Titel: Der internationale Maass- und Gewichtsdienst.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1898, Band 309 (S. 135–140)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj309/ar309037

Allgemeines.
Der internationale Maass- und Gewichtsdienst.

Mit der Annahme des metrischen Systems seitens der meisten Culturvölker trat auch die Forderung auf, möglichste Gleichartigkeit der Grundmaasse und -gewichte zu gewährleisten, damit eine Einheitlichkeit nicht nur dem Namen nach, sondern in der That herbeigeführt würde. Unter diesem Gesichtspunkte wurde durch den sogen. Metervertrag vom 20. Mai 1875 eine internationale Organisation gegründet, welcher die Aufgabe zufiel, Prototype des Meters und des Kilogramms herzustellen und den betheiligten Staaten zuverlässige Copien dieser Urmaasse zu beschaffen, deren dauernde Richtigkeit durch zeitweise Vergleichung mit den Urmaassen gesichert werden soll.

Diese Organisation hat ihren Sitz in Breteuil bei Paris und wird von den betheiligten Staaten unterhalten. Unter den Beamten dieser Organisation stehen die französischen Fachmänner obenan, jedoch sind auch Specialforscher aus anderen Ländern betheiligt.

Die Einrichtungen dieses internationalen Maass- und Gewichts-Bureaus sind selbstverständlich allerbester Art, wie dies die verantwortungsvollen Arbeiten erheischen; trotzdem erfordert die Unterhaltung nur geringe Mittel, welche neben einer einmaligen Aufwendung von 400000 Frcs. jährlich 100000 Frcs. betragen.

Der deutsche Vertreter, Prof. Dr. Förster, Director der Königl. Sternwarte in Berlin, hat sich die hervorragendsten Verdienste sowohl um die Sicherung der Beziehungen im Messen und Wägen als auch besonders um die Ausnutzung der Breteuiler Arbeiten erworben. Seine ständige Beaufsichtigung der Arbeiten der Organisation wie auch seine active Betheiligung an der Verwerthung der gewonnenen Ergebnisse lassen seine Mittheilungen über diese Angelegenheit besonders werthvoll erscheinen, wie sie im Beiblatt zur Zeitschrift für Instrumentenkunde, 1897 Heft 21 und 22, und in den Verhandlungen des Vereins zur Beförderung des Gewerbfleisses, 1898 S. 140 u. ff., veröffentlicht wurden. Das wesentliche Interesse, welches die Technik besonders an der Frage international gleichartiger und gleichwertiger Maasse und Gewichte nimmt, wird eine auszugsweise Wiedergabe der Förster'schen Darlegungen an dieser Stelle begründen.

Es ist bekannt, dass man bei Feststellung der Einheiten des Meters und des Kilogramms sich an feststehende sogen. Naturmaasse anzuschliessen sucht.

Man hat zunächst an den Erdquadranten die Metereinheit angeknüpft, was bis auf etwa 1/10000 gelungen zu sein scheint. Ferner wurde ein Anschluss der Gewichts- oder Masseneinheit gesucht, wie er ähnlich auch beim alten babylonischen Maass da war, nämlich an die Masse dichtesten Wassers, die in einem metrischen Würfel von 1/10 m Seitenlänge enthalten ist. Dieses Bestreben, das System jedes lediglich conventionellen und nationalen Charakters zu entkleiden, hat nun in der Art, wie man die technischen Grundlagen des Systems gestaltete, zur Folge gehabt, dass man auf die Solidität und Dauerhaftigkeit der Verkörperung einen geringeren Werth legte, weil man meinte, schlimmsten Falls würden die Einheiten durch den Anschluss an die Naturmaasse wieder zu finden sein; so kam es, dass man bei aller Sorgfalt, die man dem damaligen Stande der Genauigkeit der Messungen entsprechend anwendete, doch nur etwas ziemlich Unvollkommenes leistete, sowohl in der Verkörperung der Längeneinheit, als der Gewichtseinheit. Ein damals in Gunst stehendes Material, Platin, wurde in recht mangelhafter metallurgischer Darstellung der Stoff für diese beiden Träger der Grundeinheiten des metrischen Systems, und so blieb es denn auch länger als ½ Jahrhundert bei dieser ersten Näherung der Verkörperung der sogen. Natureinheiten durch ihre relativ unvollkommenen metallischen Repräsentanten.

In der Zwischenzeit machte aber das Maass- und Gewichtswesen und überhaupt die feinere Technik der physikalischen Messungen in Frankreich selber, sowie in den anderen Ländern, besonders auch in Deutschland, erhebliche Fortschritte; die Folge davon war, dass um die Zeit, wo das metrische System sich allmählich weiter auszubreiten begann und auch in Deutschland die Frage |136| erwogen wurde, ob man nicht dazu kommen würde, sich an dieses internationale Maass- und Gewichtssystem anzuschliessen, gerade bei den leitenden Fachmännern eine scharf ausgesprochene Abneigung gegen diesen Anschluss hervortrat, und zwar aus Gründen, die besonders energisch an die Arbeiten unseres Bessel anknüpften. Bessel hatte die Einheit des preussischen Maasses mit einer Solidität und einer kritischen Feinheit der Einrichtungen, wie sie damals einzig dastanden, neu begründet. Gauss und Bessel hatten alles Messen und Wägen durch Einführung der feinsten rechnerischen Ausgleichungstechnik zu höherer Vollkommenheit gebracht. Man war hierdurch besonders in Deutschland zu einem bedeutenden Fortschritt gelangt, welchem gegenüber dasjenige, was bei der Begründung des metrischen Systems zu Ende des vorigen Jahrhunderts geleistet war, sich relativ kindlich ausnahm.

