النموذج الدولي الأولي للكيلوجرام

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة
تم استبدال النموذج الأولي الدولي للكيلوجرام، المخزن في قبو في باريس، في عام 2019 بصيغة تستخدم ثابت بلانك ، لأن كتلة النموذج الأولي الدولي للكيلوجرام غير مستقرة بمرور الوقت.

النموذج الدولي الأولي للكيلوغرام (يُشار إليه في علم القياس باسم IPK أو Le Grand K ؛ ويُسمى أحيانًا بالكيلوغرام الأولي ، [ 1 ] [ 2 ] أو urkilogram ، [ 3 ] خاصةً من قِبل المؤلفين الناطقين بالألمانية الذين يكتبون باللغة الإنجليزية [ 3 ] [ 4 ] : ​​30 [ 5 ] : 64 ) هو جسم استُخدمت كتلته لتعريف الكيلوغرام منذ عام 1889، عندما حلّ محلّ Kilogramme des Archives ، [ 6 ] وحتى عام 2019، عندما استُبدل بتعريف جديد للكيلوغرام يعتمد كليًا على الثوابت الفيزيائية . [ 7 ] خلال تلك الفترة، استُخدم النموذج الدولي الأولي للكيلوغرام ونظائره لمعايرة جميع معايير كتلة الكيلوغرام الأخرى على الأرض.

إن جهاز IPK عبارة عن جسم بحجم كرة غولف تقريبًا، مصنوع من سبيكة البلاتين والإيريديوم المعروفة باسم "Pt - 10Ir" ، والتي تتكون من 90% بلاتين و10% إيريديوم (بالكتلة)، ويتم تشكيلها على هيئة أسطوانة دائرية قائمة بارتفاع عمودي يساوي قطرها البالغ حوالي 39 مليمترًا لتقليل مساحة سطحها. [ 8 ] وقد أدى إضافة 10% من الإيريديوم إلى تحسين جهاز Kilogramme des Archives المصنوع بالكامل من البلاتين، وذلك بزيادة صلابته بشكل كبير مع الحفاظ على العديد من مزايا البلاتين: مقاومة فائقة للأكسدة ، وكثافة عالية للغاية (أكثر كثافة بمرتين تقريبًا من الرصاص وأكثر من 21 مرة من الماء )، وموصلية كهربائية وحرارية مرضية، وقابلية مغناطيسية منخفضة . 

بحلول عام 2018، دعمت IPK تعريفات أربع من وحدات النظام الدولي السبع الأساسية: الكيلوغرام نفسه، بالإضافة إلى المول والأمبير والكانديلا ( التي كانت تعريفاتها في ذلك الوقت تشير إلى الغرام والنيوتن والواط على التوالي ) [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] بالإضافة إلى تعريفات كل وحدة مشتقة من النظام الدولي باستثناء الهرتز والبيكريل ودرجة مئوية والجراي والسيفرت والفاراد والأوم والسيمنز والهنري والراديان والستراديان .

يُحفظ المعيار الدولي للمقاييس (IPK) ونسخه الست في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (BIPM) ضمن بيئة مُحكمة في قبوٍ تحت الأرض في جناح بريتوي التابع للمكتب في سان كلو [ ملاحظة 1 ] ، على مشارف باريس (انظر الصور الخارجية أدناه). ويتطلب فتح القبو ثلاثة مفاتيح مستقلة. وقد أُتيحت نسخ رسمية من المعيار الدولي للمقاييس للدول الأخرى لاستخدامها كمعايير وطنية. وكانت هذه النسخ تُقارن بالمعيار الدولي للمقاييس كل 40 عامًا تقريبًا، مما يُتيح تتبع القياسات المحلية إلى المعيار الدولي للمقاييس. [ 12 ]

الخلق

وُقِّعت اتفاقية المتر في 20 مايو 1875، مما أضفى مزيدًا من الطابع الرسمي على النظام المتري (وهو النظام السابق للنظام الدولي للوحدات )، وأدى سريعًا إلى إنتاج الكيلوغرام الدولي (IPK). يُعدّ الكيلوغرام الدولي أحد ثلاثة أسطوانات صُنعت في لندن عام 1879 بواسطة شركة جونسون ماثي ، التي استمرت في تصنيع جميع النماذج الوطنية تقريبًا حسب الحاجة حتى دخل التعريف الجديد للكيلوغرام حيز التنفيذ عام 2019. [ 13 ] [ 14 ] في عام 1883، تبيّن أن كتلة الكيلوغرام الدولي لا يمكن تمييزها عن كتلة كيلوغرام الأرشيف الذي صُنع قبل أربعة وثمانين عامًا، وتمّ اعتماده رسميًا كوحدة قياس الكيلوغرام من قِبل المؤتمر العام الأول للأوزان والمقاييس (CGPM) عام 1889. [ 8 ]

نسخ من دليل المنتج الدولي

النموذج الوطني الأولي للكيلوغرام K20، وهو أحد نموذجين أوليين محفوظين في المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا في غايثرسبيرغ، ميريلاند ، والذي كان بمثابة المعايير الأساسية لتحديد جميع وحدات الكتلة والوزن في الولايات المتحدة. هذه نسخة طبق الأصل للعرض العام، معروضة كما هي محفوظة عادةً، تحت زجاجتين زجاجيتين.

