Kilogram: Skillnad mellan sidversioner

Kopia av arkivkilogrammet

Ett kilogram, förkortat kg, är grundenheten för massa i Internationella måttenhetssystemet (SI) – den enda grundenhet som bär ett SI-prefix.

Från 20 maj 2019 definieras ett kilogram utifrån den fysikaliska konstanten Plancks konstant.

Ett kilogram var tidigare definierat som den massa som ingår i den internationella kilogramprototypen, arkivkilogrammet, vilken förvaras hos Bureau international des poids et mesures i Paris. Standardvikten ersatte år 1889 den äldre definitionen som visat sig vara för inexakt. Den angav 1 kg som massan hos en liter vatten vid temperaturen 4 grader Celsius.

Historik

Efter revolutionen 1789 beslöt man i Frankrike att införa ett nytt måttsystem, grundat på naturkonstanter. Längdenheten meter definierades som 1/10 000 000 av avståndet från nordpolen till ekvatorn och massenheten kilogram som vikten av 1/1000 m³ vatten vid 4 °C. En cylinder av platina med denna massa tillverkades och denna cylinder fastställdes 1799 som arkivkilogrammet. Genom tillkomsten 1876 av Internationella byrån för mått och vikt, (Bureau international des poids et mesures, förkortat BIPM) kom metersystemet snabbt att få internationell spridning. Det infördes i Sverige 1878.

Man lät tillverka 43 kilogramprototyper, cylindrar bestående av 90 % platina och 10 % iridium. Valet av legering gjordes för att minimera risken för att massan förändras på grund av oxidation eller slitage. En av dessa cylindrar valdes att bli internationell kilogramprototyp, även kallad arkivkilogrammet eller Le Grand K, och de övriga blev nationella prototyper. Sverige fick på så vis Rikskilogrammet, K40, år 1889. Prototypen förvaras sedan 1976 vid RISE AB (tidigare namn SP Sveriges tekniska forskningsinstitut) i Borås. Denna nationella rikslikare används för att kontrollera andra likare, huvudnormaler, vilka i sin tur används för att kalibrera vågar.

Ny definition

Den gamla definitionen av kilogrammet hade svagheter. Det var den enda SI-enheten som definierades av ett fysiskt föremål. Det gjorde att kilogrammet inte kunde återskapas experimentellt utan endast genom direkt jämförelse med den internationella kilogramprototypen. Denna prototyp har dessutom vid jämförelse med kopior visat sig långsamt minska i vikt, oklart varför. Även den svenska K40 har tappat vikt, 40 µg relativt Le Grande K. BIPM (Internationella byrån för mått och vikt) tog därför fram en ny definition som är direkt grundad på fysikaliska konstanter, vilket gör det möjligt för vem som helst, var som helst (med rätt utrustning och rätta kunskaper) att få tillgång till det exakta måttet.

Det förslag som lades fram av BIPM 2016 antogs av CGPM (Allmänna konferensen för mått och vikt) den 16 november 2018 och trädde i kraft den 20 maj 2019. Det lyder:

"The kilogram, symbol kg, is the SI unit of mass. It is defined by taking the fixed numerical value of the Planck constant h to be 6.626 070 040 ×10^-34 when expressed in the unit J s, which is equal to kg m² s^-1, where the metre and the second are defined in terms of c and Δ ν_Cs."

[c = Ljushastigheten i vakuum, 299 792 458 m/s. Δ ν_Cs = övergången mellan de två hyperfinnivåerna i grundtillståndet hos atomen ¹³³Cs, 9 192 631 770 Hz.]

Man får därigenom:

1 kg = h / (6,626 070 040 ×10^-34 ) m^-2 s

Förut definierades ett kilogram som vikten av kilogramprototypen, varefter Plancks konstant, h, kunde experimentellt beräknas. Enligt den nya definitionen blir det alltså tvärtom. Plancks konstant definieras som 6,626070040 × 10^-34 kg m^-2 s varefter (exempelvis) kilogramprototypens massa kan mätas. Värdet för h har valts så att det överensstämmer så nära som möjligt med hittills uppmätta värden.

Med den nya definitionen är det möjligt att bestämma 1 kg genom fysikaliska experiment som utnyttjar samband mellan vikt, Plancks konstant, ljushastigheten i vakuum och cesiumfrekvensen Δ ν_Cs. Förslaget nämner tre sådana mätmetoder, men i en framtid kan andra metoder också komma att användas. De två första är praktiskt prövade och befunna tillförlitliga:

1. Kibble balance, tidigare kallad Watt balance. Utrustningen har använts för att bestämma ett värde för Plancks konstant med mycket stor noggrannhet
2. Beräkning av antalet atomer i en kiselsfär med känd isotopsammansättning
3. Mätning på mikronivå av interaktioner mellan atomer

Namn

Den 12 juli 2017 föreslog William Bagaria Jr., Bowie att ändra namnet från kilogram till Planck, vilket skulle betyda 1 kilogram = 1 Planck. Detta till ära för Max Planck som tagit fram konstanten som nu används för att definiera kilogrammet. Förslaget kom till för att komma ifrån förvirringen kring att prefixet kilo finns med i namnet kilogram, vilket även är uppmärksammat av BIPM. Förslaget har ännu inte godkänts av BIPM.

Se även

• Arkivkilogrammet
• Internationella måttenhetssystemet
• Metersystemet
• Måttsystem

Referenser

• Folger, Tim (2017). "Mass hysteria". Scientific American 2017 (February): sid. 42-49
• Haglund, Alarik (2016). "Det nya kilogrammet". Allt om vetenskap 2016 (10): sid. 38-41
• Strömdahl, Helge (2017). "Platina-Iridium cylinder ut : fixerade konstanter in". Kemivärlden, Biotech, Kemisk tidskrift 2017 (2): sid. 24-25

Externa länkar

• Vikt- och våghistoria, på sajten för SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut
• Pendrill, Leslie; Zelan, Martin. ”Vikten av ett nytt kilogram”. Fysikaktuellt 3/2018: sid. 16-17. http://www.fysikersamfundet.se/wp-content/uploads/Fysikaktuellt3-18_Webb.pdf.