1千克有多重?
1799年,法国科学家提出将4℃时,1立方分米水的质量定义为1千克, 并以这个标准制作了纯铂的
千克原器
作为1千克的国际标准。1889年,科学家们用更稳定的铂铱合金代替了纯铂的千克原器,并一直使用到现在。也就是说,我们使用的千克的定义一直是以这个
国际千克原器
实物为标准的。
国际单位制的基本单位
在1960年的第十一届国际计量大会上,各国统一开始统一采用
国际单位制(SI)
作为世界上最普遍的标准度量衡单位系统。其中七个基本单位分别是米(长度)、秒(时间)、开尔文(温度)、安培(电流)、摩尔(物质的量)、坎德拉(发光强度)和千克(重量)。
重量单位 千克 是唯一仍使用实物进行定义的单位。
用实物作单位有什么不好?
用实物作单位标准看似简单,却也存在着一些缺陷。首先,尽管保存条件无可挑剔,但随着时间推移,国际千克原器的质量会发生微小变化,从而引起所有事物质量的改变,并影响所有与质量有关的其他物理单位,比如牛顿、焦耳等。另外一个问题就是,为了避免损伤,国际千克原器不能经常使用,给实验室对千克的测量造成了很大不便。
普朗克常数
为了杜绝混乱,国际计量委员会早在2005年就提议以基本物理常量为基础,对千克进行重新定义。2010年,国际计量委员会决定以普朗克常数为基础重新定义千克。而对普朗克常数更精确的测量工作也在进行中,这一数值的不确定度已经达降低到了0.00000013乘以10的-34次方。
2018年11月16日,第26届国际计量大会通过“修订国际单位制”决议,正式更新国际标准质量单位“千克”的定义,同时定义普朗克常数为6.62607015×10^-34J·s,于2019年5月20日正式生效。
如何更精准的测量?
普朗克常数是物理学最基本的常数之一,单位是mkg/s,而长度(m)和时间(s)都很易于测量,因此用普朗克常数倒推重量(kg)是一个很好的选择。对世界各地的实验室来说,只要拥有一台瓦特天平,根据普朗克常数将相应的仪器参数设置正确,那么得出的质量就是理论上没有误差的1千克,而无需与国际千克原器进行对比。
热力学之父
其他国际单位制基本单位就没有重量单位千克这么麻烦了。以热力学温标
开尔文(K)
为例,只需知道
K=-273.15℃
,是实验室能得到的最低温度即可,这一温度也被称为
绝对零度。
开尔文原名威廉汤姆逊,是获得了英国女皇授予的开尔文勋章之后,后世才称他为开尔文。
电流强度单位
与开尔文类似,电流强度
安培
也是以科学家名字命名的单位。在真空中,截面积可以忽略的两根相距1米的平行而且无限长的圆直导线内,通以等量恒定电流,导线间相互作用力在1米长度上为2乘以10的-7次方牛顿时,则每根导线中的电流为1安培。这一定义与焦耳、摩尔、坎德拉等单位一样,都是理论性的,很方便使用。