Kilogramm nima

Kilogramm
Kilogramm
	kg, kg
	; Kilogrammning xalqaro prototipi kompyuterda tasvirlangan, yonida dyuymli chizg‘ich ko‘rsatilgan. O‘lchami golf to‘pi bilan taqqoslanadi, materialning yeyilishini kamaytirish uchun qirralari qiya qilib ishlangan.
Kattalik	Massa
Tizim	SI
Turi	asosiy
Nomi kelib chiqqan	kilo- va gramm
	Qarang: SI old qo‘shimchalari
	Vikimedia omboridagi mediafayllar

Kilogramm (ruscha belgisi: kg; xalqaro belgisi: kg) — massa o‘lchov birligi, Xalqaro birliklar tizimidagi yettita asosiy birlikdan biri (SI). Bundan tashqari, u quyidagi tizimlarda ham massaning asosiy o‘lchov birligi hisoblanadi: MKS, MKSA, MKSK (MKSG), MKSL. Kilogramm — SI asosiy birliklari orasida nomi old qo‘shimcha («kilo», belgisi «k») bilan hosil qilingan yagona birlikdir.

O‘lchovlar va tarozilar bo‘yicha XXVI Bosh konferensiya (13–16-noyabr 2018-yil) kilogramm ta’rifini ma’qulladi➤. Ushbu ta’rif Plank doimiysining son qiymatini qat’iy belgilashga asoslanadi. Qaror 20-may 2019-yilda kuchga kirdi.

Kilogramm (belgisi kg) — SIdagi massa birligi; uning qiymati Plank doimiysi hning son qiymatini aynan 6,62607015⋅10⁻³⁴ deb belgilash orqali aniqlanadi. Bu doimiy SI birligi Дж⋅с da ifodalanganda, mazkur birlik кг⋅м²⋅с⁻¹ ga teng bo‘ladi; bunda metr va soniya quyidagi doimiylar orqali ta’riflanadi: c va Δν_Cs.

2019-yil mayigacha amalda bo‘lgan kilogramm ta’rifi III O‘lchovlar va tarozilar bo‘yicha Bosh konferensiya (CGPM) tomonidan 1901-yilda qabul qilingan va quyidagicha ifodalangan:

Kilogramm — massasi kilogrammning xalqaro prototipi massasiga teng bo‘lgan massa birligidir.

20-may 2019-yilgacha kilogramm inson tomonidan yaratilgan jism asosida ta’riflangan so‘nggi SI birligi edi. Yangi ta’rif qabul qilingach, amaliy jihatdan kilogrammning qiymati o‘zgarmadi. Biroq mavjud «prototip» (etalon) endi kilogrammni belgilab bermaydi, balki o‘lchash mumkin bo‘lgan xatolikka ega, nihoyatda aniq tayyorlangan tarozi toshi hisoblanadi.

Kilogramm prototipi

Kilogrammning xalqaro prototipi (etalon) Xalqaro o‘lchov va tarozilar byurosida (u Sevr shahrida, Parij yaqinida joylashgan) saqlanadi. U silindr shaklida bo‘lib, diametri va balandligi 39,17 mm bo‘lgan, platina-iridiy qotishmasidan (90 % platina, 10 % iridiy) tayyorlangan.

Kilogrammning zamonaviy xalqaro etaloni 1889-yilda O‘lchovlar va tarozilar bo‘yicha Bosh konferensiya (CGPM) tomonidan Metr konvensiyasi (1875) asosida tasdiqlanib, saqlash uchun Xalqaro o‘lchov va tarozilar byurosiga (BIPM) topshirilgan. Byuro CGPM nomidan faoliyat yuritadi. Kilogrammning xalqaro etaloni amalda deyarli hech qachon ko‘chirilmaydi yoki ishlatilmaydi. Uning nusxalari butun dunyodagi milliy metrologiya muassasalarida saqlanadi. Massa o‘lchovlarining etalonga nisbatan bir xilligini ta’minlash maqsadida 1889, 1948, 1989 va 2014-yillarda nusxalar etalon bilan solishtirib tekshirilgan. Etalon nusxalari massalaridagi o‘zgarishlar aniqlangani sababli, Xalqaro o‘lchov va tarozilar qo‘mitasi (CIPM) kilogrammni fundamental fizik xossalar asosida qayta ta’riflashni tavsiya etdi.