يُطلق على دليل تعليمات الصيدلة الدولي (IPK) ونسخه المختلفة التسميات التالية في الأدبيات:

استقرار IPK

قبل عام ٢٠١٩، كان الخطأ في القيمة المقاسة لكتلة النموذج المعياري الدولي للكتلة (IPK) صفرًا تمامًا، إذ كانت كتلة النموذج هي الكيلوغرام. مع ذلك، كان بالإمكان استنتاج أي تغييرات في كتلة النموذج بمرور الوقت من خلال مقارنة كتلته بكتلة نسخه الرسمية المخزنة في أنحاء العالم، وهي عملية نادرة تُعرف باسم "التحقق الدوري". وقد جرت عمليات التحقق الثلاث الوحيدة في أعوام ١٨٨٩ و١٩٤٨ و١٩٨٩. على سبيل المثال، تمتلك الولايات المتحدة خمسة معايير كيلوغرامية مصنوعة من ٩٠٪ بلاتين و ١٠٪  إيريديوم (Pt - 10Ir)، اثنان منها، K4 وK20، من الدفعة الأصلية المكونة من ٤٠ نسخة طبق الأصل وُزعت عام ١٨٨٤. [ ملاحظة ٤ ] وقد اعتُمد النموذج الأولي K20 كمعيار وطني أساسي للكتلة في الولايات المتحدة. ويتم إرجاع هذين النموذجين، بالإضافة إلى نماذج من دول أخرى، دوريًا إلى المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (BIPM) للتحقق. ويُبذل عناية فائقة عند نقل النماذج الأولية. في عام 1984، تم حمل النموذجين الأوليين K4 و K20 يدويًا في قسم الركاب لرحلات تجارية منفصلة.

لا توجد أي نسخة طبق الأصل لها كتلة مساوية تمامًا لكتلة المعيار الدولي للمقاييس (IPK )؛ إذ تُعاير كتلها وتُوثق كقيم إزاحة. على سبيل المثال، كان للمعيار K20، المعيار الأساسي للولايات المتحدة، كتلة رسمية تبلغ 1 كجم - 39 ميكروغرامًا في عام 1889؛ أي أن كتلة K20 كانت  أقل بمقدار 39 ميكروغرامًا من كتلة المعيار الدولي للمقاييس. وأظهرت عملية تحقق أُجريت عام 1948 كتلة قدرها 1 كجم - 19 ميكروغرامًا . أما أحدث عملية تحقق أُجريت عام 1989، فتُظهر كتلة مطابقة تمامًا لقيمتها الأصلية عام 1889. وعلى عكس هذه التغيرات العابرة، فإن كتلة معيار التحقق الأمريكي، K4، انخفضت باستمرار مقارنةً بالمعيار الدولي للمقاييس، وذلك لسبب واضح: إذ تُستخدم معايير التحقق بشكل أكثر تكرارًا من المعايير الأساسية، وهي عرضة للخدوش والتلف. تم تسليم عينة K4 في الأصل بكتلة رسمية قدرها 1 كجم - 75 ميكروغرام في عام 1889، ولكن اعتبارًا من عام 1989 تمت معايرتها رسميًا عند 1 كجم - 106 ميكروغرام ، وبعد عشر سنوات أصبحت 1 كجم - 116 ميكروغرام. على مدى 110 سنوات، فقدت عينة K441  ميكروغرام بالنسبة إلى IPK. [ 26 ]

تغير كتلة النماذج الأولية الوطنية K21–K40 بمرور الوقت ، بالإضافة إلى نسختين شقيقتين من النموذج الأولي الدولي للكويكبات (IPK): K32 وK8(41). [ ملاحظة 2 ] جميع تغيرات الكتلة نسبية إلى النموذج الأولي الدولي للكويكبات (IPK). تم إلغاء انحرافات القيمة الابتدائية لعام 1889 بالنسبة إلى النموذج الأولي الدولي للكويكبات (IPK). [ 17 ] جميع القياسات المذكورة أعلاه نسبية ؛ لا تتوفر بيانات تاريخية لقياس الكتلة لتحديد أي من النماذج الأولية كان الأكثر استقرارًا بالنسبة لثابت طبيعي. هناك احتمال كبير أن تكون جميع النماذج الأولية قد اكتسبت كتلة على مدى 100 عام، وأن تكون K21 وK35 وK40 والنموذج الأولي الدولي للكويكبات (IPK) قد اكتسبت كتلة أقل من غيرها.

