Induktives Laden von Elektroautos im Modellexperiment

Das Thema induktive Energieübertragung spielt im Physikunterricht aller Schularten eine wesentliche Rolle wie auch im Alltag der Schülerinnen und Schüler. So können Smartphones mittlerweile induktiv aufgeladen werden, und auch im Zusammenhang mit Elektroautos wird dieses Prinzip aktuell diskutiert.Eine Orientierung des Physikunterrichts am Kontext "Elektroauto"weckt das Interesse der Schülerinnen und Schüler für das Phänomen der induktiven Energieübertragung, motiviert und unterstützt das Lernen nachhaltig.In diesem Beitrag wird das Prinzip des induktiven Ladens von Elektroautos aus physikalischer und physikdidaktischer Sicht beleuchtet. Hierzu werden zunächst wesentliche Aspekte der induktiven Energieübertragung aufgezeigt, immer mit dem Fokus auf der Anwendung "induktives Laden". Das Hauptaugenmerk jedoch liegt auf der Realisierung eines Modell-Elektroautos: Dieses wurde eigens konzipiert, um grundsätzliche Mechanismen des induktiven Ladens eines (echten)Elektroautos erfahrbar zu machen

Induktives Laden von Elektroautos im Modellexperiment

Das Thema induktive Energieübertragung spielt im Physikunterricht aller Schularten eine wesentliche Rolle wie auch im Alltag der Schülerinnen und Schüler. So können Smartphones mittlerweile induktiv aufgeladen werden, und auch im Zusammenhang mit Elektroautos wird dieses Prinzip aktuell diskutiert.Eine Orientierung des Physikunterrichts am Kontext "Elektroauto"weckt das Interesse der Schülerinnen und Schüler für das Phänomen der induktiven Energieübertragung, motiviert und unterstützt das Lernen nachhaltig.In diesem Beitrag wird das Prinzip des induktiven Ladens von Elektroautos aus physikalischer und physikdidaktischer Sicht beleuchtet. Hierzu werden zunächst wesentliche Aspekte der induktiven Energieübertragung aufgezeigt, immer mit dem Fokus auf der Anwendung "induktives Laden". Das Hauptaugenmerk jedoch liegt auf der Realisierung eines Modell-Elektroautos: Dieses wurde eigens konzipiert, um grundsätzliche Mechanismen des induktiven Ladens eines (echten)Elektroautos erfahrbar zu machen

Modularer Aufbau eines induktiv aufladbaren Modell-Elektroautos

BMW plant für das Jahr 2018 eine neue Variante eines seiner Hybrid-Fahrzeuge auf den Markt zu bringen: Der Akkumulator des BMW 530e iPerformance soll sich mithilfe einer speziellen Ladestation induktiv aufladen lassen und damit die E-Mobilität revolutionieren. Dies zeigt, dass sich das Prinzip der induktiven Energieübertragung inzwischen weit über das Laden von elektrischen Zahnbürsten und Smartphones hinaus erstreckt und sich der Anwendungsbereich ständig erweitert. Auch im Physikunterricht aller Schularten spielt die induktive Energieübertragung eine wichtige Rolle. Eine Verknüpfung des Themas Induktion mit dem induktiven Ladesystem für Elektroautos weckt das Interesse der Schülerinnen und Schüler, motiviert und unterstützt das Lernen durch lebensnahe Kontexte.In diesem Beitrag soll aus physikalischer und aus physikdidaktischer Sicht der Vorgang des induktiven Ladens anhand eines selbst entwickelten Modell-Elektroautos diskutiert werden. Der Fokus liegt hierbei auf dem modularen Aufbau, der sich von der Konzeption eines hochfrequenten Schwingkreises über eine resonante Übertragung bis hin zum Aufladen der Akkumulatoren erstreckt

Low Cost - High Fun. Messwerterfassung mit dem Raspberry Pi.

Neben dem Arduino hat kein Mikrorechnersystem in der letzten Zeit mehr Furore gemacht als der Raspberry Pi: Vor etwa 10 Jahren gründete der britische Computerwissenschaftler Eben Upton die Raspberry Pi Foundation mit dem Ziel, die nächste Generation (wieder) für das Programmieren zu begeistern; die Absicht, einen Computer zu entwickeln, hatten Eben Upton und seine Kollegen ursprünglich gar nicht. Dennoch wurden im Jahr 2007 erste Pläne entworfen für einen kostengünstigen Mini-PC, und fünf Jahre später kam das erste Exemplar auf den Markt. Wurde der Raspberry Pi ursprünglich entwickelt, um Schülerinnen und Schülern eine intensive Auseinandersetzung mit der Programmierung attraktiv zu gestalten und hierfür insbesondere auch eine kostengünstige Lösung bzw. Übungsmöglichkeit anzubieten, so stellte sich schnell heraus, dass der kleine Einplatinencomputer nicht nur Programmierern wie auch Tüftlern und Bastlern schier ungeahnte Möglichkeiten bietet: Zusammen mit diversen Hardware-Zusätzen kann er vergleichsweise einfach und vor allem preiswert zur computergestützten Messwerterfassung verwendet werden. In dem hier vorliegenden Artikel werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie der Raspberry Pi eingesetzt werden kann für die Messung physikalischer Größen im Rahmen eines spannenden und kreativen Physikunterrichts. Dabei werden grundlegende didaktische Aspekte diskutiert wie das Lernen von, aber auch das Lernen über naturwissenschaftliche Arbeitsweisen; konkrete praktische Umsetzungen einer Messwerterfassung mit dem Einplatinenrechner werden im  erläutert

Artificial Intelligence and Machine Learning for Quantum Technologies

In recent years, the dramatic progress in machine learning has begun to impact many areas of science and technology significantly. In the present perspective article, we explore how quantum technologies are benefiting from this revolution. We showcase in illustrative examples how scientists in the past few years have started to use machine learning and more broadly methods of artificial intelligence to analyze quantum measurements, estimate the parameters of quantum devices, discover new quantum experimental setups, protocols, and feedback strategies, and generally improve aspects of quantum computing, quantum communication, and quantum simulation. We highlight open challenges and future possibilities and conclude with some speculative visions for the next decade

Erneuerbare Energien im Experiment

Erneuerbare Energien rücken immer mehr in den Fokus einer modernen Energiepolitik. Solar- und Windenergie beispielsweise bieten Möglichkeiten für eine regenerative, „saubere“ Energieversorgung, und deren Nutzung ist mittlerweile durch Photovoltaik- und Windenergieanlagen vielerorts präsent. Noch recht selten anzutreffen sind Häuser bzw. Einrichtungen, die schon jetzt vollends energieautark sind, vielmehr wird meist eine Einspeisung in das öffentliche Stromnetz betrieben.Auch im Physikunterricht wird eine Intensivierung der Auseinandersetzung mit der Thematik „regenerative“ Energien angestrebt. Geeignete Modellexperimente, die Technologie, Funktionsweise und Wirkungsgrad von Solarzellen und Windrädern für Schülerinnen und Schüler erfahrbar und verständlich machen, gibt es bislang nur wenige.An der Friedrich-Alexander-Universität wurde im Rahmen eines physikdidaktischen Studierendenseminars ein energieautarkes Modellhaus konzipiert und gebaut, das mit Solar- und Windenergie versorgt wird. Im Anschluss an das Seminar wurden im Rahmen einer Zulassungsarbeit Schülerexperimente für die Sekundarstufe 1 entwickelt: Sie bieten Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit, sich an diesem Haus und mithilfe der Experimente realitätsnah mit regenerativen Energien auseinanderzusetzen und zu erleben, dass eine sinnvolle Nutzung ein (Modell-)Haus energieautark machen kann

Efficient cavity control with SNAP gates

Microwave cavities coupled to superconducting qubits have been demonstrated to be a promising platform for quantum information processing. A major challenge in this setup is to realize universal control over the cavity. A promising approach are selective number-dependent arbitrary phase (SNAP) gates combined with cavity displacements. It has been proven that this is a universal gate set, but a central question remained open so far: how can a given target operation be realized efficiently with a sequence of these operations. In this work, we present a practical scheme to address this problem. It involves a hierarchical strategy to insert new gates into a sequence, followed by a co-optimization of the control parameters, which generates short high-fidelity sequences. For a broad range of experimentally relevant applications, we find that they can be implemented with 3 to 4 SNAP gates, compared to up to 50 with previously known techniques