Als nun in den 60er Jahren die Schaffung eines einheitlichen Maass- und Gewichtswesens in Deutschland immer dringender wurde, ergab sich gerade in Preussen auf Grund wissenschaftlicher Kritik der grösste Widerstand gegen das metrische System, ein Widerstand, der in der akademischen Wissenschaft fast bis in die neueste Zeit geherrscht hat. Indessen ist es doch zu der Einführung des metrischen Systems gekommen. Preussen nahm aus politischen Gründen von einer Durchsetzung seiner vorzüglich fundirten Längeneinheit Abstand, und man nahm schliesslich jenes internationale, consequent decimal gegliederte System trotz seiner Mängel an, nicht weil, sondern obgleich es jene Naturmaass-Illusionen enthielt.

Gleichzeitig aber wurde sofort bei der Einführung des metrischen Systems in Deutschland, schon bei den ersten Schritten, die geschahen, um dasselbe wissenschaftlich und technisch zu fundiren, der Grundgedanke unserer wissenschaftlichen Welt zum gehörigen Ausdrucke gebracht: dass das metrische System an Haupt und Gliedern reformirt werden müsse, dass insbesondere seine Prototype neu geschaffen werden müssten, und zwar mit Aufgebung des eingebildeten Naturmaass-Anschlusses, und dass auch die Handhabung der Prototype gründlich zu ändern sei. Es war die Parole für die Arbeiten der deutschen Normal-Aichungscommission, internationale Verhandlungen zu führen, vermöge deren allein das Ziel erreichbar war, neue Prototype und entsprechende neue Einrichtungen zu schaffen, vermöge deren eine gemeinsame Controle auch bei der Handhabung solcher neuen gemeinsamen Prototype zu erreichen wäre.

Inzwischen waren auch von internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaften, die bei der grossen Frage betheiligt waren, Anfänge zu solchen Vereinbarungen gemacht worden. So hatte u.a. die von General Baeyer im J. 1864 organisirte Mitteleuropäische Gradmessung bei ihrer zweiten Generalversammlung (1867) den Beschluss gefasst, dass das metrische System im Interesse der Gradmessungen fortan international und den strengsten Anforderungen der Wissenschaft entsprechend gehandhabt werden solle. Schon im August 1870 lud Frankreich zu einer internationalen wissenschaftlichen Versammlung ein. Der Krieg verursachte, dass man erst im J. 1872 in Paris zusammenkam; jedoch erst 3 Jahre nachher, nach vielen Schwierigkeiten und Nöthen, kam endlich am 20. Mai 1875 der sogen. „Pariser Metervertrag“ zu Stande.

Es galt zunächst, neue Prototype von wesentlich vervollkommneter Einrichtung zu schaffen. Dies gelang im Zusammenwirken mit bedeutenden französischen Fachgenossen, unter denen besonders der Chemiker Henri Sainte-Claire Deville zu nennen ist.

Nach 6 Jahren eifriger Arbeit wurden die neuen Prototype aus einer Legirung von 90 Proc. Platin und 10 Proc. Iridium geschaffen. Diese Legirung hat eine sehr grosse Dichtigkeit, eine sehr grosse Elasticität und Festigkeit, eine sehr geringe Magnetisirbarkeit, einen relativ kleinen thermischen Ausdehnungscoefficienten, und sie nimmt eine sehr hohe, chemisch fast unversehrbare, Politur an. In Betracht ihrer ganzen molekularen Constitution verspricht sie nach allem, was die bedeutendsten Chemiker darüber ermittelt haben, die denkbar grösste Gewähr einer säcularen Beständigkeit der Structur und der Dimensionen. Im J. 1880 gelang es, diese ganze Arbeit, einschliesslich der Herstellung von 30 bis 40 sehr genauen Copien des Meter-Prototyps und von 40 Copien des Kilogramm-Prototyps, zum Abschlusse zu bringen. Diese Copien wurden dann als die legalen, nationalen Vertreter der internationalen Prototype an die einzelnen Culturstaaten vertheilt.

