Точність не буває зайвою. Саме тому у всьому світі створена і існує система міжнародних вимірювань, виражена в еталонах усіх відомих людині вимірювань. І тільки еталон кілограма виділяється в лінійці одиниць вимірювання. Адже саме він єдиний має фізичний реально існуючий прототип. Скільки важить і в якій країні зберігається міжнародний еталон кілограма, відповімо в цій статті.

Навіщо потрібні еталони?

Кілограм, наприклад апельсинів, важить однаково в Африці і в Росії? Відповідь - так, майже. А все завдяки міжнародній системі визначення стандартів еталона кілограми, метри, секунди та інших фізичних параметрів. Еталони вимірювань необхідні людству для забезпечення економічної діяльності (торгівлі) та будівельної (єдність креслень), промислової (єдність сплавів) і культурній (єдність часових інтервалів) і багатьох інших сфер діяльності. І якщо в найближчому майбутньому зламається ваш айфон, то досить імовірно, що це сталося із-за змін у вазі самого головного еталона маси.

Історія стандартів

Кожна цивілізація мала власні стандарти та еталони, які змінювали один друга після століть. У Стародавньому Єгипті маса предметів вимірювалася в кантарах або киккарах. В Стародавній Греції це були таланти і драхми. А в Росії маса товару вимірювалася в пудах або золотниках. При цьому люди різних економічних і політичних систем як би домовлялися про те, що одиниця вимірювання маси, довжини або іншого параметра буде порівнянна з єдиної договірної одиницею. Що цікаво, навіть пуд у давні часи міг відрізнятися на третину у торговців з різних країн.

Фізика і стандарти

Домовленості, часто усні та умовні, працювали до того, поки людина не всерйоз зайнявся наукою і інженерною справою. З розумінням законів фізики і хімії, розвитком промисловості, створенням парового котла і розвитком міжнародної торгівлі з'явилася необхідність у більш точних єдиних стандартах. Підготовча робота була тривалою і копіткою. Фізики, математики, хіміки усього світу працювали над пошуком універсального еталону. І в першу чергу – міжнародного еталона кілограма, адже саме від міри ваги відштовхуються інші фізичні параметри (Ампер, Вольт, Ват).

Метрична конвенція

Знаменна подія відбулася в передмісті Парижа в 1875 році. Тоді вперше 17 країн (і Росія в їх числі) підписали метричну конвенцію. Це міжнародний договір, що забезпечує єдність стандартів. Сьогодні до неї приєдналися 55 країн в якості повноправних членів і 41 країна як асоційовані члени. Тоді ж створено Міжнародне бюро мір і ваг і міжнародний комітет мір і ваг, головне завдання яких стежити за єдністю стандартизації по всьому світу.

Еталони першої метричної конвенції

Еталоном метра стала лінійка із сплаву платини та іридію (9 до 1) тривалістю в одну сорокамиллионную частину Паризького меридіана. Еталон кілограма з такого самого сплаву відповідав масі одного літра (кубічного дециметра води при температурі 4 градуси за Цельсієм (найвища щільність) при стандартному тиску над рівнем моря. Стандартом секунди стала 1/86400 частина тривалість середніх сонячних діб. Всі 17 країн учасниць конвенції отримали копії еталона.

Місце Z

Прототипи і оригінал еталона сьогодні зберігаються в Палаті мір і ваг р. Севр під Парижем. Саме в передмісті Парижа і знаходиться місце, де зберігається еталон кілограми, метри, кандели (сила світла), ампера (сила струму), кельвіна (температура) і міль (як одиниця речовини, фізичної еталона немає). Система мір і ваг, яка заснована на цих шести еталонах, названа Міжнародною системою одиниць (СІ). Але історія еталонів на цьому не закінчилася, вона ще тільки починалася.

СІ

Система стандартів, якої ми користуємося – СІ (SI), від французького Systeme International d Unites – включає сім базових величин. Це метр (довжина), кілограм (маса), ампер (сила струму), кандела (сила світла), кельвін (температура), моль (кількість речовини). Всі інші фізичні величини виходять шляхом різних математичних обчислень з використанням базових величин. Наприклад, одиниця сили дорівнює кг х м/с 2 . Всі країни світу, крім США, Нігерії та М'янми, використовують систему СІ для вимірювань, що означає порівняння невідомої величини з еталоном. А еталон – це еквівалент фізичної значення, про який всі домовилися, що він абсолютно точний.

Еталон кіло це скільки?

Здавалося б чого простіше – еталон 1 кілограма це вага 1 літра води. Але насправді це не зовсім так. Що брати за еталон кілограма з близько 80 прототипів – питання досить складне. Але волею випадку був вибраний оптимальний варіант складу сплаву, який проіснував більше 100 років. Еталон кілограма маси виготовлений із сплаву платини (90 %) та іридію (10 %), і являє собою циліндр, діаметр якого дорівнює висоті і становить 3917 міліметрів. Були також виготовлені і його точні копії, кількістю до 80 штук. Копії еталона кілограма знаходяться в країнах-учасницях конвенції. Головний же еталон зберігається в передмісті Парижа накритий трьома герметичними капсулами. Скрізь, де знаходиться еталон кілограма, з періодичністю в десять років проводиться звірка з самим головним міжнародним еталоном.

