นักวิจัยในประเทศเยอรมนีได้พัฒนามาตรฐานใหม่สำหรับการวัดแรงดันที่ไม่อาศัยสิ่งประดิษฐ์ เช่น ลูกสูบเชิงกลหรือคอลัมน์ปรอท วิธีการซึ่งใช้แทนการคำนวณในหลักการแรกและการวัดคุณสมบัติทางไฟฟ้าของก๊าซฮีเลียมที่มีความละเอียดอ่อนนั้นแม่นยำภายใน 5 ส่วนต่อล้านที่ความดันสูงถึง 7 MPa และในที่สุดก็สามารถแทนที่มาตรฐานแรงดันตามวัตถุทางกายภาพ
ในช่วงกลางทศวรรษ 1600 นักวิทยาศาสตร์
เช่น Evangelista Torricelli และ Christiaan Huygens เริ่มใช้คอลัมน์ปลายเปิดและหลอดปรอทเพื่อวัดความดันที่เกิดจากก๊าซที่สัมพันธ์กับความดันบรรยากาศ ระบบประเภทนี้ยังคงใช้เป็นมาตรฐานแรงดัน แต่ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา นักมาตรวิทยาได้ทำงานเพื่อพัฒนาทางเลือกอื่นที่ขจัดความจำเป็นในการใช้ปรอทที่เป็นพิษ มาตรฐานความกดดันใหม่เกิดขึ้นจากความพยายามดังกล่าว นำโดย Christof Gaiser และเพื่อนร่วมงานที่Physikalisch-Technische Budesanstalt Institut (PTB) ในกรุงเบอร์ลิน
ขั้นตอนแรกของทีม PTB คือการเปลี่ยนคอลัมน์ปรอทด้วยลูกสูบที่ออกแบบมาอย่างแม่นยำ ความดันด้านล่างลูกสูบสามารถคำนวณได้โดยตรง โดยการคูณพื้นที่ผิวของลูกสูบด้วยมวลของโหลด Gaiser อธิบายว่าความยากคือต้องวัดพื้นที่ผิวของลูกสูบและช่องว่างระหว่างลูกสูบกับกระบอกสูบรอบข้างด้วยระดับความแม่นยำที่สูงมาก ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากลูกสูบเป็นวัตถุทางกายภาพ ลูกสูบแต่ละอันจึงแตกต่างกันเล็กน้อย “เกจลูกสูบที่เรามีที่ PTB ที่มีความไม่แน่นอนหนึ่งส่วนต่อล้านเป็นสิ่งประดิษฐ์” Gaiser กล่าว “พวกมันล้วนมีเอกลักษณ์และต้องมีลักษณะเฉพาะอย่างแม่นยำ”
เครื่องชั่งลูกสูบยืนอยู่บนโต๊ะ เพื่อขจัดข้อเสียนี้ และเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของเกจลูกสูบเชิงกล Gaiser และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนามาตรฐานแรงดันแก๊สทางเลือกโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าไดอิเล็กตริกคงที่แก๊สเทอร์โมมิเตอร์ (DCGT) วิธีนี้ ซึ่งถูกคิดค้นขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1980และกลั่นกรองที่ PTBซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามระดับนานาชาติในการแก้ไขค่าคงที่ Boltzmann(และด้วยเหตุนี้จึงกำหนดหน่วยอุณหภูมิเคลวินใหม่)
เกี่ยวข้องกับการวัดว่าความจุไฟฟ้า
เปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรดของตัวเก็บประจุเต็มไปด้วยก๊าซที่มีแรงดัน การเปลี่ยนแปลงความจุเกี่ยวข้องกับค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของแก๊ส ซึ่งขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของก๊าซ เมื่อคุณทราบความหนาแน่นแล้ว Gaiser กล่าวว่าการคำนวณอุณหภูมิเป็นเรื่องง่ายโดยใช้กฎหมายก๊าซในอุดมคติฉบับดัดแปลง
ผลลัพธ์ล่าสุดของทีม PTB นำเสนอ DCGT ในรูปแบบใหม่ แทนที่จะใช้การเปลี่ยนแปลงความจุในการคำนวณอุณหภูมิ พวกเขาใช้มันเพื่อหาแรงดัน โดยใช้ประโยชน์จากคำจำกัดความอุณหภูมิคงที่ในขณะนี้และการคำนวณทางทฤษฎีของปริมาณสองปริมาณ: ความสามารถในการขั้วไฟฟ้าของก๊าซและความแข็งแรงของปฏิกิริยาระหว่างอะตอมของก๊าซ
