Astronomie: Willkommen im Fachportal

Im vorigen Abschnitt wird das Potenzial der Dotierung erwähnt, das ein Maßschneidern von Halbleitermaterialien für bestimmte Zwecke ermöglicht. Hier erfolgt nun exemplarisch an einem ersten Beispiel die Betrachtung der Vorgänge in solchen Bauteilen. Die einfache Hintereinander-Anbringung von zwei unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten führt zur Diode. Das Verhalten im spannungslosen Fall als auch beim Anlegen von Gleichspannungen unterschiedlicher Polung wird untersucht und führt zum einen zur Einführung der Kennlinie als Möglichkeit der Charakterisierung der technischen Daten eines Halbleiterbauteils und zum anderen zum Verständnis der Einsatzmöglichkeit als Gleichrichter. An diese Sequenz lässt sich gut eine praktische Unterrichtseinheit mit Schülerversuchen anschließen, in denen Dioden in Schaltungen verwendet werden. Dazu können auch gleich LEDs verwendet werden. Diese werden im Film zusammen mit Fotodioden und Solarzellen als besondere Ausformungen der Dioden vorgestellt.

Im Jahr 2011 trug Wasser mit rund drei Prozent zur Stromversorgung in Deutschland bei. Schon seit Jahrtausenden nutzen Menschen die Kraft des Wassers. Es gibt Laufwasserkraftwerke an Bächen und Flüssen und riesige Speicherkraftwerke wie zum Beispiel am Walchensee in Süddeutschland. Die Filmsequenz zeigt, dass Wasserkraftwerke mit Speicherseen in Deutschland bisher vor allem dazu dienten, Spitzenlasten im Strombedarf auszugleichen.

Die Drehwirkung einer Kraft auf einen drehbar gelagerten Körper beschreibt man durch das Drehmoment. Seine Eigenschaften werden in dieser Sequenz anschaulich mit Realbildern und Animationen erklärt.

In Luft und im Vakuum breiten sich die von einer Antenne ausgehenden Hertzschen Wellen mit Lichtgeschwindigkeit aus. Dabei bewegen sie sich in einem Medium immer geradlinig. Treffen Hertzsche Wellen von mehreren Sendern aufeinander, können sie interferieren. Nichtleitende Hindernisse können Hertzsche Wellen durchdringen; jedoch keine leitfähigen Medien. Und wie alle anderen Wellen auch können Hertzsche Wellen auch gebrochen werden.

Alle Bereiche der Sonne, aus denen wir Licht empfangen, sind in diesem Kapitel zusammengefasst. Die einzelnen Schichten, angefangen mit der Photosphäre bis hin zum Sonnenwind werden beschrieben. An dieser Stelle werden vor allem Abmessungen sowie Temperaturen angegeben.

Durch die Nutzung elektrischer Geräte verbrauchen wir in unserem Alltag ebenfalls natürliche Ressourcen. So verbraucht ein gewöhnlicher Laptop bei vier Stunden Betriebsdauer täglich ca. zwei Kilowattstunden Strom im Monat. Spielt man allerdings ein grafisch aufwändiges Computerspiel braucht man bei gleicher Betriebsdauer pro Monat etwa 60 Kilowattstunden. Wie Strom wird auch die Energie für unsere Heizung überwiegend durch die Verbrennung fossiler Rohstoffe erzeugt. Auf diese Weise produzieren wir immer, wenn wir Strom verbrauchen oder heizen, indirekt auch CO2.

Auch Sterne haben einen Lebenszyklus. Sie entstehen, verändern im Laufe der Zeit ihre Größe, Farbe und Spektralklasse und gehen schließlich wieder zugrunde. Die Filmsequenz umreißt die Entwicklung verschiedener Sterntypen anhand von Bildern und Animationen. (Filmsequenz 4:10 min)

Die Vielfalt der verfügbaren Laserarten wird nach dem Aggregatzustand des laseraktiven Mediums aufgeteilt. Als erste Gruppe werden Festkörperlaser genannt, nicht zuletzt, weil der erste Laser, der 1960 erfunden wurde, der Rubinlaser, ein Festkörperlaser war. Die Eigenschaften und viele Anwendungsgebiete werden genannt. Als Sonderfall wird der Faserlaser, eine Lichtleitfaser, in der das Laserlicht entsteht und nicht nur weitergeleitet wird, vorgestellt. Die nächste Lasergruppe sind Gaslaser. Genannt werden der HeNe-Laser, der Kohlendioxidlaser sowie die Excimerlaser. Farbstofflaser als einzige Flüssigkeitslaser werden nun vorgestellt und die besondere Eigenschaft der Durchstimmbarkeit genannt. Zuletzt werden Laserdioden erwähnt und der Laserübergang an der Grenzschicht zwischen den beiden unterschiedlich dotierten Halbleitermaterialien der Diode wird genauer betrachtet.

