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Lesetipps:
Naturwissenschaften: Übersicht




Auf den Spuren eines Nobelpreiträgers:
Physik-Lk überprüft theoretisches Wissen








> Wer, was, wann, wo?
> Interview mit Kursmitgliedern
> Bilder aus dem Labor der TU Darmstadt
> Erstaunliche Experimente
Wer, was, wann, wo?


Am 31. Januar 2006 besuchten die 10 Schüler des Physik-LKs der Jahrgangsstufe 12 die Technische Universität (TU) in Darmstadt. Ziel waren die sonst nur Studenten vorbehaltenen Praktikumsräume des Fachbereichs Physik. Anerkennend zu bemerken ist, dass der Ausflug in der Freizeit der Schüler stattfand.

Als Ergänzung zum Thema “Elektrische und Magnetische Felder” im ersten Halbjahr der Jahrgangsstufe 12 führten die Schüler dort zwei Versuche durch, die aufgrund des hohen experimentellen Aufwands mit den in der Schule zur Verfügung stehenden Mitteln nicht gezeigt werden können.


Im ersten Versuch wurde die Ladung von Öltröpfchen bestimmt. Die Schüler wandelten damit auf den Spuren des amerikanischen Physikers Robert Millikan, der um 1910 festgestellt hatte, dass alle in der Natur auftretenden Ladungen ganzzahlige Vielfache einer kleinstmöglichen Ladung (der sogenannten Elementarladung) sind. Millikans Entdeckung war damals bahnbrechend, da sie den Physikern beim Verständnis des Aufbaus von Materie weiterhalf, und wurde daher mit einem Nobelpreis belohnt. Heutzutage weiß man allerdings, dass auch andere Ladungen auftreten können.

Im weiten Versuch bestimmten die Schüler den Verlauf der elektrischen Feldlinien zwischen einer Spitze und einer Platte. Es zeigte sich, dass die elektrische Feldstärke an einer Spitze besonders hoch ist, was man z.B. bei Blitzableitern verwendet.

Anschließend an die Versuche nahmen die Schüler noch an einer Führung durch eine Arbeitsgruppe der TU teil. Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit den theoretischen Grundlagen für die Kernspintomographie. Im Gegensatz zu einer Röntgenaufnahme, die nur Verletzungen an Knochen sichtbar machen kann, kann ein Arzt durch eine Kernspintomographie krankes von gesundem Gewebe unterscheiden. Somit sind z.B. auch Aufnahmen eines Gehirns möglich.

gez.: Joachim Hahn, Physiklehrer des Kurses

Interview mit Fabian, Robert und Thomas: Teil 1
>

mit (v.l.) Fabian R., Robert K. und Thomas B., alle Jgst. 12
>
Ihr habt in euerem Physik-LK Ungewöhnliches erlebt. Was war das Thema?

Robert:

Es ging um elektrische und magnetische Felder, mit denen wir uns außerhalb der Schule, genauer in der TU in Darmstadt, beschäftigt haben.

>
Beschäftigt heißt, der ganze Physik LK war aktiv?
Hattet ihr denn dazu genug Vorwissen?

Fabian R.:

Wir haben uns in Zweiergruppen aufgeteilt und haben dann unter Anleitung die Versuche durchgeführt. Versuche dieser Art machen nur Sinn, wenn man im Unterricht die Grundlagen theoretischer Natur drauf hat. Eine intensive Beschäftigung vorher ist also unabdingbar. Das war bei uns gegeben, denn Herr Hahn, unser Physiklehrer, hatte uns prächtig eingestimmt.


>
Könntet ihr beschreiben, wie einer der Versuche aussah?

Thomas:

Ein Versuch war so aufgebaut, dass geladene Metallplatten sich gegenüber befanden. In den Raum zwischen den Platten wurden Öltröpfchen gesprüht.

Ich muss vielleicht ergänzen, dass die Tröpfchen sehr klein sind, viel kleiner als 1 Millimeter, etwa 0,5 Mikrometer.

Unser Ziel war es, die Ladung dieser Tröpfchen zu bestimmen und auf die Elementarladung zu schließen.


Bilder aus dem Labor der TU Darmstadt

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Im Labor in der TU Darmstadt
(von vorne nach hinten): Thomas B., Robert, Robert S., Richard, Fabian, Matthias, Robin, Thomas J., Eskendr und Tristan beim Beobachten der Öltröpfchen im Mikroskop

> Thomas beim Ausmessen eines elektrischen Feldes


> Elektrische Feldlinien
Interview mit Fabian, Robert und Thomas: Teil 2
>
Wie wurde das nun festgestellt?

Robert:

Unter dem Mikroskop kann man beobachten, wie sich die Tröpfchen bewegen und dadurch ihre Ladung verraten.

Auf jedes Tröpfchen wirken die Erdbeschleunigung, die das Tröpfchen nach unten zieht, und die Auftriebskraft der Öltröpfchen in der Luft, die nach oben gerichtet ist. Außerdem muss man noch die Luftreibung berücksichtigen.

Werden die Platten des Kondensators horizontal montiert, so kann man durch Anlegen einer geeigneten Spannung an den Kondensator eine elektrische Kraft derart auf die Tröpfchen ausüben, dass diese die anderen beiden Kräfte kompensiert. Somit kann erreichen, dass die Tröpfchen sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegen.


>
Auf wen gehen die Versuche zurück?

Thomas:

Robert Andrews Millikan bekam für seine berühmten Öltröpfchen-Experimente 1923 den Nobelpreis und wir konnten diese Versuche nachvollziehen.

Damals hat Herr Millikan etwas geschummelt, denn er hat nur die Ergebnisse berücksichtigt, die seine Theorie erhärteten. Das war wohl nicht schlimm, denn er hat den Nobelpreis bekommen.


>
Ihr habt die Versuche nicht in der Schule gemacht. Warum?


Fabian:

Um den Versuch durchzuführen braucht man viele Geräte, die extrem teuer sind und viel Platz beanspruchen, also nichts für eine einzelne Schule sind.

Deshalb sind wir an nach der Schule nach Darmstadt gefahren und haben dort einen ganzen Nachmittag verbracht. Das war sehr zeitintensiv, aber auch sehr spannend.

Ich wollte noch ergänzen, dass wir nach dem Öltröpfchen-Experiment noch in der Materialprüfung waren und dort viel erfahren haben über Materialbeständigkeit und Supraleiter.

Wissenschaftler haben uns Experimente gezeigt und uns in ihren Laborräumen zum Staunen gebracht. Unten im Bild sieht man, welche Kraft ein Magnet auf Geldmünzen ausüben kann. Solch starke Magnete befinden sich z.B. in Kernspintomographen (siehe Bild direkt hier unten).

Ich fand das war ein toller Tag.

(Das Bild oben zeigt die Reste einer Banane, nachdem sie in flüssigen Stickstoff (Temperatur etwa –200°C) eingetaucht wurde. Die Banane war so hart gefroren, dass man sie mit einem Hammer zerteilen musste.)

Bilder aus dem Labor der TU Darmstadt
> Dieses Bild zeigt die magnetische Wirkung des Kernspintomographen

> Eine Banane wird in flüssigen Stickstoff eingetaucht und tiefgefroren.
J. Hahn, Webteam, 06.02.2006 + 10.10.2007