar de ser promulgada, rápidamente engendró dos problemas: el primero era la inaccesibilidad de la definición por hacer referencia a un año tan lejano. El segundo era que, dado que el día solar medio aumentaba en 1,7 ms cada 100 años, y que esos desfases se acumulaban con el tiempo, sería necesario con el paso del tiempo añadir segundos intercalares a la definición para adaptar el año según la definición al año vigente. Por todo ello, finalmente, en 1967, el segundo atómico acabaría reemplazando a la definición astronómica. En unos pocos años, el avance espectacular de los relojes atómicos puso de manifiesto que la precisión que ofrecían iba a superar sin comparación posible a cualquier medida que viniera de observaciones astronómicas. En 1967 la 13ª Conferencia General decidió que [CGPM] “ Un segundo es la duración de 9 192 631 770 oscilaciones de la radiación emitida en la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de Cesio 133 ” Esta definición sigue vigente en la actualidad, aunque la revisión del SI ha cambiado la redacción, siendo ahora: “ El segundo se define al fijar el valor numérico de la frecuencia de la transición hiperfina del estado fundamental no perturbado del átomo de cesio 133, Δν Cs , en 9 192 631 770, cuando se expresa en la unidad Hz, igual a s -1 ”

7. El Amperio En 1980, Klaus von Klitzing anunció su descubrimiento del efecto Hall cuántico. Este efecto, combinado con el efecto Josephson, descubierto por Brian Josephson en 1962, que abría el camino para vincular el patrón de tensión con el cociente 2 e/h , conduciría a una pequeña revolución en la metrología eléctrica. Las constantes de von Klitzing y de Josephson fueron llamadas respectivamente  R K  y  K J. En 1988 el CIPM decidió adoptar valores convencionales para las constantes  R K  y  K J  con el objetivo de basar una  representación  del ohmio y del voltio en estos efectos cuánticos [CIPM]. A partir de entonces, a pesar de que la unidad eléctrica básica era el amperio, la realización y la diseminación de las unidades eléctricas se basó en estos efectos cuánticos y los valores convencionales asociados [Taylor 1989]. Ello condujo al uso de un sistema de unidades eléctricas paralelo al SI, y por lo tanto fuera del SI, que no podía considerarse como satisfactorio. En 2018 la 26ª Conferencia General adoptó la siguiente definición del amperio [CGPM]: “ El amperio, símbolo A, es la unidad SI de intensidad de corriente eléctrica. Se define al fijar el valor numérico de la carga elemental, e, en 1,602 176 634 × 10 -19 , cuando se expresa en la unidad C, igual a A·s, donde el segundo se define en función de Δν Cs ” En el SI revisado μ  ya no tiene un valor exacto y debe ser medida experimentalmente. Hacia finales del siglo XIX, la cuestión de los estándares eléctricos fue cada vez de mayor actualidad a causa de la veloz electrificación de la mayoría de aspectos de la producción industrial y también en la vida doméstica en general.  hacia 1939, Giovanni Giorgi propuso un sistema de cuatro dimensiones, Metro, Kilogramo, Segundo (MKS) y una cuarta unidad eléctrica, a escoger. Tras la guerra, en 1946, el CIPM retomó el asunto y aprobó una resolución en la que se definían las unidades eléctricas amperio, voltio y ohmio. Estas definiciones entraron en vigor en 1948 y fueron aprobadas por la novena Conferencia General de 1948.  La definición del amperio rezaba [CGPM]: “ El amperio es la corriente constante que, mantenida en dos conductores rectos paralelos de longitud infinita, de sección circular despreciable, y colocados a un metro de distancia en el vacío, produciría entre estos conductores una fuerza igual a 2 × 10 -7  Newton por metro de longitud ”.

