Страница 75 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Выскажите предположения, как и из-за чего могли изменяться массы платиново-иридиевых цилиндров.

Массы платиново-иридиевых цилиндров, которые долгое время служили эталонами килограмма, могли изменяться с течением времени под воздействием различных физических и химических процессов. Эти изменения, хотя и чрезвычайно малы (порядка десятков микрограммов за столетие), имеют принципиальное значение для метрологии. Основные предположения о причинах этих изменений можно разделить на две категории: процессы, приводящие к увеличению массы, и процессы, приводящие к её уменьшению.

Увеличение массы (адсорбция и загрязнение)

Масса цилиндров могла увеличиваться в основном за счет оседания на их поверхности различных веществ из окружающей среды. Этот процесс включает в себя:

• Поверхностная адсорбция: Поверхность платиново-иридиевого сплава, как и любого другого материала, способна притягивать и удерживать молекулы из воздуха. В первую очередь это молекулы воды ($H_2O$), углеводороды и другие органические соединения, а также такие элементы, как ртуть ($Hg$), присутствующая в атмосфере в виде паров. Платина является хорошим катализатором, что может способствовать образованию на поверхности тонкого слоя загрязняющих веществ.
• Загрязнение при контакте: Каждое взвешивание, перемещение или очистка эталона, несмотря на строжайшие протоколы, создавали риск микроскопического загрязнения. Частицы пыли, волокна, жировые следы могли остаться на поверхности цилиндра, увеличивая его массу.

Уменьшение массы (истирание и десорбция)

Уменьшение массы связано главным образом с потерей вещества с поверхности эталона в результате следующих процессов:

• Механическое истирание: Процедуры очистки и промывки, которые регулярно проводились для удаления поверхностных загрязнений перед взвешиванием, неизбежно приводили к потере ничтожно малого количества атомов самого сплава. Каждая манипуляция с эталоном (установка на весы, перемещение) также могла вызывать микроистирание поверхности.
• Десорбция (улетучивание): Сплав мог медленно терять летучие компоненты, захваченные в процессе его изготовления. Также вещества, адсорбированные на поверхности ранее, могли со временем улетучиваться, особенно при изменении условий хранения (температуры, давления, влажности).
• Химическая эрозия: Хотя платиново-иридиевый сплав чрезвычайно устойчив к коррозии, очень медленные химические реакции с компонентами воздуха (например, озоном или соединениями серы) в течение десятилетий теоретически могли привести к потере массы.

Именно нестабильность масс физических эталонов и расхождение в массах между главным эталоном и его копиями стали одной из ключевых причин для переопределения килограмма в 2019 году через фундаментальную физическую постоянную — постоянную Планка. Это позволило создать стандарт, который не подвержен старению и не зависит от физического артефакта.

Ответ: Массы платиново-иридиевых цилиндров могли изменяться из-за совокупности противоположных процессов. Масса могла увеличиваться вследствие адсорбции на поверхности молекул из воздуха (воды, углеводородов, ртути) и микроскопического загрязнения при манипуляциях. Масса могла уменьшаться из-за механического истирания в процессе очистки и использования, а также из-за улетучивания (десорбции) адсорбированных веществ или летучих примесей из самого сплава. Эти сверхмалые, но непредсказуемые изменения привели к необходимости отказа от физического эталона килограмма.