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Auf
den Spuren eines Nobelpreiträgers:
Physik-Lk überprüft theoretisches Wissen

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Wer, was, wann, wo?
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Interview mit Kursmitgliedern
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Bilder aus dem Labor der TU Darmstadt
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Erstaunliche Experimente
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Wer, was, wann, wo? |

Am 31. Januar 2006 besuchten die 10 Schüler des Physik-LKs
der Jahrgangsstufe 12 die Technische Universität (TU) in Darmstadt.
Ziel waren die sonst nur Studenten vorbehaltenen Praktikumsräume
des Fachbereichs Physik. Anerkennend zu bemerken ist, dass der Ausflug
in der Freizeit der Schüler stattfand.
Als Ergänzung zum Thema “Elektrische und Magnetische
Felder” im ersten Halbjahr der Jahrgangsstufe 12 führten
die Schüler dort zwei Versuche durch, die aufgrund des
hohen experimentellen Aufwands mit den in der Schule zur Verfügung
stehenden Mitteln nicht gezeigt werden können.
Im ersten Versuch wurde die Ladung von Öltröpfchen
bestimmt. Die Schüler wandelten damit auf den Spuren
des amerikanischen Physikers Robert Millikan, der um 1910
festgestellt hatte, dass alle in der Natur auftretenden Ladungen
ganzzahlige Vielfache einer kleinstmöglichen Ladung (der
sogenannten Elementarladung) sind. Millikans Entdeckung war
damals bahnbrechend, da sie den Physikern beim Verständnis
des Aufbaus von Materie weiterhalf, und wurde daher mit einem
Nobelpreis belohnt. Heutzutage weiß man allerdings,
dass auch andere Ladungen auftreten können.
Im weiten Versuch bestimmten die Schüler den Verlauf
der elektrischen Feldlinien zwischen einer Spitze und einer
Platte. Es zeigte sich, dass die elektrische Feldstärke
an einer Spitze besonders hoch ist, was man z.B. bei Blitzableitern
verwendet.
Anschließend an die Versuche nahmen die Schüler
noch an einer Führung durch eine Arbeitsgruppe der TU
teil. Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit den theoretischen
Grundlagen für die Kernspintomographie. Im Gegensatz
zu einer Röntgenaufnahme, die nur Verletzungen an Knochen
sichtbar machen kann, kann ein Arzt durch eine Kernspintomographie
krankes von gesundem Gewebe unterscheiden. Somit sind z.B.
auch Aufnahmen eines Gehirns möglich.
gez.: Joachim Hahn, Physiklehrer des Kurses
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Interview mit Fabian, Robert und Thomas: Teil 1 |
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mit (v.l.) Fabian R., Robert K. und Thomas B., alle Jgst. 12 |
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Ihr habt in euerem Physik-LK Ungewöhnliches
erlebt. Was war das Thema?
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Robert:
Es ging um elektrische und magnetische Felder, mit denen wir
uns außerhalb der Schule, genauer in der TU in Darmstadt,
beschäftigt haben.
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Beschäftigt heißt, der ganze
Physik LK war aktiv?
Hattet ihr denn dazu genug Vorwissen?
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Fabian
R.:
Wir haben uns in Zweiergruppen aufgeteilt und haben dann unter
Anleitung die Versuche durchgeführt. Versuche dieser Art
machen nur Sinn, wenn man im Unterricht die Grundlagen theoretischer
Natur drauf hat. Eine intensive Beschäftigung vorher ist
also unabdingbar. Das war bei uns gegeben, denn Herr Hahn, unser
Physiklehrer, hatte uns prächtig eingestimmt.
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Könntet ihr beschreiben, wie einer
der Versuche aussah? |

Thomas:
Ein Versuch war so aufgebaut, dass geladene Metallplatten sich
gegenüber befanden. In den Raum zwischen den Platten wurden
Öltröpfchen gesprüht.
Ich muss vielleicht ergänzen, dass die Tröpfchen sehr
klein sind, viel kleiner als 1 Millimeter, etwa 0,5 Mikrometer.
Unser Ziel war es, die Ladung dieser Tröpfchen zu bestimmen
und auf die Elementarladung zu schließen.
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Bilder aus dem Labor der TU Darmstadt |
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Im Labor in der TU
Darmstadt
(von vorne nach hinten): Thomas B., Robert, Robert S., Richard, Fabian, Matthias, Robin, Thomas J., Eskendr und Tristan beim Beobachten der Öltröpfchen im Mikroskop
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Thomas beim Ausmessen eines elektrischen
Feldes |

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Elektrische Feldlinien
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Interview mit Fabian, Robert und Thomas: Teil 2 |
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Wie wurde das nun festgestellt? |
Robert:
Unter dem Mikroskop kann man beobachten, wie sich die Tröpfchen
bewegen und dadurch ihre Ladung verraten.
Auf jedes Tröpfchen wirken die Erdbeschleunigung, die das
Tröpfchen nach unten zieht, und die Auftriebskraft der
Öltröpfchen in der Luft, die nach oben gerichtet ist.
Außerdem muss man noch die Luftreibung berücksichtigen.
Werden die Platten des Kondensators horizontal montiert, so
kann man durch Anlegen einer geeigneten Spannung an den Kondensator
eine elektrische Kraft derart auf die Tröpfchen ausüben,
dass diese die anderen beiden Kräfte kompensiert. Somit
kann erreichen, dass die Tröpfchen sich mit konstanter
Geschwindigkeit bewegen.
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Auf wen gehen die Versuche zurück? |
Thomas:
Robert Andrews Millikan bekam für seine berühmten
Öltröpfchen-Experimente 1923 den Nobelpreis und wir
konnten diese Versuche nachvollziehen.
Damals hat Herr Millikan
etwas geschummelt, denn er hat nur die Ergebnisse berücksichtigt,
die seine Theorie erhärteten. Das war wohl nicht schlimm,
denn er hat den Nobelpreis bekommen.
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Ihr habt die Versuche nicht in der Schule
gemacht. Warum? |

Fabian:
Um den Versuch durchzuführen braucht man viele Geräte,
die extrem teuer sind und viel Platz beanspruchen, also nichts
für eine einzelne Schule sind.
Deshalb sind wir an nach der Schule nach Darmstadt gefahren
und haben dort einen ganzen Nachmittag verbracht. Das war
sehr zeitintensiv, aber auch sehr spannend.
Ich
wollte noch ergänzen, dass wir nach dem Öltröpfchen-Experiment
noch in der Materialprüfung waren und dort viel erfahren
haben über Materialbeständigkeit und Supraleiter.
Wissenschaftler haben uns Experimente gezeigt und uns in ihren
Laborräumen zum Staunen gebracht. Unten im Bild sieht
man, welche Kraft ein Magnet auf Geldmünzen ausüben
kann. Solch starke Magnete befinden sich z.B. in Kernspintomographen
(siehe Bild direkt hier unten).
Ich fand das war ein toller Tag.
(Das Bild oben zeigt die Reste einer Banane, nachdem sie
in flüssigen Stickstoff (Temperatur etwa –200°C)
eingetaucht wurde. Die Banane war so hart gefroren, dass man
sie mit einem Hammer zerteilen musste.)

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Bilder aus dem Labor der TU Darmstadt |
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Dieses Bild zeigt
die magnetische Wirkung des Kernspintomographen |
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Eine Banane wird
in flüssigen Stickstoff eingetaucht und tiefgefroren. |
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J.
Hahn, Webteam, 06.02.2006 + 10.10.2007 |
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