إلى جانب التآكل الطبيعي الذي قد تتعرض له معايير الفحص، قد تتغير كتلة النماذج الوطنية، حتى تلك المحفوظة بعناية، مقارنةً بالنموذج الدولي للمقاييس (IPK) لأسبابٍ عديدة، بعضها معروف وبعضها غير معروف. ونظرًا لتخزين النموذج الدولي للمقاييس ونماذجه في الهواء (وإن كان ذلك تحت غطائين زجاجيين متداخلين أو أكثر )، فإنها تكتسب كتلةً نتيجة امتصاص الملوثات الجوية على أسطحها. ولذلك، تُنظف هذه النماذج وفق عمليةٍ طورها المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (BIPM) بين عامي 1939 و1946، تُعرف باسم "طريقة تنظيف المكتب الدولي للأوزان والمقاييس" [ 27 ] ، وتتضمن فركها بقوة بقطعة قماش مبللة بمزيج متساوٍ من الإيثر والإيثانول ، ثم تنظيفها بالبخار باستخدام الماء المقطر مرتين ، وترك النماذج لتستقر لمدة 7-10 أيام قبل التحقق منها. وقبل نشر المكتب الدولي للأوزان والمقاييس تقريره عام 1994 الذي يُفصّل التغير النسبي في كتلة النماذج، كانت هيئات التقييس المختلفة تستخدم تقنياتٍ مختلفة لتنظيف نماذجها. كانت ممارسة المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) قبل ذلك تتمثل في نقع نموذجيه الأوليين وشطفهما أولاً في البنزين ، ثم في الإيثانول، ثم تنظيفهما بتيار من بخار الماء المقطر مرتين. يزيل تنظيف النموذجين الأوليين ما بين 5 و60 ميكروغرامًا من التلوث، اعتمادًا بشكل كبير على الوقت المنقضي منذ آخر عملية تنظيف. علاوة على ذلك، يمكن لعملية تنظيف ثانية إزالة ما يصل إلى 10 ميكروغرامات إضافية. بعد التنظيف، حتى عند تخزينها تحت أغطية زجاجية، يبدأ جهاز IPK ونماذجه المتماثلة في اكتساب الكتلة مرة أخرى على الفور. وقد طور المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (BIPM) نموذجًا لهذا الاكتساب، وخلص إلى أنه بلغ متوسطه 1.11 ميكروغرام شهريًا خلال الأشهر الثلاثة الأولى بعد التنظيف، ثم انخفض إلى متوسط ​​حوالي 1 ميكروغرام سنويًا بعد ذلك. نظرًا لأن معايير التحقق مثل K4 لا تُنظف في المعايرات الروتينية لمعايير الكتلة الأخرى - كإجراء احترازي لتقليل احتمالية التآكل والتلف الناتج عن التعامل - فقد تم استخدام نموذج المكتب الدولي للأوزان والمقاييس لاكتساب الكتلة المعتمد على الوقت كعامل تصحيح "بعد التنظيف".    

نظرًا لأن النسخ الأربعين الرسمية الأولى مصنوعة من نفس سبيكة جهاز IPK ومخزنة في ظروف مماثلة، فإن التحقق الدوري باستخدام عدد من النسخ المتماثلة - وخاصة المعايير الوطنية الأولية، التي نادرًا ما تُستخدم - يمكن أن يُثبت بشكل قاطع استقرار جهاز IPK. وقد اتضح بعد التحقق الدوري الثالث الذي أُجري بين عامي 1988 و1992 أن مجموعات النماذج الأولية في جميع أنحاء العالم تتباعد ببطء ولكن بثبات عن بعضها البعض. ومن الواضح أيضًا أن جهاز IPK ربما يكون قد فُقدانخفضت كتلة النموذج الأولي العالمي (IPK) بمقدار 50  ميكروغرامًا على مدار القرن الماضي، وربما أكثر من ذلك بكثير، مقارنةً بنسخه الرسمية. [ 17 ] [ 28 ] وقد استعصى على الفيزيائيين الذين كرسوا حياتهم لدراسة وحدة الكتلة في النظام الدولي للوحدات (SI) تفسير هذا التغير. ولم يُقترح أي آلية معقولة لتفسير الانخفاض المطرد في كتلة النموذج الأولي العالمي، أو الزيادة في كتلة نسخه المنتشرة في جميع أنحاء العالم. [ ملاحظة 5 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] علاوة على ذلك، لا توجد وسائل تقنية متاحة لتحديد ما إذا كانت المجموعة العالمية الكاملة من النماذج الأولية تعاني من اتجاهات طويلة الأجل أكبر، صعودًا أو هبوطًا، لأن كتلتها "بالنسبة إلى ثابت طبيعي غير معروفة عند مستوى أقل من 1000 ميكروغرام على مدى 100 أو حتى 50 عامًا". [ 28 ] نظرًا لعدم وجود بيانات تحدد أي من النماذج الأولية للكيلوغرام في العالم كان الأكثر استقرارًا من حيث القيمة المطلقة، فمن الصحيح أيضًا القول إن الدفعة الأولى من النسخ المتماثلة قد اكتسبت، كمجموعة، ما معدله حوالي 25 ميكروغرامًا على مدى مائة عام مقارنةً بالنموذج الأولي للكيلوغرام. [ ملاحظة 6 ]  

ما هو معروف تحديداً عن مؤشر IPK هو أنه يُظهر عدم استقرار قصير الأجل يبلغ حوالي30  ميكروغرامًا على مدى شهر تقريبًا في كتلتها بعد التنظيف. [ 32 ] السبب الدقيق لهذا التذبذب قصير المدى غير مفهوم، ولكن يُعتقد أنه ينطوي على تأثيرات سطحية: اختلافات مجهرية بين الأسطح المصقولة للنماذج الأولية، والتي ربما تتفاقم بسبب امتصاص الهيدروجين الناتج عن تحفيز المركبات العضوية المتطايرة التي تترسب ببطء على النماذج الأولية، بالإضافة إلى المذيبات الهيدروكربونية المستخدمة لتنظيفها. [ 31 ] [ 33 ]

