Килограм

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Килограм
CGKilogram.jpg

Създадено с компютър изображение на прототипа за килограм, който е показан в близост до линийка за визуализация на размера. Еталонът е изработен от сплав на платина и иридий и се пази в Севр, Франция, в специално помещение.
Основни характеристики
Стандарт основна SI единица
Физична величина маса
Символ kg
Изразена в Природни единици:
4,59467(23)×107 маси на Планк

Енергия:
1,356392733(68)×1050Hz
89 875 517 873 681 764 J

Американска система единици:
2,204622622 паунда

Килограм е една от седемте основни единици в SI и се използва за физичната величина маса. Символът, с който се означава, е kg, но в популярни издания в България се използва и кг, със знаци от кирилицата, под влияние на руските означения на мерните единици. Наименованията на кратните и дробните единици на един килограм се образуват с прибавяне на представки към единицата грам (например милиграм, декаграм). Масата на 1 L дестилирана вода при температура 4 °C е приблизително равна на един килограм. Това е първоначалната му дефиниция. Актуалната дефиниция съгласно стандарта ISO 80000-4 е:

Килограм е единицата за маса; тя е равна на масата на международния прототип на килограма.

Този прототип (или еталон) представлява цилиндър с височина и с диаметър равни на 39,17 mm, изработен от сплав на 90 % платина и 10 % иридий и се пази в Международното бюро за мерки и теглилки в Севр, Франция. Килограмът остава единствената мерна единица, която се определя с предмет, всички останали се определят чрез фундаментални физични закони или свойства.

Във всекидневието много често думите маса и тегло се използват за едно и също нещо, което е грешка. Масата е скаларна величина и се измерва в kg, докато теглото е векторна величина, представлява гравитационната сила и се измерва в N или килограм-сила. В американската система за мерни единици един килограм е равен на 2,2046 паунда и съответно един паунд е равен на 0,45359237 kg.

По исторически причини названието килограм вече съдържа представката „кило“ затова кратните единици се образуват с представка пред грам, 1 g = 10−3 kg. Вместо мегаграм (1000 kg) се използва понятието тон, вместо гигаграм се използва килотон и вместо тераграм се използва мегатон.

История[редактиране | edit source]

На 7 април 1795 година във Франция е дефиниран грамът като “абсолютното тегло на обема на вода, равен на куб със страна една стотна част от метъра при температурата на топене на леда.”[1] Идеята за използване на специфичния обем на водата за определяне на масата най-напред е лансирана от английския философ Джон Уилкинс през 1668 година.[2][3]

Тъй като търговията и размяната обикновено предполага предмети с много по-голяма маса от един грам, и тъй като еталонът с водата е нестабилен и неудобен, се наложило по-практично решение на еталон. По тази причина през 1799 година е изработено монолитно метално тяло от платина, 1000 пъти по-тежко и масивно от грама. То е наречено килограм (Kilogramme des Archives). Този еталон остава валиден за следващите 90 години.

По същото време са направени опити за определяне на масата на един кубичен дециметър (литър) вода. Дефиницията за литър се дава по следния начин: „Литърът е мерна единица за течности и твърди вещества, за който изместването би било това на куб с размер на страната една десета от метъра.“ Първоначалното определение предполага вода при 0 °C, но по-късно, през 1799 година дефиницията е преразгледана и температурата е определена като 4 °C (когато водата достига максималната си плътност). Съвременните измервания с голяма точност дават стойност от 3,984 °C.[4] Учените от XVIII век заключават, че един кубичен дециметър вода при максимална плътност е равен на 99,9265% от масата на килограма, избран за стандарт 4 години по-рано.[5]

Интернационален еталон на килограма[редактиране | edit source]