Bis zu diesem Zeitpunkte waren 20 Staaten dem Pariser Metervertrage beigetreten, darunter neben allen grösseren europäischen und amerikanischen Staaten auch Japan. Selbst Grossbritannien betheiligte sich an der neuen wissenschaftlichen Vervollkommnung des metrischen Systems, entnahm Prototype, die nachher durch die dortige Gesetzgebung für alle in der Präcisionstechnik Arbeitenden legalisirt wurden. So wurde im J. 1889 bei der ersten, fortan vertragsmässig alle 6 Jahre wiederkehrenden Generalconferenz die Gemeinschaft der Culturstaaten sich der Erreichung der „zweiten Näherung“ des metrischen Systems und der Begründung eines wirklich gemeinsamen Maass- und Gewichtssystems froh bewusst. Es wurde weiterhin beschlossen, dass eine der ferneren Aufgaben des internationalen Central-Bureaus, nämlich die periodische Nachprüfung der Copien der Prototype, schon im J. 1899 ihren Anfang nehmen solle. Und zwar soll diese periodische Controle mit den Kilogramm-Copien derartig beginnen, dass dieselben im J. 1899 sämmtlich wieder mit dem internationalen Prototyp des Kilogramms verglichen werden.

Die internationalen Prototype selber werden von dem Central-Bureau in Breteuil in festen Gewölben und eisernen Schränken aufbewahrt und zwar zugleich mit einigen sogen. témoins, nämlich mit gleichwertigen Copien oder Controlexemplaren. Unter diesen Begleitexemplaren des Prototyps des Meters ist auch eines, das in luftdichtem Verschluss aufbewahrt wird, um auch die unablässigen Wirkungen des Luftdruckes dadurch zu erkennen, dass dieser unter sehr geringem Luftdrucke aufbewahrte Meterstab von Zeit zu Zeit mit den anderen verglichen wird.

Es entsteht nun die Frage, welchen Grad von Sicherheit haben wir jetzt unter allen diesen wesentlich vervollkommneten Bedingungen für die Erhaltung dieser Grundlagen? Sollen wir nun die Idee des Anschlusses an natürliche Gebilde, an solche, die wenigstens nicht denselben Gesetzen der Veränderung unterliegen wie jene metallischen Prototyp-Gebilde, ganz aufgeben? Wir müssen doch sagen, dass die Wahrscheinlichkeit der absoluten |137| Unveränderlichkeit auch bei diesen Prototypen aus Platin-Iridium gering ist, besonders bei dem Kilogramm, dem Vertreter der Masseneinheit. Es wird sich wahrscheinlich nur um die Stetigkeit und das Zeitmaass der Veränderlichkeit, d.h. um die gehörige Kleinheit und Bestimmbarkeit der letzteren in den nächsten Jahrzehnten und Jahrhunderten handeln.

Wir fangen zunächst an, die internationalen Prototype und ihre Copien, die nationalen Prototype, wiederholt unter einander zu vergleichen. Es könnte aber sehr wohl sein, dass Gebilde dieser Art, die auf einem und demselben Bearbeitungswege und aus denselben metallischen Componenten entstanden sind, mit der Zeit mittlere Veränderungen von sehr nahe übereinstimmender Art erfahren, so dass ihre sehr kleinen Unterschiede oder Gleichungen Jahrhunderte lang fast unverändert bleiben könnten, aber durch diese Beständigkeit doch keine Gewähr gegen grössere gemeinsame Veränderungen, wenn auch sehr langsamer Art, bieten würden. An der Bestimmbarkeit solcher langsamen Veränderungen der Maassund Gewichtseinheiten hätte aber die menschliche Gesellschaft doch sehr grosses Interesse. „Alles fliesst“, und wir suchen überall nach dem Beständigen in diesem ewigen Flusse der Dinge.

Die auf der Erdoberfläche gemessenen Abstände bestimmter fester Punkte können thatsächlich keine Bürgschaft für eine Unveränderlichkeit bieten, welche doch Vorbedingung für die Festsetzung ihrer Entfernung als Urmaass sein muss. Vielmehr bleibt anzunehmen, dass unablässig periodische und fortschreitende Aenderungen der Configuration aller Theile des Erdkörpers, insbesondere der Oberflächenschichten, in Folge zweifelloser Temperaturschwankungen und zweifelloser Aenderungen der Elemente der Drehungsbewegung der Erde bestehen. Auch der Anschluss an die Pendellängen, welcher bei der Begründung des metrischen Systems ebenfalls als Controlmittel ins Auge gefasst war, versagt seine Sicherheit gerade in Folge jener Veränderlichkeit der Bedingungen, unter denen die Drehung der Erde, welche uns das Zeitmaass auch für die Pendelschwingungen liefert, sich vollzieht. Um die Mitte des gegenwärtigen Jahrhunderts war der Gedanke aufgetaucht, ob nicht die Wellenlängen desjenigen Lichtes, welches von ganz bestimmten materiellen Configurationen unter ganz bestimmten Temperatur- und sonstigen Bedingungen ausgesendet wird, als Phänomen von ungewöhnlicher Beständigkeit der Dimensionen zu erachten und deshalb der Controle unserer Längeneinheiten dauernd zu Grunde zu legen seien. Bis in die neueste Zeit erschien jedoch der Gedanke, die Meterlänge mit solchen Wellenlängen zu vergleichen, als völlig utopisch, bis der nordamerikanische Physiker Michelson um 1889 diese Möglichkeit nachwies. Das internationale Comité erachtete es sofort als seine Aufgabe, gemeinsam mit diesem ausgezeichneten Physiker die Mittel und Kräfte des Internationalen Maass- und Gewichts-Instituts zu Breteuil bei Paris eine Zeitlang dieser Aufgabe zu widmen. Und so ist denn etwa 1894 in diesem Institut von Michelson und Benoit eine Bestimmung der Verhältnisszahlen ausgeführt worden, welche zwischen der Länge des metrischen Prototyps und den Wellenlängen von drei besonderen Lichtstrahlungen glühenden Kadmiumdampfes obwalten.

