Kilogram

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Het internationale prototype van de kilogram

De kilogram (ook het kilogram) is sinds 1901 de internationale standaardeenheid voor massa en daarmee een van de zeven basiseenheden van het SI.

Een kilogram is gelijk aan duizend gram; kilo is het voorvoegsel voor 1000.

Standaardkilogram[bewerken]

Het SI-systeem definieert de kilogram als gelijk aan de massa van het internationale prototype, dat van een platina-iridiumlegering is gemaakt en bewaard wordt op het 'Bureau international des poids et mesures' (BIPM) (het internationale bureau van gewichten en maten) in het Franse Sèvres. Het internationale prototype is een cilinder van 90 massa% platina en 10 massa% iridium, met een hoogte en diameter van 39,0 mm. De kilogram is de enige SI-eenheid die is gerelateerd aan een door mensen gemaakt voorwerp in plaats van aan een natuurkundige eigenschap. Het is ook de enige basiseenheid in het SI die een SI-prefix (kilo) in de naam heeft staan. Dit is om historische en praktische redenen zo gehouden; logischer zou zijn het 'gram' als basiseenheid te kiezen.

Officiële kopieën van de standaardkilogram zijn als nationale prototypen beschikbaar. De huidige standaard van Nederland, kopie nummer 53, bevindt zich bij VSL (Van Swinden Laboratorium) te Delft. Een vorige massastandaard van Nederland is te bewonderen in het Rijksmuseum te Amsterdam.

Het internationale prototype van de kilogram werd in gebruik genomen in 1889.

De massa van de standaardcilinder is echter niet vast. Dit wordt geconstateerd door de massa van de referentie-cilinder te vergelijken met de massa van kopieën van die cilinder. Er is onder andere vervuiling van de cilinder in de orde van 1 µg per jaar. Er zijn speciale schoonmaakprocedures om deze vervuiling te verwijderen. In de jaren tachtig werd opnieuw bevestigd dat (ondanks schoonmaken) de massa van de internationale kilogram niet constant was. Omdat er geen hogere standaard beschikbaar is, is het niet te bepalen of de massa was toe- of afgenomen, maar sinds die tijd wordt er wel hard gewerkt aan het realiseren van een nieuwe kilogram, één die niet afhankelijk is van een fysiek voorwerp. Hierbij wordt onder andere gekeken naar het tellen van het aantal siliciumatomen in een bol van monokristallijn silicium, of naar het afleiden van de kilogram van natuurkundige constanten. Op dit moment zijn er echter nog te grote verschillen tussen de verschillende methoden, zodat de internationale kilogram in Parijs voorlopig nog steeds de eenheid van massa vertegenwoordigt.

Grotere en kleinere eenheden
Fac-
tor
Naam Sym-
bool
1024 yottagram Yg
1021 zettagram Zg
1018 exagram Eg
1015 petagram Pg
1012 teragram of megaton Tg
109 gigagram of kiloton Gg
106 megagram of ton Mg
103 kilogram kg
102 hectogram hg
101 decagram dag
100 gram g
10-1 decigram dg
10-2 centigram cg
10-3 milligram mg
10-6 microgram µg
10-9 nanogram ng
10-12 picogram pg
10-15 femtogram fg
10-18 attogram ag
10-21 zeptogram zg
10-24 yoctogram yg

De definitie van de kilogram[bewerken]

1795[bewerken]

Het gram was tijdens de invoering van de Franse wet in 1795 de eenheid van massa, door de Franse Academie van Wetenschappen gedefinieerd als de massa van 1 cm3 water van 0 °C. Omdat een verdampende standaard niet erg geschikt is moest een fysieke standaard gemaakt worden. Een gram is echter te klein om daarvoor te dienen; daarom werd er een prototype van 1000 g, dus 1 kilogram gefabriceerd, dat als voorlopige standaard dienst deed.

1799[bewerken]

Toen in 1799 de meter een klein beetje veranderde werd ook een nieuw standaardkilogram gemaakt, de "kilogramme des Archives", ditmaal van platina. De massa verschilde niet alleen van de vorige doordat de meter veranderd was, men was inmiddels tot het inzicht gekomen dat het beter was water bij zijn grootste dichtheid, bij 4 °C, te gebruiken.

1889[bewerken]

De kilogram van 1799 bleek geen tegen de tijd bestande eenheid, omdat zuiver platina te zacht is en krassen kan oplopen. Daarom werd in 1875 besloten om een legering te gebruiken. De nieuwe cylindervormige kilogram werd gemaakt van platina-iridium. De opzet was een stabielere standaard te verkrijgen; de massa werd niet gewijzigd.

