Kilogramm | |
---|---|
kg | |
| |
Érték | Súly |
Rendszer | SI |
Típusú | fő- |
Lásd az SI előtagokat | |
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
A kilogramm (orosz jelölése: kg ; nemzetközi: kg ) a tömeg mértékegysége, a Nemzetközi Mértékegységrendszer (SI) hét alapegységének egyike . Ezenkívül tömegegység, és az egyik alapegység az ISS , MKSA , MKSK ( MKSG ), MKSL [1] rendszerekben . A kilogramm az egyetlen az alap SI-mértékegységek közül, amelyet az előtaggal ("kilo", "k" szimbólum) használnak.
A XXVI. Általános Súly- és Mértékkonferencia (2018. november 13–16.) jóváhagyta [2] a kilogramm meghatározását a Planck -állandó számértékének rögzítése alapján . A határozat 2019. május 20-án lépett hatályba.
A kilogramm, szimbólum kg, a tömeg SI mértékegysége; az értékét úgy állítjuk be, hogy a h Planck -állandó számértékét pontosan 6,62607015⋅10 -34 -re rögzítjük, amikor J⋅s SI-egységben fejezzük ki, ami egyenértékű kg⋅m 2 ⋅s −1 -tel , ahol a métert és másodpercet c és Δ ν Cs határozza meg . [3] [4]
A kilogramm 2019 májusáig érvényes meghatározását a III. Általános Súly- és Mértékkonferencia (CGPM) 1901-ben fogadta el, és a következőképpen fogalmazta meg [5] [6] :
A kilogramm egy tömegegység, amely megegyezik a kilogramm nemzetközi prototípusának tömegével.
2019. május 20-ig a kilogramm maradt az utolsó ember alkotta tárgyból meghatározott SI-mértékegység. Az új definíció elfogadása után gyakorlati szempontból a kilogramm értéke nem változott, de a meglévő „prototípus” (szabvány) már nem a kilogrammot határozza meg, hanem egy nagyon pontos súly, potenciálisan mérhető hibával. .
A kilogramm nemzetközi prototípusát ( szabványát ) a Nemzetközi Súly- és Mértékhivatalban tárolják ( a Párizs melletti Sevres -ben található ), és egy 39,17 mm átmérőjű és magasságú henger , amely platina-iridium ötvözetből (90% platina, 10% irídium).
A kilogramm modern nemzetközi szabványát az Általános Súly- és Mértékkonferencia (CGPM) adta ki 1889-ben a Metrikus Egyezmény (1875) alapján, és letétbe helyezte a Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) nevében eljárva. a CGPM. A kilogramm nemzetközi szabványát szinte soha nem mozgatják vagy használják. Ennek másolatait a világ nemzeti metrológiai intézményei őrzik . 1889-ben, 1948-ban, 1989-ben és 2014-ben a másolatokat szabvánnyal ellenőrizték, hogy biztosítsák a tömegmérések szabványhoz viszonyított egységességét [7] . Mivel a szabvány másolatainak tömegében változásokat fedeztek fel, a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Bizottság (CIPM) azt javasolta, hogy a kilogrammot az alapvető fizikai tulajdonságok alapján határozzák meg újra .
A tömeg és a Planck -állandó közötti összefüggést elméleti szempontból két képlet határozza meg [8] . A tömeg és az energia egyenértékűsége összefügg az energiával és a tömeggel :
hol van a fény sebessége vákuumban. Planck állandója összekapcsolja az energia kvantum- és hagyományos fogalmait:
hol a frekvencia .
Ez a két, a 20. század elején talált képlet megalapozza a tömegmérés elméleti lehetőségét az egyes fotonok energiáján keresztül , de a tömeg és a Planck-állandó összefüggését lehetővé tevő gyakorlati kísérletek csak a 20. század végén jelentek meg. .
