Килограми - хемиско училиште
килограм
| стандард | SI единица |
| Име на единица | килограм |
| Симбол на единица | $ \ матрм $ |
| Опишана големина (и) | Димензии |
| Симбол (и) на големина | $ m $ |
| Име на димензија | Димензии |
| Димензија симбол | $ \ mathsf $ |
| Во единиците на ЦГС | 1 кг = 10 3 гр |
| Во единиците на Планк | 1 кг = 4,7 · 10 7 |
| Именувана по | Грчки. χίλιοι, чилиои (Илјада) и γράμμα, граматика (Писмо) |
| Исто така види: Тон (единица) | |
На килограм е основната единица на масата во Меѓународниот систем на единици (СИ). Неговата маса е одредена од онаа на Меѓународен прототип на килограм (исто така Оригинален килограм), цилиндар од платина-иридиум што го чува Меѓународното биро за тегови и мерки. Симболот на единицата за килограм е кг.
Името на единицата за килограм се разликува од системот на Меѓународниот систем на единици по тоа што започнува со префикс SI (килограм); Затоа децималните делови и множителите на килограмот не смеат да се формираат од килограмот со префикси или префикси, наместо тоа, тие се изведени од грам. [1] Од модернизацијата на дефиницијата на мерачот во 1960 година, килограмот е единствената база единица SI што сè уште е дефинирана од компаративен предмет (прототип).
Прототипови и нормални килограми
Од 1889 година - во метрологијата кастрирање - Прототип за меѓународен килограм референтен стандард за единицата за мерење килограми. Се чува во сеф во Меѓународното биро за мерила и тежина (BIPM) во Севр, близу Париз. Станува збор за цилиндар висок 39 милиметри и дијаметар 39 милиметри, направен од легура од 90% платина и 10% иридиум. Материјалот е во голема мера хемиски инертен. Неговата висока густина, како и изборот на геометрија, ги минимизира ефектите на површинските ефекти. Содржината на иридиум доведува до значително поголема цврстина (175HV) во споредба со релативно меката чиста платина, што ја подобрува обработливоста за време на производството и особено ја намалува абразијата при манипулација.
Во прилог на меѓународниот прототип килограм, Меѓународното биро за тегови и мерки (BIPM) има и други референтни и работни стандарди (→ Нормално), кои се копии на меѓународниот прототип килограм и се поврзани со него (врска = калибрација на повисок стандард Со цел). Референтните стандарди се користат за контрола (на пр. Лебдат), додека работните стандарди се користат за поврзување на националните прототипови за килограми, кои се исто така копии на меѓународниот прототип за килограми. Сите копии се нарекуваат прототипови килограми и се калибрираат до 1 милиграм ±. Поврзаноста на референтните и работните стандарди направени со компаратори на маса има релативна неизвесност на мерењето од 3 · 10 − 9, национален прототип за килограми од 5 · 10 − 9. До 2003 година беа произведени прототипови од 84 килограми.
Споредбите на националниот со меѓународниот прототип на BIPM, т.н. преиспитувања, се одвиваат приближно на секои 50 години, претходно во 1939/46–1953 и неодамна во 1988–1992 година. Како и во споредбата со референтните стандарди, откриено е дека оригиналниот килограм станал за 50 микрограми полесен од копиите за 100 години. [3] Засега причината е непозната. Исклучена е можноста материјалот да се отстрани од оригиналниот килограм за време на чистењето. Друго објаснување е дека водородот, на пример, избегал од легурата платина-иридиум. [4]
Потекло и историја
Во 1889 година, со соодветната формална резолуција на 1. Генерална конференција за тегови и мерки, дефиницијата на килограм од масата на килограми дефинитив до онаа на Меѓународен прототип на килограм завршено. Како дел од инспекциите извршени во 1939 година, се покажа дека тоа значеше значителна разлика на долг рок: Во споредба со меѓународниот прототип за килограми, оној направен од фалсификуван платинест сунѓер изгубил Килограми на архивата 430 микрограми од нејзината маса за 58 години. Од 40-те килограми прототипи, копирани, 29 првично беа дадени со томбола на државите од Конвенцијата и другите заинтересирани страни, особено научните друштва, по цена на чинење, еден се чуваше покрај КИ како референтна копија со меѓународниот прототип, а двајца беа доделени на BIPM како работни копии. Резервната залиха беше намалена од државите што пристапуваа, а во 1925 година бројот на референтни копии беше зголемен на четири.
