Kilogramma | |
---|---|
kg | |
| |
Arvo | Paino |
Järjestelmä | SI |
Tyyppi | pää |
Katso SI-etuliitteet | |
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa |
Kilogramma (venäläinen nimitys: kg ; kansainvälinen: kg ) on massayksikkö , yksi kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) seitsemästä perusyksiköstä . Lisäksi se on massayksikkö ja yksi perusyksiköistä järjestelmissä ISS , MKSA , MKSK ( MKSG ), MKSL [1] . Kilogramma on ainoa SI-perusyksiköistä, jota käytetään etuliitteen ("kilo", symboli "k") kanssa.
XXVI paino- ja mittakonferenssi (13.–16.11.2018) hyväksyi [2] kilogramman määritelmän, joka perustuu Planckin vakion numeerisen arvon kiinnittämiseen . Päätös tuli voimaan 20.5.2019.
Kilogrammi, symboli kg, on massan SI-yksikkö; sen arvo asetetaan kiinnittämällä Planckin vakion h numeerinen arvo täsmälleen 6,62607015⋅10 -34 , kun se ilmaistaan SI-yksiköllä J⋅s, joka vastaa kg⋅m 2 ⋅s −1 , jossa metri ja sekunti määritellään c :llä ja Δ ν Cs . [3] [4]
Killan määritelmä, joka oli voimassa toukokuuhun 2019 asti, hyväksyttiin III yleisessä paino- ja mittakonferenssissa (CGPM) vuonna 1901, ja se muotoiltiin seuraavasti [5] [6] :
Kilogrammi on massayksikkö, joka on yhtä suuri kuin kilogramman kansainvälisen prototyypin massa.
20.5.2019 asti kilogramma pysyi viimeisenä ihmisen tekemästä esineestä määritettynä SI-yksikkönä. Uuden määritelmän käyttöönoton jälkeen kilon arvo ei ole käytännön näkökulmasta muuttunut, mutta olemassa oleva "prototyyppi" (standardi) ei enää määrittele kiloa, vaan on erittäin tarkka paino, jossa on mahdollisesti mitattavissa oleva virhe. .
Killan kansainvälinen prototyyppi ( standardi ) on säilytetty Kansainvälisessä paino- ja mittatoimistossa (sijaitsee Sevresissä lähellä Pariisia ), ja se on sylinteri , jonka halkaisija ja korkeus on 39,17 mm , ja se on valmistettu platina-iridium-seoksesta (90 % platinaa, 10 % iridiumia).
Nykyaikaisen kansainvälisen kilogramman standardin julkaisi paino- ja mittakonferenssi (CGPM) vuonna 1889 metrisopimuksen (1875) perusteella ja talletettiin Bureau International des Poids et Mesuresin (BIPM) puolesta, joka toimii CGPM. Kansainvälistä kilon standardia ei juuri koskaan siirretä tai käytetä. Sen kopioita säilytetään kansallisissa metrologisissa laitoksissa ympäri maailmaa. Vuosina 1889, 1948, 1989 ja 2014 kopiot varmennettiin standardilla, jotta varmistettaisiin massan mittausten tasaisuus suhteessa standardiin [7] . Koska standardin kopioiden massoissa havaittiin muutoksia, kansainvälinen paino- ja mittakomitea (CIPM) suositteli, että kilogramma määritetään uudelleen käyttämällä fysikaalisia perusominaisuuksia .
Massan ja Planckin vakion välinen suhde teoreettisesta näkökulmasta määräytyy kahdella kaavalla [8] . Massan ja energian ekvivalenssi suhteuttaa energian ja massan :
missä on valon nopeus tyhjiössä. Planckin jatkuva yhdistää kvantti- ja perinteiset energiakäsitteet:
missä on taajuus .
Nämä kaksi 1900-luvun alussa löydettyä kaavaa vahvistavat teoreettisen mahdollisuuden mitata massaa yksittäisten fotonien energian avulla , mutta käytännön kokeita, jotka mahdollistavat massan ja Planckin vakion yhdistämisen, ilmestyivät vasta 1900-luvun lopulla. .
