Килограмм — это… Что такое Килограмм?

        единица массы, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (См. Международная система единиц) (СИ). К. равен массе международного прототипа, хранимого в Международном бюро мер и весов. Сокращённые обозначения: русское кг, международное kg.          При создании в 18 в. метрической системы мер (См. Метрическая система мер) К. был определён как масса 1 дм³ воды при температуре её наибольшей плотности (4 °С), однако прототип К. в 1799 был выполнен в виде цилиндрической гири из платины. Масса прототипа К. оказалась приблизительно на 0,028 г больше массы 1 дм³ воды. В 1889 было принято существующее определение К. и в качестве международного прототипа К. была утверждена гиря со знаком ℜ («К» готическое заглавное), изготовленная из платиноиридиевого сплава (10% 1г) и имеющая форму цилиндра диаметром и высотой 39 мм. Из 40 изготовленных копий прототипа две (№12 и №26) были переданы России. Эталон №12 принят в СССР в качестве государственного первичного Эталона единицы массы, а №26 — в качестве эталона-копии.          Между массой и весом тел долгое время различия не делали, поэтому К. использовался не только как единица массы, но и как единица веса (силы тяжести). Разграничение единиц массы и веса было установлено на 3-й Генеральной конференции по мерам и весам (1901), в резолюции которой было подчёркнуто, что вес тела равен произведению его массы на ускорение свободного падения, и было установлено понятие нормального веса и нормального ускорения свободного падения (980,665 см/сек²). С этого времени была введена отдельная единица силы и веса — Килограмм-сила. Этот же принцип сохранён в Международной системе единиц, в ней для измерения силы принята единица Ньютон.

         Наименования кратных и дольных единиц от К. образуются прибавлением приставок к наименованию «грамм»: мегаграмм (Мг, Mg), миллиграмм (мг, mg) и т.д. Хотя К. не относится к единицам, определяемым через неизменные константы, взятые из природы, т. е. его прототип является невоспроизводимым, по точности (относительная погрешность сличений с прототипом не превышает 2․10^-9) он удовлетворяет запросам современной науки и техники.

         Лит.:

Смирнова Н. А., Единицы измерений массы и веса в Международной системе единиц, М., 1966.

         К. П. Широков.

Килограмм — это… Что такое Килограмм?

Компьютерное изображение международного прототипа килограмма (эталон килограмма). Размер прототипа сопоставим с размером мяча для гольфа, в соответствии с находящейся рядом дюймовой шкалой. Образец сделан из сплава 90 % платины и 10 % иридия в виде цилиндра 39,17 мм. Прототип хранится в штаб-квартире Международного бюро мер и весов в Севре. Как и другие прототипы, края образца имеют четырёхугольные срезы, чтобы минимизировать износ материала.

Килогра́мм (русское обозначение: кг; международное: kg) — единица измерения массы, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).

Действующее определение килограмма принято III Генеральной конференцией по мерам и весам в 1901 году и формулируется так^[1][2]:

Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.

Международный прототип (эталон) килограмма, хранится в Международном бюро мер и весов (расположено в г. Севр близ Парижа) и представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39.17 мм из платино-иридиевого сплава (90 % платины, 10 % иридия). Первоначально килограмм определялся как масса одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре 4 °C и стандартном атмосферном давлении на уровне моря.

Кратные и дольные единицы

По историческим причинам, название «килограмм» уже содержит десятичную приставку «кило», поэтому кратные и дольные единицы образуют, присоединяя стандартные приставки СИ к названию или обозначению единицы измерения «грамм» (которая в системе СИ сама является дольной: 1 г = 10⁻³ кг).

Вместо мегаграмма (1000 кг), как правило, используют единицу измерения «тонна».

В определениях мощности атомных бомб в тротиловом эквиваленте вместо гигаграмма применяется килотонна, вместо тераграмма — мегатонна.

Кратные				Дольные
величина	название	обозначение		величина	название	обозначение
101 г	декаграмм	даг	dag	10−1 г	дециграмм	дг	dg
102 г	гектограмм	гг	hg	10−2 г	сантиграмм	сг	cg
103 г	килограмм	кг	kg	10−3 г	миллиграмм	мг	mg
106 г	мегаграмм	Мг	Mg	10−6 г	микрограмм	мкг	µg
109 г	гигаграмм	Гг	Gg	10−9 г	нанограмм	нг	ng
1012 г	тераграмм	Тг	Tg	10−12 г	пикограмм	пг	pg
1015 г	петаграмм	Пг	Pg	10−15 г	фемтограмм	фг	fg
1018 г	эксаграмм	Эг	Eg	10−18 г	аттограмм	аг	ag
1021 г	зеттаграмм	Зг	Zg	10−21 г	зептограмм	зг	zg
1024 г	йоттаграмм	Иг	Yg	10−24 г	йоктограмм	иг	yg
применять не рекомендуется      не применяются или редко применяются на практике

Эталон килограмма

Копия эталона 1 кг, хранится в США.

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 13 мая 2011.

Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон.

Дрейф массы копий эталона

На данный момент килограмм — единственная единица СИ, которая определена при помощи предмета, изготовленного людьми — платиново-иридиевого эталона. Все остальные единицы теперь определяются с помощью фундаментальных физических свойств и законов.

В XVIII веке при создании метрической системы мер килограмм был определён как масса 1 дм³ воды при 4°C (при этой температуре у воды наибольшая плотность). В 1799 году был изготовлен прототип килограмма в виде платиновой гири, однако его масса была на 0,028 г больше массы 1 дм³ воды

[3].

Нынешний эталон был изготовлен в 1889 году из платиново-иридиевого сплава в виде цилиндра высотой и диаметром 39 мм^[3]. С тех пор он хранится в Международном бюро мер и весов под тремя герметичными стеклянными колпаками. Были изготовлены также точные официальные копии международного эталона, которые используются как национальные эталоны килограмма. Всего было создано более 80 копий. Две копии международного эталона были переданы России

[3], они хранятся во ВНИИ метрологии им. Менделеева. Примерно раз в 10 лет национальные эталоны сравниваются с международным. Эти сравнения показывают, что точность национальных эталонов составляет примерно 2 мкг. Так как они хранятся в тех же условиях, нет никаких оснований считать, что международный эталон точнее. По разным причинам за сто лет международный эталон теряет 3·10⁻⁸ своей массы. Однако, по определению, масса международного эталона в точности равна одному килограмму. Поэтому любые изменения действительной массы эталона приводят к изменению величины килограмма.

Исходя из стремления к устранению упомянутых нестабильностей, XXI Генеральная конференция по мерам и весам в 1999 году в своей Резолюции рекомендовала национальным лабораториям продолжить усилия по совершенствованию установления связи единицы массы с фундаментальными или атомными константами, имея в виду будущее переопределение килограмма^[4]. В последующее десятилетие рядом международных организаций велась работа по выработке предварительных предложений о переопределении килограмма^[5].

Перспективы

В 2011 году XXIV Генеральная конференция по мерам и весам приняла Резолюцию^[6], в которой предложено в будущей ревизии Международной системы единиц (СИ) продолжить переопределение основных единиц таким образом, чтобы они были основаны не на созданных человеком артефактах, а на фундаментальных физических постоянных или свойствах атомов.

В частности, предполагается, что СИ станет системой единиц, в которой постоянная Планка h равна 6,626 06X·10⁻³⁴ Джc точно^[7]. Результатом этого должна явиться отмена ныне действующего определения килограмма и принятие нового. Как сказано в Резолюции, «килограмм останется единицей массы, но его величина будет установлена путём фиксации численного значения постоянной Планка в точности равным 6,626 06X·10⁻³⁴, когда оно выражается единицей СИ м²·кг·с⁻¹, которая равна Дж·с».

Примечания

См. также

Литература

• Смирнова Н. А. Единицы измерений массы и веса в Международной системе единиц. — М, 1966.

Ссылки

Килограмм — это… Что такое Килограмм?

Компьютерное изображение международного прототипа килограмма (эталон килограмма). Размер прототипа сопоставим с размером мяча для гольфа, в соответствии с находящейся рядом дюймовой шкалой. Образец сделан из сплава 90 % платины и 10 % иридия в виде цилиндра 39,17 мм. Прототип хранится в штаб-квартире Международного бюро мер и весов в Севре. Как и другие прототипы, края образца имеют четырёхугольные срезы, чтобы минимизировать износ материала.

Килогра́мм (русское обозначение: кг; международное: kg) — единица измерения массы, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).

Действующее определение килограмма принято III Генеральной конференцией по мерам и весам в 1901 году и формулируется так^[1][2]:

Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.

Международный прототип (эталон) килограмма, хранится в Международном бюро мер и весов (расположено в г. Севр близ Парижа) и представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39.17 мм из платино-иридиевого сплава (90 % платины, 10 % иридия). Первоначально килограмм определялся как масса одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре 4 °C и стандартном атмосферном давлении на уровне моря.

Кратные и дольные единицы

По историческим причинам, название «килограмм» уже содержит десятичную приставку «кило», поэтому кратные и дольные единицы образуют, присоединяя стандартные приставки СИ к названию или обозначению единицы измерения «грамм» (которая в системе СИ сама является дольной: 1 г = 10⁻³ кг).

Вместо мегаграмма (1000 кг), как правило, используют единицу измерения «тонна».

В определениях мощности атомных бомб в тротиловом эквиваленте вместо гигаграмма применяется килотонна, вместо тераграмма — мегатонна.

Кратные				Дольные
величина	название	обозначение		величина	название	обозначение
101 г	декаграмм	даг	dag	10−1 г	дециграмм	дг	dg
102 г	гектограмм	гг	hg	10−2 г	сантиграмм	сг	cg
103 г	килограмм	кг	kg	10−3 г	миллиграмм	мг	mg
106 г	мегаграмм	Мг	Mg	10−6 г	микрограмм	мкг	µg
109 г	гигаграмм	Гг	Gg	10−9 г	нанограмм	нг	ng
1012 г	тераграмм	Тг	Tg	10−12 г	пикограмм	пг	pg
1015 г	петаграмм	Пг	Pg	10−15 г	фемтограмм	фг	fg
1018 г	эксаграмм	Эг	Eg	10−18 г	аттограмм	аг	ag
1021 г	зеттаграмм	Зг	Zg	10−21 г	зептограмм	зг	zg
1024 г	йоттаграмм	Иг	Yg	10−24 г	йоктограмм	иг	yg
применять не рекомендуется      не применяются или редко применяются на практике

Эталон килограмма

Копия эталона 1 кг, хранится в США.

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 13 мая 2011.

Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон.

Дрейф массы копий эталона

На данный момент килограмм — единственная единица СИ, которая определена при помощи предмета, изготовленного людьми — платиново-иридиевого эталона. Все остальные единицы теперь определяются с помощью фундаментальных физических свойств и законов.

В XVIII веке при создании метрической системы мер килограмм был определён как масса 1 дм³ воды при 4°C (при этой температуре у воды наибольшая плотность). В 1799 году был изготовлен прототип килограмма в виде платиновой гири, однако его масса была на 0,028 г больше массы 1 дм³ воды^[3].