Kilogramm va Plank doimiysi

Massa va Plank doimiysi o‘rtasidagi bog‘lanish nazariy jihatdan ikkita formula bilan ifodalanadi. Massa va energiyaning ekvivalentligi energiya $E$ bilan massa $m$ :

\ E=mc^{2},

bunda $c$ — yorug‘lik tezligining vakuumdagi qiymatidir. Plank doimiysi $h$ esa energiyaning kvant va an’anaviy tushunchalarini bog‘laydi:

E=h\nu ,

bunda $\nu$ — chastota.

XX asr boshida aniqlangan ushbu ikkita formula massa qiymatini alohida fotonlar energiyasi orqali nazariy jihatdan o‘lchash mumkinligini ko‘rsatdi. Biroq massani Plank doimiysi bilan bog‘laydigan amaliy tajribalar faqat XX asr oxirida paydo bo‘ldi.

Kibbl tarozisi 1970-yillarning o‘rtalaridan boshlab Plank doimiysi qiymatini o‘lchash uchun ishlatilgan. U ixtirochisi B. Kibbl^[ing.] sharafiga, uning vafotidan so‘ng nomlangan. Kibbl tarozisi — tok tarozisining takomillashtirilgan turi bo‘lib, unda massa elektr quvvati orqali hisoblanadi::

U_{1}I_{2}=mgv_{1},

bunda $U_{1}I_{2}$ — elektr toki $I_{2}$ ning massani muvozanatlash paytidagi qiymati bilan kuchlanish $U_{1}$ ning kalibrlash jarayonidagi qiymati ko‘paytmasi, $gv_{1}$ — erkin tushish tezlanishi $g$ bilan g‘altakning $v_{1}$ tarozini kalibrlash paytidagi tezligi ko‘paytmasi. Agar $gv_{1}$ mustaqil ravishda yuqori aniqlikda o‘lchansa (tajribaning amaliy xususiyatlari chastotani ham juda aniq o‘lchashni talab qiladi), yuqoridagi tenglama mohiyatan kilogrammni vatt qiymati orqali (yoki aksincha) belgilaydi. $U_{1}$ va $I_{2}$ uchun indekslar ularning virtual quvvatga tegishli ekanini bildirish maqsadida kiritilgan (kuchlanish va tok turli vaqtlarda o‘lchanadi); bu yo‘qotishlar ta’sirining oldini olishga yordam beradi (masalan, induksiyalangan Fuko toklari).

Vatt va Plank doimiysi o‘rtasidagi bog‘lanishni aniqlashda Jozefson effekti va kvant Xoll effekti:

ishlatiladi, chunki

I_{2}={\frac {U_{2}}{R}}

; bunda

R

— elektr qarshiligi,

U_{1}I_{2}={\frac {U_{1}U_{2}}{R}}

;

Jozefson effekti:

U(n)=nf\left({\frac {h}{2e}}\right)

;

Kvant Xoll effekti:

R(i)={\frac {1}{i}}\left({\frac {h}{e^{2}}}\right)

,

bunda $n$ va $i$ — butun sonlar (birinchisi Shapiro pog‘onasi bilan, ikkinchisi esa kvant Xoll effekti platosining to‘lish koeffitsiyenti bilan bog‘liq), $f$ — Jozefson effektidagi chastota, $e$ — elektron zaryadi. $U$ va $R$ ifodalarini quvvat formulasiga qo‘yib, barcha butun sonli koeffitsiyentlarni yagona $C$ o‘zgarmasga birlashtirganda, massa Plank doimiysi bilan chiziqli bog‘lanadi:

m=Cf_{1}f_{2}{\frac {h}{gv_{1}}}

.

Ushbu tenglamadagi boshqa barcha kattaliklarni massadan mustaqil ravishda aniqlash mumkinligi sababli, 6,62607015×10⁻³⁴ J·s qiymatini Plank doimiysi uchun qat’iy belgilash orqali tenglama massa birligi ta’rifi sifatida qabul qilinishi mumkin bo‘ldi.

