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Eine computergenerierte Zeichnung des internationalen Kilogrammprototyps, im Einsatz bis 20. Mai 2019

Das Kilogramm (ebenfalls es Kilogramm) ist die internationale Standardeinheit für Masse und damit einer der sieben Basiseinheiten von dem SI.

Basiseinheit mit Präfix

Das Kilogramm ist die einzige Basiseinheit im SI, die a . enthält SI-Präfix (Kilo) im Namen. Dies ist aus historischen und praktischen Gründen so geblieben; Es wäre logischer, einen neuen Namen zu wählen. Ein Kilogramm entspricht tausend Gramm. Dabei ist das Kilogramm, nicht das Gramm, eine Grundeinheit.

Das Standard-Kilogramm

Replik des Kilogrammprototyps ("IPK") ausgestellt in der Cité des sciences et de l'industrie in Paris

Bis November 2018 definierte das SI-System das Kilogramm als gleich der Masse eines internationalen Prototyp ("IPK", Internationaler Prototyp des Kilogramms oder "le Grand K"), der von a Legierung von Platin und Iridium wurde erstellt und wird auf dem Bureau international des poids et mesures (BIPM) (Internationales Büro für Maß und Gewicht) auf Französisch Sèvres. Der internationale Kilogrammprototyp wurde 1889 in Dienst gestellt. Es ist ein Zylinder von 90 Masse% Platin und 10 Masse-% Iridium mit einer Höhe und einem Durchmesser von 39,0 mm. Seit 1960 war das Kilogramm die einzige SI-Einheit, die sich noch auf ein von Menschenhand geschaffenes Objekt statt auf eine physikalische Eigenschaft bezog.

Offizielle Kopien des Standard-Kilogramms waren als nationale Prototypen erhältlich. Belgien hat zwei Exemplare: die Nummern 28 und 37. Sie werden bei der Nationalen Normungsabteilung der Föderaler Öffentlicher Dienst Wirtschaft, KMU, Selbstständige und Energie. Der Standard von Die Niederlande, Exemplarnummer 53, befindet sich bei GEGEN MICH (Van Swinden Labor) in Delft. Eine frühere Massenstandarte der Niederlande ist in der zu bewundern Rijksmuseum im Amsterdam.

Allerdings war die Masse des Normzylinders über die Zeit nicht konstant. Dies wurde durch Vergleich der Masse des Referenzzylinders mit der Masse der Kopien dieses Zylinders bestimmt. Da kein höherer Standard verfügbar war, konnte nicht festgestellt werden, ob die Masse eines Zylinders zugenommen oder die eines anderen abgenommen hatte, aber seitdem wird hart daran gearbeitet, ein neues Kilogramm zu schaffen, das nicht von einem physischen Objekt abhängt. Dazu gehörte das Zählen der Anzahl der Siliziumatome in einer Kugel aus monokristallinem Silizium und aus der Ableitung des Kilogramms von physikalische Konstanten. Bis 2018 gab es jedoch noch zu viele Unterschiede zwischen den verschiedenen Methoden, sodass das internationale Kilogramm in Paris noch immer die Masseneinheit darstellte.

Die Definition des Kilogramms

1795

Das Gramm wurde in 1795 bis zum Französische Akademie der Wissenschaften definiert als die Masse von 1 cm³destilliertes Wasser von 0 °C. Wasser unterliegt jedoch Verdunstung und auch die Aktie schweres Wasser stellt ein Messproblem dar. Daher musste ein nichtflüchtiger Standard geschaffen werden. Aber dafür ist ein Gramm zu klein und deshalb wurde ein Prototyp hergestellt 1000g, also 1 Kilogramm, hergestellt, die als vorläufiger Standard diente.

1799

dann in 1799 die Länge des Meters ein wenig geändert, wurde auch ein neues Standard-Kilogramm geschaffen, das Kilogramm des Archivs, diesmal von der korrosionsbeständigPlatin. Die Masse unterschied sich nicht nur dadurch von der vorherigen, dass sich der Zähler leicht verändert hatte, sondern es wurde jetzt erkannt, dass es sich um genaueres Wasser in seiner größten Höhe handelte Dichte, Biene 4 °C, benutzen.

1875

Das Kilogramm von 1799 erwies sich nicht als Zeiteinheit; reines Platin ist zu weich und kann zerkratzt werden. Daher wurde 1875 beschlossen, Schwerer Legierung zu verwenden. Das neue zylindrische Kilogramm bestand aus 90 % Platin und 10 % Iridium. Ziel war es, einen stabileren Standard zu erreichen; die Masse wurde nicht verändert.

