Kilogram | |
---|---|
kg | |
| |
Værdi | Vægt |
System | SI |
Type | vigtigste |
Se SI-præfikser | |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Kilogram (russisk betegnelse: kg ; international: kg ) er en masseenhed , en af de syv grundlæggende enheder i det internationale enhedssystem (SI) . Derudover er det en masseenhed og er en af grundenhederne i systemerne ISS , MKSA , MKSK ( MKSG ), MKSL [1] . Kilogrammet er den eneste af de grundlæggende SI-enheder, der bruges med præfikset ("kilo", symbol "k").
Den XXVI generalkonference om vægte og mål (13.-16. november 2018) godkendte [2] definitionen af kilogrammet baseret på fastsættelse af den numeriske værdi af Plancks konstant . Afgørelsen trådte i kraft den 20. maj 2019.
Kilogrammet, symbol kg, er SI-enheden for masse; dens værdi indstilles ved at fastsætte den numeriske værdi af Plancks konstant h lig med nøjagtigt 6,62607015⋅10 -34 , når den er udtrykt i SI-enheden J⋅s, hvilket svarer til kg⋅m 2 ⋅s −1 , hvor meter og sekund er defineret ved c og Δ ν Cs . [3] [4]
Definitionen af kilogrammet, som var gyldig indtil maj 2019, blev vedtaget af III General Conference on Weights and Measures (CGPM) i 1901 og blev formuleret som følger [5] [6] :
Kilogrammet er en masseenhed svarende til massen af den internationale prototype af kilogrammet.
Indtil 20. maj 2019 forblev kilogrammet den sidste SI-enhed defineret fra et menneskeskabt objekt. Efter vedtagelsen af den nye definition, fra et praktisk synspunkt, er værdien af kilogrammet ikke ændret, men den eksisterende "prototype" (standard) definerer ikke længere kilogrammet, men er en meget nøjagtig vægt med en potentielt målbar fejl .
Den internationale prototype ( standard ) af kilogrammet er opbevaret hos International Bureau of Weights and Measures (placeret i Sevres nær Paris ) og er en cylinder med en diameter og højde på 39,17 mm lavet af en platin-iridium-legering (90% platin, 10% iridium).
Den moderne internationale standard for kilogrammet blev udstedt af General Conference on Weights and Measures (CGPM) i 1889 på grundlag af den metriske konvention (1875) og deponeret hos Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), der handlede på vegne af CGPM. Den internationale standard for kilogrammet bliver næsten aldrig flyttet eller brugt. Kopier af det opbevares i nationale metrologiske institutioner rundt om i verden. I 1889, 1948, 1989 og 2014 blev kopier verificeret med en standard for at sikre ensartetheden af massemålinger i forhold til standarden [7] . Da ændringer i masserne af kopier af standarden blev opdaget, anbefalede Den Internationale Komité for Vægte og Mål (CIPM) at kilogrammet omdefineres ved hjælp af grundlæggende fysiske egenskaber .
Forholdet mellem massen og Plancks konstant ud fra et teoretisk synspunkt bestemmes af to formler [8] . Ækvivalensen af masse og energi relaterer energi og masse :
hvor er lysets hastighed i vakuum. Plancks konstante forbinder kvante- og traditionelle energibegreber:
hvor er frekvensen .
Disse to formler, fundet i begyndelsen af det 20. århundrede, etablerer den teoretiske mulighed for at måle masse gennem energien fra individuelle fotoner , men praktiske eksperimenter, der gør det muligt at relatere massen og Plancks konstant, dukkede først op i slutningen af det 20. århundrede. .
Kibble-balancen er blevet brugt siden midten af 1970'erne til at måle værdien af Plancks konstant. Ansatte ved US National Institute of Standards P. More ( eng. Peter Mohr ) og B. Taylor ( eng. Barry Taylor ) foreslog i 1999 tværtimod at fastsætte værdien af Plancks konstant og bestemme massen ved hjælp af disse vægte. Posthumt opkaldt efter opfinderen, B. KibbleKibble-balancen er en forbedring af den nuværende balance , de er et elektromekanisk instrument, hvor massen beregnes ved hjælp af elektrisk strøm :
hvor er produktet af den elektriske strøm under massebalancering og spændingen under kalibrering, er produktet af gravitationsacceleration og spolehastighed under balancekalibrering. Hvis der måles uafhængigt med høj nøjagtighed (det praktiske ved eksperimentet kræver også en højpræcisions frekvensmåling [9] ), definerer den foregående ligning i det væsentlige kilogrammet som en funktion af størrelsen af watt (eller omvendt). Underskrifterne y og introduceres for at vise, at dette er virtuel effekt (spændings- og strømmålinger tages på forskellige tidspunkter), hvilket undgår virkningerne af tab (som f.eks. kan være forårsaget af inducerede Foucault-strømme ) [10] .