لقد أمكن استبعاد العديد من التفسيرات التي اقترحها العلماء وعامة الناس بشأن الاختلافات الملحوظة في كتل النماذج الأولية العالمية. فعلى سبيل المثال، توضح الأسئلة الشائعة للمكتب الدولي للأوزان والمقاييس أن هذا الاختلاف يعتمد على الفترة الزمنية الفاصلة بين القياسات، وليس على عدد مرات تنظيف النموذج الأولي أو نسخه، أو على التغيرات المحتملة في الجاذبية أو البيئة. [ 34 ] وأشارت تقارير نشرها بيتر كومبسون من جامعة نيوكاسل عام 2013، استنادًا إلى تحليل طيف الأشعة السينية الكهروضوئية لعينات مخزنة بجانب نماذج أولية مختلفة من الكيلوغرامات، إلى أن أحد مصادر الاختلاف بين النماذج الأولية المختلفة قد يعود إلى الزئبق الذي امتصته هذه النماذج نتيجة وجودها بالقرب من أجهزة تعتمد على الزئبق. وقد تم تخزين النموذج الأولي للكيلوغرامات (IPK) على بُعد سنتيمترات من مقياس حرارة زئبقي منذ أواخر ثمانينيات القرن الماضي على الأقل. [ 35 ] في هذا العمل الذي أجرته جامعة نيوكاسل، تم العثور على ستة أوزان من البلاتين صنعت في القرن التاسع عشر تحتوي جميعها على الزئبق على السطح، وكان أكثرها تلوثًا يحتوي على ما يعادل 250  ميكروغرام من الزئبق عند قياسه على مساحة سطح نموذج أولي يزن كيلوغرامًا واحدًا.

أدى التباين المتزايد في كتل النماذج الأولية في العالم وعدم الاستقرار قصير الأجل في نظام IPK إلى إجراء أبحاث حول طرق محسنة للحصول على سطح أملس باستخدام الخراطة الماسية على النسخ المصنعة حديثًا، وكان ذلك أحد أسباب إعادة تعريف الكيلوغرام. [ 36 ]

اعتماد مؤشر الحساسية على مؤشر النشاط البدني

حتى مايو 2019، كانت قيمة العديد من الوحدات المكونة لنظام القياس الدولي (SI)، بما في ذلك معظم الوحدات المستخدمة في قياس الكهرباء والضوء، تعتمد بشكل كبير على استقرار نظام IPK.

كان استقرار الكيلوغرام الدولي (IPK) بالغ الأهمية، إذ شكّل الكيلوغرام أساسًا لمعظم وحدات النظام الدولي للوحدات (SI) كما تم تعريفها وهيكلتها حتى عام 2019. معظم وحدات النظام الدولي للوحدات ذات الأسماء الخاصة هي وحدات مشتقة ، أي أنها تُعرَّف ببساطة عن طريق الضرب أو القسمة، أو في حالة واحدة ، عن طريق الإزاحة النسبية لوحدات أخرى أكثر أساسية. على سبيل المثال، يُعرَّف النيوتن بأنه القوة اللازمة لتسريع كيلوغرام واحد بمقدار متر واحد في الثانية المربعة . إذا تغيرت كتلة الكيلوغرام الدولي قليلاً، فإن قيمة النيوتن ستتغير أيضًا بشكل متناسب. وبالمثل، يُعرَّف الباسكال ، وحدة الضغط في النظام الدولي للوحدات، بدلالة النيوتن. وينطبق هذا التسلسل من التبعية على العديد من وحدات القياس الأخرى في النظام الدولي للوحدات. على سبيل المثال، يُعرَّف الجول ، وحدة الطاقة في النظام الدولي للوحدات ، بأنه الطاقة المستهلكة عندما تؤثر قوة مقدارها نيوتن واحد عبر متر واحد . ثم تأتي وحدة القدرة في النظام الدولي للوحدات ، وهي الواط ، والتي تساوي جولًا واحدًا في الثانية.

  • N = kg m/s 2
  • Pa = N/m² = kg/(ms)
  • J = N m = kg m 2 /s 2
  • W = J/s = N m/s = kg m 2 /s 3

علاوة على ذلك، قبل التعديل، كانت وحدة التيار الكهربائي الأساسية في النظام الدولي للوحدات ، وهي الأمبير (A)، تُعرَّف بأنها التيار اللازم لتوليد قوة مقدارها 0.2 ميكرونيوتن بين سلكين متوازيين يفصل بينهما متر واحد لكل متر من الطول. وبتعويض هذه المعطيات في قانون قوة أمبير ، نحصل على:  

  • 2 كيلو أمبير A A 2 /م = 0.2 ميكرونيوتن/م

أو

  • A 2 = ⁠ μN / 10 k A ⁠ ,

مما يجعل مقدار الأمبير متناسبًا مع الجذر التربيعي للنيوتن، وبالتالي مع كتلة IPK.

كانت وحدة قياس كمية المادة الأساسية ، المول ، تُعرَّف قبل التعديل بأنها عدد الذرات في 12 غرامًا من الكربون-12 ، بينما كانت وحدة قياس شدة الإضاءة الأساسية ، الكانديلا ، تُعرَّف بأنها 1/683 واط لكل ستراديان من الضوء الأخضر بتردد 540 تيراهيرتز . وبالتالي ، كانت قيمتا المول والكانديلا متناسبتين مع كتلة المادة. 

