In Zeiten von High-Speed-Internet und einer unglaublich großen Datenmenge, die übertragen wird, reichen normale Kupferkabel oft nicht mehr aus. Um dieser Datenfülle Herr zu werden, sind mittlerweile Glasfaserkabel flächendeckend im Einsatz. Doch wie funktioniert diese Übertragung per Glas eigentlich?
Die Übertragung im Glasfaserkabel geschieht durch Licht, das mit einer bestimmten Wellenlänge durch den Lichtleiter geschickt wird. Die Datenübertragung funktioniert, indem in einem bestimmten Zeitintervall eine physikalische Größe variiert, also moduliert wird. Dies wird vom Empfänger registriert und ausgewertet. Mit Licht können sehr hohe Datenmengen übertragen werden. So ist es möglich mit Licht eine Datenrate von 40 Gbit/s zu erreichen, im Labor sogar viermal mehr. Das Licht muss dabei ohne Störungen durch ein Kabel geleitet werden.
Hierfür bieten sich unterschiedliche Materialien an. Glasfaserkabel bestehen jedoch auch aus Kostengründen aus Siliziumdioxid (SiO2). Sie haben einen Kern, in dem das Lichtsignal geführt wird und einen Mantel. An dem Mantel muss das Licht möglichst zu 100% reflektiert werden, damit es nicht zu einem Signalverlust kommt. Deshalb besteht der Mantel aus einem Glas mit einem deutlich niedrigeren Brechungsindex. Da Glasfaserkabel recht empfindlich gegen mechanische Störungen sind, sind sie von einer schützenden Lackschicht umgeben.
Glasfaserkabel haben noch den weiteren Vorteil, dass mit ihnen Signale über sehr lange Strecken übertragen werden können, ohne dass es zu einem Datenverlust kommt. So können ohne Repeater, das sind gewissermaßen die “Zwischen-Verstärker”, Strecken von bis zu 250 Kilometern überbrückt werden. Typischerweise werden zumeist allerdings nur Strecken von 100 Kliometern eingerichtet.
Mittlerweile werden auch zunehmend private Haushalte mit Glasfaserkabeln versorgt. Dabei werden entweder zwei Leitungen gelegt, von denen eine für den Upload und die andere für den Download zuständig ist oder nur eine, bei der dann Licht mit einer Wellenlänge von 1310nm für den Download und Licht mit einer Wellenlänge von 1550nm für den Upload zuständig ist. Auf jeden Fall sind Glasfaserkabel eine ausbaubare Technik, die in Zukunft mit steigenden Datenmenge immer mehr Verbreitung finden wird. [...mehr]
Loading ...Wer kennt das nicht: beim Boarding in Flugzeugen kommt es zu Gedränge und Wartezeiten. Dies Problem hat ein Teilchenphysiker jetzt mathematisch gelöst. Leider wollen die Fluggäste den Berechnungen nicht so gerne folgen.
Nun gibt es viele unterschiedliche Methoden Menschen in Flugzeuge steigen zu lassen. Entweder lässt man die hinteren Reihen zuerst einsteigen, die vorderen zuerst, erst die Ränder dann die Mitten, alle Gleichzeitig oder in Gruppen oder einfach alle wie sie wollen. Diese unterschiedlichen Techniken können einen großen Zeitunterschied ausmachen. Jason Steffen hat in Nature nun aufgrund von Erfahrungen mit Elementarteilchen einen weiteren Vorschlag gemacht. Grundlage ist der Monte-Carlo-Algorithmus. Mit ihm lassen sich mathematisch Entscheidungen mit Fehlern simulieren. Nun kann berechnet werden, wann sich Fluggäste am wenigsten behindern würden.
Das ist der Fall, wenn zwei Fluggäste zwei Reihen voneinander entfernt sitzen. Deshalb war sein Vorschlag die Menschen in 10er Gruppen einsteigen zu lassen, die in den geraden Sitzreihen sitzen. Dann steigt eine Gruppe mit ungeraden Sitzreihen ein usw. Hierbeit muss jedoch auch die Sitzreihenreihenfolge eingehalten werden. So kann es zu einer Zeitersparnis von ungefähr 80% gegenüber dem schlechtesten Fall (Leute der vorderen Reihen zuerste einsteigen lassen) kommen. Leider wollen die Leute so nicht einsteigen. Sie wollen oft zusammen anstehen und einsteigen. Das ist mit der Methode von Steffen nicht möglich. Ein Kompromiss ist die Leute in vier Gruppen einsteigen zu lassen. Erst alle geraden Reihen links, dann alle geraden Reihen rechts und dann das ganze nochmal für die ungeraden Reihen. Dabei käme allerdings nur eine Zeitersparnis von ungefähr 50% heraus, was nicht viel mehr wäre als in dem Fall, wenn alle einfach wild durcheinander einsteigen.
