• Килогра́мм (русское обозначение: кг; международное: kg) - единица измерения массы, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ). Кроме того, является единицей массы и относится к числу основных единиц в системах МКС, МКСА, МКСК, МКСГ, МКСЛ, МКГСС.

  Действующее определение килограмма принято III Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1901 году и формулируется так:

  Международный прототип (эталон) килограмма, хранится в Международном бюро мер и весов (расположено в Севре близ Парижа) и представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм из платино-иридиевого сплава (90 % платины, 10 % иридия).

  Первоначально было введено понятие не килограмма, а грамма, который был определён в 1795 году как вес одного кубического сантиметра чистой воды при температуре таяния льда, из чего следовало, что килограмм эквивалентен массе одного кубического дециметра (литра) воды.

  Килограмм является единственной из основных единиц системы СИ, которая используется с приставкой («кило», обозначение «к»). Также является единственной из оставшихся к настоящему времени единиц СИ, которые определены на основе объекта, изготовленного человеком, а не на основе физических свойств, что могут быть воспроизведены в разных лабораториях. Четыре из семи базовых единиц в системе СИ определены с учётом килограмма, поэтому постоянство его величины очень важно.

  Современный международный эталон килограмма был выпущен Генеральной конференцией по мерам и весам в 1889 году на основе Метрической конвенции (1875) и под надзор Международного бюро мер и весов (МБМВ), которое хранит его от лица ГКМВ. После того как было обнаружено, что международный эталон килограмма с течением времени даёт отличия в массе, Международный комитет мер и весов (МКМВ) в 2005 году рекомендовал переопределить килограмм с помощью фундаментальных физических свойств. В 2011 году XXIV ГКМВ пришла к соглашению, что килограмм должен быть переопределён на основе постоянной Планка, но отложила окончательное решение до следующей конференции в 2014 году. XXV ГКМВ, состоявшаяся в 2014 году, приняла решение продолжить работу по подготовке новой ревизии СИ, включающей переопределение килограмма, и предварительно наметила закончить эту работу к 2018 году с тем, чтобы заменить существующую СИ обновлённым вариантом на XXVI ГКМВ.

  Международный эталон килограмма практически не подвергается какому-либо перемещению или использованию. Его копии хранятся в национальных метрологических учреждениях по всему миру. В 1889, 1948, 1989 и 2014 годах проводились верификации копий с эталоном с целью обеспечить единство измерений массы относительно эталона.

Килограмма , хранящегося в (расположено в г. Севр близ Парижа) и представляющего 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 .

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 ».

Эталон был изготовлен в 1889 г . и с тех пор 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. Копии международного эталона хранятся также и в Российской Федерации, 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 3х10 -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.

Для устранения этих неточностей в настоящее время рассматриваются различные варианты переопределения килограмма на основе фундаментальных физических законов. Также с 2003 года международная группа исследователей из 8 стран, в том числе из

Метрическая система мер(СИ)

1*10 9 микрограмм
1000000 миллиграмм
100000 центиграмм
1000 грамм
0.01 центнер
0.001 тонна
1*10 -6 килотонна

Британская(Английская) аптечная система мер

257.206 драхма
32.15075 тройская унция
2.679229 тройский фунт

Американская(США) система мер

564.3834 драхма
35.27396 унция
2.204623 фунт
0.157473 стоун

Старорусская система мер

234.4253 золотник
2.441931 фунт
0.06104827 пуд
0.006104827 берковец

Подробнее о килограмме

Килограмм (в русском обозначении: кг; в международном: kg)- это единица меры массы. Она является одной из нескольких(семи) главных единиц измерения, входящих в международную систему мер.

В 1901 году настоящее понятие килограмма изложено 3 Генеральной конференцией по мерам и весам так: килограмм- это единица массы, которая равняется массе международного образца килограмма. Самый главный образец (эталон) килограмма располагается в международном бюро мер и весов, находящимся в городе Севр рядом с Парижом. Это цилиндр с высотой и диаметром порядка 39.17 миллиметров из платино-иридиевого сплава. В нем 10% иридия и 90% платины.

Сначала килограмм определялся так- это масса одного литра (кубического дециметра) абсолютно чистой воды в атмосферном давлении на уровне моря и при её температуре 4 °C. По стечению исторических обстоятельств термин "килограмм" включает уже в себя десятичную приставку "кило", из-за этого кратные и дольные единицы создают, соединяя обозначения единицы измерения "грамм" или стандартные предлоги СИ к названию. Она в международной системе мер является дольной: 1 грамм = 10 -3 кг.

Дубликат образца 1 кг, находится в Соединенных Штатах Америки(США).