ثم تمتد هذه التبعيات لتشمل العديد من الوحدات الكيميائية والضوئية والكهربائية :

  • كات = مول/ثانية
  • نسخة طبق الأصل من النموذج الأولي للكيلوغرام المعروض في مدينة العلوم والصناعة في باريس ، وتتميز بغطاء زجاجي مزدوج واقٍ.
    lm = cd sr
  • lx = lm/m² = cd sr/ m²
  • ج = أ س
  • V = W/A = J/C = ⁠ J / A s ⁠ = ⁠ كجم م 2 / أ s 3 ⁠
  • Wb = V s = J/A = ⁠ kg m 2 / A s 2 ⁠
  • T = Wb/ m² = ⁠ kg / A s² ⁠

كانت الوحدات المشتقة من النظام الدولي للوحدات والتي لم تتأثر قيمها بالتغيرات في كتلة IPK إما كميات لا بعدية ، مشتقة بالكامل من الثانية أو المتر أو الكلفن ، أو تم تعريفها على أنها نسبة بين كميتين، وكلاهما مرتبط بنفس الطريقة بكتلة IPK، على سبيل المثال:

  • Ω = V/A = W / A / A = W / A 2 = N m / s / μN / 10 k A = m / s /10 −6 /10 k A ⁠=10 7 كيلو أمبير متر/ثانية

هنا، يتم إلغاء النيوتن في البسط والمقام تمامًا عند حساب قيمة الأوم. وبالمثل:

  • F = C/V = ⁠ A s / W/A ⁠ = ⁠ A 2 s 2 / J ⁠ = ⁠ μN s 2 / 10 k A N m ⁠ = ⁠10⁻⁷ ثانية² / كيلو أمبير متر​​​
  • γ = J/kg = ⁠ kg m 2 /s2 / kg ⁠ = m 2 / s2
  • S = 1/Ω = ⁠10 −7 ثانية / كيلو أمبير متر​
  • H = Ω s =10 7 كيلو أمبير متر

نظرًا لأن حجم العديد من الوحدات المكونة لنظام القياس الدولي (SI) كان يُحدد بكتلتها حتى عام 2019، فقد حُفظت جودة جهاز IPK بعناية فائقة للحفاظ على سلامة نظام SI. ومع ذلك، من المرجح أن يكون متوسط ​​كتلة مجموعة النماذج الأولية العالمية وكتلة جهاز IPK قد اختلفا بمقدار 8.7  ميكروغرام أخرى منذ التحقق الدوري الثالث.قبل 37  عامًا. [ ملاحظة 7 ] علاوة على ذلك، يجب على مختبرات القياس الوطنية في العالم انتظار التحقق الدوري الرابع للتأكد مما إذا كانت الاتجاهات التاريخية  قد استمرت.

التأثيرات العازلة للتطبيقات العملية

تختلف تعريفات وحدات النظام الدولي للوحدات اختلافًا كبيرًا عن تطبيقاتها العملية . فعلى سبيل المثال، يُعرَّف المتر بأنه المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ خلال فترة زمنية قدرها 1 / 299,792,458 من الثانية. ومع ذلك، فإن التطبيق العملي للمتر عادةً ما يكون على شكل ليزر هيليوم-نيون، ويتم تحديد طول المتر - وليس تعريفه - على النحو التالي:1,579,800.298,728 طول موجة ضوئية من هذا الليزر. لنفترض الآن أن القياس الرسمي للثانية قد انحرف بمقدار أجزاء قليلة من المليار (وهو في الواقع مستقر للغاية مع دقة تكرار تصل إلى أجزاء قليلة من 10^ 15 ) . [ 37 ] لن يكون هناك أي تأثير تلقائي على المتر لأن الثانية - وبالتالي طول المتر - يتم استخلاصها عبر الليزر الذي يشكل التطبيق العملي للمتر. سيستمر العلماء الذين يجرون معايرات المتر ببساطة في قياس نفس عدد أطوال موجات الليزر حتى يتم التوصل إلى اتفاق على خلاف ذلك. وينطبق الشيء نفسه فيما يتعلق بالاعتماد الواقعي على الكيلوغرام: إذا تبين أن كتلة الكيلوغرام الدولي قد تغيرت قليلاً، فلن يكون هناك أي تأثير تلقائي على وحدات القياس الأخرى لأن تطبيقاتها العملية توفر طبقة عازلة من الاستخلاص. مع ذلك، كان لا بد من تسوية أي اختلاف في نهاية المطاف، لأن ميزة النظام الدولي للوحدات تكمن في تناغمه الرياضي والمنطقي الدقيق بين وحداته. لو ثبت بشكل قاطع أن قيمة الكيلوغرام المرجعي الدولي (IPK) قد تغيرت، لكان أحد الحلول ببساطة إعادة تعريف الكيلوغرام على أنه يساوي كتلة الكيلوغرام المرجعي الدولي مضافًا إليها قيمة إزاحة، على غرار ما تم فعله سابقًا مع نسخه؛ على سبيل المثال، "الكيلوغرام يساوي كتلة الكيلوغرام المرجعي الدولي + 42 جزءًا في المليار " (أي ما يعادل 42  ميكروغرامًا).

