Theorieblatt: Masseinheiten, das SI-System

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1 Theorieblatt: Masseinheiten, das SI-System
Das heute weltweit angewandte Einheitensystem ist das SI-System (Système International d‘Unités). Es verwendet die folgenden sieben Basiseinheiten. Meter (m) Ein Meter ist die Länge der Strecke, die Licht im Vakuum in einer 1/ Sekunde durchläuft. Anmerkungen: Die Meterdefinition hängt mit der Definition der Zeiteinheit Sekunde zusammen. Und der Lichtgeschwindigkeit wird ein fester Wert zugewiesen. Die physikalische Realisierung der Längeneinheit geschieht mit Hilfe von Lasern. Sekunde (s) Die Sekunde ist das fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustands von Atomen des Nuklids Cäsium 133 entsprechenden Strahlung. Anmerkungen: Zur physikalischen Realisierung, also Aufrechterhaltung des Frequenznormals, dienen sogenannte Atomuhren. Kilogramm (kg) Ein Kilogramm ist gleich der Masse des internationalen Kilogrammprototyps (Urkilogramm) aus Platin-Iridium. Anmerkungen: Das Urkilogramm befindet sich in Paris. Die staatlichen Metrologieinstitute haben jeder einen nationalen Kilogrammprototyp. Kelvin (K) Das Kelvin ist der 273,16-te Teil der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunkts von Wasser. Anmerkungen: Es gibt einen absoluten Temperaturnullpunkt; thermodynamische Temperatur bedeutet von diesem aus gemessen, in Kelvin. Bei 0,01oC (=273,16 K) und 6mbar koexistieren Eis, Wasser und Wasserdampf. Das ist der sogenannte Tripelpunkt von Wasser. Die Kelvin-Skala ist gegenüber der Celsius-Skala nur verschoben. Temperaturdifferenzen sind das Gleiche in Kelvin und in Grad Celsius. Bei Kelvin heisst es nur Kelvin, nicht Grad Kelvin, die Einheit nur K, im Gegensatz zu oC mit dem hochgestellten Kreis. Als Realisierung der Temperaturskala, als Grundlage zur Eichung von Thermometern, sind neben dem Tripelpunkt von Wasser weitere Fixpunkte (Schmelzpunkte verschiedener Stoffe) festgelegt (ITS-90). Broschüre von metas unter:

2 Was Sie wiedergeben können / sich merken sollten:
Ampere (A) Fliesst durch zwei gerade je ein Meter lange und im Abstand von einem Meter zueinander befindliche Leiter je ein Strom von einem Ampère, so wirkt zwischen diesen beiden Leitern eine Kraft von einem Newton. Anmerkungen: Von den elektrischen Einheiten Volt für Spannung, Ampère für Stromstärke und Ohm für Widerstand muss nur eine definiert werden, die anderen sind dann ableitbar. Einheiten für magnetische Grössen hängen ebenfalls mit denen für elektrische zusammen. Noch ist die Ampère-Definition wie beschrieben gültig. Die elektrischen Einheiten sind heute aber besser auf Quanteneffekte zurückzuführen. Mol (mol) Ein Mol ist die Menge eines Stoffes, die aus ebenso vielen Einzelteilchen (Atomen oder Molekülen) besteht wie Atome in 12g des Kohlenstoffnuklids 12 enthalten sind. Anmerkungen: Eigentlich ist das Mol keine Einheit wie die anderen, sondern eine Zahlenangabe wie z.B. „ein Dutzend“, nur eben eine sehr grosse Zahl, und deshalb nützlich für Angaben von Anzahlen Atome pro Gramm o.ä. Die Anzahl der Atome oder Moleküle pro Mol finden Sie unter den Stichworten Avogadro-Konstante oder Loschmidt-Zahl: NA = 6,022∙1023. Candela (cd) Eine Candela ist die Lichtstärke in einer bestimmten Richtung einer Strahlungsquelle, die monochromatische Strahlung der Frequenz 5,4∙1014 Hertz aussendet und deren Strahlstärke in dieser Richtung 1/683 Watt pro Steradiant beträgt. Anmerkungen: Candela wird aus historischen Gründen noch als Basiseinheit mitgeführt, aber es bräuchte hier neben der Einheit Watt eigentlich keine weitere. Candela: mal unter Basiseinheiten gelernt und nie gebraucht. Bleiben Sie für Aufgabenrechnen und praktische Anwendungen bei Watt. Was Sie wiedergeben können / sich merken sollten: Der Meter ist definiert als die Strecke, die Licht im Vakuum in einem Bruchteil einer Sekunde durchläuft. Dieser Bruchteil liegt in der Grössenordnung 1/ (ein Dreihundertmillionstel). Die Definition der Sekunde basiert auf einem atomaren Übergang von Cäsium. Deshalb braucht es Atomuhren für unsere genaue Zeit. Das mit dem Kilogramm ist einfach (s.o.). Zum Kelvin lernen Sie die Definition „der 273,16-te Teil … des Tripelpunkts von Wasser“ einfach auswendig und wissen Sie: Negative Kelvin gibt es nicht K = ,15 oC, 0 oC = 273,15 K. Eine Temperatur in Grad Celsius plus 273,15 ist diese Temperatur in Kelvin. Ampère gehört zu den Basiseinheiten und ist die Einheit der Stromstärke. Zum Mol lernen Sie die Definition auswendig und wissen die Zahl NA = 6,022∙1023. Vergessen Sie Candela nicht, wenn eine Aufzählung der Basiseinheiten gefragt ist, und wissen Sie, dass es eine Einheit für Lichtstärke ist.