Wattivaaka

Tutkimus- ja kehitysvaiheessa oleva elektromekaaninen painon mittauslaite.

Wattivaaka (tai Kibblen vaaka) on elektromekaaninen painon mittauslaite, jota käytetetään massan yksikön kilogramman määritelmään liittyvissä mittauksissa.

NIST:in wattivaaka

TaustaaMuokkaa

Elektrodynamometri on wattivaa’an kaukaisin esikuva, jonka perusteet esitti ensimmäisen kerran 1848 Wilhelm Weber.[1][2][3]

Piirros elektrodynamometristä (Practical Electricity, London, Cassell, 1891, sivu 378)
Elektrodynamometrin kaavakuva, Encyclopædia Britannica, 1911.
Ampeerivaaka mikä kehitettiin elektrodynamometristä.Käytössä ollut - 1936 - National Museum of Nature and Science, Tokio, Kuva vuodelta 2013.
Ampeerivaa’asta kehitetty wattivaaka.

Elektrodynamometri mittaa sähkövirtaa, jännitettä tai tehoa.[4][5]

Elektrodynamometria kehitti eteenpäin Lordi Kelvin William Thomson tekemällä siitä laboratoriokäyttöön tarkoitetun version, mikä tunnettiin nimellä ampeerivaaka.[6][7] Wattivaaka on kehittyneempi mittauslaite ampeerivaa’asta ja muutettu mittaamaan sähkövirran sijaan kappaleen painoa. Wattivaa’an periaatteet esitti 1975 brittiläinen fyysikko Bryan P. Kibble National Physical Laboratorystä (NPL).[8]

PeriaatteetMuokkaa

Wattivaaka, magneettikentässä liikkuva kela Punnituskoe
1) Punnitus
1) Voimatasapaino:

- Staattisessa magneettikentässä olevaan kelaan syötetään virta  , jolloin siihen kohdistuu voima     β

- Voima kompensoidaan punnuksen aiheuttaman painovoiman   avulla  ),       β   , missä β  riippuu geometriasta ja magneettikentästä

Wattivaaka, magneettikentässä liikkuva kela Liikutuskoe
2) Induktiomittaus
2) Mitataan kelaan indusoitunut jännite  

- kelaa liikutetaan magneettikentässä nopeudella      β  *∂ Φ/∂z

3) Yhdistetään voimatasapainon ja induktiomittauksen tulokset: β    (mekaaninen teho = sähköteho)

Wattivaa’alla on monenlaisia toteutustapoja riippuen tutkimusryhmästä.[10]

Avogadron projektiMuokkaa

Avogadron projekti on wattivaa’an kanssa kilpaileva metodi kilogramman uudelleen määrittelyssä. Siinä kilogramma määriteltäisiin käytännössä piipallon mukaan, joka painaisi täsmälleen kilogramman. Projektin virallinen nimi on: International Avogadro Coordination.[11] Piipallojen valmistusta on tehnyt vain yksi konsortio. Wattivaakaa on testattu ainakin 5:ssä eri maassa.[12]

LähteetMuokkaa

ViitteetMuokkaa

  1. Electrodynamometer physics.kenyon.edu. 28.12.2014. (englanniksi)
  2. Jaakko Forsman, fil. tohtori, I. Havu, fil. tohtori, Hannes Salovaara, lehtori, Vilho Setälä, fil. kand., J. A. Wecksell, fil. kand., toimitussihteeri: ”Neljäs osa San Remo - Öölanti”, Pieni tietosanakirja, s. 597 - 598. Suomenkielinen teos, joka mainitsee Dynamometrisen wattimittarin/amperimittarin (nykykielellä ampeerimittari). Helsinki: Otava, 1928. Sähkömittarit (viitattu 28.12.2014).
  3. Weber, Wilhelm: Elektrodynamische Maafsbestimmungen. (Band LXXIII=73 = tulee vuodesta 1824 alkaen lasketuista "Annalen der Physik" - julkaisuista, ja Nide 141 tulee kaikista yhteenlasketuista "Annalen der Physik" - julkaisuista) Annalen der Physik, 1848. Leipzig: Johann Christian Poggendorff. Elektrodynamische Maassbestimmungen Viitattu 28.1.2015. (saksaksi)
  4. AC MEASURING INSTRUMENTS avstop.com. 28.12.2014. (englanniksi)
  5. electrodynamometer dictionary.reference.com. 28.12.2014. (englanniksi)
  6. Amperemeter en.wikisource.org. 21.12.2014. (englanniksi)
  7. McNeil, Ian: An Encyclopedia of the History of Technology, s. 374 - 375. Mainitsee Elektrodynamometrin kehittymisen ampeerivaa'aksi. Routledge; 1 edition, 14.8.1996. ISBN 978-0415147927. (englanniksi)
  8. Kibble, B. P.; Sanders, J. H.; Wapstra, A. H.: Atomic masses and fundamental constants, 5.. (Luku: A Measurement of the Gyromagnetic Ratio of the Proton by the Strong Field Method) Plenum Press, 1976, s. 545-551. New York: International Conference on Atomic Masses and Fundamental Constants (5th : 1975 : Paris, France). (englanniksi)
  9. Mikes, Mittatekniikan keskus, 2006 (PDF) (Sivu 7) metrology.tkk.fi. 2006.
  10. Precisely measuring the Planck constant by electromechanical balances (PDF) web.archive.org. 28.12.2014. (englanniksi)
  11. The International Avogadro Coordination (IAC) bipm.org. 18.10.2011. (englanniksi)
  12. Arkhimedes 2/2012, Uusi SI-järjestelmä toteuttaa Maxwellin unelman (PDF) (Sivu 16) arkhimedes.fi. 21.12.2014.