Как найти вес эталона килограмма физика

муниципальное
бюджетное общеобразовательное учреждение

города
Ростова-на-Дону

«Школа
№ 60 имени пятого гвардейского Донского казачьего кавалерийского
Краснознаменного Будапештского корпуса» 

 (МБОУ «Школа № 60»)

«ЭТАЛОН КИЛОГАММА»

Секция:
Физика

Работа
выполнена:

Учащимися
9 «Б» класса

Казачковой
Вероникой и

Титаренко
Андреем

Под
руководством учителя физики

Тыквинской  О.В.

г.
Ростов-на-Дону

Оглавление:

1.     Актуальность
темы

2.     Определение
килограмма

3.     26-ая
Генеральная конференция по мерам и весам

4.     Весы
Киббла

5.     Вывод
формул

6.     Старые
эталоны

7.     Ссылки
на источники

Актуальность
работы

В 21-м веке все единицы измерения, кроме единицы
массы, в соответствии с Международной системой единиц (СИ) определяются с
помощью фундаментальных физических свойств и законов. Но все еще используется
предмет, созданный людьми в 1889 году – «эталонный килограмм» или LeGrand K,
который хранится в Париже в Международном бюро мер и весов.

В
конце прошлого века ученые обнаружили, что эталон килограмма постепенно теряет
массу. С момента создания цилиндра всего потеряно около 50 микрограмм
(приблизительно вес одной ресницы). «Так как эталон – это определение
килограмма, он технически не может потерять или набрать вес. Вместо этого,
более точно сказать, что остальной мир стал немного тяжелее», – объясняет
издание. Точная причина изменения веса эталона неизвестна. Милтон предполагает,
что вес эталона изменился между 1940 и 1990 гг. .

 Очевидно, что в современном высокотехнологичном
мире даже такие, казалось бы, минимальные отклонения от эталона могут привести
к неприятным, а то и к катастрофическим последствиям.

Изменение
расчета эталона килограмма будет иметь практическую важность в области
вычислительной техники, производства, фармацевтики, климатических исследований
и других наук, где требуются точные измерения.

«Фармацевтические
компании скоро захотят использовать ингредиенты, которые нужно будет измерять с
точностью до нескольких миллионных или даже миллиардных долей грамма. Мы должны
быть готовы взвешивать вещества с такой точностью», — говорит Приор.

Определение килограмма

Килограмм-единица измерения массы, одна из
семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).

Действующее
до мая 2019 года определение килограмма принято III Генеральной конференцией по
мерам и весам (ГКМВ) в 1901 году и формулируется так

Килограмм
— единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.

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

XXVI
Генеральная конференция по мерам и весам

Генеральные
конференции по мерам и весам созываются для принятия решений в Международном
бюро мер и весов для принятия решений по стандартам измерения и вопросам измерительной
науки. На ГКВМ присутствуют делегаты правительств членов и наблюдатели
ассоциированных членов. Под руководством такой каждой Конференции Международный
комитет мер и весов руководит бюро. Комитет подаёт на каждую Конференцию доклад
о проделанной работе: меры по популяризации и улучшении СИ, поддержка новых
фундаментальных метрологических определений, научные резолюции международного
характера.

Конференции
созываются обычно раз каждые 4 года, заседания проходят в Севре. Открывающая
сессия Конференций открывается председателем Французской академии наук.

XXVI
Генеральная конференция по мерам и весам (13 — 16 ноября 2018 года) одобрила
новое определение килограмма, основанное на фиксации численного значения
постоянной Планка. Решение вступит в силу 20 мая 2019 года.

Новым
эталоном килограмма стала универсальная формула, основанная на принципах
квантовой физики

Килограмм
– одна из семи единиц Международной системы единиц (СИ). На конференции в
Версале были выбраны новые эталоны еще для трех единиц измерения системы –
ампера (единица измерения силы электрического тока), кельвина (единица
измерения температуры) и моля (единица измерения количества вещества). Эти
единицы теперь привязаны к фундаментальным физическим константам.

Директор
Международного бюро мер и весов Мартин Милтон назвал принятые решения
«исторической вехой». «Фактически принимается новая система единиц, которая
будет использоваться почти во всех странах мира», – заявил он.

Ожидается,
что это изменение будет иметь важное практическое значение во многих отраслях и
науках, требующих сверхточных измерений массы. И это также будет означать конец
для так называемого «великого килограмма» — эталона, которым мы пользовались
еще с 1889 года. Изготовленный из стойкого к коррозии сплава, на 90 %
состоящего из платины и на 10 % — из иридия, международный прототип килограмма
редко видел свет. Однако его роль была просто огромной – ведь этот эталон
служил основой для общепринятой в мире системы измерения массы, от которой
зависят такие вещи, как, скажем, международная торговля.

Весы
Киббла

Весы
Киббла— прибор для установления соотношения между массой и электрической
мощностью. Использовались с середины 1970-х годов для измерения величины
постоянной Планка, в XXI веке используются для определения нового эталона
килограмма, основанного исключительно на природных величинах. Посмертно
названные в честь изобретателя, Б. Киббла.

Весы
Киббла — это усовершенствование токовых весов и представляют собой
электромеханический инструмент, где масса вычисляется через электрическую
мощность.

Этот
сложный и точный прибор предназначен для взвешивания без гирь. Весы названы в
честь британского ученого Киббла, предложившего такой метод.

В
обычных весах есть две чашки, на одну кладут взвешиваемый объект, например,
сахар, на вторую калиброванные гирьки, то есть известной массы. С точки зрения
физики в гравитационном поле Земли мы уравновешиваем две силы тяжести, действующие
на гирьку и на сахар.

