Kilogramo

Kilogramoa (sinboloa: kg) SI Nazioarteko Unitate Sistemaren masentzako oinarrizko unitatea da. 2019ko maiatzaren 20tik oinarrizko konstante fisiko baten arabera definitzen da. 2019ko maiatzaren 20a baino lehen platino-iridiozko zilindro baten arabera definitzen zen, Nazioarteko Kilogramo Prototipoa, edo Le Grand K, 1889an egina eta Parisko Saint-Clouden gordetzen dena.

Hasiera batean kilogramoa definitzeko ur litro bat erabili zen, hau da, dezimetro kubiko bat. Oso zaila zenez modu zehatz batean erreplikatzea, 1799an platinozko artefaktu bat proposatu zen kilogramoa definitzeko. Artefaktu hura, eta ondoren sortutako IPK, unitate estandarra izan zen 2019ra arte. Artefaktuak denborarekin masa galtzen zuela ikusi zenez, konstante bat erabiltzea proposatu zen, eta 2018an Plancken konstantea erabiltzea adostu zen. Konstante honek argi partikulen energia (eta, beraz, masa) bere frekuentziarekin lotzen du. Definizio berria posible izateko, Plancken konstantea zehaztasun handiz neurtzea beharrezkoa zen, eta horretarako ere IPKren kilogramoaren definizioa hartu zen oinarritzat.

Definizioa

Kilogramoaren definizioa historian zehar aldatu da, hala ere zaila izan zen konstante fisiko baten arabera definitzea eta ez objektu fisiko baten arabera. Objektu fisikoek aldaketak izan ditzakete, baina konstanteak ez. Arazoa, konstante hori zehaztasunez neurtzea izaten da, beraz. Kilogramoaren definizioa izan zen konstante baten arabera aldatzen azkena, Plancken konstantea 2019ko maiatzaren 20an kilogramoa definitzeko hartu zenetik. Kilogramoa da bere izenean aurrizki bat daraman unitate bakarra SIaren baitan.

Definizio historikoak

Uraren bidezko definizioa

Hasieran kilogramoa, litro bat ur hutsaren masa, 4 Celsius gradu hotz-beroan eta presio atmosferiko estandarrean legez definitu zen. Definizio hau zehaztasunez bideratzeko zaila zen; era xumean bada ere uraren dentsitatea presioaren eraginpean dagoelako eta, presio unitateak masarenaren pean egonik, kilogramoren definizioan dependentzia zirkularra agertzen zelako.

Kilogramoaren prototipoak

Arazo hauek gainditzeko, kilogramoa zehazki aurreko definiziora ahal zen beste hurbiltzeko egindako txantiloi estandar baten masa legez definitu zen. 1889tik aurrera, SI sistemak unitatea kilogramoaren nazioarteko prototipoaren masa legez definitzen du; prototipoa platino eta iridioz osatutako metal nahasturaz eginda dago, 39 mm xx mm garai eta yy mm zabal den zilindroa da eta Pisuen eta Neurrien Nazioarteko Bulegoan dago gordeta.

Kilogramo prototipoaren kopia ofizialak eskuragarri daude, 10 urtean behin inguru, Parisko prototipoarekin ("Le Grand Kilo") alderatzen diren nazio prototipoak legez erabiltzeko. Kilogramoaren nazioarteko prototipoa 1880ko hamarkadan egin zen.

Definizioz, oraingo definizioaren bikoizketa akatsa zero da zehatz; hala ere, hitzaren ohiko adieran 2 mikrogramokoa legez har dezakegu. Hau estandarra era berean eginda eta gordeta dauden bere kopia ofizialekin konparatuz ikusten da. Ez dago ezelango ziorik estandar ofiziala bere kopia ofizialak baino egonkorragoa dela uste izateko, edo alderantziz; hori horrela izanda, konparaketaren bidez estima daiteke bere egonkortasuna. Prozedura hau gutxi gorabehera berrogei urtean behin jarraitzen da.

