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Speicherkraftwerke sind Wasserkraftwerke, welche mit Niederschlagswasser und gegebenenfalls Schmelzwasser gespeist werden.
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.
Fernwärme gelangt über geschlossene Rohrleitungsnetze in die Gebäude, spezielle Hausübergabestationen führen das abgekühlte Wärmeträgermedium wieder in das Netz zurück.
Der weltweite Transport von Rohöl erfolgt über Pipelines und durch Tanker, wobei der Tankertransport deutlich überwiegt.
Bei den Uranressourcen unterscheidet man zwischen relativ günstig gewinnbaren Reserven, Vorkommen mit höheren Gewinnungskosten und Vorkommen, die nicht nachgewiesen, aber sehr wahrscheinlich vorhanden sind.
Um aus Rohöl Treibstoffe oder Heizöl zu gewinnen, kommen folgende Verfahren zum Einsatz: Destillation, Konversion oder Cracken, Reinigung (Entschwefelung) und Veredelung.
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.
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.
Forschung – gefördert vom BMBF
Das „virtuelle Observatorium” soll Forschern und interessierter Öffentlichkeit den Zugriff auf riesige Datensätze aus Astronomie und Astrophysik erlauben.
Mit dem Rahmenprogramm „Erforschung von Universum und Materie“ unterstützt das Bundesforschungsministerium exzellente Grundlagenforschung in und aus Deutschland.
Coronavirus
Welche Methoden zum Einsatz kommen, um die Struktur des Coronavirus zu untersuchen, erklärt Dieter Willbold im Interview.
Meeresströmungen
Im Interview erklärt Melanie Bergmann, wie kleine Plastikpartikel in die Framstraße gelangen und wie sie sich dort verteilen.
Materialwissenschaft
Im Interview erklärt Megan Cordill, warum sich speziell gefertigte Gläser biegen lassen und damit beispielsweise für faltbare Displays eignen.
Im Interview spricht Dirk Brockmann über Modelle, mit denen sich die Ausbreitung von Epidemien analysieren lässt.
Himmelsbeobachtung
In der Nacht vom 27. auf den 28. Juli fand die längste totale Mondfinsternis dieses Jahrhunderts statt. Hier erklären wir, was sich dabei am Himmel abspielt.
Physiker und Mediziner arbeiten zusammen, um die Struktur von Herzmuskelzellen hochaufgelöst abzubilden und die Ursachen von Herzmuskelerkrankungen zu verstehen.
Elektrischer Strom wird durch Umwandlung aus anderen Energieformen gewonnen und zum Speichern meist wieder umgewandelt.
Die Speicherung elektrischer Energie erfolgt nicht direkt, sondern im Regelfall auf indirekte Weise. Eine Übersicht über aktuelle Möglichkeiten.
Teilchen
Mit dem Experiment IceCube weisen Forscher nahezu masselose Elementarteilchen aus der Milchstraße und anderen Galaxien nach.
Exoplaneten
Astronomen vergleichen verschiedene Eigenschaften von Exoplaneten mit denen der Erde, um die Lebensbedingungen auf diesen fernen Welten abzuschätzen.
Wissenschaftsjahre
Das neue Wissenschaftsjahr, das Mitte 2016 beginnt und bis Ende 2017 gehen wird, widmet sich der Meeresforschung.
Das Wissenschaftsjahr 2014 fördert die Debatte um die gesellschaftlichen Folgen der digitalen Entwicklung.
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.
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?
Physik hinter den Dingen
Ein Experiment für den nächsten Kaffeeklatsch: Der Klang, den ein Löffel an einer Tasse erzeugt, verändert sich, wenn ein Cappuccino gut umgerührt ist.
In der kalten Jahreszeit kann man bei einem Spaziergang beobachten, wie Enten über zugefrorene Seen huschen. Aber wieso frieren diese Tiere auf dem Eis nicht an?
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.
