กิโลกรัม

หน่วยของมวล
(เปลี่ยนทางจาก Kilogram)

กิโลกรัม อักษรย่อ กก.[1] (อังกฤษ: kilogram : kg) เป็นหน่วยฐานของมวลตามระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ (ระบบเอสไอ) มีสัญลักษณ์หน่วยเป็น กก. ซึ่งเป็นหน่วยวัดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในทางวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ และการค้าทั่วโลก นิยมเรียกย่อ ๆ ว่า กิโล[2] ซึ่งแปลว่า "หนึ่งพันกรัม"

กิโลกรัม
ชุดตุ้มน้ำหนัก 5, 2, 1, 0.5 และ 0.2 กิโลกรัม ทำจาก เหล็กหล่อ
ข้อมูลทั่วไป
ระบบการวัดหน่วยฐานเอสไอ
เป็นหน่วยของมวล
สัญลักษณ์กก. 
การแปลงหน่วย
1 กก. ใน ...... มีค่าเท่ากับ ...
   อาวัวร์ดูปัวส์   2.204622 ปอนด์[Note 1]
   หน่วยอังกฤษ   0.0685 สลัก
   หน่วย ซ.ก.ว.   1000 กรัม
   หน่วยมวลอะตอม   6.02214076×1026 ดัลตัน

กิโลกรัมเป็นหน่วยฐานเอสไอ ที่นิยามโดยอาศัยหน่วยฐานอีกสองหน่วย คือ วินาที เมตร และค่าคงที่พลังค์ ซึ่งเป็นค่าคงที่ที่ใช้ในการนิยามระบบเอสไอ[3] ห้องปฏิบัติการมาตรวิทยา (metrology laboratory) ที่มีอุปกรณ์ครบครันสามารถสอบเทียบเครื่องมือวัดมวล เช่น เครื่องชั่งคิบเบิล (Kibble balance) ให้เป็นมาตรฐานหลักสำหรับมวลกิโลกรัมได้[4]

กิโลกรัม ถูกนิยามครั้งแรกในปี พ.ศ. 2338 ระหว่างการปฏิวัติฝรั่งเศส ว่ามีมวลเท่ากับน้ำหนึ่งลิตร นิยามปัจจุบันของกิโลกรัม ใกล้เคียงกับนิยามเดิมภายใน 30 ส่วนในล้านส่วน (30 parts per million) ต่อมาในปี พ.ศ. 2342 แท่งแพลตินัมที่เรียกว่า "กิโลกรัมเดส์อาร์ไคฟ์" (Kilogramme des Archives) ถูกนำมาใช้เป็นมาตรฐานของมวลแทน ในปี พ.ศ. 2432 แท่งทรงกระบอกทำจากแพลทินัม-อิริเดียม ซึ่งเรียกว่า "ต้นแบบกิโลกรัมสากล (International Prototype of the Kilogram - IPK)" กลายเป็นมาตรฐานของหน่วยมวลสำหรับระบบเมตริก และยังคงอยู่เช่นนั้นเป็นเวลา 130 ปี ก่อนที่จะมีการนำมาตรฐานปัจจุบันมาใช้ในปี พ.ศ. 2562[5]

นิยาม

แก้

กิโลกรัม ถูกนิยามโดยอาศัยค่าคงที่นิยาม 3 ประการ[3]:

  • ความถี่การเปลี่ยนสถานะของอะตอมเฉพาะค่าหนึ่ง (ΔνCs) ซึ่งกำหนดความยาวของวินาที
  • ความเร็วแสง (c) ซึ่งเมื่อรวมกับวินาทีแล้ว จะกำหนดยาวของเมตร
  • ค่าคงตัวของพลังค์ (h) ซึ่งเมื่อรวมกับเมตรและวินาทีแล้ว จะกำหนดมวลของกิโลกรัม

ตาม ที่ประชุมใหญ่ว่าด้วยการชั่งตวงวัด (CGPM)

