浅谈质量单位千克

2014-10-16黄爱军HUANGAijun赵明泽ZHAOMingze

价值工程 2014年28期

黄爱军HUANG Ai-jun；赵明泽ZHAO Ming-ze

（①天津市计量监督检测科学研究院，天津 300192；②天津市津南区计量检定所，天津 300192）

（①Tianjin Institute of Metrological Supervision and Testing，Tianjin 300192，China；②Tianjin Jinnan District Metrological Verification Institution，Tianjin 300192，China）

0 引言

计量基本单位是农业、工业、制造业、科技产业等发展的基础，其产生和发展都必须在保证基本单位统一性和准确性的前提下进行。同时，计量单位还随着物理量和化学量的发展变化而做出相应调整和更新。国际计量单位制是在宏观量的基础上提出和制定的，符合其基本单位原始思想，在其指定范围内具有科学性和稳定性，不会随着时间和地点等外部条件的变化而变化。质量是物体最重要的属性之一，无论在科学研究还是在人们生活中，物体的质量都是极其受到关注的。当把物体的质量作为一个量来表示的时候，需要由一个数值和计量单位组合表示。一个物体的质量当使用不同的计量单位表示时，其数值的大小是不同的，只有在使用相同计量单位表示时，较大的数值才能表示较大的物体质量，也就是说物体质量的表示必须在数值后注明其对应的计量单位名称，否则仅仅一个数值无法代表其具体的数量含义。

目前，质量单位千克是国际单位制中最常见的七个基本单位之一，也是唯一一个采用实物复现的方式来表示其属性的单位。近几十年来，各国科学工作人员纷纷应用最先进的研究理论和方法，对其展开相关研究，并采用先进测量手段进行科学实验，成果显著。受各国发展情况和历史国情等方面条件的影响和制约，各国在日常生活和贸易中仍存在计量单位不一致的情况，这就给各国的交流与发展带来了极大的不便。因此，国际组织通过统一限定的方式制定了国际单位制，并严格定义和区别了各类单位。

我国在国际单位制的基础上，依据我国现阶段国情制定了我国的法定计量单位制度。在国际单位制中千克是表示质量的基本单位，它的符号是kg，千克还有一个同义词就是我们日常用的公斤，它等于国际千克原器的质量。有一点值得注意，千克作为质量基本单位其中的千不是词头（倍数关系），而要把千克作为一个整体对待，恰恰克是一个分数单位用来表示千克的千分之一。

1 “千克”的产生发展历史

千克作为质量的单位有很长的历史，远早于国际单位制的确立。最初质量单位千克是由长度单位米导出的，即在4℃标准大气压下1 立方分米的纯水的质量为1 千克。1799年根据这个定义用铂作了一个圆柱体砝码作为质量单位基准保存在法国档案局，称为档案局千克。以后因为根据理论定义复现千克有许多困难，确定1 立方分米的纯水过程中存在许多不确定因素，为此决定放弃质量单位的理论定义采用档案局千克作为质量单位基准使用。

米制公约组织成立后，建立的国际计量局用铂铱合金仿照档案局千克制成一批千克原器。这些千克原器是由90%的铂和10%的铱组成的铂铱合金制成的，各自纯度为99.99%，而且它们是在真空中冶炼成后又经精心锻造，故它们的基体密度很大，合金内部物质变化和气体释放所引起的质量变化很微小，可以忽略不计。由于这种合金中加入了一定数量的铱，其硬度大大提高而且耐磨。为减少由于磨损或其他物质吸附而引起的质量变化，在制造千克原器时，要尽可能地减少其表面积，以保证其测量结果的精确度。考虑到使用球体作为原器形状，在加工、校准以及使用过程中的诸多不便，设计者便选择正圆柱体作为其基本形状，并在设计过程中将其高度和直径都设置为39mm，将其棱边略微修圆。在第一届国际计量大会选了最接近档案局千克的一个千克原器作为质量的国际单位——千克，即国际千克原器，余下的大部分分发给有关国家作为该国的千克原器。我国于1965年引进了国际计量局编号为60号和61 号的两个千克原器，并把61 号千克原器作为国家质量基准。

目前，除质量以外，其他基本量均已建立起统一的自然基准，并随着其发展做出适当调整。而质量单位的定义仍局限在国际千克原器上，使得各国无法单独复现千克，同时国际千克原器的量值也难以达到固定不变。长期以来人们在寻求用某种自然规律或物质特性重新定义质量单位，建立自然基准。

在1960年第十一届国际计量大会命名的国际单位制中，千克是七个基本单位之一，用来表示质量。随着我国的法定计量单位的推行，千克的使用日渐频繁，深入地了解千克、正确地理解和使用千克对于人们对物体的质量有较全面的认识大有裨益，对于保证质量量值的统一、准确、一致的作用越来越大。

2 千克的定义是国际千克原器的质量

首先，一立方分米纯水在4℃的质量并不是绝对的，在不同的大气压下，纯度不同的水质量是不一样的。其中的误差很可能比千克原器的误差还大。其次，取体积时要用到长度单位，质量作为最基本的单位，不应该太依赖于长度的定义。取温度时涉及温标的问题，要知道，不同介质的温度计定义的4℃是不同的。再次，取什么样的作为标准很可能还是一个政治问题，法国作为当时的欧洲科技中心，有着制定标准的权利，这对树立其科技地位有很大作用，不然大家就不会朝圣一样去巴黎计量局对原器了。法国巴黎国际度量局中的千克原器是用铂铱合金制成的，它的密度是36 乘10 的3 次方kg/m^3，是用铂铱合金（其中含铂90%，含铱10%）制成的一个高度和直径都是39 毫米的圆柱体。最后，国际上的确有意向废除原器，采用离散的分子质量，如同秒的定义一样。物理是科学，不依赖于具体的标准，而在于其推导的严密性，只要有明确的定义就行。这样千克原器质量多少物理上不过是个定义问题罢了，只有工科的才对这个这个标准比较看重，制定标准不过是方便科研而已。