Cuando escuchamos la palabra “kilogramo”, probablemente pensamos en una unidad de medida de masa. Lo que no muchos saben es que el kilogramo no se define en términos de propiedades fundamentales de la naturaleza, como el metro y el segundo, sino que depende de un objeto físico: el kilogramo patrón.
El kilogramo patrón es un objeto único que se conserva en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) en Sèvres, Francia, y es el estándar usado para la calibración de balanzas y otras herramientas de medición. Pero, ¿cuál es su definición exacta?
El prototipo internacional del kilogramo: Le Grand K
El kilogramo patrón es conocido como Le Grand K y es un cilindro compuesto de platino e iridio que tiene una masa de aproximadamente un kilogramo. Este objeto se ha mantenido bajo llave dentro de tres recipientes de vidrio que lo mantienen al vacío. Se usa por medio de tenazas que evitan la alteración de su masa por la grasa de la piel. Este cilindro está considerado como el objeto más importante del mundo.
El kilogramo se definió originalmente como la masa de un cubo de agua de 10 centímetros de lado. Sin embargo, este método era impreciso y, posteriormente, se decidió usar un prototipo físico estandarizado, que es el Le Grand K.
Un objeto único
El kilogramo patrón es el único patrón básico de medición que depende de un objeto físico. A diferencia de las otras seis unidades fundamentales del Sistema Internacional de Unidades (SI), que se han redefinido en términos de constantes físicas universales, el kilogramo patrón es el único que todavía se define a través de un objeto.
La masa del Le Grand K ha sido cuidadosamente preservada desde 1889. Pero, ¿por qué necesitamos definir el kilogramo patrón? La respuesta es simple: la estabilidad del kilogramo es crucial para la obtención de otras unidades de peso.
La necesidad de redefinir el kilogramo patrón
A lo largo del último siglo, ha habido indicaciones de que la masa del Le Grand K ha variado ligeramente, unos 50 microgramos, desde que fue fabricado en 1879, lo que representa un problema para la estandarización de las medidas de peso.
La necesidad de redefinir el kilogramo patrón fue tan obvia que se comenzó a trabajar en ella desde 1998. La complicación principal radica en la elección de otro fenómeno físico absoluto que sirva como referencia para definir la unidad.
La nueva definición del kilogramo
La nueva definición del kilogramo es coherente con las de las otras unidades, por lo que puede ser resultado de una definición integral de todo el sistema. La nueva definición entró en vigor el 20 de mayo de 2019 y se explica en la Conferencia General de Pesas y Medidas. Ahora, el kilogramo patrón se define como la cantidad de materia equivalente a 6.62607015 × 10^34 inversamente proporcional al Cuadrado de la Velocidad de la Luz.
La constante de Planck
La nueva definición del kilogramo patrón está ligada con la constante de Planck, una constante física universal usada en mecánica cuántica. La constante de Planck es fija y se mantiene inalterable y ahora es la referencia para definir el kilogramo patrón. Es decir, a través de la constante de Planck se define la masa del kilogramo patrón.
La constante de Planck, denominada “h”, tiene un valor numérico fijo de 6.626 070 15 × 10^-34 cuando se expresa en la unidad J·s. Esto se traduce en la equivalencia entre el kilogramo y la constante de Planck, ya que la constante de Planck puede ser medida con más precisión que la masa del kilogramo patrón.
Dado ese valor fijo de la constante de Planck, se redefine el kilogramo patrón en términos de la constante de Planck, proporcionando una definición más precisa y estable del kilogramo patrón.
Certificación y calibración
El kilogramo patrón no solo se usa para la medición de peso, sino también para calibrar los instrumentos de medición de peso. La calibración funciona como un sistema de carga insertado en un instrumento para pesar productos con un peso establecido, permitiendo el cálculo de diferentes medidas que de otra forma no serían posibles.
Las cargas de prueba se realizan con pesas patrón trazables con los kilogramos tipo patrón y se utilizan para calibrar instrumentos y revisar los soportes de carga, repetibilidad y equilibrio de la báscula o instrumento utilizado. La trazabilidad es la propiedad que otorga un resultado de medición a la que se refiere con estándares nacionales o internacionales a través de un grupo de patrones sin interrupciones que cuentan con mediciones de comparación.
Calibración y certificación de peso
La calibración puede ser realizada con bloques patrón o con bancos, dependiendo del tipo de instrumento, y requiere determinar los valores de los desplazamientos ascendentes, descendentes y de repetibilidad de los instrumentos. Los certificados de calibración garantizan y validan que el proceso fue realizado bajo las normas de seguridad según el ISO/IEC 17025, encargado de la regulación de estas labores y verificar su cumplimiento.
En resumen, la constante de Planck se utiliza para definir el kilogramo patrón, que ahora se define en términos de una propiedad fundamental de la naturaleza. El uso de este nuevo sistema de medición no solo será más preciso, sino que también evitará que el cambio en la masa del kilogramo patrón afecte la precisión de las mediciones. La calibración y certificación de peso se encargan de garantizar la precisión en la medición de peso y profundizan en un campo importante en la medición de la masa.
