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Workshops - jetzt könnt ihr selbst die Hände anlegen!
Hier findet ihr alle Infos über die Workshops, die für euch angeboten werden. Gebt bei der Anmeldung (folgt in Kürze, bitte schreibt in der Zwischenzeit einfach eine E-Mail an mentoren@juforum.de) bitte an, welche Workshops euch interessieren. Im Anmeldeformular werdet ihr gebeten eine Erst-, Zweit- und Drittwahl anzugeben.
Die Leiter der Workshops freuen sich auf euch!
Workshop 1: Experimente an einer brennenden Kerze
Leiter: Dr. Wolfhardt Domes, ehemals Alfred-Wegener-Schule Kirchhain
für wen ? : Klasse 5 bis 13
Auf der Grundlage von M. Faradays berühmten Weihnachtsvorlesungen an der Royal Institution of London für die Jugend von 1860/1861 wurden daraus einige Experimente ausgesucht, die mit einfachen Mitteln die chemischen und physikalischen Vorgänge an einer brennenden Paraffin-Kerze beobachten bzw. untersuchen lassen.
Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer sollen…
- exakte Beobachtung an einer brennenden Kerzenflamme schulen
- ihre Beobachtungen in einer Skizze bildlich darstellen
- aus den Phänomenen weitere Fragen ableiten und gemeinsam formulieren
- einfache Experimente durchführen: z.B. zur Erklärung des Temperatur-Gradienten in der Flamme, zu ihrer merkwürdigen „Zipfelform“, zum Nachweis ihrer Abgase (C02 und H2O) und der Bedingung für eine vollständige Verbrennung
Workshop 2: Mathematische Spiele - Spielend Argumentieren
Leiter: Dr. Volkmar Welker, Professor für Mathematik, Philipps Universität Marburg
für wen ? : Klasse 10 bis 13
Die mathematische Analyse von Spielen ist ein spannendes und nicht
triviales Teilgebiet der Mathematik im Grenzgebiet zur Informatik und
Volkswirtschaftslehre. In diesem kleinen Workshop sollen ein paar
einfache Spiele vorgestellt werden und die Frage beantwortet werden,
ob einer der Spieler eine Gewinnstrategie hat. Betrachten wir zum
Beispiel das bekannte Tic-Tac-Toe. Wird es auf einem 3 x 3 Brett gespielt,
so kann immer ein Unentschieden erzwungen werden. Was passiert, wenn man
das Spiel auf eine 4 x 4 Brett spielt ? Fragen von diesem Typ -- allerdings
für eine andere Klasse von Spielen werden in dem Workshop diskutiert
und dabei das mathematische Argumentieren eingeübt.
Workshop 3: „Das Licht der Sterne – unsere Sonne als Beispiel“
Leiter: Dr. Andreas Schrimpf, Privatdozent der Physik, Philipps Universität Marburg
für wen ? : Klasse 9 bis 13
Zu den weit entfernten Objekten in unserem Universum können wir nicht hinreisen, um sie vor Ort zu untersuchen: uns bleibt nur das Licht, welches von ihnen zu uns gelangt. Aber das hat es in sich: aus dem Licht der Sterne können wir viel über sie in Erfahrung bringen: z.B. die chemische Zusammensetzung, die Temperatur, die Größe, die Entfernung, das Alter, die relative Bewegung zu uns als Beobachter.
Zunächst schauen wir uns an, wie man das Licht in seine Farben zerlegt. Dann untersuchen wir das Licht des nächsten Sternes – unserer Sonne! Schon die Untersuchung des Tageslichtes des Himmels reicht aus, um sehr viel über die Sonne zu lernen: wir können die Elemente, die in der Sonne enthalten sind, anhand ihres spektroskopischen Fingerabdrucks, den Spektrallinien, identifizieren. In der Sonne haben Forscher die meisten der uns bekannten 92 Elemente gefunden, eines – Helium wurde sogar zuerst in der Sonne entdeckt.
Bei klarer Sicht werfen wir auch einen direkten Blick auf die Sonne. Im gefilterten Licht können wir Oberflächenstrukturen, z.B. Protuberanzen entdecken.
Workshop 4: Welle-Teilchen-Dualismus: Interferenzversuch mit EINZEL-Photonen
Leiter: Dr. Heinz Jänsch, Professor für Physik, Philipps Universität Marburg
für wen ? : Klasse 10 bis 13
Das Verständnis des Verhaltens von Wellen und Teilchen gehört in der klassischen Physik zu den Grundfesten der Naturbeschreibung. Die Phänomene von Interferenz und Beugung der Wellen einerseits und die klaren Verhältnisse von Ort, Zeit, Kraft und Geschwindigkeit in der Beschreibung der Teilchenbewegung anderseits haben Wellen und Teilchen als komplett verschiedene Konzepte erscheinen lassen.
Daher war die Erkenntnis, dass Licht, also ein elektrodynamisches Wellenphänomen, seine Energie in immer gleichen Portionen, Photonen oder Energiequanten genannt, abgibt, von größter Bedeutung. Gleichmaßen erstaunlich war die Erkenntnis, dass Elektronen, also scheinbar klassische Masseteilchen mit Ladung, Beugung und Interferenz zeigen.
Dieser Sachverhalt wird meist als Welle-Teilchen-Dualismus bezeichnet.
Im vorgestellten Experiment wird das Young’sche Doppelspalt Experiment gezeigt. Anfang des 19. Jahrhunderts schien dies der Beweis der Wellennatur des Lichtes. Hier wird dieses
Experiment allerdings mit so wenig Licht durchgeführt, dass zu einem Zeitpunkt höchstens EIN Photon im Strahlengang sein kann. Dennoch sind die Interferenzerscheinungen beobachtbar, wenn man die Ankunftsorte der Photonen feststellen kann und genügend lange misst. Dieses von Richard Feynman als „fundamentales Quanten-Paradoxon“ bezeichnete Experiment ist Gegenstand der Vorführung. Die Interferenz der Photonen mit sich selbst ist auch für erfahrenen Physiker immer wieder Anlass zum Nachdenken über die Natur des Lichts und der Materie.
Mögliche Fragen: Was ist der Ort eines Photons? Wie lang ist ein Photon? Wie lange dauert ein Photon? Können ZWEI Photonen miteinander interferieren? Wie könnte man Letzteres zeigen? Welchen Einfluss hat die Polarisation, die Farbe?
Workshop 5: Camera Obscura - wir fangen das Licht
Leiter: Camera-Obscura-Team der Physik, Philipps Universität Marburg
für wen ? : Klasse 5 bis 8
In diesem Workshop wird die Camera Obscura der Physik der Universität Marburg gemeinsam besichtigt. Nähere Informationen zur Camera Obscura gibt es hier.
Workshop 6: Löten - jetzt wirds heiß!
Leiter: Heinz Moelleken, Mitarbeiter des Elektronik-Labors der Physik, Philipps Universität Marburg
für wen ? : Klasse 9 bis 13
Betrachtet man heute elektronische Geräte (Handy, Digitalkamera, TV, Radio, Computer, etc.), so haben diese, trotz aller Unterschiedlichkeiten in ihren Funktionen und Anwendungen, eines gemeinsam: sie haben alle als zentrales Bestandteil der Elektronik eine „Leiterplatte“ mit den elektronischen Bauteilen. Diese „Leiterplatte“ oder auch „gedruckte Schaltung“ genannt, beinhaltet die eigentliche Steuerung des jeweiligen Gerätes. Auf der Leiterplatte werden die einzelnen Bauteile durch Löten elektrisch miteinander verbunden und so auf der Leiterplatte mechanisch fixiert.
„Das Löten“ soll im Workshop das zentrale Thema sein.
Was ist Löten? - Löten ist das Verbinden von Metallteilen durch eine Metalllegierung (das Lot) unter Einfluss von Wärme/Hitze. Die Schmelztemperatur des Lotes liegt unterhalb der anderen zu verbindenden Metallen. Ab der richtigen Temperatur fließt das geschmolzene Lot zwischen die beiden Metallteile. Unter günstigen Vorraussetzungen kommt es zwischen dem Lot und den Metallen zu einer festen, dichten, korrosionsbeständigen, strom- und wärmeleitenden Verbindung.
Das in der Elektrotechnik übliche Lot wird in der Umgangssprache ‚Lötzinn’ genannt und ist eine Zinn-Blei-Legierung dessen Schmelzpunkt zwischen 180 °C und 260 °C liegt. Sein Arbeitszustand ist eine Art Draht, der in seiner Mitte ein Rohr besitzt, in dem sich Kolophonium befindet. Das Kolophonium dient als Flußmittel, weil das Lötzinn beim Schmelzvorgang mehr klebt als fließt.
Das Weichlot wird verwendet, wenn die Verbindung zweier Metalle dicht und leitfähig sein soll und wenn an die mechanische Belastbarkeit keine hohe Anforderung gestellt wird. Folgende Metalle können weichgelötet werden: Zinn, Zink, Blei, Kupfer, Kupferlegierungen, weicher Stahl, Rotguss
Das Lötgerät - Der Lötkolben ist das klassische Lötgerät, das zum Löten von gedruckten Schaltungen verwendet wird. Es handelt sich dabei um einen Griff mit einem Kabel auf der einen und einer metallischen Lötspitze auf der anderen Seite. Das Kabel steckt entweder in der Steckdose oder in einer regelbaren Lötstation, bei der die Temperatur der Lötspitze geregelt werden kann und als Ablage für den Lötkolben dient.
Die Lötspitze ist sehr heiß. Gegenstände, die diese Temperaturen nicht vertragen, werden durch Berührung mit der Lötspitze beschädigt oder zerstört.
Vorsicht, es besteht auch Brand- und Verletzungsgefahr! In Gefahr ist auch die Haut der lötenden Person. Je nachdem wie lange der Kontakt mit der Lötspitze andauert, kann die Haut an der Kontaktstelle dauerhafte oder lebenslange Brandspuren oder Narben aufweisen. Die Umgebungstemperatur der Lötstelle darf ebenfalls nicht unterschätzt werden.
Praxis - Nach einer kurzen Einführung und Betrachtungsweise der physikalischen Hintergründe beim Lötvorgang mit einigen Anmerkungen zum richtigen Löten, werden die Workshopteilnehmer selber „zur Tat“ schreiten. Mit Hilfe von elektronischen Bauteilen werden einige geometrische Gebilde zusammengelötet. Hierbei sollen die grundlegenden Voraussetzungen des Lötens angewendet werden. Für Rat und Tat zum richtigen Löten und für den Umgang mit dem Lötkolben steht fachkundige Hilfe bereit.
Löten muss man einfach können! - Wer es nicht kann, der hat ’was verpasst!
Workshop 7: Unsere Zähne – stark, fest und doch beweglich?
Leiter: Dr. Michael Gente, Professor an der Zahnklinik, Philipps Universität Marburg
für wen ? : Klasse 5 bis 8
Zähne sind in der Mundhöhle fest mit dem Kieferknochen verbunden und hoch belastbar: Beim Zubeißen können wir zwischen zwei Backenzähnen eine Kraft von bis zu 1000 Newton aufbauen, um harte Nahrung zu zerkleinern. Diese Kraft entspricht dem Gewicht von 100 Litern Wasser. Im Zirkus zeigen Artisten, wie sie mit den Zähnen andere Artisten hoch in der Luft unter der Zirkuskuppel sicheren Halt geben können. Gleichzeitig wissen wir, dass wir mit den Zähnen in der Nahrung kleinste Teilchen ertasten können: Ein Haar ist etwa 1/10 mm dick und erscheint uns zwischen den Zähnen viel dicker.
In dem hier angebotenen Schülerworkshop werden wir uns mit der Befestigung des Zahnes im Kieferknochen beschäftigen. Wir werden den Zahn einer freiwilligen Versuchsperson mit Kräften von bis zu 10 Newton belasten und dabei die Auslenkung des Zahns mit Messuhr registrieren. Die Ergebnisse dieser Messung werden im Zusammenhang mit dem biologischen Aufbau der Verankerung des Zahns im Kieferknochen diskutiert.