Kilogramm

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Einheit
Norm	SI-Einheitensystem
Name	Kilogramm
Einheitenzeichen	$kg$
Beschriebene Größe(n)	Masse
Formelzeichen der beschriebenen Größe(n)	$m$
in SI-Einheiten	SI-Basiseinheit
in CGS-Einheiten	$\mathrm{1\, kg = 10^{3}\, g}$
Benannt nach	griech. chilioi (Tausend) und γράμμα (Buchstabe)
Siehe auch: Gramm

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.

[Bearbeiten] Alte Definition

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

[Bearbeiten] Aktuelle Definition

Das US-Prototyp-Kilogramm, das gegenwärtig als primärer nationaler Standard zur Messung von Masse verwendet wird. Es wurde den Vereinigten Staaten im Jahr 1889 zugeeignet und wird regelmäßig neu zertifiziert und ist zurückzuverfolgen auf den primären internationalen Standard, „das Kilogramm“, das im Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) bei Paris aufbewahrt wird. Dieser internationale Prototyp, der aus Platin-Iridium besteht, wird im BIPM unter Bedingungen aufbewahrt, die 1889 durch die erste CGPM definiert wurden.

Seit 1889 bildet das Urkilogramm (das Internationale Kilogrammprototyp) den weltweit einzigartigen Vergleichswert für die Maßeinheit Kilogramm. 1 kg ist als seine Masse definiert. Es wird in einem Tresor des Internationalen Büros für Maß und Gewicht (BIPM) in Sèvres bei Paris aufbewahrt.

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. Die Internationale Kommission 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. Möglicherweise - so Erklärungsversuche - wurden am Urkilogramm beim Reinigen Atome entfernt, die sozusagen zum Kilogramm gehört haben, oder die Kopien haben unerkannt Fremdatome angelagert. 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), welche neben dem aktuellen deutschen Duplikat des Urkilogramms auch das im zweiten Weltkrieg beschädigte deutsche originale Urkilogramm und das der DDR besitzt, hat dies bisher etwa alle zehn Jahre getan.

[Bearbeiten] 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. Dies 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: 1) der Strom in einer Spule, mit der in einem Magnetfeld eine magnetische Kraft erzeugt wird und: 2) 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.

[Bearbeiten] Präfixe

SI-Präfixe
Name	Yotta	Zetta	Exa	Peta	Tera	Giga	Mega	Kilo	Hekto	Deka
Symbol	Y	Z	E	P	T	G	M	k	h	da
Faktor	10²⁴	10²¹	10¹⁸	10¹⁵	10¹²	10⁹	10⁶	10³	10²	10¹
Name	Dezi	Zenti	Milli	Mikro	Nano	Piko	Femto	Atto	Zepto	Yokto
Symbol	d	c	m	µ	n	p	f	a	z	y
Faktor	10⁻¹	10⁻²	10⁻³	10⁻⁶	10⁻⁹	10⁻¹²	10⁻¹⁵	10⁻¹⁸	10⁻²¹	10⁻²⁴