กิโลกรัม (สัญลักษณ์ kg) เป็นหน่วยฐานของมวลในระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ (SI) นิยาม โดยการกำหนดค่าตัวเลขคงที่ของ ค่าคงตัวของพลังค์ (h) ให้มีค่าเท่ากับ 6.62607015×10−34 เมื่อแทนค่าในหน่วย จูลวินาที (J⋅s) ซึ่งเทียบเท่ากับ กิโลกรัม เมตรกำลังสอง ต่อ วินาที (kg⋅m2⋅s−1) โดยที่ เมตร และ วินาที ถูกนิยามโดยอาศัย ความเร็วแสง (c) และ ความถี่การเปลี่ยนสถานะของอะตอมซีเซียม (ΔνCs)

— CGPM [6][7]

เมื่อกำหนดตามหน่วยเหล่านั้น กิโลกรัม จะถูกกำหนดเป็น[8]:

kg = (299792458)2/(6.62607015×10−34)(9192631770)hΔνCs/c2 = 917097121160018/621541050725904751042hΔνCs/c2(1.475521399735270×1040)hΔνCs/c2 .

โดยทั่วไปคำจำกัดความนี้สอดคล้องกับคำจำกัดความก่อนหน้านี้: มวลยังคงอยู่ภายใน 30 ส่วนในล้านส่วน ของมวลน้ำหนึ่งลิตร[9]

เส้นเวลาของคำจำกัดความก่อนหน้า

แก้
 
ต้นแบบกิโลกรัมสากล, ซึ่งมีมวลถูกกำหนดให้เป็นหนึ่งกิโลกรัมตั้งแต่ปี พ.ศ. 2432 ถึง พ.ศ. 2562

กิโลกรัม ยังคงเป็นหน่วยเอสไอเพียงหน่วยเดียวที่นิยามโดยเทียบกับวัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้น แทนที่จะเทียบกับความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติพื้นฐานทางฟิสิกส์เช่นหน่วยอื่น ๆ

คำจำกัดความใหม่ตามค่าคงที่พื้นฐาน

แก้
 
ระบบเอสไอ หลังการปรับปรุงใหม่ในปี พ.ศ. 2562 กิโลกรัม: ถูกนิยามใหม่โดยอาศัย วินาที, ความเร็วแสง และ ค่าคงตัวของพลังค์ แทนที่การอ้างอิงมวลของวัตถุ นอกจากนี้แอมแปร์ จะไม่ได้อ้างอิงกับกิโลกรัมอีกต่อไป
 
เครื่องชั่งคิบเบิล ซึ่งเดิมทีใช้ในการวัดค่าคงตัวของพลังค์ โดยอาศัยต้นแบบกิโลกรัมสากล (IPK) ปัจจุบันสามารถนำมาใช้ในการปรับเทียบมวลมาตรฐานรอง เพื่อใช้งานจริงได้

เมื่อแรกเริ่มนั้น หนึ่งกิโลกรัม นิยามไว้เท่ากับมวลของน้ำบริสุทธิ์ ปริมาตรหนึ่งลิตร ที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียสและความดันบรรยากาศมาตรฐาน นิยามข้างต้นวัดให้แม่นยำได้ยาก เนื่องจากความหนาแน่นของน้ำขึ้นอยู่กับความดันบรรยากาศ และความดันนิยามโดยมีมวลเป็นองค์ประกอบ ทำให้เกิดการขึ้นแก่กันเป็นวงกลมในนิยามของกิโลกรัมข้างต้น

