Interferometer aufgebaut mit modernen optischen Komponenten - handlich, kostengünstig, modular

Wir demonstrieren ein Michelson-Interferometer auf optischen Platten. Das Interferometer ist kompakt und stabil. Aufgrund seiner Modularität kann es sehr leicht erweitert werden. Erfahrungen aus unserem Schülerlabor und Didaktikseminar zeigen, dass optische Experimente auf diesen Platten unkompliziert und schnell aufzubauen sind. Ein Michelson-Interferometer kann von interessierten Schulen ausgeliehen werden

Vom Gehör zur MP3: Interdisziplinäre Ansätze zur Akustik im Physikunterricht

Im Schulunterricht wird Akustik meist nur als ein Randgebiet der Lehre von Schwingungen und Wellen behandelt. Dabei gibt es eine Reihe von fachübergreifenden Themen, die in den Lehrplänen anderer Schulfächer stehen, mit den Methoden dieser Fächer aber nicht vollständig erklärt und übermittelt werden können. Beispiele dafür sind die Funktionsweise des menschlichen Gehörs, akustische Alltagsphänomene, musikalische Akustik, Sprachrezeption und Produktion oder die Anwendungen technischer Akustik im Alltag. Im folgenden Text werden fächerübergreifende Arbeits- und Unterrichtsmethoden vorgestellt, die es ermöglichen diese Themen im Unterricht zu behandeln. Die direkte Sinneserfahrung wird dabei in den Vordergrund gestellt. Ausgehend von realen Experimenten zur akustischen Wahrnehmung sollen ihre Eigenschaften und Grenzen erarbeitet werden. Dies ermöglicht den Schülern die behandelten Phänomene selbst zu entdecken, auszuprobieren und anschließen kreativ anzuwenden

Auf der Suche nach den Farben einer grauen Welt

Edwin Land projizierte 1959 zwei mit unterschiedlichen Farbfiltern aufgenommene Schwarzweißdias einer Szene aufeinander. Sobald er vor die Projektionen eines der beiden Dias einen Rotfilter positionierte, zeigten sich nicht nur Grau- und Rottöne, sondern auch grün und weitere Farben. Westphal zeigt, dass sich dieser sogenannte Landeffekt aus Goethes farbigen Schatten entwickeln lässt. Wir untersuchen systematisch welche Graukombination die größte Farbenvielfalt für den hier behandelten Effekt liefert. Mittels der Digitalphotographie und Bildbearbeitung sowie der Verwendung Dielektrischer Bandpassfilter lässt sich ein Bild entwickeln, dass per Beamerprojektion vorab auf Farberscheinungen überprüft werden kann. Es zeigt sich, dass die Projektion eines Diafilmen, der aus digitalen Dateien belichtet wurde, eine subjektiv größere Farbpalette liefert. Das faszinierende Phänomen ist bestens für den Schulgebrauch geeignet

Auf der Suche nach den Farben einer grauen Welt

Edwin Land projizierte 1959 zwei mit unterschiedlichen Farbfiltern aufgenommene Schwarzweißdias einer Szene aufeinander. Sobald er vor die Projektionen eines der beiden Dias einen Rotfilter positionierte, zeigten sich nicht nur Grau- und Rottöne, sondern auch grün und weitere Farben. Westphal zeigt, dass sich dieser sogenannte Landeffekt aus Goethes farbigen Schatten entwickeln lässt. Wir untersuchen systematisch welche Graukombination die größte Farbenvielfalt für den hier behandelten Effekt liefert. Mittels der Digitalphotographie und Bildbearbeitung sowie der Verwendung Dielektrischer Bandpassfilter lässt sich ein Bild entwickeln, dass per Beamerprojektion vorab auf Farberscheinungen überprüft werden kann. Es zeigt sich, dass die Projektion eines Diafilmen, der aus digitalen Dateien belichtet wurde, eine subjektiv größere Farbpalette liefert. Das faszinierende Phänomen ist bestens für den Schulgebrauch geeignet

Inhaltsvalidität eines Testinstruments zur Erfassung deklarativen Wissens zur Quantenoptik

In der empirischen Unterrichtsforschung wird im Kontext von Testentwicklung oft von der Validierung  eines Testinstruments gesprochen. Die Debatte über das Testgütekriterium Validität führte zu einer Verschiebung der Auffassung von Validität. Heute ist weniger von der Validität als Eigenschaft eines Tests die Rede. Vielmehr steht eine valide Testwertinterpretation im Zentrum der Sicherung von Testqualität. Dass ein Testverfahren valide Testwertinterpretation erlaubt, muss argumentativ abgeleitet werden. Die erforderlichen Argumentationsstränge sind dabei nicht standardisierbar. Insbesondere für Forschungsbereiche, in denen es nur wenig belastbare theoretische Vorarbeiten gibt, birgt das Hürden. Hier setzt dieser Artikel an: anhand eines „best-practice“-Beispiels aus der Didaktik der Quantenphysik wird aufgezeigt, wie ein solcher argumentativer Prozess methodisch erfolgen kann. Zunächst wird der Bedarf einer Neuentwicklung eines Testinstruments für die summative Evaluation eines Unterrichtskonzepts zur Quantenoptik begründet. Die Testentwicklung wird beschrieben. Inwiefern eine valide Testwertinterpretation möglich ist, wird argumentativ abgeleitet: Die Ergebnisse von einer Studie zum Lauten Denkens, sowie einer Expertenbefragung werden mit Ergebnissen einer quantitativen Pilotstudie kombiniert

Erneuerbare Energien - eine physikalische Betrachtung

Der Begriff "erneuerbare Energien" wird in der Literatur sehr unterschiedlich definiert und mitunter werden nicht alle relevanten physikalischen Parameter berücksichtigt. Wir schlagen eine Definition vor, die auf physikalischen Fließgleichgewichten basiert. In den Energiereservoiren Kohle/Öl/Gas und Kernenergie ist die nutzbare Energie "gespeichert". Die Lebenszeiten dieser Energievorräte sind vom Verbrauch abhängig und können beschrieben werden mit: Verfügbare Energie = ΔtLebensdauer * (Abstrom - Zustrom). Bei Kohle/Öl/Gas und Uran ist die Produktionsrate im Vergleich zu momentaner Verbrauchsrate sehr gering, bzw. nicht vorhanden. Hier herrscht kein Fließgleichgewicht und diese Energiequellen sind nicht-erneuerbar. Die erneuerbaren Energiequellen Solarenergie (demnach auch Wind- und Wasserenergie), Geothermie und Gezeiten haben Lebenszeiten von ΔtLebensdauer = Energieinhalt/Abstrom aus dem Reservoir, die unabhängig von Verbrauchsraten sind, da in diesen Fällen transiente Wärme oder die Strahlungsquelle „angezapft“ werden. Die Menge an verfügbarer Energie ist limitiert, wird aber konstant oder periodisch nachgefüllt. Hier ist nicht die Lebensdauer, sondern die Flussdichte (Joule/m2s) entscheidend. Biomasse ist ein Spezialfall der erneuerbaren Energien. Ihre Lebensdauer hängt von der Differenz zwischen Verbrauch und Aufforstung ab und ist vom Menschen kontrollierbar. Bei der Geothermie muss zwischen globalen und lokalen Fall unterschieden werden, da im lokalen Fall bei nicht nachhaltig geführter Geothermie-Anlage kein Fließgleichgewicht herrscht und es keine erneuerbare Energiequelle darstellt

Ein einfacher Quantendetektor für den Young’schen Doppelspaltversuch

Eine herkömmliche CCD-Kamera und ein Quantenzufallsalgorithmus wurden benutzt, um ein Pendantfür eine Einzel-Photonen-Kamera am Beispiel des Young’schen Doppelspalts zu entwickeln. Aufdie Quantennatur des Lichtes kann aus keinem der beiden Kameratypen geschlossen werden

Quantenoptische Experimente für den Hörsaal

Verschränkung und Zufall sind faszinierende Merkmale der Quantenphysik. Für Praktika sind seit geraumer Zeit quantenoptische Experimentiersysteme kommerziell erhältlich.Durch technischeWeiterentwicklung haben wir ein modulares System konzipiert, das auch im Hörsaal und im Klassenzimmer eingesetzt werden kann. Eine einfache Bikonvexlinse bildet die Fluoreszenz des PDC Kristalls auf die Einzel-Photonen-Detektoren ab. Komponenten wie Glasfasern und zugehörige Fasereinkopplungen werden entbehrlich und der Aufbau dadurch weniger komplex.Das System besteht aus einer optischen Tischplatte (4590 cm, 20 kg) und einem Werkzeugkoffer (403021 cm, 9 kg), der alle weiteren optischen Komponenten wie Laser, Detektoren oder Spiegel enthält.Erste Erfahrungen mit Schülern zeigen, dass Aufbau und Justage eines Koinzidenzexperimentes ohneweiteres möglich ist

Passivhaus-Modelle

Ein Passiv-Haus basiert auf einer effektiven Nutzung interner Wärmequellen, wie der Abwärme durch Bewohner und Haushaltsgeräte, sowie der solaren Wärmegewinne, bei zugleich stark reduzierten Transmissionsverlusten. Die Heizung kann somit auf ein Minimum reduziert werden. Mit einem einfachen Modell aus dem weitverbreiteten Styropor und Fermacell wird schüleradäquat das Prinzip der Wärmetransmission veranschaulicht. Mit Hilfe der Simulationssoftware Stella wird die Wärme\-trans\-mission mit zeitabhängiger Heizung simuliert. Die graphische Benutzeroberfläche ermöglicht Schülern, auch ohne detaillierte Kenntnis der mathematischen Grundlagen, komplizierte Phänomene zu analysieren und umzusetzen. Der Vergleich der Simulation und der Ergebnisse der experimentellen Untersuchung des Modellhauses zeigte eine sehr gute Übereinstimmung.Die verringerten Temperaturschwankungen, wie sie auch am Modell belegt werden konnten, und der damit verbundene Komfortgewinn sind neben dem geringeren Energieaufwand wichtige Merkmale des Passiv-Hauses

Vom Gehör zur MP3: Interdisziplinäre Ansätze zur Akustik im Physikunterricht

Im Schulunterricht wird Akustik meist nur als ein Randgebiet der Lehre von Schwingungen und Wellen behandelt. Dabei gibt es eine Reihe von fachübergreifenden Themen, die in den Lehrplänen anderer Schulfächer stehen, mit den Methoden dieser Fächer aber nicht vollständig erklärt und übermittelt werden können. Beispiele dafür sind die Funktionsweise des menschlichen Gehörs, akustische Alltagsphänomene, musikalische Akustik, Sprachrezeption und Produktion oder die Anwendungen technischer Akustik im Alltag. Im folgenden Text werden fächerübergreifende Arbeits- und Unterrichtsmethoden vorgestellt, die es ermöglichen diese Themen im Unterricht zu behandeln. Die direkte Sinneserfahrung wird dabei in den Vordergrund gestellt. Ausgehend von realen Experimenten zur akustischen Wahrnehmung sollen ihre Eigenschaften und Grenzen erarbeitet werden. Dies ermöglicht den Schülern die behandelten Phänomene selbst zu entdecken, auszuprobieren und anschließen kreativ anzuwenden