Die Lichtstrahlungen des Kadmiums hatten sich, unter zahllosen anderen, bei näherer Prüfung als die vorzugsweise und fast allein geeigneten für derartige Untersuchungen herausgestellt. Bekanntlich erfolgen die Lichtstrahlungen fast aller glühenden Gase zugleich in mehreren verschiedenen Schwingungsgeschwindigkeiten oder Wellenlängen, und diese verschiedenen Wellenlängen sind meistens durch grössere Intervalle, innerhalb deren von der Lichtquelle keine merkliche Strahlung ausgesendet wird, von einander getrennt. Dabei stellt sich jedoch heraus, dass auch die Strahlungen in den vereinzelten Wellenlängen fast immer noch aus Bündeln von solchen Strahlungen zusammengesetzt sind, die mit verschiedenen, wenngleich einander sehr nahe stehenden Wellenlängen vor sich gehen. Dies ergibt sich daraus, dass, wenn man die durch spectrale Zerstreuung oder durch Beugung bewirkte Zerlegung der Strahlungen steigert, auch solche Lichttöne, die in einer bestimmten Farbe einfache oder sozusagen reine Töne zu sein scheinen, sich als zusammengesetzt aus zwei oder mehreren einfachen, einander sehr nahe stehenden Tönen ergeben.

Diese Erscheinung und die Schwierigkeit, die daraus für die Messungen nach Wellenlängen hervorgeht, tritt sehr deutlich bei den Interferenzerscheinungen hervor, bei welchen man durch verschiedene Processe die auf einander folgenden Lichtwellen deutlich beobachten und zählen kann. Sobald die Anzahl dieser Wellen in die Zehntausende geht, werden jene feinen Unterschiede der nur nahezu gleichen Wellenlängen durch Voreilen oder Zurückbleiben der einen Wellenreihe vor der anderen immer deutlicher erkennbar. Bei Vorprüfungen letzterer Art fand man jedoch, dass die vorerwähnten drei Kadmiumstrahlungen sogar bei Lichtwegen von Hunderttausenden von Wellenlängen noch keine Verschiedenheit jener Art erkennen liessen. Diese drei Wellenlängen sind in der bekannten mikrometrischen Einheit von 1/1000 des Millimeters, auf die zweite Decimale abgerundet:

λ1 = 0,64

λ2 = 0,51

λ3 = 0,48.

Die Ergebnisse der Messungsreihen von Michelson und Benoît sind bei + 15° C. die folgenden:

1 m = 1553163,5 λ1

1 m = 1966249,7 λ2

1 m = 2083372,1 λ3

Die Einrichtungen, Methoden und Resultate dieser grossen Messungsarbeit im Einzelnen sind in dem XI. Bande der Travaux et Mémoires du Bureau International des Poids et Mesures näher dargelegt. Die wesentliche Holle dabei spielen die optischen Interferenzerscheinungen, welche zuerst eingehender in den sogen. Newton'schen Ringen studirt wurden, sowie diejenigen Ortsveränderungen dieser Erscheinungen, welche eintreten, sobald man die minimalen Abstände der spiegelnden Flächen, die diese Interferenzen hervorrufen, langsam ändert und dabei die Anzahl der Vorübergänge der verschiedenen hellen und dunklen Phasen jener Interferenzerscheinungen an bestimmten Stellen eines Gesichtsfeldes zählt.

Die Genauigkeit, mit welcher die obigen Bestimmungen der Metereinheit in Wellenlängen erfolgt sind, lässt sich auf eine Fehlergrenze von etwa einer halben Wellenlänge, also wenigen Zehnteln der mikrometrischen Einheit (0,001 mm) schätzen. In nicht zu langer Frist werden |138| mit einigen Verbesserungen der Einrichtungen im Internationalen Maass- und Gewichts-Institute die Messungen wiederholt werden, und voraussichtlich wird man dann auch an anderen Stellen ähnliche Bestimmungen ausführen, so dass man mit Sicherheit erwarten kann, um die Wende des Jahrhunderts die Anzahl der Wellenlängen von ganz bestimmten Lichtquellen, welcher die Längeneinheit äquivalent ist, mit vollster Sicherheit bis auf Zehnmillionstel der Einheit sichergestellt zu sehen. Hiernach ist in der That eine säculare Controle für die Unveränderlichkeit der Längeneinheit mit derselben Genauigkeit, mit welcher man Metermaasse ersten Ranges unter einander vergleichen kann, gesichert; denn wenn man nach einigen Jahrzehnten und später vielleicht nach Jahrhunderten die in Platin-Iridium ausgeführten Prototype des Meters aufs Neue mit den Wellenlängen vergleicht, kann man die feinsten Aenderungen, welche diese metallischen Verkörperungen der Einheit erfahren könnten, bestimmen und in Rechnung stellen, allerdings unter der immerhin plausiblen Voraussetzung, dass die unter ganz präcisen Bedingungen bestimmten Wellenlängen gewisser Lichtquellen in den Jahrtausenden keine merkliche Veränderung erfahren.

