Von: Dennis L.
Unveränderliche Temperatur

Boltzmann-Konstante definiert neues Kelvin

Ziel der Wissenschaftler ist es, bis 2018 alle physikalischen Basiseinheiten auf den festen Boden von Naturkonstanten aufzubauen. Deutsche Forscher der physikalische-technischen Bundesanstalt sind diesem Ziel jetzt einen großen Schritt nähergekommen. Sie konnten die Boltzmann-Konstante - über die die Temperatur nach Kelvin bestimmt werden kann - mit einem Dielektrizitätskonstanten-Gasthermometer jetzt so genau bestimmen, dass einer Neudefinition von Kelvin nichts mehr entgegensteht.

Das Kelvin wird neu definiert.
© Rosel Eckstein / pixelio.de

Berlin (Deutschland). Bis jetzt musste Kelvin über den Tripelpunkt des Wassers bestimmt werden, der aber leider keineswegs konstant ist. Am Tripelpunkt ist Wasser gleichzeitig gasförmig, flüssig und fest. Wo genau dieser Punkt jeweils liegt, hängt dabei aber von den Eigenschaften des jeweiligen Wassers ab. Da nun für alle Basiseinheiten des physikalischen Systems Naturkonstanten als Grundlage benutzt werden sollen, gilt das auch für das Kelvin. In diesem Fall ist die Boltzmann-Konstantedie Grundlage.

Die Boltzmann-Konstante

Die Boltzmann-Konstante k gibt an, wie die thermische Energie eines Gases von der Temperatur abhängt. Bedingung des Konsultativ-Komitees für Thermometrie für die Neudefinition des Kelvins ist, dass bei zwei unterschiedlichen und unabhängigen Messmethoden für die Konstante nahezu das gleiche Ergebnis herauskommt. Die erste Messmethode konnte an den Metrologieinstituten Englands, Italiens, Frankreichs, Chinas und der USA durchgeführt werden und erfüllte die geforderte Genauigkeit problemlos. Die zweite Messmethode wurde nun im PTB durchgeführt. Im Jahr 2007 starteten die Forscher das Projekt des Dielektrizitätskonstanten-Gasthermometers, das jetzt ebenfalls die erforderliche Genauigkeit erbringen konnte, wie die Forscher im Magazin IOPscience berichten.

Das Dielektrizitätskonstanten-Gasthermometer

Dieses spezielle Thermometer nutzt die Tatsache, dass Helium als Dielektrikum die Kapazität eines Kondensators verändern kann. Damit kann man nun also die Dichte messen und über die Dichte dann Rückschlüsse auf die Temperatur ziehen. Wichtig für die Tests war eine sehr hohe Gasreinheit, da sonst die nötige Genauigkeit nicht realisierbar gewesen wäre.

Die neue Boltzmann-Konstante k und das neue Kelvin

Nachdem die Tests der deutschen Forscher so erfolgreich verlieren steht der Neudefinition wohl nichts mehr im Wege. Auf dem Weg zum neuen Kelvin wird zunächst CODATA den neuen Wert für k endgültig berechnen. CODATA ist die "CODATA Task Group on Fundamental Constants", eine Expertengruppe, deren Ziel es ist die weltweit ermittelten Werte für Naturkonstanten miteinander zu vereinen und zu einem stimmigen System zu machen. Danach, wahrscheinlich in 2018, ist der Weg für das neue Kelvin dann ganz frei.

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