キログラム（kilogramme [1] とも綴られる）は、国際単位系（SI）における質量の基本単位であり、1000グラムに等しい。単位記号はkgである。[1]「キログラム」という単語は、メートル法の接頭辞「kilo- 」 （1000を意味する）と「グラム」を組み合わせたものである。[2]一般的に「キロ」（複数形は「kilos」）と略される。 [3]

キログラムはSI基本単位であり、最終的にはSIの3つの定義定数、すなわちセシウム133原子の特定の遷移周波数、光速、プランク定数によって定義されます。[4] : 131  適切な設備を備えた計量研究所では、キブル天秤などの質量測定器をキログラム質量の一次標準として校正することができます。[5]

キログラムはもともと1795年のフランス革命時に1リットルの水の質量（当初は0  ℃ 、後に最大密度の温度である約4℃に変更された）として定義された。現在のキログラムの定義は、この元の定義と30 ppm（0.003%）以内で一致している。1799年、白金製の キログラム・デ・アーカイブが質量の標準としてこれに取って代わった。1889年、白金・イリジウム製の円筒である国際キログラム原器（ IPK）がメートル法の質量単位の標準となり、 2019年に現在の標準が採用されるまで130年間その地位を維持した。[6]

意味

キログラムは3つの定数で定義されます。[4]

国際度量衡総会(CGPM) による正式な定義は次のとおりです。

キログラム（記号kg）は質量のSI単位である。プランク定数hの固定値を次のように定義する。6.626 070 15 × 10 −34を J⋅s の単位で表すと kg⋅m 2 ⋅s −1に等しく、メートルと秒はcとΔ ν Csで定義されます。

— CGPM [7] [8]

これらの単位で定義すると、kgは次のように表されます。[9]

kg = ⁠（299 792 458 ) 2/（6.626 070 15 × 10 −34 )(9 192 631 770 )⁠ ⁠h Δ ν Cs/c 2⁠
≈ （1.475 5214 × 10 40 ) ⁠h Δ ν Cs/c 2⁠。

この定義は、以前の定義と概ね一致しています。1キログラムは、最大密度の温度（約4  ℃）における1リットルの水の質量の30万分の1 （0.003％）以内に収まり、その温度における水の密度は1kg/Lに非常に近くなります。[10]

以前の定義のタイムライン

国際キログラム原器。1889年から2019年までその質量は1キログラムと定義されていました。

名称と用語

キログラムは、名称の一部にSI接頭辞（キロ）を持つ唯一のSI基本単位である。キログラムまたはキログラムという語は、フランス語のキログラム[ 15]に由来する。キログラム自体は学術的な造語であり、ギリシア語のχίλιοι khilioi「千」の語幹を、ギリシア語のγράμμαに由来する後期ラテン語の「小さな重さ」を意味するグラム[16]に接頭辞として付けたものである。キログラム という語は、1795年のジェルミナル18年の法令[ 17]でフランス法に組み込まれた。この法令は、 2年前にフランス国民公会 で導入された暫定単位系を改訂したもので、その法令では、グラヴェは1立方センチメートルの水の重さ（ポイド）で、グラヴェの1/1000に等しいと定義されていた。[18] 1795年の法令で、グラヴェはグラムに、グラヴェはキログラムに置き換えられた。[13]

1795年に英語で初めて使用された際、フランス語の綴りがイギリスで採用されました。 [19] [15]アメリカ合衆国では「キログラム」の綴りが採用されました。イギリスでは両方の綴りが使用されていますが、「キログラム」の方がはるかに一般的です。 [1]重量または計量単位による取引で使用される単位を規制するイギリスの法律は、どちらの綴りも使用することを禁止していません。[20]

19世紀には、フランス語の「キログラム」が短縮形で英語に導入され、キログラム[21]とキロメートル[22]の両方の意味で使われてきました。「キロ」という語は、例えばエコノミスト誌では許容されていますが[23] 、カナダ政府の「ターミウム・プラス」システムでは「科学技術文書ではSI（国際単位系）の使用法に従う」とされており、その使用は認められていません。また、ラス・ロウレットの「計測単位辞典」では「一般的な非公式名称」とされています[24] 。 [25]アメリカ合衆国議会は1866年にメートル法に法的地位を与えた際、 「キログラム」の代替として「キロ」という語の使用を許可しましたが[26]、 1990年に「キロ」という語の地位を剥奪しました[27]。

