Od kdaj je meter meter in ali je zlato res zlato

Brez kompleksnega sistema merjenj bi živeli v zmedi. Z novimi tehnologijami in odkritji nastaja nov razvoj.
Objavljeno
06. april 2017 13.04
Andreja Žibret
Andreja Žibret
Na vseh področjih življenja se vsak dan srečujemo z različnimi merjenji: mase, dolžine, hitrosti, časa, temperature, tlaka ... Tega se niti ne zavedamo, pa vendar za to skrbi kompleksen sistem meroslovja, brez katerega bi živeli v veliki zmedi. Točne meritve nam uravnavajo čas in nakupe, omogočajo postavljanje pravilnih diagnoz v zdravstvu, življenje v zdravem okolju, zdravo hrano, pa tudi ugotavljanje, ali je v nakitu res toliko zlata, kot ga mora biti, in še veliko drugega.

Dlan, čevelj, laket


Kako pomembno je meroslovje, so se zavedali že v prazgodovini, kar dokazujejo bogate arheološke najdbe. V antiki, obdobju Bizanca in še pozneje so tudi skozi kraje današnje Slovenije vodile vojaške in trgovske poti, potekala je živahna blagovna menjava, z njo pa so bile povezane meroslovne aktivnosti. Prve dolžinske mere so bile določene po delih človeškega telesa, predvsem kraljev in vladarjev, denimo dlan, čevelj in laket. Še v poznem srednjem veku so bile posamezne meroslovne aktivnosti prepuščene ureditvi posameznih lokalnih oblasti. O aktivnostih meroslovja pri nas pripovedujejo tudi zgodbe iz 16. stoletja, ko so peke, ki so prodajali prelahek kruh, najprej kaznovali z denarno kaznijo, nato javno potapljali v vodo, skrajni ukrep pa je bil odvzem obrti. V Ljubljani so na primer za nadzor trgovskega prometa na Bregu ob Ljubljanici postavili mestno tehtnico za tehtanje blaga, ki so ga pripeljali v mestno skladišče.

Zaradi medkrajevnega trgovanja in poslovanja so nastale čedalje večje potrebe po poenotenju časa, mase, dolžine, temperature ... Po zaslugi cesarice Marije Terezije, ki je v habsburški monarhiji med svojim vladanjem vpeljala za tiste čase vzoren red na področju meroslovja, je imela tudi Slovenija že v 18. stoletju urejen meroslovni sistem, s katerim je bilo poleg mer in merskih enot poskrbljeno za ustrezen nadzor in označevanje plemenitih kovin, to je sto let pred podpisom metrske konvencije v Parizu.

Podpis metrske konvencije

Francoska akademija je konec 18. stoletja dobila nalogo pripraviti meroslovni sistem, ki bo uporaben za vse. Vse mere so zasnovali na naravnih pojavih in izvorih. Leta 1875 je v Parizu 18 najrazvitejših držav podpisalo metrsko konvencijo in s tem je bil ustanovljen mednarodni meroslovni sistem, ki je začel veljati za takratni razviti svet. Določili so enoto dolžine meter in enoto mase kilogram v obliki pramer. Ustanovili so mednarodni urad za uteži in mere (BIPM) in mednarodni komite za uteži in mere (CIPM). Tako je bil uveden red na področju meroslovja najprej v Evropi, pozneje pa tudi drugod po svetu. Generalna konferenca za uteži in mere (CGPM) je pozneje sprejela in priporočila mednarodni sistem merskih enot SI, ki temelji na sedmih osnovnih enotah, s katerimi je mogoče opisati vse fizikalne pojave, iz njih pa so izpeljane vse druge veličine. Tako je osnovna enota za maso kilogram (kg), za dolžino meter (m), za čas sekunda (s), za električni tok amper (A), za temperaturo kelvin (K), za množino snovi mol (mol) in za svetilnost kandela (cd). Uvedli so enotne reference, tako imenovane mednarodne etalone, ki so opredeljeni kot realizacija definicije dane veličine, to je dolžine, mase, časa, električnega toka, temperature, množine snovi in svetilnosti, z navedeno vrednostjo ter pripadajočo merilno negotovostjo. Pri tem je referenčni etalon tisti, ki je namenjen za umerjanje drugih etalonov za istovrstne veličine v dani organizaciji ali na danem kraju.

