Autor: Redaktion

  • Neutrinos

    Neutrinos sind Elementarteilchen, die zum Beispiel in der Sonne entstehen. Sie erreichen genauso wie die Lichtstrahlen die Erde – nur reisen sie weitgehend ungehindert durch sie durch. Neutrinos sind nämlich schwer zu „fangen“, sie sind nicht „klebrig“, weil sie nur „schwach wechselwirken“, also nicht elektrisch oder magnetisch angezogen werden können. Neutrinos entstehen aber auch in anderen Prozessen, auch auf der Erde. Beim Beta-Zerfall von radioaktiven Atomen etwa.

    Es gibt viele Arten von Neutrinos, und es gibt ihre Antiteilchen, die Antineutrinos.

    Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Neutrino

  • Gravitationswellen

    Stellen wir uns doch eine Wasseroberfläche vor. Ein See. Ein Fluss. Du wirfst einen Stein hinein, und es gibt Wellen, die sich gleichförmig ausbreiten. Der Stein war ein Auslöser für die Wellen. Ähnliches bei Gravitationswellen. Hier geht es nicht um eine Wasseroberfläche, sondern um das Raum-Zeit-Gefüge des Universums selbst. Wenn sich dort etwas abspielt – ein Stein hineingeworfen wird, dann breiten sich Gravitationswellen aus. Es ist nur kein Stein, der hineingeworfen wird, sondern das Verschmelzen von zwei Schwarzen Löchern, die so eine Welle auslösen. Raum- und Zeit wird auseinandergezogen und wieder gestaucht. Das kann man messen, mit Interferenz. Ein Laserstrahl wird vor- und zurückgeschickt, er löscht sich aus, oder verstärkt sich, und wenn sich an dem Ganzen etwas ändert, kann man die Änderung in der Helligkeit des Lichts bemerken. Mittlerweile wurden schon mehrere Gravitationswellen gemessen.

    Link zu Gravitationswellen bei Wikipedia und zu einem Gespräch über Gravitationswellen im Raumzeit-Podcast

  • Nanotechnologie (Graphen, Nanomaschinen)

    Milli … Mykro … Nano. Ein Tausendstel, ein Millionstel, ein Milliardstel. Wenn wir von Nanotechnologie sprechen, bewegen wir uns auf der Größenordnung von Milliardstel Meter. Das ist richtig wenig. Es gibt dort Phänomene, die in höheren Größenordnungen nicht auftreten. Im Nanometerbereich sind die (äußeren) Oberflächeneigenschaften wichtiger, als die (inneren) Eigenschaften des Volumens einer bestimmten Menge.

    Beispielsweise können sich Kohlenstoffatome im Nanobereich zu einer bestimmten Form zusammenlagern, die Graphen genannt wird. Ein Material mit interessanten elektrischen und quantenphysikalischen Eigenschaften.

    Links:

    1. Graphen: https://de.wikipedia.org/wiki/Graphen
    2. Nanotechnologie: https://de.wikipedia.org/wiki/Nanotechnologie
    3. Molekulare Naontechnologie: https://de.wikipedia.org/wiki/Molekulare_Nanotechnologie

  • Laser

    Laser

    Ein Laser erzeugt Licht einer ganz bestimmten Wellenlänge. Das Licht ist kohärent, das heißt, die Wellenzüge sind lange und haben eine feste Phasenbeziehung. Laserlicht kann daher leicht interferieren: Wellen können sich überlagern und je nach Phasenunterschied verstärken oder auslöschen. Bekannt ist rotes und grünes Laserlicht. Es breitet sich geradlinig als dünner Strahl aus, der sichtbar wird, wenn er auf Materie fällt (Nebel, Staub).

    Das Licht im Laser entsteht durch so genannte „stimulierte Emission“. Elektronen werden angeregt, einen höheren Energiezustand einzunehmen, und alle auf einmal wechseln dann gemeinsam (stimuliert) auf einen niedrigeren Energiezustand, die Energiedifferenz wird als Licht ausgestrahlt.

    Das kann konstruktiv verschieden bewerkstelligt werden, am leichtesten verständlich ist das Prinzip der Halbleiterlaser, wo es im Halbleiter ganz bestimmte, wohldefinierte Energiestufen gibt.

    Laserlicht kann sehr schwach sein (Laiserpointer) oder sehr energiereich (Lasergravur).

    Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Laser

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  • Halbleiter

    Es gibt Materialien, die elektrischen Strom nicht leiten. Sie werden Isolatoren genannt.

    Es gibt Materialien, die Strom leiten. Im allgemeinen sind das Metalle. Sie werden Leiter genannt. Sie leiten Strom schlechter, wenn sie wärmer sind.

    Es gibt Materialien, die Strom etwas leiten. Sie werden Halbleiter genannt. Silizium zum Beispiel. Halbleiter leiten Strom besser, wenn sie wärmer sind.

    Man kann Halbleiter gezielt verändern, sie zu n oder p Leitern machen. Wenn man solche veränderte Halbleiter kombiniert, entstehen Dioden und Transistoren. Man kann damit Ströme in ihrer Richtung beeinflussen, Ströme verstärken und Schalter bauen. Halbleiter werden daher auch viel in Computer verwendet.

    Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Halbleiter

  • Lärmbelastung/Schallschutz, Solarzellen/Sonnenkollektoren

    Lärmbelastung/Schallschutz, Solarzellen/Sonnenkollektoren

    Hier werden zwei Themen angesprochen:

    1. Emissionen – Das ist all das, was jemand aussendet. Es gibt Schallemissionen, durch den Verkehr, durch Maschinen, durch Parties. Dagegen gibt es Schallschutz. Schalldichte Fenster, Schallschutzwände an Autobahnen und Eisenbahnlinien.
    2. Solarzellen und Sonnenkollektoren. Sie verwenden die Energie der Sonne, um elektrische Spannung herzustellen, und um kaltes Wasser zu erhitzen.

    Links: Lärm und Schallschutz (Stadt Wien): https://www.wien.gv.at/umwelt/laerm/ sowie https://de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle und https://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenkollektor

  • Alltagselektrotechnik: Wie funktioniert ein elektromotor? Wie funktioniert ein Generator? Wie funktioniert ein Fahrraddynamo?

    Alltagselektrotechnik: Wie funktioniert ein elektromotor? Wie funktioniert ein Generator? Wie funktioniert ein Fahrraddynamo?

    Früher gab es noch keinen elektrischen Strom. Eine Getreidemühle wurde am Mühlbach gebaut. Die Wasserkraft drehte ein Mühlrad. Erst mit der Erfindung von Generatoren ist es möglich geworden, elektrische Energie aus Wasserkraft zu gewinnen, die man über eine Stromkabel an eine ganz andere Ecke des Landes schicken kann, wo sie von Elektromotoren verwendet werden kann.

    Ein Generator besteht aus einem Magneten und einem Draht, der sich in einer Schleife im Magnetfeld dreht. Durch das „Induktionsprinzip“ wird dabei Spannung erzeugt. Die Ladungen im Draht werden getrennt, es entsteht eine elektrisch positiv geladene Seite und eine elektrisch negativ geladene Seite. Wechselspannung entsteht, weil sich die Leiterschleife dreht. Diese Spannung wird über Kabel übertragen.

    Beim Elektromotor kommt diese Wechselspannung nun an. Strom fließt in diesem Kabel in die eine und die andere Richtung – ebenfalls wechselnd. Ein fließender Strom reagiert im Magnetfeld mit einer Kraft. Die sogenannte Lorentzkraft. Etwas bewegt sich, insgesamt dreht sich das drehende Teil im Motor.

    Wie auch immer das ingenieurstechnisch gelöst wird, in der Physik interessiert uns das Prinzip.

    Der Generator wandelt Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Link: Generatorprinzip

    Der Motor wandelt elektrische Energie in Bewegungsenergie um. Link: Motorprinzip

  • Strom im Haushalt

    Strom im Haushalt

    Elektrischer Strom ist das Fließen von elektrischen Ladungen. Das ist möglich, wenn es elektrische Spannung gibt, wenn jemand die + und – voneinander getrennt hat. Das kann in einem Kraftwerk passieren, die diese getrennten Ladungen letztlich in unseren Steckdosen bereitstellt, oder das kann mit Batterien passieren, die nach ihrem Gebrauch weggeworfen werden (schlecht) oder in Akkus, die wieder aufgeladen werden können (gut).

