Categoría: Sistemas de medidas

Los sistemas de medidas permiten unificar las cantidades que se cuantifican en todos los aspectos de la ciencia y la vida diaria. Cada sistema de medida empleado en la actualidad y en desuso tiene su historia y curiosidades.

Grados Brix

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Los grados Brix se emplean para determinar el total de azucar disuelta en un líquido. Esta escala es generalmente empleada en la industria de alimentos, bebidas y alcoholes.

Los grados Brix (símbolo °Bx) se emplean para medir el contenido de azúcar de una solución acuosa. Un grado Brix es 1 gramo de sacarosa en 100 gramos de solución y representa la fuerza de la solución como porcentaje en masa. Si la solución contiene sólidos disueltos distintos de la sacarosa pura, entonces el °Bx sólo se aproxima al contenido de sólidos disueltos. El °Bx se utiliza tradicionalmente en las industrias del vino, el azúcar, las bebidas gaseosas, los zumos de frutas, el jarabe de arce y la miel.

Escalas comparables para indicar el contenido de sacarosa son el grado Plato (°P), que es ampliamente utilizado por la industria cervecera, y el grado Balling, que es el más antiguo de los tres sistemas y por lo tanto se encuentra principalmente en los libros de texto más antiguos, pero también sigue siendo utilizado en algunas partes del mundo.

Definición

Una solución de sacarosa con una gravedad específica aparente (20°/20 °C) de 1.040 sería de 9,99325 °Bx o 9,99359 °P, mientras que el organismo azucarero representativo, la Comisión Internacional de Métodos Uniformes de Análisis del Azúcar (ICUMSA), que favorece el uso de la fracción de masa, reportaría la fuerza de la solución como 9,99249%.

Debido a que las diferencias entre los sistemas tienen poca importancia práctica (las diferencias son menores que la precisión de los instrumentos más comunes) y al amplio uso histórico de la unidad Brix, los instrumentos modernos calculan la fracción de masa utilizando las fórmulas oficiales de ICUMSA, pero informan del resultado como °Bx.

Historia de los grados Brix

A principios del siglo XIX, Karl Balling, seguido por Adolf Brix, y finalmente las Comisiones Normales bajo Fritz Plato, prepararon soluciones de sacarosa pura de fuerza conocida, midieron sus gravedades específicas y prepararon tablas de porcentaje de sacarosa por masa frente a la gravedad específica medida. Balling midió la gravedad específica con 3 decimales, Brix con 5, y la Comisión Normal de Eichungs con 6, con el objetivo de que la Comisión corrigiera los errores en el 5º y 6º decimal de la tabla de Brix.

Equipado con una de estas tablas, un cervecero que deseara saber cuánto azúcar había en su mosto podría medir su gravedad específica e introducir esa gravedad específica en la tabla de Plato para obtener el °Plato, que es la concentración de sacarosa por porcentaje de masa. De manera similar, un vinicultor podría introducir la gravedad específica de su mosto en la tabla de Brix para obtener el °Bx, que es la concentración de sacarosa por porcentaje de masa.

Es importante señalar que ni el mosto ni el mosto es una solución de sacarosa pura en agua pura. También se disuelven muchos otros compuestos, pero se trata o bien de azúcares, que se comportan de manera muy similar a la sacarosa con respecto a la gravedad específica en función de la concentración, o bien de compuestos presentes en pequeñas cantidades (minerales, ácidos del lúpulo en el mosto, taninos, ácidos en el mosto). En todo caso, aunque el °Bx no sea representativo de la cantidad exacta de azúcar en un mosto o un zumo de fruta, puede utilizarse para comparar el contenido relativo de azúcar.

Técnicas de medición de los grados Brix

Existen diferentes técnicas para estimar los grados Brix de una solución, aunque sin importar la técnica, el significado es el mismo.

Gravedad específica

Como la gravedad específica fue la base de las tablas de Balling, Brix y Plato, el contenido de azúcar disuelto se estimó originalmente mediante la medición de la gravedad específica utilizando un hidrómetro o picnómetro.

