Kilogramm

Eenheit
Norm	SI-Basiseenheit
Naam	Kilogramm
Grött	Masse
Eenheitenteken	kg
Formelteken	m
nöömt na	greeksch. χίλιοι („dusend“) un γράμμα („Bookstaav“)

Dat Kilogramm is de SI-Basiseenheit vun de Masse. Dat Eenheitenteken dorför is kg.

Dat Kilogramm is gliek op mehrere Oort en sünnere Maateenheit. Dat is to’n Bispeel de eenzige SI-Basiseenheit, de alleen över en Vergliekskörper (Prototyyp), dat Oorkilogramm, fastleggt is. Dorto kummt, dat de Naam vun de Eenheit mit den SI-Präfix „kilo“ anfangt, also mit de Vörsülv för Dusend. De dezimalen Delen öder Veelfaken warrt dorüm nicht vun’t Kilogramm afleidt, man vun’t Gramm. Na de SI-Regeln un de Norm is dat nich verlööft dat Gramm as Millikilogramm to beteken. Oorsprünglich hett dat Kilogramm Grave heten.

Fröhere Definitschoon

In verleden Tieten weer dat Kilogramm defineert as de Masse vun een Liter (dm³) Water bi sien gröttste Dicht, also bi 3,98 °C un geven Druck. Man, de Definitschonen vun de Eenheiten Temperatur un Druck bargen sülvst ok wedder de Eenheit Masse. Dat weer also nich akkerat, vun wegen dat de Masse al vörher defineert wesen müssn, üm dat een dormit över den Liter de Masse defineeren künn. To de Tiet weer dat Kilogramm noch ’n lütt beten weniger as dat vundaag is. Na de ne’en Definitschoon dör dat Oorkilogramm in’t Johr 1889 hett dat Water vundaag nu blots noch en gröttste Dicht vun 0,999975 kg/dm³.

Hüütige Definitschoon

Dat Oorkilogramm (dorstellt in en Reeknermodell)

Siet 1888/89 stellt dat Oorkilogramm oder de Internatschonale Kilogrammprototyyp, den weltwieten eenzigoordigen Referenzweert för de Maateinheit dor. Verwohrt warrt dat in en Tresor vun’t Internatschonale Büro för Maat un Gewicht (BIPM) in Sèvres bi Paris.

De offizielle Definitschoon is: Dat Kilogramm is de Eenheit vun de Masse. Dat is gliek de Masse vun’n Internatschonalen Kilogrammprototyyp.

Bi den Prototyyp hannelt sik dat üm en Zylinder vun 39 Millimeter Hööch un Dörmeter, de ut en Legeeren vun 90 % Platin un 10 % Iridium besteiht. Länner, de den metrischen System bipeedt sünd, also de Meterkonventschoon ünnerschreven hebbt, hebb tok en Kopie vun dat Oorkilogramm. Dat Internatschonale Komitee för Maat un Gewicht (CIPM) hett dat Seggen doröver, wanneer disse natschonalen Kopien mit dat Oorkilogramm vergleken warrt.

Solke Verglieken geev dat 1950 un toletzt 1990. Dorbi is faststellt worrn, dat de Kopien vun’t Oorkilogramm in Loop vun de Johren üm 0,00005 g sworer worrn sünd as dat Original. Wo dat vun kummt, is opstunns nich klor. De Mööglichkeit, dat vun’t Oorkilogramm to’n Bispeel bi’t Reinmaken Atomen afhannenkamen sünd warrt jüst so utslaten as de, dat de Kopien Frömdatomen anlagert hebbt, ahn dat dat een markt hett. En annere Möglichkeit is, dat ut de Platin-Iridium-Legeeren Waterstoff utströömt wesen künn. En Land, dat Liddmaat is, kann to jede Tiet sien Kopie na dat BIPM henbringen, üm dat mit de Arbeitskopien vun’t BIPM verglieken to laten. De Physikaalsch-Technische Bundsanstalt (PTB), de blangen dat aktuelle düütsche Duplikaat vun’t Oorkilogramm ok dat in’n tweeten Weltkrieg to Schaden kamen düütsche originale Oorkilogramm un dat vun de DDR besitt, hett dorvun bit nu all teihn Johren Bruuk maakt. Liekers is dat Kilogramm vun de söven Basiseenheiten vun’t SI-System de eenzige Grött, de nich mit en defineerte Meten in en Labor bestimmt warrn kann.

Plaante Needefinitschoon

Opstunns warrt weltwiet doran arbeit, dat Kilogramm nee to defineeren, üm dat dat vun en Fundamentalkunstant vun de Physik afleidt warrn kann. Disse Plaan is sünners ielig worrn, vun wegen dat faststellt worrn is, dar de ruchweg veertig Kopien gegenöver dat Original in’n Snitt en Massendifferenz vun üm un bi 50 Mikrogramm opwiest. Meist all natschonale Prototypen hebbt en vergliekbore Drift. Dat gellt vör allen ok för de tosamen mit den internatschonalen Prototyyp an’t BIPM opbewohrte Referenznormaal Dat is wohrschienlicher, dat de internatschonale Prototyyp lichter warrt, as dat all anneren Prototyyp-Kopien glietieig sworer warrt.