Найголовніший еталон

Міжнародний еталон кілограма був відлитий в 1889 році і зберігається в р. Севр у Франції в сейфі Міжнародного бюро мір і ваг, накритий трьома герметичними ковпаками з скла. Ключі від цього сейфа є лише в трьох високопоставлених представників бюро. Разом з головним еталоном в сейфі знаходиться і шість його дублерів або наступників. Щороку головну міру ваги, що приймається за еталон кілограма, урочисто витягують для огляду. І з кожним роком він стає все більш худим і худіші. Причина такого схуднення – відрив атомів при витяганні зразка.

Російська версія

Копія еталона є і в Росії. Зберігається він у ВНДІ метрології ім. Менделєєва в Санкт-Петербурзі. Це два платиново-іридієвих прототипів - № 12 і № 26. Вони знаходяться на підставці з кварцу, накриті двома скляними ковпаками і закриті в металевому сейфі. Температура повітря всередині капсул 20 °С, вологість 65 %. Вітчизняний прототип має вагу 1000000087 кілограми.

Еталон кілограма худне

Звірки еталона показали, що точність національних еталонів близько 2 мкг. Всі вони зберігаються в аналогічних умовах, і розрахунки показують, що еталон кілограма за сто років втрачає у вазі 3 х 10 -8 ваги. Але за визначенням, маса міжнародного еталона відповідає 1 кілограму, а будь-які зміни реальної маси еталона і призводять до зміни самого значення величини кілограма. У 2007 році з'ясувалося, що кілограмовий циліндр став важити на 50 мікрограмів менше. І зменшення його ваги триває.

Нові технології і новий еталон міри ваги

Для усунення похибок ведеться пошук нової структури еталона кілограма. Є розробки щодо визначення еталоном певної кількості ізотопів кремнію-28. Існує проект «Електронний кілограм». У національному інституті стандартів і технологій (2005 США) сконструйований прилад, заснований на вимірюванні потужності, необхідної для створення електромагнітного поля, здатного підняти 1 кг маси. Точність такого вимірювання – 99999995 %. Є розробки визначення маси у відношенні до маси спокою нейтрона. Всі ці розробки та технології дозволять піти від прив'язки до фізичного еталону маси, досягти більш високої точності і можливості проведення звірки в будь-якій точці світу.

Інші перспективні проекти

І поки світові світила науки визначаються, який шлях вирішення проблеми надійніший, найбільш перспективним вважають проект, при якому маса не буде змінюватися з плином часу. Таким еталоном стало б тіло кубічної форми з атомів ізотопу вуглецю-12 з висотою в 811 сантиметри. У такому кубі буде 2250 х 281489633 атомів вуглецю-12. Дослідники з національного інституту стандартів і технологій США пропонують визначати еталон кілограма, використовуючи постійну Планка і формулу E=mc^2 .

Сучасна метрична система

Сучасні еталони зовсім не ті, що були раніше. Метр, спочатку співвіднесений з довжиною окружності планети, сьогодні відповідає відстані, що проходить промінь світла за одну 299792458-ю секунди. А ось секунда – це час, за який відбувається 9192631 770 коливань атома цезію. Переваги квантової точності в даному випадку очевидні, адже вони можуть бути відтворені у будь-якому місці планети. У підсумку, єдиним еталоном, який існує фізично, залишається поки еталон кілограма.

Скільки коштує еталон?

Проіснувавши понад 100 років, еталон вже коштує чимало, як предмет унікальний і артефактний. А в цілому для визначення цінового еквівалента необхідно підрахувати кількість атомів в кілограмі чистого золота. Число вийде близько 25 цифр і це без урахування ідейної цінності даного артефакту. Але поки про продаж еталона кілограма говорити рано, адже світове співтовариство поки не позбулося від єдино залишився фізичної еталона міжнародної системи одиниць.

Цікаво про вимірах

В усіх часових поясах планети визначається щодо світового часу UTC (наприклад, UTC+4:00). Що примітно, у абревіатури взагалі немає розшифровки, вона прийнята в 1970 році міжнародним союзом електрозв'язку. Були запропоновані два варіанти: англійська CUT (Coordinated Universal Time) і французький TUC (Temps Universel Coordonne). Обрали середню нейтральну абревіатуру. На море використовується вимір «вузол». Для вимірювання швидкості корабля використовували спеціальний лад з вузлами на однаковій відстані, який кидали за борт і підраховували кількість вузлів за певний період часу. Сучасні прилади куди більш досконалі, ніж мотузка з вузлами, але назва залишилася. Слово скурпульозність, значення якого надзвичайна точність і акуратність, прийшло мови від назви давньогрецького еталона ваги – скрупула. Він був дорівнює 114 граму і використовувався при зважуванні срібних монет. Назва грошових одиниць також часто беруть початок у назвах мір ваги. Так, стерлингами в Британії називалися монети з срібла, а 240 таких монет важили фунт. У Стародавній Русі В обігу були «гривні срібла» або «гривні золота», що означала певну кількість монет, виражене у ваговому еквіваленті. Дивне вимірювання потужності автомобілів в кінських силах має цілком реальне походження. Винахідник парової машини Джеймс Уайт саме так вирішив продемонструвати перевагу свого винаходу над тяговим транспортом. Він підрахував, скільки кінь може підняти вантажу в хвилину і позначив цю кількість як одну кінську силу.