Sommerakademie für Schüler/innen

Sensoren zur Messung physikalischer Größen

Nicht nur im täglichen Leben sind Elektronik und Optik als Schlüsseltechnologien in vielen Geräten, die uns das Leben erleichtern, enthalten. Auch die Messung vieler physikalischer Größen erfolgt zunehmend mit Sensoren, die elektrische, elektronische und/oder optische Gesetzmäßigkeiten ausnutzen. Wir werden uns mit den Grundlagen einiger dieser Sensoren befassen und einige nichtelektrische physikalische Größen elektrisch und optisch messen. Dazu müssen u.a. Schaltungen aufgebaut werden. Wir werden z.B. das Prinzip einer elektronischen Waage, einer optischen Temperaturmessung, einer Taupunktmessung, einen optischen Regensensor oder die Messung der Auslenkung eines gekoppelten Pendel-Systems mit einem Hallsensor kennenlernen.

Lichtstrahlen, Lichtwellen, Photonen - Modellbildung in der Physik

Optik und Photonik gehören heute zu den Schlüsseltechnologien. Zur Erklärung optischer Phänomene werden jedoch unterschiedliche Modelle herangezogen. Was haben diese gemeinsam und wozu braucht der Physiker/die Physikerin überhaupt Modelle? Im Kurs werden wir verschiedenste Experimente, in denen Licht die Hauptrolle spielt, durchführen, auswerten und interpretieren. Wir werden uns z.B. mit der Lichtentstehung im Atom, der Spektralanalyse, der Brechung und Totalreflexion, der dispersiven und diffraktiven Optik sowie mit der Funktionsweise eines LASER experimentell und theoretisch auseinandersetzen.

Resonante stehende Wellen - ein wichtiges Konzept der Physik

Stehende Wellen entstehen durch Überlagerung hin- und zurücklaufender Wellen gleicher Frequenz. Bei Wellenausbreitung zwischen Reflektoren sind nur noch bestimmte diskrete Wellenlängen möglich, die auch als Eigenfrequenzen oder Eigenresonanzen bezeichnet werden. Resonante stehende Wellen sind die Grundlage aller Musikinstrumente, spielen aber nicht nur bei akustischen Resonatoren, sondern auch beim Laser, beim Atommodell, in der Quantenmechanik bei der Beschreibung erlaubter Energiezustände, bei Antennen und sogar im Mikrowellenofen eine Rolle. Ausgewählte Experimente aus vielen Bereichen der Physik werden dieses grundlegende Konzept verdeutlichen.

Faszination Licht - optische Experimente

Die Photonik wird immer wichtiger in unserem Leben. Sie bietet Lösungen für die Entwicklung von neuen Lichtquellen wie Leuchtdioden und Lasern vor allem auf Halbleiterbasis und für die Übertragung von Informationen mittels Licht in Lichtwellenleitern. Deutschland gehört zu den führenden Nationen im Bereich der Optischen Technologien.

In diesem Kurs werden wir eine Reihe von optischen Experimenten rund um das Thema Licht durchführen, um einige grundlegende physikalische Konzepte, wie z.B. Welle-Teilchen Dualismus, stehende Wellen,..., zu verstehen.

Dabei wollen wir u.a. auch folgende Fragen beantworten: Wie entsteht das Licht im Atom?, Wieso ist der Himmel blau und die Sonne am Abend rot?,Wie kommt es zu einer Fata Morgana?, Was sind überhaupt Reflexion, Absorption, Streuung, Brechung und Beugung?, Was versteht man unter Interferenz und Kohärenz?, Was ist ein Lichtwellenleiter?, Welche Informationen gewinnt man aus den Spektren verschiedener Lichtquellen?

Schall und Knall – akustische Experimente

Wir beschäftigen uns mit grundlegenden und spannenden Experimenten zur Akustik, ein Thema für physikalisch und musikalisch Interessierte. Was versteht man unter Schall und wie breitet er sich in unterschiedlichen Medien aus? Warum klingt der Kammerton a auf verschiedenen Instrumenten unterschiedlich? Was hat ein Knall mit harmonischen Schwingungen zu tun? Was sind Resonanzen und stehende Wellen? Diese und weitere Fragen werden wir gemeinsam in der Sommerakademie untersuchen und beantworten. Dabei führen wir nicht nur Experimente im Labor durch, sondern werden u.a. Frequenzspektren von Kirchenglocken aufnehmen oder störende akustischen Resonanzen z.B. im Bremer Hauptbahnhof messen.

Energieumwandlung am Stirling-Motor

Ihr beschäftigt Euch mit der Thermodynamik und untersucht die Funktionsweise eines Heißluftmotors. Dabei testet ihr verschiedene Funktionsmodelle und führt Experimente zur Bestimmung der Wirkungsgrade von verschiedenen Energieumwandlungsprozessen durch. Vielleicht gelingt es uns sogar einen Motor mit Sonnenenergie anzutreiben. Auch ein Besuch in der „Sonnenwarte“ der Olbers-Gesellschaft e.V. zur Sonnenbeobachtung ist fest eingeplant.

Energieumwandlung mit Solar- und Brennstoffzellen

Ihr untersucht die Funktionsweise von Solar- und Brennstoffzellen und führt Experimente zur Charakterisierung und zur Bestimmung der Wirkungsgrade durch. Dabei werdet ihr mit Solarzelle und Elektrolyseur Wasserstoff erzeugen und speichern, um anschließend mit der Brennstoffzelle Strom zu erzeugen, der z.B. einen Motor antreibt. Zusätzlich werdet ihr in der Olbers-Sternwarte die faszinierenden Prozesse, die auf der Sonne stattfinden, direkt beobachten können.

Diffraktiv optische Elemente als Linsen und Strahlteiler in der Nanotechnologie

Ihr werdet die Grundlagen der Lichtbeugung, der Interferenz und der holografischen Speicherung von Informationen kennen lernen. Mit Hilfe von zweidimensionalen, computergenerierten Hologrammen lassen sich klassische optische Elemente, wie Linsen und Strahlteiler, einfach, preiswert und sehr klein realisieren. Ihr werdet solche diffraktiven optischen Elemente mit dem Computer und einem Flüssigkristall-Lichtmodulator erzeugen und untersuchen.

Auf Einsteins Spuren

Ihr werdet z.B. Experimente zum Photoeffekt und zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit durchführen. Mittels einer Computersimulation werden wir Effekte beobachten und diskutieren, die bei Bewegung mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auftreten. Zusätzlich werdet ihr in der Olbers-Sternwarte die faszinierenden Prozesse, die auf der Sonne stattfinden, direkt beobachten können.