Das Kilogramm und die Watt-Waage

Die Definition des Kilogramms über die Watt-Waage (Kibble-Waage) und deren Funktionsweise werden erklärt. Im Jahr 2019 wurde die SI-Einheit Kilogramm neu definiert, indem sie auf eine Definition des Planckschen Wirkungsquantums zurückgeführt wird. Bei der Watt-Waage wird die Gewichtskraft einer Probemasse duch die Lorentzkraft auf eine Spule in einem Magnetfeld kompensiert. Da die Magnetfeldstärke B und die Länge des Spulendrahtes aus den Gleichungen herausfallen, verbleibt die Gleichheit einer elektrischen Leistung und einer mechanischen Leistung UI = mgv, woraus der Name Watt-Waage folgt. Spannung U und Stromstärke I werden über den Josephson-Effekt und den Quanten-Hall-Effekt auf das Plancksche Wirkungsquantum h zurückgeführt, die Elementarladung e fällt wiederum aus den Gleichugnen heraus. Die Geschwindigkeit v und die Erdbeschleunigung g werden mit Laserinterferometern und Atomuhr gemessen.

Bilder:
NIST-4 Kibble Balance, Credit: J. L. Lee / NIST
Kibble Balance offen, Credit: NIST Museum Collection
The International Prototype Kilogram, aka Le Grand K., Credit: BIPM