Etimologiyasi va qo‘llanilishi

«Kilogramm» so‘zi fransuzcha «kilogramme» so‘zidan kelib chiqqan. Bu atama, o‘z navbatida, yunoncha «χίλιοι» (xilioi) — «ming» va «γράμμα» (gramma) — «kichik og‘irlik» ma’nolarini bildiruvchi so‘zlardan yasalgan. «kilogramme» so‘zi fransuz tilida 1795-yilda mustahkam o‘rnashgan. Uning fransuzcha yozilishi Buyuk Britaniyaga o‘tib, bu yerda ilk bor 1797-yilda qo‘llanilgan. AQSHda esa so‘z «kilogram» shaklida qo‘llanila boshlagan va keyinchalik bu shakl Buyuk Britaniyada ham ommalashgan O‘lchovlar va tarozilar to‘g‘risidagi qonun (ing. Weights and Measures Act) Buyuk Britaniyada har ikkala yozilishdan foydalanishni taqiqlamaydi.

XIX asrda fransuzcha «kilo» qisqartmasi ingliz tiliga o‘tgan va unda ham kilogrammni, ham kilometrni ifodalash uchun qo‘llanila boshlagan.

Tarixi

Massani o‘lchash birligini belgilash uchun ma’lum hajmdagi suvdan foydalanish g‘oyasini ingliz faylasufi Jon Uilkins 1668-yildagi essesida massa va uzunlikni o‘zaro bog‘lash usuli sifatida ilgari surgan.

7-aprel 1795-yilda Fransiyada gramm «tomoni metrning yuzdan bir qismiga teng kub hajmidagi, muz erish haroratida bo‘lgan toza suvning mutlaq og‘irligi» sifatida qabul qilingan. Shu vaqtda bir kub detsimetr (litr) suvning massasini zarur aniqlikda belgilash vazifasi ham topshirilgan.

Savdo-sotiqda odatda massasi bir grammdan ancha katta narsalar bilan ish ko‘rilgani va suvdan tayyorlangan massa etalonini saqlash hamda undan foydalanish noqulay bo‘lgani sababli, bunday ta’rifni amalda ro‘yobga chiqarish usulini topish buyurilgan. Shuning uchun grammdan ming marta og‘ir, ya’ni 1 kg massali metall jism ko‘rinishidagi vaqtinchalik massa etaloni tayyorlangan.

Fransuz kimyogari Lui Lefevr-Jino (ing. Louis Lefèvre-Gineau) va italiyalik tabiatshunos Jovanni Fabbroni (ing. Giovanni Fabbroni) bir necha yillik tadqiqotlardan so‘ng suvning eng barqaror nuqtasi — uning zichligi eng yuqori bo‘ladigan haroratni asos qilib olishga qaror qilishdi. Bu harorat 4 °C deb aniqlandi. Ular 1 dm³ suv eng yuqori zichlikka ega bo‘lganida uning massasi to‘rt yil oldin tayyorlangan kilogrammning vaqtinchalik etaloni massasining 99,9265 % iga tengligini aniqlashdi. Qizig‘i shundaki, 1 m³ 4 °C harorat va atmosfera bosimida olingan distillangan suvning massasi tarixiy ta’rifda aynan 1000 kilogramm deb qabul qilingan (1799-yil); zamonaviy ta’rifga ko‘ra ham taxminan 1000,0 kilogrammni tashkil etadi.

Vaqtinchalik etalon latundan tayyorlangan bo‘lib, vaqt o‘tishi bilan uning yuzasi patina bilan qoplanishi mumkin edi. Bu nomaqbul holat hisoblangan, chunki etalon massasi o‘zgarmasligi kerak edi. 1799-yilda Lefevr-Jino va Fabbroni rahbarligida g‘ovak platinadan kilogrammning doimiy etaloni tayyorlandi. Platina kimyoviy jihatdan inert bo‘lgani sababli tanlangan. Shu paytdan boshlab kilogramm ta’rifi etalon massasiga asoslandi. Hozir bu etalon kilogramme des Archives (fransuzchadan tarjimasi — «arxiv kilogrammi»).