เพื่อแก้ปัญหาข้างต้น จึงได้มีการนิยามกิโลกรัมใหม่ให้เท่ากับมวลของมวลมาตรฐานอย่างเที่ยงตรง ซึ่งมวลมาตรฐานดังกล่าวสร้างขึ้นโดยให้มีมวลเทียบเท่ากับมวลในนิยามเดิม นับตั้งแต่ปี ค.ศ. 1889 เป็นต้นมา ระบบเอสไอนิยามให้มวลหนึ่งกิโลกรัมเท่ากับมวลของมวลต้นแบบระหว่างชาติของกิโลกรัม ซึ่งเป็นทรงกระบอกสร้างจากโลหะเจือแพลทินัม-อิริเดียม ความสูงและเส้นผ่านศูนย์กลาง 39 มิลลิเมตร เก็บรักษาไว้ที่สำนักงานระหว่างประเทศว่าด้วยมาตราชั่งตวงวัด (Bureau International des Poids et Mesures) ได้มีการสร้างสำเนาอย่างเป็นทางการของมวลต้นแบบระหว่างชาติฯ ขึ้นหลายชิ้นด้วยกันเพื่อใช้เป็นมวลต้นแบบแห่งชาติ ซึ่งจะนำมาเปรียบเทียบกับมวลต้นแบบระหว่างชาติฯ ("Le Grand Kilo" เลอกรองกีโล) ประมาณทุก 10 ปี มวลต้นแบบระหว่างชาติฯ นั้นสร้างขึ้นราวคริสต์ทศวรรษ 1880

หากถือตามนิยาม ความคลาดเคลื่อนระหว่างการเปรียบเทียบซ้ำแต่ละครั้งของนิยามปัจจุบันจะต้องเป็นศูนย์ ทว่าในการถือปฏิบัติโดยทั่วไป ถือว่าความคลาดเคลื่อนดังกล่าวอยู่ในอันดับ 2 ไมโครกรัม ความคลาดเคลื่อนนี้พบจากการเปรียบเทียบมวลต้นแบบระหว่างชาติฯ กับมวลต้นแบบแห่งชาติทุกชิ้น เนื่องจากมวลต้นแบบแห่งชาติสร้างจากวัสดุเดียวกันและเก็บไว้ในสภาวะเดียวกัน จึงไม่มีเหตุผลเพียงพอที่จะกล่าวได้ว่ามวลต้นแบบระหว่างชาติฯ มีความเสถียรของมวลมากหรือน้อยไปกว่ามวลสำเนาอย่างเป็นทางการชิ้นอื่น ๆ ด้วยเหตุนี้การประมาณการความเสถียรของมวลต้นแบบระหว่างชาติฯ จึงสามารถกระทำได้ กระบวนวิธีเปรียบเทียบดังกล่าวนี้จะกระทำประมาณทุก 40 ปี

การแทนที่ต้นแบบกิโลกรัมสากล (IPK) เกิดจากหลักฐานที่สะสมมาเป็นเวลานาน ซึ่งชี้ว่า มวลของ IPK และสำเนาของมันมีการเปลี่ยนแปลง โดย IPK มีความคลาดเคลื่อนจากสำเนาประมาณ 50 ไมโครกรัม นับตั้งแต่ผลิตขึ้นในช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 สิ่งนี้นำไปสู่ความพยายามแข่งขันหลายครั้งในการพัฒนาวิทยาการวัดที่มีความแม่นยำเพียงพอที่จะรองรับการแทนที่วัตถุอ้างอิงกิโลกรัมด้วยนิยามที่อิงตามค่าคงที่พื้นฐานทางฟิสิกส์โดยตรง[5]

