物理学

キログラム:質量の国際単位系基本単位

キログラム:質量の国際単位系基本単位
キログラム(kg)は国際単位系(SI)における質量の基本単位です。2019年の定義改定により、人工物である原器から普遍的な物理定数であるプランク定数に基づく定義へと移行しました。

📌 主なポイント

  • キログラムは国際単位系(SI)における質量の基本単位である。
  • 2019年5月20日より、キログラムはプランク定数に基づく定義に変更された。
  • かつては国際キログラム原器(IPK)の質量が定義の基準であった。
  • 日本国キログラム原器は産業技術総合研究所に保管されており、重要文化財に指定されている。

キログラム(kilogram、記号: kg)は、国際単位系(SI)における質量の基本単位である。SI基本単位の中で、唯一接頭語(キロ)を含む単位である。

定義

現在のキログラムは、プランク定数(h)を正確に 6.62607015×10−34 J・s と定義することによって定められている。この定義は2018年の国際度量衡総会(CGPM)で承認され、2019年5月20日に発効した。

歴史的変遷

キログラムの定義は、その歴史の中で大きく変化してきた。当初は「最大密度における蒸留水1リットルの質量」として定義されていたが、水の密度が温度や気圧に依存するという課題があった。そのため、1799年には白金製の「アルシーヴ原器」が作製された。

1889年からは、プラチナ・イリジウム合金製の「国際キログラム原器(IPK)」の質量がキログラムの定義となった。しかし、人工物である原器は経年変化や汚染による質量の変動が避けられず、普遍的な物理量に基づく定義への移行が長年の課題となっていた。

日本における質量標準

日本は1885年にメートル条約に加盟し、国際キログラム原器の複製である「日本国キログラム原器(No.6)」を保有している。この原器は茨城県つくば市の産業技術総合研究所に保管されており、2022年には重要文化財に指定された。現在、キログラムの定義は物理定数に基づいているが、原器は依然として質量標準の維持と検証において重要な役割を担っている。

グラムとの関係

グラム(g)はキログラムの1000分の1と定義される。SIにおいてはキログラムが基本単位であり、グラムはその分量単位として扱われる。

よくある質問

キログラムの定義はなぜ変更されたのですか?
人工物である国際キログラム原器は、経年変化や表面汚染により質量がわずかに変動するため、普遍的かつ不変の物理定数であるプランク定数に基づく定義へと移行しました。
現在のキログラムの定義は何に基づいていますか?
プランク定数(h)を正確に 6.62607015×10−34 J・s と固定することで定義されています。
日本国キログラム原器はどこにありますか?
茨城県つくば市にある産業技術総合研究所の計量標準総合センターに保管されています。

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参考文献

  • 国際単位系(SI)第9版(2019)、産業技術総合研究所、計量標準総合センター
  • 臼田孝、『新しい1キログラムの測り方』、講談社ブルーバックス、2018年
  • 日本国キログラム原器について、産業技術総合研究所 計量標準総合センター