Diese Einordnung der Wellenlängen des Lichtes in die Grundlagen des metrischen Systems hat aber auch sofort grosse Vortheile für das gesammte Gebiet der feinsten Messungen und auch für die künftige Erlangung natürlicher Controlbedingungen der Beständigkeit der metallischen Verkörperung der Masseneinheit unmittelbar eröffnet. Es ist zunächst möglich geworden, regelmässig geformte Körper, wie Würfel aus Glas u. dgl., durch optische Interferenzmessungen mit Hilfe der metrischen Werthe gewisser Wellenlängen nunmehr auch in cubisch-metrischem Maasse mit einer Genauigkeit auszudrücken, welche es endlich gestattet, durch Eintauchen solcher gläsernen Würfel in reinstes und dichtestes Wasser und durch Wägung des Gewichtsverlustes die Beziehungen zwischen der Masse eines Platin-Iridium-Kilogramms und der Masse des in einem Cubikdecimeter enthaltenen Wassers fast bis auf 1/1000000 der Masseneinheit zu ermitteln. Diese Arbeit ist im Laufe des letzten Jahres in dem Internationalen Maass- und Gewichts-Institut zum ersten Mal ausgeführt worden. Ihre Ergebnisse sind noch nicht als definitiv zu erachten, und Vervollständigungen sind vorbehalten; doch darf schon jetzt gesagt werden, dass man nun endlich mit einiger Sicherheit weiss, welches Verhältniss zwischen der Litereinheit, d.h. dem Raumgehalte: einer der Masse des Kilogramm-Prototypes äquivalenten Masse reinsten und dichtesten Wassers und andererseits dem auf der linearen Einheit aufgebauten Raumgehalte des Cubikdecimeters obwaltet. Die in den letzten Jahrzehnten auf diese Bestimmung gerichteten Untersuchungen hatten bereits wahrscheinlich gemacht, dass das Liter merklich grösser ist als ein Cubikdecimeter oder 1000 cc, während bei der Begründung des metrischen Systems die Identität der beiden Raumgehaltseinheiten angenommen und als eine der wesentlichen Grundlagen der metrischen Praxis in den Definitionen festgesetzt worden war. Unter anderem hatte Prof. Weinstein aus den aräometrischen Arbeiten der Kaiserl. Normal-Aichungs-Commission zu Berlin durch feine Capillaritätsuntersuchungen bereits gefolgert, dass das Liter um etwa 1/12000 seines Betrages grösser sei als 1000 cc, und Prof. Mendelejeff in St. Petersburg hatte neuerdings als das Resultat seiner bezüglichen Untersuchungen mitgetheilt, dass das Liter um etwa 1/6000 seines Betrages grösser sei als 1000 cc. Nach den vorläufigen Ergebnissen der auf Lichtwellenlängen beruhenden Messungen des Internationalen Instituts scheint das Liter in Wirklichkeit sehr nahe um 1/10000 seines Werthes grösser zu sein als 1000 cc. Es wird also vielleicht möglich sein, die erste Annäherung an die Bestimmung dieses Verhältnisses, welche am Ende des vorigen Jahrhunderts bei der Einführung des metrischen Systems darin bestanden hat, dass man das Liter gleich 1000 cc setzte und dadurch für viele Messungsaufgaben eine sehr grosse Vereinfachung herbeiführte, am Ende dieses Jahrhunderts durch eine zweite Annäherung abzulösen, bei welcher man diese Identität für die feinsten Messungen fallen lässt und dafür bis auf weiteres die Bestimmung einträgt: 1 l = 1000 cc (1 + 1/10000) oder gleich 1 cbdm + 100 cbmm, während man bei allen Messungen in der gewöhnlichen Praxis, besonders in Handel und Verkehr, die erste Annäherung des metrischen Systems ohne Bedenken mit allen ihren Vorzügen bestehen lassen kann, da bei den gewöhnlichen Operationen schon die Unsicherheit der Temperatur und die Unmöglichkeit ihrer genauen Berücksichtigung eine feinere Angabe ganz illusorisch machen. Für zahlreiche genauere Maassbestimmungen der Technik und der Wissenschaft wird aber die neue Bestimmung von grossem Werthe sein, insbesondere auch für manche elektrotechnische Zwecke, bei denen man Fehler von 1/10000 der Einheiten nicht mehr vernachlässigen kann.