Но
силу тяжести можно уравновесить с помощью другой силы. И весы Киббла — это тоже
весы, очень сложной конструкции, но весы. На одной чашке размещается груз, и на
него действует сила тяжести. А вместо второй чаши весов — электромагнитная
катушка, которая создает магнитную силу. Магнитное поле катушки взаимодействует
с полем постоянного магнита, и эта магнитная сила уравновешивает силу тяжести,
действующую на взвешиваемый объект.

Это
очень похоже на токовые весы (ампер-весы), когда измеряют величину
электрического тока в катушке и определяют магнитную силу. Однако в весах
Киббла (ватт-весах) сделан важный шаг к повышению точности. Для того чтобы
исключить погрешность, обусловленную геометрией катушки, измеряют напряжение
электромагнитной индукции при движении катушки с постоянной скоростью в том же
самом магнитном поле, что и при «взвешивании». Скорость катушки при этом
измеряют при помощи высокоточного интерферометра. Напряжение и ток сейчас
ученые умеют очень точно измерять, используя квантовые эффекты: квантовый
эффект Холла и эффект Джозефсона.

Дальше
нужен абсолютный гравиметр, чтобы знать ускорение свободного падения в том
месте, где размещается установка. Произведение массы и ускорения свободного
падения — это действующая сила тяжести в данной точке.

В
итоговой формуле расчета массы по весам Киббла кроме измеренных (см. выше)
величин входит одна фундаментальная константа — постоянная Планка

Когда
килограмм был определен через эталонную гирю, весы Киббла использовали для
наиболее точного измерения постоянной Планка. Теперь же, приняв (зафиксировав)
значение постоянной Планка равным 6,62607015×10−34 Дж·сек, можно использовать
весы Киббла для взвешивания.

Вывод
формул

Связь
между массой и постоянной Планка с теоретической точки зрения определяется
двумя формулами. Эквивалентность массы и энергии связывает энергию E и массу m:
Эквивале́нтностьма́ссы и эне́ргии — физическая концепция теории
относительности, согласно которой полная энергия физического объекта
(физической системы, тела) равна его (её) массе, умноженной на размерный
множитель квадрата скорости света в вакууме:

E=mc^2

где
c — скорость света в вакууме.

E=hu

где
h-постоянная планка,u-частота из этих формул следует,что h=mc^2/u

Отсюда
фиксируем значение h=6,62607015*10^-34

Принцип
работы ампер-весов основан на действии силы Лоренца: на провод длиной L с
протекающим по нему электрическим током I при внесении его в магнитное поле с
индукцией B, будет действовать сила величиной BLI. Если провод нагрузить массой
m, то при установлении равновесия появится соответствие между силой тока и
массой m:

mg=BLI

где
g — это ускорение свободного падения.

Точность
ампер-весов на практике ограничена точностью измерения константы BL в уравнении
выше. Киббл предложил оригинальное решение, позволяющее избежать измерения BL.
В весах Киббла измерение производится в два шага. На одном из них масса
уравновешивается током точно так же, как и в ампер-весах. На втором шаге
происходит «калибровка»: ток в проводнике (на практике, в обмотке) отключается,
проводник протягивается через то же магнитное поле с постоянной и точно
замеренной скоростью v. При этом по закону Фарадея на концах проводника
образуется напряжение:

U=BLv

Поскольку
величина BL на обоих шагах одинакова, то получаем равенство:

U/v=BL=mg/I
откуда в свою очередь:

U[1]I[2]=mgv[1]
Также это уравнение можно доказать через мощность:

P=UI

где
U-напряжение,I-сила тока.

P=A/t

где
A-работа,t-время

A=FS

где
F-сила притяжения,S-расстояние

из
этого следует,что

P=FS/t

S=vt

где
v-скорость

P=Fvtt
P=Fv F=mg

где
m-масса,g-ускорение свободного падения

P=mgv

Следовательно
U[1]I[1]=mgv[1]

где
U[1]I[2]- произведение электрического тока I[2] во время балансирования массы и
напряжения U[1] в процессе калибровки,gv[1] — произведение ускорения свободного
падения и скорости катушки v[1] во время калибровки весов. Если gv[1]
независимо замерено с высокой точностью , предыдущее уравнение по сути
определяет килограмм в зависимости от величины ватта (или наоборот).Индексы у
U[1],I[2] введены с тем, чтобы показать, что это виртуальная мощность (замеры
напряжения и тока делаются в разное время), избегая эффектов от потерь.

1)Английский
физик Б. Джозефсон в 1962 году на основе теории сверхпроводимости Бардина —
Купера — Шриффера предсказал стационарный и нестационарный эффекты в контакте
сверхпроводник-диэлектрик-сверхпроводник. Экспериментально стационарный эффект
был подтвержден американскими физиками П. Андерсоном и Дж. Роуэллом в 1963
году. Различают стационарный и нестационарный эффекты Джозефсона. В нашем
случае понадобится нестационарный.

При
пропускании через контакт тока, величина которого превышает критическую, на
контакте возникает падение напряжения U, и контакт при этом начинает излучать
электромагнитные волны. При этом частота такого излучения определяется как
w=2eU/h

где
e-заряд электрона,h-постоянная планка.

Возникновение
излучения связано с тем, что объединённые в пары электроны, создающие
сверхпроводящий ток, при переходе через контакт приобретают избыточную по
отношению к основному состоянию сверхпроводника энергию 2eU. Единственная
возможность для пары электронов вернуться в основное состояние — это излучить
квант электромагнитной энергии hw=2eU

2)Квантовый
эффект Холла (КЭХ) был открыт Клаусом фон Клитцингом в 1980 году, за что
впоследствии в 1985 году он получил Нобелевскую премию. Сам эффект состоит в
том, что на зависимости поперечного сопротивления (отношения возникающего
поперечного напряжения к протекающему току) от магнитного поля (или от
концентрации при фиксированном поле) наблюдаются плато, причем значения
сопротивления на этих плато равно

R
= h/e2,

деленное
на целые числа (называемых фактором заполнения). Фон Клитцинг обнаружил так
называемый нормальный(или целочисленный) квантовый эффект Холла. В 1982 году
Цуи и Штёрмер открыли дробный квантовый эффект Холла (фактор заполнения при
этом становится меньше единицы).