Holzkohle galt beim Grillen immer als der bessere, weil klimaneutrale und somit ökologischere Brennstoff. Ist sie aber nicht.
Lässt man Wasser aus einer Badewanne abfließen, entsteht über dem Abfluss ein kleiner Wirbel. Doch wie entscheidet sich, in welche Richtung sich das Wasser bewegt?
Ein großes Problem beim sicheren Eislaufen in der freien Natur sind vor allem die dünnen Bereiche, die es an einigen Stellen gibt – besonders unter Brücken.
Materie
Metalle sind extrem vielseitig. Sie leiten Strom und Wärme, sind bei Raumtemperatur entweder hochfest oder weich wie Butter. Metalle sind mit Abstand die häufigsten Elemente des Periodensystems.
Mit neuen Technologien wollen Wissenschaftler dies zunehmende Mobilität auch in Zukunft möglichst günstig und zugleich klimafreundlich gewährleisten.
Obwohl die Erfindung des Lasers im Jahr 1960 auf den Ergebnissen reiner Grundlagenforschung beruht, hat er längst seinen festen Platz in unserem Alltag.
Das Licht, das wir sehen können, ist nur ein kleiner Teil des sogenannten elektromagnetischen Spektrums.
Turbulenz hilft bei der Planetenentstehung, mischt im Zylinder eines Motors Kraftstoff und Luft, erhöht aber auch den Energiebedarf von Pumpen, die Öl durch Pipelines pressen.
Metamaterialien sind künstlich hergestellte Werkstoffe mit optischen, elektrischen oder magnetischen Eigenschaften, die in der Natur nicht vorkommen.
Fliegen geladene Teilchen in einem Magnetfeld um die Kurve, so geben sie Strahlung ab. Diese Strahlung wird heute zu Forschungszwecken genutzt.
Im Mai 2017 wurde am European XFEL – dem weltweit leistungsfähigste Röntgenlaser – erstmals Laserlicht erzeugt und am 1. September wurde der Freie-Elektronen-Laser offiziell eröffnet.
Die Erfindung des Transistors 1947 und der Kunstgriff der Dotierung brachten den Durchbruch für die Halbleiterindustrie.
Einige Materialien zeigen keinen elektrischen Widerstand mehr, wenn man sie unterhalb einer bestimmten Temperatur abkühlt. Aus vielen Bereichen der Forschung ist diese sogenannte Supraleitung nicht mehr wegzudenken.
Highlights der Physik
Unter dem Motto „Lichtspiele“ dreht sich in diesem Jahr alles um Licht und optische Technologien.
Biomasse hat genau wie fossile Brennstoffe ihren Ursprung in organischer Materie. Wo endet Biomasse und wo fangen fossile Brennstoffe an?
Supervulkane
Im Interview erklärt Bernhard Steinberger, wie sich der Ursprung von Vulkanen wie dem Yellowstone-Supervulkan untersuchen lässt.
Energiespeicher
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.
Das Internationale Einheitensystem
Klaus von Klitzing vom MPI für Festkörperforschung in Stuttgart über mögliche neue Definitionen des Kilogramms.
Physikalische Größen
Wie lang ist ein Meter, wie schwer ein Kilogramm und wie lang eine Sekunde? Die Antwort auf diese Fragen fiel im Lauf der Geschichte oft sehr unterschiedlich aus.
In einem deutsch-schwedischen Projekt untersuchen Wissenschaftler, wie sich der Wirkungsgrad einer neuen Klasse von Solarzellen steigern lässt.
Erneuerbare Energien
Um Sonnenlicht in elektrischen Strom umzuwandeln, gibt es im Wesentlichen zwei verschiedene Wege: Photovoltaik und Solarthermie.
Um einen extrem seltenen Teilchenzerfall aufzuspüren, wollen Wissenschaftler das Experiment GERDA unter dem Gran-Sasso-Massiv in Italien erweitern.