Kibble-tasapainoa on käytetty 1970-luvun puolivälistä lähtien Planckin vakion arvon mittaamiseen. Yhdysvaltain kansallisen standardiinstituutin työntekijät P. More ( eng. Peter Mohr ) ja B. Taylor ( eng. Barry Taylor ) ehdottivat päinvastoin Planckin vakion arvon vahvistamista ja massan määrittämistä näiden painojen avulla. Nimetty postuumisti keksijän B. Kibblen mukaan, Kibble-tasapaino on parannus nykyiseen tasapainoon , ne ovat sähkömekaaninen instrumentti, jossa massa lasketaan sähkötehon avulla :
missä on sähkövirran tulo massatasauksen aikana ja jännitteen tulo kalibroinnin aikana, on painovoiman kiihtyvyyden ja kelan nopeuden tulo tasapainotuksen kalibroinnin aikana. Jos mitataan itsenäisesti suurella tarkkuudella (kokeen käytännöllisyydet edellyttävät myös erittäin tarkkaa taajuusmittausta [9] ), edellinen yhtälö määrittelee kilon olennaisesti watin suuruuden funktiona (tai päinvastoin). Alaindeksit y ja otetaan käyttöön osoittamaan, että tämä on virtuaalista tehoa (jännite- ja virtamittaukset tehdään eri aikoina), jotta vältetään häviöiden vaikutukset (jotka voivat johtua esimerkiksi indusoiduista Foucault-virroista ) [10] .
Watin ja Planckin vakion välinen suhde käyttää Josephson-efektiä ja kvantti-Hall-ilmiötä [9] [11] :
koska missä on sähkövastus ; _ Josephson-efekti: ; kvantti Hall-efekti: ,missä ja ovat kokonaislukuja (ensimmäinen liittyy Shapiron vaiheeseen , toinen on kvantti-Hall-ilmiön tasangon täyttökerroin), on Josephson-ilmiön taajuus, on elektronin varaus . Kun on korvattu lausekkeet tehon kaavalle ja siihen ja yhdistetty kaikki kokonaislukukertoimet yhdeksi vakioksi , massa on lineaarisesti suhteessa Planckin vakioon:
.Koska kaikki muut tämän yhtälön suureet voidaan määrittää massasta riippumatta, se voidaan pitää massayksikön määritelmänä sen jälkeen, kun Planckin vakiolle on kiinnitetty arvo 6,62607015×10 −34 J s . [12]
Sana "kilogramma" tulee ranskan sanasta " kgme ", joka puolestaan muodostui kreikan sanoista " χίλιοι " ( chilioi ), joka tarkoittaa "tuhatta" ja " γράμμα " ( gramma ), joka tarkoittaa "pientä painoa". [13] . Sana " kilo " vahvistettiin ranskaksi vuonna 1795 [14] . Sanan ranskankielinen kirjoitustapa siirtyi Iso-Britanniaan, jossa sitä käytettiin ensimmäisen kerran vuonna 1797 [15] , kun taas Yhdysvalloissa sanaa käytettiin muodossa " kilogramma ", josta tuli myöhemmin suosittu Isossa-Britanniassa [16] [C 1 ] ja painot ( Eng. Weights and Measures Act ) Yhdistyneessä kuningaskunnassa ei kiellä molempien kirjoitusasujen käyttöä [17] .
1800-luvulla ranskalainen lyhenne kilo otettiin käyttöön englanniksi, jossa sitä käytettiin tarkoittamaan sekä kilogrammaa [18] että kilometriä [19] .
Englantilainen filosofi John Wilkins ehdotti ajatusta tietyn vesimäärän käyttämisestä massayksikön määrittämiseen vuoden 1668 esseestään tapana yhdistää massa ja pituus [20] [21] .
7. huhtikuuta 1795 Ranskassa gramma otettiin käyttöön "puhtaan veden tilavuuden absoluuttisena painona, joka vastaa kuutiota [jonka sivu on] metrin sadasosa, ja jään sulamislämpötilassa" [22] [23] . Samalla annettiin työtä tarvittavalla tarkkuudella veden kuutiometrin (litran) massan määrittämiseksi [K 2] [22] .
Koska kauppa ja kauppa yleensä käsittelevät esineitä, joiden massa on paljon suurempi kuin yksi gramma, ja koska vedestä valmistettu massastandardi olisi hankala käsitellä ja säilyttää, määrättiin löytää tapa toteuttaa tällainen määritelmä käytännössä. Tältä osin tehtiin väliaikainen massastandardi metalliesineen muodossa, joka on tuhat kertaa grammaa painavampi - 1 kg.
