Kilogramm
A kilogramm a tömeg SI-alapegysége; jele kg.
Az új, 2019. május 20-án életbe lépett definíció alapja a Planck-állandó rögzített értéke. Az új definíció szerint a h Planck-állandó pontos értéke:[1]
- h = 6,626 070 15·10−34 kg·m2·s–1
A h Planck-állandó értékének mérési pontossága nagy, a bizonytalanság mindössze ±0,000001% volt a 2000-es évek elején. Fontos megjegyezni, hogy a h Planck-állandó értékét a fenti számsorral rögzítették, azon a további mérések nem változtatnak. A képlet a kilogrammra rendezve:
- 1 kg = 1,43733919×1030 h [s / m2] [2]
A kg·m2·s−1 = J·s, így a kilogramm végső soron (elvileg) bárki által meghatározható a másodperc és a méter alapján. Ehhez egy speciális eszköz, az ún. Kibble-mérleg használható.
Az új definíciót 2018. november 16-án fogadták el a Párizs melletti Versailles-ban tartott 26. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencián (CGPM).[3]
A kilogramm definíciója korábban egy fizikai etalonon, azaz mintadarabon alapult, amit 1879 óta használtak erre a célra (International Prototype of the Kilogram – IPK). Az új definíció a „kilogramm” hétköznapi fogalmát vagy értékét nem módosítja.
Gramm és kilogramm
szerkesztésA kilogramm az egyetlen SI-alapegység, amelyik előtagot tartalmaz; a megfelelő előtag nélküli egység a gramm. Ennek történelmi okai vannak. 1790-ben a francia nemzetgyűlés megbízta az ország legnevesebb tudósait egy új mértékegységrendszer kidolgozásával. Ez volt a decimális mértékegységrendszer, az SI előfutára. Az 1799-es definíció szerint a tömeg alapmértékegysége a grave, 1 dm³ +4 °C-os[4][5] víz tömegével egyezik meg. További mértékegységek pedig a tonne (1000 grave) és a gramme (1/1000 grave).
A francia forradalom kitörése után azonban a grave-et elvetették (részben, mert hétköznapi használatra túl nagynak tartották, részben pedig politikai okokból – a „grave” egyik jelentése ugyanis „gróf”), helyette a grammot tették meg alapmértékegységnek (később a CGS-rendszer alapjává is vált). Mivel azonban egygrammos etalont mind készíteni, mind használni nehézkes lett volna, egy 1 kilogrammos etalont is készítettek (ez volt az ún. levéltári kilogramm, Kilogramme des Archives). Idővel a kilogramm fokozatosan átvette a gramm szerepét, nemcsak etalonként, hanem alapmértékegységként is, és az SI-mértékegységrendszerbe már ez került bele.
Részei és többszörösei
szerkesztésA prefixumokat a grammhoz illesztjük, de alapmértékegységnek a kilogrammot tekintjük. A mérésügyi törvény elsősorban azokat a prefixumokat engedélyezi, amelyek tízes hatványkitevője háromnak egész számú többszöröse. További többszörös és tört mértékek:
Súly és kilogramm
szerkesztés
A hétköznapi szóhasználatban a kilogrammot gyakran a súly mértékegységének mondják.[7] Valójában a súly SI-mértékegysége a newton; a kilogrammhoz igazított SI-n kívüli mértékegysége a kilopond (kp). Utóbbi az MKpS-mértékegységrendszer egyik alapmértékegysége. A nyugvó test súlya a tömeg és a nehézségi gyorsulás szorzata. Mivel a Föld felszínén a nehézségi gyorsulás jó közelítéssel állandó, a két mennyiség többé-kevésbé felcserélhető (1 kg tömeg 9,80665 newton, illetve 1 kilopond súlyú), általánosságban azonban ez nem igaz. A tömeg mértékére általában a súlyból következtetünk.
Léteznek eljárások, amelyek nem súlymérési módszerrel teszik lehetővé a tömeg megmérését, például rugók lengésével. Ilyen eljárások szükségesek az űrhajózásban.