Из
эффекта Джозефсона следует, что

E=eU

где
E-энэргия,e-заряд электрона,U-напряжение

отсюда
U[1]=hu[1]/e т.к. E=hu

U[2]=hu[2]/e

По
закону Ома: I[2]=U[2]/R[2]

Из
квантового эффекта Холла следует,что R[2]=h/e^2

I[2]=e^2hu[2]/eh=u[2]e

следовательно
т.к. UI=mgv[1]

hu[1]/e*u[2]e=mgv[1]

Выразим
массу: m=hu[1]u[2]/g[1]

Поскольку
все остальные величины в этом уравнении могут быть определены независимо от
массы, оно может быть принято за определение единицы массы после фиксации значения
6,62607015×10^−34 для постоянной Планка.

Старые
эталоны

Может
показаться, что существующие сейчас эталоны, включая государственный первичный
эталон, станут не нужны. Это не так. Переход к новым определениям единиц СИ
позволяет изменить конструкцию первичных эталонов, сделав их точнее и избавив
от «артефакта», произведенного человеком. Теперь любая квалифицированная
лаборатория, обладающая достаточными финансами, может воспроизвести единицу с
высокой точностью на самом передовом уровне. Однако если точность отдельных
элементов и узлов не будет достаточной, то установка, построенная по принципу
весов Киббла, не обеспечит ожидаемую «высшую точность». Поэтому для обеспечения
единства измерений в стране, для того чтобы все измерения проводились в одних
единицах с ожидаемой точностью, требуется сохранять и совершенствовать систему
эталонов. Кроме того, весы Киббла — очень недешевое удовольствие, и для
калибровки массово применяемых рабочих средств измерений подойдут эталоны
попроще, которые используются и сегодня. А «высшая точность» окажется
востребована современными высокими технологиями в науке и промышленности.

Возникает
вопрос: если каждый может сделать эталон, по точности не уступающий первичному,
то как быть в ситуации, когда результаты воспроизведения килограмма на двух
эталонах получатся различными?

Для
этой цели метрологи всего мира проводят международные сличения, когда один и
тот же объект «взвешивают» на первичных эталонах разных государств и сравнивают
результаты. Если у кого-то результат слишком сильно отклоняется от общего
среднего, скорее всего, в работе этого эталона есть неточности и он требует
настройки. Государства, успешно завершившие международные сличения, начинают
признавать измерительные и калибровочные возможности друг друга по данному виду
измерений, а сведения об этом заносятся в базу данных Международного бюро по
мерам и весам.

Это значит, что
короля килограмма скоро будет свергнут и он займет свое место в музее рядом с
эталонами времен Людовика XVI и Французской революции. Трудно представить, что
в эпоху космических кораблей и искусственного интеллекта человечество все еще
использует изготовленный в XIX веке металлический брусок как отправную точку
для измерения массы всех предметов на Земле.

Ссылки
на источники

1.     https://www.vedomosti.ru/technology/news/2018/11/16/786696-vo—frantsii

2.     https://nag.ru/articles/article/102601/injeneram—na—zametku—utverdili—novyie—etalonyi—ampera—i—kilogramma.html

3.     http://www.vniiftri.ru/ru/news—ru/item/607-nachala—svoyu—rabotu-26-ya—generalnaya—konferentsiya—po—meram—i—vesam

4.     https://ru.wikipedia.org/wiki/Весы_Киббла

5.    
https://elementy.ru/nauchno—populyarnaya_biblioteka/434478/Rossiya_vzvesit_sama

6.     http://fb.ru/news/journalism/2018/11/15/34744

Алексей Понятов,
кандидат физико-математических наук
«Наука и жизнь» №3, 2019

16 ноября 2018 года в Париже завершилась длившаяся несколько десятилетий революция в метрологии. Последняя из основных единиц системы СИ — килограмм — лишилась своего материального воплощения. Теперь килограмм будет определяться не платиново-иридиевой «гирькой», а сверхточным значением фундаментальной постоянной Планка и сложным измерительным устройством, известным как весы Киббла. О хронике революции и о том, как теперь взвесить килограмм, наш рассказ.

Человек занимался измерениями с древних времён. Это было нужно для строительства, изготовления изделий, торговли и планирования деятельности. Каждое государство изобретало свои меры. Ещё полтора века назад в нашей стране размеры мерили вершками, пядями и аршинами, массу — фунтами и пудами, а в качестве мер объёма жидкости можно было встретить чарки и вёдра. В Великобритании до сих пор в ходу дюймы, футы, фунты и пинты.

Потребность в единой системе мер существовала всегда, но со стремительным развитием науки и техники в Новое время она стала просто жизненно необходимой. Интенсивный обмен знаниями и технологиями требовал всё более точных измерений. На революцию в метрологии учёных, видимо, подвиг дух Великой французской революции. В 1795 году во Франции государство официально приняло так называемую метрическую систему мер, базирующуюся на мерах длины и массы.

Для универсальности все введённые меры были привязаны к природным объектам, казавшимся тогда одинаковыми повсюду. Единица длины — метр приравнивался к одной сорокамиллионной доле длины парижского меридиана. Единицу массы — грамм — определили как массу кубического сантиметра воды при 4°C, когда вода имеет наибольшую плотность, а секундой назвали 1/86 400 суток (24 часа по 60 минут из 60 секунд как раз дают 86 400 секунд).