2019

Massenänderung von Norm-Kilogramm im Laufe der Zeit

Es wurde festgestellt, dass sich die Masse des Standardkilogramms von der Masse seiner Kopien unterscheidet. Es gibt unter anderem Verschmutzungen durch die Luft, die sich auf den Zylindern absetzt, in der Größenordnung von 1 µg pro Jahr. Zwischen 1939 und 1946 einigte sich das BIPM auf ein einheitliches Reinigungsverfahren: Bürsten mit gleichen Teilen Äther und Ethanol, Dämpfen mit Doppel destilliertes Wasser, 7–10 Tage trocknen lassen. Jede Reinigung bestanden 5 bis 60 µg Verschmutzung weg. Wieder reinigen 10 µg Weg.

In den 1980er Jahren bestätigte sich erneut, dass (trotz Reinigung) die Massen von Prototypen und Kopien relativ zueinander nicht konstant sind. Dies kann durch Verunreinigungen aus der Luft oder durch die Reinigung der Zylinder verursacht worden sein, die auch etwas Metall enthalten können. Im Jahr 2007 identifizierten BIPM-Experten eine Massenabweichung des Prototyps in der Größenordnung von 50 µg relativ zum Durchschnitt von mehreren Dutzend Exemplaren.

Dies zwang die Wissenschaftler, nach einer neuen Definition zu suchen.^[1][2] Laut der Neudefinition der Grundeinheiten das Kilogramm ist definiert durch die Plancksche Konstante einen bestimmten Wert zu geben. Die daraus theoretisch resultierende relative Änderung des Zahlenwertes von Massen liegt in der Größenordnung der (vor der Festlegung) relativen Ungenauigkeit der Planckschen Konstanten, die mit 4,4 × 10⁻⁸. Der 25 Generalkonferenz für Maß und Gewicht vom 18.-20. November 2014 hat die Entscheidung auf die 26. Konferenz verschoben.^[3]

Am 16. November 2018, in Versailles stimmte zu, die Planck-Konstante auf genau zu fixieren 6,626 070 15 × 10⁻³⁴ kg⋅m²so⁻¹.^[4] Dadurch basiert das Kilogramm nun auf dem Meter und der zweite. Der Zähler ist seit 1983 im Einsatz (durch Vereinbarungen über die Lichtgeschwindigkeit) wiederum basiert auch auf dem zweiten. Seit 1967 basiert die Definition der Sekunde auf der Häufigkeit der Übertragung unter gegebenen, nicht veränderlichen Bedingungen Strahlung von a Cäsium-133-Atom. Alles in allem gibt es bei der Definition des Kilogramms keine möglichen variablen Faktoren mehr. Die Neudefinition des Kilogramms trat am 20.05.2019 in Kraft.

Ab klassische Mechanik Das bedeutet, dass ein Kilogramm so definiert ist, dass beispielsweise die Energie von a Photon mit einer Frequenz von 1 Hertz (also die kleinste, unteilbare Menge Strahlungsenergie dieser Frequenz) entspricht der Energie, die benötigt wird, um eine Masse von 1 Kilogramm über eine Entfernung von 1 Meter a . herzustellen Beschleunigung von 6,626 070 15 × 10⁻³⁴ Frau² geben.

Definition direkt durch drei Naturkonstanten

Anwendung der sukzessiven Einsteins Gleichung und das von Planck gibt folgende Gleichung für die Masse an:

${displaystyle E=mc^{2}=hf;Longrightarrow ;m={frac {hf}{c^{2}}}qquad [{m {(kg imes m^{2} imes s^{-1}) (s^{-1})(m imes s^{-1})^{-2}}}],}$

wahr E die Energie eines Teilchens mit Masse ich ist, c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, ha Planck-Konstante und f die Frequenz eines Quantenübergangs. Die Einheiten von ha, f und c werden in kg (Kilogramm), m (Meter) und s (Sekunden) angegeben. Mit den ermittelten Werten für ha, f (ein hyperfeiner Übergang im Cäsium-133, ${displaystyle fequiv Delta u _{m {Cs}}}$) und c, daraus folgt folgender Wert des Kilogramms:^[5]

${displaystyle 1,{m {kg}}={frac {(299792458)^{2}}{6{,}62607015cdot 10^{-34}cdot 9192631770}} {frac {h,Delta u _{m {Cs }}}{c^{2}}}ungefähr 1{,}4755214cdot 10^{40} {frac {h,Delta u _{m {Cs}}}{c^{2}}},.}$

Es ist auch zu beachten, dass ${displaystyle {frac {h,Delta u _{m {Cs}}}{c^{2}}},}$ ist die Masse eines Photons dieser Frequenz. Der Ausdruck mit drei Naturkonstanten, der das Kilogramm definiert, ist also eine Naturkonstante, die auch direkt beschrieben werden kann.

Mögliche Verwirrung

Kilogramm als (falsche) Gewichtsangabe

Ein Kilogramm gilt in der Alltagssprache als Einheit von Gewicht. Physikalisch ist das nicht richtig.

