국제 킬로그램 원기

3. IPK의 안정성 (Stability of the IPK)

2019년 이전까지 국제 킬로그램 원기(IPK)의 질량은 정의상 정확히 1킬로그램이었으며 오차는 0이었다. 그러나 시간이 지남에 따라 IPK의 질량 변화는 전 세계에 보관된 공식 복제품들과의 비교("주기적 검증")를 통해 추정되었다. 주기적 검증은 1889년, 1948년, 1989년 세 차례 이루어졌다.^[30]

미국은 5개의 백금-이리듐 킬로그램 표준 원기를 보유하고 있으며, 그중 K20은 미국의 주요 국가 질량 표준으로 지정되었다.^[27] 국가 원형들은 주기적으로 국제도량형국(BIPM)으로 반환되어 IPK와의 질량 차이를 검증받았다. 1984년 K4와 K20 원형은 별도의 상업용 항공기의 승객 좌석에 수작업으로 운반될 정도로 운반에 세심한 주의를 기울였다.

복제품들은 IPK와 질량이 정확히 일치하지 않으며, 이들의 질량은 보정되어 오프셋 값으로 문서화된다. 예를 들어 미국의 주요 표준인 K20은 1889년에 공식 질량이 1kg - 39μg(마이크로그램)이었고, 1948년 검증에서는 1kg - 19μg, 1989년 검증에서는 원래 값과 동일한 질량을 보였다. 반면, 미국의 검사 표준 K4는 IPK에 비해 지속적으로 질량이 감소하여 110년 동안 41μg이 감소했다.^[28]

3. 1. IPK 질량 변화의 원인

• 표면 효과: 원형 표면의 미세한 차이, 휘발성 유기 화합물의 침착, 세척에 사용되는 탄화수소계 용매의 촉매 작용으로 인한 수소 흡수 등이 원인으로 추정된다.^[35][38]
• 수은 오염: 뉴캐슬 대학교의 연구에 따르면, 수은 기반 기기에 근접한 원형에 흡수된 수은이 질량 변화의 원인 중 하나일 수 있다.^[40] IPK는 1980년대 후반부터 수은 온도계 근처에 보관되었다.^[40]

4. SI 단위와 IPK의 관계 (Dependency of the SI on the IPK)

2019년 5월까지, 국제단위계(SI)의 많은 단위들은 국제킬로그램원기(IPK)의 안정성에 크게 의존했다.^[42] 뉴턴(N), 파스칼(Pa), 줄(J), 와트(W) 등 대부분의 SI 유도 단위는 킬로그램을 기반으로 정의되었다.

암페어(A), 몰(mol), 칸델라(cd) 등 SI 기본 단위 역시 간접적으로 IPK의 질량에 영향을 받았다. 암페어(A)는 길이 1m마다 2개의 평행한 전선 사이에 0.2 μN의 힘을 생성하는 데 필요한 전류로 정의되었는데, 이는 암페어의 크기가 뉴턴, 따라서 IPK 질량의 제곱근에 비례함을 의미한다. 몰은 12그램의 탄소 12에 있는 원자의 수로, 칸델라는 와트당 스테라디안의 540 THz 녹색 광선으로 정의되어 몰과 칸델라의 크기는 IPK의 질량에 비례했다.

IPK의 질량 변화에 영향을 받지 않은 SI 유도 단위는 무차원량, 초, 미터, 켈빈으로만 유도되거나, IPK의 질량과 같은 방식으로 관련된 두 양의 비율로 정의된 단위였다.

4. 1. IPK 질량 변화의 영향

이러한 의존성은 화학, 광도측정, 전기 측정 등 다양한 분야의 단위들에도 적용되었다.

^[42]

4. 2. 실현과 정의의 차이 (Insulating effects of practical realisations)

5. 2019년 킬로그램 재정의와 대한민국의 역할

2019년 킬로그램은 플랑크 상수를 기반으로 재정의되어, 국제 킬로그램 원기(IPK)의 안정성 문제와 국제단위계(SI) 단위의 의존성 문제를 해결했다. 대한민국은 킬로그램 재정의 과정에 적극적으로 참여하여 관련 기술을 개발하고 국제 협력에 기여했다. 킬로그램 재정의는 대한민국의 측정 표준 시스템을 더욱 발전시키고, 과학 기술 분야의 국제 경쟁력을 강화하는 계기가 되었다.

참조

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_[28] 논문 The Kilogram and Measurements of Mass and Force 2001-01-01
_[29] 문서 Prototype No. 8(41) was accidentally stamped with the number 41, but its accessories carry the proper number 8. Since there is no prototype marked 8, this prototype is referred to as 8(41).
_[30] 논문 The Third Periodic Verification of National Prototypes of the Kilogram (1988–1992)
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_[42] 문서 Assuming the past trend continues, whereby the mean change in mass of the first batch of replicas relative to the IPK over one hundred years was +23.5σ30μg.
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_[44] 뉴스 재미있는 질량의 세계…현재 1kg이 2년전 1kg이 아니다? http://www.goodmorni[...] 굿모닝충청 2015-04-28