Nye vægte for det nye kilo

Planck -skalaen fungerer efter princippet om elektromagnetisk kraftkompensation:En vægtkraft på den ene side af vægten afbalanceres af en elektromagnetisk kraft på den anden side. Det betyder, at vægte (såkaldte massestandarder) ikke længere vil være nødvendige. Dette kunne være begyndelsen på udviklingen af ​​en helt ny generation af vægte, der er velegnede til industrien.

Sammen med Technische Universität Ilmenau, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) udvikler en såkaldt Planck-skala. Denne vægt fungerer efter princippet om elektromagnetisk kraftkompensation:En vægtkraft på den ene side af vægten afbalanceres af en elektromagnetisk kraft på den anden side. Det betyder, at vægte (såkaldte massestandarder) ikke længere er nødvendige; til dato, vægte har "fortalt" skalaer, hvor stor massen på skalaen faktisk er (f.eks. 1 kg). Ved udgangen af ​​dette år, forskere vil have adgang til en indledende prototype af Planck -skalaen. På denne måde, der kan foretages en gennemgang af de trin, der stadig er nødvendige for at udvikle skalaen til det punkt, at den er egnet til industriel brug. Dette kunne være begyndelsen på udviklingen af ​​en helt ny generation af vægte, der er velegnede til industrien.

Udviklingen af ​​Planck -skalaen fik fart på den nærliggende omdefinering af kilogrammet:I den nærmeste fremtid, den internationale prototype af kilogrammet, en lille metalcylinder i et pengeskab nær Paris, vil blive forældet. I stedet for, en kilogram definition vil blive brugt, der er baseret på en uforgængelig og uforanderlig naturlig konstant:Plancks konstant h. Navnet "Planck skala" hentyder til denne meget konstante. Når værdien af ​​h er fastslået internationalt, masser bestemmes udelukkende ved måling af elektriske mængder.

En yderligere fordel ved Planck -skalaen er dens kontinuerlige måleområde. Selvom den oprindelige prototype kun vil opnå et måleområde fra 1 mg til 100 g, dens efterfølger, som allerede er planlagt, vil have et område fra 1 mg til 1000 g. Sammenlignelige vægte kan bruges til industrielle vejningsoperationer som såkaldte primære standarder, da ingen kalibrering ved hjælp af standardvægte vil finde sted. På lang sigt, imidlertid, Planck -skalaen kan også bruges til at opnå større nøjagtighed (selv for små masser) end hidtil har været muligt ved hjælp af standardvægte i industrielle applikationer. På denne måde, den ekspertise, der blev opnået hos PTB under udviklingen af ​​Planck -skalaen, vil gavne økonomien generelt og styrke den tyske skalaindustris førende position i hele verden.

Mens PTB overvejer de praktiske resultater og muligheder ved omdefinering af kilogrammet, selve omdefinitionen er endnu ikke fuldført. Som et af verdens førende metrologiske institutter, PTB spiller også en stor rolle i denne omdefinering. To eksperimenter forfølges internationalt for at nå målet om at definere kilogrammet på en sådan måde, at det er baseret på naturlige konstanter:Avogadro -eksperimentet, som vil bestemme antallet af atomer i en næsten perfekt sfærisk krystal lavet af isotopisk rent silicium; og Kibble -balancen (eller wattbalancen), hvor tyngdekraften af ​​en masse i Jordens tyngdefelt kompenseres af en elektromagnetisk kraft. Fordi begge forsøg bestemmer værdien af ​​Plancks konstant, begge tilgange opfylder målet nævnt ovenfor. Mens PTB's tilgang primært er via siliciumsfæren, Kibble -saldoen foretrækkes af NIST i USA og NRC i Canada. Imidlertid, for at kunne tilbyde begge fremgangsmåder til fremtidig formidling af masseenheder til industrien, PTB har - sammen med TU Ilmenau - igangsat prototypeudvikling i Planck -skala (som en version af Kibble -balancen, der er velegnet til industrien).

Institut for procesmåling og sensorteknologi ved TU Ilmenau, som i fællesskab bidrager til udviklingen af ​​Planck -skalaen under videnskabelig ledelse af professor Thomas Fröhlich, er en internationalt førende institution inden for industriel kraftmålingsteknologi, vejningsteknologi og nanometer-præcisions laser-metrologi. I løbet af de sidste ti år har måleinstrumenter blev udviklet på TU Ilmenau, der blev betragtet som den "mest præcise skala i verden". Den viden, der er opnået ved udviklingen af ​​en såkaldt 1 kg prototype-komparator, blev direkte indarbejdet i forskningen på Planck-skalaen. Denne meget nøjagtige massekomparator bruges allerede på nationale metrologiske institutter over hele verden til at sammenligne kilogram prototyper.