Po osamosvojitvi Slovenije leta 1991 je odgovornost za postavitev slovenskega meroslovnega sistema v okviru takratnega ministrstva za znanost in tehnologijo prevzel urad za standardizacijo in meroslovje. Z reorganizacijo državne uprave leta 2001 je bil za naloge na področju meroslovja ustanovljen samostojen urad za meroslovje, ki danes v okviru ministrstva za gospodarski razvoj in tehnologijo deluje v Celju in Ljubljani. Skrbi za delovanje nacionalnega meroslovnega sistema, v okviru katerega med drugim nosilci nacionalnih etalonov (tistih, ki jih urad za meroslovje prizna kot podlago za pripisovanje vrednosti drugim etalonom za istovrstne veličine) zagotavljajo ustrezno meroslovno sledljivost meritev na najvišji ravni v državi.

Merila in meroslovne zahteve

Ko nas ustavi policist, moramo zaupati merilniku hitrosti, tako kot tudi merilu na bencinski črpalki, ki izmeri količino pretočenega goriva, in električnemu števcu, na podlagi katerega vsak mesec dobimo račun. Zakon o meroslovju namreč določa, da morajo merila, ki jih uporabljamo za merjenje na področjih prometa blaga in storitev, varovanja zdravja ljudi in živali, varovanja okolja in splošne tehnične varnosti ter v postopkih pred upravnimi in pravosodnimi organi, izpolnjevati meroslovne zahteve, določene s predpisi. Ta merila, ki jih imenujemo tudi zakonska in jih srečujemo v domačem okolju, pri različnih storitvah in v gospodarstvu, so števci električne energije, vodomeri, tehtnice, taksimetri, merilniki hitrosti v cestnem prometu, merilniki toplotne energije, gostinska posoda, nepremični rezervoarji, pretočna merila, plinomeri in korektorji, merilniki tlaka v pnevmatikah, merilniki krvnega tlaka, naprave z valji za preverjanje zaviralne sile pri vozilih na motorni pogon, merila za merjenje izpušnih plinov. Ti merilni instrumenti morajo biti overjeni in označeni z overitveno oznako, predpisi pa določajo, kakšni so lahko njihovi največji dopustni pogreški. Če podvomimo o rezultatu, se lahko obrnemo na meroslovni nadzor, ki ga izvajajo inšpektorji in meroslovni nadzorniki urada za meroslovje.


Prototip polovice dunajskega bokala iz časa Marije Terezije. Foto: Arhiv Urada RS za meroslovje

Prakilogram in prameter

Veda o meroslovju je zelo široka in razvejena. Pri nakupovanju sadja, zelenjave in drugih dobrin smo zainteresirani, da je tehtanje točno in zanesljivo, kar je mogoče zagotoviti z umerjenimi utežmi. Za slovenski nacionalni etalon za kilogram skrbi laboratorij na uradu za meroslovje, njegova sledljivost pa vodi do mednarodnega etalona kilograma, ki je narejen kot valj iz platine in iridija in ima maso enega kilograma po definiciji. Izdelan je bil leta 1879. Prakilogram hrani mednarodni urad za uteži in mere v Parizu.

Laboratorij v Sloveniji skrbi za kalibracijo oziroma umerjanje uteži, za kar potrebuje referenčen etalon za maso in posebno komparatorsko tehtnico, ki ni namenjena odčitavanju vrednosti mase, pač pa je posrednik med etalonom in utežjo, ki ji določajo maso. Pri tem je zanimivo, da je masa zadnja fizikalna količina, določena s pomočjo fizične mere. Vse druge veličine so namreč določene s pomočjo naravnih pojavov.