MICADO – eine leistungsstarke Kamera am Extremely Large Telescope – soll noch nie beobachtete Details des Universums enthüllen.
An der Neutronenquelle HFR im französischen Grenoble erforschen Wissenschaftler weiche Materie, die in Biologie und Medizin eine wichtige Rolle spielt.
Um die Wirkweise von bestimmten Viren besser zu verstehen, untersuchen Forscher diese mit dem weltweit stärksten Röntgenlaser – dem European XFEL.
Elementarteilchen
Als präziseste Waage der Welt soll das Experiment KATRIN die genaue Masse der häufigsten Elementarteilchen im Universum bestimmen.
Schon bald wollen Astronomen mit dem Instrument CRIRES + am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte die Atmosphären von extrasolaren Planeten untersuchen.
Leben
Extrem wasser- und blutabweisende Oberflächen erlauben vielfältige Anwendungen – von selbstreinigenden Solarzellen, die Licht besonders effizient sammeln, bis hin zu leistungsfähigeren Herz-Lungen-Maschinen.
Forscher untersuchen den geschickten Aufbau von Biomaterialien, vor allem die variierenden Kombinationen von brüchigen Mineralien und weichen Biopolymeren, die die Naturstoffe robust und zäh machen.
An der neuen Anlage von FAIR wollen Atomphysiker die Eigenschaften von Antimaterie und hoch-geladenen Ionen untersuchen.
Die Projektförderung des BMBF im Rahmen der Verbundforschung bildet gewissermaßen die Brücke zwischen dem Bau eines Großgeräts und dessen Nutzung.
Die größte Menge an Kohlendioxid produzieren in Deutschland die fossilen Kraftwerke, doch es gibt Einsparmöglichkeiten und Potenziale für erneuerbare Energien.
Ohne den Schutz der Atmosphäre können energiereiche Partikel aus dem Weltall auf unseren Körper treffen und können dort ernsthaften Schaden anrichten.
Gesetze der Mechanik erklären, wie es zu Verrenkungen und Verletzungen kommen kann. Die Kraft und das richtige Zusammenspiel der Muskeln helfen, solche Überbelastungen zu vermeiden.
Der Speicherring CRYRING ging als erste Anlage am Beschleunigerkomplex FAIR in Betrieb. Schon bald soll er neue Erkenntnisse für die Atom- und Kernphysik liefern.
Die Wurzeln des Grid-Computings gehen fast soweit zurück wie die Geschichte vernetzter Rechensysteme.
Zu den größten Nutzern des Grid-Computings zählen die Experimente am Teilchenbeschleuniger LHC, dessen gewaltige Datenmengen ab 2008 auszuwerten sind.
Erde
Wissenschaftler erfassen heute Messdaten von weiten Teilen der Ozeane. Dazu nutzen sie Schiffe, Satelliten, Bojen, fest installierte Sensoren und autonome Tauchroboter.
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.
Nach dem Vorbild des Gehirns entwickeln Physiker neuartige Computerarchitekturen, die gegenüber klassischen Rechnern viele Vorteile besitzen sollen.
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?
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.
Immer wieder haben sich Physik und Biologie in der Vergangenheit getroffen, aber auch wieder voneinander entfernt. Zuletzt kamen sie sich zunehmend näher.
Die Natur besitzt mächtige Selbstheilungskräfte, bei manchen Lebewesen können sogar ganze Gliedmaßen nachwachsen. Doch Säugetiere wie der Mensch brauchen auch Hilfsmittel.
Wenn Ärzte schwach radioaktive Substanzen in den Körper einbringen, dann sammeln sich diese in den inneren Organen an. Das Besondere daran: Mit Radiopharmaka können zum Beispiel Erkrankungen der Schilddrüse sowohl erkannt als auch behandelt werden.
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.
Universum
Seit 2013 vermisst die Raumsonde Gaia über eine Milliarde Sterne – Zeit für eine erste Zwischenbilanz. Ein Interview mit Stefan Jordan von der Universität Heidelberg.
Topologische Isolatoren gelten als vielversprechende neue Materialklasse mit besonderen Eigenschaften.
Der Verbund NuSTAR beschäftigt sich mit der Erforschung von Atomkernen und Atomreaktionen an der Grenze der Stabilität.
Mit einer Hochdruckpresse am DESY in Hamburg simulieren Forscher Bedingungen, wie sie in den Tiefen des Erdmantels herrschen.
Das geplante Instrument 4MOST soll das Licht von Tausenden von Sternen gleichzeitig analysieren.
Als Wissenschaftler Neutrinos aus der Sonne oder Atmosphäre zählten, zeigten sich weit weniger, als sie erwartet hatten. Die Teilchen entwischten, weil sie sich ineinander umwandeln.
Am OPERA-Experiment konnte erstmals direkt beobachtet werden, dass die Neutrinoarten sich ineinander umwandeln können und somit eine Masse besitzen müssen.
Für das European Extremely Large Telescope entwickeln deutsche Forschergruppen ein Instrument, mit dem sich Hunderte von Himmelsobjekten gleichzeitig und in vielen Wellenlängen untersuchen lassen.
Anders als die lange bekannten Materieteilchen setzen sich exotische Hadronen aus mehr als drei Quarks zusammen.
Mit Synchrotronlicht untersuchen Forscher das Verhalten von verschiedenen Materialien unter hohem Druck und extrem tiefen oder hohen Temperaturen.
Zwar lassen sich Erdbeben generell nicht vorhersagen, doch sehr kurzfristig sind Warnungen vor bevorstehenden Erdstößen durchaus möglich.
Hybridsolarzellen sollen die Vorteile und Möglichkeiten von anorganischen und organischen Solarzellen verknüpfen.
Der Raum zwischen Galaxien zeigt sich auf den meisten Aufnahmen schwarz und leer, doch auch hier findet sich Materie – das intergalaktische Medium.
Um Prozesse in Brennstoffzellen und Batterien zu untersuchen, wollen Forscher im Projekt NeuRoTom die Neutronen- und Röntgentomografie kombinieren.
Intelligente Stromnetze sollen auf Schwankungen von Stromerzeugung und -bedarf reagieren und die verfügbare Energie stets effizient nutzen.
Jörg Rossbach über die Erzeugung hochintensiver und zugleich ultrakurzer Röntgenpulse in einem Freie-Elektronen-Laser.
Albert Einstein und die Relativitätstheorie
Verschiedene Experimente untersuchen untersuchen die Gravitation im den freien Fall von Atomen. Dennis Schlippert über einen quantenmechanischen Test von Einsteins Äquivalenzprinzip.
Mit dem Radioteleskop LOFAR untersuchen Astronomen den Himmel in einem bislang unerforschten Wellenlängenbereich.
Es gibt Sterne und Planeten und in einem kleinen Massenbereich dazwischen Braune Zwerge, so nahm man an. Doch neue Beobachtungen widersprechen dieser Definition.
Wie gelangt Ozon in die Stratosphäre und wie klimawirksam sind Kondensstreifen? Solche Fragen wollen Forscher künftig mithilfe des neuen Forschungsflugzeugs HALO beantworten.
Thomas Pfeifer vom Max-Planck-Institut für Kernphysik nutzt Lichtpulse, die nicht einmal eine billiardstel Sekunde andauern, um Atome und Moleküle zu untersuchen.
Thomas Preibisch von der LMU München erforscht zusammen mit seinen Kollegen den Carinanebel – einen der hellsten Emissionsnebel am Himmel der südlichen Hemisphäre.
Stahl ist eines der wirtschaftlich bedeutendsten Materialien überhaupt. Mithilfe neuer Forschungsansätze versuchen Forscher, neue Stähle für die Industrie zu entwickeln.
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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