Нынешний эталон был изготовлен в 1889 году из платиново-иридиевого сплава в виде цилиндра высотой и диаметром 39 мм^[3]. С тех пор он хранится в Международном бюро мер и весов под тремя герметичными стеклянными колпаками. Были изготовлены также точные официальные копии международного эталона, которые используются как национальные эталоны килограмма. Всего было создано более 80 копий. Две копии международного эталона были переданы России^[3], они хранятся во ВНИИ метрологии им. Менделеева. Примерно раз в 10 лет национальные эталоны сравниваются с международным. Эти сравнения показывают, что точность национальных эталонов составляет примерно 2 мкг. Так как они хранятся в тех же условиях, нет никаких оснований считать, что международный эталон точнее. По разным причинам за сто лет международный эталон теряет 3·10⁻⁸ своей массы. Однако, по определению, масса международного эталона в точности равна одному килограмму. Поэтому любые изменения действительной массы эталона приводят к изменению величины килограмма.

Исходя из стремления к устранению упомянутых нестабильностей, XXI Генеральная конференция по мерам и весам в 1999 году в своей Резолюции рекомендовала национальным лабораториям продолжить усилия по совершенствованию установления связи единицы массы с фундаментальными или атомными константами, имея в виду будущее переопределение килограмма^[4]. В последующее десятилетие рядом международных организаций велась работа по выработке предварительных предложений о переопределении килограмма^[5].

Перспективы

В 2011 году XXIV Генеральная конференция по мерам и весам приняла Резолюцию^[6], в которой предложено в будущей ревизии Международной системы единиц (СИ) продолжить переопределение основных единиц таким образом, чтобы они были основаны не на созданных человеком артефактах, а на фундаментальных физических постоянных или свойствах атомов.

В частности, предполагается, что СИ станет системой единиц, в которой постоянная Планка h равна 6,626 06X·10⁻³⁴ Джc точно^[7]. Результатом этого должна явиться отмена ныне действующего определения килограмма и принятие нового. Как сказано в Резолюции, «килограмм останется единицей массы, но его величина будет установлена путём фиксации численного значения постоянной Планка в точности равным 6,626 06X·10⁻³⁴, когда оно выражается единицей СИ м²·кг·с⁻¹, которая равна Дж·с».

Примечания

См. также

Литература

• Смирнова Н. А. Единицы измерений массы и веса в Международной системе единиц. — М, 1966.

Ссылки

Килограмм — это… Что такое Килограмм?

Компьютерное изображение международного прототипа килограмма (эталон килограмма). Размер прототипа сопоставим с размером мяча для гольфа, в соответствии с находящейся рядом дюймовой шкалой. Образец сделан из сплава 90 % платины и 10 % иридия в виде цилиндра 39,17 мм. Прототип хранится в штаб-квартире Международного бюро мер и весов в Севре. Как и другие прототипы, края образца имеют четырёхугольные срезы, чтобы минимизировать износ материала.

Килогра́мм (русское обозначение: кг; международное: kg) — единица измерения массы, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).

Действующее определение килограмма принято III Генеральной конференцией по мерам и весам в 1901 году и формулируется так^[1][2]:

Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.

Международный прототип (эталон) килограмма, хранится в Международном бюро мер и весов (расположено в г. Севр близ Парижа) и представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39.17 мм из платино-иридиевого сплава (90 % платины, 10 % иридия). Первоначально килограмм определялся как масса одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре 4 °C и стандартном атмосферном давлении на уровне моря.

Кратные и дольные единицы

По историческим причинам, название «килограмм» уже содержит десятичную приставку «кило», поэтому кратные и дольные единицы образуют, присоединяя стандартные приставки СИ к названию или обозначению единицы измерения «грамм» (которая в системе СИ сама является дольной: 1 г = 10⁻³ кг).

Вместо мегаграмма (1000 кг), как правило, используют единицу измерения «тонна».

В определениях мощности атомных бомб в тротиловом эквиваленте вместо гигаграмма применяется килотонна, вместо тераграмма — мегатонна.

Кратные				Дольные
величина	название	обозначение		величина	название	обозначение
101 г	декаграмм	даг	dag	10−1 г	дециграмм	дг	dg
102 г	гектограмм	гг	hg	10−2 г	сантиграмм	сг	cg
103 г	килограмм	кг	kg	10−3 г	миллиграмм	мг	mg
106 г	мегаграмм	Мг	Mg	10−6 г	микрограмм	мкг	µg
109 г	гигаграмм	Гг	Gg	10−9 г	нанограмм	нг	ng
1012 г	тераграмм	Тг	Tg	10−12 г	пикограмм	пг	pg
1015 г	петаграмм	Пг	Pg	10−15 г	фемтограмм	фг	fg
1018 г	эксаграмм	Эг	Eg	10−18 г	аттограмм	аг	ag
1021 г	зеттаграмм	Зг	Zg	10−21 г	зептограмм	зг	zg
1024 г	йоттаграмм	Иг	Yg	10−24 г	йоктограмм	иг	yg
применять не рекомендуется      не применяются или редко применяются на практике

Эталон килограмма

Копия эталона 1 кг, хранится в США.

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 13 мая 2011.

Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон.

Дрейф массы копий эталона

На данный момент килограмм — единственная единица СИ, которая определена при помощи предмета, изготовленного людьми — платиново-иридиевого эталона. Все остальные единицы теперь определяются с помощью фундаментальных физических свойств и законов.

В XVIII веке при создании метрической системы мер килограмм был определён как масса 1 дм³ воды при 4°C (при этой температуре у воды наибольшая плотность). В 1799 году был изготовлен прототип килограмма в виде платиновой гири, однако его масса была на 0,028 г больше массы 1 дм³ воды^[3].

Нынешний эталон был изготовлен в 1889 году из платиново-иридиевого сплава в виде цилиндра высотой и диаметром 39 мм^[3]. С тех пор он хранится в Международном бюро мер и весов под тремя герметичными стеклянными колпаками. Были изготовлены также точные официальные копии международного эталона, которые используются как национальные эталоны килограмма. Всего было создано более 80 копий. Две копии международного эталона были переданы России^[3], они хранятся во ВНИИ метрологии им. Менделеева. Примерно раз в 10 лет национальные эталоны сравниваются с международным. Эти сравнения показывают, что точность национальных эталонов составляет примерно 2 мкг. Так как они хранятся в тех же условиях, нет никаких оснований считать, что международный эталон точнее. По разным причинам за сто лет международный эталон теряет 3·10⁻⁸ своей массы. Однако, по определению, масса международного эталона в точности равна одному килограмму. Поэтому любые изменения действительной массы эталона приводят к изменению величины килограмма.

Исходя из стремления к устранению упомянутых нестабильностей, XXI Генеральная конференция по мерам и весам в 1999 году в своей Резолюции рекомендовала национальным лабораториям продолжить усилия по совершенствованию установления связи единицы массы с фундаментальными или атомными константами, имея в виду будущее переопределение килограмма^[4]. В последующее десятилетие рядом международных организаций велась работа по выработке предварительных предложений о переопределении килограмма^[5].

Перспективы

В 2011 году XXIV Генеральная конференция по мерам и весам приняла Резолюцию^[6], в которой предложено в будущей ревизии Международной системы единиц (СИ) продолжить переопределение основных единиц таким образом, чтобы они были основаны не на созданных человеком артефактах, а на фундаментальных физических постоянных или свойствах атомов.

В частности, предполагается, что СИ станет системой единиц, в которой постоянная Планка h равна 6,626 06X·10⁻³⁴ Джc точно^[7]. Результатом этого должна явиться отмена ныне действующего определения килограмма и принятие нового. Как сказано в Резолюции, «килограмм останется единицей массы, но его величина будет установлена путём фиксации численного значения постоянной Планка в точности равным 6,626 06X·10⁻³⁴, когда оно выражается единицей СИ м²·кг·с⁻¹, которая равна Дж·с».

Примечания

См. также

Литература

• Смирнова Н. А. Единицы измерений массы и веса в Международной системе единиц. — М, 1966.

Ссылки

Килограмм — это… Что такое Килограмм?

Компьютерное изображение международного прототипа килограмма (эталон килограмма). Размер прототипа сопоставим с размером мяча для гольфа, в соответствии с находящейся рядом дюймовой шкалой. Образец сделан из сплава 90 % платины и 10 % иридия в виде цилиндра 39,17 мм. Прототип хранится в штаб-квартире Международного бюро мер и весов в Севре. Как и другие прототипы, края образца имеют четырёхугольные срезы, чтобы минимизировать износ материала.

Килогра́мм (русское обозначение: кг; международное: kg) — единица измерения массы, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).

Действующее определение килограмма принято III Генеральной конференцией по мерам и весам в 1901 году и формулируется так^[1][2]:

Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.

Международный прототип (эталон) килограмма, хранится в Международном бюро мер и весов (расположено в г. Севр близ Парижа) и представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39.17 мм из платино-иридиевого сплава (90 % платины, 10 % иридия). Первоначально килограмм определялся как масса одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре 4 °C и стандартном атмосферном давлении на уровне моря.

Кратные и дольные единицы

По историческим причинам, название «килограмм» уже содержит десятичную приставку «кило», поэтому кратные и дольные единицы образуют, присоединяя стандартные приставки СИ к названию или обозначению единицы измерения «грамм» (которая в системе СИ сама является дольной: 1 г = 10⁻³ кг).

Вместо мегаграмма (1000 кг), как правило, используют единицу измерения «тонна».

В определениях мощности атомных бомб в тротиловом эквиваленте вместо гигаграмма применяется килотонна, вместо тераграмма — мегатонна.

Кратные				Дольные
величина	название	обозначение		величина	название	обозначение
101 г	декаграмм	даг	dag	10−1 г	дециграмм	дг	dg
102 г	гектограмм	гг	hg	10−2 г	сантиграмм	сг	cg
103 г	килограмм	кг	kg	10−3 г	миллиграмм	мг	mg
106 г	мегаграмм	Мг	Mg	10−6 г	микрограмм	мкг	µg
109 г	гигаграмм	Гг	Gg	10−9 г	нанограмм	нг	ng
1012 г	тераграмм	Тг	Tg	10−12 г	пикограмм	пг	pg
1015 г	петаграмм	Пг	Pg	10−15 г	фемтограмм	фг	fg
1018 г	эксаграмм	Эг	Eg	10−18 г	аттограмм	аг	ag
1021 г	зеттаграмм	Зг	Zg	10−21 г	зептограмм	зг	zg
1024 г	йоттаграмм	Иг	Yg	10−24 г	йоктограмм	иг	yg
применять не рекомендуется      не применяются или редко применяются на практике

Эталон килограмма

Копия эталона 1 кг, хранится в США.

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 13 мая 2011.

Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон.

Дрейф массы копий эталона

На данный момент килограмм — единственная единица СИ, которая определена при помощи предмета, изготовленного людьми — платиново-иридиевого эталона. Все остальные единицы теперь определяются с помощью фундаментальных физических свойств и законов.

В XVIII веке при создании метрической системы мер килограмм был определён как масса 1 дм³ воды при 4°C (при этой температуре у воды наибольшая плотность). В 1799 году был изготовлен прототип килограмма в виде платиновой гири, однако его масса была на 0,028 г больше массы 1 дм³ воды^[3].

