Skip to content Skip to navigation

Eski ve Yeni Uluslararası Birim Sistemi

Dr. Mahir E. Ocak
30/01/2019 - 17:15

Uluslararası Birim Sistemi’nde (SI) değişiklikler yapılmasına karar verildi. 20 Mayıs’tan itibaren geçerli olacak yeni birimlerde fiziksel nesnelere yapılan hiçbir referans kalmadı. SI’nın temelini oluşturan yedi temel birim, yedi sabit üzerinden tanımlanacak.

Uluslararası Birim Sistemi’nin temelleri 1790’larda, Fransız İhtilali’nin ilk yıllarında atılmıştı. Fransa Meclisi’nin aldığı kararla metre, Ekvator’la Kuzey Kutbu arasındaki mesafenin on milyonda biri; kilogram, bir metreküp saf suyun kütlesinin binde biri olarak tanımlanmıştı. Her ne kadar bu tanımlar herhangi bir kişinin ya da kurumun tekelinde olmayacak şekilde yapıldıysa da pratik amaçlar için yeterli derecede hassas ve kullanışlı değildi. 1889’da toplanan ilk Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı’nda bir İngiliz firması tarafından üretilmiş 40’ar adet kilogram ve metre prototipinin standart olarak kullanılmasına karar verildi. Prototiplerden ikisi uluslararası kilogram ve metre prototipleri olarak kabul edildi. Diğerleriyse ya Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı tarafından kullanımda olan kopyalar olarak tutuldu ya da konferansa üye ülkelere kendi ulusal standartları olarak kullanmaları için verildi. Ulusal standartlar, uluslararası standartlar ile düzenli aralıklarla karşılaştırılarak kalibre ediliyordu.

Yıllar içinde SI’ya yeni birimler eklendi. Bugün SI’da yedi temel birim var: metre, saniye, kilogram, kandela, kelvin, mol ve amper. Joule, newton, pascal ve SI’daki diğer birimlerse bu yedi temel birim üzerinden tanımlanıyor.

 

Saniye

Saniyenin eski ve yeni tanımları şu şekilde:

Eski tanım: Saniye, sezyum-133 atomunun temel durumunun iki aşırı ince seviyeleri arasındaki geçişe karşılık gelen radyasyonun 9.192.631.770 periyodunun süresidir.

Yeni tanım: Sembolü s olan saniye, SI zaman birimidir. Sezyum frekansı ∆νCs’nin (sezyum-133 atomunun temel düzey aşırı ince geçişinin frekansının) sabit sayısal değeri, hertz (s-1) birimi ile ifade edildiğinde, 9.192.631.770 alınarak tanımlanır.

Saniyenin yeni tanımı eski tanımının neredeyse aynısı. Sadece tanım daha özenli bir biçimde ifade edilmiş.

 

Metre

Metrenin eski ve yeni tanımları şu şekilde:

Eski tanım: Metre, 1 saniyenin 299.792.458’de biri zaman aralığında ışığın boşlukta katettiği yoldur.

Yeni tanım: Sembolü m olan metre, SI uzunluk birimidir. Işığın boşluktaki hızının sabit sayısal değeri, mŸs-1 birimi ile ifade edildiğinde, 299.792.458 alınarak tanımlanır. Bu ifadede saniye sezyum frekansı üzerinden tanımlanır.

Metrenin yeni tanımı da, tıpkı saniyede olduğu gibi, eski tanımın neredeyse aynısı. Sadece tanım daha özenli bir biçimde ifade edilmiş.

 

Kilogram

Kilogramın eski ve yeni tanımları şu şekilde:

Eski tanım: Kilogram kütle birimidir. Uluslararası kilogram prototipinin kütlesine eşittir.

Yeni tanım: Sembolü kg olan kilogram SI kütle birimidir. Planck sabiti h’nin sabit sayısal değeri, JŸs (kgŸm2Ÿs-1) birimi ile ifade edildiğinde, 6,62607015x10-34 alınarak tanımlanır. Bu ifadede metre ve saniye, ışık hızı ve sezyum frekansı üzerinden tanımlanır.

Eski tanımla ilgili en önemli sorun, kütlenin fiziksel bir nesne üzerinden tanımlanmasıydı. Periyodik kalibrasyonlar sırasında uluslararası kilogram prototipiyle ulusal kilogram prototiplerinin kütleleri arasında belirgin farklar tespit ediliyor, ancak hangi prototiplerin kütle kazandığı ya da kaybettiği belirlenemiyordu. SI kütle birimi kilogram fiziksel bir sabit üzerinden yeniden tanımlanarak çok daha kararlı bir hale getirildi. Artık kütle prototiplerinde zamanla meydana gelen değişiklikler deneysel yöntemlerle tespit edilebilecek.

Yeni tanımın bir diğer önemli sonucu, temel kütle biriminin temel zaman ve uzunluk birimlerine bağlı hale gelmesi. Hassas kütle ölçümleri yapabilmek için zamanı ve mesafeyi de hassas bir biçimde ölçebilmek gerekiyor.

