Definition
Josephson-Spannungs-Normal zur Bewahrung und Weitergabe der Spannungseinheit. Etwa 14000 Josephson- Elemente sind hier in Reihe geschaltet und ergeben eine Spannung von maximal 14 V.
Das Ampere ist die Stärke eines konstanten elektrischen Stromes, der, durch zwei parallele, geradlinige, unendlich lange und im Vakuum im Abstand von einem Meter voneinander angeordnete Leiter von vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern je einem Meter Leiterlänge die Kraft 2 · 10 –7 Newton hervorrufen würde.
Realisierung
Die Formulierungen "unendlich" und "...hervorrufen würde" zeigen es schon: Die Definition des Ampere ist keine "Bauanleitung" zur Realisierung der Stromstärke. Sie legt – auf materialunabhängige Weise und nach rein theoretischen Überlegungen – nur die Größe der elektrischen Einheiten fest, nicht aber den praktischen Weg ihrer Realisierung. Wie die Definition des Meters auch, dient die Definition des Ampere einzig der Festlegung einer Fundamentalkonstanten, nämlich der magnetischen Feldkonstanten µ0. Neben der Lichtgeschwindigkeit c (
siehe Meterdefinition ) ist auch die elektrische Feldkonstante ∈0 festgelegt. Mit der Kenntnis dieser Werte und den bekannten Gesetzen der Physik bieten sich viele Möglichkeiten, Absolutwerte elektrischer Größen für Kalibrierzwecke zu realisieren. In vielen staatlichen Metrologielaboratorien geschieht dies heute mit Hilfe von Quanteneffekten.
Reproduzierung der elektrischen Einheiten
Quanten-Hall-Widerstands-Normal zur Bewahrung und Weitergabe der Widerstandseinheit.
Die derzeit genauesten Methoden, um die elektrischen Einheiten zu reproduzieren, bedienen sich zweier Quanteneffekte: Das Volt wird mit dem Josephson-Effekt reproduziert, das Ohm mit dem Quanten-Hall-Effekt. Beide Einheiten sind über diese Quanteneffekte mit Naturkonstanten verknüpft.
Vielleicht wird in Zukunft auch das Ampere selbst auf eine Naturkonstanten zurückgeführt werden können: nämlich auf die Elementarladung. Technisch funktioniert das so, dass mit Hilfe der Dünnschichttechnologie so kleine Strukturen hergestellt werden, dass zwischen ihnen nur noch einzelne Elektronen tunneln können (Single Electron Tunneling, SET). Bislang sind die die dabei auftretenden Stromstärken allerdings noch extrem klein. So wird es noch einiger wissenschaftlicher Anstrengungen bedürfen, bis man einmal mit Hilfe von SET das Ampere direkt reproduzieren kann.
Weitere Informationen
© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2011-01-20, WEB-Redaktion
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