Кілогра́м () — одиниця вимірювання маси в Міжнародній системі одиниць (SI) та деяких інших метричних системах. За попереднім означенням, прийнятим III Генеральною конференцією з мір і ваг (ГКМВ) у 1901 році: один кілограм є одиницею маси, що дорівнює масі міжнародного прототипу кілограма.

Чинне визначення (2018):

кілограм визначається через сталу Планка h, яка точно дорівнює 6,62607015×10−34 Дж⋅с (кг⋅м2⋅с−1), та визначення метра і секунди.

Тут метр визначається фіксацією числового значення швидкості світла у вакуумі c = в одиницях м⋅с−1, а секунда визначається через частоту випромінювання що відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133.

Визначений у цих одиницях кілограм записується такSI Brochure: The International System of Units (SI). BIPM, 9th edition, 2019.: кг = = ≈ .

Крім цього, кілограм входить до числа семи основних одиниць SI, через які визначаються інші одиниці цієї системи, а також належить до числа основних одиниць у системах МКС, МКСА, МКГСС. Він є єдиною одиницею SI з префіксом. Одиниця маси без префіксу — грам — дорівнює одній тисячній кілограма. Скорочено кілограм позначається малими літерами кг, міжнародне позначення kgДСТУ ISO 80000-1:2016 Величини та одиниці. Частина 1. Загальні положення (ISO 80000-1:2009; ISO 80000-1:2009/Cor.1:2011, IDT).

Кілограм є одиницею маси, а не ваги, хоча в повсякденному вжитку поняття маси й ваги часто ототожнюють. Одиницею вимірювання сили (а вага — це сила, з якою тіло діє на опору або підвіс) у системі SI є ньютон.

Оскільки маса прототипу кілограма змінюється з часом, а точне визначення основної одиниці SI важливе для точних вимірювань багатьох фізичних величин, у 2005 році Міжнародний комітет мір і ваг ухвалив рішення про необхідність перевизначення кілограма через фундаментальні фізичні сталі94th Meeting of the International Committee for Weights and Measures (2005) Recommendation 1: Preparative steps towards new definitions of the kilogram, the ampere, the kelvin and the mole in terms of fundamental constants . XXVI Генеральна конференція з мір і ваг (13—16 листопада 2018 року) схвалила нове визначення кілограма, засноване на фіксації чисельного значення постійної Планка. Рішення набуло чинності 20 травня 2019 року. За цього з практичної точки зору значення кілограма як одиниці вимірювання не змінюється, але існуючий «прототип» (еталон) більше не визначатиме кілограм, а буде переданий до музею.

Етимологія терміна та варіанти його вживання Слово «кілограм» має походження від , яке, своєю чергою, утворилося від слів (chilioi), що означає «тисяча», та (gramma), що означає «маленька вага». Слово «kilogramme» було закріплене у французькій мові у 1795 році. Французький варіант написання слова перейшов у Велику Британію, де вперше був використаний у 1797 році, тоді як у США слово було узаконене у формі «kilogram». У Великій Британії використовуються обидва варіанти написання, хоча варіант «kilogram» стає поширенішим. Написання kilogram є сучасною формою, яка застосовується Міжнародним бюро мір і ваг, Національним інститутом стандартів і технології (NIST), Великої Британії, та Австралії. у Великій Британії не забороняє використання обох варіантів написань.

У XIX столітті французьке слово «kilo», як скорочення від «kilogramme», було запозичене в англійську, де стало використовуватись для означення як кілограмів, так і кілометрів. У той час як використання «kilo» було прийнятним у загальних випадках, наприклад у журнальних публікаціях (The Economist), його використання зазвичай вважається недопустимим у певних галузях, як-от наукові публікації, тексти законів чи технічна документація, де автори зобов'язані дотримуватись правил SI. Коли Конгрес США легалізував метричну систему у 1866 році, він дозволив використання слова «kilo» як альтернативу до слова «kilogram», але у 1990 році це рішення було скасоване.