Üm de Situatschoon to verbetern, mutt en Verfohren to’n Massenbestimmen utklamüstert warrn, dat en Nauigkeit in de Gröttenornen vun 10⁻⁸ hett. En Resultat schall bit 2010 tostannen kamen, üm dat 2011 op de nächsten turnusmatigen Generalkonferenz för Maat un Gewicht en ne’e Definitschoon verafscheedt warrn kann. Twee Ansätz warrt opstunns noch eernsthaftig verfolgt, twee wietere sünd in Henblick op den Termin 2010 eerstmol opgeven worrn:

Avogadro-Projekt

Een vun de hoochreinen Siliziumkugeln ut dat Avogadro-Projekt

Disse Ansatz geiht över de Bestimmen vun de Avogadro-Tall $N_{A}$ ut de Masse $m$ un’t Volumen $V$ vun en Körper, de ut en Material mit bekannte Deelkendicht $n$ un molare Masse $M$ besteiht:

$N_{A}={\frac {MVn}{m}}$

En Bestimmen vun de Deelkendicht, de nau noog is, is blots mit en Röntgenlaserinterferometer to maken un sett vörut, dat dat en monokristallin Material is. Vun wegen dat de Nauigkeit vun de Materialkennwerten so bannig hooch wesen mutt, kummt dorför opstunns an sik blots cheemsch höchstrein, isotoprenrein Silizium-28 in Fraag. Bi dat natürliche Silizium, dat ut dree Isotopen besteiht warrt de Samtnauigkeit begrenzt dör de teemlich slechte Bestimmborkeit vun de middleren molaren Masse. De naue Volumenbestimmen sett en hoochnaue Kugel ut dat Material vörut. Butendem mööt de Fehlstedendicht, de Frömdatomenkunzentratschoon, Stärk un Tosamensetten vun de Siliziumoxidschicht an de Bavenflach un annere Saken mit inbetogen warrn. En Kilogramm künn denn na’t Fastleggen vun de Avogadro-Konstant op en nipp un nauen Weert dör en sünnere Tall vun Atomen vun disse hoochreinen Isotopenmischen defineert warrn.

An natürlich Silizium künn al de Avogadro-Konstant in de hüütigen Nauigkeit fastleggt warrn. Koordineert vun de Physikaalsch-Technischen Bundsanstalt in Bronswiek is in’n Tosamenarbeit vun acht metroloogsch Instituten hoochrein, hoochanriekert Silizium-28 för en üm den Fakter 10 nauer’t Experiment herstellt worrn. Dorto weer in Tosamenarbeit mit dat russ’sche Atomministerium in russ’sch Isotopenscheedanlagen Silizium op en ²⁸Si-Andeel vun 99,994 % anriekert un dorna nochmol cheemsch sauber maakt. To de Tiet leeg de Weert vun de söss kg Rohmaterial al bi 1,2 Millionen Euro. Na verscheden Analysen un de Tucht vun Eenkristallen, bi de ok de cheemsche Reinheit dör mehrmolig Anwennen vun’t Zonensmöltverfohren nochmol verbetert worrn is, sünd dorut an’t National Measurement Institute in Australien twee 1-kg-Kugeln mit en maximal Gestaltafwieken vun 30 nm bi ruchweg 93,7 mm Dörmeter maakt worrn. To Tiet loopt opwännige Analysen, dorna warrt de Meten maakt.

Wattwaag

Dit löpt över dat de Bestimmen vun’t Gewicht vun en massebehaften Körper dör den Wattwaag, wobi mechaansche mit elektrische Leistung vergleken warrt. Dorbi warrt in twee Schritten toeerst de Stroom in en Spool meten, mit de in en Magnetfeld en Kraft tüügt warrt, un to’n tweeten de dör de Bewegen vun de Spool in dit Magnetfeld induzeerte Spannung (Strom × Spannung = elektrische Leistung in de Eenheit Watt. Butendem mööt de Snelligkeit vun de Spool un de Fallversnellen, de de Gewichtskraft vun’t Gewichtstück tüügt, meten warrn. Üm dat Verfohren to de Grundlaag vun en Needefinitschoon vun’t Kilogramm to maken, müss opletzt en nipp un nauen Weert vun de Planckschen Konstant fastleggt warrn. An dit Verfohren arbeit ünner annern dat britsche National Physical Laboratory, dat US-amerikaansche National Institute of Standards and Technology un dat Swiezer Bundsamt för Metrologie.

Ionenakkumulatschoon

Dit Verfohren bassert op dat Tügen vun en weegbor Masse mit Help vun en Ionenstrahl (elektrisch laadt Atomen) un Opsammeln vun de Ionen. Dör dat Meten vun den elektrischen Stroom vun’n Ionenstrahl un de Tiet lett sik denn de Masse vun een Atom in de Eenheit Kilogramm bereken. De Experimenten an de Ionenstrahlmethood sünd in de Twüschentiet instellt worrn, vun wegen dat dat nich mööglich weer, mit disse Methood bit 2010 verweertbore Resultaten to kriegen.

Magneetsch Sweevexperiment

Dorbi warrt in en inhomogen Feld en Magnet to’n Sweven bröcht. Ut de Positschoon vun’n Magnet in dat Feld lett sik de Masse utreken. Disse Ansatz is toeerst vun’n japaanschen dormoligen National Research Laboratory of Metrology verfolgt, in de Twüschentiet aver opgeven worrn, vun wegen dat de Nauigkeit, de dormit hentokriegen is, nich hooch noog is. Japan is ok an’t Avogadro-Projekt bedeeligt.

Weblenken

• De PTB as Höder vun de Eenheiten
• Spiegel Online: Ersetzt die Watt-Waage das Urkilogramm von 1889?
• Wettloop üm’t Kilogramm - Verscheden Methoden to’t Bestimmen vun Massen
• Zeit Online: Das Maß aller Massen

SI-Präfixen

Symbol	Y	Z	E	P	T	G	M	k	h	da	-	d	c	m	µ	n	p	f	a	z	y
Faktor	1024	1021	1018	1015	1012	109	106	103	102	101	100	10−1	10−2	10−3	10−6	10−9	10−12	10−15	10−18	10−21	10−24

SI-Basiseenheit

Ampere | Candela | Kelvin | Kilogramm | Meter | Mol | Sekunn