Конвенцията за метъра е подписана на 20 май 1875 г. и въвежда международната система единици (SI), която от 1889 г. определя размера на килограма като равен на масата на интернационалния прототип на килограма, често наричан в професионалния свят на метрологията "ИПК". ИПК е направен от сплав на платината, която е 90% платина и 10% иридий (от масата) и е изработен като прав кръгов цилиндър с височина 39,17 mm (равна на диаметъра), за да се сведе площта до минимум[6]. Добавянето на 10% иридий подобрява изцяло платинения „килограм от Архивите“, като значително увеличава твърдостта, но същевременно запазва много от качествата на платината - изключителна устойчивост към окисление, изключително висока плътност, задоволителна електрическа и топлинна проводимост и ниска магнитна възприемчивост. ИПК и негови шест копия се съхраняват в Международното бюро по мерки и теглилки (на френски език: Bureau International des Poids et Mesures, BIPM) в подходяща среда на сигурно място в сейф в подземието на BIPM в Севр, в покрайнините на Париж. Три независимо управлявани ключове са необходими за отваряне на трезора и сейфа. Официални копия на ИПК са предоставени на други нации, за да служат като техни национални еталони. Те се сравняват с оригиналния ИПК приблизително на всеки 50 години. Еталонът се пази под три херметично затворени похлупака. От 1889 до 2007 г. той е загубил само 50 микрограма от масата си в сравнение със средното тегло на няколкото десетки негови копия.

ИПК е един от трите метални цилиндъра, изработени през 1879 г. През 1883 г. се установява, че той практически не се отличава от масата на „килограма от Архивите“, направен осемдесет и четири години преди това, и е официално ратифициран като килограм от първата Обща конференция по мерките и теглилките през 1889 г.[6]

Съвременните измервания на Виенския стандарт на средната океанска вода, която е чиста дестилирана вода с изотопни представители, взети като средна стойност на състава на океаните в света, показват, че той е с плътност 0,999975 ±0,000001 kg/L в точката си на максимална плътност (3,984 °C) при стандартно атмосферно налягане(760 mmHg)[7]. Така, един кубичен дециметър вода при точката си на максимална плътност е само с 25 милионни части по-малка маса от ИПК. Тази малка разлика, както и фактът, че масата на ИПК е неразличима от масата на „килограма от Архивите“, говори за уменията на учените от преди 212 години, когато те правят измерванията и изработват „килограма от Архивите“.

Еталонът на бъдещето[редактиране | edit source]

Днес килограмът е единствената от седемте основни единици за измерване в SI, чиито еталон е направен от човек предмет, а не подчинен на фундаментални физични свойства, дефиниции или закони. Очаква се да се въведе определение за килограм на базата на връзката между масата и константата на Планк - една от основните константи в квантовата механика. Засега не е ясно кога точно ще стане това, но според учените и официалните представители на BIPM металният иридиево-платинен цилиндър скоро ще остане в историята.[8]

Единици за маса[редактиране | edit source]

Кратни единици за маса
Стойност Символ Име Стойност Символ Име

10-1 g
10-2 g
10-3 g
10-6 g
10-9 g
10-12 g
10-15 g
10-18 g
10-21 g
10-24 g

dg
cg
mg
µg
ng
pg
fg
ag
zg
yg

дециграм
сантиграм
милиграм
микрограм
нанограм
пикограм
фемтограм
атограм
септограм
йоктограм

101 g
102 g
103 g
106 g
109 g
1012 g
1015 g
1018 g
1021 g
1024 g

dag
hg
kg
Mg
Gg
Tg
Pg
Eg
Zg
Yg

декаграм
хектограм
килограм
мегаграм (тон)
гигаграм
тераграм
петаграм
ексаграм
сетаграм
йотаграм

Източници[редактиране | edit source]

  1. Decree on weights and measures. // 7 April 1795. 'Gramme, le poids absolu d'un volume d'eau pure égal au cube de la centième partie du mètre , et à la température de la glace fondante.
  2. An Essay towards a Real Character and a Philosophical Language (Reproduction)
  3. An Essay towards a Real Character and a Philosophical Language (Transcription)
  4. L'histoire du mètre, la détermination de l'unité de poids. //
  5. Ronald Edward Zupko. Revolution in Measurement: Western European Weights and Measures Since the Age of Science. DIANE Publishing, 1990.
  6. а б New Techniques in the Manufacture of Platinum-Iridium Mass Standards, T. J. Quinn, Platinum Metals Rev., 1986, 30, (2), pp. 74–79
  7. Isotopic composition and temperature per London South Bank University’s “List of physicochemical data concerning water”, density and uncertainty per NIST Standard Reference Database Number 69 (retrieved 5 April 2010)
  8. Търсят нематериална замяна на международния стандарт за килограм