킬로그램

1 개요

SI 단위 중 질량의 기본단위이다. kilogram, 기호는 kg. 1/1000kg은 1g(그램)으로 나타낸다.

SI 기본단위 중 유일하게 접두사가 붙는 기본단위이다.

2 상세

질량 단위는 SI 단위계에서 유일하게 실물(킬로그램 원기)에 의해 정의되던 단위. 즉, 금속으로 기준이 되는 실물을 만들고 이것을 1 킬로그램이라 정의한 것이다. 이 실물은 킬로그램 원기라 한다. 다른 단위들은 실물이 필요 없이, 실험에 의해 재현할 수 있는 형태로 정의된다. 예를 들어 길이 단위인 미터는 진공 속에서 빛이 1/299 792 458 초 동안 진행한 거리로 정의된다.

이 원기는 단위의 기준이 되는 것이기에 변질되지 않도록 신중하게 제작되었다. 백금 90%와 이리듐 10%의 합금을 재료로 해서 원기둥 형태로 만들어졌고 변질되지 않도록 안정된 환경하에서 엄중한 보안 속에 보관되고 있다. 이 원기와 6개 백업용 복제품은 프랑스에서 보관하고 있는데, 다른 나라에서도 필요하기 때문에 복제품을 만들어서 여러 나라에 배포하였다.

그런데 비록 최대한 안정한 재료로 원기를 만들긴 했지만 시간이 흐르면서 원기의 질량이 조금씩 변하고 있다고 한다. 그래서 2005년에 킬로그램의 정의를 바꾸자는 제안이 있었으나 지지부진하다가 2011년 10월 22일, 24차 국제도량형총회(CGPM)에서 기존의 원기를 폐지하는 방침을 확정했으나, 구체적인 정의는 2014년에 열릴 다음 총회로 연기하였다. # 그러나 2014년 총회에서도 결국 정하지 못하고 2018년 총회 때 결정하기로 했다고 한다.

차기 킬로그램 정의를 정하는 데에 여러 국가 연구원들이 경쟁하는 중이다. 표준 질량 단위라는 상징성도 있지만 정확한 킬로그램을 만드는데 들어가는 기술이 의외로 엄청난 수준이라 한 국가의 과학기술 수준을 보여줄 수 있기 때문. 현재 제시된 방법 중 하나가 분자의 개수를 정확히 세어서 1 킬로그램에 어떤 물질의 분자가 몇 개 들어가는지 따지는 '아보가드로 프로젝트'이다. 그 과정에서 실리콘 구 원기가 세상에서 가장 둥근 물체로 소개되기도 했다. 우리나라 표준과학연구소에서도 주요 선진국들과 비교하면 늦었지만 이 경쟁에 참여하기로 결정했다.

아보가드로 프로젝트 말고도 와트 저울 방식도 유력한 대안이다. 아보가드로 프로젝트는 유럽권 국가나 일본에서 지지하고, 와트 저울은 미국이나 우리나라에서 지지하는 방식이다. 와트 저울 방식에서는 저울의 한 쪽에 무게를 잴 물체를 놓고 전자기력을 발생시켜 저울의 평형을 맞춘 뒤, 그 때의 전자기력을 측정하는 방식으로 무게를 정의한다. 전자기력의 크기인 W는 이미 자연상수로 정의되어 있기 때문에 이를 이용하여 자연상수로 무게를 정의하는 것이다.

2014년 총회에서 킬로그램 원기를 대체하지 못한 것은 아보가드로 프로젝트와 와트 저울 방식간 측정값의 차이가 과학적 기준으로 삼기에는 너무 컸기 때문이다. 하지만 점차 그 차이가 줄어들어 2018년 총회 때에는 실제로 원기를 대체하는 물리학적 정의가 이루어질 듯하다.

참고로 거리 단위인 미터도 최초에는 실물 원기를 써서 정의했었지만, 시간이 흐름에 따라 이미 두번이나 정의가 바뀌었다.

엄밀하게는 질량의 단위이지만 일상적으로는 무게의 단위로 쓰인다. 이렇게 무게로 쓰이는 경우는 1 kg의 질량이 지구 중력장 하에서 받는 힘을 나타내며, 사실 kgf로 표기해야 한다.

1 킬로그램은 1 기압에서 섭씨 4 ℃의 1 리터의 물의 질량과 거의 같다. 원래부터 1 kg을 물의 밀도가 가장 높을 때인 온도 4 ℃ 의 물 1 L(1000 cm³)의 무게로 정의했기 때문. 애초에는 물이 녹기 시작하는 0 ℃의 물 1 리터의 무게였으나, 미터측정 도중 4 ℃의 물이 밀도가 가장 높은 것이 발견되어 수정되었다. 지금은 왜 이 정의를 쓰지 않냐면, 물 1리터의 무게가 온도,압력,순도,동위원소 함량비에 따라 변하기 때문이다. 온도나 압력, 동위원소 함량비를 규정하면 되지 않을까 싶지만, 압력의 단위를 나타내기 위해 무게를, 무게를 나타내기 위해 질량의 단위를 이용하게 되어, 질량을 정의하기 위해 질량의 단위를 이용하는 순환논증 오류가 발생하기 때문. 그냥 원기 그 자체의 무게로 정의가 수정된 것. 그러나 원기가 생각보다 크게 만들어지는 바람에(...) 똑같지는 않게 되었다.