Kilogramoaren nazioarteko prototipoak azken 100 urtetan 50 mikrogramo galdu dituela dirudi, itsasten zaion hauts kopuru txikia garbitzeko ahalegiaren ondorioz, antza. Prototipoan ikusi den aldaketak kilogramoaren definizioa berria sortzeko ahaleginak areagotu ditu. Oraingo definizioaren arabera esan dezakegu orain 100 urte kilogramo bateko masa zuten eta ordutik hona aldatu ez diren unibertsoko gauza guztiek (Frantzian dagoen metalezko prototipoa izan ezik) orain kilogramo bat eta 50 mikrogramoko masa dutela. Hau intuizioaren aurkakoa da eta masa unitate estandar bat definitzeko ez egokia, estandar batek denboran zehar ez baitu era arbitrarioan aldatu behar.

Pisu eta Neurrien Nazioarteko Batzordearen 2018ko 26. Batzar Orokorra

Fisikaren eta teknologiaren arloetan izandako aurrerapenak direla eta, 2011-14 bitartean izandako bileretan, Pisu eta Neurrien Nazioarteko Batzordearen (frantsesez, Comité International des Poids et Mesures, CIPM) azpibatzorde baten proposamena kontuan harturik, oinarrizko zazpi unitateen definizioa zazpi konstante unibertsalen bidez ematea erabaki zen 2018ko 26. Batzar Orokorrean. Horren arabera, honako aldaketa hauek egitea erabaki zen, 2019ko maiatzetik aurrera indarrean jartzeko:

«Betiere oinarrizko zazpi unitateak (segundoa, metroa, kilogramoa, amperea, kelvina, mola eta kandela) bere horretan gorderik, unitate horiek birdefinitu egin dira beraien balioak zazpi konstante fisiko unibertsalen bidez zehaztuz. Definizio berriek hobetu egin dute SI sistema, unitateen balioa aldatu gabe.»

SI sistema zehazten duten zazpi konstante unibertsalak honako hauek dira:

• Zesio-133 atomo ez-perturbatuaren oinarrizko egoeraren trantsizio hiperfinaren frekuentzia $\mathrm{\Delta }{\nu }_{\text{Cs}}=\text{9 192 631 770 Hz}$ da,
• Argiak hutsean duen abiadura $c={\text{299 792 458 m s}}^{-1}$ da,
• Planck-en konstantearen balio numerikoa $h=\text{6,626 070 15}\times 10^{-34}\text{J s}$ da,
• Oinarrizko karga elektrikoaren balioa $e=\text{1,602 176 634}\times 10^{-19}\text{ C}$ da,
• Boltzmann-en konstanteak $k=\text{1,380 649}\times 10^{-23}{\text{J K}}^{-1}$ balio du,
• Avogadroren konstantearen balioa $\text{1 }{N}_{\text{A}}=\text{6,022 140 76}\times 10^{23}{\text{ mol}}^{-1}$ da,
• $540\times 10^{12}\text{ Hz}$-eko erradiazio monokromatikoaren argi-eraginkortasunaren balioa $K_{\text{cd}}={\text{683 lm W}}^{-1}$ da.

Ondorioz, zazpi oinarrizko unitateak goiko taulan adierazitako moduan daude birdefiniturik zazpi konstante unibertsal horien bitartez.

Kilogramoaren definizio ofizial berria

Erabaki hori kontuan harturik, kilogramoaren balioa aldatu gabe, honelaxe geratu da idatzita beraren definizioa:

«Kilogramoa definiturik geratzen da Planck-en konstantearen balio numerikoa

$h=\text{6,626 070 15}\times 10^{-34}\text{J s}$

denean, azken unitate hau

${\text{kg m}}^2{\text{ s}}^{-1}$

 unitateen baliokidea izanik, eta metroa eta segundoa

$c$

eta

$\mathrm{\Delta }{\nu }_{\text{Cs}}$

konstante unibertsalen bidez definiturik daudenean.».

