Kilogramm: Definition und Geschichte
Das Kilogramm (kg) ist die SI-Basiseinheit der Masse. Seit dem 20. Mai 2019 ist es nicht mehr über einen Metallzylinder, sondern über den festgelegten Zahlenwert der Planck-Konstante h = 6,62607015 × 10⁻³⁴ J·s definiert.
- Symbol
- kg
- Art
- SI-Basiseinheit der Masse
- Definition seit
- 20. Mai 2019 (Planck-Konstante)
- Planck-Konstante h
- 6,62607015 × 10⁻³⁴ kg·m²/s (exakt)
- Urkilogramm
- 1889–2019, Platin-Iridium, 39 mm hoch und breit
- Deutscher Prototyp
- Nr. 52, PTB Braunschweig
- 1 kg Wasser
- ca. 1 Liter (bei 4 °C)
Die Definition seit 2019
Auf der 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) wurde im November 2018 beschlossen, alle SI-Basiseinheiten auf Naturkonstanten zurückzuführen. Für das Kilogramm ist das die Planck-Konstante: Ihr Wert ist exakt auf 6,62607015 × 10⁻³⁴ J·s festgelegt. Da 1 J·s = 1 kg·m²/s ist und Meter und Sekunde bereits über Lichtgeschwindigkeit und Cäsium-Frequenz definiert sind, ergibt sich daraus das Kilogramm. In Kraft trat die neue Definition am Weltmetrologietag, dem 20. Mai 2019.
Im Alltag hat sich dadurch nichts verändert: Ein Kilogramm ist so schwer wie vorher. Der Vorteil liegt darin, dass die Einheit nun überall und jederzeit realisiert werden kann, ohne Abhängigkeit von einem einzigen Gegenstand.
Das Urkilogramm
Von 1889 bis 2019 war das Kilogramm die Masse des Internationalen Kilogrammprototyps, eines Zylinders aus 90 % Platin und 10 % Iridium mit 39 mm Höhe und Durchmesser. Er liegt unter drei Glasglocken beim BIPM in Sèvres bei Paris. Die Mitgliedsstaaten erhielten nummerierte Kopien; Deutschlands nationaler Prototyp Nr. 52 wird bei der PTB in Braunschweig verwahrt.
Das Problem: Vergleiche zeigten, dass die Kopien gegenüber dem Original im Lauf von rund 100 Jahren um bis zu etwa 50 Mikrogramm auseinandergedriftet waren. Ob das Original leichter oder die Kopien schwerer wurden, ließ sich prinzipiell nicht feststellen – es war ja per Definition genau 1 kg.
Wie wird das Kilogramm heute realisiert?
- Kibble-Waage (früher Wattwaage): vergleicht die Gewichtskraft eines Massestücks mit einer elektromagnetischen Kraft, die über Quanteneffekte mit h verknüpft ist.
- Röntgen-Kristalldichte-Methode: Man zählt die Atome in einer nahezu perfekten Kugel aus hochangereichertem Silizium-28. Die PTB war an diesem internationalen Avogadro-Projekt maßgeblich beteiligt.
- Für Waagen in Handel und Industrie bleiben kalibrierte Gewichtsstücke aus Edelstahl die praktische Referenz.
Kilogramm im Alltag
Ein Liter Wasser wiegt fast genau 1 kg – das war ursprünglich auch die Idee der Definition von 1795. Umrechnungen in Pfund, Unzen oder Stone liefert der Gewichtsumrechner; 1 kg entspricht 2,2046 lb (siehe Pfund). Wichtig: Das Kilogramm ist eine Einheit der Masse, nicht der Kraft – mehr dazu unter Gewicht und Masse.
| Einheit | Wert |
|---|---|
| 1 Tonne (t) | 1.000 kg |
| 1 Kilogramm (kg) | 1.000 g |
| 1 Gramm (g) | 1.000 mg |
| 1 kg in Pfund (lb) | 2,2046 lb |
| 1 kg in Unzen (oz) | 35,27 oz |
Häufige Fragen
Wie ist das Kilogramm definiert?
Seit 2019 über den exakt festgelegten Wert der Planck-Konstante h = 6,62607015 × 10⁻³⁴ kg·m²/s, zusammen mit den Definitionen von Meter und Sekunde.
Wo liegt das Urkilogramm?
Im Internationalen Büro für Maß und Gewicht (BIPM) in Sèvres bei Paris. Es ist seit 2019 nicht mehr die Definition, wird aber weiter aufbewahrt.
Ist ein Kilogramm seit 2019 schwerer oder leichter?
Weder noch. Der Wert von h wurde so gewählt, dass das neue Kilogramm im Rahmen der Messunsicherheit genau dem alten entspricht.
Wiegt ein Liter Wasser genau 1 kg?
Fast: Bei 4 °C sind es rund 0,99997 kg, bei Raumtemperatur etwa 0,998 kg.
Quellen
- BIPM – SI-Broschüre, 9. Auflage (2019)
- PTB – Physikalisch-Technische Bundesanstalt
- CGPM-Resolution 1 (2018)