لكن الحل طويل الأمد لهذه المشكلة كان تحرير النظام الدولي للوحدات من اعتماده على الكيلوغرام، وذلك بتطوير نموذج عملي للكيلوغرام يمكن إنتاجه في مختلف المختبرات باتباع مواصفات مكتوبة. في هذا النموذج العملي، تُحدد مقادير وحدات القياس بدقة وتُعبّر عنها بدلالة ثوابت فيزيائية فقط . وبينما لا تزال أجزاء كبيرة من النظام الدولي للوحدات تعتمد على الكيلوغرام، فإن الكيلوغرام نفسه يعتمد الآن على ثوابت طبيعية ثابتة وعالمية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ فروست، ناتاشا (12 نوفمبر 2018). "نبذة تاريخية عن الكيلوغرام، ولماذا يستعد العلماء لمراجعته" . كوارتز . مؤرشف من الأصل في 9 يونيو 2020. تم الاطلاع عليه في 9 يونيو 2020 .
  2. ↑ ليال، سارة (12 فبراير 2011). "الميكروغرامات المفقودة تضع معيارًا جديدًا" . صحيفة نيويورك تايمز . مؤرشف من الأصل في 21 أكتوبر 2017. تم الاطلاع عليه في 9 يونيو 2020 .
  3. 1 2 كيترلي، دبليو .؛ جاميسون، إيه أو (1 مايو 2020). "منظور فيزيائي ذري حول التعريف الجديد للكيلوغرام" . فيزياء اليوم . 73 (5): 32-38 . Bibcode : 2020PhT....73e..32K . doi : 10.1063/PT.3.4472 .
  4. ↑ سالر، هـ. (2017). التناظرات التشغيلية: العمليات الأساسية في الفيزياء . سبرينغر. ISBN 978-3-319-58664-9.
  5. ↑ بلاوم، كلاوس (مارس 2006). "مطيافية الكتلة عالية الدقة مع الأيونات المخزنة" (ملف PDF) . تقارير الفيزياء . 425 (1): 1-78 . رمز Bibcode : 2006PhR...425....1B . doi : 10.1016/j.physrep.2005.10.011 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 4 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه في 9 يونيو 2020 .
  6. ↑ "قرار المؤتمر العام الأول للأوزان والمقاييس (1889)" . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس.
  7. ↑ "(النموذج الدولي السابق) للكيلوغرام" . www.bipm.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 12 مارس 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 مايو 2019 .
  8. 1 2 كوين، تي جيه (1986). "تقنيات جديدة في تصنيع معايير كتلة البلاتين-الإيريديوم" . مجلة معادن البلاتين . 30 (2): 74-79 . doi : 10.1595/003214086X3027479 . مؤرشف من الأصل بتاريخ 24-09-2015 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-05-2019 .
  9. ↑ "الخلية - المكتب الدولي للأوزان والمقاييس" .
  10. ↑ "أمبير - المكتب الدولي للأوزان والمقاييس" .
  11. ↑ "كانديلا - المكتب الدولي للأوزان والمقاييس" .
  12. ↑ الموقع الرسمي للمكتب الدولي للأوزان والمقاييس: التحقق ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 أغسطس 2013
  13. ↑ إف جيه سميث. "الأوزان المعيارية بالكيلوغرام: قصة التصنيع الدقيق" . مجلة معادن البلاتين . 17 (2) (1973) 66-68
  14. ↑ تيري كوين. من القطع الأثرية إلى الذرات: المكتب الدولي للأوزان والمقاييس والبحث عن معايير القياس النهائية . مطبعة جامعة أكسفورد. ص 321.
  15. ↑ الموقع الرسمي للمكتب الدولي للأوزان والمقاييس: النموذج الدولي للكيلوغرام ونسخه الرسمية الست. مؤرشف بتاريخ 26 سبتمبر 2007 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  16. ستوك، مايكل؛ بارات، بولين؛ ديفيس، ريتشارد س.؛ بيكارد، آلان؛ ميلتون، مارتن جيه تي (24 مارس 2015). "حملة معايرة ضد النموذج الدولي للكيلوغرام تحسبًا لإعادة تعريف الكيلوغرام، الجزء الأول: مقارنة النموذج الدولي بنسخه الرسمية" . مجلة القياس . 52 ( 2): 310-316 . Bibcode : 2015Metro..52..310S . doi : 10.1088/0026-1394/52/2/310 .
  17. 1 2 3 4 ج. جيرارد (1994). "التحقق الدوري الثالث من النماذج الوطنية للكيلوغرام (1988-1992)". مجلة القياسات . 31 (4): 317-336 . رمز Bibcode : 1994Metro..31..317G . doi : 10.1088/0026-1394/31/4/007 . S2CID 250743540 . 
  18. ↑ "شهادات المعايرة والتمييز: الكتلة" . bipm.org . 30-09-2020. مؤرشف من الأصل في 26-01-2021 . تم الاطلاع عليه في 14-08-2025 .
  19. ↑ الموقع الرسمي للمكتب الدولي للأوزان والمقاييس: بعض معايرات وخدمات المكتب الدولي للأوزان والمقاييس في الكتلة والكميات ذات الصلة ، تم الاطلاع عليه في 4 أغسطس 2013
  20. ↑ بيكارد، أ. (فبراير 2012). "تقرير المدير عن نشاط وإدارة المكتب الدولي للأوزان والمقاييس؛ ملحق: الإدارات العلمية" (ملف PDF) . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 31 ديسمبر 2013. تم الاطلاع عليه في 3 أغسطس 2013 .