A Kibble-mérleget az 1970-es évek közepe óta használták a Planck-állandó értékének mérésére. Az Egyesült Államok Nemzeti Szabványügyi Intézetének munkatársai P. More ( angol. Peter Mohr ) és B. Taylor ( angol. Barry Taylor ) 1999-ben éppen ellenkezőleg, a Planck-állandó értékének rögzítését és a tömeg meghatározását javasolták ezekkel a súlyokkal. Posztumusz a feltalálóról, B. Kibble -ről nevezték el, a Kibble mérleg az áramegyensúly javítása , egy elektromechanikus műszer , ahol a tömeget elektromos teljesítményen keresztül számítják ki :
ahol a tömegkiegyenlítés során fellépő elektromos áram és a kalibrálás során fellépő feszültség szorzata, a gravitációs gyorsulás és a tekercssebesség szorzata a mérleg kalibrálása során. Ha önállóan, nagy pontossággal mérjük (a kísérlet gyakorlati szempontjai is nagy pontosságú frekvencia mérést igényelnek [9] ), az előző egyenlet lényegében a kilogrammot a watt nagyságának függvényében határozza meg (vagy fordítva). Az y és alsó indexek bevezetése annak bizonyítására szolgál, hogy ez virtuális teljesítmény (a feszültség- és árammérések különböző időpontokban történnek), elkerülve a veszteségek hatását (amit például az indukált Foucault-áramok okozhatnak ) [10] .
A watt és a Planck-állandó közötti kapcsolat a Josephson-effektust és a kvantum Hall-effektust használja [9] [11] :
mivel , hol van az elektromos ellenállás , ; Josephson-effektus: ; kvantum Hall effektus: ,ahol és egész számok (az első a Shapiro lépéshez kapcsolódik , a második a kvantum Hall-effektus platójának kitöltési tényezője), a Josephson-effektusból származó frekvencia, az elektrontöltés . Miután behelyettesítettük a kifejezéseket a hatvány képletébe és behelyettesítettük, és az összes egész együtthatót egyetlen konstanssá egyesítettük , a tömeg lineárisan kapcsolódik a Planck-állandóhoz:
.Mivel ebben az egyenletben az összes többi mennyiség a tömegtől függetlenül meghatározható, a Planck-állandóhoz a 6,62607015×10 −34 J s érték rögzítése után ez tekinthető a tömegegység definíciójának . [12]
A „kilogramm” szó a francia „ kgme ” szóból származik, amely a görög „ χίλιοι ” ( chilioi ) szóból, ami „ezret” jelent, és a „ γράμμα ” ( gram ) szóból, ami „kis súlyt” jelent. [13] . A „ kilogram ” szót 1795-ben rögzítették a franciául [14] . A szó francia írásmódja Nagy-Britanniába szállt át, ahol először 1797-ben használták [15] , míg az USA-ban „ kilogram ” alakban használták a szót , amely később Nagy-Britanniában vált népszerűvé [16] [C 1 ] és súlyok ( Eng. Weights and Measures Act ) az Egyesült Királyságban nem tiltja mindkét írásmód használatát [17] .
A 19. században a francia " kilo " rövidítést átvették az angol nyelvbe, ahol a kilogramm [18] és a kilométer [19] megjelölésére is használták .
John Wilkins angol filozófus javasolta 1668-as esszéjében a tömeg és a hossz összefüggésének módszerét egy adott térfogatú víz felhasználásával a tömegegység meghatározására [20] [21] .
1795. április 7-én Franciaországban a grammot úgy fogadták el, mint "a tiszta víz térfogatának abszolút tömege, amely egyenlő egy századméteres kockával, és az olvadó jég hőmérsékletén" [22] [23] . Ugyanakkor a szükséges pontossággal munkát bíztak egy köbdeciméter (liter) víz tömegének meghatározására [K 2] [22] .
Mivel a kereskedelem és a kereskedelem általában olyan tárgyakkal foglalkozik, amelyek tömege jóval nagyobb, mint egy gramm, és mivel a vízből készült tömeg etalonát kényelmetlen lenne kezelni és megőrizni, előírták, hogy találjanak módot egy ilyen meghatározás gyakorlati alkalmazására. Ebben a tekintetben ideiglenes tömegszabványt készítettek egy grammnál ezerszer nehezebb fémtárgy formájában - 1 kg.