Forholdet mellem watt og Plancks konstant bruger Josephson-effekten og kvante-Hall-effekten [9] [11] :
siden , hvor er den elektriske modstand , ; Josephson effekt: ; kvante Hall effekt: ,hvor og er heltal (det første er relateret til Shapiro-trinnet , det andet er fyldningsfaktoren for kvante-Hall-effekt-plateauet), er frekvensen fra Josephson-effekten, er elektronladningen . Efter at have erstattet udtrykkene for og ind i formlen for potens og kombineret alle heltalskoefficienter til en konstant , er massen lineært relateret til Plancks konstant:
.Da alle andre størrelser i denne ligning kan bestemmes uafhængigt af masse, kunne det tages som definitionen af masseenheden efter at have fastsat værdien 6,62607015×10 −34 J s for Plancks konstant. [12]
Ordet "kilogram" kommer fra det franske ord " kgme ", som igen blev dannet af de græske ord " χίλιοι " ( chilioi ), som betyder "tusind", og " γράμμα " ( gram ), som betyder "lille vægt" [13] . Ordet « kilogram » blev fastsat på fransk i 1795 [14] . Den franske stavemåde af ordet gik til Storbritannien, hvor det første gang blev brugt i 1797 [15] , mens ordet i USA blev brugt i formen " kilogram ", senere blev det populært i Storbritannien [16] [C 1 ] og vægte ( Eng. Weights and Measures Act ) i Storbritannien forbyder ikke brugen af begge stavemåder [17] .
I det 19. århundrede blev den franske forkortelse " kilo " overtaget til engelsk, hvor den blev brugt til at referere til både kilogram [18] og kilometer [19] .
Ideen om at bruge et givet volumen vand til at bestemme masseenheden blev foreslået af den engelske filosof John Wilkins i sit essay fra 1668 som en måde at relatere masse og længde [20] [21] .
Den 7. april 1795 blev grammet adopteret i Frankrig som "den absolutte vægt af et volumen rent vand svarende til en terning [med en side] på en hundrededel af en meter og ved temperaturen af smeltende is" [22] [23] . Samtidig blev arbejdet betroet med den nødvendige nøjagtighed til at bestemme massen af en kubikdecimeter (liter) vand [K 2] [22] .
Da handel og handel normalt beskæftiger sig med genstande, hvis masse er meget større end et gram, og da en standard af masse lavet af vand ville være ubelejligt at håndtere og bevare, blev det foreskrevet at finde en måde at omsætte en sådan definition i praksis. I denne henseende blev en midlertidig massestandard lavet i form af en metalgenstand tusind gange tungere end et gram - 1 kg.
Den franske kemiker Louis Lefèvre -Gineau og den italienske naturforsker Giovanni Fabbroni besluttede efter flere års forskning at omdefinere vandets mest stabile punkt: den temperatur, hvor vand har den største tæthed, som blev bestemt i 4 °C [K 3 ] [24] . De besluttede, at 1 dm³ vand ved dets maksimale tæthed svarer til 99,9265 % af massen af den midlertidige kilogramstandard lavet for fire år siden [K 4] . Interessant nok er massen af 1 m³ destilleret vand ved 4 °C og atmosfærisk tryk, taget som nøjagtigt 1000 kilogram i den historiske definition af 1799, ifølge den moderne definition også cirka 1000,0 kilogram [25] .
Den foreløbige standard var lavet af messing og ville gradvist udvikle en patina , hvilket var uønsket, da dens masse ikke skulle ændres. I 1799, under ledelse af Lefevre-Genault og Fabbroni, blev en permanent standard af kilogram lavet af porøs platin , som er kemisk inert. Fra det øjeblik blev standardens masse hoveddefinitionen af kilogrammet. Nu er denne standard kendt som kilogram des Archives (fra fransk - "arkivkilogram") [25] .
I løbet af det 19. århundrede udviklede massemålingsteknologierne sig betydeligt. I denne henseende og i forventning om oprettelsen af International Bureau of Weights and Measures i 1875 planlagde en særlig international kommission en overgang til en ny kilogramstandard. Denne standard, kaldet "den internationale prototype af kilogrammet", var lavet af en platin-iridium-legering (stærkere end ren platin) i form af en cylinder 39 mm høj og i diameter [26] , og siden er den blevet holdt af International Bureau of Weights and Measures. I 1889 blev den internationale definition af kilogrammet vedtaget som massen af den internationale prototype af kilogrammet [25] ; denne definition var gældende indtil 2019.
Der blev også lavet kopier af den internationale prototype af kilogrammet: seks (i øjeblikket) officielle kopier; adskillige arbejdsstandarder, der især bruges til at spore ændringen i massen af prototypen og officielle kopier; og nationale standarder kalibreret mod arbejdsstandarder [25] . To kopier af den internationale standard blev overført til Rusland [26] , de er opbevaret i All- Russian Research Institute of Metrology. Mendeleev .