  21. ↑كيلوجرام[ الكيلوجرام ] . الموسوعة السوفييتية الكبرى (بالروسية) . تم الاسترجاع في 22 يونيو 2020 . من 40 نسخة أصلية من النموذج الأولي (№12 و№26) تم تسليمها إلى روسيا. إيتالون رقم 12 ينطلق إلى الاتحاد السوفييتي في كتلة من الوحدات الأولية الرائعة، ورقم 26 - في نسخ إيتالونية كاملة.
  22. ↑ غوتفلت، بنغت؛ يوهانسون، ماتياس؛ نيفيلدت، بير؛ بيندريل، ليزلي (2014). المقارنة الثالثة عشرة بين الكيلوغرام الوطني السويدي والمعايير الرئيسية لوحدة الكيلوغرام الواحد وفقًا لمعايير SP (ملف PDF) . بوراس: معهد SP للأبحاث التقنية في السويد. ص 3. ISBN  978-91-87461-72-9تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 مايو 2017 .
  23. ↑ "المعهد الوطني للمقاييس التابع لـ TÜBİTAK" . تم الاطلاع عليه في 16 يونيو 2014 .
  24. ↑ "النماذج الدولية الأولى" . جمعية القياسات البريطانية . 2017-07-04 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-08-14 .
  25. ↑ ز. ج. جبور؛ س. ل. يانيف (2001). "الكيلوغرام وقياسات الكتلة والقوة" . مجلة البحوث للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . 106 (1): 25-46 . doi : 10.6028 / jres.106.003 . PMC 4865288. PMID 27500016 .  
  26. ↑ ز. ج. جبور؛ س. ل. يانيف (يناير-فبراير 2001). "الكيلوغرام وقياسات الكتلة والقوة" . مجلة البحوث للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . 106 (1): 25-46 . doi : 10.6028/jres.106.003 . PMC 4865288. PMID 27500016 .  
  27. ↑ جيرارد، ج. (1990)، غسل وتنظيف نماذج الكيلوغرام في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (ملف PDF) ، المكتب الدولي للأوزان والمقاييس
  28. 1 2 ميلز، إيان م.؛ موهر، بيتر ج.؛ كوين، تيري ج.؛ تايلور، باري ن.؛ ويليامز، إدوين ر. (أبريل 2005). "إعادة تعريف الكيلوغرام: قرار حان وقته" (ملف PDF) . مجلة القياسات . 42 (2): 71-80 . رمز Bibcode : 2005Metro..42...71M . doi : 10.1088/0026-1394/42/2/001 . S2CID 122037298. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 20 نوفمبر 2011. تم الاطلاع عليه في 25 نوفمبر 2009 . 
  29. ↑ ديفيس، ريتشارد (ديسمبر 2003). "وحدة الكتلة في النظام الدولي للوحدات" (ملف PDF) . مجلة القياسات . 40 (6): 299-305 . رمز Bibcode : 2003Metro..40..299D . doi : 10.1088/0026-1394/40/6/001 . S2CID 250738424. تاريخ الاسترجاع: 25 نوفمبر 2009 . 
  30. ↑ آر إس ديفيس (يوليو-أغسطس 1985). "إعادة معايرة النموذج الأولي الوطني الأمريكي للكيلوغرام" . مجلة البحوث التابعة للمكتب الوطني للمعايير . 90 (4): 263-283 . doi : 10.6028/jres.090.015 . PMC 6664201. PMID 34566154 .  
  31. 1 2 تخمين لماذا ينحرف IPK ، ر. شتاينر ، المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا ، 11 سبتمبر 2007.
  32. ↑ تقرير إلى المؤتمر العام للأوزان والمقاييس، الاجتماع الرابع عشر للجنة الاستشارية للوحدات (CCU)، أبريل 2001، 2. (ii)؛ المؤتمر العام للأوزان والمقاييس، الاجتماع الثاني والعشرون، أكتوبر 2003 ، والذي ذكر أن "الكيلوغرام بحاجة إلى تعريف جديد لأن كتلة النموذج الأولي معروفة بأنها تتغير بعدة أجزاء في 10 8 على مدى فترات زمنية تصل إلى شهر ..." ( ملف ZIP بحجم 3.2  ميجابايت، هنا ).
  33. ↑ بي بي سي، قياس الكيلوغرام
  34. ↑ "الأسئلة الشائعة" . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . تم الاطلاع عليه في 3 أبريل 2011 .
  35. ↑ كومبسون، بيتر (أكتوبر 2013). "استقرار الكتل المرجعية: 6. تلوث الزئبق والكربون على أوزان البلاتين المصنعة في نفس وقت تصنيع النماذج الأولية الدولية والوطنية للكيلوغرامات". مجلة القياسات . 50 (5): 518-531 . Bibcode : 2013Metro..50..518C . doi : 10.1088/0026-1394/50/5/518 . S2CID 122890863 . 
  36. ↑ مراجع القسم العام: إعادة معايرة النموذج الأولي الوطني الأمريكي للكيلوغرام ، بقلم ر . س. ديفيس، مجلة البحوث التابعة للمكتب الوطني للمعايير، 90 (4): 263-281، يوليو-أغسطس 1985 ( ملف PDF بحجم 5.5  ميجابايت، هنا )؛ والكيلوغرام وقياسات الكتلة والقوة ، بقلم ز . ج. جبور وآخرون ، مجلة البحوث التابعة للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا 106 ، 2001، 25-46 ( ملف PDF بحجم 3.5  ميجابايت، هنا ).
  37. ↑ "الوقت" . عمل علمي للمكتب الدولي للأوزان والمقاييس . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس. مؤرشف من الأصل في 14 مايو 2011. تم الاطلاع عليه في 7 مايو 2011 .

