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Physik hinter den Dingen
Auf die Nachfolger der herkömmlichen DVDs passt sechsmal so viel Information – ausreichend für Monumentalfilme. Der Trick: Die neuen DVDs arbeiten mit kurzwelligem blauem Laserlicht.
Lithiumionen-Akkus versorgen elektrische Geräte zuverlässig mit Strom. Gefährlich wird es, wenn sich in ihrem Inneren metallisches Lithium bildet.
Künstliche Intelligenz
Im Interview berichtet Gianaurelio Cuniberti, wie er und seine Kollegen einen Chip aus Silizium entwickelten, der lernen kann.
Technik
Die Speicherung elektrischer Energie erfolgt nicht direkt, sondern im Regelfall auf indirekte Weise. Eine Übersicht über aktuelle Möglichkeiten.
Erneuerbare Energien
Um Sonnenlicht in elektrischen Strom umzuwandeln, gibt es im Wesentlichen zwei verschiedene Wege: Photovoltaik und Solarthermie.
Forschung – gefördert vom BMBF
Im Projekt NOVA entsteht eine Onlineplattform, auf der Forscher ihre Messdaten – dreidimensionale Modelle von Insekten – gemeinsam nutzen können.
Metalle lassen sich mit vielfältigen Methoden bearbeiten, doch fehlt es bisher an Methoden, sie zuverlässig und in vertretbarer Rechenzeit im Computer nachzubilden.
Logistiker arbeiten mit ausgeklügelten Verteilnetzen. In Zukunft können GPS-Technik, Funkchips und vielleicht ein unterirdisches Rohrpostsystem den Lieferverkehr noch effizienter machen.
„Invar“, das Invariable, Unveränderliche, eine Eisenlegierung mit 36 Prozent Nickel, verändert seine Länge nicht oder doch kaum, wenn die Temperatur schwankt. Andere Legierungen haben ein „Gedächtnis“ …
Theoretische Berechnungen zeigen, wie das Wechselspiel zwischen einer Brücke und ihren Besuchern bei der Millenniumsbrücke in London zu gefährlichen Schwingungen geführt hat.
Brownsche Motoren können sich gezielt in eine Richtung bewegen, indem sie die ungerichtete und zufällige thermische Zitterbewegung in warmen Umgebungen nutzen.
Energiespeicher
Im Interview erklärt Alexander Schmid, wie die Sauerstoff-Ionen-Batterie die Energiewende vorantreiben könnte.
Quantenpunkte
Im Interview erzählt Andreas Wieck, wie sich Quantenpunkte herstellen lassen und welche Anwendungen sie ermöglichen.
Neben der elektromagnetischen Induktion sorgen bei einem Induktionsherd noch weitere physikalische Effekte dafür, dass das Essen schnell warm wird.
Quantenmechanik
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckten Physiker die Quantenwelt. Die Gesetze, die in der Welt der Teilchen und Atome gelten, entpuppten sich als grundlegend anders als in der uns bekannten makroskopischen Welt.
Bildgebungsverfahren
Im Interview erläutert Franz Pfeiffer, wie zwei neuartige Bildgebungsverfahren sichtbar machen, was auf gewöhnlichen Röntgenaufnahmen verborgen bleibt.
Katalysatoren für Brennstoffzellen sollen auf kleinstem Raum eine riesengroße Oberfläche für chemische Reaktionen bieten. Aber das macht sie für Schäden anfällig.
Brennstoffzellen sollen so effizient und umweltfreundlich wie nie zuvor chemische in elektrische Energie umwandeln. Wie funktionieren die Hoffnungsträger?
Zwei Reaktordesigns sind für Fusionskraftwerke in Entwicklung. Wie unterscheiden sich die Funktionsprinzipien von Tokamak und Stellerator?
Frank Jenko simuliert Plasmaturbulenzen, die im „Brennraum“ eines Fusionsreaktors auftreten. Auf diese Weise will er die „Lecks“ aufspüren, über die das 100 Millionen Grad heiße Gas seine Energie verliert.
Wenn es gelingt, das kontrollierte Schmelzen von Atomkernen auf der Erde zu realisieren und die freiwerdende Energie einzufangen, wird eine völlig neue Energiequelle erschlossen.
Seit einigen Jahren versucht die europäische Forschung, unsere bisweilen 50 Jahre alten Stromnetze zu modernisieren und neue Kraftwerke zu integrieren, die von den Launen der Sonne oder des Windes abhängig sind.
Wie läßt sich das Plasma stabil einschließen, gleichzeitig aber an seinem Rand ein kontrollierter Abtransport der ungeheuren Wärmemengen erreichen?
Unterschiedliche Methoden der Diagnostik helfen die Vorgänge im Fusionsplasma zu verstehen.