SI単位系は1960年に導入され、1970年にBIPM（国際度量衡委員会）はSI単位系パンフレットの発行を開始しました。このパンフレットには、 CGPMによる単位に関するすべての関連決定と勧告が掲載されています。SI単位系パンフレットには、「単位記号または単位名に略語を使用することは認められない」と記載されています。[28] [注2]

東アジアの文字セットで使用する場合、SI 記号はCJK 互換ブロック内の単一の Unicode 文字U+338F ㎏ SQUARE KGとしてエンコードされます。

基本定数に基づく再定義

2019年の再定義後のSIシステム：キログラムは秒、光速、プランク定数に基づいて固定され、さらにアンペアはキログラムに依存しなくなりました。
キブル天秤はもともとIPK に基づいてプランク定数を測定するために使用されていましたが、現在では実用上の二次標準重量を較正するために使用できます。

国際キログラム原器（IPK）が一次標準として置き換えられたのは、長年にわたりIPKとその複製の質量が変化してきたという証拠が蓄積されたことがきっかけでした。19世紀後半に複製が製造されて以来、IPKと複製の質量は約50マイクログラム異なっていました。このため、キログラムという人工物を物理的な基本定数に直接基づく定義に置き換えるのに十分な精度の測定技術を開発するための、複数の競合する取り組みが生まれました。 [6]

国際度量衡委員会（CIPM）は2018年11月に、プランク定数を正確に定義してキログラムを定義する改訂を承認した。6.626 070 15 × 10 −34  kg⋅m 2 ⋅s −1となり、事実上、キログラムを秒とメートルで定義することになった。この新しい定義は2019年5月20日に発効した。[6] [7] [29]

再定義以前は、キログラムとキログラムをベースとした他のいくつかのSI単位は、1799年から1889年まではキログラム・デ・アーカイブ、1889年から2019年まではIPKという人工の金属器によって定義されていました。 [6]

1960年に、メートルは、それ以前に同様に2つの目盛りが付いた単一の白金イリジウム棒を基準として定義されていましたが、不変の物理定数（クリプトンから放出される特定の光の波長、[30]、後に光速）に基づいて再定義され、書面による仕様に従うことで異なる研究室で標準を独立して再現できるようになりました。

2005年の第94回国際度量衡会議では、キログラムについても同様の措置をとることが勧告された。[31]

2010 年 10 月、CIPM は、キログラムをプランク定数h (エネルギー × 時間、つまり質量 × 長さ 2 / 時間という次元を持つ) とその他の物理定数で定義するという「意図を留意する」という決議を国際度量衡総会 ( CGPM ) に提出することを投票で決定しました。[32] [33]この決議は、2011年10月に開催されたCGPM第24回会議[34]で採択され、2014年の第25回会議でさらに議論されました。[35] [36]委員会は大きな進展があったことを認識しましたが、改訂された定義を採用するにはデータがまだ十分に堅牢ではないと結論付け、2018年に予定されている第26回会議での採択を可能にするための作業を継続すべきであるとしました。 [ 35 ]このような定義は、十分な精度、正確性、安定性を備えている限り、プランク定数でキログラムを表現できるあらゆる装置を理論的に使用できるようにします。キブル天秤は、これを実現する方法の1つです。[37]

このプロジェクトの一環として、多種多様な技術とアプローチが長年にわたり検討・研究されました。これらのアプローチの中には、最終的には物理定数に基づく、または物理定数にトレーサブルな測定技術と材料特性を用いて、キログラム質量の新しいプロトタイプをオンデマンドで（ただし並外れた労力を要し）再現性のある形で生産することを可能にする装置と手順に基づくものもありました。また、手作業で調整されたキログラム試験用質量の加速度または重量を測定し、その大きさを物理定数へのトレーサビリティを可能にする特殊な部品を介して電気的に表現する装置に基づくものもありました。すべてのアプローチは、重量測定値を質量に変換することに依存しているため、実験室で重力の強さを正確に測定する必要があります（重力測定）。すべてのアプローチは、1つまたは複数の自然定数を定義された値に正確に固定することになります。[要出典]