A definíció története
szerkesztés
Az első meghatározás (1795) szerint legyen egy kilogramm annyi víznek a tömege, amely egytized méter élhosszúságú kockába fér a víz fagyáspontján. Ez volt gyakorlatilag a liter mértékegység meghatározása. Louis Lefèvre‑Gineau és Giovanni Fabbroni igen pontos mérésekkel kimutatták, hogy van a víznek egy sokkal stabilabb jellemzője: az a hőmérséklet, amelyen legnagyobb a sűrűsége. Ezt ők 4 °C-ként határozták meg, és ennek alapján készült el platinából a Levéltári Kilogrammo 1799-ben. A XX. század óta ezt úgy fogalmazzák meg, mint 1 köbdeciméter (dm³) víz tömege a legnagyobb sűrűségű állapotban, 3,984 Celsius-fokon és normál légköri nyomáson. Hétköznapi használatra 1 kg-nak vehetjük a vizet bármely hőmérsékleten, mivel a sűrűsége nem változik nagyon. 50 °C-ig 1% a hiba, de 100 °C-on már 4%. Az eredeti platinaetalon neve: Kilogramme des Archives, míg a platina-iridium változat francia neve: prototype international du kilogramme (angolul: IPK, International Prototype of the Kilogram, ). Az őskilogramm Marc Etienne Janety királyi ékszerész munkája[8]
Ez valójában körkörös definíció: a víz sűrűsége kis mértékben függ a légnyomástól, a nyomás pedig többek között a tömegből származtatott SI egység. Ennek elkerülésére 1889-ben, a párizsi 1. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencián (Conférence générale des poids et mesures) a kilogrammot a nemzetközi etalon (IPK) tömegeként definiálták, amelyet a sèvres-i Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatalban (Bureau International des Poids et Mesures)[9] őriznek. Az etalon platina-irídium ötvözetből készült, 39 mm magasságú és átmérőjű henger (franciául: „Le Grande Kilo”, angolul: „Big K” a beceneve) és az elsőrendű etalon mellett hat hivatalos másolatát őrzik a hivatalban.[10] Az etalonról nem csak hat másolat készült az elsővel együtt (összesen kb. 40 készült), a többi másolatot az egyes országok kapták meg; ezek a nemzeti etalonok, és azóta is készültek újabb másolatok.[11] [12]
A 90% platina, 10% irídium ötvözet nagy sűrűsége[13] miatt alkalmas etalonnak; a szennyeződésnek kitett felület így viszonylag kicsi, és a kisebb térfogat miatt a kiszorított levegő okozta felhajtóerő[14] is kisebb, így a mért tömeg kevésbé függ a levegő sűrűségétől. Emellett az ötvözet viszonylag közömbös; könnyen megmunkálható, sima felületűre alakítható – mindkettő tovább csökkenti a szennyeződést. A kilogrammetalon eredetileg platinából készült. A platina-iridium ötvözetnek (1874 alloy) az anyaga azonos a etalon anyagával. Az ötvözet tervezésére és elkészítésére vonatkozó leírás a méter szócikkben szerepel. Abban az időben, amikor törvényerőre emelkedett, az Osztrák–Magyar Monarchia egységesen írta alá a méteregyezményt, és azonos törvényeket hoztak az ország részterületeire. Ezek közül Szlovákia egyedülálló, hiszen nemrég vált külön Csehországtól, ezért ott a legfrissebb a métertörvény és a kilogramm etalon.[15]
A nemzetközi kilogramm etalont (IPK) „hét lakat alatt” őrzik a mértékügyi hivatal (BIPM) pincéjében egy széfben, három üvegbúra alatt, légkondicionált helységben; és csak három különböző ember három kulcsával lehet hozzáférni. Bár az etalont óvják a portól, a nedvességtől, az ujjlenyomatoktól vagy bármilyen külső behatástól, az mégis változik. Története során mindössze háromszor vették elő (1889, 1946, 1989). Legutóbbi vizsgálatakor a másolatokkal összehasonlítva azt tapasztalták, hogy tömege kb. 50 mikrogrammal csökkent, ami kb. egy homokszem tömege. Nyilván ez relatív, az eredmény úgy is érthető, hogy a többi etalon tömege nőtt meg. Erre az egyik magyarázat az lehet, hogy a platina előszeretettel megköti a higanyt, ami a többi etalon környezetében nagyobb százalékban volt jelen, illetve kevésbé voltak védettek, mint a fő etalon; azonban ez csak egy elmélet a többi közül, és tulajdonképpen egyik elmélet igazolására sincs mód.[16][17]