Die jetzt mit hoher Genauigkeit erlangte Kenntniss des metrischen Werthes der Lichtwellenlängen hat aber noch eine andere sehr wichtige Maassbestimmung ermöglicht, welche für die mikrometrische Praxis, z.B. im Gebiete der Optik, der Elektricität, überhaupt der Molekularphysik und auch der Biologie, von ähnlicher fundamentaler Bedeutung sein wird, wie die gemeinsame Festsetzung und Sicherung der Metereinheit für die makrometrische Praxis, nämlich die einheitliche Bestimmung der Millimetereinheit. Diese war bis jetzt aus der Meterlänge an verschiedenen Stellen auf dem gewöhnlichen Wege der Untersuchungen der Eintheilung eines Meters abgeleitet worden; aber wenn man die verschiedenen sogen. Normalmillimeter, welche an jenen, verschiedenen Stellen gefunden worden waren, direct unter einander verglich, ergaben sich sehr starke Unterschiede. Während die zu Grunde gelegten Meterlängen bis auf 1/1000000 ihres Werthes übereinstimmten, wichen die aus denselben gefundenen Millimeterlängen bis auf Tausendstel, in manchen Fällen bis auf mehrere Tausendstel ihres Werthes von einander ab, und zwar in völlig erklärlicher Weise dadurch, dass eben die gewöhnliche Operation des Ueberganges von einem Meter auf ein Millimeter eine sehr umständliche ist und Anlass zu sehr starker Anhäufung von Messungsfehlern gibt. Es ist nun gelungen, die Millimetereinheit und sogar die Länge von einem Centimeter auf dem umgekehrten Wege aufzubauen, nämlich sie durch einfache Zählungen von Wellenlängen der drei bei der fundamentalen Bestimmung des metrischen Werthes der Wellenlängen zu Grunde gelegten Lichtarten des Kadmium bis auf kleine Bruchtheile einer Wellenlänge, also etwa |139| bis auf ein oder zwei Hunderttausendstel des Millimeters in genauem metrischen Maasse auszudrücken, und zwar hat hierbei das sehr genau bestimmte Verhältniss der drei Wellenlängen zu einander eine ausserordentlich wesentliche Controle geliefert, so dass ein sehr hoher Grad von Zuverlässigkeit dieser Bestimmung erreicht ist. Zum Glück hat sich herausgestellt, dass das Normalmillimeter, welches bisher von dem Internationalen Institut auf dem gewöhnlichen Wege abgeleitet worden war, nahe bis auf 1/10000 seines Betrages richtig war, so dass in allen bisher darauf begründeten Angaben keine in Betracht der bezüglichen Genauigkeitsgrenzen irgend erhebliche Aenderung erforderlich ist.

Es ist nunmehr durch das optische Verfahren ein wahres Prototyp des Millimeters und des Centimeters geschaffen worden.

Da bereits früher nicht bloss von wissenschaftlicher Seite, sondern auch von Seiten der englischen Maass- und Gewichtsbehörde der dringende Wunsch ausgesprochen worden war, dass solche Normalwerthe der mikrometrischen Einheiten von dem Internationalen Institut in ähnlicher Weise verausgabt werden möchten wie die Prototype des Meters, so wird nunmehr in dieser Richtung vorgegangen werden. Es werden zur Zeit Normalscalen ausgegeben, welche 100 mm enthalten, und bei denen mindestens 10 mm so genau untersucht und an die Prototyplänge des Millimeters und des Centimeters so nahe angeschlossen sind, dass sie die Kenntniss dieser Einheiten für alle Mikrometermessungen nunmehr in übereinstimmender Weise sichern werden.

Für diese Verkörperung der mikrometrischen Einheiten war es nun aber von grosser Bedeutung, auch das geeignete Material zu besitzen. Ausser den Platin-Iridium-Scalen, welche sehr kostspielig sind, und deren Eintheilung auch gewisse Erschwernisse bietet, gab es bisher eigentlich kein vollkommen einwandfreies Material von einer genügenden Homogenität und Unveränderlichkeit der Oberfläche, um so feine Strichtheilungen andauernd für die genaueste Messung darzubieten. Insbesondere waren die bisher überwiegend für Auftragung von Feineintheilungen benutzten Silberlegirungen sehr schweren Uebelständen unterworfen. Die Verunreinigung der Fläche ging meistens besonders da, wo Gas gebrannt wurde, ausserordentlich rasch vor sich; die Striche konnten nicht die höchste erreichbare Feinheit haben, und ihre scheinbare Gestalt und Lage änderte sich nicht bloss bei jeder Reinigung der Fläche, sondern auch bei irgend erheblichen Veränderungen der Intensität und Richtung der Beleuchtung, und zwar um sehr erhebliche Beträge. Als Ergebniss vieler Bemühungen, welche auf die Herstellung geeigneter Metallflächen für jene feinen Zwecke gerichtet waren, hatte sich endlich herausgestellt, dass Flächen aus sehr reinem Nickel eine sehr hohe Politur annahmen und die Aufbringung, sehr feiner und regelmässiger Striche gestatteten. Schliesslich aber haben diese Untersuchungen noch eine Art von Legirungen mit Nickel als besonders geeignet nicht bloss in der vorerwähnten Beziehung, sondern auch hinsichtlich sonstiger wichtiger Eigenschaften erkennen lassen.

