Brennstoffzelle
Franck-Hertz-Versuch
Planck- und Avogadro-Konstanten
Raster-Tunnel-Mikroskopie
Experimente mit Röntgenstrahlen
Experimente bei tiefen Temperaturen
Magnetron-Zerstäubung - Ein Verfahren zur Abscheidung dünner Schichten
Mechanische Oberflächeneigenschaften dünner Schichten
He-Ne-Gas-Laser
Holografie
Spezifischer Widerstand dünner leitfähiger Schichten
Magneto-optische Kerr-Effekt Spektroskopie
Ferromagnetismus und Hysterese
Alltag in der Computerphysik: Simulation komplexer Systeme
Parallelrechner in der Physik
Sandhaufen, Ameisen und Finanzmärkte
Raster-Elektronen-Mikroskopie

Versuche

Aufgabenstellungen für die selbständige wissenschaftliche Arbeit
Die nachfolgende Liste beschreibt die Versuche, aus denen Du auswählen kannst. Wenn Du mitmachen möchtest, suche Dir mindestens 3 Favoriten aus der Liste aus (1 - möchte ich unbedingt machen, 9 - interessiert mich) und trage den Listenplatz auf der Anmeldung in das Feld neben dem Versuch ein.

1. Brennstoffzelle	nach oben
- Dr. Sascha Gruner, P002 -	6 Schüler
Brennstoffzellen erlauben eine direkte Umwandlung zwischen elektrischer und chemischer Energie. Bei Zufuhr von elektrischer Energie kann mit der Wasserstoff-Sauerstoff Brennstoffzelle Wasser unter Aufwendung von Energie in Wasserstoff und Sauerstoffgas zerlegt werden. Im umgekehrten Prozess lässt sich ein Teil der bei der Verbrennung von Wasserstoff frei werdenden Energie als elektrische Energie nutzen. Im Versuch hast Du die Möglichkeit, den Aufbau und die Wirkungsweise von Wasserstoff-Sauerstoff Brennstoffzellen im Experiment kennenzulernen.

2. Franck-Hertz-Versuch	nach oben
- Dipl.-Phys. Dagmar Wagner, P003 -	4 Schüler
- Professur Oberflächen und Grenzflächenphysik -
Von den Physikern James FRANCK und Gustav HERTZ wurden 1913 Elektronenstoß-experimente durchgeführt. Anhand der dabei für den Elektronenstrom in Gasen gefundenen ausgeprägten Strommaxima und -minima konnte gezeigt werden, dass Atome diskrete Anregungs- und Ionisierungspotentiale besitzen. Der Versuch zählt zu den eindruckvollsten Experimenten, die zur Grundlage für die moderne Quantenlehre wurden.

3. Planck- und Avogadro-Konstanten	nach oben
- PD Dr. Gunter Beddies, P003 -	5 Schüler
- Professur Oberflächen und Grenzflächenphysik -
Durch Beschuss einer Molybdänanode mit hochenergetischen Elektronen entsteht Röntgenstrahlung. Durch Auswertung der erzeugten Röntgenbremsstrahlung in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung der Elektronen kann in einfacher Weise die Planck´sche Konstante ermittelt werden. Durch Ausnutzung der gleichzeitig erzeugten charakteristischen Röntgenstrahlung kann durch Beugung an einem NaCl-Einkristall die Avogadro-Konstante bestimmt werden.

4. Raster-Tunnel-Mikroskopie	nach oben
- Herbert Schletter, P006 -	2 Schüler
- Professur Analytik an Festkörperoberflächen -
Die Schüler werden in verständlicher Form in Aufbau und Funktionsweise eines modernen Raster-Tunnel-Mikroskops eingeführt. Dieses Gerät nutzt den quantenmechanischen Tunneleffekt aus und erlaubt dabei höchste Auflösungen bis herab zur Abbildung einzelner Atome. Die Schüler können selbst mikroskopieren und sich mit den Möglichkeiten und Besonderheiten eines derartigen sogenannten Nahfeld-Mikroskops vertraut machen. Bei diesem Versuch ist etwas manuelle Geschicklichkeit beim Hantieren mit sehr kleinen Gegenständen wünschenswert. Es wird versucht werden, an einer Probe atomare Auflösung zu erzielen.