Но наша планета — не шар, к тому же вращается она неравномерно. А вода содержит различные примеси, влияющие на результаты измерений. Поэтому во второй половине XIX века было решено задать меры длины и массы посредством эталонов. В 1875 году в Париже семнадцать стран, включая Россию, подписали Метрическую конвенцию, согласно которой создавались эталоны массы и длины. Их оригиналы должны были храниться в штаб-квартире Международного бюро мер и весов в пригороде Парижа — Севре. А метрологические организации участников конвенции получали точные копии эталонов.

Так родилась современная система мер, которая на сегодняшний день распространена на большей части земного шара. Для её совершенствования с тех пор раз в четыре года в Севре собираются Генеральные конференции по мерам и весам. Любопытно, что в России закон о необязательном использовании метрической системы, проект которого подготовил Д. И. Менделеев, появился лишь в 1899 году, а обязательной она стала лишь после революции, в 1918 году.

Надо сказать, что самый первый эталон длины и массы был изготовлен из платины ещё в 1799 году. Последние варианты сделаны в 1889 году из сплава платины (90%) и иридия (10%). Выбор материала обусловлен химической устойчивостью сплава. Эталон массы выполнен в форме цилиндра с равными высотой и диаметром (чуть более 39 мм). Этим достигалась наименьшая площадь его поверхности и, соответственно, износ. Находится эталон под вакуумным колпаком в комнате, доступ в которую имеют только три человека. Причём, чтобы попасть в неё, они должны одновременно вставить все три имеющихся у них ключа. Первый ключ находится у директора Международного бюро мер и весов, второй — у председателя Международного комитета мер и весов, а третий хранится в Архиве Франции. Эталон длины до 1960 года имел вид Х-образной линейки.

Стремительное развитие новых научных направлений в XIX — начале XX века привело к введению в оборот большого числа новых единиц измерений и нескольких их систем, таких как СГС (1861), МКСА (1901) и других. К середине ХХ века возникла необходимость стандартизировать и упростить сложившуюся сложную совокупность систем и внесистемных единиц в соответствии с современными требованиями. И в 1960 году 11-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла Международную систему единиц СИ (SI, от французского Le Systéme International d’Unités). В неё вошли шесть величин, считающихся основными: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура и сила света. Седьмая единица — количество вещества — моль добавлена в 1971 году. Все остальные физические величины стали производными, то есть определяемыми через основные единицы по соответствующим физическим законам.

Возросшие требования к точности измерений уже тогда привели к тому, что метр первым потерял своё «предметное» воплощение. Он стал равным 1 650 763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2p¹⁰ и 5d⁵ атома криптона-86. Это излучение создавалось специальной лампой.

Квантовые законы излучения атомов сделали его идеальным инструментом для определения эталонов. Во-первых, уровни энергии, между которыми переходит электрон при излучении, строго фиксированы. А частота и длина волны излучения определяются разностью этих энергий. Во-вторых, все атомы любого химического элемента неразличимы. Это один из основных законов квантовой механики. Криптон везде одинаков.

Так что неудивительно, что в 1967 году судьба метра постигла и секунду. Она была определена как «время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133». Позднее это определение лишь дополнилось условиями, при которых исключалось влияние на измерение гравитационного и электромагнитного полей. Измерения следовало проводить на уровне моря, а атомы охлаждать до 0 К.

Атомные часы полностью разорвали связь секунды с вращением Земли. Впрочем, справедливости ради, уже определение секунды 1960 года как «1/31 556 925,9747 доля тропического года для 0 января 1900 в 12 часов эфемеридного времени» сохраняло эту связь только внешне. Дело в том, что использованная длительность года была не измеренной, а рассчитанной.

Новая система СИ

Но прошло не так уж много времени, и новая система тоже перестала удовлетворять учёных. Необходимость повышения точности и универсальности единиц измерения привела к идее связать большинство из них с фундаментальными константами, точность определения которых фантастически возросла. Кроме того, фундаментальные константы идеально подходили для создания эталонов: неизменны, общедоступны и не требуют специальных условий хранения. Это позволило бы во всех странах использовать идентичные высокоточные значения мер. Если для обычных инженерных задач столь огромная точность не нужна, то в фундаментальных исследованиях она подчас имеет большое значение. Возможно, какое-нибудь крошечное расхождение между теорией и экспериментом в физике элементарных частиц позволит обнаружить так называемую Новую физику, поиск которой сейчас активно ведётся на ускорителях. К тому же к концу ХХ века исследования и технологии уверенно преодолели нанорубеж.

Чтобы понять, чем же не устраивала физиков старая система СИ, рассмотрим, например, единицу термодинамической температуры — кельвин. Она была определена как 1/273,16 температуры тройной точки воды. Тройной точкой называют значения давления и температуры, при которых одновременно находятся в равновесии три фазовых состояния воды: твёрдое, жидкое и газообразное. Однако в воде всегда присутствуют примеси тяжёлых изотопов водорода и кислорода, которые могут значительно сдвигать тройную точку. Использование воды с неправильным изотопным составом может вызвать ошибки в несколько сотен микрокельвинов при измерении тройной точки. Поэтому метрологам пришлось дополнительно разработать отдельный стандарт на используемую для измерений воду — Венский стандарт усреднённой океанской воды (VSMOW). В ней должно быть 0,000155 моля дейтерия на моль обычного водорода, 0,002005 моля кислорода-18 на моль обычного кислорода-16 и т. д. А дальше встаёт задача получения стандартной воды…

Не лучше дела обстояли и с килограммом, который оставался последней мерой, эталоном которой служило физическое тело или, как говорят сами метрологи, артефакт. В конце XX века проверки национальных копий эталона килограмма показали, что за 100 лет их массы изменились относительно главного эталона в диапазоне ±50 микрограммов. Логично предположить, что изменилась масса и главного эталона. Это существенно, учитывая, какая точность в измерениях нужна в настоящее время. Изменяется масса из-за явлений диффузии и испарения вещества эталона, а также его загрязнения в те моменты, когда он извлекался из-под вакуумного колпака.

