Physikalische Grundlagen der Maßeinheiten

Das vorliegende Buch ist aus einem physikalischen Seminar hervorgegangen, welches wir mit Kandidaten des Lehramtes fur die Sekundarstufe II an der Ruhr-Universit!t in Bochurn abhielten. Schien die Besprechung der neuen gesetzlichen Einheiten zun!chst ein trockenes Thema zu sein, so wurde das Interesse dadurch ge weckt, daB wir uns besonders urn die Behandlung der physikalischen Grundlagen bemtihten. Das erforderte sofort ein urnfangreiches Li teraturstudiurn. So entstand der Wunsch, das Erarbeitete nicht der Vergessenheit anheimfallen zu lassen, sondern anderen Studieren den (und nicht nur diesen) die Information tiber die HintergrUnde der Wahl unserer Basiseinheiten zu erleichtern. Wir hoffen, daB uns dies gelungen ist. Zur Sache selbst soll nur noch bemerkt werden, daB die MaB einheiten kein erstarrtes System darstellen, sondern jede Verbes serung in der MeBtechnik, sowie die Auffindung neuer Ph!nomene (man denke etwa an den Josephson-Effekt) zu einer Neudefinition von Basiseinheiten ftihren kann. Eine reiche Fundgrube fur Neuent wicklungen ist die Zeitschrift Metrologia. Wir m5chten auch an dieser Stelle Frau Doris Runzer und Frau Dagmar Hake fur die saubere Ausftihrung der Zeichnungen und der Photoarbeiten danken. Frau Ingelore Mildt gilt unser besonderer Dank fur die sorgf!ltige und verst!ndnisvolle Herstellung des Ma nuskriptes. Herrn Dipl.Phys. S. Haun danken wir fUr die Zusammen stellung des Sachregisters.

Inhalt
1 Einleitung.- 2 Größe, Zahlenwert, Dimension, Größengleichung.- 2.1 Größe und Zahlenwert.- 2.2 Größenart und Dimension.- 2.3 Größengleichungen.- 2.4 Winkel.- 3 Basis-Systeme.- 4 Die Einheiten des SI (Système International).- 5 Die Realisierung der Längeneinheit.- 5.1 Historische Entwicklung.- 5.2 Interferometrie.- 5.3 Die Krypton-Standard-Lampe.- 5.4 Die praktische Ausmessung des Meters.- 5.5 Verwendung von Lasern als Wellenlängenstandard.- 5.6 Zukünftige Entwicklung.- 6 Die Realisierung der Zeiteinheit.- 6.1 Ältere Definitionen.- 6.2 Astronomische Definition: die Ephemeriden-Sekunde.- 6.3 Atomphysikalische Definition und Realisierung der Zeiteinheit.- 7 Die Realisierung der Masseneinheit.- 7.1 Masse und Kraft.- 7.2 Gewicht, schwere und träge Masse.- 7.3 Stoffmenge.- 7.4 Das System der Atommassen.- 8 Die Realisierung der Einheit der elektrischen Stromstärke.- 8.1 cgs-System des Elektromagnetismus.- 8.2 Die Internationalen Einheiten von Spannung, Strom und Widerstand.- 8.3 Die SI-Einheiten des Elektromagnetismus.- 8.4 Darstellung des Ampère mittels der Kraft auf eine stromdurchflossene Spule.- 8.5 Darstellung des Ampere mittels des Drehmomentes auf eine stromdurchflossene Spule.- 8.6 Der Josephson-Kontakt als Spannungsnormal.- 8.7 Darstellung abgeleiteter elektrischer Einheiten.- 9 Die Realisierung der Temperatur-Skala.- 9.1 Frühe Entwicklung des Temperaturbegriffs.- 9.2 Temperaturdefinition von Amontons.- 9.3 Die Temperaturskalen von Fahrenheit, Réaumur und Celsius.- 9.4 Die Celsius-Temperatur des idealen Gases.- 9.5 Die thermodynamische Temperaturdefinition.- 9.6 Die statistische Temperatur-Definition.- 9.7 Gasthermometrische Messungen.- 9.8 Andere Thermometer zur Realisierung der thermodynamisehen Temperatur.- 9.9 Die internationale PraktischeTemperaturskala.- 9.10 Normalgeräte der IPTS-68.- 9.11 Realisierung der IPTS oberhalb des Goldpunktes.- 9.12 Die IPTS unterhalb von 13,81 K.- 9.13 Neuere Entwicklungen.- 10 Die Realisierung der Einheit der Lichtstärke.- 10.1 Strahlungsphysikalische Größen.- 10.2 Photometrische Größen.- 10.3 Darstellung der Lichtstärkeeinheit.- 10.4 Sekundäre Standards.- 10.5 Photometer.- Anhang I.- 1 Einleitung.- 2 Elementare Fehlerrechnung.- 2.1 Standardabweichung in einer Serie von Einzelmessungen.- 2.2 Das arithmetische Mittel.- 2.3 Gauß'sches Fehlerfortpflanzungsgesetz.- 2.4 Standardabweichung des arithmetischen Mittels.- 2.5 Gewogenes Mittel.- 2.6 Ausgleichsgerade.- 2.7 Ausgleichsgerade, beide Variable mit Fehlern behaftet.- 3 Einige theoretische Grundlagen der Fehlerrechnung.- 3.1 Relative Häufigkeit, Wahrscheinlichkeit, Wahrscheinlichkeitsdichte, Normalverteilung.- 3.2 Das arithmetische Mittel der Stichprobe.- 3.3.1 Unterschied von Mittelwert und Erwartungswert.- 3.3.2 Verteilungsfunktion einer Summe von Quadraten.- 3.3.4 Die Verteilungsfunktion des Quadrates der Standardabweichung.- 3.3.5 Reduktion der Zahl der Freiheitsgrade.- 4 Statistische Prüfung von Messungen, Tests.- 4.1 Die Tschebyscheff'sche Ungleichung.- 4.2 Die Binomialverteilung.- 4.3 Die Poisson-Verteilung.- Anhang II.- Tabelle abgeleiteter und gesetzlicher Einheiten, sowie von Umrechnungsbeziehungen.- Anhang III.- Tabelle einiger allgemeiner physikalischer Konstanten.- Anhang IV.- Energie-Beziehungen der Atomphysik.

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