ملحوظات

  1. ↑ يقع العنوان البريدي للجناح (وبالتالي المكتب الدولي للأوزان والمقاييس) في بلدية سيفر المجاورة ، لذلك غالبًا ما يتم الإبلاغ عن وجوده هناك، لكن الأراضي تقع في بلدية سان كلو ( OpenStreetMap ).
  2. 1 2 تم ختم النموذج الأولي رقم 8 (41) عن طريق الخطأ بالرقم 41، لكن ملحقاته تحمل الرقم الصحيح 8. وبما أنه لا يوجد نموذج أولي يحمل الرقم 8، يُشار إلى هذا النموذج الأولي باسم 8 (41).
  3. ↑ تُسمى الأرقام 42 و77 و650 "معايير" بدلاً من "نماذج أولية" لأنها أخف وزناً قليلاً، نتيجة إزالة كمية زائدة من المواد أثناء تصنيعها. وباستثناء كونها أقل من 1 ملغ من الكتلة الاسمية البالغة 1 كغ، فهي مطابقة للنماذج الأولية، وتُستخدم في أعمال المعايرة الروتينية.
  4. ↑ المعياران الآخران من البلاتين - 10 إيريديوم المملوكان للولايات المتحدة هما K79، من سلسلة جديدة من النماذج الأولية (K64-K80) التي تم تشكيلها بالماس مباشرة إلى كتلة نهائية، و K85، والذي يستخدم لتجارب ميزان كيبل .
  5. إذا كان الفرق البالغ 50ميكروغرامًا بين النموذج الأولي للبلاتين (IPK) ونماذجه المقلدة ناتجًا بالكامل عن التآكل، لكان على النموذج الأولي أن يفقد 150ويُعتبرحدوث هذا القدر من التآكل، فضلًا عن فرق بهذا الحجم، أمرًا مستبعدًا؛ إذ أن 50 ميكروغرامًا تعادل تقريبًا كتلة بصمة الإصبع. أجرى متخصصون في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (BIPM) عام 1946 تجارب تنظيف دقيقة، وخلصوا إلى أن حتى الفرك الشديد بقطعة قماش ناعمة - إذا تم بعناية - لم يُغير كتلة النماذج الأولية. وأظهرت تجارب تنظيف أحدث في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس، والتي أُجريت على نموذج أولي محدد (K63)، واستفادت من ميزان NBS - 2 الجديد آنذاك، ثباتًا قدره 2ميكروغرام. وأظهرت تجارب أُجريت على النموذجين الأوليين رقم 7 و32 في يناير 2014 فقدانًا في الكتلة أقل من 0.5ميكروغرام بعد دورة تنظيف وغسيل كاملة ثالثة. [ 16 ] طُرحت العديد من النظريات لتفسير التباين في كتل النماذج الأولية. تفترض إحدى هذه النظريات أن التغير النسبي في الكتلة بين النموذج الأولي (IPK) ونسخه ليس ناتجًا عن فقدان الكتلة، بل ببساطة أن النموذج الأولي اكتسب كتلة أقل من النسخ. تنطلق هذه النظرية من ملاحظة أن النموذج الأولي يُخزن بشكل فريد تحت ثلاث أغطية زجاجية متداخلة، بينما تُخزن نسخه الست الأخرى، بالإضافة إلى النسخ المنتشرة في أنحاء العالم، تحت غطاءين زجاجيين فقط. وتستند هذه النظرية أيضًا إلى حقيقتين أخريين: الأولى، أن البلاتين له ميل قوي للزئبق، والثانية، أن الزئبق الجوي اليوم أكثر وفرة بكثير مما كان عليه وقت تصنيع النموذج الأولي ونسخه. يُعد حرق الفحم مصدرًا رئيسيًا للزئبق الجوي، وتعتمد كل من الدنمارك وألمانيا بشكل كبير على الفحم في توليد الكهرباء. في المقابل، يعتمد توليد الكهرباء في فرنسا، حيث يُخزن النموذج الأولي، بشكل أساسي على الطاقة النووية. تدعم هذه النظرية حقيقة أن معدل تباين الكتلة -مقارنةً بالنموذج الأولي الدولي (IPK)- للنموذج الدنماركي K48، منذ استلامه عام 1949، مرتفعٌ بشكلٍ خاص ويبلغ 78ميكروغرامًا لكل قرن، بينما كان معدل تباين الكتلة للنموذج الألماني K55 أعلى بكثير، حيث بلغ 126 ميكروغرامًا لكل قرن منذ استلامه عام 1954. مع ذلك، لا تدعم بيانات أخرى لنماذج أخرى هذه النظرية. تُعدّ نظرية امتصاص الزئبق هذه واحدةً من بين العديد من النظريات التي طرحها المتخصصون لتفسير التغير النسبي في الكتلة. حتى الآن، ثبت عدم معقولية كل نظرية، أو أن البيانات أو الوسائل التقنية غير كافية لإثباتها أو دحضها.        
  6. ↑ يبلغ متوسط ​​التغير في كتلة الدفعة الأولى من النسخ المتماثلة مقارنةً بالنموذج الأولي الدولي للكيلوغرام (IPK) على مدى مئة عام +23.5 ميكروغرام بانحراف معياري قدره 30 ميكروغرام. وفقًا لـ "التحقق الدوري الثالث من النماذج الأولية الوطنية للكيلوغرام (1988-1992)" ، بقلم ج. جيرارد، مجلة Metrologia 31 (1994)، صفحة 323، الجدول 3. تشمل البيانات النماذج الأولية K1، K5، K6، K7، K8(41)، K12، K16، K18، K20، K21، K24، K32، K34، K35، K36، K37، K38، وK40؛ وتستثني النماذج K2، K23، وK39، التي تُعامل كقيم شاذة. هذه مجموعة بيانات أكبر من تلك الموضحة في الرسم البياني في أعلى هذا القسم، والتي تتوافق مع الشكل 7 من ورقة جي جيرارد لعام 1994. 
  7. ↑ بافتراض استمرار الاتجاه السابق، حيث كان متوسط ​​التغير في كتلة الدفعة الأولى من النسخ المتماثلة بالنسبة إلى IPK على مدى مائة عام +23.5 σ 30  ميكروغرام.

مقاطع فيديو