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Do livro: “Haja Luz uma história da química através de tudo” Jorge Calado
Antoine Lavoisier e a sua Mulher por Jacques-Louis David, 1788
Academia de Ciências de Paris Comissão de Pesos e Medidas
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Propor um padrão universal como unidade básica de medida
Adotar a divisão decimal
Criar um sistema de medidas coerente
Academia de Ciências Estudar um sistema uniforme de pesos e medidas
1790
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Metro é “igual à décima milionésima parte de um arco dum meridiano terrestre”
- distância entre topos de uma barra de secção retangular de platina forjada.
“Mètre des Archives”
30 de março de 1791
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1790
Um filme de Axel Engstfeld
Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=y77kLA1eC0M http://www.youtube.com/watch?v=Q2-xUqM6i70
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- Novos padrões de pesos e medidas baseados no mètre des archives
Reforma métrica de D. João VI
1814
1852 a 1868 Lei de D. Maria II – adoção do sistema métrico decimal
Academia Real das Ciências (Portugal)
Vitrine com a “vara = mètre des archives” e a “mão-travessa= 1/10 do mètre des archives” - Museu de Metrologia do IPQ
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Joaquim Henriques Fradesso da Silveira (Lisboa, 14 de abril de 1825 - 26 de abril de 1875)
Museu de Metrologia do IPQ
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“Convention du Mètre”
20 de maio de 1875
Alemanha
Argentina
Áustria-Hungria
Bélgica
Brasil
Dinamarca
Espanha
Estados Unidos da América
França
Itália
Perú
Portugal
Rússia
Suécia e Noruega
Suíça
Turquia
Venezuela
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A unidade de comprimento é o metro, definido pela “distância, a 0º, dos eixos de dois traços médios marcados na barra de platina iridiada depositada no BIPM, e declarada Protótipo do metro”
Régua de secção em X: Metro internacional de 1889 ou, protótipo internacional M
1ª CGPM:1889
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O metro “é o comprimento igual a 1 650 763,73 comprimentos de onda no vácuo da radiação correspondente à transição entre os níveis 2p10 e 5d5, do átomo de crípton 86.”
1960
11ª CGPM Resolução 6
(2p10 ,5d5) = 0,60578021 nm (NIST Museum)
Alcance de Medição Limitado:
(~ 250 mm comprimento máximo acessível)
Baixo Contraste:
(Técnicos têm de trabalhar na escuridão)
Dificuldade de utilização: (Vazio, nitrogénio líquido)
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O metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz, no vazio, durante um intervalo de tempo de 1/299 792 458 do segundo.
17ª CGPM Resolução 1 - 17 a 21 de outubro de 1983
15ª CGPM Resolução 2 - 1975 c0 = 299 792 458 m/s
Metrologia, 1984, 20(1), 25
1983
12
s299792458
1m/s299792458percorridotrajeto
distância = velocidade × tempo
(s)458792299
1m/s0 cvazionoluzpelapercorridotrajeto
m1 vazionoluzpelapercorridotrajeto
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1) medindo-se o tempo de voo de um
impulso de luz;
2) através de um comprimento de onda ou
frequência de uma radiação
eletromagnética utilizando-se técnicas
interferométricas; (nas quais a utilização
de uma fonte de luz conhecida (laser), com
um comprimento de onda estável permite
a medição de comprimentos com grande
exatidão).
Raios gama
Raios x
Micro-ondas
Ondas de rádio
Luz visível
400 nm
700 nm
O metro pode ser realizado:
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Em física, uma onda é uma perturbação oscilante de alguma grandeza física no espaço e periódica no tempo. A oscilação espacial é caracterizada pelo comprimento de onda e a periodicidade no tempo é medida pela frequência da onda
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O comprimento de onda, , é a distância entre picos sucessivos da onda
E caracteriza cada tipo de radiação.
O comprimento de onda da luz visível varia entre 400 nm (azul) a 700 nm (vermelho).