 

Amper

Amperin eski ve yeni tanımları şu şekilde:

Eski tanım: Amper; kesit alanları ihmal edilebilecek kadar küçük, sonsuz uzunlukta iki iletken tel boşlukta bir metre arayla paralel olarak konumlandırıldığında iletken tellerin her bir metresine 2x10-7 newtonluk kuvvet etki etmesine sebep olan sabit akımdır.

Yeni tanım: Sembolü A olan amper, SI elektrik akımı birimidir. Temel elektrik yükü e’nin sabit sayısal değeri, C (AŸs) birimi ile ifade edildiğinde, 1,602176634x10-19 alınarak tanımlanır. Bu ifadede saniye, sezyum frekansı üzerinden tanımlanır.

Eski tanımla ilgili en önemli sorun, laboratuvar ortamında hassas ölçümler yapmanın zorluğuydu. Ayrıca eski tanım, kuvvete atıfta bulunduğu için, temel kütle, zaman ve uzunluk birimlerine bağımlıydı. Yeni tanımdaysa sadece temel zaman birimi olan saniyeye atıfta bulunuluyor.

 

Kelvin

Kelvinin eski ve yeni tanımları şu şekilde:

Eski tanım: Termodinamik sıcaklık birimi olan kelvin, suyun üçlü noktasının [katı, sıvı, gaz hallerin bir arada bulunabildiği basınç ve sıcaklık değeri] termodinamik sıcaklığının 273,16’da biridir.

Yeni tanım: Sembolü K olan kelvin, SI termodinamik sıcaklık birimidir. Boltzmann sabitinin sabit sayısal değeri, JŸK-1 (kgŸm2Ÿs-2ŸK-1) birimi ile ifade edildiğinde, 1,380649x10-23 alınarak tanımlanır. Bu ifadede kilogram, metre ve saniye sırasıyla Planck sabiti, ışık hızı ve sezyum frekansı üzerinden tanımlanır.

Eski tanımla ilgili en önemli sorun, tıpkı amperin eski tanımında olduğu gibi, laboratuvar ortamında hassas ölçümler yapmanın zorluğuydu. Yeni tanımla bu sorun aşılmış oldu. Eski tanım diğer SI temel birimlerine bağımlı değildi. Yeni tanımdaysa temel kütle, uzunluk ve zaman birimlerine atıfta bulunuluyor.

 

Mol

Molün eski ve yeni tanımları şu şekilde:

Eski tanım: Mol, 12 gram karbon-12’deki atom sayısı kadar sayıda temel tanecik içeren bir sistemdeki madde miktarıdır. Mol kullanılırken temel taneciklerin belirtilmesi gerekir. Bu temel tanecikler atomlar, moleküller, iyonlar, elektronlar, diğer parçacıklar ya da bu parçacıkların belirli grupları olabilir.

Yeni tanım: Mol, SI madde miktarı birimidir. Bir mol tam olarak 6,02214076x1023 sayıda temel tanecik içerir. Bu sayı Avagadro sabiti NA’nın mol-1 birimi ile ifade edildiğindeki sabit sayısal değeridir ve Avagadro sayısı olarak adlandırılır.

Eski tanım temel kütle birimi olan kilograma atıfta bulunuyordu. Yeni tanımdaysa başka herhangi bir SI birimine atıf yok. Yeni tanımın en önemli sonuçlarından biri, atomik kütle birimi olan dalton ile Avagadro sayısı ve mol arasındaki ilişkinin artık geçersiz hale gelecek olması. Bugün karbon-12 atomunun kütlesi tam olarak 12 dalton (Da) olarak tanımlanıyor. Bu durumda bir gramın bir dalton oranının sayısal değeri tam olarak Avagadro sayısına eşit oluyor: g/Da=NAŸmol. Gelecekte ya daltonun yeniden tanımlanması gerekecek ya da dalton, Avagadro sayısı ve mol arasındaki sayısal ilişki geçersiz olacak.

 

Kandela

Kandelanın eski ve yeni tanımları şu şekilde:

Eski tanım: Kandela, belirli bir yönde 540x1012 Hz frekanslı monokromatik radyasyon yayan ve bu yöndeki radyant yoğunluğu 1/683 watt/steradian olan bir kaynağın ışıldama şiddetidir.

Yeni tanım: Sembolü cd olan kandela, belirli bir yöndeki SI ışıldama şiddeti birimidir. 540x1012 Hz frekanslı monokromatik radyasyonun ışıldama etkinliğinin (Kcd’nin) lmŸW-1 (cdŸsrŸkg-1Ÿm-2Ÿs3) birimindeki sabit sayısal değeri 683 alınarak tanımlanır. Bu ifadede kilogram, metre ve saniye; Planck sabiti, ışık hızı ve sezyum frekansı üzerinden tanımlanır.

Yeni tanım eskisinin neredeyse aynısı. Sadece daha özenli bir biçimde ifade ediliyor.