Louis Lefèvre -Gineau francia kémikus és Giovanni Fabbroni olasz természettudós több éves kutatás után úgy döntöttek , hogy újradefiniálják a víz legstabilabb pontját: azt a hőmérsékletet, amelyen a víz a legnagyobb sűrűségű, amelyet 4 °C-on határoztak meg [K 3 ] [24] . Úgy döntöttek, hogy 1 dm³ víz maximális sűrűségénél a négy évvel ezelőtti ideiglenes kilogramm-szabvány tömegének 99,9265%-ának felel meg [K 4] . Érdekes módon 1 m³ desztillált víz tömege 4 °C-on és atmoszférikus nyomáson, amelyet az 1799-es történeti meghatározásban pontosan 1000 kilogrammnak vettünk, a modern definíció szerint szintén hozzávetőlegesen 1000,0 kilogramm [25] .
Az ideiglenes etalon sárgarézből készült, és fokozatosan patinásodást hoz létre , ami nem volt kívánatos, mivel a tömege nem változott. 1799-ben Lefevre-Genault és Fabbroni irányításával porózus platinából , amely kémiailag inert, állandó kilogramm etalont készítettek. Ettől a pillanattól kezdve a standard tömege lett a kilogramm fő meghatározása. Ezt a szabványt most kilogramm des Archives néven ismerik ( franciául - „archív kilogramm”) [25] .
A 19. század folyamán a tömegmérési technológiák jelentősen fejlődtek. E tekintetben, és a Nemzetközi Súly- és Mértékiroda 1875-ös létrehozására számítva egy különleges nemzetközi bizottság tervezett áttérést egy új kilogramm-szabványra. Ez a "kilogramm nemzetközi prototípusának" nevezett szabvány platina-iridium ötvözetből (a tiszta platinánál erősebb) készült, 39 mm magas és átmérőjű henger formájában [26] , és azóta is őrzik. a Nemzetközi Súly- és Mértékiroda. 1889- ben a kilogramm nemzetközi definícióját a kilogramm nemzetközi prototípusának tömegeként fogadták el [25] ; ez a meghatározás 2019-ig volt érvényben.
A kilogramm nemzetközi prototípusáról másolatok is készültek: hat (jelenleg) hivatalos példány; számos munkaszabvány, amelyet különösen a prototípus és a hivatalos másolatok tömegének változásának nyomon követésére használnak; és a munkaszabványokhoz kalibrált nemzeti szabványok [25] . A nemzetközi szabvány két példányát Oroszországba szállították [26] , ezeket az Összoroszországi Metrológiai Kutatóintézetben tárolják . Mengyelejev .
A nemzetközi szabvány elkészítése óta eltelt idő alatt többször is összehasonlították a hivatalos másolatokkal. A mérések azt mutatták, hogy a másolatok tömege a standardhoz képest átlagosan 50 µg -mal nőtt 100 év alatt [27] [28] . Bár a nemzetközi szabvány tömegének abszolút változása a meglévő mérési módszerekkel nem határozható meg, ennek mindenképpen meg kell történnie [27] . A kilogramm nemzetközi prototípus tömegében bekövetkezett abszolút változás nagyságának becsléséhez olyan modelleket kellett készíteni, amelyek figyelembe veszik magának a prototípusnak, a hivatalos másolatainak és a működési szabványoknak a tömege összehasonlításának eredményeit (a ugyanakkor, bár az összehasonlításban részt vevő etalonokat általában előmosták és megtisztították, de nem mindig), ami tovább bonyolította a tömeges változások okainak teljes megértésének hiányát. Ez annak megértéséhez vezetett, hogy el kell távolodni a kilogramm anyagi tárgyakon alapuló meghatározásától [25] .