Problem gelöst, aber nur in der Theorie. Schade, ich hätte mich darauf gefreut beim nächsten Flug schneller sitzen zu können. [...mehr]
Wie vermehren sich Regenwürmer eigentlich? Verbreitet ist die Annahme, beide Teile eines durchtrennten Regenwurmes könnten weiterleben. Das wäre sicherlich keine angenehme Art der Vermehrung, aber es stimmt auch nicht.
Regenwürmer können durch Unfälle, wie unvorsichtige Spatenstiche, aber auch durch eigengen Willen getrennt werden. Wird ein Regenwurm z.B. von einem Beutetier erwischt, kann er sich selbst abschnüren und so teilen. Der eine Teil wird dem Beutetier überlassen und der andere verschwindet schnell. Dabei sollte der Regenwurm jedoch vorsicht walten lassen, denn nicht alle Teile können regeneriert werden. Unweit der Mitte sitzen z.B. lebenswichtige Organe. Diese kann der Wurm nicht regenrieren. Ebenso kann der abgetrennte hintere Teil keinen vorderen Teil ausbilden. Er regenriert zwar in gewisser Weise, aber das Ergebnis ist ein Regenwurm mit zwei hinteren Enden. Das führt dazu, dass er kein “Mund” hat, nicht fressen kann und verhungert. Also ist nur der vordere Teil überlebensfähig. Wird allerdings nur ein kleiner vorderer Teil entfernt, stirbt dieser ab, kann aber von dem Rest wieder regeneriert werden. So lassen sich die Regenwürmer jedenfalls nicht vermehren. Regenwürmer sind Tiere, die man als Zwitter bezeichnet. Sie haben also zwei Geschlechter. Deshalb könnten sie sich rein theoretische mit sich selbst fortpflanzen. Einige wenige Regenwurmarten machen dies auch. Die meisten holen sich dennoch einen Partner. Dabei kommt es zu einem Spermienaustausch und gegenseitiger Befruchtung. Dadurch wird der biologische Genpool gemixt und die Anpassungsfähigkeit an Umwelteinflüsse erhöht. Dann legen die Regenwürmer – so wie Blutegel – Eier in Kokons ab. Aus diesen schlüpft dann nach nicht allzu langer Zeit ein neuer Regenwurm. Der Kompostwurm (Eisenia foetida) wurde übrigens 2004 zu dem „Wirbellosen Tier des Jahres“ gekrönt. Welch eine Ehre. [...mehr]
Für viele ist schon nicht ganz klar wie der Präsident der USA gewählt wird, wie aber die Präsidentschaftskandidaten gewählt werden, ist oft sehr unklar. Da hilft es auch nur wenig, wenn Zeitungen ganz selbstverständlich von Superdeligierten und ähnlichem reden.
Der Präsident wird von Wahlmännern gewählt, die wiederum direkt von der Bevölkerung gewählt werden. Die Wahl der Kandidaten der einzelnen Parteien ist da schon komplizierter. Was diesen Punkt angeht, sind die USA zumindest demokratischer als Deutschland. Die Kandidaten für das vergleichbare deutsche Amt des Bundeskanzlers werden nicht gewählt. Sie werden einfach durch die Partei bestimmt. In den USA stimmt die Bevölkerung in den Vorwahlen über die Kandidaten der Partei ab.
Dabei werden Wahlmänner in jedem Bundesstaat gewählt, die dann den Präsidentschaftskandidaten wählen. Hierfür gibt es unterschiedliche Verfahren. Bei den open primarys kann jeder für jede Partie einen Kandidaten (bzw. einen Wahlmann, der für einen Kandidaten ist) wählen. Das heißt, Demokraten dürfen z.B. mitbestimmen, wer der Kandidat für die Republikaner wird. Bei den closed primarys können nur diejenigen wählen, die sich zu der Partei bekennen für die sie wählen. Bei den Caucus müssen dahingegen alle die wählen wollen sich zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort befinden, um dort öffentlich für einen Kandidaten zu stimmen. Hierbei wird in recht kleinen Wahlkreisen jeweils für Wahlmänner gestimmt.
