Килограм: Разлика между версии
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
още ред. |
връщам съдържание в раздел История |
||
Ред 56:
Тъй като във всяка точка на Земята теглото на даден обект е пропорционална на масата му, масата на предметите в килограми обикновено се измерва, като се сравнява теглото им с теглото на стандартни предмети с известна маса при използването на устройство, наречено [[везна]]. Съотношението на гравитационните сили, действащи върху двата предмета, измерено от везната, е равно на съотношението на техните маси.
== „Килограмът от Архива“ ==▼
[[Файл:Arago kilogram.jpg|мини|upright=1.3|Килограмът на Араго, точно копие на „килограма от Архива“, поръчано през 1821 г. от Съединените щати и изработено под надзора на френския физик [[Франсоа Араго]], което служи като първи еталон за килограм в Съединените щати до 1889 г.]]▼
На 7 април 1795 г. във Франция е дефиниран [[грам]]ът като „абсолютното тегло на обема чиста вода, равен на куб със страна една стотна част от метъра при температурата на топене на леда.“{{hrf|smdsi.quartier-rural.org|1999}} Идеята за използване на специфичния обем на водата за определяне на масата най-напред е лансирана от английския философ [[Джон Уилкинс]] през 1668 г. като начин за свързване на маса и дължина.{{hrf|metricationmatters.com|2011a}}{{hrf|metricationmatters.com|2011b}}▼
Тъй като стопанството и бита обикновено се използват предмети с много по-голяма маса от един грам, и тъй като еталон, изработен от вода, би бил нестабилен и неудобен, се наложило по-практично решение на еталон. По тази причина през 1799 г. като временен еталон е изработено монолитно метално тяло от [[платина]], 1000 пъти по-тежко и масивно от грама.▼
По същото време започва работа по точното определяне на масата на един кубичен дециметър ([[литър]]) вода.{{hrf|smdsi.quartier-rural.org|1999}} Макар утвърдената в правителствения декрет дефиниция на килограма да определя водата да бъде с температура 0 °C, след няколкогодишни изследвания [[Луи Льофевр-Жино]] и [[Джовани Фаброни]] решават да предефинират през 1799 г. еталона чрез плътността – по тяхното определение водата трябва да има максимална плътност, като по това време се смята, че това става при 4 °C (съвременните измервания с по-голяма точност дават стойност от 3,984 °C). Льофевр-Жино и Фаброни установяват, че един кубичен дециметър вода при максимална плътност е равен на 99,9265% от масата на временния еталон, изработен четири години по-рано.{{hrf|Zupko|1990|}} През същата 1799 г. е изработен от платина нов еталон, който трябва да бъде равен, доколкото това е възможно по това време, на масата на един кубичен дециметър вода при температура 4 °C. Еталонът е предаден на Архива на Републиката през юни, а на 10 декември 1799 г. е официално утвърден като „килограмът от Архива“ и единицата килограм е дефинирана като равна на неговата маса. Този еталон се използва през следващите 90 години.▼
== Единици за маса ==
Line 145 ⟶ 136:
йотаграм
|}
== История ==
▲=== „Килограмът от Архива“ ===
▲[[Файл:Arago kilogram.jpg|мини|upright=1.3|Килограмът на Араго, точно копие на „килограма от Архива“, поръчано през 1821 г. от Съединените щати и изработено под надзора на френския физик [[Франсоа Араго]], което служи като първи еталон за килограм в Съединените щати до 1889 г.]]
▲На 7 април 1795 г. във Франция е дефиниран [[грам]]ът като „абсолютното тегло на обема чиста вода, равен на куб със страна една стотна част от метъра при температурата на топене на леда.“{{hrf|smdsi.quartier-rural.org|1999}} Идеята за използване на специфичния обем на водата за определяне на масата най-напред е лансирана от английския философ [[Джон Уилкинс]] през 1668 г. като начин за свързване на маса и дължина.{{hrf|metricationmatters.com|2011a}}{{hrf|metricationmatters.com|2011b}}
▲Тъй като стопанството и бита обикновено се използват предмети с много по-голяма маса от един грам, и тъй като еталон, изработен от вода, би бил нестабилен и неудобен, се наложило по-практично решение на еталон. По тази причина през 1799 г. като временен еталон е изработено монолитно метално тяло от [[платина]], 1000 пъти по-тежко и масивно от грама.