Проще всего оказалось переопределить метр, который в 1983 году был выражен через скорость света в вакууме. В соответствии с теорией относительности эта скорость всегда одна и та же и равна 299 792 458 м/с. Соответственно, эталон метра стал равен расстоянию, которое проходит свет в вакууме за 1/299 792 458 секунды. А вот с другими единицами пришлось повозиться дольше. Долгое время точность их определения не удовлетворяла метрологов.

В 2005 году метрологи приняли решение использовать постоянную Больцмана для определения единицы термодинамической температуры (кельвин), элементарный электрический заряд для единицы силы тока (ампер), постоянную (число) Авогадро для единицы количества вещества (моль) и постоянную Планка для единицы массы (кг). После этого потребовалось ещё десяток лет для того, чтобы с высочайшей точностью измерить все константы. Так, неопределённость измерения постоянной Планка не должна была превышать 50 × 10⁻⁹.

И вот наконец работа успешно завершена. 16 ноября 2018 года 26-я Генеральная конференция по мерам и весам, прошедшая в Версале, утвердила новые эталоны. Изменения вступят в силу во Всемирный день метрологии, 20 мая 2019 года.

В новой версии системы СИ один кельвин — это такое изменение температуры (Т), которое приводит к изменению энергии (Е), приходящейся на одну степень свободы E = kT, где k — постоянная Больцмана. Значение постоянной Больцмана принято равным 1,380649 · 10⁻²³.

Единица силы тока — ампер — определена теперь не через силу взаимодействия токов, а через значение элементарного заряда (е, заряд электрона), которое принято равным 1,602176634 × 10⁻¹⁹ Кл. Заряд (q), прошедший через проводник при протекании в нём тока силой I в течение времени t, можно найти по формуле q = It.

Единица количества вещества — моль — ранее соответствовала количеству атомов, которое содержится в 0,012 килограмма изотопа углерода-12, что означало её связь с массой. Теперь же моль соответствует зафиксированному числу атомов 6,02214076 · 10²³ (постоянная Авогадро).

Как ни странно, но самые большие трудности возникли на пути создания, казалось бы, на первый взгляд самого простого эталона — килограмма. С ним физики провозились дольше всего. Но и эту проблему удалось решить. В новой версии системы СИ килограмм должен оказаться таким, чтобы постоянная Планка составила ровно 6,62607015 · 10⁻³⁴ Дж · с. Измерения эталона производятся с помощью специальных весов, где вес тела уравновешивается электромагнитной силой, которая рассчитывается на основе постоянной Планка.

Благодаря такому подходу каждая страна теперь может в любое время воспроизвести эталонную установку самостоятельно и создать свой эталон, не прибегая к сверке с главным эталоном. Это позволит избежать и проблем, связанных с изменением эталона, а также возможности его утери, уничтожения или повреждения.

Весы Киббла

Установка, с помощью которой можно создать новый эталон массы, называется весы, или баланс, Киббла в честь Брайана Киббла, сотрудника Национальной физической лаборатории Великобритании, разработавшего их конструкцию ещё в 1975 году. Это похожее на весы устройство определяет, какой ток нужен для того, чтобы создать электромагнитное поле, способное уравновесить чашу с тестируемым грузом. Ранее этот прибор называли ватт-балансом, поскольку измеряемая масса пропорциональна произведению тока и напряжения, которое измеряется в ваттах. По сути, это усовершенствованный прибор для измерения тока, ампер-баланс, изобретённый ещё в XIX веке Уильямом Томсоном (лордом Кельвином).

Весы Киббла устроены следующим образом: поддон для взвешиваемого груза жёстко скреплён с катушкой, которая находится в магнитном поле постоянного магнита. Эта система способна перемещаться по вертикали. После установки на поддон груза (m), который необходимо взвесить, по катушке пропускают ток (I), добиваясь, чтобы сила отталкивания (сила Ампера), действующая между катушкой и постоянным магнитом, уравновесила силу тяжести. Значение силы тока фиксируется.

В весах Киббла четвёртого поколения, работающих в настоящее время в Национальном институте стандартов и технологий (NIST, США), катушка с проволокой имеет массу 4 кг и диаметр 43 см. Для неё требуется около 1,4 км проволоки. Система постоянных магнитов из сплава самария и кобальта имеет массу 1000 кг и создаёт магнитное поле B = 0,55 тесла, что примерно в 10 000 раз больше магнитного поля Земли. Катушка и магниты расположены внутри железного корпуса и полностью экранированы от внешних магнитных полей.

Упрощённо условие равновесия имеет вид mg = IBL, где L — длина провода в катушке. Казалось бы, задача решена и можно найти массу. Однако на практике величину BL чрезвычайно трудно измерить с необходимой точностью из-за неоднородности поля магнита и многослойности намотки катушки. Собственно, Брайан Киббл и придумал, как обойти эту сложность.

Ещё в XIX веке Майкл Фарадей обнаружил, что в проводнике индуцируется напряжение (U), когда он движется в магнитном поле, причём это напряжение пропорционально напряжённости поля (B) и скорости проводника (v): U = vBL. Это явление и позволяет найти BL = U/v. Тогда получаем

m
=

I
U

g
v

.

Осталось измерить U и v. Для этого Киббл разместил на установке большое колесо, по одну сторону которого располагаются поддон и катушка, а по другую — двигатель, который может поднимать катушку с постоянной скоростью с помощью троса.