5. Experimente mit Röntgenstrahlen	nach oben
- Dr. Andreas Liebig, P009 -	4 Schüler
- Professur Oberflächen und Grenzflächenphysik -
Am 8. November 1895 beobachtete Wilhelm Conrad Röntgen beim Experimentieren eine seltsame Leuchterscheinung und berichtete in einem Artikel bereits im Dezember "Ueber eine neue Art von Strahlen". Heute haben die "X-Strahlen" vielfältige Anwendungen in der medizinischen Diagnostik, Therapie und den Naturwissenschaften gefunden. Da Röntgenstrahlen aber auch Veränderungen in lebenden Organismen bewirken können, ist ein sorgfältiger Umgang notwendig. Die Experimente zur Absorption, Emission und Beugung von Röntgenstrahlen vermitteln wichtige Eigenschaften dieser Strahlung. Darüber hinaus sind auch Kenntnisse über die Erzeugung von Röntgenstrahlen, Röntgengeneratoren, Strahlungsmessungen, Dosimetrie und Strahlenschutz zu erhalten.

6. Experimente bei tiefen Temperaturen	nach oben
- Dr. Martin Stiehler, P022 -	8 Schüler
- Professur Physik dünner Schichten -
Mit dem von Carl von Linde entwickelten Verfahren zur Verflüssigung von Gasen konnten erstmals größere Mengen Luft verflüssigt werden. Dies erlaubte es, Experimente bei Temperaturen weit unter der Raumtemperatur durchzuführen. Für viele Materialeigenschaften wie z.B. spezifischer Widerstand, Viskosität und Elastitzität beobachtet man bei tiefen Temperaturen interessantes Verhalten. In diesem Versuch wird mit flüssigem Stickstoff bei -196° C und flüssigem Helium bei -269° C experimentiert. Neben verschiedenen einfacheren Experimenten werden Probleme der Temperaturabhängigkeit von Elastizität, spezifischem Widerstand und Supraleitung/Superfluidität vorgeführt und selbst untersucht.

7. Magnetron-Zerstäubung - Ein Verfahren zur Abscheidung dünner Schichten	nach oben
- Dr. Hartmut Kupfer, P028 -	4 Schüler
- Professur Physik fester Körper -
Oberflächenveredelungen in Form dünner Schichten werden in vielfältiger Weise technisch genutzt. Die Schüler können selbst eine dünne Schicht mittels eines plasmagestützten Verfahrens - der Magnetronzerstäubung - abscheiden. Sie werden einfache physikalische Eigenschaften der Plasmaentladung kennenlernen und messen, sowie die Ergebnisse mittels Computer grafisch darstellen. Die Dicke der Schicht wird anschließend mit einem Profilometer bestimmt.

8. Mechanische Oberflächeneigenschaften dünner Schichten	nach oben
- Dr. Sania Berg, P030 -	2 Schüler
- Professur Physik fester Körper -
Die Schüler können mit einem mechanischen Profilometer die Oberfläche von verschiedenen Proben abtasten und lernen dabei die Möglichkeiten zur Charakterisierung von Rauigkeiten kennen. Die rechnergestützte Auswertung wird selbst durchgeführt. Mit einem modernen Atomkraftmikroskop wird vorgeführt, wie man das Prinzip der mechanischen Abtastung von Oberflächen soweit verfeinern kann, dass man damit fast in den Bereich atomarer Auflösung gelangt. Auch mit diesem Messgerät können Rauigkeiten ermittelt werden. In einem weiteren Versuch untersuchen die Schüler die Härte verschiedener Materialien mit Hilfe eines Mikroskops mit Härtemesseinheit, um so einen Eindruck des Verhaltens verschiedener Materialen bei Belastung zu bekommen. Anschließend sehen die Schüler wie mit einem modernen Gerät dieses Messverfahren bis in den Bereich kleinster Lasten ausgedehnt werden kann (Nano-Indentation) .