Schon seit längerer Zeit war das Internationale Institut vom Comité damit betraut worden, nicht bloss für die Mikrometerscalen, sondern auch für sonstige Messungszwecke nach Metallegirungen zu forschen, welche für gewisse Zweige der wissenschaftlichen und feinsten technischen Praxis, insbesondere auch für die Messtangen geodätischer Grundlinien, geeignet wären. Das Material der Prototype erschien hierfür viel zu kostspielig. Anfangs schien auch für solche Zwecke reines Nickel manche Vorzüge zu besitzen. Die weitere Prüfung der Nickel-Legirungen hat jedoch in dieser Richtung zu ganz unerwarteten, sehr wichtigen Ergebnissen geführt.

Es sind insbesondere die Nickel-Stahl-Legirungen, welche nunmehr in den Vordergrund des bezüglichen Interesses getreten sind. Schon der englische Forscher Hopkinson hatte gewisse Besonderheiten dieser Legirungen, unter anderen die Erscheinung aufgefunden, dass die thermischen Ausdehnungscoëfficienten gewisser Nickel-Stahl-Legirungen von dem Ausdehnungscoëfficienten der beiden Componenten Nickel und Stahl (Stahl 10,3 Millionstel für 1 Centigrad und Nickel 12,5 Millionstel für 1 Centigrad) stark abwichen und sich demjenigen der Kupfer-Legirungen näherten. Bei den von dem Internationalen Institute unternommenen vollständigeren Untersuchungen fand Dr. Benoît das letztere bestätigt, und bei der Dr. Guillaume von ihm übertragenen weiteren Verfolgung der Sache entdeckte der letztere ein überaus merkwürdiges Verhalten der verschiedenen Nickel-Stahl-Legirungen hinsichtlich der Wärmeausdehnung. Mit zunehmendem Nickelgehalt steigt der Ausdehnungscoëfficient der Nickel-Stahl-Legirungen von 10,3 bei reinem Stahl bis auf 17,5 bei 24 Proc. Nickel auf 76 Proc. Stahl, sinkt aber dann ziemlich schnell, wenn auch stetig, bis auf etwa 0,88 bei 35,7 Proc. Nickel herab, um von da an bei 44,4 Proc. Nickel wieder bis auf 8,5 zu steigen und bei 100 Proc., also reinem Nickel, 12,5 zu erreichen. Einen ähnlichen, wenn auch nicht so starken Gang lässt die Dichtigkeit und die Elasticität der Legirungen erkennen, wie folgendes Täfelchen zeigt:


Nickelgehalt
Dichtigkeit
bei 0°
Elasticitäts-
modul
0,0 Proc. 7,84 22,0
24,0 8,06 19,3
31,4 8,01 15,5
35,7 8,10 14,7
44,4 8,12 16,4
100,0 8,85 21,6

Man sieht in der Columne der Dichtigkeiten, wenn man das Anwachsen der Dichtigkeit von 0 bis 100 Proc. berücksichtigt, dass offenbar eine Art von Minimum in der Nähe der Legirung von kleinster thermischer Ausdehnung stattfindet. Noch deutlicher tritt in den Werthen des Elasticitätsmoduls ein Minimum bei 35,7 Proc., also in der Nähe des Minimums des ersten Ausdehnungscoëfficienten ein.

Die Nickel-Stahl-Legirungen, insbesondere diejenigen mit der kleinsten thermischen Ausdehnung, nämlich mit einer Ausdehnung von kaum dem zehnten Theile der Ausdehnung des Platins und kaum dem zwölften Theile desjenigen des Eisens und des Stahls, bei der immer noch sehr ansehnlichen Elasticität und bei der Fähigkeit dieser Legirung, eine sehr befriedigende Politur anzunehmen und die Auftragung sehr feiner und regelmässiger Striche zu gestatten, werden eine ungemein hohe Bedeutung für viele wissenschaftliche und technische Anwendungen erlangen.

Von ausserordentlichem Interesse ist in den Untersuchungen |140| von Dr. Guillaume, die übrigens noch in der Fortsetzung begriffen sind, der Nachweis sehr merkwürdiger Beziehungen zwischen den magnetischen Eigenschaften der verschiedenen Nickel-Stahl-Legirungen und den Temperaturen und Ausdehnungscoëfficienten. Hier scheinen sich besonders tiefe Einblicke in die molekularen Zustände derartiger Systeme zu eröffnen. Der bei den Legirungen benutzte Stahl hat in sehr gleichmässiger Weise aus Eisen und wenigen Procenten Kohlenstoff und nur in einigen Fällen mit Beimischung von wenigen Procenten Chrom bestanden. Kleine Unterschiede der letzteren Beimischung sind von keiner relativ wesentlichen Bedeutung für die vorerwähnten Eigenschaften der verschiedenen Nickel-Stahle gewesen.

Es war von vornherein wahrscheinlich, dass so ungewöhnliche Abnormitäten des Verhaltens und des Verlaufes der thermischen Ausdehnung jener Legirungen mit einer gesteigerten Abhängigkeit der Dimensionen der bezüglichen Molekularsysteme von der Zeit verbunden sein würden, ganz ähnlich, wie es sich auch bei den neueren Arbeiten, insbesondere bei den in Jena gemachten Erfahrungen und Entdeckungen, hinsichtlich der thermischen Ausdehnung des Glases und der Abhängigkeit seiner Dimensionen von der Zeit herausgestellt hat, wobei ja auch ganz abnorme Werthe der Ausdehnungscoëfficienten gefunden worden sind.

