¿Cambiarán los voltios, amperios, ohmios u otras unidades eléctricas el 20 de mayo de 2019?

Question

Al ver un vídeo de Veritasium sobre la redefinición de las unidades del SI (5:29) una reclamación que el voltio y la unidad de resistencia (presumiblemente el ohmio) cambiarán aproximadamente 1 parte en 10 millones me llamó la atención:

[ ... ] Debo señalar que un voltio cambiará en realidad alrededor de 1 parte en 10 millones, y la resistencia cambiará un poco menos que eso. Y es que allá por 1990, los metrólogos eléctricos decidieron dejar de actualizar su valor de, efectivamente, planchas constantes, y quedarse con el que tenían en 1990. Y eso tuvo un beneficio: no tuvieron que actualizar sus definiciones ni sus instrumentos. [ ... ] Pues bien, ahora los metrólogos eléctricos tendrán que cambiar. Pero, eso es un cambio muy pequeño para un número muy pequeño de personas.

Aparentemente, la razón es que el 20 de mayo de 2019, está previsto que entren en vigor las redefiniciones de las unidades básicas del SI . El kilogramo se redefinirá utilizando la constante de Planck, que, presumiblemente, significa que cualquier cambio en valor de la definición anterior ( el Prototipo Internacional del Kilogramo ) afectaría a las unidades derivadas que dependen de él, incluyendo el voltio, el ohmio, el farad, el henry, el siemens, el tesla y (antes) amperio .

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• ¿Cambiarán los voltios o los ohmios, como parece que afirma Veritasium?
  • ¿Están afectadas otras unidades eléctricas (enumeradas anteriormente)?
  • Si es así, ¿cuánto habrán cambiado exactamente tras la redefinición?

Answer 1

A finales del siglo pasado se hicieron comunes los estándares eléctricos basados en las uniones Josephson. Una unión Josephson junto con un reloj atómico puede dar un estándar de voltaje exquisitamente preciso en términos de la constante de Josephson. Desgraciadamente, la definición del voltio de entonces se basaba en la definición del kilogramo del SI, lo que introducía una incertidumbre considerable. Así que podíamos proporcionar un estándar de voltaje muy preciso, pero debido a la definición imprecisa del voltio no estábamos seguros de cuántos voltios era.

Por lo tanto, en 1990 la comunidad ideó el voltio convencional, denominado $V_{90}$ , basado en un valor fijo de la constante de Josephson, $K_{J-90}$ . Esta unidad convencional ha servido como un estándar más preciso y reproducible para el voltaje desde entonces, sin embargo su valor exacto en términos de SI $V$ se desconoce debido a la mencionada falta de precisión.

https://en.wikipedia.org/wiki/Conventional_electrical_unit

Con la redefinición del SI en unos días $K_J$ tendrá ahora un valor exacto, y ese valor es ligeramente diferente del valor exacto asignado a $K_{J-90}$ por la convención de 1990. Por lo tanto, el SI $V$ también es ligeramente diferente del convencional $V_{90}$ . Porque ambos $K_J$ y $K_{J-90}$ son exactas, la conversión entre el SI y los voltios convencionales también lo es y, por tanto, el voltio convencional queda derogado. Esto significa que los metrólogos eléctricos tendrán que dejar de utilizar $V_{90}$ y utilizar $V$ que tiene un valor ligeramente diferente pero la misma precisión. En otras palabras, una precisión de 1 $V$ estándar era mucho menos preciso que un antiguo 1 $V_{90}$ estándar, pero un nuevo y preciso 1 $V$ norma tendrá la misma precisión que la abrogada 1 $V_{90}$ estándar aunque el valor sea ligeramente diferente.

Así que, como señaló Veritasium, es un cambio muy pequeño para un número muy pequeño de personas aunque no es así $V_{90}$ está cambiando, sólo está siendo abrogada. Y el valor de $V$ no está cambiando, sólo está ganando en precisión.