2011-ben a XXIV. Általános Súly- és Mértékkonferencia határozatot fogadott el, amely a Nemzetközi Mértékegységrendszer (SI) jövőbeni felülvizsgálata során javasolja az alapegységek újradefiniálását, hogy azok ne ember által előállított műtárgyakon alapuljanak, hanem alapvető fizikai tárgyakon. az atomok állandói vagy tulajdonságai [29] . Konkrétan azt javasolták, hogy „a kilogramm tömegegység marad, de értékét úgy határozzuk meg, hogy a Planck-állandó számértékét pontosan 6,626 06X⋅10 −34 -rel rögzítjük , amikor az m 2 SI mértékegységben van kifejezve. kg s −1 , ami egyenlő J With". A Határozat megjegyzi, hogy közvetlenül a kilogramm állítólagos újradefiniálása után nemzetközi prototípusának tömege 1 kg lesz, de ez az érték hibás lesz, és ezt követően kísérleti úton határozzák meg. A kilogramm e meghatározása a fizika XX. századi fejlődésének köszönhetően vált lehetővé.
2014-ben rendkívüli összehasonlítást végeztek a kilogramm nemzetközi prototípusának tömegei, hivatalos példányai és a működési szabványok között; ennek az összehasonlításnak az eredményei a 2014-es és 2017-es CODATA alapállandók ajánlott értékein alapulnak , amelyeken a kilogramm új meghatározása alapul.
A The Avogadro Project munkája alapján a kilogramm egy alternatív meghatározását is mérlegelték . A projektcsapat, miután egy 1 kg tömegű monoizotóp szilícium 28 Si kristályból golyót készített, és kiszámította a benne lévő atomok számát, azt javasolja, hogy egy kilogrammot egy adott szilícium-izotóp bizonyos számú atomjaként írjanak le [30] . A Nemzetközi Súly- és Mértékiroda azonban nem használta a kilogramm meghatározásának ezt a változatát [29] [31] .
A 2018. novemberi XXVI. Általános Súly- és Mértékkonferencia jóváhagyta [2] a kilogramm új meghatározását, amely a Planck -állandó számértékének rögzítésén alapul . A döntés a Metrológia Világnapján , 2019. május 20-án lépett hatályba .
A gyakorlatban a Kibble mérlegen történő mérés rendkívül összetett kísérlet, ezért a 2011-es Általános Súly- és Mértékkonferencia egy másodlagos etalonkészlet létrehozását javasolta ismert súlyok formájában, beleértve a meglévő platina-iridium szabványokat és újakat is. szilícium golyók, amelyeket a továbbiakban a szabvány terjesztésére fognak használni az egész világon [9] .
Történelmi okokból a „kilogram” név már tartalmazza a „kilo” decimális előtagot, így a többszörösek és részszorosok úgy jönnek létre, hogy a szabványos SI előtagokat hozzáadjuk a „gram” egység nevéhez vagy megjelöléséhez (ami az SI rendszerben maga is egy részmultiple: 1 g = 10 −3 kg).
A megagram (1000 kg) helyett általában a " tonna " mértékegységet használják.
Az atombombák teljesítményének TNT -ben kifejezett meghatározásában a gigagram helyett a kilotonnát , a teragram helyett a megatonnát használják .
Többszörös | Dolnye | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
nagyságrendű | cím | kijelölés | nagyságrendű | cím | kijelölés | ||
10 1 g | dekagramm | doug | dag | 10-1 g _ | dg | dg | dg |
10 2 g | száz gramm | gg | hg | 10-2 g _ | centigramm | vmi | cg |
10 3 g | kilogramm | kg | kg | 10-3 g _ | milligramm | mg | mg |
10 6 g | megagramm | Mg | mg | 10-6 g _ | mikrogramm | mcg | µg |
10 9 g | gigagramm | Gg | gg | 10-9 g _ | nanogramm | ng | ng |
10 12 g | teragram | Tg | Tg | 10-12 g _ | pikogramok | old | old |
10 15 g | petagramma | old | old | 10-15 g _ | femtogram | fg | fg |
10 18 g | exagram | Például | Például | 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 |
használatra ajánlott alkalmazása nem javasolt nem vagy ritkán használják a gyakorlatban |
No. 12, 26 - Szovjetunió [32] (Oroszország)
No. 20 – USA [32]
Szótárak és enciklopédiák | |
---|---|
Bibliográfiai katalógusokban |
SI mértékegységek | |
---|---|
Alapegységek | |
Származtatott egységek speciális elnevezéssel | |
SI- vel használható | |
Lásd még |