Kilogramm

Das Kilogramm ist die SI-Basiseinheit der Masse. Das Einheitenzeichen des Kilogramm ist kg.

Es ist in mehrfacher Hinsicht eine besondere Einheit. Es ist die einzige SI-Basiseinheit, die nur durch einen Vergleichsgegenstand (Prototyp), das Urkilogramm, festgelegt ist. Der Einheitenname des Kilogramm beginnt mit dem SI-Vorsatz „Kilo“ (v. griech.: chilioi „tausend“); deshalb dürfen dezimale Teile und Vielfache des Kilogramm nicht vom Kilogramm ausgehend mit Vorsätzen oder Vorsatzzeichen gebildet werden, stattdessen leitet man sie vom Gramm ab, das – nach SI-Regeln und Normung – nicht als Millikilogramm bezeichnet werden darf. Ursprünglich hieß das Kilogramm Grave.

Alte Definition

Das Kilogramm war ursprünglich definiert als die Masse eines Kubikdezimeters (dm³.) Wasser bei maximaler Dichte (also bei 3,98 °C) und gegebenem Druck. Allerdings wurde die Einheit Kilogramm damals etwas zu groß dimensioniert. Tatsächlich hat Wasser eine maximale Dichte von nur 0,999975 kg/dm³.

Aktuelle Definition

Seit 1889 bildet das Urkilogramm (das Internationale Kilogrammprototyp) den weltweit einzigartigen Referenzwert für die Maßeinheit Kilogramm. Es wird in einem Tresor des Internationalen Büros für Maß und Gewicht (BIPM) in Sèvres bei Paris aufbewahrt.

Definition: Das Kilogramm ist die Einheit der Masse; es ist gleich der Masse des Internationalen Kilogrammprototyps. [3. Generalkonferenz für Maß und Gewicht (1901), deutsche Übersetzung: DIN 1301 (1985)].

Es handelt sich um einen Zylinder von 39 Millimetern Höhe und Durchmesser, der aus einer Legierung von 90 % Platin und 10 % Iridium besteht. Länder, die dem metrischen System beigetreten sind, also die Meterkonvention unterschrieben haben, sind im Besitz von Kopien dieses Urkilogramms. Das Internationale Komitee für Maß und Gewicht (CIPM) entscheidet darüber, wann diese nationalen Kopien mit dem Urkilogramm verglichen werden. Bisher gab es solche Vergleiche um 1950 und zuletzt um 1990. Hierbei stellte man fest, dass Kopien des Urkilogramm im Laufe der Jahre scheinbar schwerer geworden waren als das Original. Die Ursache dafür ist bisher unbekannt. Die Möglichkeit das vom Urkilogramm z.B. beim Reinigen Atome entfernt oder die Kopien unerkannt Fremdatome anlagerten wird ausgeschlossen. Ein weiterer Erklärungsansatz ist, dass aus der Platin-Iridium-Legierung zum Beispiel Wasserstoff entwichen ist. Ein Mitgliedsland der Meterkonvention kann aber jederzeit seine Kopie zum BIPM bringen lassen, um es mit den Arbeitskopien des BIPM vergleichen zu lassen. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), die neben dem aktuellen deutschen Duplikat des Urkilogramms auch das im Zweiten Weltkrieg beschädigte deutsche originale Urkilogramm und das der DDR besitzt, hat dieses bisher etwa alle zehn Jahre getan. Dennoch ist von den sieben Basiseinheiten des Système International d'Unités (SI-System) das Kilogramm die einzige Größe, die nicht mit einer definierten Messung in einem Labor bestimmt werden kann.

Geplante Neudefinition

Derzeit wird weltweit daran gearbeitet, das Kilogramm so neu zu definieren, dass es von einer Fundamentalkonstante der Physik abgeleitet werden kann. Dieses Vorhaben bekam eine besondere Dringlichkeit, da festgestellt wurde, dass die rund 40 Kopien gegenüber dem Urkilogramm zwischenzeitlich aus bisher ungeklärten Gründen im Mittel eine Massendifferenz von etwa 50 Mikrogramm aufweisen. Da diese Kopien aus dem gleichen Material und immer nach der gleichen Prozedur hergestellt wurden, ist es wahrscheinlicher, dass das eine Urkilogramm leichter geworden ist, als dass seine 40 Kopien schwerer wurden.

Hierbei werden momentan verschiedene Ansätze verfolgt:

• Erstellen einer Kugel hochreinen Siliziums mit einer bestimmten (und abgezählten) Anzahl von Siliziumatomen. Eine derartige Kugel wurde bereits hergestellt und auf Nanometergenauigkeit vermessen. Die gemessene Masse wich allerdings um einen winzigen Betrag von der errechneten Masse ab. Dieses wurde zum Teil darauf zurückgeführt, dass die Isotopenzusammensetzung des Silizium nicht hinreichend genau gemessen werden konnte. Natürliches Silizium besteht aus drei Isotopen mit den Atommassen 28, 29 und 30. Man bemüht sich nun, eine Kugel aus isotopenreinem Silizium-28 herzustellen, was allerdings technisch und finanziell enorm aufwändig ist.
• Ermitteln des Gewichtes eines massebehafteten Körpers durch eine Watt-Waage, wobei mechanische mit elektrischer Leistung verglichen wird. Hierbei werden in zwei Schritten erstens der Strom in einer Spule, mit der in einem Magnetfeld eine magnetische Kraft erzeugt wird und zweitens die durch Bewegung der Spule in diesem Magnetfeld induzierte Spannung gemessen (Strom × Spannung = elektrische Leistung mit der Einheit Watt). Außerdem müssen die Geschwindigkeit der bewegten Spule und die Fallbeschleunigung, die die Gewichtskraft des Gewichtstücks erzeugt, gemessen werden.
• Ermitteln der Masse eines Atoms mit Hilfe eines Ionenstrahls (elektrisch geladener Atome) und Aufsammeln der Ionen zu einer wägbaren Masse. Durch Messung des elektrischen Stroms des Ionenstrahls und der Zeit lässt sich dann die Masse eines Atoms in der Einheit Kilogramm berechnen.

Diese Verfahren sind noch in der Entwicklung und es steht noch nicht fest, welches von ihnen das Urkilogramm ablösen wird.

Siehe auch

• Bes (Einheit)
• Grave
• Größenordnung (Masse)
• Gramm
• Tonne
• Vorsätze für Maßeinheiten

Weblinks

Wiktionary: Kilogramm – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Die PTB als Hüterin der Einheiten
• Internetportal des Internationalen Büros für Maß und Gewicht – engl. und franz.

Die SI-Basisgrößen und ihre Einheiten

Zeit (Sekunde) | Länge (Meter) | Masse (Kilogramm) | Stromstärke (Ampere) | Temperatur (Kelvin) | Stoffmenge (Mol) | Lichtstärke (Candela)