وحدة

كيلوغرام

الوحدة الأساسية للكتلة في النظام الدولي، تُعرَّف هنا عبر ثوابت كمية بدلاً من قطعة مادية.
2 مقالات ذات صلة

الوصف

الكيلوغرام هو الوحدة الأساسية للكتلة في النظام الدولي للوحدات، ومنذ مايو 2019 يُعرَّف بتثبيت القيمة العددية لثابت بلانك، وهو ثابت أساسي في ميكانيكا الكم. وقد حل هذا التعريف محل التعريف السابق الذي كان يعتمد على قطعة مادية، وهي النموذج الدولي للكيلوغرام (أسطوانة من البلاتين والإيريديوم)، والتي كانت المعيار منذ عام 1889. التعريف الجديد يربط الكيلوغرام بقوانين الفيزياء الثابتة بدلاً من الاعتماد على جسم واحد قد يتلف أو يفقد أو يكتسب كتلة ببطء بسبب التلوث السطحي.

التاريخ

عُرِّف الكيلوغرام في الأصل عام 1795 على أنه كتلة لتر واحد من الماء، لكن في عام 1889 استُبدل بالنموذج الدولي للكيلوغرام. وقد تمت الموافقة على الانتقال إلى تعريف قائم على ميكانيكا الكم في عام 2018، ودخل حيز التنفيذ في 20 مايو 2019، وهو اليوم العالمي للمترولوجيا.

كيف يعمل

يعتمد التعريف على العلاقة بين الكتلة والطاقة عبر المعادلة E=mc² وثابت بلانك h، الذي يربط طاقة الفوتون بتردده. عمليًا، يُحقَّق الكيلوغرام باستخدام ميزان كيبل، وهو جهاز يقيس الكتلة بمقارنة قوة الجاذبية المؤثرة على كتلة اختبار مع قوة كهرومغناطيسية. تُحدَّد القوة الكهرومغناطيسية بواسطة معايير كهربائية كمية (تأثير جوزيفسون وتأثير هول الكمي)، والتي تُعرَّف بدورها بثابت بلانك والشحنة الأولية.

في التطبيق

يتيح التعريف الجديد إجراء قياسات دقيقة للكتلة في أي مكان في العالم دون الحاجة إلى المقارنة مع قطعة مادية واحدة، مما يحسن الدقة في العلوم والصناعة، من تصنيع الأدوية إلى تجارب الفيزياء الأساسية.

حقيقة طريفة

لا يزال النموذج الدولي القديم للكيلوغرام محفوظًا في قبو في فرنسا، لكنه الآن مجرد قطعة تاريخية، ولم يعد التعريف الرسمي للوحدة.

Concept graph →

مقالات ذات صلة · 2

الهندسة الكمومية: كيف رأت الأشعة السينية ما لا يُرى
الطباخ يتذوق الحساء ليعرف كمية الملح في القدر. الفيزيائيون فعلوا شيئًا مشابهًا مع البلورات: سلطوا عليها الأشعة السينية، ومن طريقة تشتت الأشعة استنتجوا مدى "انتشار" الإلكترونات في الروابط الكيميائية. في الألماس، ترتبط ذرات الكربون عبر إلكترونات مشتركة، مثل شخصين يتقاسمون بطانية واحدة.
ميزان يزن الكيلوغرام بالكمّات
في مختبر هادئ، على طاولة، يقف جهاز بحجم فرن ميكروويف. داخله، ينزلق ملف بسلاسة صعودًا وهبوطًا، بينما يقرأ حاسوب الإشارات الكهربائية. هكذا تبدو النسخة المكتبية من ميزان كيبل-بليز، وهو جهاز يربط الكتلة بالثوابت الكمومية. سابقًا، كان هذا الميزان يشغل غرفة بأكملها ويتطلب فريقًا من المهندسين. الآن، جمع مهندسون من جامعة تسينغهوا نسخة توضع على طاولة المختبر.