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Das Kilogramm - die Einheit der Masse

 

Die 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) hat am 16. November 2018 eine Revision des Internationalen Einheitensystems (SI) beschlossen. Seit der Einführung des neuen SI am 20. Mai 2019 beziehen sich alle SI-Einheiten auf festgelegte Werte von sieben Naturkonstanten. Das Kilogramm wird von einem festgelegten Wert für die Planck-Konstante h (in Verbindung mit festgelegten Werten für die Frequenz des Hyperfeinstrukturübergangs des Grundzustands im 133Cs-Atom ΔvCs und für die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c) abgeleitet [1-4]:

 

The kilogram, symbol kg, is the SI unit of mass. It is defined by taking the fixed numerical value of the Planck constant h to be 6.626 070 15 × 10−34 when expressed in the unit J s, which is equal to kg m2 s−1, where the metre and the second are defined in terms of c and ΔvCs.

 

 

Mit der Einführung der Neudefinition beträgt die Standardunsicherheit (k = 1) der auf die Planck-Konstante rückgeführten Masse des Internationalen Kilogrammprototyps 0,010 mg (relativ 1 · 10-8). Dieser Unsicherheitsbeitrag ist bei der Weitergabe der Einheit seit dem 20. Mai 2019 zu berücksichtigen. Nach Abschluss der ersten internationalen Vergleichsmessung (key comparison) von Realisierungen der neuen Definition des Kilogramm erfolgt die Rückführung von Massekalibrierungen der PTB auf das neue SI mit Hilfe eines Konsenswertes, der auf der Grundlage der Vergleichsmessung in Übereinstimmung mit der CCM-Empfehlung G1 (2017) [5, 6] ermittelt wird.

Literatur

[1]    Resolutions of the 26th meeting of the General Conference of Weights and Measures (CGPM), Versailles, 13-16 November 2018,
https://www.bipm.org/utils/common/pdf/CGPM-2018/26th-CGPM-Resolutions.pdf

[2]    PTB: Research on the new SI,
https://www.ptb.de/cms/en/research-development/research-on-the-new-si.html

[3]    Draft mise en pratique for the definition of the kilogram in the new SI:
www.bipm.org/utils/en/pdf/si-mep/MeP-kg-2018.pdf

[4]    Bureau International des Poids et Mesures: The International System of Units (SI), Draft of the 9th SI Brochure, 02/2019,
https://www.bipm.org/utils/en/pdf/si-revised-brochure/Draft-SI-Brochure-2019.pdf

[5]    Consultative Committee for Mass and Related Quantities (CCM): Report of the 16th meeting (18-19 May 2017) to the International Committee for Weights and Measures,
https://www.bipm.org/utils/common/pdf/CC/CCM/CCM16.pdf

[6]    Consultative Committee for Mass and Related Quantities: CCM short note on the dissemination process after the proposed redefinition of the kilogram. Version 1.4, 19/06/2018,
www.bipm.org/utils/en/pdf/si-mep/short-note-kg-dissemination-2018.pdf

Das Internationale Kilogrammprototyp

Das Internationale Kilogrammprototyp hat die Form eines Zylinders mit einer Höhe und einem Durchmesser von jeweils 39 mm. Es besteht aus einer Legierung von 90 % Platin und 10 % Iridium (Dichte ca. 21500 kg/m3) und wird im Internationalen Büro für Maß und Gewicht (BIPM) in Sèvres bei Paris aufbewahrt.

Die nationalen Kilogrammprototypen der Unterzeichnerstaaten der Meterkonvention sind offizielle Kopien des Internationalen Kilogrammprototyps, hergestellt aus gleichem Material mit gleichen Abmessungen und Oberflächeneigenschaften.

Nationales Kilogrammprototyp Nr. 52 der Bundesrepublik Deutschland

Das nationale Kilogrammprototyp der Bundesrepublik Deutschland wird unter zwei Glasglocken bei normalen Umgebungsbedingungen in der PTB Braunschweig aufbewahrt.

Die Rückführung auf das Internationale Prototyp im BIPM wird in Zeitabständen von etwa 10 Jahren aktualisiert.

Die Hauptnormale aus Edelstahl werden einmal jährlich an das nationale Kilogrammprototyp angeschlossen.

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Prototypwaagen der PTB

Die genauesten Waagen der PTB sind hochauflösende 1-kg-Komparatorwaagen. Sie befinden sich in druckfesten, evakuierbaren Gehäusen. Massevergleiche können mit Standardabweichungen ≤ 4•10-10 kg durchgeführt werden.

Prototypwaagen werden für folgende Aufgaben eingesetzt:

  • Anschluß der 1-kg-Hauptnormale an das nationale Kilogrammprototyp
  • Ableitung der Masseskala ausgehend von 1 kg bis 100 g
  • Kalibrierung von Massenormalen (Nennwerte 100 g, 200 g, 500 g, 1 kg)
  • Massebestimmung von 1-kg-Siliziumkugeln (als Primärnormale der Festkörperdichte und für das internationale Opens internal link in current windowAvogadro-Projekt)

 

Zusätzlich werden mit diesen Waagen Messungen unter Vakuumbedingungen (0,1 Pa) durchgeführt. Mit Hilfe von Vergleichsmessungen in Luft und im Vakuum können Luftauftriebs- und Sorptionseffekte  untersucht und korrigiert werden.

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Vakuum-Massekomparator Mettler M_one
in einem druckfesten, evakuierbaren Gehäuse, automatische Wechseleinrichtung mit sechs Positionen, Höchstlast 1 kg, Standardabweichung (typ.) ≤ 0,4 µg

Vakuum-Massekomparator Sartorius CCL 1007
in einem druckfesten, evakuierbaren Gehäuse, automatische Wechseleinrichtung mit acht Positionen, Höchstlast 1 kg, Standardabweichung (typ.) ≤ 0,2 µg

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