Mivel a kilogramm az SI-mértékegységrendszer alapegysége, ezért több más mértékegység pontossága is a tömegetalontól függött (amper, mól, kandela) így a 20. század során a technika és a tudományok fejlődédével egyre fontosabbá vált, hogy valmilyen más módszerrel definiálják. Bár a szakemberek folyamatosan keresték a módszereket, ami alapvető fizikai állandó vagy atomi mennyiségen alapul, csak 2011-ben, a 24. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia során voltak képesek döntést hozni arról, hogy 2018-ra ki kell dolgozni az új módszert, amely a Planck-állandó alapján definiálja a kilogrammot. Ekkorra ez maradt az egyetlen etalontól függő, nem eléggé stabil alapmértékegység.[18]
Tömegetalonok
szerkesztésTömegetalon mérése és kalibrálása
szerkesztésTisztítása különleges műveletet igényel.[19] A Physikalisch-Technische Bundesanstalt széles tartományban végez kalibrálást.[20][halott link]
A magyar (K16 számú) kilogramm etalont utoljára 2007-ben hitelesítették.[21]
A különféle anyagból készült etalonok eltérő méretűek
| anyag | sűrűség kg/m³ |
térfogat cm³ |
átmérő mm |
|---|---|---|---|
| platina-irídium | 21550 | 46 | 38,9 |
| platina | 21450 | 46,6 | 39 |
| alpakka | 8600 | 116 | 52,9 |
| sárgaréz | 8400 | 119 | 53,3 |
| invar | 8100 | 123 | 53,9 |
| acél | 8000 | 125 | 54,2 |
| alumínium | 2700 | 370 | 77,8[22] |
| hegyikristály | 2666 | 375 | 78 |
| szilícium gömb | 2330 | 429 | 93,4 |
A táblázat első sora az 1874 alloy adatait tartalmazza, a második az őskilogramm adatait. Az invart (kobalttal dúsított invar) a méter etalonhoz használják. A kilogramm etalonokat nem egyszerű (7860 kg/m³), hanem korrózióálló acélból készítik. Az ötvözet anyagától függően tehát a kilogramm etalonok magassága és átmérője 38,9–39,2 mm között változik. A térfogati adatok alapján belátható, hogy például ha egy platina- és egy acéletalont hasonlítanak össze, a normál légköri levegő által keltett felhajtóerő miatt 95 mg mérési hiba keletkezik. Ennek kiküszöbölésére egyes laboratóriumok vákuum[23] alatti mérleget használnak (NPL). A német Physikal-Technische Bundesantalt[24] kétféle vákuummérleget is használ. A BIPM kimérte az acél kilogrammetalonok mérési hibáját. Az általuk közölt ábrán jól látható, mekkora a mérési bizonytanságnak az a része, amelyet az etalon megválasztása, a mérleg megválasztása, illetve a levegő által keltett felhajtóerő okoz.[25]
Tömegetalon jelzései
szerkesztésOIML R 111-94,[26] Organisation Internationale de Métrologie Légale (A Törvényi Mérésügy Nemzetközi Szervezete). Azonosítók: E1, E2, F1, F2, M1, M2, M3
ASTM E 617-97,[27] American Society for Testing and Materials (Anyagok és Anyagvizsgálatok Amerikai Társasága). Azonosítók: 0...7 (számjegyek)
NIST HB 105-1-90[28] National Institute of Standards and Technology (Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet). Azonosító: F
Az NBS dokumentum[29] további tömeg-etalonokat határozott meg; National Bureau of Standards (Országos Szabványügyi Iroda), jogutódja a NIST. Az etalonok azonosítóját lásd a következő táblázatban: J, M, S, S-1, P, Q, T
