Waage

Dieser Artikel befasst sich mit Geräten und Methoden zum wägen oder abwiegen. Andere Bedeutungen siehe unter Waage (Begriffsklärung).

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Eine Waage (engl. Balance, Weighting System) misst, wie schwer ein Gegenstand ist. Sie bestimmt entweder die Gewichtskraft (Gewicht) oder Masse eines Körpers.

Das Gewicht hängt von der Anziehungskraft an einem bestimmten Ort auf den Körper ab und wird mit einer Federwage bestimmt. Die Messeinheit ist das Newton oder (veraltet) das Pond.

Die Masse wird durch den Vergleich der Masse bekannter Körper bestimmt. Die Einheit ist das Kilogramm.

Obwohl Gewicht und Masse physikalisch zwei völlig verschieden Größen darstellen, ist eine Unterscheidung im Alltag selten notwendig. Ohne die Genauigkeit allzu sehr einzuschränken, lassen sich die Mess-Skalen auch von Federwaagen in Kilogramm eichen.

Mechanische Waagen

Wiegen: Gewichtskraft

Federwaagen messen mittels Längung (Ausdehnung) einer Feder oder mittels einer anderen abzulesenden Kraft. Solche verwandten Messprinzipe basieren ebenfalls auf Verformungsmessung, beispielsweise mit Membranen, Kraft-Sensoren, Kraftmessdosen, [ [Piezoeffekt]] oder Ringtorsion.

Es gibt Federwaagen und Kraftmessung für verschiedene Messbereiche. Beispiele:

• Haushaltswaage, ein Handgerät bis etwa 10 kg; die einfache Federwaage wird (volkstümlich) auch "Lumpenwaage" genannt.
• Küchenwaage und Babywaage, bis 5 oder 10 kg
• Personenwaage für das Körpergewicht (meist bis 150 kg, Genauigkeit 0,5-3 kg).
• Standgeräte für industrielle Zwecke oder im Handel.
• Membranwaagen und Barometer
• Mikrowaagen und Präzisions-Federwaagen für Labors, Physikunterricht etc., Genauigkeiten 0.5% bis 0.1%.

Datei:Balkenwaage.JPG

Balkenwaage

Briefwaage

Wiegen: Masse

Die Masse eines Körpers wird durch den Vergleich mit Standard-Gewichten bestimmt.

• Eine Balkenwaage misst die Balance zweier Gewichte. Im einfachsten Fall ist es ein im Drehpunkt gelagerter Waagebalken, der an den Enden zwei Schalen trägt. Die Referenzgewichte für Apothekerwaagen beginnen bei 0,1 mg, und enden bei 10 kg für Marktwaagen.
• Eine Zeigerwaage misst die Auslenkung eines Gewichts an einem Hebelarm, sie Abbildung der Briefwaage.
• Eine Schnellwaage (Laufgewichtswaage, römische Waage) besitzt zwei ungleiche Hebelarme, an derem längeren das Ausgleichsgewicht verschoben wird.
• Eine Dezimalwaage arbeitet ähnlich wie eine Schnellwaage mit dem Unterschied, dass der Hebelarm für das Gewicht 10-mal länger ist als der für das Wiegegut. Mit einem 10 kg Referenzgewicht kann ein Körper von 100 kg ausgemessen werden (siehe auch Abb. Dezimalwaage).
  • Sonderformen sind die Brückenwaage für LKWs und Silotransporte, Kran- und Palettenwaagen.

Alte Dezimalwaage

Elektromechanische und elektronische Waagen

Mechanische Geräte sind heute weitgehend durch elektr(on)ische Waagen ersetzt. Sie sind robuster, genauer, schneller ablesbar und häufig preiswerter.
Elektronische Analysenwaagen haben oft ein Gehäuse als Schutz vor Luftbewegungen, Programme zum Kalibrieren und spezielle Dämpfungen zur Verhinderung von Erschütterungen. Sie messen im Kilogramm-Bereich mit Empfindlichkeit bis etwa 0,1mg, was einem Dynamikbereich von 10^6 entspricht.

