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Stephen Hawing dürfte der wohl bekannteste lebende Physiker sein. Nun hat er beschlossen 2009 in den Ruhestand zu gehen.
Damit gibt Hawing einen sehr bedeutenden Lehrstuhl auf. Es handelt sich um den Lucasischer Lehrstuhl für Mathematik. Paul Adrien Maurice Dirac und auch Isaac Newton hatten vor Hawking schon diesen Lehrstuhl inne. Hawking hat den Lehrstuhl seit 1979 inne. Damit wird er diesen 2009 für 30 Jahre inne gehabt haben. Er wird mit 67 Jahren in den Ruhestand gehen. Dies ist so auch vorgesehen. Dennoch wird Hawking der Universität erhalten bleiben. Er hat vor, weiter an ihr zu arbeiten, auch wenn er den Lehrstuhl nicht mehr inne hat. Die Universität wird sich nun um einen Nachfolger für den Lehrstuhl bemühen müsse. [...mehr]
Loading ...Akkus werden immer wichtiger. Viele elektronische mobile Geräte finden Verwendung und wollen mit Strom versorgt sein. Normale Batterien zu verwenden wäre eine Verschwendung. Daher finden Akkus ihren Einsatz in solchen Geräten. Doch wie funktionieren Akkus?
Das Grundprinzip ist eigentlich relativ leicht: bei Akkumulatoren (Kurzform: Akkus) wird zunächst elektrische Energie in den Akkus in Form von chemischer Energie gespeichert. Wenn ein Verbraucher an die Energiequelle angelegt wird, wird die chemisch gespeicherte Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt. Bei diesem Umwandlungsprozess geht ein Teil der verwendeten Energie in Form von Wärmeenergie verloren. Der Ladewirkungsgrad bezeichnet das Verhältnis der Energie die reingesteckt wird zur Energie, die aus dem Akku wieder rauszuholen ist. Dieser Wirkungsgrad liegt oft bei ungefähr 80%. Das heißt, dass ca. 20% der Energie woanders verloren geht, zumeist in Form von Wärme. [...mehr]
Die Forscher_innen haben lange gewartet und sich gefreut als sie endlich am LHC arbeiten konnten. Nun ist das Gerät jedoch schon kaputt gegangen.
Der Large Hadron Collider hat immerhin 3 Milliarden gekostet, die ganze Anlage um die sechs Milliarden Euro. Es hat 20 Jahre gedauert bis die Anlage fertig gebaut worden ist. Da hätte man doch hoffen können, dass das Ding dann zumindest auch funktioniert. Tut es jedoch nicht. Nach sehr kurzer Zeit – 10 Tagen – ist ein Fehler aufgetreten. Durch ein fehlerhafte elektrische Verbindung zwischen Magneten ist eine Leck in der Heliumleitung eingetreten. Das flüssige Helium wird zur Kühlung verwendet. Die Reparatur wird wahrscheinlich zwei Monate in Anspruch nehmen. Dies liegt daran, dass das Gerät zunächst von der Arbeitstemperatur von -271,3°C soweit erwärmt werden muss, dass eine Reparatur möglich ist und dann muss es wieder abgekühlt werden. [...mehr]
Schon in den 60er Jahren wurden sie hervorgesagt doch bis heute nicht beobachtet: die Higgs-Teilchen.
Peter Higgs hat 1964 eine Arbeit veröffentlicht, in der er theoretisch die nach ihm benannten Higgs-Teilchen hervorsagt. Am 10 September wird in Genf der LHC Beschleuniger in Betrieb genommen. Man erhofft sich in diesem Beschleuniger Energien zu erreichen mit denen die Higgs-Teilchen nachgewiesen werden können. Sollten die theoretischen Vorhersagen von Higgs nun empirisch verifiziert werden, dürfte ihm ein Nobelpreis recht sicher sein. Die Higgs Teilchen gehören trotz des bisher fehlenden empirischen Nachweis zum Standardmodell in der Physik. [...mehr]
Die Frage was ein Kilogramm sei, scheint seltsam. Im Alltag gehen wir schließlich souverän mit dieser Größe um. Aber woher wissen wir, was ein Kilogramm ist?
