Lịch sử của cân (kilogram)

Cũng tương tự như các đại lượng về đo khoảng cách, trong nhiều thế kỷ, đã không có chính thức một đại lượng nào về đo khối lượng.

Các đơn vị cổ

Ở hầu hết các quốc gia tại Châu Âu, khối lượng được đo bằng 1 đơn vị gọi là “pounds”. Nhưng giá trị của 1 pound này lại phụ thuộc vào từng quốc gia và cách sử dụng.

Người La Mã cổ đại dùng pound (libra) tương đương với khoảng 328.9 gram.

Note: đây cũng là lí do tại sao mà từ pound được viết tắt là lb, dựa theo đơn vị libra của La Mã.

Tại Anh thì có rất nhiều “kiểu” pound khác nhau: troy pound, tower pound, London pound v.v… với các giá trị khác nhau nằm trong khoảng từ 350 cho tới 467 grams. Tuy nhiên thì đơn vị pound quan trọng nhất đó là “avoirdupois (ˌävərdəˈpoiz)” pound, có giá trị trong khoảng 454 grams. Từ “avoirdupois” xuất phát từ Anglo-Norman French “aveir de peis”, có nghĩa là “hàng hóa có trọng lượng”, chứ không phải giống như tiếng Pháp hiện đại “avoir du pois”, có nghĩa là “có trọng lượng”.

Tại Pháp, cũng có rất nhiều “kiểu” pound khác nhau được dùng (tại Pháp, họ dùng từ “livres” với ý nghĩa tương tự). Ví dụ như: “livre esterlin” có khối lượng khoảng 367.1 gram, và “livre poids de marc” hay “livre de Paris” (489.5 grams).

Có một đơn vị đo khối lượng có giá trị nhỏ hơn cũng được dùng thời bấy giờ tại nhiều quốc gia, gọi là “grain”. Nhưng cũng giống pound, nó có nhiều giá trị như: 64.8 milligrams tại Anh, 53.1 milligrams tại Pháp.

Định nghĩa đầu tiên: Kilogramme des Archives

John Wilkins vào năm 1668, cho rằng một đơn vị đo khối lượng (cân nặng) quốc tế có thể được xác định dựa trên thể tích của nước.

Vào năm 1793, Ủy ban đo lường quốc tế, được bổ nhiệm bởi Viện khoa học Pháp, đã quyết định đơn vị đo khối lượng là một hình lập phương có thể tích 1dm3 (decimeter cubic) của nước cất tại 0oC. Nó được gọi là “grave”. 2 đơn vị đo khối lượng khác cũng được dùng đó là: “gravet (11000 grave)” và “bar (1000 grave)”.

Một nguyên mẫu tạm thời được tạo ra từ đồng. Đây là nguyên mẫu tạm thời, bởi vì định nghĩa chính xác của “meter” chưa được đưa ra cho tới trước năm 1798.

Cũng trong năm 1793, các từ như grave, gravet hay bar được thay thế bằng 1 từ đơn giản hơn: gramme (gram). 1 grave = 1000 gram, hay 1 kilogram, và 1 gravet = 1 gram. Nguyên mẫu bằng đồng của “grave” được đổi tên thành kilogram.

Nhiệt độ xác định của kilogram cũng được thay đổi từ 0oC thành 4oC, là nhiệt độ mà nước đạt mật độ tối đa. (*)

(*): về mật độ tối đa của nước (xảy ra ở nhiệt độ 4oC), các bạn có thể kham khảo tại đây: https://www.quora.com/Why-is-the-density-of-water-highest-at-4%C2%B0C. 4oC là nhiệt độ mà tại đó, 2 trạng thái của nước (rắn và lỏng) cân bằng.

Khi định nghĩa chính xác của mét được tìm ra vào năm 1798, cũng là thời điểm người ta tìm ra rằng khối lượng của nguyên mẫu tạm thời kia nặng hơn khoảng 0.09%. Cũng trong cùng thời điểm mà định nghĩa: Mètre des Archives được đưa ra vào năm 1799, một nguyên mẫu mới của kilogram, thay thế nguyễn mẫu cũ của grave, đã được tạo ra bằng platinum. Nó được đặt tại thư viện quốc gia và được gọi là: Kilogramme des Archives. Đây cũng là định nghĩa được sử dụng hầu hết trên các quốc gia lúc đó.

