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Wer die genaue Uhrzeit sucht, hat es gar nicht so einfach. Zwar genügt ein Blick auf die Armbanduhr oder eine Wanduhr, um Tag, Stunde und Minute zu erkennen, die exakte Zeit jedoch kann man hiermit nur selten bestimmen. Dies ist lediglich mit einer Atomuhr möglich, die als so genannte Primäruhr die exakteste Zeitangabe ermöglicht.


Atomuhr
Kalender

(Angaben ohne Gewähr)

Mit Atomuhren die Uhrzeit exakt bestimmen

In vielen Bereichen, etwa in der Wissenschaft, ist es wichtig, die Uhrzeit auf die Sekunde genau zu bestimmen. Viele Armbanduhren jedoch weisen Abweichungen von etwa einer Sekunde am Tag auf. Die Atomuhr jedoch, die aufgrund ihrer exakten Zeitbestimmung auch primäre Uhr genannt wird, weist nahezu keine Abweichungen mehr auf. In einer Million Jahre weicht sie von der tatsächlichen Uhrzeit nur noch rund eine Sekunde ab. Somit können Atomuhren als Richtuhren für alle Uhren dieser Erde genutzt werden. Somit greifen sowohl Funkuhren wie auch die Uhren in industriellen Steuereinheiten und sogar die Zeitdarstellung im Fernsehen auf die Zeit der Atomuhr zurück.

So funktioniert die Atomuhr

Grundsätzlich entspricht der Aufbau einer Atomuhr dem Aufbau einer klassischen Uhr und besitzt somit sowohl einen Taktgeber wie auch ein Zählwerk. Um eine genaue Zeitangabe zu erreichen, müssen die Taktgeber jedoch sehr konstant schwingen. Bei Räderuhren werden hierfür Pendel eingesetzt, bei Quarzuhren hingegen tritt das Schwingquarz als Taktgeber auf. In Atomuhren hingegen wird auf derartige Einbauten verzichtet. Hier sorgen Caesium-Atome für einen gleichmäßigen Takt. Durch ihre besondere Eigenschaft, beim Übergang von einem zum anderen Energiezustand elektromagnetische Wellen zu erzeugen, sind sie hierfür bestens geeignet. Wird eine bestimmte Frequenz erreicht, nehmen die Atome sehr viel Energie auf und geben diese schließlich in die andere Richtung wieder ab. Ein Zähler misst, bei welcher Frequenz die meisten Atome den jeweiligen Zustand wechseln, um die Dauer einer Sekunde zu ermitteln. Mit dieser Resonanz ist es möglich, die Frequenz extrem stabil zu halten. Sollte sie doch einmal abweichen, kann eine sofortige Anpassung vorgenommen werden, um dies zu korrigieren.

Die Funktionsweise der Atomuhr in der Übersicht:
– Caesium-Atome als Taktgeber
– Bestrahlung der Atome mit Mikrowellen
– Änderung des Energiezustandes
– Messung, bei welcher Frequenz die meisten Atome ihren Zustand ändern

Geschichtliche Grundlagen zur Atomuhr

Die Geschichte der ersten Atomuhr geht zurück ins Jahr 1945. Zum damaligen Zeitpunkt erforschte der US-Physiker Isidor Rabi das Magnetresonanzverfahren und regte daraufhin den Bau einer Uhr an. Bereits 1949 konnte schließlich eine solche Uhr vorgestellt werden. Als Quelle für den Schwingungsgeber wurden damals Ammoniak-Moleküle anstelle von Caesium-Atomen genutzt, die jedoch die gewünschte Genauigkeit nicht erreichten. 1952 kamen daher erstmals Caesium-Atome zum Einsatz. Die erste Uhr, die hiermit gebaut wurde, erhielt den Namen NBS-1. 1955 konnte schließlich die bis dahin genaueste Uhr hergestellt werden. Als primäre Uhren definierten sie auch erstmals auf der ganzen Welt die Zeitdauer von einer Sekunde. Sie wird seither Atomsekunde genannt, die die Grundlage der Atomzeit darstellt. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig nahm 1969 die Atomuhr CS1 in Betrieb, die seit 1978 die gesetzliche Zeitbestimmung innehatte. Seit 1991 wird diese Aufgabe von der neuen Atomuhr CS2 übernommen, die auch allen Funkuhren sowie dem Internet die exakte Uhrzeit übermittelt.

Die Geschichte der Atomuhren im Überblick:
– 1945: Anregung zum Bau einer exakten Uhr
– 1949: Vorstellung einer Uhr mit dem Taktgeber Ammoniak-Molekühl
– 1952: Weiterentwicklung zur Atomuhr auf Basis von Caesium-Atomen
– 1955: Vorstellung der genauesten Atomuhr und Definition von einer Sekunde
– 1969: Inbetriebnahme der Atomuhr CS1 in Braunschweig
– 1985: Vorstellung der neuen Atomuhr CS2
– 1991: CS2 ist seither für die gesetzliche Zeitbestimmung verantwortlich

Die Zeiten der Atomuhr nutzen

In vielen Situationen ist es wichtig, die genaue Uhrzeit zu kennen. Auch wenn es oftmals im Leben nicht auf eine Sekunde ankommt, ist es doch interessant zu wissen, wie spät es denn ganz genau ist. Wer dies wissen will, kann die genaue Zeit der Atomuhr heute im Internet nachlesen. Die Seiten gleichen ihre Zeit mehrmals täglich mit der Atomuhr ab, um eventuelle Abweichungen schnell korrigieren zu können. Auch moderne Funkuhren greifen mittlerweile auf die Zeit der Atomuhr zurück. Hierzu wird die exakte Zeit über einen Langwellensender ausgestrahlt. In Deutschland kann diese auf 77,5 Kiloherz abgerufen werden. Funkuhren sind ebenfalls mit einem solchen Langwellensender ausgestattet und haben so die Möglichkeit, dieses Signal zu empfangen. Im Anschluss stellen sich diese Uhren immer wieder neu und korrigieren eventuelle Abweichungen von allein. Standuhren, die über eine dauerhafte Stromzufuhr verfügen, greifen üblicher Weise jede Stunde auf die Atomuhr zurück. Bei Armbanduhren mit einer Knopfzellenbatterie wird die Korrektur alle zwei bis vier Stunden vorgenommen. So wird eine immer exaktere Zeit erreicht, die auch jeder Mensch im Alltag für sich nutzen kann.

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