▲По същото време започва работа по точното определяне на масата на един кубичен дециметър ([[литър]]) вода.{{hrf|smdsi.quartier-rural.org|1999}} Макар утвърдената в правителствения декрет дефиниция на килограма да определя водата да бъде с температура 0 °C, след няколкогодишни изследвания [[Луи Льофевр-Жино]] и [[Джовани Фаброни]] решават да предефинират през 1799 г. еталона чрез плътността
=== Международен еталон на килограма ===
От 1889 г. килограмът е дефиниран като равен на масата на конкретен предмет, наричан ''международен еталон на килограма'',{{hrf|BIPM|2017}} често наричан в професионалния свят на [[метрология]]та ''IPK'' ({{lang|en|на=от|International prototype kilogram}}). Международният еталон е изработен от [[платина|платинената]] сплав ''Pt-10Ir'', съставена от 90% платина и 10% [[иридий]] (по маса), обработена в прав кръгов [[цилиндър]] с диаметър 39,17 mm и височина, равна на диаметъра, за да се сведе до минимум околната му повърхнина.{{hrf|Quinn|1986|74 – 79}} Добавянето на 10% иридий подобрява изцяло платинения „килограм от Архива“, като значително увеличава [[твърдост]]та, но същевременно запазва много от качествата на платината – изключителна устойчивост към окисление, изключително висока [[плътност]], задоволителна електрическа и топлинна проводимост и ниска магнитна възприемчивост. Международният еталон и негови шест копия се съхраняват в [[Международно бюро по мерки и теглилки|Международното бюро по мерки и теглилки]] ({{lang|fr|Bureau International des Poids et Mesures, BIPM}}) в сейф с контролирана среда в подземието на сградата на Бюрото в [[Сен Клу]] (пощенският адрес на комплекса е в съседния [[Севър]], но еталонът се намира в „Павилион дьо Бретьой“ на територията на Сен Клу{{hrf|openstreetmap.org|2017}}), в покрайнините на Париж. Три независимо управлявани ключа са необходими за отваряне на трезора. Официални копия на Международния еталон са предоставени на други държави, за да служат като техни национални еталони. Те се сравняват с оригиналния Международен еталон приблизително на всеки 40 години, осигурявайки връзката между местните измервания и Международния еталон.{{hrf|BIPM|2013a}}
[[Конвенция за метъра|Конвенцията за метъра]], подписана на 20 май 1875 г., допълнително формализира [[метрична система|метричната система]], станала по-късно основа на [[Международна система единици|Международната система единици]] (SI). Подписването на конвенцията води до изработването на Международния еталон на килограма – един от три цилиндъра, създадени през 1879 г. от британската компания „[[Johnson Matthey]]“ (тя продължава и в наши дни да произвежда почти всички национални еталони).{{hrf|Smith|1973|66 – 68}}{{hrf|Quinn|2011|321}} През 1883 г. се установява, че масата на Международния еталон практически не се отличава от масата на „килограма от Архива“, направен осемдесет и четири години преди това, след което той е официално утвърден като еталон от първата Обща конференция по мерките и теглилките през 1889 г.{{hrf|Quinn|1986|74 – 79}}
Съвременните измервания на ''Виенския стандарт на средната океанска вода'', която е чиста дестилирана вода с изотопен състав, представителен за средната стойност на [[Световен океан|Световния океан]], показват, че тя е с плътност 0,999975 ±0,000001 kg/L в точката си на максимална плътност (3,984 °C) при стандартно атмосферно налягане (760 [[mmHg]] или 101 325 [[Паскал (единица)|Pa]]).{{hrf|Chaplin|2017}} Така, един кубичен дециметър вода при точката си на максимална плътност е само с 25 милионни части по-малка маса от Международния еталон.
[[Файл:National prototype kilogram K20 replica.jpg|мини|Реплика на националния еталон за килограм K20, един от двата еталона, съхранявани в американския [[Национален институт за стандарти и технологии]] (NIST) в [[Гейтърсбърг]], които служат за основни еталони за определяне на всички единици за маса и тегло в Съединените щати]]
Различните копия на Международния прототип за килограм имат следните означения в литературата:
* Самият Международен еталон IPK – намира се в Сен Клу, Франция.
* Шест директни копия, номерирани K1, 7, 8(41), 32, 43 и 47 – намират се в Сен Клу, Франция.
* Десет работни копия – осем (9, 31, 42′, 63, 77, 88, 91 и 650) за редовна употреба и две (25 и 73) за специални нужди.{{hrf|Stock|2015|3110 – 316}} – намират се в Сен Клу, Франция
* Национални еталони, съхранявани в:{{hrf|Girard|1994|317 – 336}}{{hrf|BIPM|2013b}}{{hrf|BIPM|2013c}}{{hrf|Picard|2012}} [[Австралия]] (44 и 87), [[Австрия]] (49), [[Белгия]] (28 и 37), [[Бразилия]] (66), [[Великобритания]] (18,{{hrf|National Physical Laboratory|2013}} 81 and 82), [[Германия]] (52, 55 и 70), [[Дания]] (48), [[Египет]] (58), [[Израел]] (71), [[Индия]] (57), [[Индонезия]] (46), [[Испания]] (24 и 3), [[Италия]] (5 и 76), [[Канада]] (50 и 74), [[Кения]] (95), [[Китай]] (60 и 64; 75 в [[Хонконг]]), [[Мексико]] (21, 90 и 96), [[Нидерландия]] (53), [[Норвегия]] (36), [[Пакистан]] (93), [[Полша]] (51), [[Португалия]] (69), [[Румъния]] (2), [[Русия]] (12 и 26),{{hrf|slovari.yandex.ru|2013}} [[САЩ]] (20,{{hrf|Jabbour|2001|26}} 4, 79, 85 и 92), [[Северна Корея]] (68), [[Сингапур]] (83), [[Словакия]] (41 и 65), [[Сърбия]] (11 и 29), [[Тайван]] (78), [[Тайланд]] (80), [[Турция]] (54),{{hrf|TÜBİTAK|2014}} [[Унгария]] (16), [[Финландия]] (23), [[Франция]] (35), [[Чехия]] (67), [[Швейцария]] (38 и 89), [[Швеция]] (40 и 86),{{hrf|Gutfelt|2014|3}}[[ЮАР]] (56), [[Южна Корея]] (39, 72 и 84), [[Япония]] (6 и 94).