9. He-Ne-Gas-Laser	nach oben
- Dipl.-Phys. Fabian Ganss, P047 -	3 Schüler
- Professur Oberflächen und Grenzflächenphysik -
Der Helium-Neon-Laser wurde im Jahr 1960 nur wenige Monate nach dem Rubin-Laser entwickelt und war der erste Laser, der nicht gepulst, sondern kontinuierlich strahlt. Er arbeitet vor allem im roten und infraroten Spektralbereich. Zwar wurde er mittlerweile in vielen Anwendungsbereichen durch kostengünstige Laserdioden verdrängt, doch seine hervorragende Strahlqualität und Kohärenzlänge zeichnen ihn nach wie vor für anspruchsvolle Anwendungen aus. In diesem Versuch wird zunächst ein leistungsfähiger He-Ne-Laser aus einer Gasentladungsröhre und zwei Spiegeln aufgebaut. Anschließend soll er durch zusätzliche Bauteile so erweitert werden, dass er neben rotem auch orange-farbenes Licht erzeugen kann. Bis zu fünf verschiedene Wellenlängen des Laserlichts können dann mit einem Spektrometer näher untersucht werden.

10. Holografie	nach oben
- Dr. Thomas Franke, P049 -	6 Schüler
- Professur Chemische Physik -
Holografie ist ein Verfahren zur Aufzeichnung und Beobachtung dreidimensionaler Bilder. Die Schüler stellen selbst Hologramme her (Justierung des Versuchsaufbaus, Durchführung des fotografischen Prozesses) und können sich durch Beobachtung dieser Hologramme von der dreidimensionalen Bildwiedergabe überzeugen.

11. Spezifischer Widerstand dünner leitfähiger Schichten	nach oben
- Dipl.-Phys. Patrick Matthes, P112 -	2 Schüler
- Professur Oberflächen und Grenzflächenphysik -
Aus dem Physikunterricht ist bekannt, dass der spezifische Widerstand eine charakteristische Materialgröße ist und für einen vorgegeben Stoff konstant ist. Im Falle dünner leitfähiger Schichten wird der spezifische Widerstand sehr stark durch die jeweiligen Präparationsbedingungen bestimmt. Spezielle thermische Nachbehandlungen verändern die Struktur und die Morphologie der Schichten und damit auch den spezifischen Widerstand des Schichtmaterials. Im Rahmen dieses Versuches soll der Einfluss einer Kurzzeittemperung auf den spezifischen Widerstand dünner leitfähiger Schichten untersucht werden. Die dafür notwendigen elektrischen Messungen werden an einem so genannten 4-Spitzen-Messplatz durchgeführt. Zur Charakterisierung der Schichtmorphologie werden rastermikroskopische Verfahren genutzt. Die vorhandenen Verfahren zur Schichtpräparation werden mit vorgestellt.

12. Magneto-optische Kerr-Effekt Spektroskopie	nach oben
- Dr. Michael Fronk, P123 -	3 Schüler
- Professur Halbleiterphysik -
Der magneto-optische Kerr-Effekt beruht auf dem Wechselspiel von Licht und Magnetismus. Er wird bereits in der Praxis in magneto-optischen Speichermedien zum optischen Auslesen der magnetisch gespeicherten Information genutzt. In diesem Versuch wird MOKE-Spektroskopie an ferromagnetischen Schichten gemessen, um Hinweise über ihre Magnetisierung und ihre chemische und strukturelle Ordnung zu erhalten.

