Mértékegységek és etalonok kultúrtörténete

A tantárgy angol neve: Cultural History of Measurement Units and Standards

Adatlap utolsó módosítása: 2018. március 6.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Mérnök informatikus szak

Villamosmérnöki szak

Szabadon választható tantárgy

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIMIAV00   2/0/0/f 2  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Sujbert László,
A tantárgy tanszéki weboldala https://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/vimiav00
4. A tantárgy előadója Dr. Pataki Péter címzetes egyetemi docens, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Matematika, fizika, méréstechnika.
6. Előtanulmányi rend
Ajánlott:
Nincs.
7. A tantárgy célkitűzése Az alapegységek és elsődleges etalonok fejlődéstörténetének bemutatása, a mai megvalósítások fizikájának tárgyalása. Az előadás súlyt helyez a tudománytörténeti, az elméleti és technológiai, valamint a nemzetközi együttműködési vonatkozások bemutatására, illetve a várható fejlődési irányok felvázolására.
8. A tantárgy részletes tematikája

1.-2. előadás:
A metrológia a méréstudomány és méréstechnika összessége. A mérés elméleti és technológiai megközelítése. A mértékegység és etalonjai. A mérési eredmény megbízhatósága, összehasonlíthatósága és visszavezethetősége.
A mérési kultúrára jellemző példák és súlypontok a különböző korokban: ókor (babiloni, egyiptomi, hellén és római példákkal), középkor (ezer év „sötétség”?), reneszánsz (fellendülés a művészetben, megtorpanás a tudományban?), géniuszok százada (a kísérleti és elméleti tudomány híres párosai), felvilágosodás és a XX. század. Az eltérő mértékegységek „káosza”.

3.-4. előadás:
A méterrendszer: a felvilágosodás, a francia forradalom szerepe a metrikus méterrendszer terjedésében. Gauss és Maxwell munkássága a koherens egységrendszerek, az alapegységek kialakításában. A Méteregyezmény és párizsi központjának létrehozása (1875), magyar tudósok és az Osztrák-Magyar Monarchia közreműködése.
SI nemzetközi egységrendszer bevezetése (1960) és elterjedésének buktatói (pl.: egy Mars-űrszonda katasztrófája (1999)). SI alapegységek rendszere, magyar tudós szerepe a nemzetközi egységdefiníciók szemléletváltó fejlődésében.

5. előadás:
Az idő alapegysége a másodperc: a homokórától az atomóráig. Az atomórák fizikája. A „határtalan pontosság”. Nemzetközi időskála.

6. előadás:
A hosszúság alapegysége a méter: történelmi áttekintés, a méterdefiniciók és etalonjaik fejlődése. Bay Zoltán úttörő munkássága egy maxwelli elmélet gyakorlati megvalósításában. Lézer-méteretalonok hullámhosszának átszármaztatása mechanikai hosszetalonokra.

7. előadás:
2005. évi fizikai Nobel-díj gyors hasznosulása. Öt nagyságrenddel eltérő frekvenciák összehasonlításának technológiája. (A spin-off vállalkozások szerepe a tudományos felfedezések gyakorlati hasznosításában.)

8. előadás:
Az amper villamos alapegység kvantumfizikai megvalósítása töltésszámlálással, valamint feszültség- és ellenállás-etalonokkal. A pontosság kvantumfizikai korlátai, a megvalósítási és reprodukálási pontosságok megkülönböztetése.

9.-10. előadás
A tömeg alapegysége a kilogramm: történelmi áttekintés, az egyetlen alapegység, amelynek definíciója napjainkig egy prototípus. A nemzetközi prototípus stabilitásának és a nemzeti tömegetalonok kalibrálásának kérdései.
A természeti állandó alapú tömegmeghatározás alternatívái, az új etalonkísérletek fizikája és a pontossági határok. Két módszer – a „varázsgömb” és az „árammérleg” - amelyek kiegészítik egymást, és remélhetőleg lebontják a korlátokat. A 2011-re várt új tömegdefiníció halasztásának okai. A beharangozott új tömeg-meghatározás, amely megváltoztat majd alapegységeket és szemléletmódot egyaránt. Jön az „Új SI”?

