Kilogramm

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

A kilogramm etalonja ez a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatalban, Sèvres-ben őrzött platina-irídium henger. Tárolásának körülményeit az 1889. évben, Párizsban megtartott 1. Általános Súly- és Mértékügyi Értekezleten rögzítették.

A kilogramm a tömeg SI-alapegysége; a jele kg.

A kilogramm az egyetlen SI alapegység, amelyiknek a definíciója még mindig egy etalonon, és nem valamilyen alapvető fizikai állandón alapszik.

[szerkesztés] Gramm és kilogramm

A 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. Ebben a tömeg alapmértékegysége a grave volt, ami 1 dm³ fagyponton lévő víz tömegével egyezett meg (azaz nagyjából azonos volt a későbbi kilogrammal). 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 egy kilogrammos etalont is készítettek (ez volt az ún. kilogram des archives). Idővel a kilogramm fokozatosan átvette a gramm szerepét, nemcsak etalonként, hanem alapmértékegységként is, és az SI mértékegységrendszerbe már ez került bele.

[szerkesztés] Súly és kilogramm

A hétköznapi szóhasználatban a kilogrammot gyakran a súly mértékegységének mondják. Valójában a súly SI mértékegysége a newton; a kilogrammhoz igazított mértékegysége pedig a kilopond. A súly 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 9,81 newton, illetve 1 kilopond súlyú), általában azonban ez nem igaz.

[szerkesztés] A kilogramm definíciója

Az eredeti definíció szerint az 1 köbdeciméter (dm³) víz tömege a legnagyobb sűrűségű állapotban (3,98 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%.)

Ez valójában egy körkörös definíció: a víz sűrűsége kismértékben függ a légnyomástól, a nyomás pedig többek között a tömegből származtatott SI egység. Ennek elkerülésére 1889-ben, a párizsi 1. Általános Súly- és Mértékügyi Értekezleten (Conférence générale des poids et mesures) a kilogrammot egy nemzetközi etalon, a Sévres-i Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatalban (Bureau International des Poids et Mesures) őrzött, platina-irídium ötvözetből készült, 39 mm magasságú és átmérőjű henger (a „Le Grande Kilo”) tömegeként definiálták. Az etalonról az egyes országok másolatokat készítenek; ezek a nemzeti etalonok, amelyeket mintegy 10 évente újra összehasonlítanak a nemzetközi etalonnal.

A 90% platina, 10% irídium ötvözet nagy sűrűsége miatt alkalmas: a szennyeződésnek kitett felület így viszonylag kicsi, és a kisebb térfogat miatt a kiszorított levegő okozta felhajtóerő 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.

[szerkesztés] Problémák a definícióval

Az etalonon alapuló definícióval számos probléma van. Elméletileg, ha az etalonnal valami történik (például jelentős szennyeződés éri), az egész világon minden test tömege megváltozik. Gyakorlatilag rengeteg problémát vet fel és rengeteg erőforrást emészt fel az etalonok 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 változhat.)

Mindezen problémák miatt a kutatók nagy erőfeszítéseket tesznek egy modern, a fizika alapvető állandóiból és törvényeiből levezethető definíció megalkotására.

[szerkesztés] Javasolt új definíciók

Erőfeszítéseket tesznek alapvető vagy atomi állandók felhasználásával történő új definíció bevezetésére. A működő javaslatok az alábbiak:

[szerkesztés] Atom-számláló megközelítés

• Az Avogadro megközelítés kísérletet tesz rá, hogy a kilogrammot adott számú szilícium-atom tömegeként definiálja. Gyakorlati megközelítéssel egy gömböt használnának, amelynek méretét interferometria felhasználásával mérhetnék.
• Az ion-felhalmozódásos megközelítés aranyatomok felhalmozásán alapul, és a semlegesítéséhez szükséges elektromos töltést mérné.

[szerkesztés] Alapvető állandók felhasználásával

Ezt a szócikket át kellene olvasni, ellenőrizni a szövegét, tartalmát. További részleteket a cikk vitalapján találhatsz. Az ezen a lapon látható jelölés 2005 októberéből származik.

• A Watt-mérleg az áram erőhatásán alapszik. A hatást korábban az ampere egység definíciójára használták fel. Jelenleg az amper, a volt az ohm egységeket és a Planck-állandót lehet összekapcsolni a tömeggel. (Az angol oldalról nem tudtam jobban lefordítani.)
• A lebegtetett szupravezető megközelítés a kilogrammot elektromos mennyiségekhez köti. Egy szupravezető tekercs által keltett mágneses térben szupravezető anyagot lebegtetve a szükséges elektromos áram mérésével definiálható a tömeg.
• Mivel a Josephson-féle (CIPM (1988) Recommendation 1, PV 56; 19) és von Klitzing-féle (CIPM (1988), Recommendation 2, PV 56; 20) állandóknak megállapodással adtak értéket, lehetőség nyílik azok kombinációjára (K_J ≡ 4,835 979 · 10¹⁴ Hz/V és R_K ≡ 2,581 280 7 · 10⁴ Ω), az ampere definíciójával a kilogrammot a következőképp definiálhatjuk:

A 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.

[szerkesztés] Külső hivatkozások

• Le Bureau International des Poids et Mesures
• National Physical Laboratory FAQ
• Tömeg-konverzió