Die Zahl des Monats: 4320000
Warum? Genau 4320000 Stromimpulse erwartet unsere Backofenuhr, damit sie uns die richtige Uhrzeit anzeigt. In den letzten Wochen war dies aber nicht der Fall. Die Medien berichteten bereits vom Phänomen der verlangsamten Uhren. Aber warum dem so ist erklären wir ihnen in unserem kleinen Beitrag…. auf eine lockere und verständliche Art…
Off-Topic IT-Forensik: Warum die Uhren nachgehen
Die Medien berichten ja momentan von einem interessanten Phänomen. Scheinbar ticken seit einigen Wochen unsere Uhren nicht mehr richtig. Viele Zeitanzeiger hinken der realen Zeit großzügig hinterher, aber warum? Ich möchte hier versuchen, dieses Phänomen einmal in einer recht einfachen und nichtfachlichen Art aufzuklären….bitte verzeihen sie mir daher die leicht flapsige Mundart… aber etwas Humor ist bestimmt erlaubt.
Hat sich etwa die Erdrotation verändert oder spielen unerklärliche kosmische Wechselwirkungen hier eine Rolle? Nein, so schlimm ist es nicht. Eher liegt die Ursache schlicht gesagt in der Billigproduktion einiger Zeitmesser, die in manchen unserer Geräte verbaut wurden. Um dieses Problem zu erklären muss ich ein wenig technischer werden:
Zeitmessung war und ist immer noch ein wichtiges Instrument der modernen Welt. Reichte es früher aus, mit einem Blick auf den Sonnenstand ungefähr zu erahnen, wann Mittag ist, so wird in der Gegenwart mittlerweile selbst die tausenste Stelle hinter dem Komma für die Zeitmessung herangezogen.
Uhren und deren Technik entwickelten sich im modernen Zeitalter immer weiter. Vom anfänglichen Schweizer Präzisions-Chronographen mit mechanischem Werk ging es über in die stromnetzabhängigen Radio-Wecker, dann in die Quarztechnik bis zur Atomuhr, die alle mittels elektrischer Schaltkreise und schwingenden Elementen die mechanische Unruh ersetzten. Und hier liegt auch die Ursache unserer hinkenden Zeitmesser, denn diese Schaltkreise ermitteln die Taktung der Zeit alle unterschiedlich. Schauen wir zunächst auf die verschiedenen Methoden der Taktmessungen:
- Ein stromnetzabhängiges Uhrwerk, beispielsweise wie im altbekannten Radiowecker neben dem Bett eingebaut, richtet die Einteilung der Zeit nach der bei uns verwendeten Netzfrequenz von 50 Hertz (Hz). Dies bedeutet, vereinfacht gesagt, dass sich die Stromrichtung genau 50-mal in der Sekunde ändert. Zählt man also die einzelnen Impulse bis 50 so ist genau eine Sekunde Zeit verstrichen. Aus dem früheren Physikunterricht erinnert sich vielleicht noch jemand an die sogenannte Sinuskurve, die unser Strom hierbei bildet…nun ja, für Nichtelektroniker eher uninteressant, aber für die Zeitmessung enorm wichtig.
- Bei einer quarzgesteuerten Uhr wird ein kleiner Kristall mittels Elektrizität in Schwingung gesetzt, ähnlich wie eine Stimmgabel. Die Anzahl der Schwingungen ist sehr hoch und so genau, dass man auch in diesem Fall durch einfaches Zählen auf eine Zeiteinteilung kommt. Die Frequenz liegt hier üblicherweise bei 32768Hz. Die Genauigkeit wird hier mit einer Abweichung von ca. 10-20 Sekunden je Monat angegeben… darf es noch etwas genauer sein? Gerne….
- Noch exakter ist die Zeitermittlung durch das Messen von Schwingungen eines bestimmten Atoms. Diesem Umstand verdanken wir die sogenannte Atomuhr, die beispielsweise von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig (PTB) verwendet wird. Per Funk wird das hier ermittelte Zeitsignal in den Äther geschickt und kann von unseren Funkuhren empfangen werden. Derzeit wird die Sekunde hier mithilfe eines Cäsium Atoms ermittelt, dessen Frequenz liegt bei 9 192 631 770 Hz. Die Genauigkeit wird übrigens mit etwa einer Sekunde Abweichung in 130 Millionen Jahren angegeben.
Ein Funkempfänger ist hier mit die komplizierteste Taktmessung und erfordert den Einsatz von mehr elektrischen Bauteilen, als dies für eine einfache Messung der Stromfrequenz erforderlich ist. Daher wird in der Massenherstellung eher auf die billigere Form gesetzt.
Im Kern wird bei allen Methoden unsere Zeit durch das Zählen von Impulsen verschiedenster Ursprünge ermittelt. Aber was ist denn nun die Ursache dafür, dass Backöfen, Mikrowellen, ja selbst die altbewährten Radiowecker neben dem Bett eine falsche Zeit anzeigen? Nun, einfach gesagt stimmt die Anzahl der erwarteten Impulse je Sekunde manchmal nicht.