Der Gitarrenspiegel und das daraus abgeleitete Modell der Quantenorgel stehen für einen pragmatischen Zugang zur Quantenphysik. Das Bild des Gitarrenspiegels und das daraus abgeleitete Modell der Quantenorgel stehen für einen pragmatischen Zugang zur Quantenphysik: Die Modelle beanspruchen keinen Wahrheitsgehalt, sondern sind eine Anschauungshilfe für praktische Anwendungen. Der Interpretationsspielraum bei jeder Modellierung spiegelt die Stärke der Quantenphysik, aber auch die Faszination wissenschaftlicher Suche ganz im Allgemeinen wieder - denn die Wahrheit ist offen. Das hier vorgestellte Video ist Teil des Projektes "U2: Quantenspiegelungen" vom Institut für Didaktik der Physik der Universität Münster. Mathematisch fundierte Visualisierungen eröffnen Schritt für Schritt einen Zugang zu moderner Atomphysik – vom Wasserstoffatom bis zum Periodensystem der Elemente.

In diesem Video wird das Pauli-Prinzip visualisiert, wodurch die Stabilität der Elemente erklärt werden kann. Alle Quantenzustände haben ihren Ursprung in der Spiegelebene. Das Video zeigt, wie die Spinzustände up und down erzeugt werden. Kombinierte Zustände mit zwei Spins können erzeugt werden, indem man den Doppelpfeil auf die jeweilige Position des ersten Spins verschiebt. Es ergeben sich die vier Kombinationen up/up, up/down, down/up und down/down. Für ein tieferes Verständnis von Zwei-Spin-Zuständen, und allgemein Mehr-Teilchen-Quantenphysik, spielen Symmetrien unter Vertauschung eine wesentliche Rolle. Solchen Symmetrien begegnet man auch bei klassischen Schwingungszuständen: Erinnern wir uns an die Tasse mit Henkel. Durch Spiegelung an der gezeigten Ebene am Henkel geht der Zustand mit Schwingungsbauch am Henkel in sich selber über, der Zustand mit Schwingungsknoten am Henkel aber in sein Negatives. Unter Vertauschung von A mit B ergibt sich also entweder Symmetrie - AB plus - oder Antisymmetrie, AB minus. Symmetrie oder Antisymmetrie unter Vertauschung von A und B findet sich als Prinzip bei Zwei-Teilchen Zuständen wieder: Denn die Kombinationen aus zwei ununterscheidbaren Spins überlagern zu gemeinsamen Schwingungsmoden, die entweder symmetrisch oder antisymmetrisch unter Vertauschung der Spins A und B sind. Die drei symmetrischen Spinkombinationen werden als Triplett bezeichnet; die antisymmetrische als Singulett. Der gesamte Zwei-Elektronen-Zustand besteht aus einem Orts- und einem Spinzustand. Das symmetrische Spintriplett kombiniert mit dem antisymmetrischen Ortszustand, und das antisymmetrische Spinsingulett mit dem symmetrischen Ortszustand. Dies ist das Pauli-Prinzip: Der Zustand von zwei Elektronen A und B muss insgesamt antisymmetrisch sein! Das hier vorgestellte Video ist Teil des Projektes "U2: Quantenspiegelungen" vom Institut für Didaktik der Physik der Universität Münster. Mathematisch fundierte Visualisierungen eröffnen Schritt für Schritt einen Zugang zu moderner Atomphysik – vom Wasserstoffatom bis zum Periodensystem der Elemente.

Das Video zeigt eine überraschend einfache, geometrische Deutung des Spins in vier Dimensionen und eine doppeldeutige Interpretation in drei Dimensionen. Der Elektronzustand hat einen Orts- und einen Spinanteil. Beide Anteile lassen sich aus dem Spektrum der Gitarrensaite ableiten. In diesem Video werden zunächst die Grundschwingung und der erste Oberton betrachtet; alle höheren Moden lassen sich ganz analog herleiten. Das hier vorgestellte Video ist Teil des Projektes "U2: Quantenspiegelungen" vom Institut für Didaktik der Physik der Universität Münster. Mathematisch fundierte Visualisierungen eröffnen Schritt für Schritt einen Zugang zu moderner Atomphysik – vom Wasserstoffatom bis zum Periodensystem der Elemente.