Эталон

Эталонами называют образцы мер, содержащие возможно точно определенное число единиц той меры, образцом которой должен служить Э. Измерение большинства принятых в науке и технике величин может быть, как известно, сведено к измерению длин, масс и промежутков времени. Для этих основных величин первоначально были избраны идеальные единицы: для единицы длины — одна десятимиллионная часть четверти парижского земного меридиана (метр) и одна сотая доля его (сантиметр); для единицы массы — масса одного кубического сантиметра чистой воды при температуре наибольшей плотности ее (грамм) и тысяча таких единиц (килограмм); для единицы промежутков времени — одна секунда или 86400-ая часть средних солнечных суток. По мере усовершенствования методов измерения все более и более вкоренялось убеждение, что вышеприведенные идеальные единицы не могут считаться определенными, так как всякий исследователь, который пожелает воспроизвести эти единицы на основании их определений, получит величину единиц, отличную от прежних и более или менее отличающуюся от идеальных, в зависимости от умения исследователя и от точности измерительных приемов и приборов, которыми он располагает. Ввиду этого международный конгресс, собравшийся в Париже в 1875 г., постановил принять в качестве единиц длины и массы некоторые произвольные единицы, а именно: 1) в качестве единицы длины — метра — прототип метра, хранящийся в Париже (см. Меры) и чрезвычайно близкий к идеальному метру, и 2) в качестве единицы массы — прототип килограмма, хранящийся тоже в Париже (см. Меры) и чрезвычайно близкий по величине к идеальному килограмму. Образцы длин и масс, точно сверенные с прототипами, имеются во всех государствах и являются нормальными эталонами; об устройстве их см. Меры. С нормальными Э. сравниваются все остальные Э., применяемые для точных измерений; это сравнение дает возможность узнать точную величину Э. в единицах прототипа. Э. для промежутков времени не существует; единица времени все еще является идеальной, но точность, с которой она может быть определена, более чем достаточна при настоящем положении науки, и величина единицы всегда очень просто может быть проконтролирована сравнительно несложными астрономическими наблюдениями; всякие хорошие астрономические часы можно считать за Э. времени.

Большинство остальных единиц, принятых в науке и технике, могут быть приведены к основным единицам длины, массы и времени. Так, например, за электростатическую единицу количества электричества принимают такое его количество, которое, действуя в пустоте на равное ему количество, расположенное от него на расстоянии единицы длины, отталкивает его с силой, равной единице силы; за единицу силы принимают силу, которая, действуя на единицу массы, сообщает ей равномерно-ускоренное движение с единицей ускорения; за единицу ускорения принимают такое ускорение движения тела, когда скорость тела в единицу времени увеличивается на единицу скорости; наконец, за единицу скорости принимают скорость движения тела, проходящего единицу длины в единицу времени.

Таким образом измерение большинства физических величин могло бы быть произведено при пользовании исключительно мерами длины, массы и времени. Но в большинстве случаев методы такого абсолютного измерения величин чрезвычайно сложны и, если желательно достижение значительной точности, требуют особых приборов, особой обстановки и чрезвычайной тщательности в работе. Между тем методы сравнения двух однородных величин обыкновенно значительно проще, не требуют столь сложной обстановки и в общем обладают значительно большей точностью, чем измерения абсолютные. Так, например, абсолютное измерение электрического сопротивления, путем приведения его к измерению длин, масс и времени, чрезвычайно сложно, между тем как сравнение сопротивлений представляет относительно простую задачу, которую легко выполнить даже со значительной точностью. Ввиду этого в науке стремятся, где возможно, заменить абсолютное измерение величин сравнением их с однородными, величина которых раз и навсегда была точно определена в абсолютной мере. Для этой цели создают Э. тех величин, абсолютное измерение которых представляет затруднения. Так, например, в электрических измерениях (см.) создают эталоны разности потенциалов (нормальные элементы, см.), сопротивления, емкости (конденсаторы с известной емкостью), самоиндукции (катушки с точно определенной самоиндукцией) и т. д. Эти Э. раз навсегда измеряются с большой точностью в абсолютной мере; копируя их, создают другие Э., а сравнивая с ними однородные, подлежащие измерению величины, определяют и последние в абсолютной мере. Так как с большой точностью можно сравнивать лишь однородные величины приблизительно одного и того же порядка величины, то стараются обыкновенно иметь эталоны одной и той же физической величины различных порядков. Обыкновенно эталоны, когда это возможно, стараются построить так, чтобы в них заключалось простое кратное число единиц или простое подразделение единицы, характеризуемой эталоном величины; так, например, Э. сопротивления, единицей которого является 1 ом, бывают в 0,01, 0,1, 1, 100, миллион ом. Не всегда это возможно; так, например, Э. разности потенциалов — нормальные элементы — дают обыкновенно разность потенциалов, не находящуюся в каком-либо простом отношении к единице разности потенциалов — вольту, но все же совершенно точно определенную. Еще более важную роль играют Э. при измерении тех физических величин, которые не удалось привести к основным мерам длины, массы и времени. Примером такой величины является сила света, за единицу которой принимают силу света произвольно выбранного, но точно установленного источника света (см. Фотометрия). Абсолютного измерения таких Э. существовать не может, и единственной гарантией определенности такого Э. является точное изготовление его по определенным, раз и навсегда установленным предписаниям, и применение его в раз и навсегда точно определенных условиях. Наиболее важным свойством всякого Э. является его возможная неизменяемость от времени и окружающих условий. Поэтому при конструкции Э. их стараются построить из материалов, по возможности мало подвергающихся изнашиванию, стараются придать им формы, гарантирующие наибольшую сохранность их и наименьшее влияние на них окружающих условий. Кроме того, если влияние внешних условий (например, температуры) неизбежно, то старательно изучают это влияние, так чтобы известно было, какой абсолютной величиной обладает данный Э. при всякой возможной комбинации внешних условий. При пользовании Э. необходимо точно знать характер этих влияний и стараться поставить Э. в такие условия, чтобы это влияние было либо по возможности незначительным, либо было точно определенным.

Абсолютное измерение Э. и сравнение их друг с другом представляет столь сложную задачу, что она иногда не по силам не только отдельным наблюдателям, но и прекрасно обставленным лабораториями. Ввиду этого все работы этого рода стараются в последнее время сосредоточить в особых правительственных, специально к тому приспособленных учреждениях. Первым таким учреждением явилось Bureau des Poids et Mesures в Севре близ Парижа; в Германии аналогичным учреждением является Physikalisch-Technische Reichsanstalt в Шарлоттенбурге близ Берлина, в России — Главная палата мер и весов в СПб.

А. Г.