~0,63 m
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Universal
Estável ao longo do tempo
Uniforme
Possuir exatidão máxima
Seguir a evolução científica
Ser reprodutível
A realização prática da definição de uma unidade de medida é efetuada com um padrão primário:
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Light Amplification through Stimulated Emission of Radiation
Tubo He-Ne
feixe
Laser não estabilizado
Espelho (100 % refletor)
Espelho semi-refletor (2 % transmissor)
Feixe de saída
Δf ≈ 450 MHz
Δ ≈ 0,5 pm
Cavidade de ressonância
(Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação)
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Incoerente
Policromática
λ
Laser não estabilizado
Coerente
Monocromática
Laser estabilizado
Intensidade
(I )
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Tubo He-Ne
feixe Feixe de saída
Δf ≈ 450 MHz
Δ ≈ 0,5 pm
Célula de iodo
Controlo da temperatura da célula
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Emitem uma largura espectral pequena, inferior a 1 MHz (luz coerente)
Permitem estabilização com células de iodo (pequenas oscilações na estrutura do laser conduzem a variações do comprimento de onda emitido, a absorção saturada permite a estabilização do comprimento de onda emitido)
São facilmente transportáveis
LASER
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Prémio Nobel da Física em 2005
Roy Glauber descrição teórica da física quântica aplicada à ótica
John Hall Theodor Hänsch
pesquisa e desenvolvimento na área de espectroscopia laser com a técnica de geração de pentes de frequências de femtosegundo e sintetização de frequências óticas
• Laser Femtosegundo
• Fibra ótica não linear micro-estruturada (cristais fotónicos)
• Interferómetro não linear
Sintetizador de Frequências óticas
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100 % refletor Semi-refletor
Ti:Safira
Trem de impulsos de femtosegundo
Fibra não linear
Tubos de ar
Cilindro de sílica
Fibra convencional
Núcleo
Bainha
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2( fn ) – f2n = 2( n frep + fo) – ( 2 n frep + fo ) = fo
Domínio tempo/ Domínio frequência
Trasformada de Fourier
2
28
Ano Padrão Incerteza relativa
1983 --------- 10-8
1989 IPQ1: ≈ 633 nm 127I2 R(127) 11-5
10-11
1991
IPQ2: ≈ 633 nm 127I2 R(127) 11-5
f(f)= 473 612 353 604 kHz
2006
SFO- Sintetizador de Frequências Óticas
10-13
29
Distância (Lisboa – Nova Iorque)
5 500 000 m
Padrão exatidão
Protótipo internacional “M” 1 m
Laser He-Ne 1 mm
SFO 1 µm
30
Ano Serviço prestado clientes
1996 Calibração em comprimento de onda (c.d.o.)
Padrões secundários do IPQ;
Laboratórios acreditados;
Indústria
1997
+ avaliação da estabilidade dos lasers interferométricos
2006 + comparação da indicação de distância de lasers interferométricos até 3 m.
2010 + calibração em c.d.o. com o SFO + calibração da óptica angular dos interferómetros laser
2013 + comparação da indicação de distância de lasers interferométricos até 10 m.
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Feixe de referência
Feixe transmitido
Os dois feixes interferem e o padrão de interferencia depende da fase.
Laser estabilizado
Espelhos 100 % refletores
Medição de distância através da medição da diferença de fase.
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Feixe de referência
Feixe transmitido
Laser estabilizado
Medição de distância por contagem de franjas.
Distância percorrida
D = n x /2
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Padrão secundário Interferómetro
Padrão de transferência Bloco padrão de classe K
Padrão de trabalho Bloco padrão de classe 1
Lab
ora
tóri
o d
e C
om
pri
men
to
Paquímetro, Comparadores, Micrómetros
K
1
Laser estabilizado (IPQ3)
Padrão primário Sintetizador de Frequências Óticas (SFO)
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11th General Conference on Weights and Measures (1960)
http://www.bipm.org/en/si/si_brochure/appendix2/ http://www.bipm.org/en/si/si_brochure/
Importância do Sistema Internacional de Unidades o Garantia de coerência ao longo dos anos o Clareza de conhecimentos internacionais, técnicos e científicos o Clareza nas transações comerciais o Coerência entre unidades, onde cada grandeza tem apenas uma unidade
www.bipm.org
Sistema Internacional de Unidades
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grandeza de base
símbolo grandeza
unidade de base
símbolo da unidade
comprimento l , x metro m
massa m kilograma kg
tempo t segundo s
corrente elétrica I ampere A
temperatura termodinâmica T kelvin K
intensidade luminosa Iv candela cd
quantidade de matéria n mole mol
Sistema Internacional de Unidades
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Redefinição das unidades SI todas as unidades de bases deverão ser definidas em função
de constantes físicas todas as definições deverão declarar explicitamente a constante
física
24ª CGPM Resolução 1 - 17 a 21 Outubro de 2011
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O metro, símbolo m, é a unidade de comprimento; a sua amplitude é obtida pela
fixação do valor numérico da velocidade da luz, no vazio, exatamente igual a 299 792 458, quando
expressa na unidade m/s. (tradução livre)