Beste proposamen batzuk

• Watt balantzeak lehen ampere definitzeko erabiltzen zen korronte balantzea erabiltzen du kilogramoa Planck-en konstantearen balio batekin lotzeko, voltaren eta ohmaren definiziotan oinarrituta.
• Lebitatutako supereroalearen hurbiltzeak kilogramoa kantitate elektriko batzuekin lotzen du; gorputz supereroale bat biribildu supereroale batek sortutako eremu magnetikoan lebitatuz, eta biribilduan behar denkorronte elektrikoa neurtuz.
• Josephson-en (CIPM (1988), 1. gomendioa, PV 56; 19) eta von Klitzing-en (CIPM (1988), 2. gomendioa, PV 56; 20) aldaezinei balio konbentzionalak eman zaizkienez, balio hauek (K_J ≡ 4.835 979×10¹⁴ Hz/V eta R_K ≡ 2.581 280 7×10⁴ Ω) anpere lehengo definizioaz elkartu ahal dira kilogramoa hurrengo eran definitzeko:

Lotura pisuarekin

Objektu baten pisua kilogramotan ematen denean, eman nahi den propietatea ia beti masa da. Noizbehinka objektu batekiko grabitazioaren indarra ere "kilogramo"tan ematen da, baina erabilitako unitatea ez da benetako kilogramoa. Objektu batean eragina duen indar grabitatorioa "kilogramo"tan ematen denean erabilitako unitatea ez da benetako kilogramoa, ez erabiltzea aholkatuta dagoen kilogramo-indarra (kgf) baino, kilopond (kp) izenaz ere ezagutua dena.

kg bateko masa duen objektu bat Lurraren azalean gutxi gora-behera 9.80665 newtongo indar grabitatorio baten eraginpean egongo da. (SIaren indar unitatea). Kontuan izan 980.665 cm/s²-ko biderkatzailea (CGPM-ek definitu zuen legez, cgs sistemak erabilitako sistema nagusiak zirenean) gramo-indarra definitzeko abenikoz onartutako balio konbentzionala (3rd CGPM (1901), CR 70) dela, besterik ez. Lurrean tokian tokiko g azelerazio grabitatorioa latitude, altitude eta kokalekuarekin aldatzen da, beraz balio konbentzional hau onartu baino lehen gramo-indarra txarto definitutako unitatea zen. (Begira geea ere, azelerazio grabitatorioaren neurri estandarra.)

Ikus gainera

• Nazioarteko Unitate Sistema
• masa
• grabitazio unibertsala
• pisua

Bibliografia

• Zientzia eta Teknologiaren Hiztegi Entziklopedikoa, Elhuyar, Donostia (2009). ISBN: 978-84-92457-00-7.
• M. Ensunza, J.R. Etxebarria & J. Iturbe, Zientzia eta teknikarako euskara. Zenbait hizkuntza-baliabide (II. argitalpena), Udako Euskal Unibertsitatea (UEU), Bilbo, 2008, ISBN: 978-84-8438-164-8.
• Jose Ramon Etxebarria, Zientzia eta teknikako euskara arautzeko gomendioak, Eusko Jaurlaritzaren Argitalpen Zerbitzu Nagusia, Gasteiz, 2011, ISBN: 978-84-457-3136-9.
• Jose Ramon Etxebarria, Komunikazioa euskaraz ingeniaritzan, Udako Euskal Unibertsitatea (UEU), Bilbo, 2014, Txantiloi:ISBN.

Kanpo estekak

• National Physical Laboratory FAQ on kilogram definition, the need for a new definition, and some alternatives
• Conversion Calculator for Units of MASS (& Weight)
• More on the NIST Watt Balance
• More on the Avogadro project
• Conversion: Units of Weight
• Le Bureau International des Poids et Mesures
• Attogram Detection
• World's most sensitive scales weigh a zeptogram, by New Scientist.com
• Scales tip with tiniest mass yet, by BBC News Online