Ranskalainen kemisti Louis Lefèvre -Gineau ja italialainen luonnontieteilijä Giovanni Fabbroni päättivät useiden vuosien tutkimuksen jälkeen määritellä uudelleen veden vakaimman pisteen: lämpötilan, jossa vedellä on suurin tiheys, joka määritettiin 4 °C:ssa [K 3 ] [24] . He päättivät, että 1 dm³ vettä maksimitiheydessään vastaa 99,9265 % neljä vuotta sitten tehdyn väliaikaisen kilogramman standardin massasta [K 4] . Mielenkiintoista on, että 1 m³:n tislattua vettä 4 °C:ssa ja ilmanpaineessa, tarkalleen 1000 kilogrammana vuoden 1799 historiallisessa määritelmässä, nykyajan määritelmän mukaan, on myös noin 1000,0 kilogrammaa [25] .
Väliaikainen standardi tehtiin messingistä ja siihen muodostui vähitellen patina , mikä ei ollut toivottavaa, koska sen massaa ei haluttu muuttaa. Vuonna 1799 Lefevre-Genaultin ja Fabbronin johdolla valmistettiin pysyvä kilon standardi huokoisesta platinasta , joka on kemiallisesti inerttiä. Siitä hetkestä lähtien standardin massasta tuli kilogramman päämääritelmä. Nyt tämä standardi tunnetaan nimellä kilogram des Archives ( ranskaksi - "arkistokilo") [25] .
1800-luvun aikana massanmittaustekniikat kehittyivät merkittävästi. Tältä osin ja ennakoiden Kansainvälisen paino- ja mittatoimiston perustamista vuonna 1875 , erityinen kansainvälinen komissio suunnitteli siirtymistä uuteen kilostandardiin. Tämä standardi, jota kutsutaan "killon kansainväliseksi prototyypiksi", tehtiin platina-iridium-seoksesta (vahvempi kuin puhdas platina) sylinterin muodossa, jonka korkeus oli 39 mm ja halkaisija [26] , ja siitä lähtien sitä on säilytetty. Kansainvälinen paino- ja mittatoimisto. Vuonna 1889 kilogramman kansainvälinen määritelmä otettiin käyttöön kilogramman kansainvälisen prototyypin massaksi [25] ; Tämä määritelmä oli voimassa vuoteen 2019 asti.
Killon kansainvälisestä prototyypistä tehtiin myös kopioita: kuusi (tällä hetkellä) virallista kopiota; useita työstandardeja, joita käytetään erityisesti prototyypin ja virallisten kopioiden massojen muutoksen seuraamiseen; ja kansalliset standardit, jotka on kalibroitu työstandardien mukaan [25] . Kansainvälisestä standardista siirrettiin kaksi kopiota Venäjälle [26] , ja niitä säilytetään All- Venäjän metrologian tutkimuslaitoksessa. Mendelejev .
Kansainvälisen standardin valmistuksesta kuluneen ajan aikana sitä on verrattu useaan otteeseen virallisiin kopioihin. Mittaukset osoittivat, että kopioiden massa kasvoi standardiin verrattuna keskimäärin 50 µg 100 vuodessa [27] [28] . Vaikka kansainvälisen standardin massan absoluuttista muutosta ei voida määrittää olemassa olevilla mittausmenetelmillä, sen on ehdottomasti tapahduttava [27] . Killon kansainvälisen prototyypin massan absoluuttisen muutoksen suuruuden arvioimiseksi oli tarpeen rakentaa malleja, jotka ottavat huomioon itse prototyypin massojen, sen virallisten kopioiden ja työstandardien vertailujen tulokset. samalla, vaikka vertailuun osallistuvat standardit olivat yleensä esipestyjä ja puhdistettuja, mutta ei aina), mikä entisestään vaikeutti massamuutosten syiden täydellisen ymmärtämisen puutetta. Tämä johti ymmärrykseen tarpeesta siirtyä pois aineellisiin esineisiin perustuvasta kilogramman määritelmästä [25] .
Vuonna 2011 XXIV paino- ja mittakonferenssi hyväksyi päätöslauselman, jossa ehdotetaan kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) tulevan tarkistuksen yhteydessä perusyksiköiden uudelleenmäärittelyä, jotta ne eivät perustuisi ihmisen tekemiin esineisiin, vaan fysikaalisiin perustekijöihin. atomien vakiot tai ominaisuudet [29] . Erityisesti ehdotettiin, että "kilogramma säilyy massayksikkönä, mutta sen arvo määritetään kiinnittämällä Planckin vakion numeerinen arvo täsmälleen 6,626 06X⋅10 −34 , kun se ilmaistaan SI-yksiköllä m 2 kg s −1 , joka on yhtä suuri kuin J With". Päätöslauselmassa todetaan, että heti kilogramman väitetyn uudelleenmäärittelyn jälkeen sen kansainvälisen prototyypin massa on 1 kg , mutta tämä arvo saa virheen ja määritetään myöhemmin kokeellisesti. Tämä kilogramman määritelmä tuli mahdolliseksi fysiikan edistymisen ansiosta 1900-luvulla.