Weitere Beispiele:

Elektromechanische Waagen für Industrie und Transport

• Plattform- und Fahrzeugwaagen: Wiegebrücken mit mehreren Messdosen, Messterminal und Programmen (beispielsweise Handtara, Festtara, Mehrfachmessung ...)
• Kranwaagen mit 10-20 Messbereichen à ±0.2%, Spitzenwertanzeige etc.
• Palettenwaagen (zum Beispiel 10 bis 1500 kg ±500 g)
• Sonderwaagen für Langgut, schweren Industrieeinsatz usw.
• Wägeterminals mit Abfüll-Steuerung für Flüssigkeiten, Bigbag, Dosierung, Absackung, Stückzahlen, Annahme und Verladung ...
• Bodenwaage mit Funktions- und Zifferntastatur, Standardprogrammen wie Zählen, Kontrollieren, Dosieren ... (beispielsweise 10 kg ±0.1 g).

Elektronische Tisch- und Zählwaage (Max.: 5000 g, d: 1 g)

Tisch- und Zählwaagen

• Tischwaagen mit Batterie- und Netzbetrieb, Distanz Wägebrücke-Anzeigegerät bis einige Meter (z.T. eichfähig). Untergruppen sind:
  • Kompakt- oder Universalwaagen
  • elektronische Tischwaagen für Großküche, Bäcker oder Labor
  • Spezialwaagen für Getreideproben, Eier, Sortierung usw.
• Zählwaagen: Kompaktwaagen zum Zählen, Wägen, Summieren und Kommissionieren, mit digitalen Filtern gegen Vibrationen etc.

Präzisions- und Laborwaagen

• Präzisionswaagen mit Genauigkeiten bis 0.01% (Messbereiche 100 g bis 30 kg).
  • Laborwaagen, Mikro- und Analysewaagen, Sartoriuswaagen (zum Beispiel 200 g ±0.0001 g).
  • Feuchtigkeitsmesser: Wassergehalt bei 40-250°, Infrarotstrahlung ...

Besondere Waagen für Technik und Physik

• Gravimeter für Geophysik und Geodäsie: Präzisions-"Federwaage" (Schrägbalken) oder Supraleitung, Erdschwerefeld 950 bis 990 Gal ± 0.001 mGal (1 Gal = 1 cm/s²).
• Cavendish-Waage zur Bestimmung der Gravitationskonstante (1798)
• Watt-Waage für Überprüfung des Ur-Kilogramms: sie vergleicht die mechanische mit der elektrischen Leistung, was letztlich auf eine Zeitmessung hinausläuft.
• Komparatorwaage der PTB zum Vergleich von Kilogrammprototypen. Sie steht in einem druckfesten Gehäuse und hat eine Standardabweichung von 10^-9 kg. Sie erlaubt auch Messungen im Vakuum (0.005 mbar) und daher des Luftauftriebs auf die Massebestimmung.

Grundregeln für genaues Wägen

• Waage sorgfältig behandeln, vor mechanischen Erschütterungen und aggressiven Stoffen schützen,
• im angeschalteten Zustand nicht transportieren,
• auf stabilen Untergrund achten, horizontieren, justieren.
• maximale Belastbarkeit nie überschreiten ("Wägebereich 200g" = Maximallast). Nur für Industrie oder Kraftfahrzeug sind die Toleranzen größer.
• Daher nie mit der Hand auf Waagschalen drücken.
• Wiegegut vorsichtig auf die Waagschale legen, Chemikalien nie ohne Gefäß (Einstellung der Tara mit Tariereinrichtung)

Bei elektronischen Waagen im Labor

• Nach Einschalten warten, bis Waage auf 0,0 austariert ist
• Rundfilter oder Becherglas auflegen, "Tara"-Taste, nochmals Austarierung abwarten
• Portionsweise Stoffzugabe: Feststoffe mit Spatel, Flüssigkeit mit Pipette
• Ablesung, Protokoll oder mit Schnittstelle zum PC
• Abnehmen des Filters/ Bechers langsam, bzw.
• Standby oder Ausschalten der Waage laut Menü.