8. El Kelvin Las aportaciones de Maxwell y Boltzmann habían puesto de manifiesto que la temperatura también podía ser definida a nivel microscópico como una medida de la agitación de los constituyentes de la materia.  La nueva propuesta sería entonces redefinir el kelvin fijando un valor numérico exacto de la constante de Boltzmann en lugar de la temperatura del punto triple del agua. Ello permitiría que la definición no siguiera dependiendo de una sustancia o experimento particular y garantizaría la perennidad de la unidad en el muy largo plazo, ya que la constante de Boltzmann es una constante física invariante en el tiempo y en el espacio. Para asegurar la continuidad de la utilización del kelvin en caso de una redefinición, la constante de Boltzmann debía ser medida experimentalmente con una incertidumbre comparable a la de la realización del kelvin en vigor. Tras más de una década de trabajos incesantes en 12 laboratorios repartidos en 8 países [Pitre 2017], en julio de 2017 la constante de Boltzmann era determinada con una incertidumbre de 0,37·10 -6 ,  con un valor de  k  = 1,38064903(51) ·10 —23  J/K por el comité internacional CODATA TGFC (Task group on fundamental constants) [Newell 2018, Mohr 2018] (ver figura 1). Ya se daban pues las condiciones para que la CGPM en 2018 definiera el kelvin como “ El kelvin, símbolo K, es la unidad de temperatura termodinámica. Se define al fijar el valor numérico de la constante de Boltzmann, k, en 1,380 649 × 10 -23  cuando se expresa en la unidad J·K -1 , igual a kg·m 2· s -2· K -1  donde el kilogramo, el metro y el segundo se definen en función de h, c y Δν Cs ” A diferencia del grado Celsius (históricamente conocido como grado centígrado) comúnmente usado en la vida cotidiana, el kelvin (K) es una medida absoluta de la temperatura. Esta escala fue introducida a mediados del siglo XIX y se basa en el hecho de que existe un límite inferior a toda temperatura, un cero absoluto. La definición del kelvin como unidad de temperatura termodinámica tuvo lugar en 1954 en la 10ª CGPM, que seleccionó el punto triple del agua (punto en el que las tres fases, sólida, líquida y gaseosa coexisten) como un punto fijo fundamental al que se le asignó la temperatura de 273,16 K (equivalente a 0,01 °C). La 13ª CGPM (1967-1968) adoptó el nombre kelvin, con símbolo K, en lugar de “grado kelvin” con símbolo °K [CGPM].  Sin embargo, en la práctica la definición del kelvin se reveló poco precisa ya que la composición isotópica del agua utilizada afectaba a la temperatura de su punto triple. En 2005, el CIPM clarificó la definición precisando que la composición del agua debía ser la del agua oceánica media normalizada de Viena o VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water) [CIPM].

9. El Mol La 26ª Conferencia General de Pesas y Medidas adoptó en 2018 como nueva definición del mol la siguiente [CGPM]: “El mol, símbolo mol, es la unidad SI de cantidad de sustancia. Un mol contiene exactamente 6,022 140 76 × 10 23  entidades elementales. Esta cifra es el valor numérico fijo de la constante de Avogadro, N A , cuando se expresa en la unidad mol -1 , y se denomina número de Avogadro. La propuesta de incluir el mol como unidad básica del SI se presentó por primera vez en la Conferencia General de 1967, que decidió rechazarla. Se elaboró una proposición más detallada en la siguiente Conferencia General de 1971, que finalmente fue adoptada con tres votos en contra. La definición escogida para el mol fue la siguiente [CGPM]: “El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas partículas elementales como átomos hay en 12 gramos de carbono-12”. Esta definición ha sido de gran utilidad para la comunidad química. Sin embargo, en los últimos años, aprovechando que se estaba preparando una revisión del SI, la comunidad química propuso considerar una nueva definición del mol que lo desvinculara del kilogramo [Marquardt 2018 ].

10. La Candela En 1948, la 9ª CGPM adoptó el nombre “candela” y símbolo “cd” y su definición fue basada en la intensidad luminosa de un radiador de Planck (un cuerpo negro) a la temperatura de congelación del platino, 2045 K. Esta definición fue ligeramente modificada en 1967. En 1979, debido a las dificultades prácticas para realizar un radiador de Planck a temperaturas elevadas y gracias a las nuevas posibilidades abiertas por la radiometría, la 16ª CGPM adoptó una nueva definición de la candela, basada en la potencia óptica de una radiación [CGPM]: “ La candela es la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540 × 10 12  Hz y cuya intensidad energética en esa dirección es de 1/683 vatios por estereorradián ”. En 2018, la 26ª CGPM ha cambiado ligeramente la formulación de esta definición sin cambiar la definición [CGPM]: “[La candela]  se define al fijar el valor numérico de la eficacia luminosa de la radiación monocromática de frecuencia 540 × 10 12  Hz, K cd , en 683, cuando se expresa en la unidad lm·W -1 , igual a cd·sr·W -1  o a cd·sr·kg -1 ·m -2 ·s 3 , donde el kilogramo, el metro y el segundo se definen en función de h, c y Δν Cs ”.