Нынешний эталон был изготовлен в 1889 году из платиново-иридиевого сплава в виде цилиндра высотой и диаметром 39 мм^[3]. С тех пор он хранится в Международном бюро мер и весов под тремя герметичными стеклянными колпаками. Были изготовлены также точные официальные копии международного эталона, которые используются как национальные эталоны килограмма. Всего было создано более 80 копий. Две копии международного эталона были переданы России^[3], они хранятся во ВНИИ метрологии им. Менделеева. Примерно раз в 10 лет национальные эталоны сравниваются с международным. Эти сравнения показывают, что точность национальных эталонов составляет примерно 2 мкг. Так как они хранятся в тех же условиях, нет никаких оснований считать, что международный эталон точнее. По разным причинам за сто лет международный эталон теряет 3·10⁻⁸ своей массы. Однако, по определению, масса международного эталона в точности равна одному килограмму. Поэтому любые изменения действительной массы эталона приводят к изменению величины килограмма.

Исходя из стремления к устранению упомянутых нестабильностей, XXI Генеральная конференция по мерам и весам в 1999 году в своей Резолюции рекомендовала национальным лабораториям продолжить усилия по совершенствованию установления связи единицы массы с фундаментальными или атомными константами, имея в виду будущее переопределение килограмма^[4]. В последующее десятилетие рядом международных организаций велась работа по выработке предварительных предложений о переопределении килограмма^[5].

Перспективы

В 2011 году XXIV Генеральная конференция по мерам и весам приняла Резолюцию^[6], в которой предложено в будущей ревизии Международной системы единиц (СИ) продолжить переопределение основных единиц таким образом, чтобы они были основаны не на созданных человеком артефактах, а на фундаментальных физических постоянных или свойствах атомов.

В частности, предполагается, что СИ станет системой единиц, в которой постоянная Планка h равна 6,626 06X·10⁻³⁴ Джc точно^[7]. Результатом этого должна явиться отмена ныне действующего определения килограмма и принятие нового. Как сказано в Резолюции, «килограмм останется единицей массы, но его величина будет установлена путём фиксации численного значения постоянной Планка в точности равным 6,626 06X·10⁻³⁴, когда оно выражается единицей СИ м²·кг·с⁻¹, которая равна Дж·с».

Примечания

См. также

Литература

• Смирнова Н. А. Единицы измерений массы и веса в Международной системе единиц. — М, 1966.

Ссылки

Килограмм — это… Что такое Килограмм?

Компьютерное изображение международного прототипа килограмма (эталон килограмма). Размер прототипа сопоставим с размером мяча для гольфа, в соответствии с находящейся рядом дюймовой шкалой. Образец сделан из сплава 90 % платины и 10 % иридия в виде цилиндра 39,17 мм. Прототип хранится в штаб-квартире Международного бюро мер и весов в Севре. Как и другие прототипы, края образца имеют четырёхугольные срезы, чтобы минимизировать износ материала.

Килогра́мм (русское обозначение: кг; международное: kg) — единица измерения массы, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).

Действующее определение килограмма принято III Генеральной конференцией по мерам и весам в 1901 году и формулируется так^[1][2]:

Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.

Международный прототип (эталон) килограмма, хранится в Международном бюро мер и весов (расположено в г. Севр близ Парижа) и представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39.17 мм из платино-иридиевого сплава (90 % платины, 10 % иридия). Первоначально килограмм определялся как масса одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре 4 °C и стандартном атмосферном давлении на уровне моря.

Кратные и дольные единицы

По историческим причинам, название «килограмм» уже содержит десятичную приставку «кило», поэтому кратные и дольные единицы образуют, присоединяя стандартные приставки СИ к названию или обозначению единицы измерения «грамм» (которая в системе СИ сама является дольной: 1 г = 10⁻³ кг).

Вместо мегаграмма (1000 кг), как правило, используют единицу измерения «тонна».

В определениях мощности атомных бомб в тротиловом эквиваленте вместо гигаграмма применяется килотонна, вместо тераграмма — мегатонна.

Кратные				Дольные
величина	название	обозначение		величина	название	обозначение
101 г	декаграмм	даг	dag	10−1 г	дециграмм	дг	dg
102 г	гектограмм	гг	hg	10−2 г	сантиграмм	сг	cg
103 г	килограмм	кг	kg	10−3 г	миллиграмм	мг	mg
106 г	мегаграмм	Мг	Mg	10−6 г	микрограмм	мкг	µg
109 г	гигаграмм	Гг	Gg	10−9 г	нанограмм	нг	ng
1012 г	тераграмм	Тг	Tg	10−12 г	пикограмм	пг	pg
1015 г	петаграмм	Пг	Pg	10−15 г	фемтограмм	фг	fg
1018 г	эксаграмм	Эг	Eg	10−18 г	аттограмм	аг	ag
1021 г	зеттаграмм	Зг	Zg	10−21 г	зептограмм	зг	zg
1024 г	йоттаграмм	Иг	Yg	10−24 г	йоктограмм	иг	yg
применять не рекомендуется      не применяются или редко применяются на практике

Эталон килограмма

Копия эталона 1 кг, хранится в США.

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 13 мая 2011.

Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон.

Дрейф массы копий эталона

На данный момент килограмм — единственная единица СИ, которая определена при помощи предмета, изготовленного людьми — платиново-иридиевого эталона. Все остальные единицы теперь определяются с помощью фундаментальных физических свойств и законов.

В XVIII веке при создании метрической системы мер килограмм был определён как масса 1 дм³ воды при 4°C (при этой температуре у воды наибольшая плотность). В 1799 году был изготовлен прототип килограмма в виде платиновой гири, однако его масса была на 0,028 г больше массы 1 дм³ воды^[3].

Нынешний эталон был изготовлен в 1889 году из платиново-иридиевого сплава в виде цилиндра высотой и диаметром 39 мм^[3]. С тех пор он хранится в Международном бюро мер и весов под тремя герметичными стеклянными колпаками. Были изготовлены также точные официальные копии международного эталона, которые используются как национальные эталоны килограмма. Всего было создано более 80 копий. Две копии международного эталона были переданы России^[3], они хранятся во ВНИИ метрологии им. Менделеева. Примерно раз в 10 лет национальные эталоны сравниваются с международным. Эти сравнения показывают, что точность национальных эталонов составляет примерно 2 мкг. Так как они хранятся в тех же условиях, нет никаких оснований считать, что международный эталон точнее. По разным причинам за сто лет международный эталон теряет 3·10⁻⁸ своей массы. Однако, по определению, масса международного эталона в точности равна одному килограмму. Поэтому любые изменения действительной массы эталона приводят к изменению величины килограмма.

Исходя из стремления к устранению упомянутых нестабильностей, XXI Генеральная конференция по мерам и весам в 1999 году в своей Резолюции рекомендовала национальным лабораториям продолжить усилия по совершенствованию установления связи единицы массы с фундаментальными или атомными константами, имея в виду будущее переопределение килограмма^[4]. В последующее десятилетие рядом международных организаций велась работа по выработке предварительных предложений о переопределении килограмма^[5].

Перспективы

В 2011 году XXIV Генеральная конференция по мерам и весам приняла Резолюцию^[6], в которой предложено в будущей ревизии Международной системы единиц (СИ) продолжить переопределение основных единиц таким образом, чтобы они были основаны не на созданных человеком артефактах, а на фундаментальных физических постоянных или свойствах атомов.

В частности, предполагается, что СИ станет системой единиц, в которой постоянная Планка h равна 6,626 06X·10⁻³⁴ Джc точно^[7]. Результатом этого должна явиться отмена ныне действующего определения килограмма и принятие нового. Как сказано в Резолюции, «килограмм останется единицей массы, но его величина будет установлена путём фиксации численного значения постоянной Планка в точности равным 6,626 06X·10⁻³⁴, когда оно выражается единицей СИ м²·кг·с⁻¹, которая равна Дж·с».

Примечания

См. также

Литература

• Смирнова Н. А. Единицы измерений массы и веса в Международной системе единиц. — М, 1966.

Ссылки

Эталон килограмма официально перестал быть эталоном — Наука

С 20 мая 2019 года слиток платины и иридия, хранящийся в Международном бюро мер и весов, перестал обозначать килограмм. Теперь эту единицу массы будут определять через постоянную Планка, используя уже имеющиеся эталонные значения длины и времени. Решение об этом приняли на XXVI Генеральной конференции мер и весов.

С 1901 года килограммом считалась масса, равная массе прототипа, хранящегося в Международном бюро мер и весов в городке Севр недалеко от Парижа. Когда-то этот эталон создали для того, чтобы по всему миру привести меру массы к единому стандарту. Со временем, как оказалось, слиток, хранящийся под тремя герметичными колпаками, все-таки менялся, теряя примерно по 50 микрограммов за 100 лет.

Из-за того, что эталон оказался непостоянным, XXVI Генеральная конференция мер и весов, которая прошла в ноябре 2018 года, решила использовать для определения килограмма не материальный предмет, а постоянную Планка. Эта физическая константа определяет связь энергии квантов излучения с частотой.

Читайте также: Бородатая секунда и радиоактивные бананы. Необычные единицы измерения, которые используются для смеха и всерьез

Теперь килограмм должен быть таким, чтобы постоянная Планка составляла 6,626069 * 10⁻³⁴ джоулей на секунду. Джоули выводятся через килограммы, метры и секунды. Для секунд и метра эталон уже есть — секунда, это время, равное 9 192 631 770 периодам излучения охлажденного атома цезия, а свет проходит за секунду 299 792 458 метров. Для измерения постоянной Планка метрологи используют так называемые весы Киббла. Этот прибор определяет, какой ток нужен для того, чтобы создать электромагнитное поле, способное уравновесить чашу с образцом.

Решение вступает в силу сегодня, 20 мая 2019 года, во Всемирный день метрологии. Кроме килограмма с 20 мая 2019 года переопределяются и ампер, кельвин и моль. С сегодняшнего дня эти величины будут основаны на элементарном электрическом заряде, постоянной Больцмана и постоянной Авогадро. Чтобы подробнее узнать о переменах в метрологии и о том, как и зачем переизмерили величины СИ, читайте в материале «Чердака».

Килограмм: Введение | NIST

Более века килограмм (кг) — основная единица массы в Международной системе единиц (СИ) — определялся как точно равный массе небольшого полированного цилиндра, отлитого в 1879 году из платины и иридия.

Платино-иридиевый цилиндр, хранящийся в хранилище с тройным замком на окраине Парижа, был официально назван Международным прототипом килограмма (IPK). У него даже было прозвище: Le Grand K (Большой К).Точность каждого измерения массы или веса во всем мире, будь то в фунтах и ​​унциях или миллиграммах и метрических тоннах, зависит от того, насколько тесно эталонные массы, используемые в этих измерениях, могут быть связаны с массой IPK.

Ситуация радикально изменилась. В ноябре 2018 года международное научное сообщество проголосовало за переопределение килограмма, освободив его от воплощения в одном артефакте размером с мяч для гольфа и взяв за основу константу природы. Это преобразование было столь же глубоким, как и любое другое в истории измерений.