I den tid, der er gået siden fremstillingen af den internationale standard, er den flere gange blevet sammenlignet med officielle kopier. Målinger viste en stigning i massen af kopier i forhold til standarden med et gennemsnit på 50 µg pr. 100 år [27] [28] . Selvom den absolutte ændring i massen af den internationale standard ikke kan bestemmes ved hjælp af eksisterende målemetoder, skal den bestemt finde sted [27] . For at estimere størrelsen af den absolutte ændring i massen af den internationale prototype af kilogrammet var det nødvendigt at bygge modeller, der tog højde for resultaterne af sammenligninger af selve prototypens masser, dens officielle kopier og arbejdsstandarder (på samme tid, selv om standarderne, der deltager i sammenligningen, normalt var forvaskede og rensede, men ikke altid), hvilket yderligere komplicerede manglen på en fuldstændig forståelse af årsagerne til masseændringer. Dette førte til en forståelse af behovet for at bevæge sig væk fra definitionen af kilogram baseret på materielle objekter [25] .
I 2011 vedtog den XXIV generalkonference om vægte og mål en resolution, der i en fremtidig revision af det internationale enhedssystem (SI) foreslår at fortsætte med at omdefinere basisenhederne, så de ikke er baseret på menneskeskabte artefakter, men på grundlæggende fysiske konstanter eller egenskaber ved atomer [29] . Det blev især foreslået, at "kilogrammet vil forblive en masseenhed, men dets værdi vil blive fastsat ved at fastsætte den numeriske værdi af Plancks konstant nøjagtigt lig med 6,626 06X⋅10 −34 , når den er udtrykt i SI-enheden m 2 kg s −1 , som er lig med J With". Resolutionen bemærker, at umiddelbart efter den påståede omdefinering af kilogrammet vil massen af dens internationale prototype være lig med 1 kg , men denne værdi vil få en fejl og vil efterfølgende blive bestemt eksperimentelt. Denne definition af kilogram blev mulig på grund af fysikkens fremskridt i det 20. århundrede.
I 2014 blev der foretaget en ekstraordinær sammenligning mellem masserne af den internationale prototype af kilogrammet, dets officielle kopier og arbejdsstandarder; resultaterne af denne sammenligning er baseret på de anbefalede værdier af CODATA fundamentale konstanter for 2014 og 2017, som den nye definition af kilogrammet er baseret på.
En alternativ definition af kilogrammet baseret på arbejdet i The Avogadro Project blev også overvejet . Projektgruppen, der har skabt en kugle af en krystal af monoisotopisk silicium 28 Si , der vejer 1 kg og beregner antallet af atomer i den, foreslår at beskrive et kilogram som et vist antal atomer af en given siliciumisotop [30] . Imidlertid brugte International Bureau of Weights and Measures ikke denne version af definitionen af kilogram [29] [31] .
Den XXVI generalkonference om vægte og mål i november 2018 godkendte [2] en ny definition af kilogrammet, baseret på fastsættelse af den numeriske værdi af Plancks konstant . Beslutningen trådte i kraft på World Metrology Day den 20. maj 2019.
I praksis er vejning på en kibble-vægt et ekstremt komplekst eksperiment, og derfor anbefalede generalkonferencen om vægte og mål i 2011 oprettelsen af et sæt sekundære standarder i form af velkendte vægte, herunder både eksisterende platin-iridium-standarder og nye siliciumkugler, der vil blive brugt yderligere til at distribuere standarden rundt om i verden [9] .
Af historiske årsager indeholder navnet "kilogram" allerede decimalpræfikset "kilo", så multipla og submultipler dannes ved at tilføje standard SI-præfikserne til navnet eller betegnelsen for enheden "gram" (som i SI-systemet i sig selv er en submultipel: 1 g = 10 −3 kg).
I stedet for et megagram (1000 kg) bruges som regel måleenheden " ton ".
I definitioner af atombombernes kraft i TNT-ækvivalent bruges kiloton i stedet for gigagrammet, og megaton bruges i stedet for teragrammet.
Multipler | Dolnye | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
størrelse | titel | betegnelse | størrelse | titel | betegnelse | ||
101 g _ | dekagram | doug | dag | 10-1 g _ | dg | dg | dg |
102 g _ | hektogram | gg | hg | 10-2 g _ | centigram | sg | cg |
103 g _ | kilogram | kg | kg | 10-3 g _ | milligram | mg | mg |
106 g _ | megagram | Mg | mg | 10-6 g _ | mikrogram | mcg | µg |
109 g _ | gigagram | Gg | gg | 10-9 g _ | nanogram | ng | ng |
10 12 g | terragram | Tg | Tg | 10-12 g _ | pikogrammer | pg | pg |
10 15 g | petagram | s | s | 10-15 g _ | femtogram | fg | fg |
10 18 g | eksagram | For eksempel | For eksempel | 10-18 g _ | attogram | ag | ag |
10 21 g | zettagram | Zg | Zg | 10-21 g _ | zeptogram | zg | zg |
10 24 g | yottagramm | Ig | Yg | 10-24 g _ | ioktogram | ig | yg |
anbefales til brug anvendelse anbefales ikke ikke brugt eller sjældent brugt i praksis |
Nr. 12, 26 - USSR [32] (Rusland)
nr. 20 - USA [32]
Ordbøger og encyklopædier | |
---|---|
I bibliografiske kataloger |
SI enheder | |
---|---|
Grundlæggende enheder | |
Afledte enheder med specielle navne | |
Accepteret til brug med SI | |
se også |