    Die elektrische Spannung in unseren Steckdosen, sowie der elektrische Strom in unseren Elektroleitungen im Haushalt, das ist potenziell gefährlich/gesundheitsschädlich. Deswegen gibt es Sicherheitsmechanismen, die im Sicherungskasten zu finden sind. Sicherungen stellen sicher, dass nicht zu viel Strom über die Leitung fließt, FI-Schutzschalter erkennen, dass es wo ein „Leck“ gibt, und der Strom einen Weg nimmt, der nicht über das Kabel verläuft.

    Links:

    1. Elektrische Energie Bedarf: https://de.wikipedia.org/wiki/Bedarf_an_elektrischer_Energie
    2. Elektrifizierung: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrifizierung
    3. Sicherung: https://de.wikipedia.org/wiki/Schmelzsicherung
    4. FI-Schalter: https://de.wikipedia.org/wiki/Fehlerstrom-Schutzschalter

  • Beleuchtung

    Beleuchtung

    Es gibt natürliche Lichtquellen und künstliche Lichtquellen. Feuer und Sonne, und wenn verfügbar, Glühwürmchen. Oder auch der Mond in der nacht. Das sind die natürlichen Lichtquellen. Künstliche Lichtquellen funktionieren auch dann, wenn die eben genannten nicht verfügbar sind. Sie funktionieren mit elektrischem Strom. Es gibt Glühlampen, die vorwiegend heiß werden, und dabei leuchten. Es gibt LED-Lampen, die sich wenig erhitzen und dabei vergleichsweise viel leuchten. Leuchtstoffröhren werden kaum mehr eingesetzt, bei ihnen beginnt Gas zu leuchten. Speziallampen gibt es natürlich auch: Natriumdampflampen zum Beispiel.

    Beim Beleuchten muss beachtet werden, ob es gesetzliche Grenzwerte für minimal- oder maximale Beleuchtungsstärken gibt, an Arbeitsplätzen zum Beispiel. Im Wohnbereich kann man sich überlegen, ob alles gleichmäßig hell sein soll, oder ob es nicht besser ist, Lichtinseln zu schaffen.

    Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Beleuchtung

  • Haushaltstechnik (Druckkochtopf, Wärmekraftmaschine, Kühlschrank, Wärmepumpe, Wärmedämmung, Mikrowellenherd)

    Haushaltstechnik soll uns das Leben erleichtern. Was bedeutet „erleichtern“ eigentlich? Wahrscheinlich ist Effizienz gemeint. Sie soll gesteigert werden. Was ist Effizienz? Das Gleiche mit weniger Zeit, oder das Gleiche mit weniger Energie erreichen.

    Druckkochtopf: Durch den höheren Druck kann Wasser auf über 100°C aufgeheizt werden. Die Kartoffel sind schneller gar.

    Wärmekraftmaschine: Ein Verbrennungsmotor zum Beispiel. Etwas wird verbrannt, damit eine hohe Temperatur im Kolben entsteht. Das heiße Verbrennungsgas drückt den beweglichen Kolben heraus.

    Kühlschrank: Eine Wärmepumpe, die Wärme aus dem Kühlschrank raus in die Küche pumpt. Die Lebensmittel werden gekühlt. Früher wurde das mit Eisblöcken gemacht, die immer wieder neu herangebracht werden mussten.

    Wärmepumpe: eine Klimaanlage zum Beispiel, die Wärme aus dem Inneren der Wohnung nach außen pumpt und sie dabei abkühlt. Oder: eine Erdwärmeheizung, die den Boden abkühlt und die Wärme daraus in die Wohnung bringt.

    Wärmedämmung: Sie verhindert, dass Wärme aus der Wohnung wieder nach draußen dringt.

    Mikrowellenherd: Mit elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich werden besonders die Wassermoleküle in den Lebensmittel gut erwärmt.

    Links:

    1. Haushaltstechniik: https://de.wikipedia.org/wiki/Haushaltstechnik
    2. Druckkochtopf: https://de.wikipedia.org/wiki/Schnellkochtopf
    3. Wärmekraftmaschine: https://de.wikipedia.org/wiki/Wärmekraftmaschine
    4. Kühlschrank: https://de.wikipedia.org/wiki/Kühlschrank
    5. Wärmepumpe: https://de.wikipedia.org/wiki/Wärmepumpe
    6. Wärmedämmung: https://de.wikipedia.org/wiki/Wärmedämmung
    7. Mikrowellenherd: https://de.wikipedia.org/wiki/Mikrowellenherd

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