Планирана редефиниција
Во моментов низ целиот свет се работи на редефинирање на килограмот на таков начин што може да се добие од основната константа во физиката. Заради отстапувањето споменато погоре, овој проект стана особено итен. За да се постигне подобрување во однос на моменталната состојба, мора да се развие метод за одредување на маса со точност од редот од 10 −8. Треба да се постигне резултат до 2010 година за да може да се донесе нова дефиниција на следната редовна генерална конференција за мерки и пондери во 2011 година. Два пристапи се привремено напуштени со оглед на крајниот рок, уште два, проектот Авогадро и билансот на Ват, сè уште сериозно се следат. Проектот Авогадро првично ја пропушти потребната точност во 2010 година, но неговото достигнување се смета за сигурно доколку проектот се продолжи понатаму. До крајот на јануари 2011 година, не беа познати резултати за билансот на Ват. На конференцијата беше одлучено единиците килограм, ампер, келвин и крт да се извлечат од физички константи. Одлука за точната постапка и времето за нејзино спроведување се очекува на следната генерална конференција во 2014 година. [8] [9]
Проект Авогадро
Определување на константа на Авогадро $ N_A $ од маса $ m $ и волумен $ V $ од тело кое се состои од материјал со позната густина на честички $ n $ и моларна маса $ M $:
Ако најголемиот фактор на несигурност во ова е веродостојноста на килограмот, обратното би било можно: еден килограм би можел да се дефинира попрецизно отколку порано со тоа што ќе се дефинира како маса на одреден број атоми на одредена изотопска мешавина.
Доволно прецизно одредување на густината на честичките $ n $ е можно само со употреба на ласерски интерферометар на Х-зраци и потребен е монокристален материјал. Поради барањата за точност на параметрите на материјалот, во моментов може да се користи практично само хемиски ултра-чист, изотопски чист силикон-28. Во случај на природен силициум, што е мешавина од три изотопи, релативно слабата одредливост на средната моларна маса ја ограничува целокупната точност. Точното одредување на јачината на звукот бара производство на многу прецизна топка од материјалот. Покрај тоа, мора да се земат предвид густината на празнините, концентрациите на нечистотија, дебелината и составот на слојот од силициум диоксид на површината и другите.
Волуменот $ V $, вклучувајќи ги и отстапувањата од сферичната форма, е измерен со интерферометри со различна геометрија на зрак кај NMIJ и NMI-A, како и кај PTB, каде што се користеше ново развиен сферичен интерферометар базиран на Fizeau интерферометар со несигурности под еден нанометар. [13]
Дебелината и составот на површинскиот слој, кој во суштина се состои од силициум диоксид, беа испитани со употреба на електрони, Х-зраци и синхротронско зрачење за да се утврди вкупната густина. Меѓу другото, беше утврдено неочекувано високо ниво на метална контаминација на сферичните површини со силициди на бакар и никел за време на процесот на полирање и беше проценето неговото влијание врз резултатите на волуменот и масата на сферата, што исто така доведе до поголема неизвесност во мерењето отколку што се очекуваше. Поголемиот дел од намалувањето на релативната целосна неизвесност на мерењето беше постигнато преку развој на нова масена спектрометриска метода за одредување на средната моларна маса $ M $ на силициум. [14]
Во 2010 година, константа на Авогадро се зголеми со вкупна неизвесност во мерењето од 3 · 10 −8 N/A = 6.02214078 (18) · 10 23 мол −1 новоопределени. [15] Оваа точност ја надминува досега постигнатата, но неизвесноста е сè уште 1,5 пати поголема од 2 · 10 −8 што ја бара Советодавниот комитет за маса за нова дефиниција на килограмот. Сепак, се очекува дека со понатамошни подобрувања во интерферометријата на топката и процесот на мелење, што доведе до метална контаминација на површинскиот слој, потребната точност може да се постигне во догледно време. [16]
Ват рамнотежа
Одредете ја масата на тест примерок со рамнотежа на ват. [17] Прво, се мери струјата во серпентина, што е потребно за да се задржи примерокот да лебди. Второ, се мери напон што предизвикува постојано движење на серпентина во ова магнетно поле. Двата резултати од мерењето се множат, што формално резултира со електрична енергија со единицата вати. Покрај тоа, мора да се знае брзината на подвижната калем и гравитационото забрзување на локацијата на скалите. Оваа постапка, како основа за редефинирање на килограмот, исто така, ќе ја одреди вредноста на квантумот на акција $ h $.
Националниот истражувачки совет на Канада (кој ја презеде работата од Британската национална физичка лабораторија [18]), Националниот институт за стандарди и технологија на САД и Федералната канцеларија за метрологија на Швајцарија работат на методот на ватирање на вати.
Акумулација на јони
Генерирање на мерлива маса со помош на јонски зрак (електрично наелектризирани атоми) и собирање на јони. Со мерење на електричната струја на јонскиот зрак и времето, масата на атомот може да се пресмета во единица килограм. Физикалих-техники Бундесансталт спроведуваше експерименти со злато од 1991 година, се префрли на бизмут во 2004 година и ги прекина експериментите во 2008 година, бидејќи се покажа невозможно да се добијат конкурентни резултати со овој метод се додека не се донесе одлука за редефинирање. [19]
Експеримент со магнетна левитација
Магнет е направен да плови во нехомогено магнетно поле. Неговата маса може да се пресмета од положбата на магнетот во ова поле. Овој пристап првично беше следен од Јапонската национална истражувачка лабораторија за метрологија во тоа време, но оттогаш беше напуштен поради недостаток на достижна точност. Јапонија е исто така вклучена во проектот „Авогадро“.
литература
Ричард Дејвис: Единицата за маса на SI. In: Metrologia 40 (2003), No. 6 (special edition: mass), стр. 299-305 - дои: 10.1088/0026-1394/40/6/001