woensdag 22 februari 2012

De nieuwe kilogram komt er aan

Jaren geleden (begin jaren '90) heb ik eens, als lid van de leerplancommissie chemie, de kans gekregen om een week lang middelbare scholen in Parijs en omgeving te bezoeken.
Dit werd een leerrijke ervaring, vooral om te zien hoe bijvoorbeeld in gerenommeerde scholen zoals het Lycée Henri IV, het wetenschapsonderwijs nog uitgesproken theoretisch werd benaderd. De fysica- en chemielessen werden er gegeven in grote auditoria voor grote groepen leerlingen door een leraar die nauwelijks in interactie kwam met zijn leerlingen. De laboratoriumuitrusting was, vergeleken met waar wij toen al over beschikten, “abominable”.
Ons Vlaams wetenschapsonderwijs was op dat moment al een stukje verder geëvolueerd en stond veel dichter bij de experimentele aanpak die in Engeland gehanteerd werd.

Ik moest aan die ervaring terugdenken toen ik een paar dagen geleden las dat men de eenheid van massa, de kilogram, gaat herdefiniëren.
Want tijdens dat bezoek aan de Parijse scholen kregen we ook de gelegenheid om het eerbiedwaardige Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) in Sèvres bij Parijs te bezoeken.
Daar wordt onder andere de standaard kilogram bewaard. De referentiemassa waarop alle andere massa’s ter wereld geijkt zijn.


En daar stond hij dan te pronken onder een drievoudige luchtledige stolp en opvallend veel kleiner dan ik mij ooit had voorgesteld: een cilindertje van 3,9 cm hoog en 3,9 cm diameter, gemaakt van een legering van 90% platina en 10% iridium, edele metalen die nauwelijks vatbaar zijn voor corrosie.

Nauwelijks vatbaar voor corrosie…maar dus niet helemaal vrij van corrosie!
En inderdaad, sinds de ingebruikname in 1889 is de massa van het cilindertje niet constant gebleven. De reden is waarschijnlijk het weglekken van zuurstof- en stikstofgas dat bij de vervaardiging in het cilindermateriaal werd ingesloten. Daardoor is de massa in ongeveer 100 jaar tijd met 50 microgram afgenomen.
50 miljoensten van een gram, dat is de massa van een zandkorreltje van 0,4mm diameter…

De wetenschappers die van langsom nauwkeuriger zeer kleine massa’s moeten bepalen, vinden dat het daarom tijd wordt om een de eenheid van massa een nieuwe definitie te geven. Een definitie op een constante basis.
Men had dat immers ook al voor de meter gedaan.
Die is al een tijdje niet meer, zoals wij vroeger leerden, de afstand tussen 2 streepjes op een platina-iridiumstaaf die ook in Sèvres bewaard wordt. Maar nu als museumstuk…



De “nieuwe meter” is sinds 1983 de afstand die het licht in vacuüm aflegt in een tijdsinterval van 1/299.792.458 seconde. Daarbij wordt uitgegaan van de constante waarde van de lichtsnelheid c die exact 299.792.458 m/s bedraagt.

Je merkt al dat de nieuwe definities van de standaardgrootheden veel minder aanschouwelijk zijn en veel meer kennis van fysica veronderstellen.
Met de nieuwe kilogram is dat niet anders.
Zoals de meter gedefinieerd is op basis van de lichtsnelheid als vaste constante, zo zal de nieuwe kilogram op basis van een andere vaste constante gedefinieerd worden.
En die vaste constante, is de constante van Planck h = 6,626 068 96.10−34 kg.m2.s-1
Daaruit kan je afleiden dat:

                        h
1 kg = ------------------------
            6,626 068 96.10−34

De eenheid van massa, de kilogram is dus die massa waarvoor de constante van Planck precies de getalwaarde 6,626 068 96.10−34 heeft.

Ingewikkeld nietwaar?
Niets aan te doen, het leven wordt er niet eenvoudiger op.
Gelukkig komt het voor onze dagelijkse massabepalingen niet op een paar microgram aan.
We zijn al blij als we de kilogrammetjes onder controle kunnen houden…

Geen opmerkingen:

Een reactie plaatsen