Das Kilogramm und die Watt-Waage
ฝัง
- เผยแพร่เมื่อ 12 ก.ย. 2024
- Die Definition des Kilogramms über die Watt-Waage (Kibble-Waage) und deren Funktionsweise werden erklärt. Im Jahr 2019 wurde die SI-Einheit Kilogramm neu definiert, indem sie auf eine Definition des Planckschen Wirkungsquantums zurückgeführt wird. Bei der Watt-Waage wird die Gewichtskraft einer Probemasse duch die Lorentzkraft auf eine Spule in einem Magnetfeld kompensiert. Da die Magnetfeldstärke B und die Länge des Spulendrahtes aus den Gleichungen herausfallen, verbleibt die Gleichheit einer elektrischen Leistung und einer mechanischen Leistung UI = mgv, woraus der Name Watt-Waage folgt. Spannung U und Stromstärke I werden über den Josephson-Effekt und den Quanten-Hall-Effekt auf das Plancksche Wirkungsquantum h zurückgeführt, die Elementarladung e fällt wiederum aus den Gleichugnen heraus. Die Geschwindigkeit v und die Erdbeschleunigung g werden mit Laserinterferometern und Atomuhr gemessen.
Bilder:
NIST-4 Kibble Balance, Credit: J. L. Lee / NIST
Kibble Balance offen, Credit: NIST Museum Collection
The International Prototype Kilogram, aka Le Grand K., Credit: BIPM
Vielen Dank für die sehr gute anschauliche Erörterung zur Versuchsanordnung.
Durch das Vergleichsexperiment kann man beide Arbeitsgrößen imVergleich zueinander einsetzen
Vielen Dank für die sehr gute Erklärung!
Auf mich wirkt das ganze System archaisch! Warum kaufst Du Dir nicht einfach eine Höchstpräzisionswaage? Damit kannst Du bis auf 0.1 mug und das ist mal um den Faktor 50 besser, also Deine 50 mug Waage!
Alle Waagen auf der Welt müssen irgendwie geeicht werden, auch die von Ihnen beschriebene Präzisionswaage. Im praktischen Gebrauch wird das mit Eichgewichten gemacht, also Prototypen, die letztlich Kopien des Urkilogramms waren. Solche Prototypen verändern sich im Laufe der Zeit, wie am Anfang des Videos beschrieben - selbst unter bestmöglichen Bedingungen. Dadurch ergibt sich die Frage, wie bekomme ich die Information über die Masse, die genau ein Kilogramm darstellt, ohne Veränderung in die Zukunft getragen. Die heutige Definition des Kilogramms erlaubt es, an einem beliebigen Ort auf der Welt (oder sonstwo im Universum) eine Reihe von Experimenten aufzubauen, durch deren Kombination man genau ein Kilogramm darstellen kann (Watt-Waage + Josephson-Kontakt + Quanten-Hall-Effekt + Atomuhr + Geschwindigkeits und Beschleunigungsmessung mit Laserinterferometer). Mit dieser Vorgehensweise braucht man keinen unveränderlichen Prototypen sondern nur die Annahme, dass die relevanten Naturkonstanten unveränderlich sind. Diesen Aufwand betreibt man natürlich nur einmal pro Land und stellt damit wieder Prototypen und Eichgewichte her, um die praktischen Waagen zu eichen. Die jeweils neu produzierten Prototypen sind untereinander aber gleicher als die über Jahrzehnte gelagerten Prototypen wie das Urkilogramm.
@@rene-matzdorf vielen Dank für die Antwort! Es ist aber nach wie vor mit Kanonen auf Spatzen geschossen! Es gibt z.B. von Sartorius Mikrowaagen, die kann man überall mit hinnehmen und die Eichen sich auf Knopfdruck selbst und sie ist wie gesagt auf 0,1 mu g genau! Dafür braucht man keine Atomuhr - jedenfalls kann ich mir kaum vorstellen, dass da eine drin ist!
@@breitbandfunker4332 das halte ich für ein Gerücht, außer die Dinger haben GPS, der wird wohl kaum selbständig die wirkende Gewichtkraft auf die Erdbeschleunig umrechnen.
U/I ~XL (Widerstand bei Selbstinduktivität) =2 pi*f*L
Dabei ist bekannt E_indukt = B*I*v
Die gravitative Arbeit wird praktisch
auf der anderen Seite vergleichsweise eingesetzt.
gravitative Arbeit E_grav = m*g*v/s [Zeit]
Es kann auch anderes verglichen werden.
z.B. die optimierte Stromerzeugung in einem Dynamo.