Ich werde nun etwas mathematischer. Aber keine Angst, wir verlassen nicht den Pfad der normalen Schulmathematik, versprochen….
Bei den netzstromabhängigen Zeitmessern kommen elektronische Zählbaugruppen zum Einsatz. Wer es etwas fachlicher möchte: es werden asynchrone Modulo-50 sowie Modulo-2 BCD-Impulsmesser eingesetzt, um Stunden, Minuten und Sekunden auf einer meist schön rot leuchtenden Siebensegment-Anzeige darzustellen. Diese Baugruppen zählen recht einfach die Anzahl der Stromimpulse, haben aber sonst von Zeitmessung keine Ahnung.
Ok, dann fangen wir auch mal an zu zählen:
Bekanntlich besteht ein Tag aus 24 Stunden, jede Stunde aus 60 Minuten und jede Minute aus 60 Sekunden. Ich glaube bis hierher ist noch alles klar. Für die ganz Genauen unter ihnen: ja, ich kenne auch die Abweichung der Zeitmessung und Erdrotation, die uns mal eine Schaltsekunde, mal einen Schalttag einbringt, aber das ist hier jetzt so wichtig.
Mathematisch gesehen haben wir also pro Tag 24*60*60 Sekunden = 86400 Sekunden.
Da normalerweise je Sekunde unser Strom 50 Impulse gibt multiplizieren wir einfach mit 50 und kommen somit auf die eine Anzahl von 4320000 Impulsen je Tag. Wenn also unsere Stromfrequenz immer genau bei diesen 50 Hz liegt so ticken auch unsere Uhren richtig.
Nun stellen sie sich einmal ein Auto vor, das bei festgestelltem Gaspedal eine ebene Straße entlangfährt. Die Geschwindigkeit bleibt hierbei konstant. Kommt jetzt ein Anstieg so wird mehr Energie benötigt, um die Geschwindigkeit zu halten. Fehlt diese zusätzliche Energie, so wird das Auto langsamer.
Ähnlich verhält es sich mit unserem Strom und dessen Frequenz. Erhöht sich der weltweite Verbrauch, so müssen weitere Kraftwerke Energie ins Netz speisen, damit wir mit der gleichen Qualität an Strom versorgt werden. Leider fehlten diese zusätzlichen Kraftwerke in den letzten Monaten, die Reserve stand nicht zur Verfügung und als Auswirkung verlangsamte sich unsere Netzfrequenz um einen sehr geringen Anteil von 50,000Hz auf etwa durchschnittliche 49,995Hz.
Manch einer wird sich denken, dass diese kaum wahrnehmbare Verringerung in der dritten Nachkommastelle doch keine Auswirkungen auf unsere Zeit haben wird, aber falsch gedacht.
Rechnen wir noch einmal mit dieser Änderung:
Unsere 86400 Sekunden je Tag sind konstant, nun multiplizieren wir aber mit 49,995 und kommen somit auf nur noch 4319568 Impulsen je Tag. Es liegt somit eine Differenz von -432 Impulsen je Tag vor, die unseren elektrischen Bauteilen zur Zeitermittlung fehlen. Da hier alle 50 Impulse als eine Sekunde gewertet wird kommen wir somit auf ein Defizit von (-432 / 50) -8,64 Sekunden je Tag. Macht bei einem 30 Tage Monat somit nach Adam Ries (umgangssprachlich wurde dieser Rechenmeister auch oft Adam Riese genannt und war nie mit Eva Zwerg liiert) – 8,64*30 Sekunden = -259,2 Sekunden oder 4 Minuten und 19,2 Sekunden, die unsere Backofenuhr nun nachgeht.
Für die ganz Schlauen unter ihnen… es lohnt sich nicht, dem Chef die Verspätung damit zu erklären, dass die Schuld beim Energieversorger liegt. Denn diese regulieren nun einfach nach. Nachdem dieser Fehler bekannt wurde, wird nun für einen berechneten Zeitraum einfach eine Schüppe in den Kraftwerken draufgelegt und die verlorenen Impulse nachgeliefert. Sie müssen also nicht die fehllaufenden Uhren nachregulieren, dass erledigt ihr Energieversorger für sie als besonderen Service.
Wenn sie sich selber ein Bild von der momentanen Netzfrequenz machen möchten, empfehle ich den folgenden Link: http://www.netzfrequenzmessung.de/
Erklärung der ENTSOE zur derzeitigen Netzsituation: https://www.entsoe.eu/news-events/announcements/announcements-archive/Pages/News/2018-03-06-press-release-continuing-frequency-deviation-in-the-continental-european-power-system.aspx
Versuchen sie einfach sich nicht zu abhängig von der Zeit zu machen und genießen die nächsten Tage ohne Zeitdruck.
GH