Az échelle francia szó, eredetileg létrafokot jelent (kiejtése: ɛʃɘl). Az alábbi táblázatban a minőségi fokozatot jelöli: hol helyezkedik el az adott etalon a mértékek hierarchikus rendjében
| jel | Echelon I | Echelon I | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Echelon II | Echelon II | |||||||||||||||
| Echelon III | Echelon III | |||||||||||||||
| névleges érték | E1 | E2 | F1 | F2 | M1 | M2 | M3 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | F |
| kg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg | mg |
| 5000 | 100 000 | 250 000 | 500 000 | 750 000 | 500 000 | |||||||||||
| 2000 | 40 000 | 100 000 | 200 000 | 300 000 | 200 000 | |||||||||||
| 500 | 10 000 | 25 000 | 50 000 | 75 000 | 50 000 | |||||||||||
| 200 | 4 000 | 10 000 | 20 000 | 30 000 | 20 000 | |||||||||||
| 50 | 25 | 75 | 250 | 750 | 2500 | 7500 | 25000 | 63 | 125 | 250 | 500 | 1 000 | 2 500 | 5 000 | 7 500 | 5 000 |
| 20 | 10 | 30 | 100 | 300 | 1000 | 3000 | 10000 | 25 | 50 | 100 | 200 | 400 | 1 000 | 2 000 | 3 800 | 2 000 |
| 5 | 2,5 | 7,5 | 25 | 75 | 250 | 750 | 2500 | 6 | 12 | 25 | 50 | 100 | 250 | 500 | 1 400 | 500 |
| 2 | 1,0 | 3,0 | 10 | 30 | 100 | 300 | 1000 | 2,5 | 5,0 | 10 | 20 | 40 | 100 | 200 | 750 | 200 |
| 1 | 0,5 | 1,5 | 5 | 15 | 50 | 150 | 500 | 1,3 | 2,5 | 5 | 10 | 20 | 50 | 100 | 470 | 100 |
| 0,5 | 0,25 | 0,75 | 2,5 | 7,5 | 25 | 75 | 250 | 0,60 | 1,2 | 2,5 | 5,0 | 10 | 30 | 50 | 300 | 70 |
| 0,2 | 0,1 | 0,3 | 1,0 | 3,0 | 10 | 30 | 100 | 0,25 | 0,5 | 1,0 | 2,0 | 4,0 | 15 | 20 | 160 | 40 |
| 0,05 | 0,030 | 0,10 | 0,30 | 1,0 | 3,0 | 10 | 30 | 0,060 | 0,12 | 0,25 | 0,60 | 1,2 | 5,6 | 7 | 10 | |
| 0,02 | 0,025 | 0,080 | 0,25 | 0,8 | 2,5 | 8 | 25 | 0,037 | 0,074 | 0,10 | 0,35 | 0,70 | 3,0 | 3 | 33 | 4,0 |
| 0,005 | 0,015 | 0,050 | 0,15 | 0,5 | 1,5 | 5 | 15 | 0,017 | 0,034 | 0,054 | 0,18 | 0,36 | 1,3 | 2 | 13 | 1,5 |
| 0,001 | 0,010 | 0,030 | 0,10 | 0,3 | 1,0 | 3 | 10 | 0,017 | 0,034 | 0,054 | 0,10 | 0,20 | 0,50 | 2 | 4,5 | 0,90 |
| 0,0002 | 0,006 | 0,020 | 0,06 | 0,20 | 0,6 | 2 | 0,005 | 0,010 | 0,025 | 0,06 | 0,12 | 0,26 | 1 | 1,8 | 0,54 | |
| 0,000 05 | 0,004 | 0,012 | 0,04 | 0,12 | 0,4 | 0,005 | 0,010 | 0,014 | 0,042 | 0,085 | 0,16 | 0,5 | 0,88 | 0,35 | ||
| 0,000 01 | 0,002 | 0,008 | 0,025 | 0,08 | 0,25 | 0,005 | 0,010 | 0,014 | 0,030 | 0,060 | 0,10 | 0,5 | 0,4 | 0,21 | ||
| 0,000 002 | 0,002 | 0,006 | 0,020 | 0,06 | 0,20 | 0,005 | 0,010 | 0,014 | 0,025 | 0,050 | 0,060 | 0,2 | 0,12 | |||
| 0,000 001 | 0,002 | 0,006 | 0,020 | 0,06 | 0,20 | 0,005 | 0,010 | 0,014 | 0,025 | 0,050 | 0,050 | 0,1 | 0,10 | |||
Etalonoknál a tűrésmező a Vezérfonal a mérési bizonytalanság meghatározására című kiadványban értelmezett négyzetes eloszláshoz hasonló,[30] tehát nem a szórás, vagy annak kiterjesztett értéke
Az etalonok hitelesítésére különleges hidrosztatikus mérlegeket terveztek. Az amerikai NIST (illetve elődje, az NBS) elektronikus mérlege vagy vizet használ, vagy FC-75 típusú perfluorokarbon szénhidrogénszármazékot.[31]
További pontosítást igényelnek az anyagok mágneses tulajdonságai. Így például a platina paramágneses anyag, a sárgaréz diamágneses,[32] az acél viszont ferromágneses. Ezt az etalonok hitelesítésénél figyelembe kell venni. Az Alac típusú etalonok mágneses szuszceptibilitását rendszeresen tesztelik a BIPM-ben.[33]
National Bureau of Standards
szerkesztésNational Bureau of Standards: Circular 3. Design and test of standards of mass; Classification of Weight, 1903, 1918.[29] A tömegetalonokra vonatkozó XX: századi előírások[34] átvéve a NIST számára 1991-ben
| Típus | felhasználása | pontossági osztálya[35] | anyaga, kivitele |
