Kilogramm und Mol: SI-Basiseinheiten für Masse und Stoffmenge

Becker, Peter; Gläser, Michael

doi:10.1002/1521-3943(200111)32:6<254::aid-piuz254>3.0.co;2-6

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“…Bloß diesen Weg über den Impuls eines Photons kann man nicht direkt umsetzen, um damit die Relation zwischen Masse und Planck‐Konstante herzustellen. Und da gibt es eben verschiedene Wege wie die Watt‐Waage oder indem man von atomaren Massen zu makroskopischen Massen über die Avogadro‐Zahl, also das Zählen, geht (siehe „Internet“ und ). So gibt es heutzutage mehrere Wege, um die Beziehung zwischen Masse und Planck‐Konstante zu realisieren.…”

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„Ein Höhepunkt in meinem wissenschaftlichen Leben“

2019

Physik in unserer Zeit

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Am 20. Mai 2019 tritt eine neue Definition des Internationalen Einheitensystems (SI) in Kraft. Das bedeutet unter anderem den Abschied vom Urkilogramm. Stattdessen basiert das SI nun auf sieben Naturkonstanten, deren Werte festgelegt sind. Auch Klaus von Klitzing begleitete das Thema SI‐Einheiten ein Forscherleben lang. Wie und warum es so kam, erzählt der Physik‐Nobelpreisträger in diesem Interview.

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„Ein Höhepunkt in meinem wissenschaftlichen Leben“

2019

Physik in unserer Zeit

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“…Dazu muss man aber im Labor sicherstellen, dass die neue Referenz-Masse auch genau die richtige Anzahl Atome enthält. Folgender Weg könnte zum Ziel führen [3]: Der Platzbedarf eines einzelnen Siliziumatoms wird über Röntgenstrahlung bestimmt. Dann wird eine Kugel aus Silizium so präzise hergestellt, dass ihr Durchmesser überall bis auf wenige Nanometer gleich ist (eine solche Kugel ist auf dem Umschlag von [3] abgebildet).…”

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Präzise Dichtemessungen mit schwebenden Festkörpern: Flotation

Toth¹,

Fehlauer²

2004

Physik in unserer Zeit

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Die Bestimmung der Dichte spielt in vielen Forschungsarbeiten und Anwendungen eine wichtige Rolle, Beispiele sind die Messung des Öchsle-Grads und die Untersuchung der Homogenität hochreiner Materialien. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt hat ein Messverfahren mit zuvor unerreichter Präzision entwickelt. den Charme, dass jedes Labor mit Werkzeugen zum Atome-Zählen sich eine eigene Referenz-Masse basteln könnte." Dazu muss man aber im Labor sicherstellen, dass die neue Referenz-Masse auch genau die richtige Anzahl Atome enthält. Folgender Weg könnte zum Ziel führen [3]: Der Platzbedarf eines einzelnen Siliziumatoms wird über Röntgenstrahlung bestimmt. Dann wird eine Kugel aus Silizium so präzise hergestellt, dass ihr Durchmesser überall bis auf wenige Nanometer gleich ist (eine solche Kugel ist auf dem Umschlag von [3] abgebildet). Mit einem Kugelinterferometer wird der Durchmesser und damit das Volumen dieser Kugel bestimmt. Die Zahl der Atome in der Kugel ergibt sich, wenn man das Kugelvolumen durch das Atomvolumen teilt. Um wirklich präzise zu sein, muss die Siliziumkugel allerdings aus einem idealen Einkristall ohne Fehlstellen und mit möglichst wenigen Verunreinigungen hergestellt sein. Wie aber kann man diese Homogenität der Kugel genau nachweisen? Dazu eignet sich die Bestimmung ihrer Dichte: Bevor die Siliziumkugel hergestellt werden kann, muss man sicher sein, dass der gezogene Einkristall, der ja ein langer Zylinder ist, an jeder Stelle dieselbe Dichte hat. Hierzu nehmen wir kleine Proben an axial und radial verteilten Stellen aus dem Einkristall und messen nach, ob sich deren Dichte unterscheidet. Grenzen der klassischen Methode Die klassische Methode der Dichtebestimmung eines Festkörpers basiert auf dem Archimedischen Prinzip, das lautet: "Ein in eine Flüssigkeit eintauchender Festkörper verliert scheinbar so viel an Gewicht, wie die von ihm verdrängte Flüssigkeit wiegt." (Archimedes, um 250 v. Chr.) Mit der klassischen Dichtebestimmungsmethode kommt man jedoch bei Präzisionsmessungen sehr schnell an Grenzen, weil der Festkörper immer in einer Flüssigkeit untergetaucht ist und sein Auftrieb bestimmt wird. Dazu muss der Festkörper über eine Aufhängung und einen Draht mit einer Waage verbunden sein. Wo dieser Draht durch die Flüssigkeitsoberfläche tritt, bildet sich ein Flüssigkeitswulst, dessen Form nicht immer die gleiche ist. Das beeinträchtigt ganz wesentlich die Genauigkeit einer echten Präzisions-H ier ist jemand am Telefon, der zur Dichte etwas wissen möchte, können Sie das Gespräch bitte übernehmen?" So oder ähnlich klingen die meisten Anfragen, die bei uns im Labor landen. Und der Fragesteller sprudelt sofort los: Er habe sich eine teure Armbanduhr gekauft, die bis zu zehn Meter Tauchtiefe auch garantiert wasserdicht sein soll -bis zur bösen Überraschung beim ersten Tauchversuch. Er benötige jetzt für einen Rechtsstreit mit der Herstellerfirma dringend ein Fachgutachten über die Dichte der Uhr. Solche Anrufer verwechseln Dichtigkeit mit der physikalischen Größe der Dichte -für uns hat si...

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Zwei Kugeln für Avogadro

Boeddinghaus¹

2007

Nachr Chem

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Kilogramm und Mol: SI-Basiseinheiten für Masse und Stoffmenge

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„Ein Höhepunkt in meinem wissenschaftlichen Leben“

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Präzise Dichtemessungen mit schwebenden Festkörpern: Flotation

Zwei Kugeln für Avogadro

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