Schulprobleme und Lernen über "Gewicht" und Wägen

Durch die alltägliche "Vermischung" von Masse, Kilo und Gewicht (eigtl. GewichtsKRAFT) und das unbeliebte Newton treten in der Schule Verständnis- und Lernprobleme auf.

Verständnisprobleme bei Schülern

• Mangelnde Erfahrung vieler Kinder ("schwer" = groß, Volumen, Dichte)
• unscharfe Sprache, Wahrnehmung von Gewicht als Druck (auf der Hand)
• Ablesung auf Skalen und Bedeutung der Werte
• Verwechslung von «Gramm»/ «Kilogramm», Gewichtsstück/ Gewichtseinheit ...
• Vermixen von Masse und Gewichtskraft, Kilopond und Newton

Lernschritte für Schüler

Gewichte und Vergleiche

1. Sprachlich: ich bin schwerer/ leichter als ...
2. Vergleichen ähnlicher Gewichtsstücke mit der Balken- oder "Kleiderbügelwaage", und verschiedener Gegenstände mit Feder- oder "Gummiwaage"
3. Gewichte schätzen, Dichte erleben (Holz, Stein, Eisen; Styropor, Wasser)
4. Schätzwettbewerbe (später Gegenstände verschiedener Dichte)

Skalen und Einheiten

1. Mit Skalen vertraut machen (Maßband, Uhr ..)
2. Gewichte in kindgerechten Einheiten (beispielsweise Murmeln) schätzen: Stein A = 6 Murmeln = 3 Nägel, dann Kontrolle mit Waage
3. Vergleich gängiger Gewichte (100, 250, 500 g). Später kleine Gewichte (5g, 10, 50g) auf Briefwaage und deren Ausschlag be-greifen
4. Einheiten «Kilo/gramm» (1 kg = 1000 g), Analogie zu km

Abstraktes und Formeln

1. Messprinzip A) Kraft, B) Vergleich (Federwaage, Brief-, Balkenwaage)
2. Newton als Kraft spüren, Kilopond, Erdschwerefeld und dessen Variation
3. Internetsuche, Kritik an Prospekten (kg statt N, usw.)
4. Dichte verstehen (Vergleiche mit Holz, Stein, Wasser usw.)

Siehe auch

Basiseinheiten, Eichung, Goldwaage, Präzision, Justieren, Kilogramm, SI-Einheitensystem, Toleranz, Waagebalken, Wägesystem, Wasserwaage, Briefwaage, Neigungswaage ...

Weblinks

http://www.mt.com/ (Waagen von Mettler-Toledo)

• http://www.pfisterwaagen.de (Waagenfabrik, Augsburg)
• http://www.busch-waagen.de/produkte/praezision.htm (Busch Waagenfabrik, Hagen)
• http://www.waagen-kissling.de/ (Waagen Kissling, Rimbach)
• http://www.me-systeme.de/dms_kd.html (Kraftmessdosen, -aufnehmer, Membranen)
• http://www.seilnacht.tuttlingen.com/versuche/waegen.html (Labor-, Schulwaagen)
• http://www.analytik.de/cgi-bin/to.cgi?l=19_laborprodukte_wiegen (Präzisions- und Analysenwaagen, Dosiersysteme etc.)
• http://www.schumann-gmbh.de/spezialwaagetxt1.htm#Getreideprober (Spezialwaagen für Proben, Eiersortieren, Feuchte-, Dichtemessung ..)
• http://www.admin.ch/ch/d/ff/2002/2607.pdf (Zulassung zur Eichung)
• http://www.ibtl.de/Deutsch/index_d.htm (Messtechnik etc.)
• http://www.ptb.de/ (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig)
• http://www.ptb.de/de/org/1/11/111/prototyp.htm (Präz.Waage, Kilogramm)
• http://www.bipm.fr/ (Bureau International des Poids et Mesures, Paris)