XIX asr davomida massani o‘lchash texnologiyalari sezilarli darajada rivojlandi. Shu sababli va 1875-yilda Xalqaro o‘lchov va tarozilar byurosi tashkil etilishi arafasida maxsus xalqaro komissiya kilogrammning yangi etaloniga o‘tishni rejalashtirdi. «Kilogrammning xalqaro prototipi» deb atalgan bu etalon sof platinadan mustahkamroq bo‘lgan platina-iridiy qotishmasidan silindr shaklida tayyorlandi. Uning balandligi va diametri 39 mm bo‘lib, o‘shandan buyon Xalqaro o‘lchov va tarozilar byurosida saqlanmoqda. 1889-yilda kilogramm xalqaro prototipining massasi kilogrammning xalqaro ta’rifi sifatida qabul qilindi; bu ta’rif 2019-yilgacha amal qildi.

Kilogrammning xalqaro prototipidan nusxalar ham tayyorlandi: oltita (hozirgi vaqtda) rasmiy nusxa; prototip va rasmiy nusxalar massasi o‘zgarishini kuzatish uchun ishlatiladigan bir nechta ishchi etalon; shuningdek, ishchi etalonlarga nisbatan kalibrlanadigan milliy etalonlar. Xalqaro etalonning ikki nusxasi Rossiyaga berilgan. Ular Mendeleyev nomidagi Butunrossiya metrologiya ilmiy-tadqiqot institutida.

saqlanadi. Xalqaro etalon tayyorlanganidan beri u rasmiy nusxalari bilan bir necha marta solishtirilgan. O‘lchashlar nusxalar massasining etalonga nisbatan o‘rtacha 50 mkg ga oshganini ko‘rsatdi; bu 100 yil davomida yuz bergan. Mavjud o‘lchash usullari bilan xalqaro etalon massasining mutlaq o‘zgarishini aniqlab bo‘lmasa-da, bunday o‘zgarish albatta yuz berishi kerak. Kilogramm xalqaro prototipi massasining mutlaq o‘zgarishini baholash uchun prototipning o‘zi, uning rasmiy nusxalari va ishchi etalonlar massalarini solishtirish natijalarini hisobga oladigan modellar tuzishga to‘g‘ri kelgan. Taqqoslashda qatnashadigan etalonlar odatda oldindan yuvilib, tozalangan bo‘lsa-da, bu har doim ham bajarilmagan. Massa o‘zgarishlari sabablarining to‘liq tushunilmagani baholashni yanada murakkablashtirgan. Natijada kilogrammni moddiy jismlar asosida ta’riflashdan voz kechish zarurligi ayon bo‘ldi.

2011-yilda O‘lchovlar va tarozilar bo‘yicha XXIV Bosh konferensiya rezolyutsiya qabul qildi. Unda Xalqaro birliklar tizimining (SI) kelgusi qayta ko‘rib chiqilishida asosiy birliklarni inson yaratgan jismlar emas, balki fundamental fizik doimiylar yoki atomlarning xossalari asosida qayta ta’riflashni davom ettirish taklif qilindi. Xususan, «kilogramm massa birligi bo‘lib qoladi, ammo uning qiymati Plank doimiysining son qiymatini aynan 6,626 06X⋅10⁻³⁴ ga teng qilib belgilash orqali aniqlanadi; doimiy SI birligi m²·kg·s⁻¹ da ifodalanganda, bu birlik J·s ga teng» deb taklif etildi. Rezolyutsiyada qayd etilishicha, kilogramm qayta ta’riflangan zahoti uning xalqaro prototipi massasi 1 kg ga teng bo‘ladi. Biroq bu qiymat noaniqlikka ega bo‘lib, keyinchalik tajribalar orqali aniqlanadi. Kilogrammning bunday ta’rifi XX asrda fizika fanining taraqqiyoti tufayli mumkin bo‘ldi.

2014-yilda kilogramm xalqaro prototipi, uning rasmiy nusxalari va ishchi etalonlar massalari navbatdan tashqari solishtirildi. Ushbu solishtirish natijalari CODATAning 2014 va 2017-yillar uchun tavsiya etilgan fundamental doimiylar qiymatlariga asos bo‘ldi. O‘z navbatida, kilogrammning yangi ta’rifi ham shu qiymatlarga tayanadi.