Одна месса, чтобы править всеми

После 1960 года килограмм был единственной единицей СИ, которая все еще определялась как единичный произведенный объект. Таким образом, чтобы обеспечить точность измерений массы и веса, все стандартные массы, используемые во всех измерениях по всему миру, теоретически должны были напрямую сравниваться с IPK, который хранился Международным бюро мер и весов (BIPM). в Севре, Франция.

Международный прототип килограмма, он же Le Grand K .

Кредит: МБМВ

Это, конечно, было невозможно. На практике многие страны держали один или несколько первичных эталонов весом 1 кг в своих основных измерительных научных лабораториях, известных как национальные метрологические институты. Это были те массы, значения которых периодически корректировались — или «калибровались» — по IPK.

Эдди Малхерн из NIST держит К92, одну из килограммовых проб агентства.

Кредит: Дж. Л. Ли / NIST

Первичные национальные эталоны затем использовались для калибровки национальных «рабочих эталонов», которые использовались для дальнейшей калибровки других эталонов. Таким образом, стандарт килограмма был в конечном итоге распространен по стране в виде тщательно записанной цепочки сравнений, которая восходит к исходному национальному стандарту и, таким образом, в конечном итоге к IPK.

В Соединенных Штатах за распространение массы — фактически всех семи основных единиц СИ — отвечает Национальный институт стандартов и технологий (NIST), входящий в состав U.S. Министерство торговли. NIST хранит и поддерживает то, что было официальными стандартами массы Америки до 2019 года. Масса K20 служила первичным прототипом национального стандарта. Другой, названный K4, служил «контрольным» эталоном, который следит за постоянством массы K20.

K20 и друзья: четыре из пяти американских национальных прототипов килограммовых артефактов, включая K20 (спереди) и K4 (сзади).

Кредит: Дж. Ли / NIST

Хотя эти и другие массы больше не являются официальными стандартами, они все еще используются для распространения определения килограмма среди лабораторий и других предприятий.NIST также поддерживает шесть других платино-иридиевых прототипов (K79, K85, K92, K102, K104 и K105). Многочисленные рабочие эталоны из нержавеющей стали используются для сравнения с различными тестовыми массами. Затем используются дополнительные наборы рабочих эталонов для калибровки масс до 27 200 кг и до 1 миллиграмма (мг, тысячная доля грамма).

Агентство также отвечало за калибровку стандартов массы США по IPK — или, как правило, по одной из официальных копий BIPM — через регулярные промежутки времени.

Дрейф и масштабирование

Неудивительно, что периодические сравнения различных артефактов были чрезвычайно трудоемкими и включали множество этапов повторяющихся измерений. Более проблематичным, однако, был тот факт, что измеренная масса каждого отдельного эталона со временем немного изменилась или «дрейфовала».

Более того, эту систему массового сравнения было нелегко масштабировать от большого к маленькому. Чем меньше шкала, тем больше неопределенность измерения, потому что требуется очень длинная последовательность сравнений, чтобы перейти от стандарта 1 кг к крошечным стандартам массы металла в диапазоне мг, и каждое сравнение вносит дополнительную неопределенность.В результате, хотя артефакт весом 1 кг может быть измерен относительно стандарта в 1 кг с погрешностью в несколько частей на миллиард, миллиграмм, измеренный по сравнению с тем же 1 кг, имеет относительную погрешность в несколько частей в десять тысяч.

Эта неопределенность не удовлетворяет постоянно растущие потребности современной измерительной науки, производства устройств, материаловедения, фармацевтических исследований и испытаний, а также мониторинга окружающей среды, и это лишь некоторые из них. Все чаще эти усилия требуют точных измерений порядка микрограммов (миллионных долей грамма) и меньше.Было широко распространено мнение, что миру нужна система, в которой масштабные измерения не означают увеличения неопределенности.

Проблемы со старой системой определения массы были решены в ноябре 2018 года, когда группа из 60 стран проголосовала за переопределение килограмма с точки зрения инварианта природы: постоянной Планка. Ученые всего мира на долгие годы заложили основу для этого изменения.

Новый стандарт килограмма: как переопределяется единица массы в системе СИ

В сорока футах под землей в Гейтерсбурге, штат Мэриленд, в ярко-белой лаборатории, для входа которой требуются три отдельных ключа, Соединенные Штаты хранят драгоценную коллекцию маленьких блестящих металлических цилиндров, которые буквально определяют массу всего в этой стране.

Они красивые, с зеркальной отделкой, и мне приходится сопротивляться желанию прикоснуться к ним. Если бы я прикоснулся к ним, я мог бы загрязнить их маслом с кожи и потенциально увеличить их вес. Патрик Эбботт, «хранитель килограмма» здесь, в Национальном институте стандартов и технологий (NIST), говорит мне, что это было бы очень плохо.

В настоящее время килограмм имеет очень простое определение: это масса куска платино-иридиевого сплава, который с 1889 года хранится в Международном бюро мер и весов в Севре, Франция.Он называется International Prototype Kilogram (он же Big K или Le Grand K) , и , у него много копий по всему миру, включая семь в NIST в Гейтерсбурге —, которые используются для калибровки весов и проверки всего мир находится на одной системе измерения.

Вот одна из копий в NIST, названная K4, выкованная из того же куска металла, из которого Big K был создан в 19 веке.

В NIST Патрик Эбботт — «хранитель килограмма».” Это K4, копия международного прототипа килограмма, выкованная из того же сплава платины и иридия.

Внимательно посмотрите на это. Потому что очень скоро этот 129-летний стандарт килограмма изменится.

В пятницу ученые со всего мира собрались на Генеральной конференции по мерам и весам в Версале, Франция, и проголосовали за изменение определения килограмма, привязав его к универсальной константе в природе.Изменения вступят в силу 20 мая 2019 года.

Одна из важных причин изменения заключается в том, что Big K непостоянен. Он потерял около 50 микрограммов (примерно масса ресницы) с момента своего создания. Но, к сожалению, когда Big K теряет массу, это все равно ровно один килограмм, согласно нынешнему определению.

Когда Big K меняется, все остальное должно приспосабливаться. Или еще хуже: если бы Big K был украден, система измерения массы нашего мира была бы ввергнута в хаос.

При голосовании в пятницу ведущие мировые ученые-измерители решили добавить килограмм к постоянной Планка, фундаментальной концепции квантовой механики, которая никогда, никогда не может измениться — здесь, на Земле, или в глубоких уголках Вселенной.

Это больше, чем научная победа. Это тоже философский вопрос, как я узнал от ученых NIST, которые годами работали над переопределением и называли этот момент самым захватывающим временем за всю свою карьеру.

С новым определением Генеральная конференция по мерам и весам завершает первоначальную мечту о метрической системе, которая была принята во время Французской революции.Метрическая система, которая превратилась в Международную систему единиц или СИ, была разработана так, чтобы быть «на все времена, для всех».

«Объекты всегда меняются», — говорит Стефан Шламмингер, ученый NIST, участвовавший в переопределении. По его словам, с новым определением «мы переходим от объекта на Земле к тому, что находится на небесах».

И это стоит отметить. В мире, где кажется, что все всегда находится в движении, эти ученые теперь убедились, что килограмм никогда не изменится.

Краткая история килограмма

Как узнать, что что-то весит? Я знаю, есть очевидный ответ: вы ставите это на шкалу.

Но когда вы идете в продуктовый магазин и взвешиваете связку яблок, как эти весы узнают, на что похож фунт фруктов?

Чтобы измерения массы имели смысл, нам нужна фиксированная точка сравнения. Эти яблоки должны весить больше или меньше фунтов стерлингов. Чтобы избежать хаоса и позволить нашей экономике функционировать, это нечто должно быть признано повсеместно.

Весы в вашем продуктовом магазине были откалиброваны с помощью веса, который был откалиброван с помощью веса, который был откалиброван с помощью веса, и так далее. И все эти калибровки восходят прямо сюда, в недра NIST. Стабильные веса и меры важны не только для продуктов питания: представьте, если бы Boeing не мог точно определить, сколько весит самолет, или если бы фармацевтическая промышленность не могла определить точную массу крошечной, потенциально смертельной дозы лекарства.

Эти весы в Трухильо, Перу, измеряют единицы в унциях, фунтах, граммах и килограммах. Леон Нил / Getty Images

В США до сих пор используются имперские единицы: фунты и унции. Но на самом деле все наши измерения взяты из Международной системы единиц, или СИ, в которой метры и килограммы используются в качестве основных единиц длины и массы.

Когда дело доходит до массы в США, все восходит к этим цилиндрам в форме шайб, которые точно обработаны и весят 1 килограмм. Официально в США 1 фунт определяется как 0,45359237 килограмма.Фут определяется как 0,3048 метра.

Но система не всегда была такой упорядоченной. До Французской революции и изобретения метрической системы системы мер и весов во всем мире представляли собой хаотичный и непослушный беспорядок.

«Представьте себе мир, в котором каждый раз, когда вы путешествуете, вам приходилось использовать различные преобразования для измерений, как мы это делаем для валюты», — объясняет Мадхви Рамани из BBC. «Так было до Французской революции в конце 18 века, когда веса и меры варьировались не только от нации к нации, но и внутри наций.”

Французская революция была направлена ​​на свержение старых, архаичных, хаотических иерархий, оставшихся от феодальной эпохи, и преобразование общества с учетом принципов эгалитаризма.

Вдохновленные революцией, ученые в то время хотели начать с новой, последовательной системы измерения, основывая единицы измерения не на произвольных приказах королей, а на природе. Целью было создание системы измерения «на все времена, для всех людей».

Таким образом, когда в конце 1800-х годов во Франции было основано Международное бюро мер и весов, метр — стандартная единица длины — был создан как одна десятимиллионная часть расстояния от Северного полюса до экватора.Грамм основан на плотности воды: она примерно равна массе 1 кубического сантиметра воды при температуре 4 ° C.

Для распространения этих новых единиц — чтобы убедиться, что все в мире понимают их — изобретатели метрической системы решили создать физические объекты, чтобы воплотить и определить их. Они изготовили металлический стержень длиной ровно 1 метр. Они создали Big K, чтобы обозначить массу 1 килограмм или 1000 граммов.

Начиная с 19 века, все физические реликвии старой метрической системы были заменены измерениями, привязанными к постоянным силам природы.Изначально метр был определен как пропорция размера Земли. Но даже форма мира не постоянна. Черт возьми, Земля может даже не быть постоянной. Итак, сегодня метр определяется скоростью света. Второй связан с движением атомов элемента цезия.

Физическим объектом пока определяется только килограмм.

Так что же это за новое определение килограмма? Приготовьтесь, потому что это немного сложно.

Наука о пересмотре определения килограмма через постоянную Планка, объяснение

Пятничное голосование на Генеральной конференции мер и весов принято единогласно.Но изменения не вступят в силу до мая 2019 года. Когда они вступят в силу, вот как килограмм будет определяться в Международной системе единиц:

Килограмм (символ кг) — это единица массы в системе СИ. Он определяется путем принятия фиксированного числового значения постоянной Планка h равным 6,626070 15 × 10 ^-34 при выражении в единицах Дж с, что равно кг · м ² с ^-1 , где метр и второй определяются через c и ∆νCs.

Что за черт?

Объяснить труднее, чем кусок металла во Франции.Но давай попробуем.