Die Antwort scheint wiederum einfach. Ein Kilogramm ist das, was eine Waage als ein Kilogramm anzeigt. Woher weiß allerdings die Waage was ein Kilogramm ist. Irgendjemand muss die Waage ja so geeicht haben, dass sie die richtigen Werte anzeigt.
Die Maßeinheiten sind reine Konvention. Wieviel ein Kilogramm ist, wie lange eine Sekunde dauert, das wurde irgendwann einfach bestimmt. Vorher gab es ein großes durcheinander, da alle Leute Zeit, Masse oder was auch immer, so gemessen haben wie sie wollten. Überregionale Vergleiche waren kaum möglich. Da kam man auf die Idee eine Größe verbindlich festzulegen. Zunächst legte man in Frankreich in Zeiten der Revolution den Meter auf den 40-millionstel Teil des Erdmeridians fest. Dann hat man mit dieser Größe das Kilogramm definiert. Wasser in einem Quader von 10cm Seitenlänge (also ein Liter Wasser) sollte einem Kilogramm entsprechen. Dies war jedoch keine sehr exakte Größe. Also entschloss man sich eine Art Urkilogramm herzustellen. So hat man dann ein Gewicht hergestellt, dass fortan festlegen sollte, was ein Kilogramm ist. Dabei handelt es sich um einen Zylinder aus einer Platin-Iridium-Legierung. Sämtliche genauen Messinstrumente gehen damit in ihrer Eichung auf dieses Urkilo zurück. [...mehr]
In der Allgemeinbildung ist angekommen, dass bei Bewegung mit annähernder Lichtgeschwindigkeit die Zeit anders läuft. Aber was heißt das und was für Effekte hat dies? Die Erklärung des Zwillingsparadoxons gibt Teilantworten.
Schon 1911 hat der französischen Physiker Paul Langevin das Zwillingsparadoxon korrekt untersucht. Erst später hat Einstein dies ebenso getan, obwohl Einstein der Entwickler der Relativitätstheorie war. Das Gedankenexperiment läuft wie folgt: Einer der beiden Zwillinge reist mit annähernder Lichtgeschwindikeit von der Erde aus zu einem fernen Planeten, dreht dann um und fliegt mit gleicher Geschwindigkeit wieder zurück. Der andere Zwilling bleibt auf der Erde zurück. Die Relativitätstheorie besagt nun, dass die Zeit in einem anderen Bezugssystem langsamer läuft, wenn es sich mit sehr hoher Geschwindigkeit bewegt. Relevant ist hier, dass es einen Beobachter gibt und ein System das beobachtet wird. Nun sieht es für den Zwilling auf der Erde so aus, als ob der andere mit fast Lichtgeschwindigkeit sich bewegen würde und ebenso sieht es für den durchs Weltraum fliegenden Zwilling so aus, als ob der Zwilling auf der Erde sich sehr schnell von ihm wegbewegen würde. Im Endeffekt würde sich bei dieser Betrachtung kein Unterschied zwischen den Zwillingen ergeben. Doch wenn der eine Zwilling auf die Erde zurückgekommen ist, ist der Erdzwilling älter. Wie kommt es dazu? [...mehr]
Sterne kennen wir alle. Schließlich lassen sie sich am Nachthimmel beobachten. Eigene Leuchtkraft haben dabei nur Sonnen. Planeten die leuchten, reflektieren nur das Licht, das auf sie fällt. Deshalb lassen sich Planeten des Weltraums nur schwer beobachten. Dies gilt für die Astronomen mit ihren Teleskopen genauso wie für uns. Deshalb ist es immer eine Besonderheit, weit entfernte Planeten beobachten zu können.