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A continuación se presenta un resumen de las unidades eléctricas afectadas y los cambios que se están realizando:

Unidad

Símbolo

Definición

Relacionado con SI

Valor SI (CODATA 2014)

Valor SI (2019)

voltios convencionales

V ₉₀

ver arriba

$\frac{K_\text{J-90}}{K_J} \text{V}$

1.000 000 0983(61) V

1.000 000 106 66... V

ohmios convencionales

Ω ₉₀

ver arriba

$\frac{R_K}{R_\text{K-90}} \text{Ω}$

1.000 000 017 65(23) Ω

1.000 000 017 79... Ω

amperios convencionales

A ₉₀

V ₉₀ /Ω ₉₀

$\frac{K_\text{J-90}}{K_J} \cdot \frac{R_\text{K-90}}{R_K} \text{A}$

1.000 000 0806(61) A

1.000 000 088 87... A

coulomb convencional

C ₉₀

s⋅A ₉₀ \= s⋅V ₉₀ /Ω ₉₀

$\frac{K_\text{J-90}}{K_J} \cdot \frac{R_\text{K-90}}{R_K} \text{C}$

1.000 000 0806(61) C

1.000 000 088 87... C

vatios convencionales

W ₉₀

A ₉₀ V ₉₀ \= V ₉₀ 2 /Ω ₉₀

$\left(\frac{K_\text{J-90}}{KJ}\right)^2 \cdot \frac{R_\text{K-90}}{R_K} \text{W} $

1.000 000 179(12) W

1.000 000 195 53... W

faradio convencional

F ₉₀

C ₉₀ /V ₉₀ \= s/Ω ₉₀

$\frac{R_\text{K-90}}{R_K} \text{F}$

0.999 999 982 35(23) F

0.999 999 982 20... F

henry convencional

H ₉₀

s⋅Ω ₉₀

$\frac{R_K}{R_\text{K-90}} \text{H}$

1.000 000 017 65(23) H

1.000 000 017 79... H

A partir del valor exacto de $K_{J-90}$ en el enlace anterior y el valor exacto de $e$ y $h$ aquí se da se puede calcular que $\frac{K_{J-90}}{K_J} = \frac{ 71207857995393}{71207850400000}$ exactamente. Para el voltio, esto supone aproximadamente $1 V_{90} = 1+1.06\times 10^{-7} \; V$ o ~100PPB.

Answer 2

Sí, el voltio realmente cambiará.

Si tiene un voltímetro realmente bueno con una precisión de una parte en 10 millones, ya está acostumbrado a la idea de que tiene que calibrarlo periódicamente según una cadena de normas que se remonta a algún organismo nacional de normalización.

La próxima vez que acuda a esa calibración en su RGV después del 20 de mayo, la calibración cambiará.

Pocas personas tienen realmente estos dispositivos. Las personas que realizan mediciones tan precisas generalmente conocen estos problemas y han estado haciendo planes para hacer frente a los cambios.

Answer 3

La redefinición redefine las unidades con valores exactos para $h,\,e,\,k_B,\,N_A$ . Se mantienen las antiguas definiciones de metros y segundos, por lo que especificar $h$ redefine el kilogramo. El amperio (1 culombio por segundo) cambiará porque al especificar $e$ redefine el culombio. (La antigua definición toma el amperio como fundamental, especificando $\mu_0$ como $4\pi\times 10^{-7}$ en unidades del SI). El voltio cambia porque $eV$ es un $e$ -que multiplicada por un metro-segundo da las unidades de $h$ . Como el cambio de voltios depende de $h$ s así como $e$ no es necesario contar las potencias de $e$ para darse cuenta de que el ohmio cambiará ligeramente (pero como $1\Omega=1\text{Js}/\text{C}^2$ , $e$ también importa aquí). Por la misma lógica, el farad (segundo por ohmio) cambia, al igual que el Henry (ohmio segundo), el siemens (1/ohmio) y el tesla ( $\text{Vs}/\text{m}^2$ ).