Gewicht ist die Kraft, die ein Objekt auf die Oberfläche (oder den Aufhängepunkt) ausübt, an der sich das Objekt befindet (oder aufgehängt). Befindet sich das Objekt in Ruhe (oder bewegt es sich mit konstanter Geschwindigkeit), d. h. seine Beschleunigung ist 0 m/s², dann ist sein Gewicht gleich dem Schwere auf ein Objekt angewendet. Ein Objekt mit einer Masse von 1,0 Kilogramm wiegt (auf der Oberfläche des Boden) Über 9,81 Nein (Newton), die sich aus der Formel berechnen lässt ${displaystyle F_{z}=mcdot g}$, bei dem die G steht für die Schwerkraftbeschleunigung (oder Gravitationsbeschleunigung), die an der Erdoberfläche ungefähr gleich 9,81 m/s².

Weil die Schwerkraft auf dem Mond weniger stark ist als auf der Erde, auf dem Mond wiegt alles weniger als auf der Erde. Ein Kilogramm Zucker auf der Erde hat noch ein auf dem Mond Masse von einem Kilogramm, weil der Zucker noch aus der gleichen Anzahl und den gleichen Teilchen besteht, aber eine mitgebrachte Erdschuppe wird mit diesem Kilogramm Zucker noch nicht den Mond erreichen. 200g um anzuzeigen. Tatsächlich sollte es auf der Waage nicht das Kilogramm, die Masseneinheit, sein, sondern die Gewichtseinheit (und Krafteinheit): das Newton.

Das oben Gesagte gilt für eine Waage, die eine Feder für den Gegendruck verwendet, was bei den meisten Haushaltswaagen der Fall ist. EIN Balance (mit zwei Waagen) vergleicht zwei Gewichte. Mit einer Waage stellt man auch auf dem Mond fest, dass das Zuckerpäckchen das gleiche Gewicht (und damit die gleiche Masse) hat wie ein Gewicht, auf dem 1 kg Zustand.

Dennoch werden „Gewichte“ im Handel immer in Kilogramm ausgedrückt. In der Alltagssprache (nicht in der Wissenschaft) lautet die Einheit Gramm oft weggelassen, wie in ein Kilo Zucker.

Auch das Prinzip der Federwaage trägt schnell zu dieser Verwirrung bei, denn Waagen dieser Art messen tatsächlich Gewichtskräfte, aber (über eine Umrechnung mit der Formel ${displaystyle F_{z}=mcdot g}$) Massen anzeigen. Also statt des tatsächlichen Gewichts von zum Beispiel 98,1 NEIN zu zeigen, wird dies in eine Masse von umgerechnet 10 kg und das liest man. Wird also das „Gewicht“ eines Gegenstandes in Kilogramm angegeben, ist eigentlich die Masse gemeint. Möchte man das Gewicht hingegen noch in Kilogramm ausdrücken, so wählte man dies früher manchmal in Kilogramm-Kraft (kgf, Kilogramm-Kraft). Ein Gewicht (Kraft) von 1 kgf entspricht 9,81 N. Die Kilogrammkraft ist jedoch kein echtes Kilogramm und diese Verwendung wird daher nicht empfohlen.

Kilogramm als korrekte Gewichtsbezeichnung (manchmal auch als falsches Gewicht bezeichnet)

In der Alltagssprache sprechen wir oft von „Gewicht“, wenn wir eigentlich Masse meinen. Man kauft ein Kilogramm Zucker, eine bestimmte Menge. Die Leute sagen "Gewicht", meinen aber "Masse". Wenn man 1 kg Zucker kaufen, hier oder auf dem Mond kauft man eine bestimmte Menge Zucker. Diese Zuckermenge wird jedoch auf der Erde stärker angezogen als auf dem Mond: Die gleiche Zuckermenge hat auf der Erde ein größeres Gewicht als auf dem Mond.

Kein Widerspruch zwischen früheren Aussagen

Nimm die Tüte Zucker von 1 kg (ein bestimmter Betrag). Wenn man die Zuckermenge meint, kann man von sprechen 1 kg und rede von Masse. Auf der Erde und auf dem Mond ist es das gleiche. Wenn man über Anziehung spricht, sollte man darüber sprechen 9,81 N auf der Erde und darüber 1,62 N auf dem Mond, aber dann ist da Gewicht und nicht Masse. Bei diesem Zucker meint man natürlich nicht oft die Kraft.

weitere Angabe

Biene Boden der tiefgestellte ds wird manchmal zur Einheit kg hinzugefügt, für trockener Boden (trockener Boden). Der Anwesenheitsgrad einer bestimmten Komponente, beispielsweise einer Verunreinigung, hat dann als Einheit g/kg_ds, mg/kg_ds oder g/kg_ds.

Siehe auch

• Watt-Balance
• Pfund (Masse), wir (Masse), Tonne (Masse)
• Massenstück

Externer Link

• (und) SI-Einheiten