ปัจจุบันเราพบว่ามวลต้นแบบระหว่างชาติของกิโลกรัมสูญเสียมวลไปประมาณ 50 ไมโครกรัมตลอดระยะเวลา 100 ปีที่ผ่านมา ซึ่งสาเหตุนั้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด (จากรายงานในนิตยสาร แดร์-ชปีเกิล ปี 2003 ฉบับ 26) การที่มวลของมวลต้นแบบฯ เปลี่ยนแปรไปจนสังเกตได้นี้เป็นปัจจัยสำคัญที่ผลักดันให้มีการค้นหานิยามใหม่สำหรับกิโลกรัม เนื่องจากหากเราถือตามนิยามของกิโลกรัมในปัจจุบัน คำกล่าวที่ว่า "วัตถุใด ๆ ก็ตามในเอกภพ (เว้นแต่มวลต้นแบบระหว่างชาติของกิโลกรัม) ที่เมื่อ 100 ปีก่อนมีมวล 1 กิโลกรัม, และไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ นับตั้งแต่นั้นเป็นมา, ปัจจุบันจะมีมวลมากกว่าหนึ่งกิโลกรัมอยู่ 50 ไมโครกรัม" จะต้องนับว่าถูกต้องแม่นยำ เราจะเห็นว่าคำกล่าวข้างต้นขัดแย้งกับสามัญสำนึก นอกจากนี้ยังทำให้สูญเสียความมุ่งหมายในการนิยามหน่วยมาตรฐานของมวลไป เนื่องจากมาตรฐานไม่ควรเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรก็ได้เมื่อเวลาผ่านไป ทำให้มีการประชุมกันของนักวิทยาศาสตร์เพื่อสร้างนิยามใหม่ของ กิโลกรัม โดยมีผลตั้งแต่วันที่ 20 พฤษภาคม ค.ศ. 2019 โดยนิยามใหม่ของกิโลกรัมคือ กิโลกรัมหรือสัญลักษณ์ kg นิยามโดย ค่าคงตัวของพลังค์ เป็น 6.626070150 คูณ 10 ยกกำลัง -34 โดยมีหน่วยเป็น Js ซึ่งเท่ากับ kg m2 s-1 โดยเมตรและวินาทีนิยามในเทอมของความเร็วของแสงและนาฬิกา Caesium standard ตามลำดับเป็นการเปลี่ยนการนิยามจากวัตถุทางกายภาพเปลี่ยนเป็นนิยามอิงกับค่าคงที่ทางฟิสิกส์ [6][14]

หน่วยพหุคูณ

แก้

เนื่องจากหน่วยเอสไอหน่วยหนึ่ง ไม่สามารถมีคำนำหน้าหลายตัว (ดูค คำอุปสรรคเอสไอ) จึงมีการนำคำนำหน้าไปประกอบกับกรัม แทนที่จะเป็นกิโลกรัม ซึ่งมีคำนำหน้าเป็นส่วนหนึ่งของชื่ออยู่แล้ว[15] ตัวอย่างเช่น หนึ่งในล้านของกิโลกรัม คือ 1 มิลลิกรัม (mg) ไม่ใช่ 1 ไมโครกรัม (μkg)

พหุคูณเอสไอสำหรับหน่วยกรัม (g)
พหุคูณย่อย พหุคูณใหญ่
ค่า สัญลักษณ์ ชื่อ ค่า สัญลักษณ์ ชื่อ
10–1 g dg เดซิกรัม 101 g dag เดคากรัม
10–2 g cg เซนติกรัม 102 g hg เฮกโตกรัม
10–3 g mg มิลลิกรัม 103 g kg กิโลกรัม
10–6 g µg ไมโครกรัม 106 g Mg 'เมกะกรัม (เมตริกตัน)'
10–9 g ng นาโนกรัม 109 g Gg จิกะกรัม
10–12 g pg พิโกกรัม 1012 g Tg เทระกรัม
10–15 g fg เฟมโตกรัม 1015 g Pg เพตะกรัม
10–18 g ag อัตโตกรัม 1018 g Eg เอกซะกรัม
10–21 g zg เซปโตกรัม 1021 g Zg เซตตะกรัม
10–24 g yg ยอกโตกรัม 1024 g Yg ยอตตะกรัม
10−27 g rg รอนโตกรัม 1027 g Rg รอนนากรัม
10−30 g qg เควกโตกรัม 1030 g Qg เควตตากรัม
หน่วยที่นิยมใช้แสดงเป็นตัวหนา[Note 2]


ดูเพิ่ม

แก้

โน้ต

แก้
  1. อาวัวร์ดูปัวส์ปอนด์เป็นส่วนหนึ่งของระบบหน่วย ทั้งระบบ[[]] และ ระบบหน่วยวัดแบบอังกฤษ ซึ่งกำหนดไว้อย่างชัดแจ้ง 0.45359237 kilograms.
  2. Criterion: A combined total of at least five occurrences on the British National Corpus and the Corpus of Contemporary American English, including both the singular and the plural for both the -gram and the -gramme spelling.