«Avogadro» loyihasi (ing. The Avogadro Project) natijalariga asoslangan kilogrammning muqobil ta’rifi ham ko‘rib chiqildi. Loyiha jamoasi bir xil izotopdan iborat kremniy ²⁸Sining 1 kg massali kristalidan shar tayyorlab, undagi atomlar sonini hisoblash orqali kilogrammni ushbu kremniy izotopining muayyan miqdordagi atomlari sifatida ta’riflashni taklif etdi. Ammo Xalqaro o‘lchov va tarozilar byurosi kilogrammning bu ta’rifidan foydalanmadi.

O‘lchovlar va tarozilar bo‘yicha XXVI Bosh konferensiya 2018-yil noyabrda kilogrammning Plank doimiysi son qiymatini qat’iy belgilashga asoslangan yangi ta’rifini ma’qulladi. Qaror Butunjahon metrologiya kuni — 20-may 2019-yilda kuchga kirdi.

Amalda Kibbl tarozisida tortish nihoyatda murakkab tajriba hisoblanadi. Shuning uchun O‘lchovlar va tarozilar bo‘yicha Bosh konferensiya 2011-yilda odatdagi tarozi toshlari ko‘rinishida ikkilamchi etalonlar majmuasini yaratishni tavsiya qildi. Bu majmuaga mavjud platina-iridiy etalonlar hamda yangi kremniy sharlari kiritilib, keyinchalik birlik etalonini butun dunyoga tarqatishda ulardan foydalanish ko‘zda tutilgan.

Karrali va ulushli birliklar

Tarixiy sabablarga ko‘ra, «kilogramm» nomida allaqachon «kilo» o‘nli old qo‘shimchasi mavjud. Shu bois karrali va ulushli birliklar standart SI old qo‘shimchalarini «gramm» o‘lchov birligining nomiga yoki belgisiga qo‘shish orqali hosil qilinadi (SI tizimida grammning o‘zi ham ulushli birlik: 1 г = 10⁻³ kg).

Megagramm (1000 kg) o‘rniga odatda «tonna».

» o‘lchov birligidan foydalaniladi. atom bombalarining quvvatini trotil ekvivalentida ifodalashda gigagramm o‘rniga kilotonna, teragramm o‘rniga esa megatonna ishlatiladi.

Karrali				Ulushli
qiymati	nomi	belgisi		qiymati	nomi	belgisi
10¹ g	dekagramm	dag	dag	10⁻¹ g	detsigramm	dg	dg
10² g	gektogramm	hg	hg	10⁻² g	santigramm	cg	cg
10³ g	kilogramm	kg	kg	10⁻³ g	milligramm	mg	mg
10⁶ g	megagramm	Mg	Mg	10⁻⁶ g	mikrogramm	mkg	µg
10⁹ g	gigagramm	Gg	Gg	10⁻⁹ g	nanogramm	ng	ng
10¹² g	teragramm	Tg	Tg	10⁻¹² g	pikogramm	pg	pg
10¹⁵ g	petagramm	Pg	Pg	10⁻¹⁵ g	femtogramm	fg	fg
10¹⁸ g	eksagramm	Eg	Eg	10⁻¹⁸ g	attogramm	ag	ag
10²¹ g	zettagramm	Zg	Zg	10⁻²¹ g	zeptogramm	zg	zg
10²⁴ g	yottagramm	Yg	Yg	10⁻²⁴ g	yoktogramm	yg	yg
10²⁷ g	ronnagramm	Rg	Rg	10⁻²⁷ g	rontogramm	rg	rg
10³⁰ g	kvettagramm	Qg	Qg	10⁻³⁰ g	kvektogramm	qg	qg
qo‘llash tavsiya etiladi qo‘llash tavsiya etilmaydi amalda qo‘llanmaydi yoki kam qo‘llanadi

Nusxalar

№ 12, 26 — SSSR (Rossiya)

№ 20 — AQSH

Havolalar

Kilogramm: massa va Plank doimiysi (ing.). NIST. Murojaat qilingan sana: 18-noyabr 2018-yil. Arxivlangan 19-noyabr 2018-yilda.
Yangi o‘lchash massa birligining xalqaro ta’rifini yangilashga yordam beradi (ing.). Yangiliklar. NIST (30-iyun 2017-yil). Murojaat qilingan sana: 6-iyul 2017-yil. Arxivlangan 18-iyul 2017-yilda.