Метрологическая деятельность Д.И. Менделеева

 

В 1875 г. представителями ряда государств (в том числе России) была подписана Метрическая конвенция, которой предусматривалось изготовление международных и национальных прототипов метра и килограмма и создание международных метрологических учреждений: Международного комитета мер и весов - руководящего метрологического органа, состоящего из ученых-представителей государств, присоединившихся к конвенции, и международного бюро мер и весов - научно-исследовательского метрологического института, начало деятельности которого относится к 1879 г.

После В.С Глухова, руководившего с 1865 по 1892 г., учёным хранителем Депо образцовых мер и весов был назначен знаменитый русский учёный Д.И. Менделеев.

В 1893 г. в Петербурге «для сохранения единообразия, верности и взаимного соответствия мер и весов» была на базе Депо учреждена: Главная палата мер и весов (ныне Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии имени Д.И. Менделеева) - многолабораторный метрологический институт, на который возлагались также испытание и поверка самых различных измерительных приборов (термометров, манометров, водомеров, электроизмерительных приборов и пр.) «по соответствию с основными измерениями веса, длины и времени».

В первую очередь Главная палата изготовила новые эталоны прототипов мер длины и веса взамен созданных ранее, (внушавших сомнения в их достаточной сохранности; в качестве материала для прототипов был избран хорошо зарекомендовавший себя при изготовлении метрических прототипов в Международном бюро мер и весов сплав платины (90%) с иридием (10%), отличавшийся большой тугоплавкостью, твердостью, упругостью и химической неизменностью. Затем был организован ряд лабораторий, оснащенных первоклассной измерительной аппаратурой. Именно Менделеев смог преобразовать Депо в подлинно-метрологическое учреждение, которое сыграло исключительную роль в создании государственной службы мер и весов. Менделеев возглавлял Главную палату почти 14 лет (1893-1907 гг.) - до своей смерти.

При Д.И. Менделееве в Главной палате был выполнен ряд работ, целью которых было максимально возможное достижение верности и единства измерений и обработки их результатов: определен ряд физических постоянных (плотность воды и воздуха, географические координаты Главной палаты, ее высота над уровнем моря и ускорение свободного падения). Метрологический уровень работ лабораторий существенно повысился. В наибольшей степени это относилось к измерениям основных величин (длины, массы и времени). Особенное внимание Д.И. Менделеев уделял лаборатории мер массы, деятельностью которой он непосредственно руководил и в которой сам выполнял значительную часть экспериментальных исследований. Мероприятия, направленные на достижение единства и повышение точности измерений, были осуществлены и в других лабораториях Главной палаты. В лабораторий мер длины оборудование пополнилось, в частности, 40-метровым базисом Едерина для поверки 24-метровых проволок и жезлов длиной 3 и 4 м. Рост авторитета этой лаборатории характеризуется уже тем, что ряд ведомств, пользовавшихся ранее услугами других организаций, стал направлять свои меры длины на поверку в Главную палату. Так поступал и геодезический отдел Генерального штаба, справедливо гордившийся высокой сходимостью результатов своих измерений и поверявший ранее свои жезлы (высокоточные меры длины) в Пулковской обсерватории.

В соответствии с развитием различных отраслей промышленности и прогрессом науки номенклатура допущенных к применению мер значительно увеличилась, вошли в практику новые виды измерений в области механических и тепловых величин, начали измерять электрические и световые величины. В течение почти всего XIX в. имелись только ведомственные эталоны единиц физических величин (точнее, исходные образцовые меры и измерительные приборы), с основанием же Главной палаты стали создавать государственные эталоны, признанные общеобязательными для различных отраслей хозяйства.

Процесс создания новых эталонов, выполнения исследовательских работ, проведения мероприятий, направленных на осуществление верности и единства мер, освещался в основанном в г. непериодическом журнале «Временник Главной палаты мер и весов».

Ещё при В.С. Глухове для Депо за границей были приобретены меры и весы (в частности, весы с наибольшим пределом взвешивания 2 кг, 500 г., 200 г., 50 г. и от 0,1 мг до 2 г с соответствующим набором гирь). Д.И. Менделеев продолжил начинания В.С. Глухова. Он приобрел концевую копию прототипа метра, метрический разновес и др. Определил физические постоянные для метрических мер объема (литра и кубического дециметра). По идее Менделеева был изготовлен эталон мер длины в форме полусажени П4, на котором были нанесены аршин, ярд и метр с их подразделениями (всего 253 линии) и который он характеризовал как «единственный в мире экземпляр, драгоценный во множестве отношений». Эта полусажень сыграла значительную роль в процессе перехода на метрическую систему мер. Новые прототипы были сличены с метрическими прототипами, и значения аршина и фунта были выражены через метрические меры, что узаконило Положение 1899 г. (аршин = 0,711200 м, фунт = 0,40951241 кг).

Д.И. Менделеев высоко ценил русскую систему мер, отмечая, что из «всех систем мер и веса только три: английская, французская (метрическая) и русская отличаются полною разработкой и выдерживают научную критику». Однако решительное предпочтение он отдавал метрической системе, и лишь практические трудности, особенно значительные в то время, заставляли ученого соблюдать осторожность. Основным препятствием он считал отсутствие в России специальных поверочных учреждений. Такие учреждения («поверочные палатки») стали создавать с конца 1900 г.