Planeten werden dabei häufig nicht direkt beobachtet, sondern indirekt. Das Licht der Sonne um die sie kreisen wird von der Gravitation des Planeten abgelenkt. Dies ist ein Effekt der durch die allgemeine Relativitätstheorie beschrieben wird. Durch die Ablenkung des Lichtes lässt sich indirekt auf die Existenz einer Masse schließen. Diese Masse ist dann der Planet. Dieser Effekt wurde übrigens von Einstein benutzt, um seine allgemeine Relativitätstheorie zu beweisen.
Einem internationalen Team ist es nun gelungen ein besonderes Exemplar zu beobachten. Es handelt sich um den kleinsten Planeten, der je außerhalb unseres Sonnensystems beobachtet wurde. “Klein” ist dabei relativ. Der Planet ist immerhin dreimal größer als die Erde. Er ist 3000 Lichtjahre entfernt. Alles was wir also von ihm sehen, ist schon 3000 Jahre her. Solange braucht das Licht von ihm, bis es uns erreicht. Der Planet befindet sich im Sternbild Schütze.
Leben dürfte auf dem Planeten jedoch nichts. Er besteht nur aus Eis und Gestein. Die Sonne die er umkreist, ist sehr klein und produziert nicht sehr viel Wärme. Dennoch hilft die Beobachtung abzuschätzen, wieviele Planeten im Universum verteilt sind. Daraus lässt sich die Wahrscheinlichkeit besser abschätze, ob es Leben woanders gbene könnte oder nicht. [...mehr]
Schalttage sind den meisten bekannt – Schaltsekunden jedoch nicht. Schaltsekunden werden benötigt, um die Differenz zwischen physikalischer und astronomischer Zeitrechnung auszugleichen.
Die Erde braucht ungefähr 1/4 Tag länger um die Sonne zu umrunden als das Jahr Tage hat. Um dies auszugleichen wird alle vier Jahre ein Schalttag eingeführt – der 29. Februar. Dieses Prinzip ist bekannt. Es gibt jedoch noch ein anderes astronomisches Problem: der Mond bremst die Erde. Durch die Gezeiten, die vom Mond ausgelöst werden, wird die Erdrotation verlangsamt. Zwar nur ein kleines bißchen, aber immerhin: die Tage werden im Laufe der Zeit immer wieder um ein paar Millisekunden länger. Das bedeutet aber auch, dass die astronomische Sekunde, die schließlich als 1/86400 eines Tages definiert ist, ebenfalls länger wird.
Die physikalische Sekunde muss jedoch immer ganz exakt gleich lang sein. Deswegen wurde sie 1967 als das 9192631770-fache der Periodendauer des Übergangs zwischen Grundzustandiveaus von Atomen des Nuklids133 Cs definiert. Das ist eine konstante Größe. Dies führt dazu, dass die astronomische Sekunde von der physikalischen abweicht.
Um nun also die physikalische Zeitrechnung mit der astronomischen wieder zu synchronisieren, muss die physikalische Uhr in regelmäßigen Abständen um eine Sekunde vorgestellt werden. Diese Sekunde ist eine Schaltsekunde.
1972 wurde die Schaltsekunde eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt lag die Differenz zwischen physikalischer Zeitrechnung und astronomischer bereits bei 10 Sekunden. Deshalb gab es in den folgenden Jahren jedes Mal eine Schaltsekunde. Die letzte Schalsekunde hatten wir im Jahr 2005.
Die Erdrotation verlangsamt sich übrigens nur unregelmäßig. Deswegen ist es schwer vorherzusagen, wann eine Schaltsekunde notwendig ist. Hierzu bedarf es einer genauen Beobachtung der Erdrotation durch Radioteleskope aus dem Weltraum.
Im Zuge der Suche nach umweltschonender Energieerzeugung fällt das Augenmerk zunehmend auch auf thermoelektrische Materialien mit denen Wärme in Strom umgewandelt werden kann.
