一千克原器

今天是5.20

也就是世界計量日

作為一個情感博主

今天想講一講千克原器

1795年，法國率先頒佈法律，規定1克的定義。

為在冰融化的溫度下，邊長1釐米的立方體純水的絕對質量，為1克。

他們順手製造了一個1000克的金屬器，也就是最早的千克原器。

1799年，兩個科學家重做了千克原器，他們以水的最大密度點的單位體積質量作為標準，製造了一件純鉑的金屬疙瘩，送進了法國檔案局。

這個金屬被定義為

檔案局千克

Kilogramme des Archives

它捍衛千克的標準長達90年

1875年，法、俄、德等17個國家一起簽署了“米制公約”，以同意國際單位制。

他們順便用更穩定的鉑銥合金製造了三個新的金屬疙瘩，用來替代曾經的檔案局千克。

鉑銥合金硬度高、抗氧化性強、膨脹率低，比純鉑原器更適合靜靜地躺著。

1889年，第一屆國際計量大會，從新做的三個了最接近檔案局千克的一顆，用作國際千克原器（IPK），也被稱為“大K”。

大K複製品被送到簽署公約國家中。每隔四十年，人們會將複製品與大K進行比對，確保全球質量系統的穩定性。

而為了維護大K的權威，它被存放在恆溫恆壓的半真空保險箱中。這個保險箱的三把鑰匙，分別由三個不同的人保管。

二戰前的歲月裡，能得到一塊千克原器的複製件，是一個國家的榮耀。

德國前後一共獲得了四塊，收穫滿滿。而作為二戰戰敗國，這四塊複製件在戰後全部被沒收。

再穩定的大K也捱不過時間的摧殘，即便蹲在與世隔絕的監牢中，但人們發現它已經損失了大約50微克的質量，這讓科學家們十分憂愁。

畢竟千克作為國際單位制的重要單位

一個不準會牽動其他單位跟著遭殃

例如力的單位牛頓就是定義為使1千克的物體有1m/s²的加速度的力，若國際千克原器的質量有輕微的變動，牛頓的大小也會有相同程度的變動。

而壓強單位帕斯卡的定義有用到牛頓，因此也會隨之變化。這樣的連鎖反應會影響到許多的單位。

如此看來，用千克原器來定義一千克的質量確實不靠譜。而且其他基本單位早就擺脫了實物定義。

於是，第26屆國際計量大會上，就有了千克新定義。

1千克是普朗克常數為6.62607015×10^-34J·s

總所周知

普朗克單位J·s可以變換成kg·m²·s^-1，其中米和秒由光速和銫原子能級躍遷的相關週期來定義。

藉助普朗克常數和相關儀器，人們就可以在任意地方復現新的原器。

今天，我們迎來一個新的千克

它終於和其他六個基本單位一樣

撇開人造實物的定義

同宇宙本身產生了聯繫

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我們把自己的存在

把世界加以簡化

以方便人類理解

我們創造出度量衡

好忘卻這世上的一切都是深不可測的

就像你問我愛你有多深

我想的卻是

月亮代表我的心

附件1：《瓦特天平》

知道了千克的新定義，藉助瓦特天平，也就是一種通過電流和電壓的強度精確測量質量的儀器，我們就可以完成測定。

原理如下：

首先通電導線在磁場中受到安培力，我們可以得到等式：mg=BLI

電磁感應現象會產生感應電動勢：V=BLv

兩式相除得到：mg/V=I/v，進而：mgv=VI

根據歐姆定律，電壓V=IR，代入可得：m=V²/gvR

接著，需要藉助兩項諾貝爾獎級別的研究繼續推導。

首先是1962年，英國物理學家布賴恩·約瑟夫森提出的約瑟夫森效應：

V=nhf/2e，其中n為非零自然數（n=1,2,3…），h為普朗克常數，f為頻率，e為元電荷電量。

接著是1980年，德國物理學家克勞斯·馮·克利青發現的量子霍爾效應：

R=h/pe²，其中p為非零自然數（p=1,2,3…），h為普朗克常數，e為元電荷電量。

最終我們可以得到：m=h·pn²f²/4gv

太長不看版：千克定義的改變不會對你的生活產生實質影響。