Jugend forscht 2009 (Physik+Technik)

Bei den diesjährigen Regionalwettbewerben "Jugend forscht" in Physik und Technik gab es für unsere drei Oberstufenschülerinnen und -schüler einen dritten und ersten Platz. Ruth Jacobs (MSS 12) wird ihre Arbeit über den "Tunnelefekt in Supraleitern" auf dem Landeswettbewerb vom 25.-27. März in Ludwigshafen vorstellen.

Trier: Jugend Forscht, 27.Februar 2009

Die Arbeit zeigt Auslegung und den Bau einer derartigen Funkfernsteuerung mit den Randbedingungen einer flexibel erweiterbaren Datenübertragung, mit preisgünstigen elektronischen Standardbauelementen, die einen gesamten Bauteilepreis unter 50€ ermöglichen.

Zu diesem Zweck sind die digitalen Signale Vor, Rück und Stopp, sowie die analogen zur Steuerung der Motordrehzahl zu übertragen. Als Befehlsgeräte kommen zwei Kippschalter mit drei Stellungen und zwei Drehwiderständen zur Einstellung des analogen Wertes zum Einsatz. Die Steuerung bietet Ausgänge an denen zwei Motoren mit einer maximalen Stromaufnahme von drei Ampere bis maximal 28V angeschlossen werden können. Die Funkstrecke liegt im ISM-Band bei 868Mhz und hat eine Reichweite bei ungestörter Ausdehnung von 30 Metern".

Dieser Auszug beschreibt die Grundidee meiner Arbeit, die ich am 28.02.2009 bei Jugend Forscht in Trier im Bereich Technik vorgestellt habe. Die Arbeit wurde im Rahmen eines Solarbootprojekts motiviert und für eine Facharbeit (2007-2008) entwickelt. Die Juroren untersuchten die funktionierende Fernsteuerung genau und waren teils sehr interessiert. Sodass ich dann am Nachmittag den 3.Platz belegte.

Tobias Menden (MSS13)

Koblenz: Jugend Forscht, 28. Februar 2009

Ich habe mich mit dem „Bau einer Teslaspule“ bei Jugend forscht beworben. Dabei habe ich aus frei zugänglichen und kostengünstigen Teilen, einen Aufbau geschraubt und gebastelt, der eindrucksvoll Blitze und elektromagnetische Felder freisetzt. Die eingereichte Arbeit entstand während meiner Facharbeitsphase.

Eine Teslaspule besteht aus 2 Schwingkreisen die miteinander in Resonanz stehen. Einfach gesagt, hat die Primärspule, die im Vergleich kurz und dick ist, die gleiche Eigenfrequenz wie die Sekundärspule, die sehr lang, aber auch sehr dünn ist. Beim Betrieb entstehen durch die Schwingkreise elektromagnetische Felder, so dass ich eine Neonröhre, einen Meter neben meiner Spule, wie von „Geisterhand“ zum Leuchten bringen kann. Außerdem wir der Strom so hoch transformiert, dass Blitze von bis zu 20 cm entstehen, was ungefähr einer Spannung von 200kV entspricht.

Den begeisterten Zuschauern habe ich dann vorgeführt, dass die entstandenen Ströme ungefährlich sind, indem ich die Kontakte der Neonröhre in die Nähe des oberen Endes meiner Spule gehalten habe, so dass die Blitze auf die Röhre übergesprungen sind. Man spürte dabei ein leichtes Kribbeln in der Hand. Dies konnte ich damit erklären, dass durch das Übertragen der Energie von der einen zur anderen Spule, auch die Frequenz des Stromes geändert wurde. Netzstrom hat eine Frequenz von 50 Hz, der Strom der aus der Teslaspule kommt, hat eine Frequenz von 200-300kHz. Bei diesen hohen Frequenzen entsteht ein so genannter Skin-Effekt. Dies bedeutet, dass die Elektronen, die normalerweise durch den Körper fließen würden, durch ihre hohe Frequenz nach außen gedrückt werden und somit am Körper „vorbei“fließen.

Simon Knape (MSS12)

Neuwied: Jugend Forscht, 14.2.09

Zum diesjährigen Jugend – Forscht – Wettbewerb im Fachgebiet Physik habe ich meine Arbeit zum Thema „Tunneleffekt im Supraleiter“ eingereicht. Im Rahmen meiner Facharbeit habe ich mich dabei mit der Theorie des quantenmechanischen Tunneleffekts beschäftigt, sowie Quantenphänomene experimentell tatsächlich für das menschliche Auge am Oszilloskop sichtbar gemacht. Die quantenmechanischen Phänomene, die auf mikroskopischer Teilchenebene auftreten, sind für das menschliche Verständnis oft nicht mehr nachvollziehbar, da jegliche Anschaulichkeit wegen der großen Komplexität verloren geht. In der Quantenphysik werden die zu untersuchenden Teilchen nicht mehr als Körper mit definiertem Ort und Impuls dargestellt, sondern können nur durch Wellenfunktionen, die die Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Teilchens in einem gewissen Bereich bestimmen, beschrieben werden.

Ein typisches Quantenphänomen ist der so genannte Tunneleffekt, bei dem Teilchen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit eine für sie klassisch betrachtet nicht durchdringbare Barriere, beispielsweise eine für Elektronen nicht leitfähige Isolationsschicht, durchqueren und auf der anderen Seite wieder auftauchen. Ich habe zur experimentellen Untersuchung einen Versuchsaufbau verwendet, bei dem das Tunneln zwischen zwei Supraleitern, die durch einen Isolator getrennt sind, stattfindet. Die besonderen Eigenschaften des Supraleiters ermöglichen es, normalerweise unsichtbare Quanteneffekte wie zum Beispiel die Energiequantisierung des Lichts für das Auge sichtbar zu machen.

Am 14.2.09 hatte ich die Gelegenheit, mein Projekt der Jury und interessierten Besuchern beim Regionalwettbewerb in der Firma Rasselstein in Neuwied vorzustellen. Ich fand es sehr spannend, die Reaktionen der Besucher auf das doch sehr theoretische Thema zu beobachten und mir die Ideen von anderen Teilnehmern anzuschauen. (Ein Biologe untersuchte z.B. den Verwesungsprozess eines Suppenhuhns).

Die Juroren zeigten großes Interesse an meiner Arbeit, und so konnte ich mich am Ende der Veranstaltung über den ersten Preis in der Sparte Physik und eine Einladung zum Landeswettbewerb freuen.

Ruth Jacobs (MSS 12)