キログラム - 科学

グラムの倍数であるキログラムは、質量を測定するための最も一般的な単位です。これは世界中で使用されており、国際単位系を使用して定義されています。

グラムの倍数

次の図に示すように、各キログラムは 1000 g および 100 万ミリグラムに相当します。

したがって、キログラムは体内に存在する質量を定義する役割を果たしますが、重量を定義するためにも使用されます。物体が重力のある領域にある場合、その重量はその質量と局所重力の積によって決まります。

キログラムは当初、1 リットルの純水に含まれる質量として定義されました。そして、特殊な金属合金を使用して製造されたシリンダーの質量として定義されました。ただし、この物理量の定義は、基本的な物理量ではなく、物体に基づいているため、物理学者にとっていくつかの問題が発生しました。

国際単位系

国際単位系は、自然の基本的な量の表現を統一する試みとして 1960 年に登場しました。これは、すべての科学的測定、さらには商用測定の定義に使用される 7 つの基本単位 (長さ、質量、時間、電流強度、温度、光度、物質の量) を示しています。さらに、これは世界で最も使用されている測定システムであり、 203 か国で正式に採用されています。

歴史を通じてあらゆる種類の測定や商取引に広く使用されてきた最も重要な数量の 1 つは質量です。そのためキログラムが標準化されました。キログラムの現代版は1879 年に提案され、そのオリジナル版はフランスの国際度量衡局に保管されています。ユニットを標準化するために、合計 40 を超える公式レプリカがいくつかの国に配布されました。キログラムの原型は、IPK (国際キログラム原型) と呼ばれる、 90% のプラチナと10% のイリジウムで構成される金属合金で作られた小さな円柱です。

物理定数を参照して確立される秒やメートルなどの他の単位とは異なり、キログラムは依然としてオブジェクトに基づいて定義されます。この特殊性により、この重要な量の精度は、他の基本量に見られる精度よりもはるかに低くなります。

キログラムの作成

キログラムを決定するために使用される材料を選択する際には、次のようないくつかの予防措置が講じられました。大気の浮力による影響を避けるために、使用される金属合金の密度は非常に高くなければなりません。外部磁場によるいかなる力の作用も受けないように、磁化率はほとんど、またはほとんど存在しません。また、静電気が蓄積されないように良好な導体であるため、他の物体の引力を受けません。

その形状は円筒形であり、可能な限り小さな表面積(約 62 cm ² ) を実現し、粒子の堆積を回避します。プロトタイプが球形であれば、さらに小さな面積が得られますが、IPK に必要な精度でこの幾何学的形状を処理および製造することは、非常に複雑であることが判明しました。

プロトタイプの質量に影響を与える可能性のある酸化と粒子の堆積の影響を避けるために、直径と高さ約39 mmの小さな円柱は部分真空のドーム (ガラスの鐘) 内に保管されます。測定のためにシリンダーを取り外すと、シリンダーは液体溶媒で洗浄され、オゾンガスと紫外線で乾燥されます。

なぜキログラムが軽くなるのですか？

定期的に、IPK とそのレプリカは高精度のスケールで注意深く比較されます。計量学者が驚いたことに、長年にわたってそれらの質量は発散しており、時間の経過とともに増加するものもあれば、減少するものもあります。見つかった違いを説明する明確な答えはありませんが、大気中に存在する水銀ガスは、化学反応の触媒であるシリンダー内に存在するプラチナと反応する可能性があると考えられています。さらに、鋳造時にシリンダー内にガスが閉じ込められ、それが内部から徐々に抜け出した可能性があります。

各国で採用されているキログラム標準の違いはほとんどないため、各国の異なる質量測定の経済的影響は現時点では関係ありません。ただし、化学、物理学、生物学など、非常に正確な測定が必要な知識分野では、差異が生じる可能性があります。さらに、これらの国で測定装置を規制するために使用される力と圧力の定義は、わずかに異なる値で動作する可能性があります。

結論

基本的な物理定数に基づいて、キログラムの新しい参照系を確立することが必要です。キログラムの定義に使用されるプロトタイプの質量は、過去 100 年間で約50マイクログラム、つまり 50.10 ^-6 g にわずかに変化しているためです。科学者によってまだ完全には理解されていません）。