Včasih smo razdalje merili s koraki, današnja metodologija pa natančno določa dolžino. Meter je bil v preteklosti definiran kot desetmilijoninka razdalje med ekvatorjem in severnim tečajem po poldnevniku, ki poteka skozi Pariz. Prameter je bil v obliki palice izdelan iz platine in nato iz zlitine platine ter iridija, s katero so primerjali merilne priprave. Današnja definicija metra je vezana na realizacijo časa, od leta 1987 je namreč definiran kot pot, ki jo svetloba prepotuje v tristomilijoninki sekunde. Definicija je nastala z razvojem laserjev, ko so ugotovili, da je mogoče s pomočjo laserske svetlobe izmeriti dolžino, s štetjem valovnih dolžin. Za vzdrževanje in razvijanje etalona ter kalibracijo merilnih instrumentov pri nas skrbi laboratorij za tehnološke meritve v okviru mariborske fakultete za strojništvo. Zagotavljajo kakovost meritev v slovenski industriji, prometu, zdravstvu, pa tudi kakovost merilnih instrumentov, ki jih kupujemo potrošniki, kot so tračni meter, pomično ali vijačno merilo, da dajejo ustrezne rezultate.

Neoprijemljivost časa

Najbolj skrivnostna in neoprijemljiva veličina pa je čas. Nosilec nacionalnega etalona za čas in frekvenco, ki se meri v hercih (Hz), je laboratorij za čas in frekvenco, ki deluje v okviru slovenskega inštituta za kakovost in meroslovje. Etalon zagotavlja uresničevanje univerzalnega koordiniranega časa, ki ga označujemo s kratico UTC in je mednarodno sprejet standardni čas, ki ga s pomočjo navigacijskih satelitov primerjajo z drugimi etaloni po svetu. Hkrati sodelujejo pri izračunu povprečnega časa UTC, na podlagi katerega živimo na vsej Zemlji. Čas je vezan na definicijo sekunde s sevalnimi prehodi cezijevega atoma. Tako določen mednarodni atomski čas, po katerem se poskušamo orientirati, vendar po njem ne živimo, se zaradi upočasnjevanja vrtenja Zemlje razhaja z astronomsko določenim časom. Zato ga občasno, to je vsakega pol leta, 31. decembra ali 30. junija, lahko popravijo z vstavitvijo ali odvzamejo dodatne prestopne sekunde. Tako usklajeni čas je prej omenjeni čas UTC, ki za greenwiškim srednjim časom zaostaja ali ga prehiteva za največ 0,9 sekunde. Da bi se izognili zmedi zaradi različnih časovnih pasov in določitev poletnega in zimskega časa, ki velja v različnih delih sveta, ga uporabljajo kot definicijo zapisa časa, kar je še posebno pomembno denimo pri vremenskih napovedih, načrtih poletov in v kontroli zračnega prometa.

Temperatura in trojna točka vode

Temperatura je ena najpogosteje merjenih fizikalnih veličin. Pomembna je na primer pri pripravi hrane, saj potice ne bomo mogli speči pri temperaturi pod 200 stopinj Celzija. Če si bomo izmerili več kot 37 stopinj Celzija telesne temperature, pa bomo morali k zdravniku. Realizacija termodinamične temperature temelji na trojni točki vode, v kateri so pri določenem tlaku v ravnovesju vse tri agregatne faze čiste snovi: trdna (led), kapljevinska (tekoča voda) in plinska (vodna para). Celzijeva skala je bila najprej opredeljena glede na točko, v kateri voda zmrzne, pozneje pa kot tališče ledu, zdaj je uradno izpeljana in definirana glede na odnos do Kelvinove temperaturne skale, ki ne pozna negativnih vrednosti. Tako je nič stopinj Celzija zdaj enakovredno 273,15 Kelvina, 100 stopinj Celzija, prej definirano kot vrelišče vode, pa je enakovredno 373,15 Kelvina. Nosilec nacionalnega etalona za termodinamsko temperaturo je laboratorij za metrologijo in kakovost na ljubljanski fakulteti za elektrotehniko, ki skrbi za kalibracijo termometrov na najvišji ravni tako v industrijskih laboratoriji kot pri vsakdanjih uporabnikih.