Die Wahlmänner werden übrigens mit relativer Mehrheit gewählt, d.h. die Person gewinnt, die die meisten Stimmen hat (winner takes all). Wenn dann all diese Wahlmänner in allen Bundesstaaten gewählt worden sind, dann stimmen sie über den Präsidentschaftskandidaten ab. Hierfür braucht es dann eine absolute Mehrheit. Wird diese nicht erreicht, kommen die sogenannten Superdeligierten ins Spiel. Dabei handelt es sich um wichtige Personen der Partei, wie Gouverneure, Senatoren oder Repräsentantenhausabgeordnete. Diese bestimmen dann, wer Kandidat sein soll. Dies wurde eingeführt, um unüberwindbare Konflikte zu vermeiden.
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Einige beschweren sich über Spargellandschaften und Diskoeffekte, dabei sind Winde ein wichtiger Energieträger der Zukunft.
Mittlerweile dürfte den meisten klar geworden sein, dass die Erde nicht unbegrenzte Ressourcen zur Verfügung stehen hat. Deshalb ist es wichtig nach regenerativen Energieträgern zu suchen. Einer davon ist die Sonnenenergie, deren Umwandlung in Strom ich im vorletzten Beitrag erklärt habe.
Ein spannender anderer Energieträger ist Wind. In gewisser Weise könnte man sagen, dass für Wind auch die Sonnenenergie eine wichtige Rolle spielt. Die Sonne erwärmt die Erde nämlich sehr ungleich. Wasser, Festland und Atmosphäre werden sehr ungleich erwärmt. Außerdem werden Tag- und Nachtseite ungleich erwärmt und der Äquator wird insgesamt stärker erwärmt als die Polarregionen. Dadurch kommt es zu einem unterschiedlichen Luftdruck auf der Erde. Die Luft ist bestrebt dieses Ungleichgewicht wieder auszugleichen. Dies geschieht, indem sich die Luftmassen in Bewegung versetzten. Dies ist aus den Wetternachrichten bekannt als Tief und Hochdruckgebiete, die sich bewegen. Sie bewegen sich aber nicht nur sondern zwischen ihnen wird auch Luft ausgetauscht. Hierdurch kommen Winde zustande. Dies ist jedoch nicht der einzige wichtige Faktor. Außerdem dreht sich die Erde. Dadurch wird eine Corioliskraft ausgeübt. Sie gibt der Luft noch etwas mehr Schwung. Diese Winde werden dann z.T. noch durch Geländearten gestoppt. Deshalb sind freie Flächen für die Nutzung von Windenergie besser. Daher stehen auch mehr Windräder in den nördlichen Regionen Deutschlands.
Der Wind setzt dabei die Rotorblätter der Windkraftanlagen in Bewegung. Diese Rotorblätter setzen einen Generator in Bewegung der diese Drehung in Strom umwandelt. Dies funktioniert ähnlich wie beim Fahrraddynamo. Die Rotorblätter erreichen dabei übrigens an ihren Enden eine Geschwindigkeit von bis zu 300 km/h.
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Satelliten die konstant auf der selben Stelle über der Erde schweben, nennt man geostationäre oder geosynchrone Satelliten. Auf den ersten Blick mag das normal erscheinen, doch das ist es nicht. Darum möchte ich jetzt das Phänomen mal genauer anschauen.
In Wirklichkeit bewegt sich ein Satellit der still zu stehen scheint mit einer Geschwindigkeit von 11.070 km/h. Das ist sehr schnell. Die Erde dreht sich aber auch recht schnell und da muss der Satellit mithalten. Da er sich jedoch über der Erde befindet, muss er eine längere Strecke zurücklegen als ein Punkt an der Erdoberfläche. Nicht jede Flughöhe ist für einen geostationäre Satelliten geeignet. Physikalisch muss gelten, dass die Erdanziehungskraft geauso groß sein muss, wie die Zentrifugalkraft. Die Kraft, die den Satelliten auf der Bahn hält muss genauso groß sein wie die Trägheitskraft, die den Satelliten bei der Umrundung der Erde wegfliegen lassen würde. Nur so kann eine konstante Umlaufbahn entstehen. Das bedeutet, dass es für jede Flughöhe eine ganz bestimmte Geschwindigkeit gibt, mit der der Satellit fligen muss, damit er auf der Bahn bleibt. Die Trägheitskraft ist nämlich abhängig von der Geschwindigkeit des Satelliten. Bei einer Höhe von 35786 km über der Erdoberfläche muss ein Satellit die Geschwindigkeit von 11.070 km/h haben, um nicht wegzufliegen. Das ist genau die Geschwindigkeit mit der der Satellit auf der Höhe von 35786 km über einem festen Punkt der Erde schwebt. Würde er niedriger schweben, würde er die Erde in wenigen Stunden und nicht an einem Tag umrunden. [...mehr]
Einstein hat für seine wegbereitenden Studien den Nobelpreis bekommen. Er wußte zwar nicht, dass seine Erkenntnisse für den Umweltschutz bedeutsam sein werden, aber sie waren es. Die Wichtigkeit der regenerativen Stromerzeugung nimmt zu. Grund genug sich mal zu fragen, wie die Solarzellen eigentlich funktinieren.
Das Grundprinzip ist ein einfach: Sonnenenergie wird in Strom umgewandelt. Die Technik die dahinter steckt ist jedoch nicht so einfach. Solarzellen wandeln mit Hilfe des photovaltaischen Effekts Licht in Strom um. Damit dies gelingt, müssen Solarzellen aus Halbleitern bestehen. Halbleiter leiten Elektrizität dann, wenn Licht auf sie trifft. Ist es dunkel und kalt, leiten sie keinen Strom. Halbleiter bestehen oft aus Silizium. Damit der Halbleiter zu einer Solarzelle werden kann, muss er dotiert werden. D.h. das Silizium wird mit einem anderen chemischen Stoff speziell “gemischt”. Dies kann je nach Element dazu führen, dass ein positiver Ladungsträgerüberschuss vorhanden ist (p-leitend) oder dass ein negativer Ladungsträgerüberschuss vorhanden ist (n-leitend). Nun wird eine p-leitende Schicht über eine n-leitende Schicht angebracht, so dass ein Grenzübergang zwischen p und n entsteht. Zwischen diesen beiden Schichten entsteht ein elektrisches Feld. Wenn nun Licht auf den Halbleiter trifft, kann die Energie, die vom Lichtteilchen erzeugt wird, wenn es auf ein Elektron trifft, genutzt werden. Die elektrische Energie fließt in dem elektrischen Feld des p-n Übergangs ab. Diese Technik wird ständig weiterentwickelt, um den Wirkungsgrad zu erhöhen und Solarzellen zu einer echten Alternative in der Energiegewinnung zu machen. [...mehr]
Eigentlich sollte es in der Region im Südwesten Deutschlands gar keine Erdbeben geben, aber es gibt sie doch. Jedoch nicht verursacht durch die Natur, sondern durch den Menschen selbst.
Zustande kommen die Erschütterungen der Erde durch den intessiven Abbau der Kohle in der Region. Deswegen hat es auch schon häufiger Beschwerden der Bevölkerung gegeben. Dies ist durch das letzte Erdbeben, das immerhin eine Stärke von vier auf der Richterskala erreichte, noch verstärkt worden. Wie verursacht aber der Kohleabbau diese Erdbeben?
Bei dem Steinkohlebergbau bleiben die Tunnel, die gegraben werden, nicht auf Dauer erhalten, sie fallen zusammen. Dies ist anders als zum Beispiel bei Salzstöcken wie Gorleben, in denen stattdessen Atommüll gelagert werden kann. Dieses “Einstürzen” der Hohlräume führt aber für gewöhnlich nicht zu Erschütterungen der Erde. Es kommt zwar zu einer Absenkung, die mitunter ganz erheblich sein kann und Häuser über den Absenkungen schädigen könnte, aber es kommt nicht zu Erschütterungen.
Dies liegt daran, dass die Tunnel üblicherweise recht langsam einstürzen. Es kann bis zu fünf Jahren dauern, bis der komplette Tunnel durch die Bergsenkungen wieder verfüllt ist. Dazu kommt noch, dass die weichen Schichten aus Sand und Ton, die sich absenken, die ganze Sache dämpfen. Zu Erdbeben kommt es daher nur, wenn eine Gesteinsschicht über dem Tunnel ist, die das Absinken längere Zeit verhindert. Irgenwann dann kann die Gesteinsschicht unter dem Druck zusammenbrechen und der ganze Tunnel fällt sehr plötzlich in sich zusammen. Das führt dazu, dass dann auch die darüber liegenden Schichten schnell einstürzen. Das Ergebnis ist eine Art Erdbeben.
Die neusten Rauchergesetze haben ein lebhafte gesellschaftliche Debatte um ds Rauchen ausgelöst. Was bindet uns aber an die Glimmstengel. Was ist Nikotin und wie kann es einen abhängig machen?
Ungefähr 16 Millionen Menschen rauchen – alleine in Deutschland. Von ungefähr 20% kann man sagen, dass sie stark abhängig sind. Ermöglicht haben dürfte das die Massenproduktion von Zigaretten wie sie seit 1867 möglich ist. Zu der Zeit würde nämlich die maschinelle Zigarettenproduktion erfunden. Nikotin ist ein Alkaloid, das in der Wissenschaft als Nerverngift bezeichnet werden könnte. Es ist sehr stark in Tabakblättern zu finden. Wird es geraucht, entfaltet es schon sehr schnell seine Wirkung im Körper. Meist nach wenigen Sekunden. Gerät es in die Blutbahn, fördert es die Ausschüttung von Serotonin, Dopamin und Adrenalin. Der Blutdruck erhöht sich und das Herz schlägt schneller. Nikotin wurde früher als Pestizid eingesetzt doch ist es sehr giftig. Tödlich wirkt schon ein Milligramm für jedes Kilo Körpergewicht. Somit ist Nikotin tödlicher als Zyankali oder Arsen…auch wenn es glücklich macht. Aber wie macht es abhängig? Nikotin selbst macht gar nicht so abhängig. Dennoch hat es eine der höchsten Suchtpotentiale. Wie geht das? Nicht der Stoff selbst wird benötigt aber das Verhalten der Stoffeinnahme wird erlernt. So erzeugt die Stimulation durch Nikotin einen Lernprozess im Gehrin der unterbewußt und automatistisch nach mehr Nikotin verlangt. Die Schwierigkeit von Nikotin los zu kommen besteht also darin, die Selbstbeherrschung aufzubringen das erlernte Verhalten im Alltag zu durchbrechen. Dies ist unanhangig von Bildung oder sozialer Herkunft bei jedem Menschen möglich. Der Entzug ist leicht. [...mehr]
Mathe mag für viele recht dröge sein und für einige bedeutete es wohl auch die unfreiwillige Verlängerung der Schulzeit. Doch Mathematik hat auch andere Seiten. Was ist den utopischen Gehalten der Mathematik?
Mathematik hat als Grundlage die Logik. In der Logik gibt es eine spezielle Logik: Die modale Logik. Sie hat einen Operator für “notwendig” und einen für “möglich”. Und schon Elster, der Ende der 70er ein Buch über die Logik geschrieben hatte, war von der modalen Logik so fasziniert, weil sie zeige, dass eine andere Welt möglich sei.
Vielleicht etwas übertrieben, aber so scheint die Mathematik unter anderem auf solchen Annahmen zu beruhen und noch mehr. So ist die Mathematik auch ein Reich der Freiheit, denn sie ist nicht wie andere Wissenschaften auf die wirkliche Welt beschränkt, sondern kann mit beliebig festgelegten Axiomen arbeiten. Völlige Freiheit. Nur muss man dann auch die Konsequenzen dieser Annahmen tragen.
Und dort taucht neben der Freiheit ein Element von Gleicheit auf. Denn in der Argumentation, was aus bestimmten Annahmen folgt, sind alle gleich. Jeder muss dieselben Argumente akzeptieren. Sie sind allgemein gültig. Über dieses gemeinsame Teilen universeller Argumente kann dann auch noch eine Art von Solidarität zwischen den Argumentierenden entstehen.
Etwas zuviel des Guten? Habermas zumindest hat diesen Gedanken, wenn auch nicht speziell für die Mathematik in seiner Theorie des kommunikativen Handelns entwickelt. Sicherlich lesenswert. [...mehr]
