Neraca Kibble Menautkan Massa dengan Konstanta Planck

Neraca Kibble adalah instrumen metrologi yang membandingkan gaya berat sebuah massa dengan gaya elektromagnetik. National Institute of Standards and Technology menjelaskan bahwa rancangan ini berawal dari gagasan Bryan Kibble di National Physical Laboratory pada 1975 dan dahulu disebut watt balance.

Pada mode penimbangan, massa uji menarik sistem ke bawah dengan gaya sebesar massa dikalikan percepatan gravitasi lokal. Arus dialirkan melalui kumparan di dalam medan magnet sampai gaya elektromagnetik ke atas menyeimbangkan berat tersebut; nilai arus lalu dicatat.

Masalahnya, hasil kali kuat medan magnet dan panjang kawat kumparan sangat sulit diukur langsung dengan ketelitian yang diperlukan. Karena itu, instrumen menjalankan mode kedua: massa uji dilepas, arus dimatikan, dan kumparan digerakkan pada kecepatan terkontrol sehingga timbul tegangan induksi.

Ketika persamaan kedua mode digabungkan, faktor medan magnet dan panjang kawat saling menghilangkan. Hubungan yang tersisa menyamakan daya listrik dengan daya mekanik, IV = mgv, sehingga massa dapat ditentukan dari arus, tegangan, gravitasi lokal, dan kecepatan kumparan.

Arus dan tegangan ditelusurkan ke efek Hall kuantum dan efek Josephson, yang terhubung dengan konstanta Planck. Sejak 20 Mei 2019, definisi kilogram tidak lagi bergantung pada satu artefak logam; nilai konstanta Planck yang ditetapkan memungkinkan laboratorium merealisasikan satuan massa melalui pengukuran.

Foto pendamping memperlihatkan neraca Kibble NIST-4 di Gaithersburg, Maryland, pada 1 September 2015. NIST-4 mulai beroperasi penuh pada 2015 dan kemudian menjadi standar Amerika Serikat untuk merealisasikan massa.

Sumber: NIST, “Kilogram: The Kibble Balance”, diperiksa 23 Oktober 2026, https://www.nist.gov/si-redefinition/kilogram/kilogram-kibble-balance ; NIST, “Mass Revolution: Kibble Balances for All”, 28 Maret 2023, https://www.nist.gov/news-events/news/2023/03/mass-revolution-kibble-balances-all ; Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NIST-4_Kibble_balance.jpg

Catatan editorial: Ini artikel pengetahuan, bukan berita terbaru. Penjelasan persamaan dipadatkan dari NIST tanpa mengubah makna; foto domain publik hanya diubah ukuran dan dikonversi ke JPEG tanpa pemotongan.