En los tiempos modernos, los densímetros se siguen utilizando ampliamente, pero cuando se requiere una mayor precisión, se puede emplear un medidor electrónico de tubo en U oscilante. Sea cual sea el medio utilizado, el analista entra en las tablas con la gravedad específica y extrae (utilizando la interpolación si es necesario) el contenido de azúcar en porcentaje en masa.

Si el analista utiliza las tablas de Plato (mantenidas por la Sociedad Americana de Químicos Cerveceros) informa en °P. Si utiliza la tabla de Brix (cuya versión actual es mantenida por el NIST y se puede encontrar en su sitio web), él o ella reporta en °Bx. Si usa las tablas ICUMSA, reportará en fracción de masa (f.m.).

Normalmente no es necesario consultar las tablas, ya que el valor °Bx o °P tabulado puede imprimirse directamente en la escala del areómetro junto al valor tabulado de la gravedad específica o almacenarse en la memoria del medidor electrónico de tubo en U o calcularse a partir de los ajustes polinómicos a los datos tabulados. Tanto ICUMSA como ASBC han publicado polinomios adecuados; de hecho, las tablas de ICUMSA se calculan a partir de los polinomios. Lo contrario es cierto con el polinomio ASBC. También hay que tener en cuenta que las tablas que se usan hoy en día no son las publicadas por Brix o Plato.

Los investigadores midieron la verdadera referencia de gravedad específica del agua a 4 °C usando, respectivamente, 17,5 °C y 20 °C, como la temperatura a la que se midió la densidad de una solución de sacarosa. Tanto el NBS como el ASBC se convirtieron a la gravedad específica aparente a 20 °C/20 °C. Las tablas de ICUMSA se basan en mediciones más recientes de sacarosa, fructosa, glucosa y azúcar invertido, y tabulan la verdadera densidad y peso en el aire a 20 °C contra la fracción de masa.

Índice de refracción

Refractómetro manual para la medición de grados Brix
Refractómetro manual para la medición de grados Brix

La disolución de la sacarosa y otros azúcares en el agua modifica no sólo su gravedad específica sino también sus propiedades ópticas, en particular su índice de refracción y la medida en que rota el plano de la luz linealmente polarizada. Se ha medido el índice de refracción, nD, para soluciones de sacarosa de varios porcentajes en masa y se han publicado tablas de nD vs. °Bx.

Al igual que con el hidrómetro, es posible utilizar estas tablas para calibrar un refractómetro de manera que lea directamente en °Bx. La calibración se basa normalmente en las tablas de ICUMSA, pero el usuario de un refractómetro electrónico debe verificarlo.

Absorción de infrarrojos

Los azúcares también tienen conocidos espectros de absorción de infrarrojos y esto ha permitido desarrollar instrumentos para medir la concentración de azúcar utilizando técnicas de infrarrojo medio (MIR), infrarrojo no dispersivo (NDIR) e infrarrojo con transformada de Fourier (FT-IR).

Se dispone de instrumentos en línea que permiten la vigilancia constante del contenido de azúcar en refinerías de azúcar, plantas de bebidas, bodegas, etc. Al igual que con cualquier otro instrumento, los instrumentos MIR y FT-IR pueden calibrarse frente a soluciones de sacarosa pura y, por lo tanto, informar en °Bx, pero hay otras posibilidades con estas tecnologías, ya que tienen el potencial de distinguir entre azúcares y sustancias que interfieren. Los instrumentos MIR y NDIR más recientes tienen hasta cinco canales de análisis que permiten corregir las interferencias entre los ingredientes.

Para más información Brix scale and degree Brix | Definition & area of application

Como citar este artículo:

APA: (2018-11-12). Grados Brix. Recuperado de https://quimicafacil.net/infografias/sistemas-de-medidas/grados-brix/

ACS: . Grados Brix. https://quimicafacil.net/infografias/sistemas-de-medidas/grados-brix/. Fecha de consulta 2024-11-21.

IEEE: , "Grados Brix," https://quimicafacil.net/infografias/sistemas-de-medidas/grados-brix/, fecha de consulta 2024-11-21.

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Infografías, Sistemas de medidas

El metro

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Tabla de contenidos

El concepto de medición es fundamental para la comprensión humana y la interacción con el mundo. Nos permite cuantificar, comparar y comprender diversos aspectos de nuestro entorno. Una unidad crucial de medida que ha desempeñado un papel fundamental a lo largo de la historia es el metro.

