千克原器

千克原器

國際單位制中米、千克、秒制的質量單位,也是國際單位制的7個基本單位之一。法國大革命後,由法國科學院制定。最初的定義和長度單位有關;即規定:1000立方厘米的純水在4℃時的質量,並用鉑銥合金製成原器,保存在巴黎,後稱國際千克原器。使用鉑銥合金,是因為鉑銥合金抗氧化性和抗化學劑性非常好。1901年第3屆國際計量大會規定:千克是質量(而非重量)的單位,等於國際千克原器的質量。

千克

kilogram
千克用符號kg表示。千克力是工程技術中常用的計力單位,規定為國際千克原器在緯度45°的海平面上所受的重力。符號為kgf。工程技術書中常把“力”字省略,因此易與質量單位混淆。

國際千克原器

最初法國規定在4℃時1立方分米純水的質量為1千克。後來用鉑銥合金製成一個高度和直徑都是39毫米的圓柱體,在1819年國際計量大會上批准為國際千克原器。它現今保存在巴黎的國際計量局總部,所有計量的測量都應溯源到該千克原器。
質量單位
古代質量單位和長度單位的情況相似,也有多種多樣的形式。例如:在波斯用卡拉薩(Karasha)作質量的單位,約合0.834千克,埃及用格德特(gedet),約合9.33克。 我國秦代度量衡制度中規定:1石=4鈞,1鈞=30斤,1斤=16兩。與現代國際單位制比較,1斤約合0256千克。 英制中以磅(pound),盎司(ounce),打蘭(dram),格令(grain)作單位:1磅=16盎司=265打蘭=7000格令
不列顛帝國曾用純鉑製成磅原器,它是高約1.35英寸,直徑1.15英寸的純鉑圓柱體。
最初的千克質量單位是由18世紀末法國採用的長度單位米推導出來的。1立方分米純水在最大密度(溫度約為4攝氏度)時的質量,就定為1千克。
1799年法國在製作鉑質米原器的同時,也製成了鉑質千克基準,保存在巴黎檔案局裡。
後來發現這個基準並不準確地等於1立方分米最大密度純水的質量,而是等於1000028立方分米。於是在1875年米制公約會議之後,也用含鉑90%、銥10%的合金製成千克原器,一共做了三個,經與巴黎檔案局保存的鉑質千克原器比對,選定其中之一作為國際千克原器。這個國際千克原器被國際計量局的專家們非常仔細地保存在特殊的地點,用三層玻璃罩好,最外一層玻璃罩里抽成半真空,以防空氣和雜質進入。隨後又複製了四十個鉑銥合金圓柱體,經過與國際千克原器比對後,分發給各會員國作為國家基準。跟米原器一樣,千克原器也要進行周期性的檢定,以確保質量基準的穩定可靠。

千克原器神秘"變輕"

存放於法國的標誌著1千克質量的鉑銥合金圓柱形碼神秘“變輕”,其質量比原來少了50微克。人們的日常生活或許不會因此改變,但對於諸如從事科學研究和數據統計等精密工作的人而言,如果1千克的標準有所改變,將會給他們的工作帶來不少麻煩。
神秘變輕
美聯社12日報導說,這個砝碼由鉑銥合金製成,直徑和高度均為3.9厘米。在1889年第一屆國際計量大會上被定為1千克的標準,並沿用至今。
別小看這個砝碼,它的作用可是舉足輕重,世界上所有使用公制計量單位的國家全都要依照它來制定1千克的質量。
它現在被安放在法國巴黎塞夫爾一個城堡中的三層鎖保險箱中,極少見光。
國際質量和測量局的物理學家裡查德·戴維斯說,與眾多複製品的平均質量相比,這個標準砝碼輕了50微克。
他說:“奇怪之處在於,這些複製品的質地和1千克標準砝碼一樣,而且許多是在同一時間製造出來的,並於同一條件下保存,但它們的質量卻慢慢有了差異。”
戴維斯12日在接受電話採訪時說:“對於這個變化,我們尚未找出任何合理的原因。還不能確定究竟是標準砝碼的材料質量變輕了,還是國家現行的通用砝碼變重了。”
影響重大
50微克質量的變化對於人們日常生活產生的影響簡直是微乎其微。麵包不會因此降價,畢竟50微克僅相當於一個指紋的質量。
戴維斯說:“對於普通人而言,這根本就不算什麼,1千克還是1千克。”
但是對於那些必須要求數據精確的科學工作者而言,“單位一”的變化就好像是滅頂之災,直接影響到發電等領域的數據統計,“這些人需要精確測量,然而人為制定的標準度量單位的變化將給他們帶來極大的不便”。
鑒於以上原因,世界各地的科學家們將於11月齊聚法國巴黎,一個意見小組將會承交關於基本度量單位的一系列改革預案,最終由來自世界各地的專業人士決定任何度量單位的變化。
一些不使用公制計量單位的國家代表也將參加這次會議,因為公制與其他單位系統之間的換算間接影響到其他國家的單位計量。
發展歷史
自古以來,各個國家採用過不少名稱各異的質量單位,比如英、美兩國曾採用的磅,英制的盎司,俄制的普特。現在世界普遍採用的是公制的千克。
1971年,法國為了改變質量單位混亂的局面,規定了1立方分米純水在4攝氏度下的質量為1千克。
1889年的第一屆國際計量大會上批准鉑銥合金的圓柱形砝碼為1千克的標準,並沿用至今。
對於1千克標準確定方法的未來,有人建議說,可以製造一種矽-28的球狀晶體的新型國際標準砝碼,取代原有的鉑銥合金圓柱形砝碼。
新砝碼的質地單一,可以避免在兩種元素配比過程中由於比率差錯而產生的問題,使科學家能夠精確確定其中的原子類型和數量。

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