SI倍数

SI単位系は複数の接頭辞を持つことができないため（SI接頭辞を参照）、接頭辞は、すでに名前の一部として接頭辞を持つ基本単位キログラムではなく、グラムに追加されます。 [38]たとえば、100万分の1キログラムは1 mg（1ミリグラム）であり、1 μkg（1マイクロキログラム）ではありません。   

SI質量単位の使用法と実用上の問題

  • マイクログラムが略語として使用されているにもかかわらず、ミリグラムとマイクログラムを混同することで、深刻な投薬ミスが発生しています。[39]米国では、SI単位の「μg」ではなく略語の「mcg」を使用することが、医療機関認定合同委員会（JCAHO）によって医師に正式に義務付けられています。 [40]英国では、国立医療技術評価機構（National Institute for Health and Care Excellence）とスコットランド緩和ケアガイドラインにおいて、「マイクログラム」と「ナノグラム」は両方ともフルネームで表記する必要があり、「mcg」、「μg」、「ng」と略語として使用してはならないと規定されています。[39] [41]
  • ヘクトグラム（100g）（イタリア語：ettogrammoまたはetto）は、イタリアの小売食品業界で非常に一般的に使用されている単位です。[42] [43] [44]
  • かつての標準的な綴りと略語である「deka-」と「dk」は、「dkm」（デカメートル）や「dkg」（デカグラム）といった略語を生み出した。[45] 2020年現在でも、中央ヨーロッパの一部地域では、チーズや肉などの一部の食品の小売販売において「dkg」（10グラム）という略語が依然として使用されている。[46] [47] [48] [49] [50]
  • メガグラムという単位はめったに使用されず、使用される場合でも、SI標準との厳密な整合性が求められる技術分野でのみ使用されるのが一般的です。ほとんどの場合、代わりにトンという単位が使用されています。トンとその記号「t」は、1879年にCIPM（国際度量衡委員会）によって採用されました。これはSI標準外の単位ですが、BIPM（国際度量衡委員会）によってSI標準との併用が認められています。BIPMによると、「この単位は、一部の英語圏の国では『メトリックトン』と呼ばれることがあります。」[51]

参照

注記

  1. ^ 常用ポンドは、アメリカ合衆国慣用単位系と帝国単位系の両方に含まれます。次のように定義されます。 0.453 592 37 キログラム.
  2. ^ フランス語のテキスト (権威あるテキスト) には、「Il n'est pas autorisé d'utiliser des abréviations pour lesSymboles et noms d'unités ...」と記載されています。
  3. ^ 基準: -gramと -gramme の両方の綴りの単数形と複数形を含め、 British National CorpusとCorporate American English Corpusに合計 5 回以上出現すること。

参考文献

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ウィキメディア・コモンズには、キログラムに関連するメディアがあります。
  • NIST、キログラムを定義する「ワットバランス」法の精度を向上
  • 英国国立物理学研究所（NPL）：キログラムを物理的な人工物で定義することで、何か問題が生じますか？（FAQ – 質量と密度）
  • NPL: NPLキブル残高
  • フランスの計量法：ワットバランス 2014年3月19日アーカイブ、Wayback Machine
  • オーストラリア国立計測研究所：アボガドロ定数によるキログラムの再定義
  • 国際度量衡局（BIPM）：ホームページ
  • NZZフォリオ：1キログラムの本当の重さ
  • NPL:質量、重量、力、荷重の違いは何ですか?
  • BBC:キログラムの測定
  • NPR：このキログラムは減量問題を抱えている、国立標準技術研究所の物理学者リチャード・シュタイナー氏へのインタビュー
  • キログラムの再定義のためのアボガドロ定数とモルプランク定数
  • 待望のキログラムの定義の実現
  • イアン・サンプル（2018年11月9日）「危機一髪：科学者、1世紀ぶりのキログラム単位変更に投票」ガーディアン紙。 2018年11月9日閲覧。

ビデオ

  • BIPM – YouTubeチャンネル
  • 「物理学におけるプランク定数の役割」 – 2018年11月にフランスのヴェルサイユで開催された第26回CGPM会議でのプレゼンテーション。IPKの置き換えに関する投票がYouTubeで行われた。