อ้างอิง

แก้
  1. "Kilogram". Oxford Dictionaries. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ มกราคม 31, 2013. สืบค้นเมื่อ พฤศจิกายน 3, 2011.
  2. Merriam-Mebster definition of Kilo
  3. 3.0 3.1 International Bureau of Weights and Measures (20 May 2019), The International System of Units (SI) (PDF) (9th ed.), ISBN 978-92-822-2272-0, เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 18 October 2021
  4. "Mise en pratique for the definition of the kilogram in the SI". BIPM.org. July 7, 2021. สืบค้นเมื่อ February 18, 2022.
  5. 5.0 5.1 5.2 Resnick, Brian (May 20, 2019). "The new kilogram just debuted. It's a massive achievement". vox.com. สืบค้นเมื่อ May 23, 2019.
  6. 6.0 6.1 Draft Resolution A "On the revision of the International System of units (SI)" to be submitted to the CGPM at its 26th meeting (2018) (PDF), เก็บ (PDF)จากแหล่งเดิมเมื่อ April 2, 2021
  7. Decision CIPM/105-13 (October 2016). The day is the 144th anniversary of the Metre Convention.
  8. SI Brochure: The International System of Units (SI). BIPM, 9th edition, 2019.
  9. The density of water is 0.999972 g/cm3 at 3.984 °C. See Franks, Felix (2012). The Physics and Physical Chemistry of Water. Springer. ISBN 978-1-4684-8334-5.
  10. Guyton; Lavoisier; Monge; Berthollet; และคณะ (1792). Annales de chimie ou Recueil de mémoires concernant la chimie et les arts qui en dépendent. Vol. 15–16. Paris: Chez Joseph de Boffe. p. 277.
  11. Gramme, le poids absolu d'un volume d'eau pure égal au cube de la centième partie du mètre, et à la température de la glace fondante
  12. Zupko, Ronald Edward (1990). Revolution in Measurement: Western European Weights and Measures Since the Age of Science. Philadelphia: American Philosophical Society. ISBN 978-0-87169-186-6.
  13. "Treaty of the Metre". Encyclopædia Britannica. 2023. สืบค้นเมื่อ 18 July 2023.
  14. Decision CIPM/105-13 (October 2016). The day is the 144th anniversary of the Metre Convention.
  15. BIPM: SI Brochure: Section 3.2, The kilogram เก็บถาวร มีนาคม 29, 2016 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน

แหล่งข้อมูลอื่น ๆ

แก้
  NIST: K20, the US National Prototype Kilogram resting on an egg crate fluorescent light panel
  BIPM: Steam cleaning a 1 kg prototype before a mass comparison
  BIPM: The IPK and its six sister copies in their vault
  The Age: Silicon sphere for the Avogadro Project
  NPL: The NPL's Watt Balance project
  NIST: This particular Rueprecht Balance, an Austrian-made precision balance, was used by the NIST from 1945 until 1960
  BIPM: The FB‑2 flexure-strip balance, the BIPM's modern precision balance featuring a standard deviation of one ten-billionth of a kilogram (0.1 μg)
  BIPM: Mettler HK1000 balance, featuring 1 μg resolution and a 4 kg maximum mass. Also used by NIST and Sandia National Laboratories' Primary Standards Laboratory
  Micro-g LaCoste: FG‑5 absolute gravimeter, (diagram), used in national laboratories to measure gravity to 2 μGal accuracy

วิดิโอ

แก้