ในฮีเลียม การคำนวณดังกล่าวสามารถทำได้จากหลักการแรก Gaiser ตั้งข้อสังเกตว่าพวกมันมีประวัติศาสตร์อันยาวนาน โดยมีค่าแรกสำหรับความสามารถในการโพลาไรซ์ทางไฟฟ้าของฮีเลียมในช่วงทศวรรษที่ 1920 และ 1930 อีกไม่นาน โครงการ kelvin-redefinition ได้กระตุ้นให้เกิดความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านความแม่นยำของการคำนวณเหล่านี้ โดยกลุ่มวิจัยหลายกลุ่มได้พัฒนาวิธีการที่ดีขึ้นในการดำเนินการอย่างอิสระ การปรับปรุงเหล่านี้ร่วมกับงานของกลุ่ม PTB ในห้องปฏิบัติการ ทำให้สามารถพัฒนามาตรฐานตามความจุใหม่ได้
‘อาจเป็นการวัดความดันที่ดีที่สุดในโลก’ “[นักวิจัย PTB] ต้องทำ (อาจ) การวัดความดันที่ดีที่สุดในโลกเมื่อกำหนดค่าคงที่ Boltzmann โดย DCGT ดังนั้นฉันจึงไม่แปลกใจเลยที่คุณจะย้อนกลับและใช้วิธีการที่คล้ายกันในการวัดความดันได้อย่างแม่นยำ” Graham Machinกล่าว เพื่อนคนหนึ่งที่ National Physical Laboratory
ใน Teddington สหราชอาณาจักร
Machin ซึ่งเป็นผู้นำการสนับสนุนของสหราชอาณาจักรในการกำหนดเคลวินใหม่ แต่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานปัจจุบัน กล่าวว่าวิธีการของทีม PTB อาจเป็นพื้นฐานของมาตรฐานความดันที่ไม่ใช่ทางกลในอนาคต แม้ว่าเขาจะเตือนว่ามาตรฐานทางกลจะไม่ถูกแทนที่ในชั่วข้ามคืน “ในระยะยาว เมื่อมาตรฐานที่เก่ากว่าหมดอายุขัย นี่จะเป็นทางเลือกที่จริงจัง”
James Schmidtนักฟิสิกส์และผู้เชี่ยวชาญด้านความดันที่สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (NIST) เห็นด้วย “ในลักษณะเดียวกับที่เคลวินถูกแทนที่ด้วยคำจำกัดความของค่าคงที่ Boltzmann ระดับความดันสามารถถูกแทนที่ด้วยความหนาแน่นของก๊าซที่มีคุณลักษณะครบถ้วนและการวัดทางอิเล็กทรอนิกส์ของค่าการยอมให้ไดอิเล็กตริกหรือดัชนีการหักเหของแสงของก๊าซนั้น” เขาพูดว่า. “ในขณะที่คำจำกัดความใหม่และเทคนิคใหม่อาจไม่สามารถแทนที่การดำเนินงานในโรงงานได้ทันที แต่สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญสำหรับสถาบันมาตรฐานระดับชาติระดับสูงสุดบางแห่ง เช่น PTB และ NIST”
Gaiser ตกลงว่าวิธี PTB จะต้องดำเนินการเพิ่มเติมก่อนที่จะนำไปใช้ในวงกว้าง “เป็นการทดลองที่ค่อนข้างใหญ่ และคุณต้องคำนึงว่าคุณต้องการก๊าซที่บริสุทธิ์มากๆ และความเสถียรของอุณหภูมิที่ดี” เขากล่าว การผลักดันวิธีการนี้ให้เกินขีดจำกัด 7 MPa ปัจจุบันจะต้องมีความก้าวหน้าเพิ่มเติมในทฤษฎีก๊าซฮีเลียมที่ความดันสูงมาก เขากล่าวเสริม
Azizi อธิบาย “ความลาดชันสูงของสนามแม่เหล็กที่มีอยู่ตรงทางเข้าอุโมงค์ของเครื่องสแกน MRI กระตุ้นให้เราใช้สนามแม่เหล็กเพื่อการนำทางด้วยแม่เหล็ก “ฟิลด์ขอบ MRI เป็นแบบคงที่ ดังนั้นเราจึงใช้ระบบหุ่นยนต์เพื่อจัดตำแหน่งตัวอย่างโดยมีอิสระหกองศาในช่องขอบเพื่อใช้แรงไล่ระดับแม่เหล็กแบบมีทิศทาง นอกจากนี้ ระหว่าง [การย้าย] MRI กับตัวอย่าง การย้ายตัวอย่างจะง่ายกว่า”
แอพพลิเคชั่นที่มีศักยภาพ
การใช้งานหลักสำหรับระบบแม่เหล็กใหม่คือการนำทางที่ดีขึ้นของเครื่องมือที่เชื่อมต่อแบบไมโครผ่านสิ่งที่ Azizi อธิบายว่าเป็น “ทางแยกและเส้นทางคดเคี้ยว” ของบริเวณหลอดเลือดลึก เทคนิคที่มีอยู่ใช้ประโยชน์จาก Guidewire ที่สัมผัสกับผนังของเรือในหลายตำแหน่ง – ด้วย micro-guidewire เส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กที่มีความแข็งเล็กน้อยซึ่งจำเป็นสำหรับการกำหนดเป้าหมายไปยังภาชนะที่แคบกว่า
Credit : zakopanetours.net ianwalk.com immergentrecords.com imperialvalleyusbc.org inmoportalgalicia.net iranwebshop.info ispycameltoes.info italiapandorashop.net jpjpwallet.net l3paperhanging.org