Die Sonne erzeugt durch die Fusion von Wasserstoff- zu Heliumkernen große Mengen an Energie. Forscher am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik wollen diesen Prozess nachbilden.
Supraleiter
Wie Forschende weltweit überprüfen, ob es sich beim Material LK-99 tatsächlich um einen Hochtemperatursupraleiter handeln könnte, berichtet Karsten Held im Interview.
Manche Brillen färben sich im Sonnenlicht selbst ein. Das liegt an Molekülen oder Kristallen, die auf UV-Strahlung reagieren.
Als Quantenpunkte bezeichnen Physiker wenige Nanometer große Einschlüsse eines Halbleitermaterials in einem anderen. Damit lassen sich maßgeschneiderte optoelektronische Bausteine erzeugen.
Quantenpunkte bilden die Grundlage revolutionärer neuer Bauelemente der Elektronik, Optoelektronik und Quanteninformationsverarbeitung.
Hochtemperatur-Brennstoffzellen arbeiten bei Temperaturen bis zu 1000 Grad Celsius. Besonders geeignet sind solche Anlagen für kleine stationäre Kraftwerke.
Nanopartikel mit einem Durchmesser von wenigen Milliardstel Metern könnten die Basis für eine einfache Produktion von Katalysatoren für Brennstoffzellen liefern.
Zylindrischer Rumpf, zwei Flügel und großes Leitwerk: Seit Jahrzehnten wird jedes Passagierflugzeug nach dem gleichen Grundprinzip konstruiert. Doch diese Form könnte sich bald grundlegend wandeln.
Damit der Schienenverkehr seine große Bedeutung auch in Zukunft behalten kann, arbeiten deutsche Wissenschaftler und Ingenieure an immer sparsameren und dennoch schnellen Zügen.
Droht ein Fahrzeug bei zu schneller Kurvenfahrt auszubrechen, dann kann es durch ESP in der Frühphase durch gezieltes Abbremsen einzelner Räder wieder stabilisiert werden.
Nanotechnologie
Quantenpunkte verhalten sich wie eine Art riesiges Atom. Die daraus resultierenden physikalischen Eigenschaften ermöglichen eine Vielzahl von technischen Anwendungen.
Fusionsforschung
Im Interview berichtet Elisabeth Wolfrum, wie sich Ausbrüche und Schäden durch das Plasma in Fusionsanlagen verhindern lassen.
Batterien liefern den Strom für Mobiltelefone, Laptops oder Fernbedienungen. Verschiedene Anwendungen stellen sehr unterschiedliche Ansprüche an die Batterien. Neue Batterietypen zu entwickeln ist langwierig und aufwändig.
Lithium-Ionen-Batterien sind milliardenfach in Smartphones, Laptops und Elektroautos verbaut. Man schätzt sie vor allem wegen ihrer hohen Energiedichte.
Kernfusion
Im Interview erzählt Hartmut Zohm, welcher neue Rekord erreicht wurde und was er für die künftige Fusionsforschung bedeutet.
Mit einer Wärmepumpe lassen sich Gebäude besonders energieeffizient beheizen. Möglich macht das ein Prinzip, das auch in Kühlschränken zum Einsatz kommt.
Festkörperphysik
Viele Materialien leiten elektrischen Strom ohne jeden Widerstand – bislang allerdings nur unter extremen Bedingungen. Weltweit wird daran gearbeitet, das zu ändern.
Energie
Seit Jahrzehnten arbeiten Forscherinnen und Forscher daran, die Kernfusion als Energiequelle zu erschließen. Einige Meilensteine haben sie dabei schon erreicht.
Raumfahrt
Am 21. Juli 1969 setzte Neil Armstrong erstmals einen Fuß auf den Erdtrabanten. Jahrelang hatte die NASA die viertägige Reise geplant – und bereitet nun weitere Missionen vor.
Die Energie der Sonne ist nahezu immer und überall verfügbar. Seit Jahrtausenden nutzen wir ihre Wärmestrahlung und ihr Licht.
Teilchenbeschleuniger
Wie Teilchenbeschleuniger in Zukunft nachhaltiger werden können, erzählt Norbert Pietralla im Interview mit Welt der Physik.
Plasmaphysik
Mit Wendelstein 7-X erforschen Physiker ein mögliches Konzept für zukünftige Fusionskraftwerke. Seit der Inbetriebnahme im Jahr 2015 stellten sie bereits etliche Rekorde auf.
Metall gehört nicht in den Mikrowellenofen, heißt es oft. In der Tat können dünne und spitze Metallgegenstände dort Funken auslösen. Doch es gibt eine Ausnahme.
Fallturm
Im Interview erzählt Christoph Lotz, wie sich mit Antriebstechnik aus dem Achterbahnbau ein Fallturm bauen lässt.