Історія Сучасний кілограм бере свій початок в епоху Просвітництва та Французької революції. У 1790 р. впливовий французький політик і дипломат Талейран-Перігор закликав створити нову систему одиниць вимірювання, що включає одиницю довжини, отриману з незмінної довжини в природі, і одиницю маси (тоді ваги), рівну масі одиниці об'єму води. У 1791 р. Комісія мір і ваг, призначена Французькою академією наук, вибрала одну десятимільйонну половини довжини меридіана як одиницю довжини і назвала її метром. Спочатку тимчасово використовувалося значення меридіана, отримане на основі вимірювання, проведеного в 1740 р. Луї де Лакайлем. У 1793 році Комісія визначила одиницю маси як масу кубічного дециметра дистильованої води за температури 0 °С і дала їй назву грав. Дві додаткові одиниці — гравет (0,001 грава) та бар (1000 грав) — були додані, щоб охопити той самий діапазон, що й старі одиниці, що призвело до наступного десяткового ряду одиниць: мілігравет, сантигравет, децигравет, гравет, сантиграв, дециграв, грав, сантибар, децибар, барЗастарілу одиницю бар (1000 кг), використовувану між 1793 і 1795 рр., не слід плутати з одиницею тиску, яка була введена в 1909 р. (1 бар=100 кПа).. Зв'язок із звичною одиницею маси (гран), що використовувалась на той час у Франції, був встановлений Лавуазьє та Аюї: 1 грав = 18841 гран.

Оскільки еталон одиниці маси на основі води був би незручним і нестабільним, регулювання торгівлі вимагало практичнішої реалізації визначення одиниці маси. Тому еталон одиниці маси грава був виготовлений як цілісний металевий артефакт.

7 квітня 1795 року було проголошено нову одиницю грам як «абсолютну вагу об'єму води, рівному кубу одної сотої частини метра за температури плавлення льоду». Також було замінено назви інших одиниць — гравета, грава та бара. Новий грам дорівнював старому гравету. Чотири нові префікси (дека-, гекто-, кіло- та міріа-Застарілий префікс метричної системи, який означає множення на 104.) були додані до метричної системи, щоб охопити майже той самий діапазон одиниць, що і в 1793 році (міліграм, сантиграм, дециграм, грам, декаграм, гектограм, кілограм, міріаграм). Латунний прототип грава був перейменований на попередній кілограм. Кілограм за такого означення був кратною граму одиницею, рівною тисячі грамів. З огляду на те, що еталон у вигляді певної кількості води був ненадійним, постала проблема його практичної реалізації. Було виготовлено тимчасовий металевий еталон вагою у 1000 грамів. Водночас було поставлено завдання точного вимірювання маси одного кубічного дециметра, тобто літра, води.

Після кількох років досліджень французький хімік Луї Лефевр-Жіно та італійський натураліст Джовані Фабброні дійшли висновку, що найточніше визначення буде не за температури плавлення льоду (0 °C) а за температури −4 °C, за якої густина води найбільша . Визначена маса становила 99,9265 % тимчасового еталона. 1799 року було виготовлено платиновий еталон, маса якого відповідала масі літра води за температури 4 °C. Цей кілограм отримав назву кілограма архіву і слугував еталоном впродовж наступних 90 років.

Міжнародний прототип кілограма

1875 року 17 країн світу підписали Метричну конвенцію, яка започаткувала процес створення міжнародної системи одиниць. На виконання цієї домовленості було виготовлено новий Міжнародний прототип кілограма.

Сучасним еталоном кілограма була циліндрична гиря висотою і діаметром 39 міліметрів, що зберігається в Міжнародному бюро мір і ваг у Севрі (передмістя Парижа, Франція). Цю гирю відлито 1879 року зі сплаву платини (90 %) та іридію (10 %), вперше виготовленого французьким хіміком Сент-Клер Девілем 1872 року. Завдяки використанню сплаву платини й іридію збільшилася твердість зразка.

Прототип було затверджено I Генеральною конференцією мір і ваг 1889 року.