В текущий момент времени килограмм- это уникальная единица международной системы мер, определенная с помощью предмета, сделанного человечеством- платиново-иридиевого образца. При помощи основных (фундаментальных) физических законов и свойств все другие единицы измерения сейчас определяются. Мера "килограмм" был установлен как масса 1 кубического дециметра воды при 4°C, когда в 18 веке появилась метрическая система мер. При этой температуре у воды наибольшая плотность.В 1799 году сделали платиновую гирю, использовавшуюся как образец килограмма, но масса его на 0,028 грамм была больше массы 1 кубического дециметра воды.В 1889 году был изготовлен сегодняшний образец- цилиндр диаметром и высотой 39 миллиметров из платиново-иридиевого сплава.

После тех времен он находится под тремя герметичными колпаками в международном бюро мер и весов. Как национальные образцы килограмма используются специально изготовленые точные официальные копии международного образца. В общем более 80 дубликатов было создано. Два дубликата международного образца переданы России, хранятся они во ВНИИ метрологии имени Менделеева. Где-то раз в десять лет все национальные дубликаты сравниваются с международным. Сравнения указывают, что точность национальных образцов составляет примерно 2 микрограмма. Нет никаких причин полагать, что международный эталон точнее, так как они находятся в таких же условиях. По разнообразным поводам международный образец теряет за 100 лет 3·10 -8 своей массы. В тоже время, исходя из понятия, масса международного эталона точно равна одному килограмму. Именно поэтому все изменения настоящей массы образца изменяют единицу измерения "килограмм". В своей Резолюции в 1999 году двадцать первая генеральная конференция по мерам и весам, именно из-за старания к исправлению раннее указанных неточностей, предлагала национальным лабораториям продолжать старания по усовершенствованию выяснения связи основных или атомных констант с единицами массы, предполагая будущее определение килограмма. В следующем десятилетии ряд международных организаций вел работу по созданию предположительных вариантов о переопределении килограмма.

Сфера из кремния-28 с чистотой 99,9998% может быть использована для вычисления максимально точного числа Авогадро, которое войдёт в определение единицы измерения количества вещества, известной как моль. Фото: Национальная физическая лаборатория Великобритании

Международное бюро мер и весов планирует провести самую значительную реформу в международной системе единиц (СИ) со времени последней большой ревизии этого стандарта в 1960 году, пишет Nature . Придётся принимать новые ГОСТы, а также внести исправления в учебники физики в школе и вузах.

В настоящее время СИ (современный вариант метрической системы) принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти везде используется в области техники. Полное определение всех единиц СИ приведено в официальной брошюре (8-е издание) и дополнении к ней от 2014 года . Нынешний стандарт утверждён в СССР 1 января 1963 года ГОСТом 9867-61 «Международная система единиц».

Руководство международной организации проголосует за предложенные изменения на Генеральной конференции по мерам и весам в 2018 году , а в случае положительного решения изменения вступят в силу с мая 2019 года. Новые определения для единиц измерения и эталонов никак не отразится на жизни обывателей: один килограмм картофеля в магазине останется тем же килограммом картофеля. Весы будут измерять овощи и мясо с той же точностью, что и раньше. Но эти определения важны для учёных, потому что в научных исследованиях должна соблюдаться идеальная точность формулировок и измерений. Международное бюро мер и весов считает, что новые эталоны позволят «обеспечить высочайший уровень точности в различных способах измерений в любом месте и времени и в любом масштабе, без потери точности».

Итак, какие же изменения нас ждут?

Сейчас Международное бюро мер и весов намерено пересмотреть определения и эталоны следующих единиц измерения:

• ампер
• килограмм
• кельвин

Следует оговориться, что далее по тексту новые определения приводятся в сокращённом виде и не соответствует в точности тексту, который записан в официальном документе. Сам документ и окончательные значения констант опубликуют в ближайшее время.

Килограмм

Современное определение принято III Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1901 году и формулируется так: «Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма». При этом Международный прототип (эталон) килограмма хранится в Международном бюро мер и весов (расположено в городе Севр неподалёку от Парижа) и представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия). Размер прототипа примерно соответствует размеру мяча для гольфа.

Компьютерное изображение международного прототипа килограмма

Проблема с эталоном килограмма состоит в том, что любые материалы могут терять атомы или, наоборот, пополняться атомами из окружающего пространства. В частности, различные официальные копии эталонного килограмма, который хранится в Севре, отличаются по весу от официального эталона. Разница достигает 60 микрограмм. Такие изменения произошли за более чем 100 лет с момента создания копий.

Ещё одна проблема с единицами измерения фиксированного масштаба - то, что элемент неопределённости (погрешность) увеличивается по мере удаления от этой фиксированной точки (эталона). Например, сейчас при измерении миллиграмма элемент неопределённости в 2500 раз больше, чем при измерении килограмма.

Эта проблема решается, если определить единицу измерения через другую физическую постоянную. Собственно, в новом определении килограмма так и сделано: здесь используется постоянная Планка.

Новое определение : 1 килограмм равен постоянной Планка, поделенной на 6,626070040 × 10 −34 м 2 ·с −1 . Для выражения единицы требуется постоянная Планка.

