今天是5.20
也就是世界计量日
作为一个情感博主
今天想讲一讲千克原器
1795年,法国率先颁布法律,规定1克的定义。
为在冰融化的温度下,边长1厘米的立方体纯水的绝对质量,为1克。
他们顺手制造了一个1000克的金属器,也就是最早的千克原器。
1799年,两个科学家重做了千克原器,他们以水的最大密度点的单位体积质量作为标准,制造了一件纯铂的金属疙瘩,送进了法国档案局。
这个金属被定义为
档案局千克
Kilogramme des Archives
它捍卫千克的标准长达90年
1875年,法、俄、德等17个国家一起签署了“米制公约”,以同意国际单位制。
他们顺便用更稳定的铂铱合金制造了三个新的金属疙瘩,用来替代曾经的档案局千克。
铂铱合金硬度高、抗氧化性强、膨胀率低,比纯铂原器更适合静静地躺着。
1889年,第一届国际计量大会,从新做的三个了最接近档案局千克的一颗,用作国际千克原器(IPK),也被称为“大K”。
大K复制品被送到签署公约国家中。每隔四十年,人们会将复制品与大K进行比对,确保全球质量系统的稳定性。
而为了维护大K的权威,它被存放在恒温恒压的半真空保险箱中。这个保险箱的三把钥匙,分别由三个不同的人保管。
二战前的岁月里,能得到一块千克原器的复制件,是一个国家的荣耀。
德国前后一共获得了四块,收获满满。而作为二战战败国,这四块复制件在战后全部被没收。
再稳定的大K也捱不过时间的摧残,即便蹲在与世隔绝的监牢中,但人们发现它已经损失了大约50微克的质量,这让科学家们十分忧愁。
毕竟千克作为国际单位制的重要单位
一个不准会牵动其他单位跟着遭殃
例如力的单位牛顿就是定义为使1千克的物体有1m/s²的加速度的力,若国际千克原器的质量有轻微的变动,牛顿的大小也会有相同程度的变动。
而压强单位帕斯卡的定义有用到牛顿,因此也会随之变化。这样的连锁反应会影响到许多的单位。
如此看来,用千克原器来定义一千克的质量确实不靠谱。而且其他基本单位早就摆脱了实物定义。
于是,第26届国际计量大会上,就有了千克新定义。
1千克是普朗克常数为6.62607015×10-34J·s
总所周知
普朗克单位J·s可以变换成kg·m²·s-1,其中米和秒由光速和铯原子能级跃迁的相关周期来定义。
借助普朗克常数和相关仪器,人们就可以在任意地方复现新的原器。
今天,我们迎来一个新的千克
它终于和其他六个基本单位一样
撇开人造实物的定义
同宇宙本身产生了联系
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我们把自己的存在
把世界加以简化
以方便人类理解
我们创造出度量衡
好忘却这世上的一切都是深不可测的
就像你问我爱你有多深
我想的却是
月亮代表我的心
附件1:《瓦特天平》
知道了千克的新定义,借助瓦特天平,也就是一种通过电流和电压的强度精确测量质量的仪器,我们就可以完成测定。
原理如下:
首先通电导线在磁场中受到安培力,我们可以得到等式:mg=BLI
电磁感应现象会产生感应电动势:V=BLv
两式相除得到:mg/V=I/v,进而:mgv=VI
根据欧姆定律,电压V=IR,代入可得:m=V²/gvR
接着,需要借助两项诺贝尔奖级别的研究继续推导。