13. Ferromagnetismus und Hysterese	nach oben
- Dr. Sven Schubert, P202 -	4 Schüler
- Professur Komplexe Systeme und Nichtlineare Dynamik -
Ferromagnetismus und das damit verbundene Phänomen der Hysterese finden z.B. in modernen Festplatten Anwendung. Im Versuch simulierst Du mit Hilfe des Ising-Modells hysteretisches Verhalten von hart- und weichmagnetischen Materialien am Computer. So kann man lernen, wie Ferromagnetismus bei großen Temperaturen verschwindet. Darüberhinaus wird veranschaulicht, dass Hysterese ein weitverbreitetes Phänomen ist, was auch außerhalb des Magnetismus häufig beobachtet werden kann.

14. Alltag in der Computerphysik: Simulation komplexer Systeme	nach oben
- Dr. Janett Prehl, P205 -	10 Schüler
- Professur Theoretische Physik, insbesondere Computerphysik -
In vielen Bereichen der Physik ist es oftmals zu aufwendig, zu teuer oder einfach unmöglich, praktische Experimente durchzuführen. Um dennoch die ablaufenden physikalischen Prozesse gut verstehen zu können, werden heutzutage passende Simulationsmodelle entworfen, anhand derer man diese komplexen Systeme untersucht. In unserem Versuch werden wir am Computer physikalische Experimente durchführen um die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von Computersimulationen zu demonstrieren. Unter anderem betrachten wir die Bewegungen von Atomen, Effekte der Chaostheorie sowie Planetenbewegungen. Jeder hat die Möglichkeit, selbst zum Forscher zu werden und die Auswirkungen unterschiedlicher (auch nicht physikalischer) Anfangsbedingungen auf die vielschichtigen Systeme zu untersuchen.

15. Parallelrechner in der Physik	nach oben
- Dr. Philipp Cain, P310 -	4 Schüler
- Professur Theorie ungeordneter Systeme -
Erst durch den Einsatz paralleler Rechnerarchitekturen ist es möglich, auch aufwändige Modelle komplexer physikalischer Vorgänge zu simulieren. Im Versuch werden unterschiedliche Konzepte vorgestellt und Vor- und Nachteile anhand der Beispiele von vernetzten PCs, High-Performance-Cluster-Computern und dem Rechnen auf Grafikkarten untersucht. Dabei werden auch verschiedene Ansätze zur Erstellung paralleler Programme erläutert.

16. Sandhaufen, Ameisen und Finanzmärkte	nach oben
- Florian Günther, P311 -	4 Schüler
- Professur Theorie ungeordneter Systeme -
Die Simulation physikalischer Vorgänge dominiert heutzutage die Theoretische Physik. Anhand einfacher Beispiele (zelluläre Automaten, Ising-Modell, Problem des fallenden Toasts) wird demonstriert, wie physikalische Phänomene am Computer simuliert werden können. Durch Variation der Anfangs- und Randbedingungen können die Schüler die einzelnen Modelle selbständig auf ihre Resultate und Grenzen untersuchen.

17. Raster-Elektronen-Mikroskopie	nach oben
- Doreen Dentel, PK09 -	4 Schüler
- Professur Analytik an Festkörperoberflächen -
Dieser Versuch führt in verständlicher Form in den Aufbau und die Funktionsweise eines modernen Raster-Elektronen-Mikroskops ein. Die Teilnehmer lernen die Möglichkeiten und Besonderheiten eines solchen Gerätes kennen, bei dem ein fein gebündelter Elektronenstrahl im Vakuum die Probe abtastet und schließlich ein stark vergrößertes Bild der Oberfläche liefert. Sie mikroskopieren selbst an verschiedenen interessanten Objekten aus Natur und Technik, welche Sie gern auch selbst mitbringen können. Dabei bilden sie Objektstrukturen ab, die im konventionellen Lichtmikroskop nicht mehr sichtbar wären.