Im Interview berichtet Holger Dau, wie neue Erkenntnisse zur Photosynthese die nachhaltige Brennstoffproduktion vorantreiben könnten.
Quantenkryptographie
Im Interview berichtet Philip Walter, wie sich in Zukunft digitale Zahlungen mithilfe von Quantentechnik schützen lassen.
In vielen Technologien macht man sich bereits die besonderen Eigenschaften von Quantenteilchen zunutze. Doch Physiker wollen noch weitergehen und Quanteneffekte gezielt kontrollieren, um so neue Anwendungen zu ermöglichen.
Ob nun auf einer CD-ROM Musik, Videos oder Computerprogramme gespeichert sind – ein Laserstrahl entlockt den bunt schillernden Scheiben ihre Daten; das Phänomen der Interferenz hilft dabei.
Durch neue technische Entwicklungen steigen die Wirkungsgrade von Solarzellen, während die Produktionskosten weiter sinken.
Weltweit streben Physiker nach immer genaueren Uhren – ob für die Navigation per Satellit oder die Überprüfung fundamentaler Naturgesetze.
Maschinelles Lernen
Im Interview beschreibt Torsten Enßlin eine mathematische Methode, die aus lückenhaften Messdaten detaillierte Bilder erzeugt.
Wozu brauchen wir Energie? Im täglichen Leben wird die Energie genutzt, um sehr viele unterschiedliche Dienstleistungen zur Verfügung zu stellen.
Anders als in Kraftwerken, in denen man etwa Kohle oder Gas verbrennt, wird sich in Kernkraftwerken die bei der Spaltung von Atomkernen freiwerdende Energie zunutze gemacht.
Ein wachsender Anteil von erneuerbaren Energieträgern zeigt in den letzten Jahren beachtliche Ergebnisse, den Strom mit deutlich geringeren Emissionen von Kohlendioxid zu erzeugen.
Als Startpunkt der Energieforschung in Deutschland gilt das „Atomprogramm“ vom 09.12.1957. Der politische Startpunkt für das Programm geht zurück auf das Jahr 1955.
Intelligente Stromnetze sollen auf Schwankungen von Stromerzeugung und -bedarf reagieren und die verfügbare Energie stets effizient nutzen.
Im Gegensatz zu fossilen oder nuklearen Kraftwerken speisen Solar- und Windkraftanlagen sehr unregelmäßig Strom ein. Hilft synthetisches Erdgas, das bei Bedarf in Gaskraftwerken rückverstromt werden kann?
Klimaanlagen basieren auf dem gleichen Konzept wie Kühlschränke: Ein zirkulierendes Kältemittel verdampft und kondensiert wieder. Dabei wird der Innenraum gekühlt.
Mikrowellenherde funktionieren ohne Kontakt zu einer Wärmequelle. Denn hier werden Wassermoleküle durch Mikrowellenstrahlung hin- und hergedreht und erzeugen durch Reibung Wärme.
Ein steigender Wirkungsgrad ist der Schlüssel zum Erfolg der solarthermischen Kraftwerke. Höhere Betriebstemperaturen und geringere Investitionskosten könnten diesen Weg ebnen.
1974 wurde die nicht-nukleare Energieforschung in einem Rahmenprogramm „Energieforschung“ zusammengefasst. Das war zugleich der Startschuss für groß angelegte, umfassende Energieforschungsprogramme in Europa.
Unter der Erdoberfläche herrschen zum Teil sehr große Temperaturen. Damit verbunden sind enorme Mengen an Wärme, die in Gesteins- und Erdschichten sowie unterirdische Wasserreservoirs gespeichert sind.
Energie bietet die Natur genug, man muss sie nur nutzbar machen: Aus Sonne, Wind und Wasser, aus fossilen Brennstoffen, aus den Kernen der Atome. Die Physik liefert die Methoden dazu.
In den letzten Jahrzehnten gelangen Ingenieuren große Fortschritte beim Bau von Windkraftanlagen, sodass Windräder an Land bereits Leistungen von sechs Megawatt liefern.
Der Verkehr muss sich künftig nicht nur den Ausstoß von Umweltschadstoffen, sondern auch übermäßigen Kraftstoffverbrauch abgewöhnen. Wie helfen Brennstoffzellen?
Die Menge Kohlenstoff, die in Gashydraten existiert, ist enorm groß. Obwohl es noch Unsicherheiten gibt, wird heute allgemein von einer Größenordnung um 10.000 Gigatonnen Kohlenstoff ausgegangen.
Elektrischer Strom wird durch Umwandlung aus anderen Energieformen gewonnen und zum Speichern meist wieder umgewandelt.
Bionik
Ein neues Material nach dem Vorbild von Tintenfischen kann je nach Einstellung Wärme, Licht und Mikrowellen blockieren – oder durchlassen.
Eine neu entwickelte Tinte ermöglicht den 3D-Druck von dreidimensional angeordneten, dehnbaren Drähten für elektronische Pflaster.
Am 10. Februar soll die Raumsonde Solar Orbiter ins All starten. Was sich Wissenschaftler von der Mission erhoffen, berichtet Joachim Woch im Interview.
Eine hölzerne Spiralstruktur nach natürlichem Vorbild bohrt sich bei Feuchtigkeit in den Boden und lässt Pflanzensamen erfolgreicher keimen.
Bose-Einstein-Kondensate
Auf der Internationalen Raumstation haben Wissenschaftler eine Wolke aus Atomen extrem abgekühlt und so einen ganz besonderen Materiezustand erzeugt.
Zeitmessung
Physiker haben eine hochpräzise Atomuhr für den Weltraum entwickelt, mit der sich unter anderem die Genauigkeit von Navigationsdaten verbessern lässt.
Mithilfe von Glasfaserkabeln und Laserlicht verglichen Forscher die Genauigkeit von verschiedenen Atomuhren mit einer Rekordpräzision.
Kernuhren
Der Atomkern des Elements Thorium-229 soll zukünftig als Taktgeber für einen neuartigen Typ von Atomuhren dienen.
Eine hochgenaue Atomuhr, die in einen Anhänger passt – mit dieser Neuentwicklung können Forscher nun die Erde vermessen.
Erosion
Mit einer neuen Methode lässt sich der Einfluss von Haftkräften zwischen Staubkörnern auf Erosionseffekte im Detail analysieren.
Schallwellen
Ein überraschendes Phänomen – basierend auf Schallwellen – ermöglicht es, kleine Objekte kontrolliert zu bewegen und anzuordnen.
Synthetische Kraftstoffe
Aus Wasser und Kohlendioxid lassen sich mit der Hitze gebündelten Sonnenlichts flüssige, klimaneutrale Treibstoffe erzeugen.
Analysen von Mondgestein ergaben, dass sich Katalysatoren und damit Sauerstoff und Treibstoffe direkt auf dem Mond gewinnen lassen könnten.
Quantenphysik
Den Nobelpreis für Physik erhalten dieses Jahr Alain Aspect, John F. Clauser und Anton Zeilinger für ihre Arbeiten auf dem Gebiet der Quantenmechanik.
Elektrolyse
Dank besonderer Materialien benötigen Forscher kein gereinigtes Trinkwasser mehr, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten.
Photovoltaik
Eine neue Methode, um Perowskitschichten in Solarzellen zu kombinieren, erhöht deren Wirkungsgrad und Haltbarkeit.
Erderwärmung
Die globale Erwärmung hat auch Folgen für das künftige Potenzial von Wind-, Solar- und Wasserkraftwerken, wobei es regional starke Unterschiede geben dürfte.
Seismologie
Eine neue Methode, die kleine Änderungen der Schwerkraft detektiert, könnte schneller und genauer vor Tsunamis warnen.
Biologie
Ein überraschend einfaches Konzept verwandelt die Kamera eines Smartphones in ein Mikroskop, mit dem sich sogar innere Organe von Zebrafischen beobachten lassen.
Elektrizität
Ein Feldversuch in den Schweizer Alpen zeigt, wie sich Blitze in Gewittern mithilfe von Laserstrahlen ablenken lassen.
Mithilfe von Lasern erzeugten Forscher erstmals ein Plasma, das sich selbst aufheizt – ein wichtiger Schritt, um Kernfusion nutzbar zu machen.
Forschern gelingt es, 219 Berylliumionen mit magnetischen Feldern einzufangen und quantenmechanisch miteinander zu koppeln.
Forscher haben einen flexibel programmierbaren Quantencomputer mit fünf Ionen entwickelt und getestet.
Ionenfalle
Physiker haben erstmals die quantenmechanischen Zustände von geladenen Molekülen kontrolliert verändert und gemessen.
Wissenschaftler stellen einen neuen Bauplan für einen universellen Quantencomputer vor, der sich beliebig skalieren ließe.
Quantensimulator
Mit ultrakalten Atomen – gefangen in optischen Gittern – können Physiker komplexe Quantensysteme simulieren.
Physiker stellen einen neuen Rekord für die Präzision einer Atomuhr auf, indem sie Strontiumatome in ein dreidimensionales Lichtgitter einsperren.
Satellit
Wissenschaftlern ist die technisch anspruchsvolle Aufgabe geglückt, via Satellit sogenannte Quantenschlüssel zwischen zwei Bodenstationen auszutauschen.
Umweltbelastung
Kleine Roboter aus einem neuartigen Schichtmaterial absorbieren beim Schwimmen winzige Plastikteile.
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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