Измерение массы на практике возможно с помощью ваттовых весов : через два отдельных эксперимента со сравнением механической и электромагнитной силы, а затем путём перемещения катушки через магнитное поле для создания разности потенциалов (на иллюстрации внизу). Грубо говоря, масса вычисляется через электроэнергию, которая необходима, чтобы поднять предмет, лежащий на другой чаше весов.

Кельвин

Современное определение : как записано в ГОСТе, 1 кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём. В обязательном Техническом приложении к тексту Международной температурной шкалы МТШ‑90 Консультативный комитет по термометрии установил требования к изотопному составу воды при реализации температуры тройной точки воды.

Тройная точка воды - строго определённые значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в виде трёх фаз - в твердом, жидком и газообразном состояниях.

Международный комитет мер и весов подтвердил, что определение кельвина относится к воде, чей изотопный состав определён следующими соотношениями:

0,00015576 моля 2 H на один моль 1 Н
0,0003799 моля 17 О на один моль 16 О
0,0020052 моля 18 О на один моль 16 О.

Проблемы современного определения очевидны. При практической реализации величиа кельвина зависит от изотопоного состава воды, а на практике практически невозможно добиться молекулярного состава воды, который соответствует Техническому приложению к тексту Международной температурной шкалы МТШ‑90.

Ещё в 2011 году на заседании Генеральной конференции по мерам и весам было предложено в будущей редакции Международной системы единиц переопределить кельвин, связав его со значением постоянной Больцмана. Таким образом, значение кельвина впервые будет точно зафиксировано.

Новое определение : 1 кельвин соответствует изменению тепловой энергии на 1,38064852 × 10 −23 джоулей. Для выражения единицы требуется постоянная Больцмана.

Измерять точную температуру можно с помощью измерения скорости звука в сфере, заполненной газом. Скорость звука пропорциональна скорости перемещения атомов.

Моль

Современное определение : моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц.

Новое определение : количество вещества системы, которая содержит 6,022140857 × 10 23 специфицированных структурных единиц. Для выражения единицы требуется постоянная Авогадро (число Авогадро).

Для вычисления числа Авогадро - и определения моля через него - учёные предлагают создать идеальную сферу из чистого кремния-28. У этого вещества идеально точная кристаллическая решётка, так что количество атомов в сфере можно определить, если точно измерить диаметр сферы (с помощью лазерной системы). В отличие от существующего куска платиново-иридевого сплава, скорость потери атомов кремния-28 точно предсказуема, что позволяет вносить коррективы в эталон.

Первые опыты по созданию такого эталона предприняли в 2007 году. Исследователи из берлинского Института выращивания кристаллов под руководством Хелге Риманна (Helge Riemann) приобрели в России обогащённый кремний-28 и сумели получить образец изотопа 28 с чистотой 99,994%. После этого исследователи ещё несколько лет анализировали состав 0,006% «лишних» атомов, определяли точный объём сферы и проводили рентгеноструктурный анализ. Изначально предполагалось, что «идеальные» сферы из кремния-28 могут быть утверждены в качестве нового стандарта для килограмма. Но сейчас более вероятно то, что их используют для вычисления числа Авогадро, и, как следствие, определения моля. Тем более что за время, прошедшее с 2007 года, физики научились производить гораздо более чистый кремний-28.

Сфера из кремния-28 с чистотой 99,9998. Фото: CSIRO Presicion Optics

В 2014 году американские физики сумели обогатить кремний-28 до беспрецедентного качества в 99,9998% в рамках международного проекта по расчёту числа Авогадро.

Ампер

Современное определение предложено Международным комитетом мер и весов в 1946 году и принято IX Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1948 году: «Ампер есть сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10 −7 ньютона».

В современном определении ампер определяется через некий мысленный эксперимент, который предусматривает возникновение силы в двух проводах бесконечной длины. Очевидно, что на практике мы не может измерить такую силу, потому что по определению не может существовать двух проводников бесконечной длины.

Изменить определение ампера предложили на том же заседании Генеральной конференции по мерам и весам в октябре 2011 года, что и определение кельвина. Идея заключалась в том, что новое определение должно быть основано не на созданный человеком артефактах через мысленный эксперимент, а на фундаментальных физических постоянных или свойствах атомов. Итак, новое определение выражается только через одну постоянную - заряд электрона.

Новое определение : электрический ток, соответствующий потоку 1/1,6021766208 × 10 −19 элементарных электрических зарядов в секунду. Для выражения единицы требуется заряд электрона.

На практике для определения ампера понадобится только один инструмент - одноэлектронный насос. Такие инструменты создали несколько лет назад . Они позволяют перемещать определённое количество электронов в течение каждого насосного цикла, что является крайне ценным качеством для фундаментальной науки и метрологии.

Определения секунды, метра и канделы, судя по всему, остаются неизменными, как показано на