|---|---|---|---|
| J | analitikai mérlegek számára | 0,003 mg | aranyozott, nem mágnesezhető |
| M | nagypontosságú mérésekhez | 0,0054 mg | sárgaréz, bronz, Pt, vagy Rh felülettel |
| S | tudományos célra (Scientific) | 0,014 mg | réz, alumínium, ón, oxidmentes |
| S-1 | azonos az S osztállyal, de a nem-metrikus mértékek számára[36] | 0,014 mg | réz, alumínium, ón, oxidmentes |
| P | laboratóriumi és nagy pontosságú műszaki felhasználásra | 0,1 mg‡ | sűrűség: 7200–10000 kg/m³ |
| Q | általános laboratóriumi felhasználásra, oktatási célra | 0,1 mg‡ | |
| T | célműszerekhez, erőmérési célokra is | 0,8 mg‡ | alumínium |
| A | állami elsődleges etalon | ||
| B | állami másodlagos etalon | ||
| C | mérlegteszt céljára |
‡: A „P”, „Q”, „T” osztályoknál, ha a névleges érték igen kicsi, akkor az érték tűrése kisebb, mint 5%
Problémák a korábbi definícióval
szerkesztésA tömegetalonon alapuló definícióval számos probléma volt. Elméletileg, ha az etalonnal valami történik (például jelentős szennyeződés éri), akkor az egész világon minden test tömege számszerűen megváltozik. Ezt a furcsa helyzetet az okozza, hogy nem az etalon lett 1 kilogrammos tömegűre elkészítve, hanem az 1 kilogramm volt pontosan és mindig az a tömeg, amennyi az etalon mindenkori tömegével azonos. Rengeteg problémát vet fel és rengeteg erőforrást emészt fel az etalon tárolása, sérülésektől és szennyeződéstől való védelme, rendszeres tisztítása, a nemzeti etalonok előállítása és rendszeres kalibrálása.
Az etalon tömegének mérési hibája néhány mikrogramm. Az etalonok tömege folyamatosan változik: a nemzeti etalonok esetében akár évi két mikrogrammal. A nemzetközi etalon ennél minden bizonnyal stabilabb, de kismértékben szintén változik. (Természetesen csak a szó „rendes” értelmében – ha szigorúan vesszük a definíciót, a nemzetközi etalon értéke sohasem változhatott meg, mivel csak önmagához volt mérhető.)[16]
Mindezen problémák miatt a kutatók nagy erőfeszítéseket tettek egy modern, a fizika alapvető állandóiból és törvényeiből levezethető definíció megalkotására, amilyen végül 2019-ben hatályossá vált.
Az új definícióhoz javasolt korábbi megoldások
szerkesztésAz erőfeszítések során, amelyet az alapvető vagy atomi állandók felhasználásával történő új definíció bevezetésére tettek, az alábbi működőképes javaslatok születtek:
Avogadro-projekt
szerkesztésAz Avogadro-számos[37] megközelítés kísérletet tett rá, hogy a kilogrammot adott számú szilíciumatom tömegeként definiálja, ami egy atomszámláló megközelítés. Gyakorlati megközelítéssel egy gömböt használtak volna, amelynek méretét interferometria felhasználásával mérik.[38]
A projekt megvalósításához egyetlen szilíciumizotóp szükséges. Erre a célra a 28-as izotópot választották, amelyet Oroszország tudott elegendő mennyiségben szállítani. Ebből az anyagból a német PTB-nek sikerült egykristálynövesztéssel szilíciumgömböket előállítania. Az ausztráliai Optikai Kutatóintézetben érték el a gömbök csiszolásával a lehető legtökéletesebb gömbformát. Az így létrehozott 93 mm átmérőjű gömbnek a gömbformától való eltérése jelenleg kisebb, mint 35 nm.[39] A szilíciumgömb felületén oxidok képződnek néhány molekulányi rétegben (SiO és SiO2). Víz is rakódik rá; ha azonban vákuumban mérjük a tömegét, a víz elpárolog róla, tehát a mérés pontosságát nem befolyásolja. Míg a hagyományos platina–irídium kilogrammok ellenőrzése nagy mértékben függ azok állapotától és a mérlegek tulajdonságaitól, addig a szilíciumetalonról elmondható, hogy adatai ismertek és állandóak.