Крім власне прототипу, що носить назву IPK (), у Міжнародному бюро мір і ваг (м. Сен-Клу, Франція) зберігається ще шість його копій за номерами: K1, 7, 8(41)Прототип № 8(41) випадково був проштампований номером 41, але його аксесуари носили правильний номер 8. Оскільки прототип з позначкою 8 відсутній, цей прототип називається 8(41), 32, 43 та 47. Ще десять робочих копій (9, 31, 42′, 63, 77, 88, 91 та 650)Номери 42 ', 77 і 650 називаються «стандартами», а не «прототипами» через дещо занижену масу отриману при виготовленні. Не зважаючи на те, що їх маса менша від номінальної на понад 1 мг, вони ідентичні до прототипів і використовуються під час звичайного калібрування для звичайного калібрування і дві (25 та 73) для спеціального використання, знаходяться також у Сен-Клу.

Понад 100 прототипів цього еталона також зберігаються в інших країнах як національні прототипиCalibration and characterization certificates: Mass на сайті Міжнародного бюро мір і ваг .

Розмежування маси і ваги

Коли кілограм було затверджено як одиницю вимірювання, ще не було чіткого розуміння різниці між масою і вагою. Маса — характеристика інертних чи гравітаційних властивостей тіл. Перша властивість відображається у першому (швидкість тіл залишається незмінною доти, поки на них не подіє зовнішня сила) і другому законі Ньютона: ; тобто об'єкт масою в 1 кг набуде прискорення в 1 метр на секунду в квадраті, коли на цей об'єкт діє сила (чи рівнодійна усіх сил) в 1 ньютон, друга виражається законом всесвітнього тяжіння: гравітаційне притягування є прямо пропорційним добутку мас. Вага — це сила, з якою тіло діє на опору або підвіс. Маса тіла однакова в будь-якому місці на Землі, тоді як його вага залежить від сили тяжіння, тобто, відрізнятиметься. Вона залежить від географічної широти й довготи, висоти над рівнем моря і навіть від порід, що залягають під поверхнею у визначеному місці.

З метою усунення плутанини, що існувала на той час, I Генеральна конференція мір і ваг (1889) затвердила міжнародний прототип кілограма як прототип одиниці маси. У рішеннях 3-ї Генеральної конференції мір і ваг чітко розмежовано кілограм як одиницю сили та кілограм як одиницю маси.

Існує також окреме фундаментальне фізичне питання про рівність інерційної та гравітаційної мас, але в контексті визначення еталона кілограма воно не суттєве.

Точність еталона

Точність відтворення одиниці маси — кілограма — з допомогою прототипу кілограма здебільшого задовольняє запити сучасної науки й техніки (відносна похибка не перевищує 2·10−8). Проте перспективи їх розвитку потребують подальшого підвищення точності відтворення одиниць маси. Крім того, зруйновність та невідтворюваність міжнародного прототипу кілограма залишає в центрі уваги метрологів проблему встановлення природної міри для кілограма.

У результаті останнього (на 2005 рік) зіставлення копій та еталона кілограма було виявлено, що спільний еталон (який перебуває в Парижі) поважчав на 28 мікрограмів. З огляду на це, а також задля встановлення стабільного еталона маси, було запропоновано кілька варіантів заміни еталона кілограма на надійніший (наприклад, задаючи кількість атомів у кристалі якого-небудь хімічного елемента чи через одиниці енергії, або за допомогою так званих «обернених ампер-вагів»).

Інший напрям розв'язання цієї проблеми полягав у розробленні та створенні зразків маси одноізотопного складу. Здійснені дослідження показали реальну можливість відтворення одиниці маси з точністю, що набагато перевищує будь-які практичні потреби.

Пропозиції нового еталону До 2018 року кілограм залишався єдиною одиницею SI, визначеною за допомогою артефакту. Раніше такою ж одиницею був метр, але потім він був перевизначений через інваріантну фізичну сталу (довжину хвилі світла, випроміненого криптоном), таким чином одиницю довжини стало можливим відтворити в різних лабораторіях світу, користуючись інструкціями. На 94 конференції Міжнародного комітету мір і ваг 2005 року була прийнята рекомендація, що схожу процедуру потрібно провести з кілограмом.