Dr. Benoît und Dr. Guillaume haben auch sofort die merkwürdige Aehnlichkeit hervorgehoben, welche in dieser Beziehung zwischen dem Nickel-Stahl und dem Glase obwaltet.

Es werden also gerade die durch ihre geringe Ausdehnung wichtigsten Nickel-Stahl-Legirungen grosse Vorsicht in Betreff der im Verlaufe der Zeit eintretenden Veränderungen ihrer Dimensionen erfordern; doch scheint es nach den bereits auch hierauf gerichteten Untersuchungen von Dr. Guillaume, als ob man durch eine geeignete Folge von Wiedererhitzungen und Abkühlungen auch für jene Uebelstände bis auf sehr kleine Restbeträge allmählicher Nachwirkungen Abhilfe schaffen wird, so dass die allmählichen Veränderungen alsdann für 1 m im Laufe einiger Monate nur wenige Tausendstel des Millimeters betragen können.

Nachtheile des aussergewöhnlichen Verhaltens der Nickel-Stahl-Legirungen gegen Temperaturänderungen bestehen darin, dass diese Beziehungen zur Temperatur nicht im strengsten Sinne „umkehrbar“ sind, dass nämlich die Dimensionsänderungen, welche bei diesen Legirungen durch die Temperaturänderungen hervorgebracht werden, bei der Rückkehr zu einer und derselben Temperatur nicht geschlossen in sich zurückkehren. Ein Maasstab aus einer solchen Legirung hat bei einer und derselben Temperatur verschiedene Längen, je nachdem er diese Temperatur durch unmittelbar vorhergehende Abkühlung oder Erwärmung erreicht hat, und je nach der Dauer und Stärke derselben. In gewissem Grade beherrscht dieses Gesetz der sogen. „Nachwirkungen“ die ganze Körperwelt. Diejenigen Gebilde, welche demselben am wenigsten unterworfen sind, so dass für unsere feinsten Messungen bisher bei nicht allzu grossen Temperaturschwankungen keine Spur davon hervorgetreten ist, sind die geeignetsten Träger der so beständig als möglich festzulegenden Einheiten, und das Platin-Iridium besitzt jene edle Eigenschaft in besonderer Weise. Die Legirungen bis zu 25 Proc. Nickel haben hinsichtlich der Abhängigkeit ihrer Dimensionen von den Nachwirkungen ihrer vorangegangenen Schicksale die ungünstigsten Eigenschaften; dagegen sind die Legirungen mit Nickelgehalt zwischen 25 und 40 Proc., zu denen die von der unmittelbaren Temperatureinwirkung unabhängigsten gehören, viel weniger als jene den Nachwirkungen unterworfen, zumal wenn man durch eine besondere Reihenfolge von Erwärmungs- und Abkühlungsprocessen das Spiel, ihrer inneren Molekularänderungen sozusagen stetig beweglicher macht.

Beispielsweise wird folgende Bilanz zwischen Nachtheilen und Vortheilen als eine sehr günstige bezeichnet werden können. Bei den feinsten Grundlinienmessungen der Geodäten, z.B. mit Messtangen aus Eisen, bestand bisher die Genauigkeitsgrenze wesentlich in der Schwierigkeit, die genaue Temperatur der Messtangen bei den Messungen im Freien zu kennen. Wollte man z.B. eine Grundlinie von 10 km Länge bis auf 1 cm, also bis auf 1/1000000 ihrer Länge, kennen, so gehörte dazu, abgesehen von der Berücksichtigung anderer Fehlerquellen, eine Kenntniss der Temperatur, welche die Messtangen bei der Messung hatten, bis auf das Zehntel des Centigrades.

Mit Messtangen aus dem wenigst ausdehnbaren Nickel-Stahl wird man die Erleichterung geniessen, die Temperatur nur auf 1 bis 2 ganze Centigrade kennen zu müssen. Dafür hätte man dann nur in den Kauf zu nehmen, dass die Länge der Messtangen noch Nachwirkungen unterliegt, die möglicher Weise während eines Monats 1/1000000 der Länge erreichen. Aber die Berücksichtigung dieser Fehlerquelle könnte fast vollständig durch sorgfältige, am Anfang und am Ende des Monats ausgeführte Vergleichungen der Stangen mit Prototypen und durch rechnerische Einführung ihres zeitlichen Verlaufes in der Reduction der Messungen gesichert werden.

Nicht bloss bei Längenmessungen, sondern auch bei zahlreichen technischen Anwendungen werden die Vorzüge der Nickel-Stahl-Legirungen grosse Bedeutung gewinnen. Ein besonderes Gebiet vortheilhaftester Anwendung derselben wird die Zeitmessung bilden. Sowohl Pendeluhren als Chronometer und Taschenuhren werden durch den eigenartigen Verlauf der Ausdehnung der Legirungen dieser Art für ihre Compensationsaufgaben jedenfalls erhöhte Sicherung gewinnen.

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