Az elgondolás a következőkön alapszik:
- Az Avogadro-szám az alapvető fizikai állandók közé tartozik, és értékét nagy pontossággal ismerjük. Ennek alapján pontosan megmondható, hány darab atom van egy kilogramm szilícium-28-ban
- A szilíciumkristály rácsállandója atomfizikai megfontolások alapján kiszámítható, értékét ezért pontosan ismerjük
- A rácsállandó és az atomok darabszáma alapján pontosan meghatározható a gömb térfogata; ebből az átmérője. A szilícium-egykristály monotonitása rendkívül stabil
- Az előbbi adatokból nagy pontossággal ismertté tehető a szilíciumgömb sűrűsége. A sűrűség ismeretében a hidrosztatikai mérlegelés pontosan elvégezhető.
A mérési bizonytalanságot rontja, ha az etalonban más izotópok is vannak, mint a tervezetben meghatározott 28-as; ezek éppúgy rácsszerkezeti hibát okoznak, mint bármilyen egyéb szennyező anyag. Ezért van szükség a tiszta izotópra a mérések számára.
Az elemi elektromos töltés alapján való meghatározás
szerkesztés- Az ionfelhalmozódásos megközelítés aranyatomok (197Au) felhalmozásán alapul, és a semlegesítéséhez szükséges elektromos töltést méri, ami egy atomszámláló megközelítés.[40] Az aranyatomok felhalmozódását egy tömegszeparátor gyűjti, és egy tömegkomparátor által vezérelt érzékelő méri. A létrejövő mikrohullámú sugárzás a Josephson-állandóval áll kapcsolatban.
Az amperen alapuló erő felhasználásával
szerkesztésA kilogramm az a tömeg, amely pontosan 2·10−7 m/s² gyorsulással mozogna, ha akkora erő hatna rá, mint az elhanyagolható keresztmetszetű, egymástól 1 méter távolságban haladó végtelen hosszú párhuzamos vezetőpár egy méteres szakaszára, ha a vezetőkön keresztül pontosan 6,241 509 629 152 65·1018 elemi töltés másodpercenkénti áram folyna.. Ez az elv gyakorlatilag azonos az áramerősség mértékegységének meghatározására szolgáló árammérleg szerkezetével, amennyiben a mérést az erő mérésére vezeti vissza. Ez a definíció az amper korábbi definíciójának fordítottja.
A gyakorlatban egy szupravezető tekercs által keltett mágneses térben szupravezető anyagot lebegtetve a szükséges elektromos áram mérésével definiálható a tömeg. Az eredmény meghatározásához felhasználható a kvantum-Hall effektus és a Josephson-állandó, amely már elegendő pontossággal ismert. A készülék maga gyakorlatilag azonos szerkezetű a Watt-mérleg szerkezetével: mágnestekercs terében lebegő mágnes, amely kétkarú mérleghez illeszkedik, és a felrakott mérlegsúllyal kiegyenlíthető.[41]
Az új definíció
szerkesztésA kilogrammot a Planck-állandóhoz kötötték 2011-ben. A mérési módszerről a végleges döntés a 26. konferencián, 2018 novemberében született meg, amely során a méréséhez szükséges kísérleti eszköznek a Watt-mérleget választották, amit ma már Kibble-mérleg néven említenek Bryan Kibble tiszteletére, aki továbbfejlesztette az eszközt.
A Kibble-mérleg müködése az áram erőhatásán alapszik. Ez a mérőeszköz az amper mértékegység meghatározására szolgáló árammérlegen (Ampere-mérlegen) alapszik, annak továbbfejlesztett változata. A mérleg továbbfejlesztéséhez a BIPM,[42] az NPL[43] és a NIST[44] és Svájc[45] laboratóriumaiban folytattak kísérleteket, hogy annak pontosságát növeljék az új definícióhoz.
Jegyzetek
szerkesztés- ↑ Kilogram finally redefined as world’s metrologists agree to new formulation for SI units date= 2018-11-16. Physics World (IOP Publishing). [2018. november 16-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2018. november 19.)
- ↑ Archivált másolat. [2018. április 29-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2018. november 17.)
- ↑ https://www.vg.hu/kozelet/technologia-tudomany/mar-a-kilogramm-se-a-regi-1206187/ Archiválva 2018. november 17-i dátummal a Wayback Machine-ben Már a kilogramm se a régi, Világgazdaság, 2018. november 16.
- ↑ The Energy Library. [2014. január 7-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. január 7.)