По сути, Генеральная конференция мер и весов будет фиксировать значение постоянной Планка, которая описывает, как мельчайшие частицы материи выделяют энергию дискретными шагами или порциями (называемыми квантами).

При голосовании в пятницу постоянная Планка теперь и навсегда будет установлена ​​как 6,62607015 × 10 ^-34 м ² кг / с. И из этого фиксированного значения постоянной Планка ученые могут получить массу килограмма.

На это переопределение потребовались десятилетия, потому что постоянная Планка крошечная (начинается с десятичной точки и сопровождается 33 нулями) и должна быть рассчитана с точностью до сверхмалой погрешности.Работа потребовала тщательных измерений с помощью невероятно сложной машины, называемой весами Киббла (подробнее об этом ниже), а также наблюдений за чрезвычайно круглой сферой из кремния.

Это объяснение может показаться ненадежным. И это. Но чтобы лучше понять это, полезно посмотреть, как метр — стандартная единица измерения длины в мире — был переопределен в терминах скорости света, как пример того, почему это было необходимо.

Изначально метр был определен как длина стержня в Международном бюро мер и весов во Франции.(Затем это определение было переопределено, чтобы оно было равно определенной длине волны излучения.) И снова проблема с этим определением заключалась в его неточности. Он не был основан на неизменных свойствах Вселенной.

Скорость света, с другой стороны, неизменна — 299 792 458 метров в секунду. Ученые считают, что где бы вы ни находились, оно остается неизменным. (По крайней мере, если это действительно изменится, это перевернет почти все, что мы знаем о физике.)

К 1983 году физики действительно научились измерять скорость света.Поэтому они использовали его, чтобы навсегда зафиксировать длину метра, сделать его постоянным. Вот как: они изменили определение метра, чтобы он был равен расстоянию, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 секунды. По сути, определение метра теперь включено в определение скорости света.

В этом есть поэзия: ученые взяли метр — произвольное измерение длины, изобретенное людьми — и прикрепили его к универсальной константе. Наши беспорядочные человеческие измерения превзошли их беспорядочную человечность; они были соединены с вечной истиной.

Новый измеритель с определением света имеет ту же длину, что и старый эталон метра в Париже. Но в отличие от старого стандарта в Париже, теперь определение метра никогда не может измениться.

То же самое происходит с постоянной Планка. Как и скорость света, постоянная Планка — универсальная истина, которая никогда не изменится.

Установив окончательное значение постоянной Планка — единицы измерения которой включают килограмм, так же как единицы скорости света включают метр — размер килограмма остается неизменным.Вы также можете думать об этом так: килограмм был привязан к постоянной Планка, где он будет оставаться навсегда.

(Возможно, если вы внимательно читали, то заметили здесь небольшую проблему с курицей и яйцом. Как вы пытаетесь определить метр в терминах скорости света, если ваши измерения скорости свет также содержит единицу измерения «метр»? То же самое и с постоянной Планка: она содержит килограммы в своих единицах. Краткий ответ: Вот почему люди, работающие над этими проблемами, имеют докторские степени.)

Весы Kibble — это машина, которая делает все возможное

Переопределение килограмма в терминах Планка было огромной задачей, на решение которой потребовались десятилетия.

Во-первых, ученые должны были иметь возможность измерять постоянную Планка с очень высокой точностью. Если бы наша оценка скорости света имела большую погрешность, она не была бы надежным якорем для измерения метра. То же самое и с Планком.

В течение десятилетий ученые из NIST, а также в нескольких других лабораториях по всему миру использовали машину, называемую весами Киббла (иногда называемыми весами ватт), для точного измерения постоянной Планка с достаточно тщательной точностью, чтобы его можно использовать для переопределения килограмма.

Как и эталоны килограммов, весы Kibble размещены глубоко под землей в NIST. Он построен на бетонном полу, который может буквально парить над фундаментом здания, чтобы лучше изолировать его чувствительное оборудование от любых вибраций от остальной части объекта. Я должен надеть пластиковую сетку на волосы и обувь, чтобы увидеть его, потому что любой мусор может вывести его из строя.

Если бы викторианцы построили машину времени и припарковали ее в пивоварне, я бы предположил, что это выглядело бы примерно так.

Весы Kibble — это невероятно сложный и красивый механизм, который приравнивает механическую силу к электрической силе.

Весы Kibble работают как простые весы. Представьте ту, которую леди Джастис держит в руке: у нее есть две чаши, которые балансируют в центральной точке. Простые весы сравнивают два груза на каждой посуде, чтобы уравнять их.

Весы Kibble, названные в честь своего покойного изобретателя, британского физика Брайана Киббла, делают нечто подобное, но с квантово-механической особенностью.Он приравнивает механическую энергию массы объекта к эквивалентному количеству электрической энергии.

Формула весов Киббла, позволяющая приравнять массу и электрическую мощность, сложна. (Ученые NIST привели меня к доске, показанной ниже, для объяснения.)

Так работает баланс Kibble.

Важно то, что в этом уравнении — среди всех действующих переменных, включая массу, скорость, гравитационное притяжение, магнетизм и электричество — лежит постоянная Планка.И с помощью этой машины ученые смогли решить Планка. Математика работает, потому что, как учил нас Альберт Эйнштейн своим самым знаменитым уравнением E = mc ² , масса и энергия по сути являются разными выражениями одного и того же.

Теперь вы можете подумать: что делает баланс Киббла теперь, когда он определил постоянную Планка?

Что ж, он заменяет потребность в Большом К во Франции, потому что теперь он знает массу килограмма в терминах постоянной Планка.И это будет точное измерение, способ убедиться, что килограмм остается килограммом, который можно использовать для взвешивания объектов и определения их массы в соответствии с новым стандартом.

«Сейчас наша гарантия качества на стабильность [Big K] основана на соглашении», — говорит Эбботт. «Мы говорим, что ничего не изменится. Наша гарантия качества весов Kibble заключается в том, что они основаны на естественных константах, которые были тщательно измерены всем миром. и мы знаем, что это не изменится.В этом вся разница в мире «.

Демократизация мер и весов продолжается

Все еще со мной?

Если вы все это приукрашиваете, вот к чему сводится все это изменение: нам больше не понадобится правительство — США, Франция или кто бы то ни было — или международный руководящий орган, который сообщал бы нам, что такое килограмм. Это будет фундаментальная истина вселенной, доступная любому, у кого есть соответствующее оборудование, чтобы ее осознать.

Теоретически любой может построить баланс Kibble.(Мне сказали, что на подходе есть миниатюрные модели.) «Они могут построить этот эксперимент, и они могут измерить любую массу, какую захотят, любой материал, просто поставьте его на весы, и вы получите значение массы, абсолютное, с точки зрения постоянной Планка », — говорит Дарин Эль Хаддад, руководящая экспериментом с балансом Киббла в NIST. По ее словам, весы Kibble позволяют проводить «абсолютные измерения».

В будущем предприятиям обрабатывающей промышленности не нужно будет отправлять свои гири и весы в NIST для калибровки.У них могут быть весы Kibble на заводе. В этом свете новое определение более демократично — оно может свободно использоваться во всем мире и не храниться взаперти во Франции.

Однако у этого изменения есть несколько серьезных недостатков. «Люди даже не понимают метрическую систему», — говорит Эбботт. «Как вы собираетесь объяснить баланс Kibble?» Сложность определения может отпугнуть людей, которые хотят изучать науку. Ученик начальной школы может понять, что кусок металла весит килограмм, но квантовая механика?

Шламмингер утверждает, что, хотя новое определение является более сложным с технической точки зрения, «с философской точки зрения оно проще.«Килограмм скоро будет определяться фундаментальной физикой Вселенной, а не какой-то человеческой махиной.

У Шламмингера есть основополагающие слова метрической системы «на все времена, для всех», вытатуированные на его руке, рядом с цифрами постоянной Планка. Вот как сильно он верит в идеал. Он считает эту работу «завершением дуги, начатой ​​с Французской революции». И все: с голосованием в пятницу килограмм теперь навсегда, на все времена и для всех людей.

За татуировкой с константой Планка Стефана Шламмингера следует основополагающий девиз метрической системы: «На все времена, для всех».

Килограмм изменился навсегда. Вот почему это важно.

Запечатанный под тремя вложенными друг в друга стеклянными колпаками блестящий металлический цилиндр находится в хранилище с регулируемой температурой в недрах Международного бюро мер и весов в Севре, Франция. Этот одинокий кусок платины и иридия, получивший название Le Grande K или Big K, уже более века определяет массу по всему миру — от весов для ванной до весов для медицинских лабораторий.

Но скоро все изменится.

16 ноября 2018 г. на 26-м заседании Генеральной конференции по мерам и весам в Версале, Франция, представители более 60 стран проголосовали за новое определение килограмма. Сегодня это изменение наконец вступает в силу. Вместо того, чтобы основывать единицу измерения на этом физическом объекте, отныне измерение будет основываться на фундаментальном физическом факторе, известном как постоянная Планка. Это бесконечно малое число, которое начинается с 33 нулей после десятичной точки, описывает поведение элементарных световых пакетов, известных как фотоны, во всем, от мерцания пламени свечи до мерцания звезд над головой.

«Эта фундаментальная постоянная вплетена в ткань Вселенной», — говорит Стефан Шламмингер, руководитель группы Национального института стандартов и технологий, который вместе с международной группой ученых работал над уточнением постоянной Планка для нового определения килограмма. Самое главное, что это значение останется неизменным все время, независимо от местоположения.

Массовое изменение

Килограмм — одна из семи основных единиц Международной системы единиц, которая определяет все другие измерения.(Остальные шесть основных единиц — метр, вторая, моль, ампер, Кельвин и кандела.) Легко упустить из виду важность единиц, но эти семь лежат в основе всего в нашей Вселенной. Они обеспечивают стабильность в производстве, торговле, научных инновациях и многом другом.

Метрическая система, которая позже стала Международной системой единиц, была задумана в конце 1700-х годов как способ измерения «чего-то на все времена и для всех», — говорит Шламмингер. Надежда заключалась в том, чтобы упростить повседневную жизнь в мире, где путешествие в другой город означало необходимость изучения другой системы мер.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права.Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

1/12

1/12

Составное изображение галактики Мессье 81 (M81) показывает то, что астрономы называют спиральной галактикой «великого замысла», где каждое из ее рукавов полностью закручено вниз. центр.M81, расположенная примерно в 12 миллионах световых лет от нас в созвездии Большой Медведицы, является одной из самых ярких галактик, видимых в телескоп с Земли.

Составное изображение галактики Мессье 81 (M81) показывает то, что астрономы называют спиральной галактикой «грандиозного дизайна», где каждое из ее рукавов полностью закручено в центр. M81, расположенная примерно в 12 миллионах световых лет от нас в созвездии Большой Медведицы, является одной из самых ярких галактик, видимых в телескоп с Земли.

Фотография любезно предоставлена ​​NASA / JPL-Caltech / ESA / Harvard-Smithsonian CfA

Многие из этих ранних метрических единиц были основаны на вещах в природе, объясняет Ричард Дэвис, заслуженный физик-исследователь из Международного бюро мер и весов, организации, которая регулирует все. связанные с измерениями.Но в конце концов они оказались непрактичными в использовании. Например, метр был определен как 1/10 000 000 расстояния от Северного полюса до экватора, проходящего через Париж. Килограмм — это масса литра дистиллированной воды при температуре замерзания.

