Надо Знать

добавить знаний



Килограмм



План:


Введение

Эталон килограмма, хранящийся в Париже

Килограмм - единица массы в Международной системе единиц (СИ) и некоторых других метрических системах. По определению килограмм равен массе международного прототипа килограмма [1]. Килограмм входит в семи основных единиц СИ, через которые определяется многие другие единиц. Это единственная единица СИ с префиксом. Единица без префикса - грамм - равен одной тысячной килограмма.

Килограмм является единицей массы, а не веса, хотя в посякденному потребления понятие массы и веса часто путают. Единицей силы (а вес - это сила, с которой тело действует на опору или подвес) в системе СИ является ньютон. Ранее, 1960, использовалась единица килограмм-сила. Ее можно встретить в старой физической литературе, и в некоторых технических областях, однако в физике использования этой единицы не рекомендуется как устаревшей.

Поскольку масса прототипа килограмма меняется со временем, а точное определение основной единицы СИ важно для точных измерений многих физических величин, Международный комитет мер и весов 2005 года принял решение о необходимости переопределения килограмма через фундаментальные физические стали [2]. Однако, окончательное решение по этому поводу ожидается не ранее 2015 [3].


1. История

Килограмм как единицу было предложено после Великой французской революции с целью упорядочения системы единиц с применением десятичной системы. 7 апреля 1795 была провозглашена новую единицу грамм, как "абсолютный вес объема воды, равном кубу одной сотой части метра при температуре плавления льда" [4]. Килограмм за такого определения был производной единицей, равной тысяче граммов. Учитывая то, что стандарт в виде определенного количества воды был ненадежным, возникла проблема его практической реализации. Было изготовлено временный металлический эталон весом 1000 граммов. Одновременно были поставлены задачи точного измерения массы одного кубического дециметра, т.е. литра, воды.

После нескольких лет исследований французский химик Луи Лефевр-ж и итальянский естествоиспытатель Джованни Фабброни пришли к выводу, что точное определение будет не при температуре плавления льда (0 C), а при температуре, когда плотность воды наибольшая - 4 C. Определенная масса составляла 99.9265% временной эталона. 1799 года было изготовлено платиновый эталон, масса которого соответствовала массе литра воды при температуре 4 C. Этот килограмм получил название килограмма архива и служил эталоном течение следующих 90 лет.


2. Международный прототип килограмма

1875 года 17 стран мира подписали Метрическая конвенция, которая начала процесс создания международной системы единиц. На выполнение этой договоренности было изготовлено новый Международный прототип килограмма.

Современным эталоном килограмма является цилиндрическая гиря высотой и диаметром 39 миллиметров, хранящейся в Международном бюро мер и весов в Севре (пригород Париж, Франция). Эту гирю отлита 1879 года по сплава платины (90%) и иридия (10%), впервые произведенного французским химиком Сент-Клер Девиль 1872 года. Благодаря использованию сплава платины и иридия увеличилась твердость образца.

Прототип был утвержден первый Генеральной конференцией мер и весов в 1889 году. Помимо собственно прототипа в Международном бюро мер и весов сохраняется еще шесть его копий. Примерно 80 копий этого эталона также хранятся в других странах.


3. Разграничение массы и веса

Когда килограмм был утвержден как единицу измерения еще не было четкого понимания разницы между массой и весом. Масса - характеристика инерционных свойств тел. Вес - это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Масса тела одинакова в любом месте на Земле, тогда как его вес зависит от силы тяжести, то есть отличаться. Она зависит от географической широты и долготы, высоты над уровнем моря и даже от пород, залегающих под поверхностью в определенном месте.

С целью устранения путаницы, существовавшей на тот время, 1-я Генеральная конференция мер и весов ( 1889) утвердила международный прототип килограмма как прототип единицы массы. В решениях 3-й Генеральной конфереции мер и весов четко разграничены килограмм за единицу силы и килограмм за единицу массы.

Существует также отдельное фундаментальное физическое вопрос о равенство инерционной и гравитационной масс, но в контексте определения эталона килограмма оно не существенное.


4. Точность эталона

Изменение массы национальных прототипов килограмма K21-K40 и сестринских копий K32 и K8 (41) со временем относительно международного прототипа [5]. Все измерения представлены как относительные. Измерений массы, которые свидетельствовали бы о том, какой из прототипов найстабильшиший о природных инвариантов, нет. Существует вероятность, что все прототипы увеличили свою массу за 100 лет, а K21, K35, K40 и международный прототип набрали меньшую массу, чем другие.

