Государственный эталон единицы массы — килограмм — является самым древним из всех государ-
ственных эталонов, хотя в современном его составе он был утвержден в 1968 г.
Размер килограмма был впервые задан при установлении метрической системы через размер его
дольной единицы — грамма, определенного как масса дистиллированной воды при температуре таяния льда
в объеме куба с ребром 1/100 метра. Позднее перешли к более удобному размеру единицы — килограмму,
как массе воды в объеме кубического дециметра. В качестве нормальных условий была принята температура
+4°С, при которой вода имеет наибольшую плотность. В 1889 г. по результатам тщательных измерений мас-
сы 1 дм3 воды во Франции был изготовлен первый прототип килограмма — платино-иридиевая гиря в виде
цилиндра высотой 39 мм, равной ее диаметру, впоследствии названная архивным килограммом. Дальнейшие
успехи точного взвешивания позволили установить, что масса архивного килограмма на 0,028 г больше мас-
сы 1 дм воды и что определить массу платинового килограмма можно в тысячу раз точнее, чем массу 1 дм
воды.
В 1878—83 гг. были изготовлены 43 новые килограммовые гири по образцу архивного килограмма
из платиноиридиевого сплава. Одна из этих гирь, масса которой оказалась наиболее близкой к архивному
килограмму, в 1899 г. на I ГКМВ была принята в качестве международного прототипа килограмма, который
и определяет в настоящее время размер единицы массы для всех стран Метрической конвенции. Россия по-
лучила в 1889 году две копии (№12 и №26) международного килограмма.
Первый Государственный эталон единицы массы в нашей стране был утвержден в 1918 г. Им являлся
один из национальных прототипов, приобретенных Россией в 1889 г., — копия №12 международного прото-
типа килограмма. В МБМВ за 1883 —1889 гг. была произведена окончательная подгонка всех прототипов и
их исследование. Вся процедура изготовления прототипа №12 и его исследования подробно изложена в сер-
тификате МБМВ на этот прототип, согласно которому масса прототипа №12 на 1889 г. составляла1кг +
(0,068± 0,002) мг.
Все национальные прототипы каждые 25 — 35 лет должны сличаться в
МБМВ с международным прототипом килограмма (или с его свидетелями).
Передача размера килограмма (или его дольных частей) от прототипа №12 ко
вторичным эталонам (эталонным гирям) до 1966 г. осуществлялась при помощи
эталонных весов №1 с нагрузкой до 1 кг. Однако весы не входили тогда в состав
Государственного эталона килограмма.
Действующий в настоящее время Государственный первичный эталон
единицы массы — килограмма утвержден в 1968 г. в составе следующих средств
измерений:
1) копия №12 международного прототипа килограмма;
2) эталонные весы №1 и №2.
Прототип №12 обеспечивает воспроизведение и хранение единицы массы в
национальном масштабе — масштабе всей страны. При этом используются
Рисунок 2. Государст-
сложные приемы бережливого хранения вещественного килограмма и ювелирная
венный первичный эта- техника работы на эталоне. Даже при самом тщательном и осторожном
лон единицы массы применении прототипа неизбежно его взаимодействие с внешними объектами,
неизбежен износ (изменение массы). Поэтому для его применения и хранения были
выбраны особые правила и приемы, прежде всего — максимальное сокращение его перемещений и исполь-
зование для передачи размера единицы нескольких эталонов-копий, сличение которых с прототипом №12
производится методом совокупных измерений. Для минимизации изменений массы прототипа он хранится
на кварцевой пластинке под двумя стеклянными колпаками в стальном шкафу особого сейфа, находящегося
в термостатированном помещении. Годовое колебание температуры в помещении не превышает 2°С.
Важным элементом Государственного первичного эталона килограмма являются эталонные весы,
при помощи которых осуществляется передача размера единицы вторичным эталонам — эталонам-копиям
массой в 1 кг. Сличения проводятся примерно 1 раз в 10 лет. Эталонные весы являются одним из наиболее
точных измерительных устройств. Как и большинство высокоточных весов, эталонные весы №1 и №2 явля-
ются равноплечными призменными рычажными весами. Весы №2 имеют ряд преимуществ по сравнению с
весами №1 в части конструкции и снабжены автоматическим регистрирующим устройством. Управление
обоими "эталонными" весами производится дистанционно при помощи манипуляторов, которые позволяют
освобождать коромысла весов (и перемещать в них гири) из другого помещения, с расстояния почти 4 м.
Для уменьшения влияний температурных и воздушных колебаний в процессе измерений, а также попадания
всевозможных пылинок, эталонные весы заключены в специальный стеклянный кожух. Специальное уст-
ройство позволяет измерять дистанционно температуру воздуха внутри весов с погрешностью 0,002°С.
Использование методики, основанной на способе Гаусса, позволяет обеспечивать на государствен-
ном первичном эталоне воспроизведение единицы массы в 1 кг и передачу ее размера вторичным эталонам с
СКО результата, не превышающим 0,007 мг при условии соблюдения установленных правил хранения и
применения эталонов массы.
Государственный первичный эталон единицы массы хранится и применяется во ВНИИМ им. Д. И.
Менделеева. Опыт применения национальных прототипов килограмма из платиноиридиевого сплава на
протяжении более 80 лет показал, что эти гири обладают высокой стабильностью массы; по исследованиям
МБМВ эти гири обеспечат хранение единицы массы с погрешностью не более 10 -8 в течение нескольких
столетий их применения.
В настоящее время, однако, остается принципиальное несовершенство эталона, связанное с искусст-
венным определением единицы массы. Стремясь заменить его естественным эталоном и получить гарантию
определенной стабильности, ученые ведут поиски путей существенного повышения точности определения
атомной единицы массы с тем, чтобы выразить килограмм через массу какой-либо элементарной частицы
или атома.
Германские ученые стремятся вывести единицу массы через трудоемкий подсчет количества атомов,
содержащихся в килограммовом кристалле кремния. Речь идет об основном изотопе кремния - 28, отделени-
ем которого от прочих изотопов немецкие ученые занимаются совместно в сотрудничестве с российскими
физиками-ядерщиками, разработавшими наиболее эффективные методы центрифужного получения высоко-
обогащенных радиоактивных элементов.
Американские ученые пошли по другому пути: их идея заключается в том, чтобы точно измерить в
ваттах величину электромагнитной мощности, необходимой для уравновешивания эталонного килограмма
(так называемый ваттовый баланс). Окончательное решение – какой из этих двух вариантов определения
килограмма взять за основу – остается за Международным комитетом мер и весов.