«У них просто не было технологий или науки, чтобы добиться успеха», — говорит Дэвис. Итак, в июне 1799 года были выкованы два платиновых эталона — метр и килограммовый цилиндр, что ознаменовало создание десятичной метрической системы. Чтобы повысить их стабильность, прототипы были перекованы в 1889 году из сплава платины и иридия и спрятаны под замком.

Однако эта зависимость от физических объектов также имела свои проблемы. «Материальный объект не будет вечным», — говорит Шламмингер. Перерыв на чашку кофе; порвана одежда; трубы ржавеют. Более того, запертые в хранилище, эти предметы определенно не «для всех».

За прошедшее столетие эти физические объекты один за другим были заменены фундаментальными константами. Килограмм был последним сопротивлением.

Годы потери веса

За исключением недоступности, Big K справился со своей задачей.Ученые подделали серию копий для использования исследователями по всему миру. Всего три раза за почти 130 лет существования исследователи выпускали Big K из хранилища, чтобы сравнить драгоценный цилиндр с его двойниками.

Но с каждым из этих сравнений ученые становились все более обеспокоенными: казалось, Большой К теряет вес.

По сравнению с его копиями, крохотный цилиндр становился все легче. Это или его копии становились все тяжелее.Невозможно сказать, какая именно, поскольку Big K по определению весит ровно один килограмм. Даже если бы кто-то взял напильник и сбрил угол, Big K все равно весил бы один килограмм, а килограммы по всему миру пришлось бы регулировать.

В целом масса Big K отличается от его копий примерно на 50 микрограммов — это почти масса крупинки соли. И хотя это может показаться не очень большим, это огромная проблема для таких требовательных областей, как медицина. В довершение всего, эта потеря влияет не только на массу, но и на любые другие единицы, такие как Ньютон, которые определяются по отношению к массе.

Как это происходит?

Чтобы решить проблему потери веса, Генеральная конференция мер и весов в 2011 году единогласно приняла резолюцию о пересмотре определения килограмма и трех дополнительных единиц — ампера, кельвина и моль — на основе «инвариантов природы». С тех пор ученые всего мира спешили найти решение.

Появились две разные возможности для килограмма, каждая из которых связана с постоянной Планка. Первый основан на так называемом балансе Kibble.Это немного похоже на классические балансиры для бревен, которые, по сути, представляют собой штангу с подвесными чашами с обеих сторон. Чтобы измерить вес чего-либо, поместите известную массу с одной стороны, а интересующий объект — с другой. Благодаря гравитационной силе вы можете сказать, сколько весит этот объект по отношению к известной массе.

Для весов Kibble, однако, одна из этих чаш по существу заменяется катушкой в ​​магнитном поле. И вместо того, чтобы использовать гравитационную силу для уравновешивания массы, он использует электромагнитную силу.Сравнивая массу с аспектами этой электромагнитной силы, ученые могут точно измерить постоянную Планка.

Другое решение основано на создании другого блестящего объекта: идеальной сферы из кристаллического кремния-28. Эта идея основана на константе, известной как число Авогадро, которое определяет количество атомов в моле примерно 602 214 000 000 000 000 000 000. Подсчитав количество атомов в кремниевой сфере, которая составляет ровно 1 килограмм, ученые могут вычислить число Авогадро с предельной точностью.Затем это можно преобразовать в постоянную Планка. (Узнайте больше об использовании числа Авогадро в переопределении килограмма.)

Окончательное значение постоянной Планка невообразимо мало: 0,000000000000000000000000000000000662607015 килограмм-метр в секунду.

Ожидание более чем

С помощью этих двух методов ученые теперь могут измерять килограмм с погрешностью в одну часть из 100000000 — разница составляет около четверти веса ресницы, говорит Шламмингер.«Это главное в науке — совершенства не бывает, — говорит он. — Всегда есть случайные эффекты и всегда есть небольшой разброс. И вы должны решить: достаточно ли это хорошо? » Единогласное голосование в ноябре говорит о том, что этого действительно достаточно.

Изменения вступают в силу 20 мая 2019 г., во Всемирный день метрологии. «В тот день вы не увидите никаких изменений в нашей повседневной жизни», — говорит Дэвис. Но так или иначе все весы на планете связаны с международным стандартом килограммов.В то время как измерение муки на вашей кухне останется прежним, новый стандарт имеет огромное значение для таких вещей, как производство автомобильных компонентов, разработка новых лекарств и создание научных приборов.

Ноябрьское голосование было примечательно не только невероятной точностью этих измерений, которые теперь могут быть выполнены, но и международным сотрудничеством, лежащим в основе этой работы. После того, как представители единогласно одобрили новое определение, Себастьян Кандел, президент Французской академии наук, заключил: «Я надеюсь, что такое будет возможно и для многих других проблем в мире.»

Примечание редактора: эта история была первоначально опубликована 16 ноября 2018 года. Она была обновлена, когда новое определение килограмма вступило в силу.

Определение килограмма только что изменилось. Вот что это означает.

Это конец После 130 лет верной службы так называемый «прототип килограмма», на котором страны основывают свои измерения веса, был заменен новым стандартом, основанным на фундаментальных законах физики.

Новое определение килограмма, которое было принятый на международной конференции, состоявшейся в ноябре прошлого года в Версале, Франция, вступил в силу в понедельник.Вместо того, чтобы основываться на блестящем куске металла, хранящемся в хранилище в Севре, Франция, на окраине Парижа, килограмм теперь основан на постоянной Планка, крошечном неизменном числе, которое играет ключевую роль в квантовой физике.

«Каждый раз, когда мы можем уменьшить неопределенность в измерениях, мы открываем людям возможности для инноваций», — сказал Энди Хенсон, директор Международного бюро мер и весов в Севре. «Чем лучше вы можете измерить, тем больше вещей вы можете сделать».

Согласно Хенсону, килограмм был изменен, чтобы создать точный и неизменный стандарт его стоимости.Более чем столетняя очистка и воздействие воздуха привели к тому, что оригинальный французский прототип, известный как Международный прототип килограмма, или «Le Grand K», потерял около 50 микрограммов. Это примерно масса, содержащаяся в нескольких отпечатках пальцев.

Поскольку он основан не на физическом объекте, а на математической константе, новый килограмм не подлежит таким изменениям. И хотя 50 микрограммов — это немного, Джон Пратт, инженер Национального института стандартов и технологий (NIST) в Гейтерсбурге, штат Мэриленд, сказал, что более точное определение будет иметь большое значение для исследователей, работающих с крошечными количествами лекарств. , радиоактивные соединения и другие материалы, требующие наноразмерной точности.

Что новый килограмм будет значить для всех нас? Эксперты говорят немногое. «Не нужно паниковать», — сказал Хенсон, добавив, что переключатель был разработан так, чтобы оставаться незамеченным для большинства людей. «Ничего не изменится».

Другими словами, килограмм чего-либо в магазине или на весах по-прежнему будет эквивалентен примерно 2,2 фунту.

Le Grand K — не единственное старое определение динозавра. Новые определения для ампера (используется для измерения электрического тока), кельвина (используется для измерения температуры) и моля (используется для измерения количества частиц в веществе) — других единиц в так называемой Международной системе единиц — также вошли в эффект понедельник.

Но Le Grand K и его копии, хранящиеся в других странах, в том числе в Соединенных Штатах, пока не уедут в закат. Пратт сказал, что NIST продолжит использовать свои копии в качестве стандарта для килограмма.

«Пройдет время, прежде чем люди поверит в электрические измерения», — сказал он, сославшись на новое определение килограмма. «Людям действительно нравятся предметы, дружище».

Хотите больше историй о науке?

ПОДПИСАТЬСЯ НА НОВОСТНОЙ БЮЛЛЕТЕНЬ MACH И ПОДПИСАТЬСЯ НА NBC NEWS MACH В TWITTER, FACEBOOK И INSTAGRAM.

Килограмм изменился, и ученые говорят, что он стоил веса

В подземном хранилище в пригороде Парижа лежит небольшой, редко встречающийся металлический цилиндр, известный как Le Grand K.

Вот уже 130 лет этот мяч для гольфа. -размерный кусок из 90% платины и 10% иридия послужил международным прототипом килограмма. Это означает, что это был единственный физический объект, с помощью которого были измерены все остальные килограммы на планете.

Если из-за микроскопических загрязнений в воздухе Le Grand K стал немного тяжелее, то сам килограмм стал немного тяжелее.Если тщательная очистка или небольшая царапина приводили к тому, что он становился немного легче, сам килограмм становился легче. Действительно, по оценкам, за время своего существования Le Grand K потерял 50 микрограммов массы.

Но долгое правление Le Grand K подходит к концу.

Начиная с понедельника, килограмм будет определяться не другим объектом, а фундаментальным свойством природы, известным как постоянная Планка. Как и скорость света, величина постоянной Планка не может колебаться — она ​​с исключительной точностью встроена в саму ткань Вселенной.

«В отличие от физического объекта, фундаментальная постоянная не меняется, — сказал Стефан Шламмингер, физик из Национального института стандартов и технологий (NIST) в Гейтерсбурге, штат Мэриленд. — Теперь килограмм будет иметь одинаковую массу независимо от того, находятся на Земле, на Марсе или в галактике Андромеды ».

Исследователи, посвятившие свою жизнь науке об измерениях, говорят, что новое определение килограмма и аналогичные изменения в моль (который измеряет количество очень мелких частиц), ампер (который измеряет электрический заряд) и кельвин (который измеряет измеряет температуру) — представляет собой поворотный момент для человечества.

«Возможность измерения с повышением точности является частью развития нашего вида, — сказал Уолтер Копан, директор NIST.

Большинство из нас, обычных людей, вряд ли заметят выключатель. Цыпленок весом 4 фунта (1,81437 кг) в продуктовом магазине или фунт кофейных зерен (0,453592 кг) в Starbucks останутся неизменными.

«Мы не хотим шокировать систему», — сказал Шламмингер.

Решение о пересмотре четырех основных единиц Международной системы единиц было принято в ноябре на 26-й Генеральной конференции по мерам и весам в Версале, Франция.Делегаты из 60 стран-членов собрались в большом зале для исторического голосования. Все были единодушны. Последовали овации и тост с шампанским.

«Сама встреча была потрясающим событием», — сказал Копан, представлявший США. «Чтобы добраться до этой точки, пришлось пройти долгий путь».

Истоки метрической системы восходят к Французской революции конца 1700-х годов. В то время во Франции использовалось около 250 000 различных единиц измерения, что затрудняло коммерцию и торговлю.Новая система была разработана, чтобы быть рациональной и универсальной, с юнитами, основанными на свойствах природы, а не на королевском указе или прихотях местных герцогов и магистратов.

«Идея заключалась в том, что эти измерения будут вечными и одинаковыми для всех и повсюду», — сказал Кен Алдер, историк науки из Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс.

Основополагающей единицей системы был метр, который был Предполагается, что это одна десятимиллионная расстояния от Северного полюса до экватора по парижскому меридиану.(Ученые в то время допустили небольшую ошибку в своих измерениях, и метр примерно на 2 миллиметра длиннее, чем должен быть.)

