Килограмм¶

Килограмм — единица массы в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц этой системы. Килограмм определяется как масса международного прототипа килограмма — цилиндра из платино-иридиевого сплава, хранящегося в Международном бюро мер и весов (МБМВ) в Севре (Франция). Обозначение: русское «кг», международное «kg».

¶Определение и история

Первоначально килограмм был определён в 1795 году как масса одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре её максимальной плотности (4 °C). Это определение было практичным, но неточным, поскольку плотность воды зависит от изотопного состава, давления и точности измерения объёма.

В 1875 году была подписана Метрическая конвенция, и для обеспечения единообразия измерений был изготовлен международный прототип килограмма (также известный как «Le Grand K») — цилиндр высотой 39 мм и диаметром 39 мм из сплава 90 % платины и 10 % иридия. С 1889 года он официально стал эталоном килограмма. Все национальные эталоны калибровались по отношению к нему.

¶Переопределение 2019 года

К концу XX века стало очевидно, что физический эталон нестабилен: его масса изменялась на десятки микрограммов из-за загрязнения поверхности, адсорбции газов и эрозии при очистке. Это создавало проблемы для науки, требующей высокой точности измерений.

26-я Генеральная конференция по мерам и весам в 2018 году утвердила новое определение килограмма, вступившее в силу 20 мая 2019 года. С этого момента килограмм определяется через фиксированное численное значение постоянной Планка h, равное 6,62607015×10⁻³⁴ Дж·с, и определения секунды и метра. Связь между массой и постоянной Планка устанавливается через соотношение Эйнштейна E = mc² и эффект Джозефсона. Практическая реализация нового определения осуществляется с помощью весов Киббла (ватт-весов), которые измеряют массу через электрические и механические величины.

¶Кратные и дольные единицы

Для образования кратных и дольных единиц массы в СИ используются стандартные десятичные приставки. Однако существует историческая особенность: основная единица массы — килограмм — уже содержит приставку «кило». Поэтому дольные и кратные единицы образуются не от килограмма, а от грамма (0,001 кг). Например:

• Миллиграмм (мг) — 10⁻⁶ кг
• Грамм (г) — 10⁻³ кг
• Тонна (т) — 10³ кг (не является единицей СИ, но допускается к использованию)

¶Эталоны и копии

После переопределения 2019 года международный прототип килограмма утратил статус эталона, но продолжает храниться в МБМВ как исторический артефакт. Национальные эталоны массы (в России — в ВНИИМ им. Д. И. Менделеева) теперь калибруются с использованием весов Киббла и других методов, обеспечивающих прослеживаемость к постоянной Планка.

¶Применение

Килограмм является базовой единицей для измерения массы в торговле, промышленности, науке и повседневной жизни. От точности воспроизведения килограмма зависят метрологические характеристики измерительных приборов, точность дозирования в фармацевтике, расчёты в физике и химии, а также международная торговля, где требуется единообразие единиц.

¶Интересные факты

• Копии международного прототипа, изготовленные в 1884 году, весили на несколько микрограммов больше оригинала; их периодически сравнивали с эталоном, и расхождения достигали 50 мкг.
• Весы Киббла, используемые для воспроизведения килограмма, позволяют измерять массу с относительной погрешностью порядка 10⁻⁸.
• В быту килограмм часто путают с весом (силой), однако в науке масса и вес (сила тяжести) — разные величины, измеряемые в килограммах и ньютонах соответственно.

¶Источники

• Международная система единиц (СИ), 9-е издание, 2019.
• ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин».
• Документы Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM), 2018.