El metro, como medida, tiene una rica historia y un impacto profundo en la ciencia, la tecnología y la vida cotidiana. Este ensayo explora la evolución histórica y la definición del metro, haciendo hincapié en su importancia como unidad de medida.

Evolución Histórica del Metro

La necesidad de unidades estandarizadas de medida se hizo evidente a medida que las sociedades humanas se desarrollaban y participaban en el comercio, la construcción e investigaciones científicas. Las civilizaciones antiguas idearon sus propios sistemas de medida basados en estándares locales, como partes del cuerpo u objetos naturales. Sin embargo, estos sistemas variados crearon confusión y obstaculizaron la colaboración entre regiones.

La Revolución Francesa a finales del siglo XVIII marcó un punto de inflexión en la búsqueda de estandarización. En 1790, la Academia de Ciencias de Francia propuso la creación de una nueva unidad de longitud basada en la naturaleza, específicamente en la Tierra. La idea era desarrollar un estándar universal que fuera independiente de las variaciones locales.

En 1795, el gobierno francés adoptó el metro como la nueva unidad de longitud. Se definió como una diezmillonésima parte de la distancia entre el Polo Norte y el Ecuador a lo largo del meridiano de París. Esta definición buscaba proporcionar un estándar confiable y universalmente accesible. Para crear una representación física de esta longitud, se fabricaron dos barras de platino, conocidas como el Metro y el Kilogramo de los Archivos.

Muestra de metro
El metro es importante en la investigación cientifica. Photo by SHVETS production on Pexels.com

A pesar de la adopción generalizada del sistema métrico, la representación física del metro enfrentó desafíos. La definición original basada en el meridiano terrestre era propensa a inexactitudes y variaciones en las mediciones. Esto llevó a la realización de que se necesitaba un estándar más preciso y estable.

Prototipo de metro

En 1889, la Conferencia General de Pesas y Medidas estableció el Prototipo Internacional del Metro, una barra de platino-iridio, como el nuevo estándar. Este prototipo físico reemplazó al metro original y se convirtió en la referencia para la unidad de longitud. La adopción del Prototipo Internacional del Metro marcó un paso significativo hacia la estandarización internacional, asegurando consistencia y precisión en las mediciones a través de las fronteras.

En 1960, el metro experimentó otra transformación con la introducción del estándar atómico. El metro se redefinió como 1,650,763.73 longitudes de onda de la luz naranja-roja emitida por átomos de criptón-86. Este cambio de un prototipo físico a una constante fundamental representó un avance en precisión y eliminó las limitaciones asociadas con artefactos físicos.

Definición Moderna

La redefinición más reciente del metro ocurrió en 1983, enfatizando aún más el cambio hacia la precisión basada en constantes fundamentales. El metro se definió como la distancia que la luz recorre en el vacío durante un intervalo de tiempo de 1/299,792,458 segundos. Esta definición, fundamentada en la velocidad de la luz, proporciona un estándar inmutable y universalmente accesible.

Con el desarrollo de técnicas avanzadas de medición, los científicos pueden realizar el metro con una precisión sin precedentes. La interferometría, las tecnologías láser y otros métodos sofisticados permiten la determinación precisa de la velocidad de la luz, posibilitando la realización del metro a nivel atómico.

Importancia

El metro, como medida, tiene una importancia inmensa en diversos campos de la actividad humana. Su impacto se extiende más allá de la simple cuantificación, influyendo en la ciencia, la tecnología, la industria y la vida cotidiana.

  1. Avances Científicos: El metro desempeña un papel crucial en la investigación científica y la experimentación. En física, por ejemplo, la comprensión de principios fundamentales como el movimiento, la energía y la gravedad se basa en mediciones precisas de longitud, a menudo expresadas en metros. El papel del metro en los esfuerzos científicos no se limita solo a su longitud, sino que se extiende a la precisión y confiabilidad que proporciona como unidad estándar.
  2. Aplicaciones Tecnológicas: En tecnología, el metro es una unidad fundamental para el diseño, la fabricación y la innovación. Desde el desarrollo de microelectrónica hasta la construcción de infraestructuras, las mediciones precisas en metros son esenciales. Tecnologías como el GPS, las telecomunicaciones y los sistemas satelitales dependen de mediciones precisas de distancias, destacando la importancia del metro en la tecnología moderna.
  3. Estandarización Global: La adopción del metro como estándar internacional contribuye a la colaboración y comprensión global. En un mundo conectado por el comercio, los viajes y la comunicación, una unidad de medida universalmente aceptada es indispensable. El metro, dentro del sistema métrico, facilita la interacción y cooperación sin problemas entre naciones en diversos campos, desde la ciencia hasta el comercio.
  4. Vida Cotidiana: En la vida cotidiana, el metro está arraigado en nuestras rutinas, influyendo en cómo percibimos e interactuamos con nuestro entorno. Ya sea midiendo ingredientes para una receta, evaluando las dimensiones de un espacio habitable o estimando distancias de viaje, el metro sirve como una unidad práctica y relacionable de medida.

Como citar este artículo:

APA: (2018-05-24). El metro. Recuperado de https://quimicafacil.net/infografias/sistemas-de-medidas/el-metro/

ACS: . El metro. https://quimicafacil.net/infografias/sistemas-de-medidas/el-metro/. Fecha de consulta 2024-11-21.

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Sistemas de medidas

El kilogramo

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El kilogramo, una unidad fundamental de medida en el Sistema Internacional de Unidades (SI), sirve como piedra angular para los esfuerzos científicos y cotidianos. Su importancia se extiende más allá de la mera cuantificación; encapsula la evolución de los estándares de medida y la búsqueda de precisión en la comunidad científica.

El surgimiento del Kilogramo

El concepto de medición de masa se remonta a las civilizaciones antiguas, donde varios objetos, como piedras o granos, se utilizaban como unidades rudimentarias. Sin embargo, la necesidad de un sistema estandarizado se hizo evidente a medida que el comercio y los esfuerzos científicos se expandieron.

En 1795, la Academia de Ciencias de Francia propuso el sistema métrico, que incluía el kilogramo como la unidad base de masa. Inicialmente, el kilogramo se definía como la masa de un decímetro cúbico de agua en su densidad máxima, un concepto que parecía sencillo pero resultaba difícil de implementar con precisión.

El Prototipo y el Prototipo Internacional del Kilogramo (PIK)

La primera representación tangible del kilogramo surgió en 1799 cuando se creó un cilindro de aleación de platino-iridio, conocido como el Kilogramo de los Archivos, como prototipo. En 1889, se fabricaron y distribuyeron en todo el mundo 30 copias idénticas. Una de estas copias, almacenada en una bóveda especial en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) en Francia, se convirtió en el Prototipo Internacional del Kilogramo (PIK).

Durante más de un siglo, el PIK sirvió como el estándar de referencia para el kilogramo. Permaneció inalterado, cuidadosamente protegido de cualquier influencia externa que pudiera afectar su masa. Sin embargo, esta dependencia de un objeto físico planteó un desafío, ya que se hizo evidente que la masa del PIK estaba sujeta a cambios, aunque fueran minúsculos. La contaminación, el desgaste y otros factores introdujeron incertidumbres en las mediciones de masa, creando la necesidad de una definición más estable y precisa del kilogramo.

La Búsqueda de Precisión: El Número de Avogadro y el Mol

Tan temprano como el siglo XIX, los científicos reconocieron las limitaciones de depender de un objeto físico como estándar de referencia. Surgió una idea innovadora con la hipótesis de Avogadro, propuesta por Amedeo Avogadro en 1811. La hipótesis sugería que volúmenes iguales de gases, a la misma temperatura y presión, contenían el mismo número de moléculas. Esto condujo al concepto del mol, definido como la cantidad de sustancia que contiene el mismo número de entidades que hay átomos en 12 gramos de carbono-12.

El número de Avogadro, que representa el número de átomos o moléculas en un mol, se convirtió en un elemento crucial para redefinir el kilogramo. Al asociar la masa con el número de átomos en lugar de un objeto físico, los científicos buscaron crear una definición más estable y universal. Esta búsqueda ganó impulso en el siglo XX a medida que los avances en física y metrología allanaron el camino para una nueva era en la medición de masa.

El Salto Cuántico: La Constante de Planck y la Balanza de Watt

El cambio hacia una definición más precisa y universal culminó con la adopción de la constante de Planck como base para la definición del kilogramo. La constante de Planck, un parámetro crucial en la mecánica cuántica, se convirtió en un elemento fundamental para la nueva definición del kilogramo.

La balanza de Watt, desarrollada por el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) y otros laboratorios internacionales, desempeñó un papel fundamental en esta transición. El experimento de la balanza de Watt equilibra esencialmente una masa conocida contra una fuerza electromagnética, proporcionando un vínculo directo entre las unidades eléctricas y mecánicas. Al utilizar la relación entre la constante de Planck, la velocidad de la luz y la frecuencia de una transición atómica específica, los científicos pudieron redefinir el kilogramo con una precisión sin precedentes.

La Redefinición del Kilogramo

El 20 de mayo de 2019, la redefinición del kilogramo fue oficialmente adoptada en la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM). El kilogramo se define ahora en términos de la constante de Planck (h), sentando las bases para una nueva era en los estándares de medida. Esta redefinición no solo aborda las limitaciones de depender de un objeto físico, sino que también alinea el kilogramo con las otras unidades base del SI, todas definidas en términos de constantes fundamentales.

Desafíos

Si bien la redefinición del kilogramo representa un logro significativo, también plantea desafíos para laboratorios e industrias acostumbrados al estándar anterior. La transición requiere recalibrar instrumentos y ajustar prácticas de medición, asegurando una integración fluida en los sistemas existentes.

La redefinición del kilogramo tiene implicaciones de gran alcance, especialmente en campos donde la precisión es fundamental, como la nanotecnología, la farmacéutica y la fabricación avanzada. La estabilidad y la reproducibilidad recién encontradas del kilogramo mejoran la confiabilidad de las mediciones, fomentando una mayor confianza en la investigación científica y los avances tecnológicos.

Como citar este artículo:

APA: (2018-05-24). El kilogramo. Recuperado de https://quimicafacil.net/infografias/sistemas-de-medidas/el-kilogramo/

ACS: . El kilogramo. https://quimicafacil.net/infografias/sistemas-de-medidas/el-kilogramo/. Fecha de consulta 2024-11-21.

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Sistemas de medidas

El segundo

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El concepto del tiempo ha sido un aspecto esencial de la existencia humana desde las antiguas civilizaciones. A medida que las sociedades evolucionaron, también lo hizo la necesidad de medidas precisas del tiempo.

El segundo, como unidad de medida, tiene una rica historia y una definición multifacética que va más allá de su simple representación como una división de minutos y horas.

Primeros Intentos de Medición del Tiempo

Las sociedades humanas más antiguas utilizaron fenómenos naturales como la posición del sol en el cielo, las fases de la luna y el cambio de estaciones para medir el tiempo. Sin embargo, estos métodos eran imprecisos y variaban entre culturas. La necesidad de una unidad estandarizada de tiempo se hizo evidente a medida que las sociedades se interconectaron más a través del comercio y la comunicación.

Uno de los primeros intentos sistemáticos de medir el tiempo fue realizado por los antiguos egipcios, quienes dividieron el día en dos períodos de 12 horas. Los antiguos griegos también hicieron contribuciones, con figuras destacadas como Hiparco y Ptolomeo ideando métodos más sofisticados basados en observaciones astronómicas. Sin embargo, estos sistemas tempranos carecían de la precisión necesaria para aplicaciones científicas modernas.

Relojes Mecánicos y el Péndulo

El desarrollo de relojes mecánicos marcó un avance significativo en la medición del tiempo. En el siglo XIV, los relojeros europeos comenzaron a utilizar mecanismos de escape, lo que permitió a los relojes medir el tiempo con mayor precisión. La incorporación de péndulos en el siglo XVII mejoró aún más la precisión, convirtiendo a los relojes en una herramienta esencial para diversos fines científicos y de navegación.

A medida que los relojes mecánicos ganaron popularidad, la necesidad de una unidad estandarizada de tiempo se volvió crucial. En 1670, la Academia de Ciencias de Francia propuso la definición de una nueva unidad, el segundo, como fracción de una hora. Este fue un paso innovador hacia el establecimiento de un estándar universalmente aceptado para la medición del tiempo.