В то же время килограмм определялся как масса 10 кубических сантиметров воды при 4 градусах. Цельсия.

Эти единицы были приняты Французской Республикой в ​​1795 году, хотя на практике люди продолжали использовать свои собственные местные измерения в течение десятилетий.

«Не похоже, что все вскочили на подножку, как только метрическая система была формализована», — сказал Барри Тейлор, заслуженный ученый NIST.«Это определенно было не так».

Леон Чао работает над весами для крупинок в Национальном институте стандартов и технологий. Устройство помогло изменить определение килограмма.

(Curt Suplee / NIST)

Страны Европы и Южной Америки приняли метрическую систему на протяжении всего XIX века. В 1875 году делегаты из США и 16 других стран подписали Метрический договор в Париже. Он установил универсальную систему единиц измерения, основанную на метре, килограмме и секунде, которая упростила бы торговлю между странами.(Второй был определен как 1/86400 среднего времени, необходимого Земле, чтобы совершить один оборот вокруг своей оси.)

Хотя метр и килограмм были основаны на размере Земли, они официально определялись металлическими артефактами. , в том числе Le Grand K, отлитые в Лондоне в 1889 году и хранившиеся в подвале недавно созданного Международного бюро мер и весов в Севре, Франция. Страны-члены получили одну из 40 точных копий.

Договор о метре также учредил Генеральную конференцию по мерам и весам (CGPM), международную группу, которой было поручено изучать и голосовать по предлагаемым изменениям единиц измерения для всех государств-членов.

«Метрология — это живая наука», — сказал Шламмингер.

CGPM утвердил еще три базовых единицы в 1954 году: ампер для электрического тока, кельвин для термодинамической температуры и кандела для силы света.

В 1967 году он переопределил второй, основанный на колебаниях атома цезия-133 — гораздо более точный и надежный маятник, чем слегка колеблющееся вращение Земли.

В 1983 году метр стал первой метрической единицей, связанной с фундаментальным свойством Вселенной, когда он был переопределен как расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299 792 458 секунды.

«Сегодня мы можем измерить расстояние от Земли до спутника на расстоянии 6000 километров с высочайшей точностью до 6 миллиметров», — сказал Шламмингер. «Попробуйте это с помощью метра».

И все же килограмм оставался привязанным к массе Le Grand K, объекта столь ценного, что его вынимали из хранилища с тройным замком только раз в 40 лет для очистки и калибровки.

Метрологи стремились обновить определение килограмма с начала 1900-х годов, но возможность измерять постоянную Планка с необходимой точностью материализовалась только недавно.

Постоянная Планка — это число, которое связывает энергию и частоту света, вроде того, как пи связывает длину окружности и диаметр круга. Технологические достижения, которые фиксировали значение константы, шли урывками.

В 1970-х годах ученые из Британской национальной физической лаборатории разработали новый тип шкалы, которая связывает массу с электромагнитной силой. Они были названы весами Kibble в честь своего изобретателя Брайана Киббла, и, хотя они еще не были достаточно точными, чтобы переопределить килограмм, они подсказали путь вперед.

К 2005 году измерения, проводимые с помощью весов Киббла, настолько улучшились, что группа исследователей, известная среди метрологов как Банда пяти, написала статью под названием «Новое определение килограмма: решение, время которого пришло».

«Эта статья действительно положила начало всей этой одиссее», — сказал Шламмингер.

В 2013 году эксперты согласились, что для изменения определения национальным метрологическим институтам потребуется измерить постоянную Планка с точностью до 20 частей на миллиард и показать, что два разных метода измерения дадут один и тот же ответ.

«Один эксперимент может иметь скрытый дефект, но если у вас есть два совершенно разных подхода, и они согласны, то шансы, что вы полностью ошибаетесь, действительно очень низки», — сказал Ян Робинсон, исследователь из Национальной лаборатории физики.

На весах Kibble указано одно значение. В другом измерении использовалась сфера из чистого обогащенного кремния размером с мяч для софтбола. Структура 1-килограммовой сферы и атомов внутри нее позволила ученым точно измерить постоянную Авогадро, которая связывает количество атомов или молекул в веществе с его массой.Это было использовано для определения постоянной Планка с помощью хорошо понятных уравнений.

«Кремниевая сфера служила проверкой на подходе баланса Киббла», — сказал Тейлор.

Подобная философия использования фиксированных констант лежит в основе новых определений моля, кельвина и ампера. После понедельника моль будет определяться значением постоянной Авогадро, кельвин — значением постоянной Больцмана (которая связывает температуру с энергией), а ампер — значением элементарного заряда, наименьшего наблюдаемого заряда во Вселенной. .

«У каждого есть доступ к этим фундаментальным константам», — сказал Шламмингер. «Они не делают различий между богатыми и бедными. Все, что вам нужно, это немного физики ».

Они также не делают различия между землянами и существами где-либо еще во вселенной. По словам ученых, так же, как первая итерация метрической системы упростила общение и торговлю между странами, недавно определенные единицы могут помочь человечеству общаться с инопланетянами.

«Если мы вступим в контакт с инопланетянами, о чем мы будем с ними говорить? Физика.Больше ничего нет », — сказал Шламмингер. «Но если вы скажете инопланетянам, что наши единицы измерения основаны на куске металла, вы станете посмешищем для всей галактики».

Ученые не знают, как новые блоки повлияют на будущие открытия, но, безусловно, возможно. Например, секунду теперь можно измерить настолько точно, что исследователи могут обнаружить небольшие изменения в гравитационном поле Земли, потому что время движется немного быстрее, чем дальше оно удаляется от центра тяжести.

«Лорд Кельвин, один из лидеров в области метрологии, сказал:« Измерить — значит знать », — сказал Копан. «Поскольку мы можем проводить измерения с возрастающей точностью, мы можем больше узнать об основах нашей Вселенной и основ жизни».

Робинсон сказал, что новые определения позволят ученым расширить свое воображение вокруг возможностей измерения.

«Отныне им не нужно думать об этом куске платины и иридия в Париже — им просто нужно думать о физике», — сказал он.

[email protected]

Любите науку? Я делаю! Подписывайтесь на меня @DeborahNetburn и ставьте лайки Los Angeles Times Science & Health на Facebook.

Определение килограмма изменилось

Человечество только что приняло важное решение. В пятницу представители более 60 стран, собравшиеся во французском Версале, утвердили новое определение килограмма.

С 19 века ученые основывали свое определение фундаментальной единицы массы на физическом объекте — сияющем платиново-иридиевом цилиндре, хранящемся в запертом хранилище в недрах Международного бюро мер и весов (BIPM) в Севре. Франция.

Килограмм был равен весу этого стареющего куска металла, а этот цилиндр по определению весил ровно килограмм. Если цилиндр хоть немного изменился, то изменилась и вся глобальная система измерения.

Пятничным голосованием ученые изменили определение килограмма для 21 века, связав его с фундаментальной особенностью Вселенной — маленькой странной фигурой из квантовой физики, известной как постоянная Планка, которая описывает наименьшую возможную единицу энергии.

Благодаря открытию Альберта Эйнштейна, что энергия и масса взаимосвязаны, точное определение количества энергии в этой единице может позволить ученым определять массу в терминах постоянной Планка — значения, которое должно сохраняться в пространстве и времени — скорее, чем полагаться на непостоянный металлический цилиндр.(Масса определяет вес чего-либо, и для большинства целей масса и вес взаимозаменяемы.)

Новое определение является результатом многолетних всемирных поисков достаточно точного измерения постоянной Планка, чтобы это число выдержало научную проверку.

Хотя новый килограмм не повлияет на весы для вашей ванной комнаты, он найдет практическое применение в исследованиях и отраслях, которые зависят от тщательного измерения.

Пятничное голосование — в основном формальность; все участники знали, что решение будет принято.Но для Джона Пратта, одного из лидеров этих глобальных усилий, мероприятие — это больше, чем символика, больше, чем бизнес, и даже не физика.

В эту эпоху насилия и язвительности, когда кажется, что так мало, с чем люди могут согласиться, сказал Пратт, новое определение представляет собой нечто возвышенное.

Это признание неизменной истины — у природы есть законы, которым все мы подчиняемся. И это еще один шаг к высокой мечте — что, понимая законы природы, ученые могут помочь построить лучший мир.

Ученый робко ухмыльнулся. «Это эмоциональный момент», — сказал он. «Я просто очень горжусь нашим видом».

Стандарт полкилограмма в NIST по сравнению с балансом ватт в NIST (Salwan Georges / The Washington Post)

Оставив позади «Le Grand K»

В Национальном институте стандартов и технологий (NIST) в Гейтерсбурге, штат Мэриленд. Там, где работает Пратт, измерения часто называют «невидимой инфраструктурой» современного мира. Все, что делает человек — будь то проверка часов, прогноз погоды, приготовление еды, постройка ракеты, подписание контракта, ведение войны — требует каких-то измерений.

Международная система единиц или СИ — это то, что позволяет нам передавать результаты измерений по всему миру. Эта система, зародившаяся в бурные дни Просвещения, должна была положить конец спорам по поводу количества испанской вары в британском фарлонге и облегчить беспокойство торговца, покупавшего товары в Нидерландах, где единица веса был основан на количестве рыбы, которое могло поместиться в трюме корабля, и продавался во Франции, где вес был привязан к весу зерна пшеницы.

Девиз одного из создателей системы «на все времена и для всех» — одна из любимых фраз Пратта.

«Это такой оптимистичный взгляд», — сказал Пратт. «Он просто вообразил, что это дело науки … будет великой силой для свободы и великой силой для продвижения мира вперед».

В 1875 году подписание Метрического договора сделало систему официальной. Два прототипа из платины и иридия — стержень метровой длины и цилиндр массой килограмм — были откованы, чтобы служить стандартными единицами для всего мира.BIPM распространил копии каждого прототипа среди подписавших его стран; Американский национальный килограмм столетней давности все еще находится в стеклянном шкафу в запертой комнате в коридоре от лаборатории Пратта.

По мере развития науки и коммерции система СИ расширилась за счет включения единиц для других видов измерений, а определения были пересмотрены, чтобы обеспечить все большую и большую точность. От прототипа измерителя отказались в пользу расстояния, которое свет проходит в вакууме за одну 299 792 458 долей секунды. Продолжительность секунды была привязана к циклам излучения элемента цезия.

Эти значения — скорость света, поведение атомов, природа электромагнетизма — являются фундаментальными характеристиками природы, которые не меняются независимо от того, находится ли наблюдатель на Земле или на Марсе, будь то 1875 или 2018 год.

Но килограммовый прототип, известный как Le Grand K, был создан людьми и на него распространяются все наши ограничения.

Он недоступен — сейф, содержащий баллон, могут открыть только три хранителя с тремя отдельными ключами, событие, которое произошло менее десятка раз за 139-летнюю историю объекта.

И это противоречиво — когда Le Grand K исследовали в 1980-х, он весил на несколько микрограммов меньше, чем предполагалось.

Это означало, что всем, кто производил продукцию на основе стандартов, приходилось перевыпускать свои веса. Производители пришли в ярость. Вызвали законодателей. Метрологов, занимающихся измерениями, обвиняли в некомпетентности.