На втором этапе взвешивания, получившем название калибровки, груз с поддона убирается, катушка перемещается через окружающее поле с тщательно контролируемой постоянной скоростью, а индуцированное напряжение измеряется. После чего определяется масса.

А где же здесь постоянная Планка (h)? Она «сидит» в формулах, определяющих значение тока и напряжения. Дело в том, что их привычное измерение с помощью амперметра и вольтметра не способно обеспечить необходимую точность. Поэтому измерения тока проводятся с помощью явления, называемого квантовым эффектом Холла. Там квантование сопротивления, связанного с током, определяется постоянной фон Клитцинга R_k = h/e². А напряжение измеряется с использованием эффекта Джозефсона, заключающегося в протекании сверхпроводящего тока через два сверхпроводника и разделяющий их тонкий слой диэлектрика. Напряжение здесь связано с частотой в сверхпроводящей цепи и константой Джозефсона 2e/h. Эффект Джозефсона в настоящее время — де-факто мировой стандарт для точного определения напряжения.

Определение постоянной Планка

Любопытно, что до этого весы Киббла использовались для нахождения с высокой точностью постоянной Планка. Совершенно очевидно, что если в качестве груза разместить на весах эталон массы, то по тем же формулам можно рассчитать постоянную Планка h.

Но это не единственный метод. Другой способ нахождения с высокой точностью постоянной Планка разработан в Национальном метрологическом институте Германии. Там из изотопа кремния ²⁸Si, добытого в России, вырастили монокристаллы, а из них в Австралии создали практически идеально гладкие сферы — эталоны килограмма. При диаметре около 93,75 миллиметра шероховатость их поверхности не превышает 0,3 нанометра. Если эту сферу увеличить до размера Земли, то неровность поверхности не превысит 20 мм. Выбор пал на кремний из-за наличия развитой полупроводниковой промышленности, способной выращивать большие монокристаллы. Масса примесей в такой сфере не превышает десятимиллионную долю грамма. Очень точно измерив параметры кристаллической решётки кремния и полагая сферу идеально сферичной, физики могут рассчитать количество атомов в ней. Исходя из этого можно вычислить число Авогадро и постоянную Планка.

Было даже сделано предложение заменить платиново-иридиевый эталон на кремниевую сферу. Но это предложение не было принято.

Килограмм определяется как масса международного эталона килограмма, хранящегося в Международном бюро мер и весов и представляющего собой цилиндр диаметром и высотой 39 мм из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия). Первоначально в качестве единицы массы химик Антуан Лавуазье и кристаллограф Рене Жюст Айи предложили в 1793 году французской Комиссии мер и весов использовать грамм — массу одного кубического сантиметра чистой воды при температуре плавления льда. Для удобства практического использования уже упоминавшийся Ленуар изготовил эталонную медную гирю массой в 1000 грамм. С 1795 года новую единицу массы стали называть килограммом. Через четыре года было принято предложение физика Луи Лефевра-Гиньо взвешивать воду при температуре ее максимальной плотности (4°С). Новый эталон килограмма был изготовлен из платины и помещен на хранение в Архив Республики. Были также сделаны несколько его копий для использования в качестве образцов при изготовлении гирь. Однако произведенные в XIX веке измерения показали, что масса 1 дм³ воды на 0,028 г меньше массы архивного эталона. Чтобы не допустить в будущем никаких разночтений, Международная комиссия по эталонам метрической системы в 1872 году решила принять в качестве единицы массы массу прототипа — Архивного килограмма.

В 1880 году увидел свет международный эталон килограмма из сплава, состоящего из платины и иридия, тогда же были изготовлены и четыре из шести ныне существующих официальных копий этого эталона.

Все они сейчас хранятся под двумя герметичными стеклянными колпаками в сейфе, расположенном в подвале Международного бюро мер и весов (Bureau International des Poids et Mesures — BIPM) в Севре неподалеку от Парижа. В 1889 году 1-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла определение килограмма как равного массе международного эталона. Это определение действительно и в наше время.К сведению — Международное бюро мер и весов, МБМВ (фр. Bureau International des Poids et Mesures, BIMP) — постоянно действующая международная организация со штаб-квартирой, расположенной в городе Севр (предместье Парижа, Франция). Учреждено в 1875г., вместе с подписанием Метрической конвенции. Основная задача Бюро заключается в обеспечении существования единой системы измерений во всех странах-участницах этой конвенции. В МБМВ хранятся международные эталоны основных единиц и выполняются международные метрологические работы, связанные с разработкой и хранением международных эталонов и сличением национальных эталонов с международными и между собой.

Копия 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 0,00000003-ую часть своей массы. Однако, по определению, масса международного эталона в точности равна одному килограмму. Поэтому любые изменения действительной массы эталона приводят к изменению величины килограмма.

Килограмм — одна из семи основных величин международной системы единиц СИ. Остальные — метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела — не привязаны к конкретным материальным носителям. Платиново-иридиевый эталон метра был отменен в 1960 году. Единственный в настоящее время оставшийся «механический» эталон — это килограмм. Но даже масса главного международного эталона со временем меняется — к настоящему времени считается, что он «похудел» на 50 мкг за счет микропереноса вещества на поверхность подставки во время хранения, а также на поверхность захватов, которыми его перемещают при сверке с национальными эталонами.