11. előadás
A hőmérséklet egysége és etalonmértékei. Az etalon hőmérsékleti pontokat megvalósító fix-pontok fizikája és technológiája (pl. hőáram-kompenzált hőszigetelés). Összehasonlító eszközök fizikája és az interpolációs technikák szerepe a nagypontosságú hőmérsékletmérésben.

12. előadás
A hőmérséklet, az anyagmennyiség és a fényerősség egységének változása az „Új SI”-ben. Kémiai és biológiai etalonok, anyagminták megvalósításának, valamint e két szakterület mérési eredményei kölcsönös elfogadhatóságának aktuális kérdései és a gazdasági szükségszerűség.


13. előadás:
A természeti állandók értékének bizonytalansága. Az állandóság és a bizonytalanság fizikai alapjai. A CODATA nemzetközi szervezet szerepe és munkamódszere a „konszenzusos bizonytalanság” meghatározásában, valamint az itt várható szemléleti változások.

14. előadás:
Az országos etalonok nemzetközi összehasonlítása, használati etalonok kalibrálása: visszavezethetőségi rendszerek és mérési bizonytalanságok. Szabványosított elvek a kölcsönös elismerhetőség érdekében.
A mérés szerepe a gazdaságban. Az akkreditálás szerepe a minőség és a bizalom erősítésében. Állami szerepvállalás az „ellenérdekelt felekért”. Magyar országos etalonok bemutatása és helye a nemzetközi metrológiában.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Heti 2 óra előadás.
10. Követelmények

A szorgalmi időszakban:
Az előadás ismeretterjesztő és szemléletformáló jellege miatt a félév végén egy tesztjellegű zárthelyi szolgálja az elsajátított ismeretek ellenőrzését.  A zárthelyi kiváltható az előadóval egyeztetett téma feldolgozásával és rövid előadásával. Az előadó figyelembe veheti a félév során mutatott kiemelkedő hallgatói aktivitást is.

A vizsgaidőszakban: nincs.

11. Pótlási lehetőségek A zárthelyi a TVSZ által előírt módon pótolható: egy pótlás a szorgalmi, egy a pótlási időszakban.
12. Konzultációs lehetőségek Igény szerint az előadóval egyeztetve.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Az előadás anyagához írásos segédanyagok találhatók a tantárgy honlapján. Az előadások során vetített képek és ábrák segítik a megértést és demonstrálják az elsődleges etalonképzés szakmai és gazdasági súlyát, költségét.

[1] A metrológiáról és a mérésügyről röviden (Metrology in short, 2nd edition, 2003., EUROMET kiadvány és a  Legal metrology and international trade UNCTAD/WTO, 2004. kiadvány magyar fordítása), OMH, 2004.
[2]   The International System of Units, 8th edition, 2006.
[3] Quinn T.J., "Base units of the Système international d'unités, their accuracy, dissemination and international traceability", Metrologia, 1995, 31, 515-527; http://www.bipm.org/en/si/si_constants.html
[4] Optical Frequency Comb, National Research Council Canada, 2006.
http://inms-ienm.nrc-cnrc.gc.ca/research/optical_frequency_projects_e.html
[5] The BIPM W-balance, 2007. http://www.bipm.org/en/scientific/elec/watt_balance/
[6] Precision spheres in push to re-define kilogram, CSIRO Australia, April 2008, www.csiro.au/science/ps35k.html
[7] Josephson-, Quantum Hall- and SET effects, LNE, 2007.
http://www.lne.fr/en/r_and_d/electrical_metrology
[8] Útmutató a mérési bizonytalanság kifejezéséhez (a Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement , ISO, 1995. tükörfordítása) OMH, 1995.
[9] GUM Numerical Methods for the Propagation of Distributions, Supplement 1. ISO, 2004-03-16 : 2004
 [10] 24th CGPM , Resolution 1: On the possible future of the SI, 2011. okt. 17-21.
www.bipm.org/utils/en/pdf/24 CGPM Resolution 1.pdf
 [11] CGPM approves possible changes to the International System of Units, including redefinition of the kilogram. , CIPM-CCU munkaterv, 2011.okt. 23.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontaktóra28
Készülés előadásra14
Készülés zárthelyire8
Önálló tananyag-feldolgozás
10
Összesen60
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Pataki Péter címzetes egyetemi docens, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék
Dr. Sujbert László egyetemi docens, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék
Egyéb megjegyzések A tantárgy neve angolul: Cultural history of measurement units and standards