- ↑ Kilogram. Kilogramme des Archives. [2014. január 7-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. január 7.) A liter, és ezzel a kilogramm meghatározásához szükséges méréseket Antoine Lavoisier és René Just Haüy végezték el; ez lett a Nemzeti Konventhez benyújtott 1795-ös (La Loi Du 18 Germinal An 3) definíció alapja. A további mérések (Louis Lefèvre‑Gineau és Giovanni Fabbroni) találtak a fagypontnál is stabilabb vonatkoztatási pontot; azt a hőmérsékletet, amelyen maximális a víz sűrűsége, s amelyet akkoriban +4 °C-ként határoztak meg. Ennek alapján kissé korrigált értékkel készült el a végleges platina etalon (Kilogramme des Archives). A víz sűrűségének ma ismert értékét a XX. században pontosították; így lett ez a hőmérséklet 3,984 °C (Vienna Standard Mean Ocean Water). Az 1795-ös kilogramm 18841 grain; az 1799-es kilogramm 18827 grain, az eltérés alig észrevehető
- ↑ H. G. Jerrard. A Dictionary of Scientific Units – Including dimensionless numbers and scales. Springer Science & Business Media (2012). Hozzáférés ideje: 2017. április 3.
- ↑ Coleman – Crown – Dresser: Uniform laws and regulations in the area of legal metrology and engine fuel quality. ts.nist.gov, 2003. [2011. szeptember 27-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. június 9.) Jellemző idézet az Egyesült Államok mérésügyi törvényébőL. When used in this handbook, the term "weight" means, "mass." (Ha súlyt mondunk, az mindig tömeget jelent)
- ↑ McDonald, Donald: pmr-v12-i4-142-145.pdf. platinummetalsreview.com, 2006. [2011. augusztus 13-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 15.) A platina kilogramm története. Felirata: A kilogramm alapmintája, amely a 3-ik évben, Germinal 18-án készült, és átadva a 7. év Messidor 4-én
- ↑ BIPM - unit of mass. bipm.org, 2010 [last update]. [2011. január 10-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 3.)
- ↑ BIPM - international prototype and its six official copies. bipm.org, 2007. [2007. szeptember 26-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 10.) A kilogramm és másolatai Sévres-ben
- ↑ Meyer-Stoll, Cornelia: Die Regulierung der bayerischen Landesmaße. radiobar.toolbarhome.com, 2011. [2010. augusztus 16-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 3.) E dokumentum tartalmazza az Ausztria által is használt, hegyi kristályból készült kilogramm etalon képét
- ↑ a b BIPM:: BIPM - Verifications. bipm.org, 2011. [2011. május 1-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 15.) Az 1890 óta végzett összehasonlítások eredménye 10-8 nagyságrendbe esik
- ↑ C. Goyon – R. S. Davis: Density Detemination of Prototypes and Mass Standards at the BIPM. bipm.org, 2009. [2012. október 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 25.) Az angol etalonok irídiumtartalma kisebb (feltehetőleg a hidegalakítási technológia miatt), de a mért eredményt nem tekintik szignifikánsan eltérőnek
- ↑ How do I calculate and apply air buoyancy corrections? Reference: National Physical Laboratory. npl.co.uk, 2011. [2011. április 4-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 22.) A felhajtóerő számítása két kilogramm atalon összehasonlításánál
- ↑ Šutek, Ľubomír: 'Zákona č. 505/1990... Etalón Hmotnosti Slovenského metrologického ústavu za Národnỳ Etalón'. smu.sk, 2010. (Hozzáférés: 2011. március 25.)[halott link] A szlovák kilogramm etalonok (a K41 és K65 számú Pt-Ir etalonok) referenciája
- ↑ a b A kilogramm etalonja egyszer lefogyott 0,05 milligrammot, és senki nem tudja, miért. Index.hu, 2018. október 17.
- ↑ Elusive Quest for One True Kilogram Finally Pays Off (angol nyelven). National Geographic Magazine, 2015. július 16.
- ↑ On the possible future revision of the International System of Units, the SI. bipm.org, 2010. [2011. augusztus 6-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. szeptember 26.)