Всё это может искажать результаты сверхточных научных расчетов, поэтому ученые задумываются о необходимости дать новое определение килограмму. В 1975 году доктор Брайан Киббл из Национальной физической лаборатории (NPL) Великобритании предложил идею так называемых ватт-весов. Это устройство позволяет связать между собой единицы электрической и механической мощности. «Эта связь — основа метрологии, — объясняет «Популярной механике» ведущий научный сотрудник Всероссийского НИИ метрологии им. Д. И. Менделеева Эдмунд Француз. — Весы состоят из двух катушек, взаимодействующих между собой при протекании электрического тока. В отличие от токовых весов, здесь используется дополнительная калибровка при движении катушки с известной скоростью в эталонном магнитном поле. За счет этого удается существенно уменьшить ошибку измерения силы взаимодействия, обусловленную геометрией катушки. Таким образом, можно выразить килограмм через электрические единицы, измеренные на основе квантовых эффектов, то есть через фундаментальные константы, — это позволит избавиться от «механического» эталона. Пока что работающие ватт-весы реализованы в США в NIST и в NPL, но на данный момент наименьшая погрешность их измерений составляет 3,6×10^–8, что минимум в два раза хуже, чем необходимо для эталона».

Другой способ переопределить килограмм предложила группа ученых из Германии, Австралии, Италии и Японии под руководством исследователей из Физико-технического института Германии. Они намерены использовать «метод Авогадро», то есть определить килограмм как энное число атомов. «Основные трудности этого метода в том, что нужно построить идеальную кристаллическую решетку, — говорит Эдмунд Француз, — без единого дефекта, и притом из одного изотопа — кремния-28. Относительная погрешность этого метода пока еще слишком велика — 3,1×10^–7. Кстати, было еще одно направление, которое разрабатывалось у нас во ВНИИМ и в Японии, — метод левитирующей сверхпроводниковой массы, который обеспечивал точность порядка 4×10^–6. Но по различным причинам исследования не были завершены ни в одной из стран».

Так что килограмм пока остается последним чисто механическим эталоном.

К сведению  — допустимая абсолютная погрешность широко распространенной гири массой 1 килограмм составляет 0,5 грамма.

По материалам сайтов :www.omedb.ru; www.russianamerica.com; wikipedia.org.

Время на прочтение
2 мин

Количество просмотров 55K

Международный прототип без защитного чехла

В сентябре 2014 года исполняется 125 лет с момента появления на свет международного прототипа килограмма. Решение о создании эталона было принято на Генеральной конференции мер и весов 7-9 сентября 1889 года в Париже.

Он хранится в Международном бюро мер и весов около Парижа и представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия). Такой состав выбран из-за высокой плотности платины, так что эталон можно сделать относительно маленького размера: меньше спичечного коробка по высоте.

Национальный прототип килограмма Великобритании в защитном корпусе, 18-я копия международного прототипа

Масса международного прототипа примерно соответствует 1 литру воды при температуре 4°C, а его вес зависит от высоты над уровнем моря и силы гравитации.

Когда изготовляли международный прототип, вместе с ним сделали 40 копий из того же платино-иридиевого сплава. Их разослали по национальным бюро мер и весов в разных странах, чтобы учёным не приходилось обращаться к основному эталону каждый раз для проведения измерений.

Национальные прототипы сверяют с основным прототипом каждые 40 лет. Последняя проверка проходила в 1989 году, и тогда максимальная разница в весе составила 50 микрограммов. Эти девиации беспокоят учёных. Они понимают, что масса конкретного образца изменяется со временем из-за физических повреждений и появления прочих артефактов.

Национальный прототип хранится в сейфе Национальной физической лаборатории

К сожалению, для международного прототипа нынешний юбилей, скорее всего, станет последним. Сейчас подходят к завершению два эксперимента по созданию более точных эталонов массы. Их цель — определить массу через естественную природную константу, а не через эталонный образец.

Один из экспериментов предполагает определение килограмма через постоянную Планка. Для этого измеряют ток, проходящий через [проводную] катушку в магнитном поле, по отношению к силе гравитации, действующей на килограмм, объясняют специалисты Национальной физической лаборатории Великобритании, где в честь 125-летия килограмма открыли праздничный раздел на сайте. Именно в Великобритании в 1975 году начали эксперимент по ватт-балансу, который сейчас продолжают в Канаде.

Другой метод предлагают немецкие специалисты: в рамках проекта Авогадро создают кремниевую сферу размером с грейпфрут, которая содержит около 50 септиллионов атомов кремния-28.

Кремниевая сфера Авогадро

Поскольку известны масса кремния и плотность вещества, то эталонное значение килограмма можно привязать к объёму сферы и, соответственно, к постоянной Авогадро.

Измерение массы сферы Авогадро

Килограмм остался последней единицей СИ, которая выражается через физический эталон. Это указывает на то, что 125 лет назад физики очень грамотно выбрали материал для изготовления прототипа. И даже если скоро его выведут из использования, он сослужил хорошую службу за эти годы.

Килограмм
кг, kg
Величина	Масса
Система	СИ
Эталон	Есть
Тип	основная
См. Приставки СИ

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^[1].

Действующее определение килограмма принято III Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1901 году и формулируется так^[2][3]:

Килограмм — единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.

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^[4][5], 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^[6].

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^[7].

