Magnetische Wechselwirkungen zwischen Waage und Massenormal

Die Wägung eines Gegenstands mit einer gewöhnlichen Waage basiert auf der Gravitationskraft, die der Gegenstand im Gravitationsfeld der Erde erfährt. Wenn bei der Wägung andere Kräfte, wie zum Beispiel magnetische Kräfte wirken, wird die Waage eine unerwünschte Abweichung von der erwarteten Anzeige haben. Solche Kräfte hängen von den magnetischen Eigenschaften des Gegenstandes und der Waage ab. Gewichtstücke oder Massenormale enthalten meistens ferromagnetische Materialien wie Eisen, Cobalt oder Nickel und können daher eine hohe magnetische Suszeptibilität oder gar eine eigene Magnetisierung haben. Die meisten modernen Waagen besitzen elektrische Schaltkreise, Permanentmagnete oder magnetische Materialien, die ein Magnetfeld erzeugen. Daher ist es weniger die Frage, ob magnetische Kräfte vorhanden sind, sondern nur noch wie groß diese sind.

Zur Ermittlung der magnetischen Kräfte werden die magnetische Suszeptibilität und die Magnetisierung der Massenormale mit Hilfe eines Suszeptometers gemessen (R.D. Davis, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 100 (1995), S.209-225). Um das Magnetfeld einer Waage zu beschreiben, wurden oberhalb der Waagschale die drei kartesischen Magnetfeldkomponenten an 15 Orten gemessen und um die entsprechenden Umgebungsfeldkomponenten korrigiert. Diese Daten konnten für die meisten Waagen an das Feld eines - fiktiven - magnetischen Dipols angepaßt werden. Mit diesen Daten wurden die magnetischen Kräfte auf Massenormale verschiedener Größe numerisch berechnet (M. Gläser, Magnetic interactions between weights and weighing instruments, Meas. Sci. Technol. 12(2001), 709-715).

Das Bild zeigt eine typische Verteilung der vertikalen z-Komponente der magnetischen Induktion einer Waage in Höhe der Waagschale (z = 0) auf einer Fläche von 10 cm x 10 cm. Ein zylindrisches 1-kg-Gewichtstück mit einer magnetischen Suszeptibilität von 800 (z.B. Gußeisen) und einer Magnetisierung von µ₀M = 50 µT erfährt auf dieser Waage eine magnetische Kraft von 2,2 mg (vertikale Komponente des Umgebungsfeldes: 40 µT).