- ↑ Girard, G.: The Washing and Cleaning of Kilogram Prototypes at the BIPM. bipm.org, 2005 [last update]. [2012. március 16-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 25.) Fényképes beszámoló a kilogramm etalonok hitelesítés előtti tisztításáról
- ↑ Michael Borys–Frank, Scholz–Martin Firlus: Darstellung der Masseskala. ptb.de, 2008. (Hozzáférés: 2011. március 25.) Német információs anyag a kilogramm etalonokról (PTB)
- ↑ BIPM - Calibrations. bipm.org, 2011. [2012. október 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 15.) A magyar etalon hitelesítését itt sorolják fel
- ↑ International recommendation. Metrological and technical requirements. oiml.org, 2005. [2011. augusztus 1-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 22.) OIML előírások a kilogramm mérésére
- ↑ Vacuum Weighing Facilities. npl.co.uk, 2011. [2011. február 2-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 22.) Vákuum-mérleg az NPL laboratóriumban
- ↑ Borys - Scholz - Firlus: 08_2_3.pdf. ptb.de, 2008. (Hozzáférés: 2011. március 25.)Vákuummérlegek a német metrológiai intézetben
- ↑ Davis, R.: Density of Standards. bipm.org, 2003. [2012. október 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 27.) A mérési bizonytalanság értéke függ az etalontól, a mérlegtől, valamint a levegő felhajtóerejétől.
- ↑ International recommendation: Metrological and technical requirements. oiml.org, 2005 [last update]. [2011. augusztus 1-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 26.)Az alapvető OIML hivatkozás
- ↑ Clasificationes de pesas OIML R 111, ASTM E 617 y NIST F. metas.com.mx, 2010. [2012. május 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 26.) ASTM hivatkozás spanyolul
- ↑ NIST Handbook 105-1 Specifications and tolerances for refernce standards and field standard weight and measures. nist.gov, 2010. [2012. szeptember 26-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 26.) NIST tömeg etalon szabványok
- ↑ a b T. W. Lashof, L. B. Macurdy: Precision laboratory standards of mass and laboratory weights. nist.gov, 2011. (Hozzáférés: 2011. július 26.) National Bureau of Standars szabvány
- ↑ Evaluation of measurement data - Guide to the expression of uncertainty in measurement. oiml.org, 2010. (Hozzáférés: 2011. július 25.)[halott link] GUM négyszögletes eloszlás 4. fejezet 2. ábra
- ↑ Davis, R. S.: NIST Measurement services: Mass calibrations. nist.gov, 2011 [last update]. [2011. október 19-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 19.) Tömegmérések az NBS-nél
- ↑ Magnetic properties of Copper. bipm.org, 2007. [2012. október 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. április 1.) A dokumentum képet tartalmaz egy műszerről, amely aktuálisan egy diamágneses etalon tulajdonságait méri
- ↑ BIPM - Calibrations. bipm.org, 2011. [2012. október 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. április 1.)
- ↑ NBS Handbook 44.
- ↑ egyedi, illetve több darab átlagára eltérő előírások – például az S osztályban az 1 g-os mérlegsúly egyedi (individual) tűrése 0,054 mg, csoportra (group) 0,105 mg
- ↑ avoirdupois, aphotecary, troy, grain, carat, assay ton
- ↑ Downess, Stephen: Avogadro Project. npl.co.uk, 2011. [2011. február 2-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 22.) Az Avogadro-projekt (National Physical Laboratory) szilíciumgömbje
- ↑ buoycornote.pdf. npl.co.uk, 2007. [2011. február 2-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 25.) A szilíciumgömb és más etalonok mérési hibája a levegő által keltett felhajtóerő következtében
- ↑ Precision spheres in push to re-define kilogram (Achievement). csiro.au, 2011. [2011. január 5-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. április 1.) Az Australian Centre for Precision Optics beszámolója a szilíciumgömbök előállításáról
- ↑ How might the definition of the kilogram change in the future? National Physical Laboratory. npl.co.uk, 2007. [2011. február 2-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. április 1.) NPL tájékoztatója a tömegmérés lehetséges jövőbeli módjairól; az ionfelhalmozódás és a lebegtetett szupravezető rövid leírása
- ↑ Robinson, I.A. (2009. április 1.). „Toward a Final Result From the NPL Mark II Watt Balance” (angol nyelven). IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 58 (4), 936–941. o. DOI:10.1109/TIM.2008.2008090. ISSN 0018-9456.
- ↑ BIPM - BIPM project. bipm.org, 2011. [2011. augusztus 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 3.) A BIPM Watt-mérlege
- ↑ NPL watt balance : Research : Mass : Mass, Force, Pressure : Engineering Measurements : Science + Technology : National Physical Laboratory. npl.co.uk, 2011. [2011. február 2-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 3.)
- ↑ Ost, Laura: NIST Improves Accuracy of ‘Watt Balance’ Method for Defining the Kilogram. nist.gov, 2010. [2011. február 27-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 3.)
- ↑ METinfo2010_2.pdf. metas.ch, 2010. [2012. október 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. március 3.) (9. oldal)