Nguyên mẫu Kilogram quốc tế

Vào năm 1879, một nguyên mẫu kilogram mới được tạo ra từ một loại hợp kim đặc biệt, 90% platinum và 10% iridium, bởi một công ty có trụ sở tại London của Johnson Matthey. Năm 1883, khối lượng của nó được xác định chính xác bằng khối lượng của khối Kilogramme des Archives. Đến năm 1889, nguyên mẫu mới này trở thành định nghĩa chính thức của kilogram.

Nguyên mẫu này được gọi là IPK (International Prototype of Kilogram), hay “Grand K”, được lưu trữ trong một két an toàn tại 1 tầng hầm tại Pavillon de Breteuil gần Paris.

Nhiều bản sao chép của IPK đã được làm và phân phối đi các quốc gia trên thế giới. Những bản sao chép này được gọi là “Knn”, trong đó, “nn” là số thứ tự.

Ví dụ, ở Mỹ có 4 khối này, gọi là: K4, K20 và K79. Canada có 2 khối: K50 và K74, Hungary có 1 khối: K16 v.v… (thật tiếc là Việt Nam chúng ta không có một bản copy nào của khối IPK tại Pháp, trong khi các nước láng giềng như Trung Quốc, Đài Loan hay Thái Lan đều có).

Và hầu hết những bản copy này đều không có khối lượng chính xác như khối IPK nguyên bản tại Pháp. Và sự chênh lệch này được kiểm tra liên tục theo thời gian.

Ví dụ vào năm 1889, khối K20 tại US đã được xác định nhẹ hơn 39 µg (microgram = 1 x 10-9 kilograms) so với khối IPK tại Pháp, nhẹ hơn 19 µg vào năm 1948, và trong lần kiểm tra gần đây nhất vào năm 1999, 2 khối này (IPK và K20) đã gần như không thể phân biệt được về khối lượng.

Và khối lượng của khối IPK này chính là định nghĩa của kilogram trong hệ thống đp lường quốc tế cho tới ngày nay.

Vấn đề đối với các nguyên mẫu vật lý

Khối lượng thực tế của khối IPK và các bản copy của nó có sự thay đổi nhẹ qua thời gian vì nhiều lý do. Thậm chí khi khối IPK được lưu trữ dưới một môi trường được kiểm soát, khối lượng của nó vẫn tăng lên do sự hấp thụ không khí lên bề mặt. Hệ quả là, theo thời gian, nó được làm sạch bằng các phương pháp khác nhau một cách cẩn thận, nhưng việc này dẫn đến việc có thể làm giảm khối lượng của nó đi một ít.

Bởi vì khối IPK này là định nghĩa của kilogram, nên chúng ta không thể biết được khối lượng của nó có thay đổi theo từng năm hay không.

Điều chúng ta có thể biết đó là sự chênh lệch về khối lượng của nó với các bản copy khác (kiểu không biết ông nào đúng đây mà).

Các giá trị dùng trong kilogram còn được dùng trong định nghĩa của 2 đơn vị khác nữa trong hệ thống đo lường quốc tế, là ampere (cường độ dòng điện) và candela (đơn vị cơ bản đo thông số nguồn sáng) (*).

(*): về ampere, vì định nghĩa của nó liên quan tới lực Newton nên có liên quan tới kilogram, còn về candela (cr) thì mình cũng không rõ. Ai giỏi vật lý thì giải thích giùm để mình cải thiện bài cho tốt hơn.

Vậy nên trong những năm trở lại đây, đã có nhiều đề xuất về việc định nghĩa lại các đơn vị quốc tế, bao gồm cả kilogram (đây là đơn vị duy nhất cho tới ngày nay được định nghĩa dựa trên một nguyên mẫu vật lý) mà không cần đến các nguyên mẫu vật lý nữa. Nhưng hiện tại thì các đề xuất này đều chưa được chấp thuận, nên sau 128 năm, khối IPK này vẫn là định nghĩa của kilogram cho tới nay.

Nguồn: steemit, wiki

Luôn vui tươi, hay cười, dễ nổi nóng.

Bình luận

Email của bạn sẽ được bảo mật.