Elektrika povsod okoli nas

Življenja brez električnega toka si danes ne moremo več predstavljati in gotovo je to najpogosteje merjena fizikalna veličina, ki se vsaj posredno uporablja tudi pri merjenju vseh drugih veličin. Za umerjanje električne merilne opreme v industriji in vsakdanjem življenju, kot so digitalni in analogni multimeter, merilniki električnih napeljav, siloskopi, spektralni analizatorji, skrbi laboratorij za električne veličine, ki deluje v okviru slovenskega inštituta za kakovost in meroslovje. Ko stranka prinese instrument na kalibracijo, ga najprej temperaturno stabilizirajo, nato ga kalibrirajo na poljubnem številu točk, odvisno od želja strank in merilnega protokola, ki ga predpiše proizvajalec. Izdajo kalibracijski certifikat, na podlagi katerega se stranka odloči, ali instrument ustreza njenim potrebam, ali pa mora kupiti novega.

Ni vse zlato, kar se sveti

Različni laboratoriji merijo tudi množino snovi, to je delež kemijskih elementov oziroma spojin v različnih vzorcih. Med njimi je laboratorij za plemenite kovine v okviru urada za meroslovje, ki lahko določi, koliko je denimo zlata v nakitu. Temeljni namen je varovati potrošnike, da bodo ob nakupu zlitin iz plemenitih kovin, najpogosteje je to nakit ali pa investicijsko zlato, res dobili tisto, kar plačajo. Merijo masni delež plemenitih kovin, med katere sodijo zlato, srebro, platina in paladij, v različnih zlitinah. Za merjenje čistine plemenitih kovin uporabljajo raznovrstne analitske metode, v zadnjem času predvsem rentgensko fluorescenčno spektrometrijo. Najpogostejša čistina pri zlatih izdelkih v Sloveniji je 585 tisočin, pri srebrnih pa 925. Po zakonu morajo biti vsi izdelki iz plemenitih kovin, ki so v prodaji na slovenskem trgu, ustrezno preizkušeni in označeni. Če preizkus v laboratoriju potrdi deklarirano čistino, na izdelek odtisnejo oznako skladnosti ali državni žig.


Rentgen za analizo plemenitih kovin. Foto: Arhiv Urada RS za meroslovje

Gensko spremenjeno zrno koruze

Koncentracijo kemijskih elementov v organskih in anorganskih vzorcih iz okolja določa laboratorij za analizno kemijo na inštitutu Jožefa Stefana, pri čemer je pomembno področje tudi zagotavljanje meroslovnih poti za primerljivost merjenja. V okviru nacionalnega inštituta za biologijo pa deluje laboratorij, ki med drugim preverja, ali je na policah gensko spremenjena hrana. Določajo vsebnost gensko spremenjenih organizmov v hrani, krmi in semenih, prav tako prisotnost škodljivih mikroorganizmov v različnih rastlinah, in sicer z bioanalizo nukleinskih kislin. Z natančnimi postopki lahko zaznajo eno zrno gensko spremenjene koruze v deset tisoč zrnih, ki to niso.

Še bi lahko naštevali, kje vse se uporablja meroslovje, od določanja, ali je oljčno olje res ekstra deviško, kar ugotavlja laboratorij za preizkušanje olja pri znanstvenoraziskovalnem središču v Kopru, do določanja lastnosti cementa, ki je najpomembnejši gradbeni proizvod v svetu; za ugotavljanje njegove kakovosti skrbi laboratorij za cemente, malte in keramiko na zavodu za gradbeništvo. Vsekakor pa je meroslovje veda, ki se bo razvijala še naprej, saj z razvojem novih tehnologij in odkritij nastajajo nove potrebe po različnih merjenjih.