Toekomst[bewerken]

Experts van het BIPM ontdekten in 2007 dat het stuk metaal door onbekende oorzaak 50 microgram aan gewicht had verloren ten opzichte van het gemiddelde van enkele tientallen kopieën. Dit dwong wetenschappers tot het zoeken naar een nieuwe definitie.[1][2] Volgens de voorgestelde herdefinitie van de basiseenheden wordt de kilogram gedefinieerd door de constante van Planck een bepaalde exacte waarde te geven. De relatieve verandering van de numerieke waarde van massa's die hier in theorie het gevolg van is is van de orde van de huidige relatieve onnauwkeurigheid in de constante van Planck, die geschat wordt op 4,4 × 10−8.

Mogelijke verwarring[bewerken]

Kilogram als (foutieve) aanduiding voor gewicht[bewerken]

Een kilogram wordt in het dagelijks taalgebruik beschouwd als eenheid van gewicht. Natuurkundig gezien is dat niet juist. Het gewicht van een voorwerp is namelijk gelijk aan de zwaartekracht die op de massa van het voorwerp wordt uitgeoefend. Een voorwerp met een massa van 1,0 kilogram weegt (hier op het oppervlak van de aarde) bijna 9,81 N (newton), wat te berekenen is uit de formule \ F_{z} = m .g, waarbij de g staat voor de valversnelling (of zwaarteveldsterkte), die bij het aardoppervlak ongeveer gelijk is aan 9,81 m/s2.

Doordat de zwaartekracht op de maan minder sterk is dan op aarde, weegt op de maan alles minder dan op aarde. Een kilogram suiker op aarde heeft op de maan nog steeds een massa van één kilogram, want de suiker is nog steeds uit evenveel en dezelfde deeltjes opgebouwd, maar een meegebrachte aardse weegschaal zal op de maan bij genoemd kilogram suiker nog geen 200 g aangeven. Eigenlijk zou dus niet deze kilogram als eenheid op de weegschaal vermeld moeten staan, maar de eenheid van gewicht (en kracht): de newton (N).

Het bovenstaande geldt voor een weegschaal die een veer gebruikt voor de tegendruk, wat bij de meeste huiselijke weegschalen het geval is. Een balans (met twee schalen) vergelijkt twee gewichten met elkaar. Met een balans constateert men dat het pak suiker hetzelfde gewicht (en dus dezelfde massa) heeft als een gewicht waarop 1 kg staat.

Toch worden 'gewichten' in het handelsverkeer steeds uitgedrukt in kilogram. In het dagelijks spraakgebruik (niet in de wetenschap) wordt de eenheid gram vaak weggelaten, zoals in: Een kilo suiker.

Ook het principe van veerweegschalen levert al gauw een bijdrage aan deze verwarring, omdat weegschalen van dit type in feite gewichtskracht meten, maar (via een omrekening met behulp van de formule \ F_{z} = m . g) massa's weergeven. Dus in plaats van het feitelijke gewicht van bijvoorbeeld 98,1 N aan te wijzen, wordt dit omgerekend naar een massa van 10 kg, en dit is wat men afleest. Indien het "gewicht" van een voorwerp wordt gegeven in kilogram, wordt dus eigenlijk de massa bedoeld. Wil men daarentegen toch het gewicht in kilogram uitdrukken, dan koos men er vroeger soms voor om dit te doen in kilogramkracht (kgf, kilogram-force), doch dit is geen ware kilogram en dit gebruik wordt dan ook afgeraden. Een gewicht (kracht) van 1 kgf is dus gelijk aan 9,81 N. Op dezelfde manier wordt ook wel de tonkracht gebruikt: 1 ton = 9,81 kN, uitgaande van een massaeenheid ton gelijk aan een miljoen gram (Mg) als duizend kilogram.

Kilogram als juiste aanduiding voor massa, dikwijls (foutief) gewicht genoemd[bewerken]

In het dagelijkse taalgebruik wordt er dikwijls gesproken over gewicht als men in feite massa bedoelt. Men koopt een kilogram suiker, een zekere hoeveelheid. Men zegt gewicht maar bedoelt massa. Als men dus 1 kg suiker koopt, hier of op de maan, koopt men evenveel suiker. Die hoeveelheid suiker wordt op aarde echter met een grotere kracht aangetrokken door de aarde, dan dezelfde hoeveelheid aangetrokken wordt door de maan. Dus dezelfde hoeveelheid suiker heeft op aarde een groter gewicht dan op de maan. In die gevallen waar men niet de kracht bedoelt maar de hoeveelheid is kilogram het juiste begrip, maar gewicht het foutieve.

Geen tegenstelling tussen vorige stellingen[bewerken]

Neem die zak suiker van 1 kg (een bepaalde hoeveelheid). Indien men nu de hoeveelheid suiker bedoelt dan moet men spreken over 1 kg en heeft men het over massa. Deze is zowel op aarde als op de maan hetzelfde. Indien men over de aantrekkingskracht heeft moet men spreken over 9,81 newton op aarde en over 1,62 newton op de maan, maar is er van gewicht sprake. In het geval van die suiker zal men uiteraard niet vaak de kracht bedoelen.

Zie ook[bewerken]

Externe link[bewerken]

Bronnen