Vuonna 2014 tehtiin poikkeuksellinen vertailu kilon kansainvälisen prototyypin massojen, sen virallisten kopioiden ja työstandardien välillä; tämän vertailun tulokset perustuvat vuosien 2014 ja 2017 CODATA -perusvakioiden suositeltuihin arvoihin , joihin uusi kilogramman määritelmä perustuu.
Harkittiin myös vaihtoehtoista kilon määritelmää, joka perustui Avogadro Projectin työhön . Projektiryhmä, joka on luonut pallon monoisotooppisesta piin 28 Si kiteestä, joka painaa 1 kg ja laskenut siinä olevien atomien lukumäärän, ehdottaa, että kilogrammaa kuvattaisiin tietyn pii-isotoopin atomimääränä [30] . Kansainvälinen paino- ja mittatoimisto ei kuitenkaan käyttänyt tätä kilogramman määritelmän versiota [29] [31] .
XXVI yleiskonferenssi painoista ja mitoista marraskuussa 2018 hyväksyi [2] uuden kilogramman määritelmän, joka perustuu Planckin vakion numeerisen arvon vahvistamiseen . Päätös astui voimaan Maailman metrologian päivänä 20.5.2019.
Käytännössä Punnitus Kibble-vaakalla on äärimmäisen monimutkainen kokeilu, ja siksi vuonna 2011 pidetty paino- ja mittakonferenssi suositteli toissijaisten standardien luomista tuttujen painojen muodossa, mukaan lukien sekä olemassa olevat platina-iridium-standardit että uudet. silikonipalloja, joita käytetään edelleen standardin levittämiseen ympäri maailmaa [9] .
Historiallisista syistä nimi "kilogramma" sisältää jo desimaalietuliitteen "kilo", joten kerrannais- ja osakertoja muodostetaan lisäämällä standardinmukaiset SI-etuliitteet yksikön "gram" nimeen tai merkintään (joka SI-järjestelmässä itsessään on osa: 1 g = 10–3 kg).
Megagramman (1000 kg) sijasta käytetään yleensä mittayksikköä " tonnia ".
Atomipommien tehon määritelmissä TNT-ekvivalentteina gigagrammin sijasta käytetään kilotonnia ja teragrammin sijasta megatonnia .
Useita | Dolnye | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
suuruus | otsikko | nimitys | suuruus | otsikko | nimitys | ||
10 1 g | dekagrammi | doug | dag | 10-1 g _ | dg | dg | dg |
10 2 g | hektogrammi | gg | hg | 10-2 g _ | senttigrammaa | vk | cg |
10 3 g | kilogramma | kg | kg | 10-3 g _ | milligramma | mg | mg |
106 g _ | megagrammaa | Mg | mg | 10-6 g _ | mikrogrammaa | mcg | µg |
109 g _ | gigagrammi | Gg | gg | 10-9 g _ | nanogrammaa | ng | ng |
10 12 g | teragrammi | Tg | Tg | 10-12 g _ | pikogrammit | s | s |
10 15 g | petagrammi | s | s | 10-15 g _ | femtogrammi | fg | fg |
10 18 g | exagram | Esim | Esim | 10-18 g _ | attogrammi | ag | ag |
10 21 g | zettagrammi | Zg | Zg | 10-21 g _ | zeptogrammi | zg | zg |
10 24 g | yottagramm | Ig | Yg | 10-24 g _ | ioktogrammi | ig | yg |
suositellaan käytettäväksi sovellusta ei suositella ei käytetä tai käytetään harvoin käytännössä |
Nro 12, 26 - Neuvostoliitto [32] (Venäjä)
Nro 20 - USA [32]
Sanakirjat ja tietosanakirjat | |
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |
SI-yksiköt | |
---|---|
Perusyksiköt | |
Johdetut yksiköt erityisillä nimillä | |
Hyväksytty käytettäväksi SI :n kanssa | |
Katso myös |