Unidades, constantes y experimentos

El kilogramo (unidad de masa) estaba definido desde 1889 por la masa de un cilindro de platino-iridio depositado en el Bureau Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) en la ciudad francesa de Sèvres, lo que implicaba que todos los países debían basar las mediciones de masa en un único artefacto. Además de los problemas logísticos que esto generaba, resultaba imposible determinar su estabilidad temporal. La nueva definición del kilogramo se basa en la asignación de un valor numérico fijo a la constante de Planck (h= 6,626 070 15 × 10−34 kg m2 s-1) y permitirá llevar a cabo su realización práctica con cualquier experimento que vincule la medición de masa con esta constante.

El ampere (unidad de corriente eléctrica), que se definía por un experimento imaginario que relaciona la fuerza entre dos cables infinitos con la corriente que circula entre ellos, se redefinió asignando un valor a la carga del electrón (e= 1,602 176 634 × 10−1 A s). Igual que el kilogramo, su realización práctica puede ser llevada a cabo de diversas maneras.

El kelvin (unidad de temperatura) se definía en función de la temperatura en la que coexisten agua, hielo y vapor en equilibrio —proceso conocido como “punto triple del agua”—. Su nueva definición no depende de las propiedades de un material, sino que se realiza en función de la constante de Boltzmann (k= 1,380 649 × 10−23 J K−1), abriendo la puerta a varias realizaciones experimentales posibles.

El mol (unidad de cantidad de materia) se redefinió asignándole un valor a la constante de Avogadro (NA= 6,022 140 76 × 1023 mol−1). En la actualidad, su mejor realización práctica se efectúa a partir del conteo de la cantidad de átomos que hay en una esfera monocristalina de silicio.

El metro, el segundo y la candela solo sufrirán cambios en la forma de expresar sus definiciones, dado que ya estaban basadas en constantes de la naturaleza, a saber: la velocidad de la luz para el metro, la frecuencia de transición entre dos niveles energéticos del átomo de Cesio para el segundo y la eficacia luminosa de una radiación monocromática para la candela.

En consecuencia, las nuevas definiciones de las 7 unidades de base del SI son:

El segundo, cuyo símbolo es s, es la unidad de tiempo del SI. Se lo define estableciendo el valor numérico fijo de la frecuencia del cesio, ΔνCs, la frecuencia de la transición entre niveles hiperfinos del estado fundamental no perturbado del átomo de cesio 133, igual a 9 192 631 770 cuando es expresada en unidades de Hz, que es igual a s-1.

El metro, cuyo símbolo es m, es la unidad de longitud del SI. Se lo define estableciendo el valor numérico fijo de la velocidad de la luz en el vacío, c, igual a 299 792 458 cuando es expresada en unidades de m s-1, donde el segundo es definido en términos de la frecuencia del cesio ΔνCs.

El kilogramo, cuyo símbolo es kg, es la unidad de masa del SI. Se lo define estableciendo el valor numérico fijo de la constante de Planck, h, igual a 6,626 070 15 x 10-34 cuando es expresada en unidades de J s, que es igual a kg m2 s–1, donde el metro y el segundo son definidos en términos de c y ΔνCs

El ampere, cuyo símbolo es A, es la unidad de corriente eléctrica del SI. Se lo define estableciendo el valor numérico fijo de la carga elemental, e, igual a 1,602 176 634 x 10–19 cuando es expresada en unidades de A s, donde el segundo es definido en términos de ΔνCs.

El kelvin, cuyo símbolo es K, es la unidad de temperatura termodinámica del SI. Se lo define estableciendo el valor numérico fijo de la constante de Boltzmann, k, igual a 1,380 649 x 10-23 cuando es expresada en unidades de J K-1, que es igual a kg m2 s-1 K-1, donde el kilogramo, el metro y el segundo son definidos en términos de h, c y ΔνCs.

La candela, cuyo símbolo es cd, es la unidad de intensidad luminosa del SI en una dirección dada. Se la define estableciendo el valor numérico fijo de la eficacia luminosa de una radiación monocromática de frecuencia 540 x 1012 Hz, Kcd, igual a 683 cuando es expresada en las unidades lm W-1, que son equivalentes a cd sr W-1, o cd sr kg-1 m-2 s3 donde el kilogramo, el metro y el segundo son definidos en términos de h, c y ΔνCs.

El mol, cuyo símbolo es mol, es la unidad de cantidad de sustancia (o materia) del SI. Un mol contiene exactamente 6,022 140 76 x 1023 entidades elementales. Este número es el valor numérico fijo de la constante de Avogadro, NA, cuando es expresada en unidades de mol-1 y es llamado el número de Avogadro. La cantidad de sustancia, símbolo n, de un sistema es una medida del número de entidades elementales especificadas. Una entidad elemental puede ser un átomo, una molécula, un ion, un electrón, o cualquier otra partícula o grupo específico de partículas.