В 1899 г. Главная палата издала краткие, а в 1902 г. более подробные «Сравнительные таблицы русских, метрических и английских мер», где точность вычисленных значений соответствовала точности, достигнутой при возобновлении прототипов (отклонение не превышало 1-10^-6для мер длины и 1-10^-8 для мер веса). «Таблицами» Главной палаты 1902 г. были установлены допускаемые погрешности также для метрических мер.

Царское правительство оказалось не в состоянии узаконить метрическую систему в качестве единой и общеобязательной. Это сделала Советская власть декретом правительства от 14 сентября 1918 г.

Единицы веса

В 1894-1898 гг. Д.И. Менделеевым был изготовлен новый платино-иридиевый эталон фунта по купферовскому платиновому прототипу, для которого можно было считать, что он «не имел возможности изменить свой вес со времени его устройства». Были изготовлены также три копии первичного образца и образцовые разновесы: платино-иридиевый, платиновый и золотой. При изготовлении и сличении этих мер соблюдали максимально возможную точность. Выполнив ряд исследовательских работ, Д.И. Менделеев довел точность взвешиваний до 10^-8 и даже выше.

Самой трудной задачей являлось устранение переменных температурных влияний, имевших место несмотря на термоконстантность помещения.

В целях достижения максимально возможного «постоянства показаний» весов Д.И. Менделеев стремился к устранению «неравномерности и переменчивости температуры весового помещения», «неправильного влияния» лучистой теплоты от тела наблюдателя и от ручных манипуляций с весами, «неравномерности действия солнечного света» и пр.

Не довольствуясь имевшимися весами, Д.И. Менделеев приобрел по специальному заказу весы фирм Рупрехта и Неметца, в которых устранение ряда посторонних влияний достигалось благодаря приспособлениям, позволявшим издали арретировать весы, менять грузы на их чашках и отсчитывать качания коромысла (для весов Неметца можно было издали накладывать добавочные грузы). Но и в эти установки Д.И. Менделеев внес усовершенствование: шкалы были перенесены на потолок помещения для уменьшения боковых нагреваний, особенно, нежелательных, поскольку они изменяли длину только одного плеча коромысла. По правилам, установленным Д.И. Менделеевым, грузы ставили на чашки весов накануне предполагаемого дня взвешиваний, а в день взвешиваний наблюдателям запрещалось входить в помещение для весов.

Д.И. Менделеевым были разработаны системы взвешиваний, основанные на его собственных исследованиях. Он рекомендовал увеличить число взвешиваний до семи, чтобы уменьшить погрешность измерений.

Положением о мерах и весах в 1899 г. был был узаконен прототип фута, и выражен в метрических мерах: 1 фунт = 0,40951241 кг. Из мер веса в Положении были узаконены: пуд, фунт, золотник и доля. Также были утверждены материал и форма гирь.

Положением о мерах и весах 1916 г. были узаконены метрические меры от «метрической весовой тонны» до миллиграмма; кроме того, для взвешивания бриллиантов, жемчуга и драгоценных камней был легализован метрический карат (200 мг).

 

 

Заключение

 

Имя Дмитрия Ивановича Менделеева - великого русского учёного, педагога, общественного деятеля - общеизвестно. Его открытие Периодической системы вывело отечественную химическую науку на мировой уровень, и она заняла одно из ведущих мест в мире на все последующие десятилетия.

Однако Д.И. Менделеев оставил не только научное, но и огромное по своей значимости культурное наследие: свыше 500 трудов в различных областях знаний: химии, агрохимии, физике, геофизике, экономике, метеорологии, философии, педагогике. Большую часть этих трудов составляют работы по химии, физикохимии и физике.

Следующий крупный пласт менделеевского наследия - работы в области отечественной промышленности, её экономических проблем, размещения, технологии. И это неслучайно, так как именно здесь интересы самого учёного сомкнулись с потребностями страны.

Список литературы

1. Артёмов, В.В. Великие русские учёные и изобретатели/ В.В. Артёмов - М.: Росмэн, 2005. - 302 с.

2. Гинак, Е.Б. Во главе палаты мер и весов/ Е.Б. Гинак // Природа - 2009. - №1. - с. 62-67

.   Григорьева, В.З. Русская водка. Всегда ли было 40%?/В.З. Григорьева // Химия и жизнь - 2010. - №5. - с. 40-41

.   Джуа, М. История химии/ М. Джуа - М.: Мир, 1957. - 482 с.

.   Лунин, В.В. Гениями рождаются/ В.В. Лунин // Природа - 2009. - №1. - с. 4-6

.   Русанов, А.И. Российское химическое общество/ А.И. Русанов // Природа - 2009. - №1. - с. 44-51

.   Семёнов, А.И.Д.И. Менделеев и русская водка - легенда и быль/ А.И. Семёнов // Алкоголь[pro]. - 2009. - №2. - с. 52-54

.   Соловьёв, Ю.И. История химии в России: Научные центры и основные направления исследований/ Ю.И. Соловьев - М.: Наука, 1985. - 416 с.

.   Шостьин, Н.А. Очерки истории русской метрологии XI-XIX в./ Н.А. Шостьин - М.: Издательство стандартов, 1975. -272 с.

.   Щёголев, В.А. «Химия, как и всякая другая наука, есть средство, и цель»/ В.А. Щёголев // Природа - 2009. - №1. - с. 31-32