1千克究竟有多重 1千克等于多少斤( 四 ) _小知识

在瓦特天平中包含一个常规天平，刚开始，研究人员把一个质量为m的物体悬挂在常规天平的一端，另一端挂着一段总长为L的线圈，线圈位于一个磁场强度为B的磁场中。在线圈中通以强度为i的电流，线圈就受到了一个大小为BLi的力的作用。仔细调节电流强度，直至天平恰好平衡（也就是使mg=BLi），然后撤掉重物和电流，进入实验的第二阶段。让线圈以速度u穿过磁场，切割磁力线，线圈上就会感生出电压V（电磁感应现象，V=Blu）。第二阶段的目的就是要求得BL的乘积，用其他任何方法都很难测定BL的数值。如果磁铁和线圈均能保持充分稳定，使BL之积在实验的两个阶段中完全相同，那么综合两步的结果，就可以得出等式mgu=Vi，表明机械功率（力与速度之积，即mg乘以u）等于电功率（电压V与电流强度i之积）。将V和i的值分开测量，同时把mg和u的值分开测量，实验结果就可以不受任一实验阶段中实际功率损耗的影响（也就是说，称量阶段中线圈耗散的热量及运动阶段的摩擦损耗均不影响实验结果）。因此，这套装置可以说是测量出了“虚”功。
为了测定瓦特平衡法称量过程中电流强度i的值，科学家让电流流过一个电阻。电阻的阻值通过量子霍尔效应来测量，这样就可以用量子力学来描述电阻的值。电阻上的电压和线圈上的电压则借助量子力学的约瑟夫森效应来描述。最终结果使研究人员可以用普朗克常数和频率来表示电功率。等式中的其他项仅与时间和长度有关，因此，研究人员可以用普朗克常数，加上米和秒来定义质量m，而米和秒这两个单位都已经建立在自然界中的常数基础上了。
这一方法的原理直接明了，但为了达到高于亿分之一的期望精度，科学家必须榨干现有许多最先进技术的最大潜力，以它们的极限精度测量各主要的相关物理量。除了要非常精确地测定重力加速度g，还必须在真空中进行所有操作，消除称量阶段中空气浮力的影响以及测速阶段空气折射率的影响（因为速度测量用的是激光干涉仪）。此外，研究人员也必须保证线圈产生的力精确地指向垂直方向，并对整套装置进行非常仔细的角准直和轴向准直校正（校正精度分别要达到至少50微弧度和10微米）。最后，当瓦特天平在运动模式和称量模式之间切换时，磁场的状况也必须尽在掌握中，这就要求永磁铁的温度非常缓慢而平滑地变化。
瑞士联邦计量局、美国国家标准与技术研究所（NIST）以及英国国家物理实验室，这3个实验室已经研制出了瓦特天平。与此同时，法国国家计量局（BNM）的研究人员正在组装一台原型瓦特天平，而国际计量局的天平还处在设计阶段。因此，这些实验室最终将打造出5台瓦特天平，它们的设计方案各不相同，测量结果能在多大程度上相互吻合，将作为一个重要指标，衡量每套设备的研制人员在查明系统误差，并设法消除误差方面所取得的成效。上述5个研究团队的长远目标是，使普朗克常数的测量精度达到接近亿分之一的水平，甚至有可能逼近十亿分之五。
全面更新基本单位
阿伏加德罗常数的最新测量结果，以及英国国家物理实验室和美国标准与技术研究所使用瓦特平衡法得出的结果，相差在百万分之一以上。研究人员必须设法缩小这个差异，才可能重新定义千克。
用阿伏加德罗常数或普朗克常数来重新定义千克，将大大减少与这些常数相关的测量误差，产生广泛影响。此外，如果研究人员通过诸如综合使用瓦特平衡法和可靠的电容测量等手段确定了普朗克常数和基本电荷的值，那么其他许多重要常数的值就可以跟着固定下来。
国际计量委员会建议各国的测量实验室继续推进测定基本常数的研究工作，加快重新定义基本单位的进程。研究人员希望一步步的努力能在2018年前实现一套全新的单位定义——我们不但能拥有千克的新定义，还能更新安培、绝对温标和摩尔的定义。
一旦更新定义的工作大功告成，可以由少数几个国家建造或保管复现新定义所需的设备和装置，其他国家则可以根据实验室研究和测量工作公认的千克值来校正自己的标准。一旦有需要，我们可以随时对国家标准和基于新定义的国际标准进行对比，再也不用担心那个独一无二的标准万一受损，我们将无标准可依。新的定义使主管部门可以经常对全球质量标准进行微调，确保它不会发生漂移，始终锁定在公制质量单位的最佳值（也就是获得独立验证的最新公认值）上。这样的系统稳固可靠，将保障科技发展长盛不衰。