Quilogramo

A palabra quilogramo deriva do francés kilogramme,^[1] que á súa vez se formou engadindo o prefixo kilo creado coa palabra grega χίλιοι khilioi, que significa "mil" e gramma, palabra latina que significa "peso pequeno" e que procede do grego γράμμα.^[2] A palabra kilogramme foi incorporada á lexislación francesa en 1795, no Decreto do 18 de Xerminal,^[3] que revisaba o sistema antigo de unidades introducido pola Convención en 1793, cando gravet fora definido como o peso (poids) dun centímetro cúbico de auga, igual á milésima parte dun grave.^[4] No decreto de 1795 o termo gramme substituíu a gravet e kilogramme a grave. O termo quilo pode empregarse como forma abreviada de quilogramo.^[5]

Durante o século XIX o sistema de unidades estándar era o sistema centímetro-gramo-segundo, considerando o gramo a unidade fundamental de masa e o quilogramo unha unidade derivada. Porén, en 1901, tralos descubrimentos de James Clerk Maxwell de que as medidas eléctricas non podían expresarse en termos das tres unidades fundamentais, Giovanni Giorgi propuxo un novo sistema que incluiría unha cuarta unidade fundamental para medir cantidades en electromagnetismo.^[6] En 1935 foi adoptado pola Comisión Electrotécnica Internacional como o sistema Giorgi, agora coñecido como sistema MKS,^[7] e en 1946 adoptouse tamén o ampere como unidade electromágnetica do "sistema MKSA". Ambos os sistemas, CGS e MKS, coexistiron durante parte do século XX, mais como resultado da decisión de adoptar o sistema Giorgi como base para o Sistema Internacional en 1960, o quilogramo é a unidade básica de masa, mentres que a definición de gramo deriva da de quilogramo.

A primeira definición do quilogramo, decidida durante a Revolución Francesa, especificaba que era a masa dun decímetro cúbico (un litro) de auga destilada a unha atmosfera de presión e 3,98 °C de temperatura. A elección desta temperatura débese a que é a que corresponde á maior densidade da auga á presión dunha atmosfera.^[8] Esta definición era complicada de reproducir con exactitude, porque a densidade da auga depende da presión, e as unidades da presión inclúen a masa como factor, introducindo unha dependencia circular na definición.

Para evitar estes problemas, o quilogramo foi redefinido mediante un obxecto, cuxa masa serviu como representación da definición orixinal. Desde 1889, o Sistema Internacional de Unidades define que a unidade debe ser igual á masa do prototipo internacional do quilogramo (IPK pola súa sigla en inglés, International Prototype Kilogram), fabricado cunha aliaxe de 90 % platino e 10 % iridio (porcentaxes en peso) e traballado en forma de cilindro circular recto de 39 milímetros de altura, igual ao diámetro. O prototipo internacional atópase na Oficina Internacional de Pesos e Medidas, en Sèvres, nas proximidades de París. Realizáronse varias copias oficiais do prototipo do quilogramo, dispoñibles como prototipos nacionais, que se comparan co prototipo de París cada 40 anos. Este prototipo internacional é un dos tres cilindros feitos orixinalmente en 1879. En 1883 demostrouse que o IPK era indistinguible do quilogramo estándar de entón, e foi ratificado como “o” quilogramo na primeira Conferencia Xeral de Pesos e Medidas en 1889.^[8]

Por definición, o erro na medición da masa do IPK é exactamente cero, pois o IPK é o quilogramo. Emporiso, ao longo do tempo detectáronse pequenos cambios comparando o estándar fronte ás súas copias oficiais. Comparando as masas relativas entre os estándares nun certo prazo estímase a estabilidade do estándar: o prototipo internacional do quilogramo perdeu cerca de 50 microgramos nos últimos 100 anos, e a causa da perda segue sendo descoñecida.

Dende principios do século XX están a realizarse experimentos para definir o quilogramo mediante leis físicas, xa que é a única unidade fundamental do Sistema Internacional definida mediante un obxecto. Establecéronse dúas liñas principais de investigación: a primeira baseada en fixar o valor do número de Avogadro, para despois materializar a unidade de masa cunha esfera de silicio, case perfecta na súa forma e composición isotópica, cuxas características dimensionais pódense coñecer cunha grande exactitude. Especificamente, determínase o volume ocupado pola esfera e cada un dos seus átomos, e finalmente, co número de Avogadro, determínase a masa. A outra alternativa consiste en fixar o valor da carga do electrón ou o da constante de Planck e logo, mediante medicións eléctricas, materialízase o quilogramo empregando un dispositivo denominado balanza de Watt. Varios institutos nacionais de metroloxía están a traballar na posta a punto dun sistema deste tipo; por exemplo, o desenvolvido por Brian Kibble, do Laboratorio Nacional de Física do Reino Unido. A principios de 2011, antes da celebración da Conferencia Xeral de Pesos e Medidas dese ano, atopouse consenso en que o método que se vai utilizar é o da constante de Planck,^[9] pero ignórase cando se adoptará o cambio, á espera dunha conclusión unánime de todos os laboratorios no que concirne á reproducibilidade e exactitude deste método, xa que é necesario dispoñer primeiro de varias balanzas operativas.^[10]

Ligazóns externas

• NIST Improves Accuracy of 'Watt Balance' Method for Defining the Kilogram
• The UK's National Physical Laboratory (NPL): Are any problems caused by having the kilogram defined in terms of a physical artefact? (FAQ - Mass & Density)