Das Kilogramm wird neu definiert - mit weitreichenden Folgen für die Industrie.

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Indusrietaugliche Waagen für das neue Kilogramm Das Urkilogramm hat ausgedient - was nun?

16.06.2017

Als Vorbereitung auf die Neudefinition des Kilogramm entwickeln die PTB und die TU Ilmenau eine industrietaugliche Waage, die sich ohne Gewichtsstücke kalibrieren lässt.

Angestoßen wird die Entwicklung der Planck-Waage durch die bevorstehende Neudefinition des Kilogramms. Denn: Das Urkilo wird bald ausgedient haben.

Planck und das neue Kilo

An seine Stelle rückt eine Kilogramm-Definition auf Grundlage einer unzerstörbaren und unveränderlichen Naturkonstante: des Planck‘schen Wirkungsquantums h. Der Name „Planck-Waage“ spielt auf eben diese Konstante an. Hat man den Wert von h international erst einmal festgelegt, können Massen allein über die Messung elektrischer Größen bestimmt werden.

Vorteile für die Industrie

Ein weiterer Vorteil der Planck-Waage ist der kontinuierliche Messbereich. Der erste Prototyp wird zwar lediglich einen Messbereich von 1 mg bis 100 g erreichen, doch der des bereits geplanten Nachfolgers soll dann schon von 1 mg bis 1000 g reichen. Vergleichbare Waagen könnten direkt für Wägungen in der Industrie eingesetzt werden, als sogenannte Primärnormale, da eine Kalibrierung mit Normalgewichten entfällt.

Langfristig könnte mit der Planck-Waage aber auch gerade bei kleinen Massen eine höhere Genauigkeit erreicht werden, als mit bisherigen Normalgewichten für den industriellen Einsatz. Das bei der Entwicklung der Planck-Waage in der PTB gewonnene Know-how wird also sowohl der Wirtschaft allgemein zugutekommen als auch die weltweit führende Stellung der deutschen Waagenindustrie stärken.

Experimentell zum neuen Kilogramm

Während die PTB schon über die praktischen Folgen und Chancen der neuen Kilogramm-Definition nachdenkt, ist die Neudefinition selbst noch in vollem Gange. Zwei Experimente werden weltweit verfolgt, um das Ziel einer Kilogrammdefinition auf der Basis von Naturkonstanten zu erreichen: Das Avogadro-Experiment, bei dem die Zahl der Atome in einem nahezu perfekt kugelförmigen Kristall aus isotopenreinem Silizium zu bestimmen ist, und die Kibble-Waage (oder Watt-Waage), bei der die Gewichtskraft einer Masse im Schwerefeld der Erde durch eine elektromagnetische Kraft kompensiert wird.

Bei beiden Experimenten wird der Wert des Planck‘schen Wirkungsquantums ermittelt, sodass sich beide Ansätze auf der Ziellinie treffen. Während die PTB vor allem den Weg über die Siliziumkugel beschreitet, favorisieren das US-amerikanische NIST und das kanadische NRC die Kibble-Waage. Um jedoch bei der späteren Weitergabe der Maßeeinheiten an die Industrie beide Pfade anbieten zu können, hat die PTB gemeinsam mit der TU Ilmenau die Prototypentwicklung einer Planck-Waage (als industrietaugliche Variante einer Kibble-Waage) angestoßen.

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