Этимология и употребление

Слово «килограмм» произошло от французского слова «kilogramme», которое в свою очередь образовалось из греческих слов «χίλιοι» (chilioi), что означает «тысяча» и «γράμμα» (gramma), что означает «маленький вес»^[8] Слово «kilogramme» закреплено во французском языке в 1795 году^[9]. Французское написание слова перешло в Великобританию, где впервые оно было использовано в 1797 году,^[10], в то время как в США слово узаконилось в форме «kilogram». В настоящее время в Великобритании используются оба варианта написания, хотя вариант «kilogram» становится более распространённым.^{[11][К 1]} Положение о мерах и весах (англ. Weights and Measures Act) в Великобритании не запрещает использование обоих написаний.^[12]

В XIX веке французское слово «kilo», сокращение от «kilogramme», было заимствовано в английский язык, где стало применяться для обозначения как килограммов^[13], так и километров.^[14] В то время как использование «kilo» приемлемо в общих случаях, например в журнальных публикациях (The Economist),^[15] его использование обычно считается недопустимым в определённых областях, таких как научные публикации, тексты законов и техническая документация, где авторы должны придерживаться правил СИ.^[16][17] Когда Конгресс США легализировал метрическую систему в 1866 году, он разрешил использование слова «kilo» как альтернативу слову «kilogram»,^[18] но в 1990 году это было отменено.^[19]

Природа массы

Килограмм является единицей массы, величины, которая соотносится с общим представлением людей о том, насколько тяжела та или иная вещь. В терминах физики, масса характеризует два различных свойства тела: гравитационное взаимодействие с другими телами и инертность. Первое свойство выражается законом всемирного тяготения: гравитационное притяжение прямо пропорционально произведению масс. Инертность находит отражение в первом (скорость объектов остаётся неизменной до тех пор, пока на них не воздействует внешняя сила) и втором законе Ньютона: a = F/m; то есть объект массой m в 1 кг получит ускорение a в 1 метр в секунду за секунду (около одной десятой ускорения свободного падения, вызванного притяжением Земли)^{[К 2]}, когда на этот объект действует сила (или равнодействующая всех сил) в 1 ньютон. По современным представлениям, гравитационная и инертная массы эквивалентны.

В то время как вес тела зависит от местной силы гравитации, масса всегда постоянна^{[К 3]}. Соответственно, для космонавтов в состоянии невесомости не требуется никаких усилий, чтобы удерживать какой-либо предмет над полом. Однако поскольку объекты в состоянии невесомости сохраняют свою массу и инерцию, космонавт должен приложить усилие для того, чтобы придать ускорение объекту; это усилие тем больше, чем больше масса объекта.

Поскольку вес пропорционален массе, масса объекта обычно измеряется путём сравнения его веса с весом тела стандартной массы с помощью прибора, который называется «весы». Отношение гравитационных сил, действующих на объекты, измеренное весами, равно отношению их масс.

История

7 апреля 1795 года грамм был принят во Франции как «абсолютный вес объёма чистой воды, равного кубу [со стороной] в сотую часть метра, и при температуре тающего льда»^[4]. Идея использовать заданный объём воды для определения единицы измерения массы была предложена английским философом Джоном Уилкинсом в его эссе 1668 года как способ связать массу и длину^[21][22].

Поскольку торговля и коммерция обычно имеют дело с предметами, чья масса намного значительней одного грамма, и поскольку стандарт массы, изготовленный из воды, был бы неудобен в обращении и сохранении, было предписано отыскать способ практической реализации такого определения. В связи с этим был изготовлен временный эталон массы в виде металлического предмета в тысячу раз тяжелее, чем грамм, — 1 кг.

В это же время была поручена работа с необходимой точностью определить массу кубического дециметра (литра) воды^{[К 4][4]}. Хотя принятое определение килограмма указало температуру воды 0 °C — это весьма устойчивая температурная точка — французский химик Луи Лефёвр-Жино (англ. Louis Lefèvre-Gineau) и итальянский натуралист Джованни Фабброни (англ. Giovanni Fabbroni) после нескольких лет исследований решили переопределить наиболее устойчивую точку воды в стандарте 1799 года: температура, при которой вода имеет наибольшую плотность, которая была определена в 4 °C^{[К 5][23]}.
Они решили, что 1 дм³ воды при своей максимальной плотности эквивалентен 99,9265 % массы временного эталона килограмма, изготовленного четыре года назад^{[К 6]}.

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	иоттаграмм	Иг	Yg	10−24 г	иоктограмм	иг	yg
применять не рекомендуется      не применяются или редко применяются на практике

Эталон килограмма

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^[24].

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^[25].

Нынешний эталон был изготовлен в 1889 году из платиново-иридиевого сплава в виде цилиндра высотой и диаметром 39 мм^[25]. 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^[25], они хранятся во ВНИИ метрологии им. Менделеева.

За время, прошедшее с изготовления международного эталона, его несколько раз сравнивали с национальными копиями. Измерения показали рост массы копий относительно эталона в среднем на 50 мкг за 100 лет^[24][26]. Хотя абсолютное изменение массы международного эталона не может быть определено с помощью существующих методов измерения, оно определённо должно иметь место^[24].

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^[27]. В последующее десятилетие рядом международных организаций велась работа по выработке предварительных предложений о переопределении килограмма^[28].

Перспективы

В 2011 году XXIV Генеральная конференция по мерам и весам приняла Резолюцию, 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^[29].

В частности, предполагается, что СИ станет системой единиц, в которой постоянная Планка h равна 6,62606X·10⁻³⁴ Дж·c точно^{[К 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 она выражается единицей СИ м²·кг·с⁻¹, которая равна Дж·с». В Резолюции также отмечается, что сразу после предполагаемого переопределения килограмма масса его международного прототипа будет равна 1 кг, но это значение приобретёт погрешность и впоследствии будет определяться экспериментально.

В принципиальном плане возможно альтернативное определение килограмма, основанное на результатах работы The Avogadro Project. Команда проекта, создав сферу из изотопа кремния ²⁸Si массой 1 кг и рассчитав количество атомов в ней, предполагает описать килограмм как определённое количество атомов данного изотопа кремния^[30]. Однако Международное бюро мер и весов использовать такой вариант определения килограмма не планирует^[29][31].

См. также

• Килограмм-сила

Примечания

Комментарии

Источники

Литература

	Килограмм на Викискладе

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

Ссылки

• New Measurement Will Help Redefine International Unit of Mass (англ.). News. NIST (30 June 2017). Проверено 6 июля 2017.