![Эталоны единицы длины Эталоны единицы длины](/upload/iblock/d6a/etalon_dlin.jpg)
Как известно, в 1791 г. Национальное собрание Франции приняло длину десятимиллионной части четверти дуги парижского меридиана в качестве единицы – метра. В тот период времени во Франции применялся в качестве единицы длины туаз. Соотношение между метром и туазом оказалось равным 1 м = 0,513074 туаза.
Но уже в 1837 г. французские ученые установили, что в четверти меридиана содержится не 10 млн., а 10 млн. 856 м. Кроме того, примерно в тот же период времени стало очевидным, что форма и размеры Земли со временем, пусть незначительно, изменяются. Поэтому в 1872 г. по инициативе Петербургской академии наук была создана международная комиссия, решившая не создавать уточненных эталонов метра, а принять в качестве исходной единицы длины метр Архива Франции. Кстати, измерения 1964-1967 гг. показали, что в четверти меридиана содержится 10 001 954, 4 м, т.е. метр Архива короче меридионального метра.
В 1889 г. был изготовлен 31 эталон метра платиноиридиевого стержня X-образного поперечного сечения.
Эталон №6 оказался при 0 °С точно равным длине метра Архива и был принят в 1889 г. I Генеральной конференцией по мерам и весам в качестве международного прототипа метра. Остальные 30 эталонов были переданы различным странам. Экземпляры №11, №28 в 1889 г. были переданы России, при этом экземпляр №28 был утвержден в качестве государственного эталона (вначале факультативно).
Как следует из рассмотрения рис., эталон в виде линейки Х-образного сечения вписывается в квадрат 20 на 20 мм.
![](/upload/images/etalon_ed_dl.jpg)
Длина линейки составляет 102 см. на каждый из ее концов нанесены три штриха на расстоянии 0,5 мм друг от друга. Таким образом, расстояние между средними штрихами равно 1 м.
Погрешность платиноиридиевых штриховых метров составляет + 1,1 .10-7 м. Уже в начале ХХ в. эта погрешность оказалась достаточно большой, не удовлетворяющей требованиям измерений длины.
В 1960 г. ХI Генеральной конференцией по мерам и весам было принято новое, уже упоминающиеся определение метра: метр – длина, равная 1650763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего перехода между уровнями 2P10 и 5d5 атома криптона-86.
Метр в длинах световых волн воспроизводится интерференционным методом с помощью излучения в газоразрядной трубке газа – изотопа криптона-86 (оранжевая линия). Принцип действия этого эталона заключается в следующем. В нормальном состоянии атомы не излучают свет и обладают некоторой минимальной энергией. Возбужденные атомы газов излучают линейный спектр, причем каждая линия этого спектра представляет монохроматическое излучение с определенной чистотой ν
ν = (E2 – E1) /h,
где, E2 - энергия уровня, с которого совершается переход; E1 – энергия уровня, на которой совершается переход; h – постоянная Планка.
Спектральные линии излучения атомов обычно имеют сложное строение, так называемую сверхтонкую струну. Существование сверхтонкой струны спектральной линии обусловлено наличием в естественных элементах изотопов. При этом элементы с четной атомной массой и четным номером в периодической системе элементов излучают более «тонкие» линии, что позволяет точнее определить максимум линии, а значит точнее определить длину волны излучения
λ = cT = c/ν = ch/ (E2 – E1),
где, c – скорость света; Т – период колебаний
Поскольку длина волны спектральных линий излучения атомов постоянна, то она используется для измерения единицы длины – метра.
Спектральные линии излучения атомов криптона-86 выделяются с помощью монохроматоров (по существу – светофильтров), а длина волны измеряется с помощью интерферометров.
Криптоновый эталон метра состоит из газоразрядной лампы, наполненной криптоном-86, помещенной с сосуд Дьюара с жидким азотом. При подаче электрического напряжения +1500В в лампе образуется свечение возбужденных атомов криптона-86. Капилляр, в котором происходит свечение (с внутренним диаметром около 3 мм), имеет оптический выход на автоматический интерференционный фотоэлектрический компаратор. С помощью интерференционного компаратора определяется расстояние между штрихами, что позволяет найти число длин волн, укладывающихся между средними штрихами линийки. Фактически определяется на все количество длин волн, «помещающихся» в метре, а оценивается разница между измеряемой длиной (например платиноиридиевого прототипа метра) и эталонной длиной, воспроизводимой газоразрядной лампой. Измерение длины волны и энергетических характеристик свечения проводится с помощью спектроинтерферометров.
Погрешность воспроизведения метра, оцениваемая средним квадратическим отклонением результата измерения, с помощью данного эталона существенно уменьшилась по сравнению с погрешностью платиноиридиевого прототипа метра и составила 5 . 10-9. Но такая погрешность в век ракетно-космической технике для многих потребителей оказывается слишком большой, и учетные искали пути создания эталона длины на других принципах.