Bisher waren diese Materialien allerdings nicht sehr effizient. Nun ist es jedoch Wissenschaftlern gelungen, durch eine spezielle Verbindung die Effizenz zu erhöhen.
Thermoelektrische Materialien sind so beschaffen, dass wenn in ihnen ein Temperaturgefälle besteht, von der heißen Seite des Materials Elektronen zu der kalten Seite fließen. Dieser Elektronefluss kann als Strom nutzbar gemacht werden.
Die bisherigen Stoffe hatten nur einen Wirkungsgrad von 10%. Das war zuwenig um die Stoffe gewinnbringend zu verwenden. Amerikanische Wissenschaflter haben nun einen Halbleiter aus Wismut-Antimon-Tellurid hergestellt. Dieser ist schon recht gut, jedoch nicht gut genug.
Um den Wirkunsgrad zu erhöhen, muss die Stromerzeugung möglichst hoch sein und die Wärmeleitung gering. Dies ist den Wissenschaftlern gelungen, indem sie den Wismut-Antimon-Tellurid Halbleiter in nano-Partikel zerkleinert haben. Diese haben sie dann zu kleinen Blöcken wieder zusammengepresst. Durch diese Methode wird die sonst typische Gitterstruktur der Verbindung aufgelöst. Die Gitterstruktur ist ein wichtiges Element in der Wärmeleitung.
Der Wirkungsgrad des Wismut-Antimon-Tellurid Halbleiter konnte hierdurch um 20% erhöht werden. Damit besteht eine weitere Hoffnung die Energieeffizienz von Kraftwerken zu erhöhen und umweltschonender und effizienter Energie zu gewinnen. [...mehr]
Der Titel führt etwas in die Irre. Die Explosion im Weltraum dürfte schon 7,5 Millarden Jahre zurückliegen. Sie war allerdings so gewaltig, dass man sie sogar mit bloßem Auge beobachten konnte. Wie kommt es jedoch zu einer solchen Supernova?
Wie nun die hellste aller bisher beobachteten Supernovas entstand, das müssen die Physiker erst noch herausbekommen. Für Supernovas gilt jedoch, dass sie alle recht ähnlich ablaufen sollen. Sterne, wie unsere Sonne, verbrennen langsam. Dabei wird aus Wasserstoff Helium. Dies geschieht, indem jeweils zwei Wasserstoffatome zu einem Helimatom fusionieren. Dabei wird Energie freigesetzt. Wissenschaftler träumen übrigens davon, diese Art der Energiegewinnung in Kraftwerken realisieren zu können.
Wenn bei Sternen der Wasserstoff zu Helium geworden ist, hört damit die Fusion der Atomkerne noch nicht auf. Später bildet sich z.B. noch Kohlenstoff und Sauerstoff. Dies geht so weiter, bis Eisen entsteht. Eisen kann nicht so fusionieren, dass weiter Energie freigesetzt wird. Deshalb ist dann erstmal Schluss. Hat dieser Eisenkern jedoch eine kritische Masse überschritten (und die liegt deutlich höher als bei unserer Sonne), dann führt die Gravitationskraft dazu, dass der Eisenkern nicht stabil bleibt. Er fällt in sich zusammen. Das Eisen zerfällt in seine Bausteine. Am Ende bleiben nur Neutronen übrig.
Diese Fallen allerdings zunächst nicht in sich zusammen. Das bedeutet, dass alles was zuvor in Richtung Sternmitte zusammengefallen ist, aufeinmal auf den Neutronenkern stößt und von diesem in gewisser Weise abprallt und reflektiert wird. Trifft diese reflektierte Druckwelle auf den Gasmantel, der den Stern immernoch umgibt, wird dieser Gasmantel erhitzt und “abgesprengt”. Das ist es dann, was als Explosion sichtbar wird. Überschreitet der so entstandene Neutronenstern übrigens eine kritische Masse, so Fallen auch die Neutronen in sich zusammen – ein schwarzes Loch entsteht. [...mehr]