Relojes Atómicos y la Definición del Segundo:

El advenimiento de la física atómica en el siglo XX revolucionó la medición del tiempo. Los científicos descubrieron que ciertas transiciones atómicas eran increíblemente estables y consistentes. Esto llevó al desarrollo del reloj atómico, un dispositivo que utilizaba las vibraciones de los átomos para medir el tiempo con una precisión sin precedentes.

En 1967, el Sistema Internacional de Unidades (SI) definió oficialmente el segundo basándose en las vibraciones de los átomos de cesio. Un segundo se definió como 9,192,631,770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133. Esta definición proporcionó un estándar preciso y reproducible para la medición del tiempo y sentó las bases para los relojes atómicos modernos.

Avances en la Tecnología de Relojes Atómicos:

Mientras que el reloj atómico basado en cesio fue un gran avance, los científicos continuaron buscando métodos de medición del tiempo aún más estables y precisos. A fines del siglo XX, surgieron tecnologías avanzadas como los relojes de red de rejilla óptica, superando la precisión de los relojes de cesio.

Un ejemplo notable es el reloj de red de rejilla óptica de estroncio desarrollado en el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) en los Estados Unidos. Este reloj, basado en las vibraciones de los átomos de estroncio, es tan preciso que perdería o ganaría menos de un segundo a lo largo de la edad del universo. Estos avances resaltan la búsqueda continua de niveles aún mayores de precisión en la medición del tiempo.

Relatividad y el Concepto de Dilatación del Tiempo

La teoría de la relatividad de Albert Einstein, propuesta a principios del siglo XX, introdujo una nueva perspectiva sobre el tiempo. Según la teoría, el tiempo es relativo y puede ser afectado por factores como la gravedad y la velocidad. Esto llevó al desarrollo de correcciones relativistas en los relojes atómicos para tener en cuenta los efectos de la dilatación del tiempo.

La incorporación de la relatividad a la medición del tiempo destacó la importancia de considerar no solo la precisión de los relojes, sino también las condiciones bajo las cuales operan. Los relojes atómicos en satélites, por ejemplo, experimentan fuerzas gravitacionales y velocidades ligeramente diferentes a los relojes en la superficie de la Tierra, lo que requiere ajustes para mantener la sincronización con los relojes en tierra.

El Segundo en Aplicaciones Modernas

La medición precisa del tiempo se ha vuelto indispensable en diversas aplicaciones científicas, tecnológicas y cotidianas. Los relojes atómicos, basados en la definición del segundo, desempeñan un papel crucial en sistemas de navegación global, comunicación satelital, transacciones financieras e investigación científica.

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS), por ejemplo, depende de la sincronización de los relojes atómicos en satélites para proporcionar información precisa sobre la ubicación. Cualquier desviación en la medición del tiempo de estos satélites podría resultar en errores de navegación, enfatizando la importancia de mantener estándares de tiempo precisos.

En el campo de las telecomunicaciones y la tecnología de internet, la medición precisa del tiempo es esencial para sincronizar la transmisión de datos. Los mercados financieros también dependen en gran medida de mediciones precisas del tiempo para registrar marcas temporales en transacciones y mantener la integridad de los sistemas de negociación.

Desafíos y Futuras Direcciones:

Aunque los relojes atómicos han alcanzado un nivel de precisión sin precedentes, persisten des

afíos. Factores ambientales como fluctuaciones de temperatura y campos magnéticos pueden influir en el rendimiento de los relojes atómicos. La investigación en curso tiene como objetivo desarrollar tecnologías de medición del tiempo aún más estables y resistentes, como relojes de red de rejilla óptica y relojes basados en la física cuántica.

Además, el campo siempre en avance de la mecánica cuántica introduce la posibilidad de redefinir el segundo basado en fenómenos cuánticos. Los relojes cuánticos, que utilizan las propiedades de las partículas cuánticas, tienen el potencial de mejorar aún más la precisión de las mediciones del tiempo.

Como citar este artículo:

APA: (2018-05-24). El segundo. Recuperado de https://quimicafacil.net/infografias/sistemas-de-medidas/el-segundo/

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