Özetle SI’daki yedi temel birimin hiçbirinde fiziksel nesnelere referans kalmadı. Yedi temel birimin yedi sabit üzerinden tanımlanmasıyla birim sistemi çok daha kararlı hale getirildi. Yeni SI birim sisteminde atıfta bulunulan sabitler şunlar:

. Planck sabiti h = 6,2607015x10-34 kgŸm2Ÿs-1,
. Temel elektrik yükü e = 1,602176634x10-19 AŸs
. Boltzmann sabiti k = 1,380649x10+23 kgŸm2ŸK-1Ÿs-2,
. Avagadro sabiti NA = 6,02214076x1023 mol-1,
. Işık hızı c = 299792458 mŸs-1,
. Sezyum frekansı ∆νCs = 9192631770 s-1,
. Işıldama etkinliği Kcd = 683 cdŸsrŸs3Ÿkg-1Ÿm-2.
 
Temel birimlerden sadece saniye ve mol tek bir sabite atıfta bulunularak tanımlanıyor. Diğer temel birimlerin tanımlarındaysa birden fazla sabite atıfta bulunuluyor.

Tanımlar, farklı fiziksel sabitlere atıfta bulunularak da yapılabilirdi. Örneğin temel kütle birimi olan kilogram Planck sabiti yerine kütleçekim sabiti (G) üzerinden de tanımlanabilirdi. Ancak daha hassas ve daha kararlı bir birim sistemi oluşturmak amacıyla sayısal değerlerindeki belirsizliklerin en düşük olduğu sabitler seçilmiş. Ayrıca seçilen sabitlerin birbirinden bağımsız olmasına da dikkat edilmiş.

Yeni tanımlarda, temel birimlerin nasıl “gerçeğe dönüştürüleceği” ile ilgili herhangi bir şey belirtilmiyor. Ancak Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu (BIMP) her bir birim için çeşitli “pratik deneysel yöntemler” öneriyor. Detaylı bilgi için BIPM’nin internet sayfasını ziyaret edebilirsiniz.

 

Kaynak:

İlgili İçerikler

Fizik

James Watt’ın buhar motorunu keşfetmesi Sanayi Devrimi’nin başlangıcı olarak kabul edilir. James Watt, buhar motorunu madenlerde ortaya çıkan suyun dışarı pompalanması için etkili bir yöntem ararken geliştirdi. İlk yazımızda Arşimet, 12. yüzyılda yaşayan el-Cezeri ve 16. yüzyılda yaşayan Takiyüddin’in suyun yukarı taşınması için geliştirdikleri düzenekleri anlatmıştık.

Fizik

Uluslararası bir araştırma grubu, araçların arka kısımlarına hava püskürten cihazlar yerleştirerek hava sürtünmesini azaltmayı başardı. Dr. Ruiying Li ve arkadaşları tarafından yapılan araştırmanın sonuçları Physical Review Fluids’te yayımlandı.

Fizik

Bu etkinliğimizde maliyeti uygun malzemelerden güneş enerjisi ile çalışan bir yel değirmeni düzeneği tasarlayarak enerji dönüşümünü gözlemleyeceğiz.

Fizik

Zürih Federal Teknoloji Enstitüsü ve Zürih Üniversitesinde çalışan bir grup araştırmacı, aşırı derecede düşük sıcaklıklara soğutulduğunda bile suyun donmasını engelleyen bir yöntem geliştirdi. 

Fizik

Nano ölçekteki malzemelerin özelliklerinin anlaşılması için gerçekleştirdiği uluslararası düzeyde üstün nitelikli çalışmalarıyla 2018 yılı TÜBİTAK Teşvik Ödülü’ne layık görülen Doç. Dr. Hasan Şahin ile bir söyleşi gerçekleştirdik.

Fizik

Gözümüz karanlık veya aydınlık ortamlarda, nesnelerin çok uzakta ya da çok yakında olduğu durumlarda net görüntüler oluşturabiliyor. Etkileyici fotoğraflar çekebilmek içinse fotoğraf makinesinde doğru ayarların yapılması gerekiyor. Gelin, görüntü oluşturma özelliğine sahip olan insan gözü ile fotoğraf makinesini karşılaştıralım.

Fizik

İletken, yüksüz iki levhanın birbirine paralel biçimde boşlukta konumlandırıldığını düşünelim. Klasik elektromanyetik kuram levhalara net bir elektriksel kuvvet etki etmeyeceğini söyler. Ancak gerçekte durum çok daha farklıdır. 

Fizik

Günümüzde sıcaklığı ölçmek hayli kolay. Peki, geçmişte insanlar sıcaklığı nasıl tanımlamıştı ve sıcaklığı nasıl ölçmüşlerdi? Gelin, termometrenin tarihî yolculuğuna birlikte göz atalım.

Fizik

Deneyler köşesinin yeni etkinliğinde, nişasta ve su kullanarak hazırladığımız oobleck ile üzerine kuvvet uygulandığında akışkanlığı değişen yani bazen sıvı bazen de katı gibi davranan maddelerin özelliklerini inceliyoruz.

Fizik

Bir önceki yazımızda kuantum bilgisayarlardan bahsetmiştik. Bu yazımızda ise kuatum bilgisayarlarda bilginin kodlandığı ve işlendiği temel birimler olan kübitlere değineceğiz.