Das Kilogramm ist tot – es lebe das Kilogramm!

27. November 2018, 15:48 Uhr
Es gibt geringfügige Unterschiede zwischen dem Prototyp des Kilogramms in Sèvres und den anderswo gelagerten Kopien (Foto: SPL).
Es gibt geringfügige Unterschiede zwischen dem Prototyp des Kilogramms in Sèvres und den anderswo gelagerten Kopien (Foto: SPL).
Wissenschaftler haben die Definition des Kilogramms geändert. Bisher war die SI-Einheit des Kilogramms definiert als das Gewicht eines Platin/Iridium-Prototyps („Le grand K“), der beim Bureau international des poids et mesures in Sèvres in Frankreich sicher in einem Safe gelagert wird.
Auf der General Conference on Weights and Measures in Versailles wurde jedoch am 16. November 2018 beschlossen, diese Definition fallen zu lassen und das Kilogramm in Form eines elektrischen Stroms zu definieren.

Warum musste das alte Kilogramm sterben?

Le grand K ist seit 1889 die Gallionsfigur des internationalen Gewichtsmesssystems. Es wurden auch mehrere äußerst genaue Kopien des Originals angefertigt und an verschiedenen Orten aufbewahrt. Diese Kopien sind jedoch nicht absolut identisch mit dem Prototyp; zudem scheint sich das Gewicht im Laufe der Jahre durch äußere Einflüsse zu verändern, auch wenn dieser Effekt sehr gering ist.
Doch in einer Welt, in der genaue Messungen in vielen Bereichen von entscheidender Bedeutung sind (denken Sie an Nanotechnologie und Satellitennavigationssysteme), hatten die Hüter des SI (Système International) keine andere Wahl, als eine robustere Definition des Kilogramms zu finden.

Wie falsch ist Le grand K?

Die Abweichung beträgt nur etwa 50 ppb (Teile pro Milliarde), weniger als das Gewicht einer Augenbraue. Aber obwohl das fast nichts ist, kann eine solche Abweichung weitreichende Folgen haben. Daher wird auf eine stabilere, genauere und „demokratischere“ elektrische Messung umgestellt.

Das neue Kilogramm

Die Kraft, die von einem Elektromagneten auf ein Metallobjekt ausgeübt wird, steht in direktem Verhältnis zum elektrischen Strom durch die Spule dieses Magneten. Es besteht also ein direkter Zusammenhang zwischen Strom und Gewicht.
Die Planck-Konstante ist eine Naturkonstante, die Gewicht und elektrischen Strom verbindet. Sie wird durch den Kleinbuchstaben „h“ angezeigt. Das Problem ist, dass „h“ einen unglaublich kleinen Wert hat und deshalb sehr schwer zu messen ist.

Watt-Waage

Dem Wissenschaftler Bryan Kibble ist es 1975 jedoch gelungen, eine extrem genaue Waage zu bauen. Diese Watt- oder seit neustem Kibble-Waage, die auf der seit langem bekannten Stromwaage basiert) besitzt einen Elektromagneten, der eine Seite der Waage nach unten zieht, und ein Gewicht – zum Beispiel ein Kilogramm – auf der anderen Seite. Der elektrische Strom durch den Elektromagneten wird so eingestellt, dass die Waage perfekt ausbalanciert ist.

Kleines h statt großes K

Durch die Messung des Stroms durch den Elektromagneten mit äußerster Präzision ist es möglich, den Wert von h mit einer Genauigkeit von 0,000001 % zu bestimmen – keine geringe Leistung, wenn man bedenkt, dass h einen Wert von 6,6x10-34 Js hat! So kann das Kilogramm neu definiert werden – eine Definition, die insofern als demokratisch bezeichnet werden kann, als dass jeder wo auch immer auf der Erde mit einer Kibble-Waage Gewichte bestimmen und kontrollieren kann.

Die neue Definition tritt offiziell am 20. Mai 2019 in Kraft.
 
Quelle: National Institute of Standards and Technology (NIST)
 
Quelle: Practical Engineering
Quelle: BBC News
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