Точность воспроизведения единицы массы - килограмма - с помощью прототипа килограмма основном удовлетворяет запросы современного науки и техники (относительная погрешность не превышает 2.10 -8). Однако перспективы их развития требуют дальнейшего повышения точности воспроизведения единиц массы. Кроме того, зруйновнисть и невидтворюванисть международного прототипа килограмма оставляет в центре внимания метрологов проблему установки естественной меры для килограмма.

В результате последнего (на 2005 год) сопоставление копий и эталона килограмма было обнаружено, что общий эталон (который находится в Париже) потяжелел на 28 микрограммов. Учитывая это, а также для установления более стабильного эталона массы, предложено несколько вариантов замены эталона килограмма на надежный (например, задавая количество атомов в кристалле какого-либо химического элемента, или путем выражения через единицы энергии, которые расходуются во время переходов между электронными уровнями, или с помощью так называемых "обратных ампер-весов"). Но до сих пор альтернативное определение килограмма не принято.

Другое направление решения этой проблемы заключается в разработке и создании образцов массы одноизотопного состава. Проведены исследования показывают реальную возможность воспроизведения единицы массы с точностью, намного превышает любые практические потребности.


5. Предложения нового эталона

По состоянию на 2011 килограмм остается единственной единицей СИ, определенной с помощью артефакта. Ранее такой же единицей был метр, но затем он был переопределен через инвариантную физическую постоянную (длину волны света, излученного Криптоном), таким образом стантарт стало возможным воссоздать в разных лабораториях мира, пользуясь инструкциями. На 94 конференции Международного комитета мер и весов 2005 [6] была принята рекомендация, похожую процедуру нужно провести с килограммом.

В октябре 2010 Международный комитет мер и весов проголосовал резолюцию, которая призывала переопределить килограмм так, чтобы он определялся через постоянную Планка [7] [8], значение которой фиксировалось бы точно. Резолюция была принята 24 Генеральной конференцией мер и весов [9] в октябре 2011, а кроме того дата 25 конференции была перенесена с 2015 на 2014 год [10]. Такое определение теоретически позволило бы любому прибору, способному определить килограмм через постоянную Планка с нужной точностью и стабильностью стать новым эталоном. Такую способность имеют, например, весовых весы.


6. Сноски

  1. "Resolution of the 1st CGPM (1889)". BIPM . http://www.bipm.org/en/CGPM/db/1/1/ .
  2. 94th Meeting of the International Committee for Weights and Measures (2005) Recommendation 1: Preparative steps towards new definitions of the kilogram, the ampere, the kelvin and the mole in terms of fundamental constants
  3. Anon (November 2010). "BIPM Bulletin". BIPM . http://www.bipm.org/utils/en/pdf/BIPM_Bulletin.pdf . Проверено 2011-01-28 .
  4. "Decree on weights and measures". 7 April 1795 . http://smdsi.quartier-rural.org/histoire/18germ_3.htm . "Gramme, le poids absolu d'un volume d'eau pure gal au cube de la centime partie du mtre, et la temprature de la glace fondante".
  5. G. Girard. The Third Periodic Verification of National Prototypes of the Kilogram (1988-1992) / / Metrologia. - 31. - (1994) (4): 317-336. DOI : 10.1088/0026-1394/31/4/007.
  6. (October 2005) " Recommendation 1: Preparative steps towards new definitions of the kilogram, the ampere, the kelvin and the mole in terms of fundamental constants ". 94th meeting of the International Committee for Weights and Measures. Retrieved on 3 November 2011.
  7. "NIST Backs Proposal for a Revamped System of Measurement Units". Nist.gov . http://www.nist.gov/pml/wmd/20101026_si.cfm . Проверено 2011-04-03 .
  8. Ian Mills (29 September 2010). "Draft Chapter 2 for SI Brochure, following redefinitions of the base units". CCU . http://www.bipm.org/utils/en/pdf/si_brochure_draft_ch2.pdf . Проверено 1 January 2011 .
  9. (17 - 21 October 2011) "[ http://www.bipm.org/utils/en/pdf/24_CGPM_Resolution_1.pdf Resolution 1 - On the possible future revision of the International System of Units, the SI] ". 24th meeting of the General Conference on Weights and Measures. Retrieved on 25 October 2011.
  10. Генеральная конференция мер и весов (23 October 2011). " General Conference on Weights and Measures approves possible changes to the International System of Units, including redefinition of the kilogram.. Пресс-релиз. Пересмотренный 25 October 2011.
п о р Единицы Международной системы СИ
Основные
Производные


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам