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Elektrischer Strom
Rudolf Gross und Christoph Utschick arbeiten daran, Strom kontaktlos zu übertragen. Im Interview berichten sie über ihren kürzlichen Forschungserfolg.
Energie
Seit Jahrzehnten arbeiten Wissenschaftler daran, die Kernfusion als Energiequelle zu erschließen. Einige Meilensteine haben sie dabei schon erreicht.
Teilchenbeschleuniger
Wie Teilchenbeschleuniger in Zukunft nachhaltiger werden können, erzählt Norbert Pietralla im Interview mit Welt der Physik.
Luftfahrt
Wie sich das Strömungsverhalten von Flugzeugen in Extremsituationen untersuchen lässt, erzählt Thorsten Lutz im Interview.
Technik
Für den Wirkungsgrad eines Windrades gelten physikalische Gesetze, die den Rahmen vorgeben, innerhalb dessen Ingenieure Windkraftanlagen mit möglichst hoher Stromausbeute konstruieren können.
Physik hinter den Dingen
Die intensive Strahlung der Sonne kann das Augenlicht in Sekundenschnelle schädigen – bei der Beobachtung ist also Vorsicht geboten.
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.
Vom Antrieb einer Silvesterrakete, dem Knallen von Feuerwerkskörpern bis hin zu den leuchtenden Farben – hinter all diesen Effekten steckt eine Menge Physik.
Mit der Experimentieranlage Wendelstein 7-X wollen Forscher die Kraftwerkstauglichkeit von Fusionsanlagen des Typs Stellarator demonstrieren.
Quantencomputer
Im Interview mit Welt der Physik erzählt Markus Ternes, wie er und seine Kollegen zwei Atome beim Informationsaustausch beobachtet haben.
Weltweit streben Physiker nach immer genaueren Uhren – ob für die Navigation per Satellit oder die Überprüfung fundamentaler Naturgesetze.
Fusionsforschung
Im Interview berichtet Elisabeth Wolfrum, wie sich Ausbrüche und Schäden durch das Plasma in Fusionsanlagen verhindern lassen.
Klimaforschung
Im Interview berichtet Christopher Irrgang, wie physikalische Klimamodelle künftig mit Künstlicher Intelligenz verschmelzen könnten.
In vielen Alltagsgegenständen machen wir uns Quanteneffekte bereits zunutze. Nun versuchen Physiker, diese gezielt zu steuern und so ganz neue Anwendungen zu ermöglichen.
Um Effekte der Quantenphysik besser zu verstehen, simulieren Forscher verschiedene Quantensysteme mit Atomen in optischen Gittern – und beobachten dabei ein Verhalten der Materie, das unseren Alltagserfahrungen widerspricht.
Quantennetzwerke
Wie sich mit einem Quanteninternet verschiedene Quantensysteme miteinander vernetzen lassen, erklärt Josef Schupp im Interview.
Quantencomputer nutzen Quanteneffekte, um bestimmte Probleme effizienter zu lösen. Dabei unterscheiden sie sich grundlegend von herkömmlichen Rechnern.
Mithilfe von Licht und Magnetfeldern lassen sich Atome einfangen und auf ein millionstel Grad über den absoluten Nullpunkt abkühlen.
Quantenmechanik
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.
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.
Quantensensor
Im Interview mit Welt der Physik spricht Tracy Northup über einen neuen Quantensensor, mit dem sich Lichtteilchen zerstörungsfrei messen lassen.
Energiespeicher
Im Interview erklärt Anatoliy Senyshyn von der TU München, wie sich Akkus im Betrieb mit Neutronen- und Röntgenstrahlung untersuchen lassen.
Wo kommuniziert wird, gibt es auch Lauscher. Quanteneffekte bieten die Möglichkeit, Informationen sicher zu verschlüsseln.
Rainer Blatt von der Universität Innsbruck über die Funktionsweise und den Einsatz von Quantencomputern.
Die Natur ist oft zu komplex, um sie in Computermodellen zu imitieren. Einen Ausweg bieten sogenannte Quantensimulatoren.
Bose-Einstein-Kondensate bestehen aus vielen hunderttausend Atomen. Mit einer solchen Atomwolke kann im Prinzip ein Quantencomputer hergestellt werden.
Den Physik-Nobelpreis 2005 teilen sich drei Forscher – darunter auch der Deutsche Theodor W. Hänsch vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik.
Ionenfalle
Für ihre Experimente an einzelnen Quantenteilchen erhielten David Wineland und Serge Haroche den Physik-Nobelpreis 2012.
Damit geheime Botschaften auch wirklich geheim bleiben, können Sender und Empfänger ihre Nachricht verschlüsseln – beispielsweise mithilfe der Quantenkryptografie.
Die Quantenmechanik eröffnet neue, faszinierende Perspektiven für die Kommunikation und die Informationsverarbeitung.
Welche Probleme sich mit Quantencomputern künftig womöglich lösen lassen, lässt sich theoretisch untersuchen – mithilfe von Supercomputern.
Quantenkommunikation
Im Interview berichten Andreas Tünnermann und Kevin Füchsel, wie sich Quantenschlüssel in Glasfaserkabeln austauschen lassen.
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.
Physiker verfolgen verschiedene Ansätze, um Kernfusion als saubere Energiequelle nutzbar zu machen – die physikalischen Voraussetzungen für solche Kaftwerke werden derzeit erforscht.
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.
Quantenteleportation
Im Interview mit Welt der Physik erklärt Manuel Erhard, wie sich die quantenmechanischen Eigenschaften eines Teilchens teleportieren lassen.
Bildgebungsverfahren
Im Interview erläutert Franz Pfeiffer, wie zwei neuartige Bildgebungsverfahren sichtbar machen, was auf gewöhnlichen Röntgenaufnahmen verborgen bleibt.
Akustik
Im Interview berichtet Johann Robertsson, wie sich Objekte in einem Raum in Echtzeit vortäuschen oder verbergen lassen.
Je schneller ein Fahrrad rollt, desto schwerer ist es zum Kippen zu bringen. Zum dynamischen Gleichgewicht braucht es ab einem bestimmten Tempo kaum die Balancierfähigkeit des Fahrers.
Wer in einer Achterbahn fährt, der spürt, wie groß die Kräfte sind, die dabei auf einen wirken. Denn nur sie machen den besonderen Nervenkitzel bei rasanten Abfahrten und Loopings erst möglich.
Mikrowellenherde funktionieren ohne Kontakt zu einer Wärmequelle. Denn hier werden Wassermoleküle durch Mikrowellenstrahlung hin- und hergedreht und erzeugen durch Reibung Wärme.
Ultraschall besteht aus Schallwellen, die für den Menschen nicht hörbar sind. In der Tumorvorsorge und bei anderen Untersuchungen nimmt Ultraschall eine wichtige Rolle ein.
Biomasse hat genau wie fossile Brennstoffe ihren Ursprung in organischer Materie. Wo endet Biomasse und wo fangen fossile Brennstoffe an?
Biomasse ist ein sehr weiter Begriff. Darunter zählen Erntereste, Holzabfälle aus Wäldern oder Energiepflanzen wie Raps. Je nach Art und Herkunft der Biomasse kann das energiereiche Gut auf verschiedene Weise genutzt werden.
Aus unseren Steckdosen kommt Wechselstrom, durch Hochspannungsleitungen fließt künftig dagegen wohl vor allem Gleichstrom.
Materialwissenschaft
Im Interview erklärt Megan Cordill, warum sich speziell gefertigte Gläser biegen lassen und damit beispielsweise für faltbare Displays eignen.
Mittlerweile werden jährlich mehrere Hundert Millionen Lithium-Ionen-Akkus in Smartphones und Laptops verbaut. Die Entwicklung dieser Batterien wird dieses Jahr mit dem Nobelpreis für Chemie gewürdigt.
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.
Der Endenergiesektor ist in vier Bereiche eingeteilt: Haushalte, Industrie und Verkehr sowie der Bereich Gewerbe, Handel, Dienstleistungen. Unsere Zahlen zeigen, welche Energieträger dort jeweils genutzt werden.
Welche Aussichten gibt es die Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen in der Zukunft zu steigern? Die Möglichkeiten sind unterschiedlich, das derzeit größte Ausbaupotenzial scheinen in Deutschland Windkraft und Photovoltaik zu besitzen.
Die Energievorräte an Stein- und Braunkohle übertreffen diejenigen von Öl und Gas um mehr als das Vierfache, weshalb Kohle als Primärenergiequelle noch länger zur Verfügung stehen wird.
Erdöl hatte im Jahr 2015 einen Anteil von rund 33 Prozent am globalen Primärenergieverbrauch und war damit der wichtigste Energieträger.
Für die zivile Nutzung der Kernkraft muss die Energie, die bei der Kernspaltung freigesetzt wird, kontrolliert werden. Welt der Physik erklärt die physikalischen Grundlagen und Anforderungen an einen Kernreaktor.
Die meisten modernen Computer oder Handys werden heutzutage mithilfe von Touchpads oder Touchscreens bedient. Dahinter steckt eine ausgeklügelte Technik, die Hardware und Software miteinander kombiniert.
Wegen immer höherer Wirkungsgrade sind Kohlekraftwerke attraktive Energiequellen. Die Kehrseite: Bei der Verbrennung fossiler Energieträger entstehen große Mengen an klimawirksamem Kohlendioxid. Gibt es einen Kompromiss?
Allein mit der Abtrennung von Kohlendioxid in fossil befeuerten Kraftwerken ist es nicht getan. Das Treibhausgas muss transportiert und in abgeschlossenen Räumen gespeichert werden.
Der Verkehr muss sich künftig nicht nur den Ausstoß von Umweltschadstoffen, sondern auch übermäßigen Kraftstoffverbrauch abgewöhnen. Wie helfen Brennstoffzellen?
Ein wachsender Anteil von erneuerbaren Energieträgern zeigt in den letzten Jahren beachtliche Ergebnisse, den Strom mit deutlich geringeren Emissionen von Kohlendioxid zu erzeugen.
Die größte Menge an Kohlendioxid produzieren in Deutschland die fossilen Kraftwerke, doch es gibt Einsparmöglichkeiten und Potenziale für erneuerbare Energien.
Methanhydrate sind eine häufige Form von Gashydraten. Diese gelten als möglicher Ersatz für Kohle, Öl und Erdgas. Sie bilden sich vor allem in Permafrostregionen und im Meer an Kontinentalrändern.
Unser Stromnetz weist vier Spannungsebenen auf, die mit Wechselstrom betrieben werden und durch Transformatoren miteinander verbunden sind.
Die kontrollierte Kernfusion wird seit den 1960er Jahren für machbar gehalten. Eine lange, aufwändige Entwicklung führte zu Plänen für einen ersten Reaktor, der mehr Energie produziert als er benötigt.
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.
In solarthermischen Kraftwerken wird Sonnenstrahlung mittels Spiegeln so stark konzentriert, dass damit ein geeignetes Arbeitsmedium um mehrere Hundert Grad erhitzt werden kann. Damit wird dann beispielsweise in Dampf- oder Gasturbinen Strom erzeugt.
Die Energie der Sonne ist nahezu immer und überall verfügbar. Seit Jahrtausenden nutzen wir ihre Wärmestrahlung und ihr Licht.
Die Natur liefert unendlich viel Primärenergie in Form von Sonnenlicht, Winden, Wellenbewegung, Wasserkraft, Erdwärme und in nachwachsender Biomasse – eine Herausforderung an Physik und Technik, diese Energie möglichst effizient und kostengünstig…
Wozu brauchen wir Energie? Im täglichen Leben wird die Energie genutzt, um sehr viele unterschiedliche Dienstleistungen zur Verfügung zu stellen.
Im Jahr 2016 waren in Deutschland 15 Anlagen an 13 Standorten in Betrieb mit einer Gesamtproduktion von etwas mehr als 102 Millionen Tonnen pro Jahr.
Ein steigender Wirkungsgrad ist der Schlüssel zum Erfolg der solarthermischen Kraftwerke. Höhere Betriebstemperaturen und geringere Investitionskosten könnten diesen Weg ebnen.
Speicherkraftwerke sind Wasserkraftwerke, welche mit Niederschlagswasser und gegebenenfalls Schmelzwasser gespeist werden.
Um aus Rohöl Treibstoffe oder Heizöl zu gewinnen, kommen folgende Verfahren zum Einsatz: Destillation, Konversion oder Cracken, Reinigung (Entschwefelung) und Veredelung.
Wafersolarzellen beherrschen heute den Markt. Doch daneben sind Dünnschichtsolarzellen Standard, und es gibt mit organischen und Mehrfach-Solarzellen noch weitere vielversprechende Bauarten.
Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Ihr Einsatz ist in Deutschland seit Ende des letzten Jahrhunderts enorm gestiegen.
Die Ursprünge der bundesstaatlichen, in Programmen organisierten Energieforschung gehen auf die vier Atomprogramme der Bundesrepublik Deutschland von der zweiten Hälfte der 1950er Jahre bis 1976 zurück.
Nach dem Vorbild des Gehirns entwickeln Physiker neuartige Computerarchitekturen, die gegenüber klassischen Rechnern viele Vorteile besitzen sollen.
Die Wurzeln des Grid-Computings gehen fast soweit zurück wie die Geschichte vernetzter Rechensysteme.
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?
Zu den größten Nutzern des Grid-Computings zählen die Experimente am Teilchenbeschleuniger LHC, dessen gewaltige Datenmengen ab 2008 auszuwerten sind.
Grid-Computing stellt eine Antwort auf die zunehmende Herausforderung dar, immer gewaltigere Datenmengen verarbeiten zu wollen. Namenspate ist dabei das Elektrizitätsnetz.
Ingenieure und Industriedesigner fordern immer mehr von Werkstoffen. Die Materialforschung liefert dabei die Zutaten für die Produkte der Zukunft.
Am Robotics Innovation Center arbeiten mehr als hundert Forscher aus verschiedensten Fachbereichen an mobilen Robotersystemen. In diesem Video gewähren die Wissenschaftler einen Einblick in ihre Forschung.
1974 wurde die nicht-nukleare Energieforschung in einem Rahmenprogramm „Energieforschung“ zusammengefasst. Das war zugleich der Startschuss für groß angelegte, umfassende Energieforschungsprogramme in Europa.
Der einfachste Weg wäre, die Emission des Treibhausgases Kohlendioxid zu vermeiden. Doch Forscher bezweifeln, dass das reicht. Darum wollen sie Kohlendioxid im Untergrund speichern.
Bei einer besonderen Klasse von Kernreaktoren, den Schnellen Brütern, verwandeln schnelle Neutronen das nicht als Kernbrennstoff geeignete Isotop Uran-238 in den neuen Kernbrennstoff Plutonium-239.
Im Jahr 1938 wurde entdeckt, dass sich die Kerne des Uranisotops 235 spalten und dabei große Energiemengen freisetzen lassen. Seitdem sind zahlreiche Kernreaktoren entwickelt worden.
Die Kraft des Wassers wird seit Jahrhunderten von Menschen genutzt, um Mechaniken anzutreiben oder um Strom zu erzeugen. Aber wie effizient ist die Energie des Wassers nutzbar?
Mehr als 1000 Techniken, um die Energie von Meeresströmen, Gezeiten oder Wellen anzuzapfen, sind weltweit patentiert. Viele müssen sich nach erfolgreichen Testläufen jetzt kommerziell bewähren.
Der weltweite Transport von Rohöl erfolgt über Pipelines und durch Tanker, wobei der Tankertransport deutlich überwiegt.
Rotor, Turm und Getriebe: Diese Schlüsselbauteile bestimmen über die Leistungsfähigkeit einer Windkraftanlage.
In der Natur gilt das Prinzip der Energieerhaltung. „Von nichts kommt nichts“, heißt es treffend in der Umgangssprache. Die Physiker drücken es etwas präziser aus.
Fernwärme gelangt über geschlossene Rohrleitungsnetze in die Gebäude, spezielle Hausübergabestationen führen das abgekühlte Wärmeträgermedium wieder in das Netz zurück.
Nicht nur Flussläufe und Staubecken lassen sich zur Stromgewinnung nutzen. Auch die Gezeiten, die Meeresbrandung und sogar Schmelzwasser haben Energieingenieure im Visier.
Laufwasserkraftwerke sind Wasserkraftwerke an Bächen und Flüssen mit relativ niedrigen Stauhöhen bis maximal 15 Metern zwischen Wasserspiegel und Turbineneinlauf.
Bei den Uranressourcen unterscheidet man zwischen relativ günstig gewinnbaren Reserven, Vorkommen mit höheren Gewinnungskosten und Vorkommen, die nicht nachgewiesen, aber sehr wahrscheinlich vorhanden sind.
Mit neuen Technologien wollen Wissenschaftler dies zunehmende Mobilität auch in Zukunft möglichst günstig und zugleich klimafreundlich gewährleisten.
Durch neue technische Entwicklungen steigen die Wirkungsgrade von Solarzellen, während die Produktionskosten weiter sinken.
Hybridsolarzellen sollen die Vorteile und Möglichkeiten von anorganischen und organischen Solarzellen verknüpfen.
Durch eine Strahlungskühlung wird verhindert, dass das 10 Millionen Grad heisse Plasma die Wände des Fusionsreaktors beschädigt.
Angetrieben durch den Ausbau erneuerbarer Energien beinhaltet die Energiewende einen massiven Umbau des Stromnetzes. Physiker untersuchen die Auswirkungen einer verstärkt dezentralen Versorgung.
Damit Bauten den Belastungen von Erdbeben standhalten, haben Ingenieure eine Vielfalt an Methoden entwickelt – maßgeschneidert für jedes einzelne Bauwerk.
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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