* Няколко допълнителни копия, съхранявани от ненационални организации, като [[Френска академия на науките|Френската академия на науките]] в Париж (34) и Института по метрология в [[Торино]] (62).{{hrf|Girard|1994|317 – 336}}
=== Проблеми с Международния еталон за килограм ===
По определение грешката в измерената стойност на масата на Международния еталон за килограм е точно нула – Международният еталон ''е'' килограмът. Същевременно промени в масата на Международния еталон могат да бъдат открити, сравнявайки неговата маса с тази на неговите официални копия по света – това е рядко извършвана процедура, наричана „периодична проверка“. Такива проверки са правени три пъти в историята – през 1889, 1948 и 1989 година. Например, Съединените щати притежават четири Pt–10Ir еталона, два от които, K4 и K20 са от оригиналната серия от 40 копия, изработени през 1884 година. K20 е определен за основен национален еталон за маса на Съединените щати. Тези два еталона, както и еталоните на другите страни по света, периодично се изпращат в Международното бюро за мерки и теглилки за проверка, като се транспортират изключително грижливо. През 1984 година K4 и K20 са пренесени на ръка в пътническите кабини на два отделни граждански самолета.
Трябва да се отбележи, че нито едно копие не е с маса, точно равна на тази на Международния еталон – масите им са калибрирани и документирани чрез отмествания в стойностите. Например основният американски еталон K20 първоначално (през 1889 година) има официална маса от {{nowrap|1 kg − 39}} μg), т.е. е с 39 µg по-лек от Международния еталон. Проверката, извършена през 1948 година показва маса от {{nowrap|1 kg − 19 µg}}. Последната проверка от 1989 година показва маса, точно равна на първоначалната стойност от 1889 година. За разлика от тези разнопосочни промени, масата на американския контролен еталон K4 постоянно намалява спрямо Международния еталон, като причината за това е известна. Контролните еталони се използват много по-често от основните и са подложени на надраскване и други форми на износване. K4 първоначално има официална маса от {{nowrap|1 kg − 75 µg}} през 1889 година, но към 1989 година официално е калибриран до {{nowrap|1 kg − 106 µg}}, а десет години по-късно е {{nowrap|1 kg − 116 µg}}. За период от 110 години K4 губи 41 µg спрямо Международния еталон.{{hrf|Jabbour|2001|25 – 46}}
[[Файл:DeviationsFromIPK.svg|мини|Отклонения в масата на националните еталони K21–K40 и копията K32 и K8(41)]]
Освен простото износване, на което са подложени контролните еталони, дори масата на грижливо съхраняваните национални еталони може да се отклони от тази на Международния еталон по различни причини, някои от които са известни, а други не. Тъй като Международният еталон и неговите копия се съхраняват във въздух, макар и под два или повече стъклени похлупака, масата им се увеличава чрез [[адсорбция]] на атмосферни замърсители по повърхността. По тази причина те се почистват чрез процес, разработен от Международното бюро за мерки и теглилки между 1939 и 1946 година{{hrf|Girard|1990}} – изтриване с [[гюдерия]], намокрена с равни части [[етер (химия)|етер]] и [[етанол]], последвано от парно почистване с двойно [[дестилирана вода]], след което еталоните отлежават 7 до 10 дни преди да бъдат проверени. Преди публикувания пред 1994 година доклад на Международното бюро за мерки и теглилки за относителните промени в масата на еталоните различните стандартизационни организации използват различни техники за почистване на своите еталони. Например в Съединените щати дотогава те се потапят и изплакват първо в [[бензен]], след това в етанол и накрая се почистват със струя от двойно дестилирана вода. Почистването на еталоните отстранява между 5 и 60 µg замърсители в зависимост главно от времето от предходното почистване. Повторно почистване може да премахне още до 10 µg. Непосредствено след почистването еталоните започват отново да трупат допълнителна маса и Международното бюро разработва специален модел за нейната оценка – средно по 1,11 µg месечно за първите 3 месеца след почистването и 1 µg годишно след това. Тъй като контролните еталони не се почистват при рутинно калибриране на други еталони, за да не се износват или повреждат, моделът на Международното бюро се използва за изчисляването коригираща добавка според времето, изминало след последното почистване.
== Бележки ==
| |||