Итак, на встрече в МБМВ в 2014 г. метрологическое сообщество решило пересмотреть определение килограмма. Но значение постоянной Планка все еще оставалось неопределенным, и ученые не могли переопределить килограмм без него.

«В погоне за совершенством»

Прошло более 100 лет с тех пор, как квантовый физик Макс Планк открыл, что энергия выражается в дискретных единицах, то есть «квантована». Но его постоянную — цифру, которая описывает размер этих энергетических пакетов — было трудно определить.

Есть только две экспериментальные установки, которые позволяют ученым вычислить это число, и обе требуют редких и дорогих инструментов.

Один из способов заключается в подсчете всех атомов в идеально круглой кремниевой сфере.

Во втором варианте используются исключительно точные весы, известные как ваттные весы, которые измеряют массу объекта, вычисляя силу, необходимую для его поднятия.

Джон Пратт с прибором балансировки ватт в NIST. (Salwan Georges / The Washington Post)

Это необычная шкала; паре британских ученых потребовалось несколько десятилетий, чтобы изобрести и усовершенствовать прибор, и в мире только двое достаточно мощных, чтобы соответствовать высоким стандартам точности BIPM.

Один находится в Канаде. Другой сидит в лаборатории Пратта в подвале NIST.

«Это действительно прекрасный инструмент», — сказал Пратт во время посещения на этой неделе стального помещения, где хранятся весы. «Мне нравится просто приходить сюда и смотреть на это».

Огромная металлическая машина, на создание которой ушло пять лет, такая же высокая, как профессиональный баскетболист, и блестящая, как дискотечный шар, с опорой из карбида вольфрама, на которой крепятся шарниры баланса, и магнитом весом в одну тонну, который помогает генерировать силу. .Во время экспериментов все весы помещаются в вакуумную камеру.

Все, кто работает с прибором, должны носить сетку для волос, лабораторный халат и пинетки. Пратт и его коллеги измеряют все факторы, которые могут повлиять на их результат, от температуры в комнате до силы земного притяжения.

«С точки зрения физики мы действительно стремимся к совершенству», — сказал Пратт. «Нам действительно нужно, чтобы вещи вели себя так же, как их идеализированные версии».

Разрешение 2014 г. требовало, чтобы хотя бы один прибор должен был рассчитывать постоянную Планка с погрешностью всего 20 частей на миллиард — или в пределах 0.000002 процента от того, что считается правильным числом.

30 июня 2017 года, за день до крайнего срока подачи значения в комитет по весам и измерениям BIPM, Пратт и его команда наконец опубликовали результат, соответствующий этому стандарту.

Постоянная Планка равна 6,626069934 x 10 ^-34 кг ∙ .м ² / с, сказали они. А их неопределенность составляла всего 13 частей на миллиард.

Это число может быть трудно понять случайному наблюдателю. Но Пратту, измеряющему его, на мгновение показалось, что поднялась некая космическая завеса, открывшая сокровенное устройство Вселенной.

Здесь, в гулком подвале малоизвестного федерального агентства, он и его команда прикованных к волосам ботаников подошли к единому стандарту совершенства так близко, как и любой человек.

Они превзошли свои человеческие предубеждения и земные недостатки, чтобы сделать наблюдение настолько точным, что оно будет работать «во все времена и для всех людей» — или, по крайней мере, до того дня, когда ученые смогут отодвинуть еще одну складку занавеса, устраняя еще одну степень неуверенности в этом фундаментальном физическом факте.

Пратт и его коллеги — не единственные ученые, которые провели большую часть последнего десятилетия в поисках постоянной Планка.

Исследователи, использующие ваттные весы в Канаде, достигли измерения с еще меньшей погрешностью, чем у NIST. Группы из Германии и Японии произвели аналогичные точные измерения, используя технику кремниевых сфер.

Но не все измерения совпали. В метрологическом сообществе, где карьера может быть сделана на придирки по поводу десятичных знаков, это несоответствие могло быть катастрофическим.

«Было много болтовни и болтовни, и в какой-то момент возникли вопросы о том, состоится ли вообще [голосование]», — сказал Пратт.

Но и эта дискуссия была важной частью процесса. Только через многократные наблюдения, опровержения и подтверждения идея становится общепризнанным фактом. Это то, что делает науку больше, чем ученые; это то, как мы устанавливаем, что что-то правда.

Тем не менее, Пратт не дождался окончания дебатов, чтобы получить значение NIST для постоянной Планка, вытатуированной на его предплечье — 10-значное число и изображение статуи, сжимающей метровую планку и килограммовый цилиндр.

А над ним на французском языке были слова, которыми метрологи руководствовались с самого начала: A tous les temps, a tous les peuples.

На все времена, для всех.

2018 © The Washington Post

Эта статья была первоначально опубликована The Washington Post .

Килограмм | Единицы измерения Wiki

Международный прототип, изготовленный из платино-иридия, который хранится в BIPM в условиях, определенных 1-м CGPM в 1889 году.

килограмм или килограмм , (обозначение: кг ) — это основная единица массы в системе СИ. Он определяется как масса международного прототипа килограмма.

Это единственная базовая единица СИ, в которой используется префикс [1], и единственная единица СИ, которая все еще определяется в отношении артефакта, а не фундаментального физического свойства.

Килограмм эквивалентен 2,205 аверирдупуа фунта в обычной системе Соединенных Штатов, которая до сих пор используется в Соединенных Штатах, хотя использование официально не рекомендуется, и метрическая система является предпочтительной системой использования.

Определение []

Килограмм был . Первоначально определялся как масса одного литра чистой воды при температуре 3,98 градусов Цельсия и стандартном атмосферном давлении. Это определение было трудно реализовать точно, отчасти потому, что плотность воды очень слабо зависит от давления, а единицы давления включают массу как фактор, вводя круговую зависимость в определение килограмма.

Чтобы избежать этих проблем, килограмм был переопределен как , а именно — масса определенной стандартной массы, созданная для приближения к исходному определению.С 1889 года в системе СИ единица измерения определяется как масса международного прототипа килограмма , который изготовлен из сплава платины и иридия высотой и диаметром 39 мм и хранится в Международном бюро дезинфекции. Poids et Mesures (Международное бюро мер и весов). Подробнее см. Историю на [[2]]

Грамм []

грамм или грамм — это термин, к которому применяются префиксы SI.

Грамм был базовой единицей старой системы измерения CGS, которая больше не получила широкого распространения.

Предлагаемые будущие определения []

Продолжаются попытки ввести новое определение килограмма посредством фундаментальных или атомных констант. В настоящее время прорабатываются следующие предложения:

Подходы для подсчета атомов []

• Подход Авогадро пытается определить килограмм как фиксированное количество атомов кремния. На практике будет использоваться сфера, размер которой будет измеряться с помощью интерферометрии.
• Метод накопления ионов включает накопление атомов золота и измерение электрического тока, необходимого для их нейтрализации.

Фундаментально-постоянные подходы []

• килограмм — основная единица массы, равная 1 097 769 238 499 215 084 016 780 676 223 m _e единиц массы электрона.

где m _e = 9,109382616 x10 -³¹Kg

• Баланс Ватта [[3]] использует текущий баланс, который ранее использовался для определения ампера, чтобы связать килограмм со значением постоянной Планка [[4]], на основе определений вольта и ома.Подобно тому, как измеритель был переопределен, чтобы фиксировать скорость света до точного значения, это привело бы к фиксации постоянной Планка на точном значении. Возможное определение:

Килограмм — это масса тела в состоянии покоя, эквивалентная энергия которого соответствует частоте точно [(299792458) ² /6626069311] × 10 ⁴³ Гц.

• Подход с левитирующим сверхпроводником связывает килограмм с электрическими величинами путем левитации сверхпроводящего тела в магнитном поле, создаваемом сверхпроводящей катушкой, и измерения электрического тока, необходимого в катушке.
• Так как значения констант Джозефсона (CIPM (1988), Рекомендация 1, PV 56; 19) и [[константа фон Клитцинга [[5]] (CIPM (1988), Рекомендация 2, PV 56; 20) были даны обычным образом. значений, можно объединить эти значения (K _J ≡ 4,835 979 × 10 ¹⁴ Гц / В и R _K ≡ 2,581 280 7 × 10 ⁴ Ω) с определением силы тока для определения килограмм следующим образом:

Килограмм — это масса, которая будет ускорена точно с точностью 2 × 10 ⁻⁷ м / с², если подвергнуться действию силы, рассчитанной на метр, между двумя прямыми параллельными проводниками бесконечной длины с пренебрежимо малым круговым поперечным сечением. секция, расположенная на расстоянии 1 метра в вакууме, через которую протекает постоянный ток силой ровно 6.241 509 629 152 65 × 10 ¹⁸ элементарных заряда в секунду.

Тяга с грузом []

Когда вес объекта выражается в килограммах, то его свойство почти всегда является массой. Иногда сила тяжести на объекте выражается в «килограммах», но используемая единица измерения не является истинным килограммом: это устаревшая килограмм-сила (кгс), также известная как килопонд (кп). На объект массой 1 кг на поверхности Земли будет действовать сила тяжести примерно 9.80665 ньютонов (единица силы в системе СИ). Обратите внимание, что коэффициент 980,665 см / с² (согласно определению CGPM, когда в качестве основных систем использовались системы cgs) является только согласованным условным значением (3-й CGPM (1901), CR 70), целью которого является определение силы в граммах. . Местное ускорение свободного падения g изменяется в зависимости от широты, высоты и местоположения на Земле, поэтому до того, как это условное значение было согласовано, грамм-сила была лишь плохо определенной единицей. (См. Также гы, стандартная мера ускорения свободного падения.)

Примеры []

• Аттограмма: группа исследователей из Корнельского университета создала детектор с использованием кантилеверов NEMS с субаттограммной чувствительностью.
• Йоктограмма: может использоваться для определения масс нуклонов, атомов и молекул. Он немного велик для легких частиц, но yocto- — последний официальный префикс в последовательности.
  • Коэффициент близок к обратной величине числа Авогадро: 1 единица атомной массы = 1,66054 мкг
  • Хотя единая атомная единица массы часто удобна в качестве единицы измерения, иногда может потребоваться использовать йоктограммы, чтобы легко соотноситься с другими значениями системы СИ.
  • Масса свободного электрона: 0,00091 yg
  • Масса свободного протона: 1,6726 мкг
  • Масса свободного нейтрона: 1.6749 yg

SI кратные []

Несколько	Имя	Символ		Несколько	Имя	Символ
10 0	грамм	г
10 1	декаграмма	даг		10 –1	дециграмм	дг
10 2	гектограмм	рт.		10 –2	сантиграмм	см
10 3	килограмм	кг		10 –3	миллиграмм	мг
10 6	мегаграмм (или тонна)	мг		10 –6	мкг	мкг или (неофициально) мкг *
10 9	гигаграмм	Гг		10 –9	нанограмм	нг
10 12	тераграмма	тг		10 –12	пикограмм	стр.
10 15	петаграмма	стр.		10 –15	фемтограмма	фг
10 18	экзаграмма	например		10 –18	аттограмма	ag
10 21	зеттаграмма	Zg		10 –21	зептограмма	зг
10 24	йоттаграмма	Yg		10 –24	йоктограмма	г. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт