Clever vom 13.März 2006

Bacira · Anmeldungsdatum: 17.03.2006 Beiträge: 7

Hallo leutz Augenzwinkern

Alles klar?
Ich hab am Montag(13.3.2006) erst in mitten in der Sendung Clever! eingeschaltet. In den Cuts am Ende habe ich einen Versuch gesehen, der mich interessiert: Irgendwas mit Stickstoof und Supraleitern oder so.

Kann mir jemand bitte mal den genauen Versuchaufbau beschreiben und die Erklärung? Wär echt super, Danke Mit Zunge

Gruß,

Bacci

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Nachdem ich jahrelang damit zu tun hatte fühle ich mich berufen hier was zu schreiben:

Bestimmte Materialien werden bei sehr tiefen Temperaturen zu idealen Leitern; das nent man Supraleitfähigkeit.

Der erste Supraleiter wurde von Heike Kammerling Onnes entdeckt (1911, später Nobelpreis dafür).

Der spezifische Widerstand bricht bei Unterschreiten der sog. Sprungtemperatur Tc schlagartig auf einen unmessbar kleinen Wert zusammen sodass man annehmen kann, es handelt sich tatsächlich um Null.

Weitere Supraleiter sind zB. Niob (9,46K), Legierungen mit Niob (Nb3Sn: 18K)

Aus solchen Legieungen macht man Spulen die relativ hohe Magnetfelder (etwa 18T) erzeugen können. Für den Betrieb wird der Elektromagnet in flüssiges Helium getaucht (T=4,2K), womit durch die Supraleitfähigkeit der Wicklungen keinerlei Wärme entsteht. Ausserdem kann man nach dem Hochfahren des Magnetfeldes den Strom (zB. 300A) durch Aktivieren eines ebenfalls supraleitenden Schalters im Kreis fliessen lassen und die Stromversorgung ausschalten. Die Induktivität der Spule sorgt für die Aufrechterhaltung des Magnetfeldes über Tage und Wochen.

Eine weitere (von der ersten Eigenschaft unabhängige) Eigenschaft von Supraleitern ist der Meissner Effekt: Im Inneren eines Supraleiters (zumindest vom Typ-I) ist das Magnetfed immer Null: Ein SL verdrängt Magnetfelder !

Daher wird ein SL, wenn er auf einen Permanentmagneten gelegt wird, versuchen dessen Feld zu verdrängen; er wird zu schweben beginnen, da er durch die Verdrängung eine abstossende Kraft erfährt.

Diesen Veruch hatte man jahrelang nicht so einfach herzeigen können, da man sehr tief (auf Heliumteperatur) abkühlen musste und aufwendige Kryostaten benötigte.

Mit der Entdeckung der Hochtemperatursupraleiter änderte sich das schlagartig: Man entdeckte in den 80-jahren keramische Werkstoffe (sog. Kuprate aus Yttrium, Barium, Kupfer und Sauerstoff) welche schon bei 93K supraleitend wurden. Hier reicht schon die Temperatur des flüsigen Stickstoffs (77K) aus; der ist aber sehr billig herzustellen und in der Handhabung um Dimensionen einfacher als Helium. Mittlerweile ist man mit bestimmten Materialien schon weit über 100K angelangt.

Man kann flüssigen Sticksoff auch in einer Thermoskanne befördern und man braucht nur eine Pille von

auf einen starken Permanentmagneten legen und Stickstoff drübergiessen. Sofort schwebt die Pille etwa 5 mm über dem Magneten, bis sie sich wieder erwärmt.

http://www.fhi-berlin.mpg.de/th/personal/hermann/YBaCuO.gif
http://www.phys.pe.kr/image/superconductor.jpg

Bei Typ-II Supraleitern dringt das Feld teilweise ein, aber auf ziemlich interessante Weise, nämlich in genau definierten Portionen, den "Flussquanten". Flussquanten sind magnetische Wirbel in nm Bereich, welche das Material in einem hexagonalen Muster durchsetzen. Dieser Effekt wird zur Messung kleinster Magnetfelder verwendet (SQUID).

Wenn die Flussquanten so dicht liegen, dass sie sich überlappen, dann ist es aus mit der Supraleitung. Bei Überschreiten des kritischen Feldes

verschwindet diese schlagartig im Sinne eines Phasenübergangs). Wenn dies mit einer supraleitenden Spule passiert, so wird deren magnetische Energie schlagartig in ohmsche Wärme umgesetzt und es zisscht gewaltig. Das nennt man "quenchen".

Ari · Moderator Anmeldungsdatum: 01.06.2005 Beiträge: 577 Wohnort: Göttingen

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

will schnudl nicht ins Wort fallen, der hat da mehr Ahnung von, nur ein Paar kurze Anmerkungen:

@ari: Der Stoff nennt sich ganz wissenschaftlich Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid, fällt unter die Stoffgruppe der Cuprate und diese ist wiederum ein Teil der Hochtemperatursupraleiter. Soll heissen, dass es da keine besondere Bezeichnung gibt, das Kunstwort "Cuprat" mal ausgenommen, gerade das

ist das bekannteste Beispiel unter den Cupraten, und die meisten wissen worum es geht

zu den Theorien: Das ganze ist auch deswegen schwierig, weil die "ältere" Theorien ein Problem mit den Hochtemperatursupraleitern hatte: Diese hat nämlich die höchste Temperatur bei etwa 50K angesetzt, bei der Stoffe noch Supraleitend werden durften. Mit den Cupraten wurde diese Temperatur geknackt, und die Theorie wurde unzulänglich. Du siehst, da ist noch eine Menge an den theoretischen Ansätzen zu feilen, die Supraleiter selbst versteht man mittlerweile ganz gut, immerhin läuft da die Forschung angetrieben von der Industrie auf Hochtouren

Interessant ist an den TypII Supraleitern ja gerade die Tatsache, dass sie sich ihre relative Position zu ihrem "Muttermagneten merken" Für diesen Versuch mit dem schwebenden metallstück bringt man ja einen starken Permanentmagneten neben das Supraleiterstück und kühlt dann das ganze ab. Interessant ist es nämlich, dass solange das Stück gekühlt bleibt, es stets bestrebt ist genau so relativ zum Magneten zu sein, wie vor der Kühlung. D.h will man das Stück wegbewegen, so entstehen kräfte, die eben das verhindern sollen (es aber meist nicht schaffen, da zu klein)
Letztes Jahr aber stand ich auf so einem Sockel, wie er auch in der Sendung gezeigt war, der ja fast gänzlich aus dem Stoff besteht. Interessant wird es wenn man versucht den Sockel (der ja immer noch frei schwebt) seitlich zu bewegen. Ich hab mit dagegengestemmt und es nicht von der Stelle bekommen! Man stelle sich nur mal die möglichen Anwendungsgebiete á la fast reibungsfreie Achsen, etc

Bacira · Anmeldungsdatum: 17.03.2006 Beiträge: 7

Daaaaaankeschön
Mit Zunge

Bacira · Anmeldungsdatum: 17.03.2006 Beiträge: 7

Weiß zufällig noch jemand, wie der Effekt hieß, dass 100°C heißes Wasser schneller gefriert als beispielsweise 40°C warmes.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Das ist der Mpemba-Effekt. Der tritt nicht immer, sondern nur unter bestimmten Bedingungen auf. Wie die genau aussehen, scheint nicht so ganz ohne oder noch nicht vollständig geklärt zu sein; Erklärungsansätze sind zum Beispiel Konvektion oder Verdunstung. Siehe auch:

http://de.wikipedia.org/wiki/Mpemba-Effekt

Schrödingers Katze · Anmeldungsdatum: 10.07.2005 Beiträge: 695 Wohnort: Leipzig

Wo wir schonmal dabei sind:

Zu der Sendung mit dem Helium-Orchester:

Erst mal ne generelle Frage: Warum erzeugt man beim Sprechen mit Helium überhaupt eine höhere Frequenz(!) ? Eine physikalische Erklärung scheint mir unsinnig: Zwar breitet sich die Welle schneller aus, aber da sich dadurch bei gleichbleibender Schwingungszahl der Stimmbänder die Wellenlänge erhöht, bleibt die Frequenz gleich, auch wenn die Welle wieder in Luft übergeht, denn die Frequenz ist eine unveränderliche Eigenschaft der Welle. Und unsere Ohren nehmen nun mal die Frequenz, und nicht die Wellenlänge wahr. Eher würde ich da mit einer biologischen Erklärung mitgehen, so in etwa dass die Stimmbänder in He schneller schwingen können o.ä. aber zufrieden bin ich damit nicht.
Das bringt mich dann auch auf das Verständnisproblem mit den Blasinstrumenten: Die Wellen, die sich in ihnen ausbilden, finden auf jeden Fall die gleichen, konstanten physikalischen Bedingungen vor (eben bis auf das Medium), biologische Erklärungen ziehen hier folglich nicht.

Also, weiß jemand was darüber zu erzählen?

P.S.: Die Sat1-Seite hält sich mit brauchbaren Erklärungen vornehm zurück.

P.P.S.: Könnte es mit den Resonanzeigenschaften (z.B. des Kehlkopfes oder des Musikinstrumentes) zu tun haben: Es wird immer nur die stehende Welle mit einer ganz bestimmten, und daher konstanten Wellenlänge erzeugt/ verstärkt usw.. Damit ist Lambda eben doch nicht veränderlich, und die Frequenz passt sich an?!

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Stimmt, das sind die Resonanzeigenschaften.

Bei gleichen Ausmaßen des Mundraumes oder Instruments und geringerer Dichte des Mediums sind die Resonanzfrequenzen höher.

Ein Ton, der z.B. von den Stimmbändern erzeugt wird, besteht nicht aus einer Frequenz, sondern aus dem gesamten Obertonspektrum, das aus den ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz besteht. Von diesem Spektrum werden mit Helium nun nur die höheren Frequenzen gut und resonant verstärkt. Denn die tiefsten Frequenzen passen nun nicht mehr resonant in den Mundraum bzw. das Instrument, weil sie durch die wegen geringerer Dichte größere Schallgeschwindigkeit eine zu große Wellenlänge bekommen haben. Daher klingt die Stimme bzw. das Instrument höher und anders.

Bacira · Anmeldungsdatum: 17.03.2006 Beiträge: 7

Wenn die Welle sich in Helium schneller ausbreitet, ist es dann nicht das gleiche, wie eine höhere Frequenz(bezüglich der Wahrnehmung)? Man nimmt ja in der gleichen Zeit mehr schwingungen wahr. und die Frequenz sind ja Schwingungen/Zeiteinheit!?!?!?

Aber ist ne gute Frage

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Nein - die Frequenz bleibt bei einem Schallausbreitungsvorgangs stets gleich. Es ändert sich jedoch die Wellenlänge in verschiedenen Medien, gemäss

dachdecker2

Ich würde mal ausschließen, dass es mit dem Kehlkopf zusammenhängt - man kann auch dichtere Gase einatmen, wobei die Stimme tiefer wird. Dabei bleibt das Gas aber in der Lunge, und kommt nicht mehr mit dem Kehlkopf in Berührung. Durch die geänderten Eigenschaften des Füllgases wird (vermutlich) einfach nur die Resonanzfrequenz der Lunge verändert.

Dass man die korrekten Erklärungen nicht immer auf Clevers HP findet, mag daran liegen, dass die hin und wieder nicht recherchier wird. Eine Woche nach dem 13.3. hat Wigald Boning mehrfalch behauptet, dass ein Neumond nicht zu sehen sei, weil er sich im Erdschattenbefinden würde Augenzwinkern

. Ich nehme mal an, dass das schon ernst gemeint war. Manchmal hat man den Eindruck, das etwas erzählt wird, was sich irgendwie spektakulär anhören soll.

ps. Das Gehör arbeitet eben nicht mit Frequenzen sondern mit Wellenlängen - das fällt sofort auf, wenn man sich das Hörsystem mal ansieht.

Ari · Moderator Anmeldungsdatum: 01.06.2005 Beiträge: 577 Wohnort: Göttingen

dachdecker2

nuja, ich guck mir sowas gerne an, schlißlich bekommt diese Sparte schon wenig genug Aufmerksamkeit von den Programmdirektoren unglücklich

. Ich ärgere mich aber auch, wenn man mir Unfug erzählen will, was eben bei Clever doch überdurchschnittlich oft vorkommt. Dazu sind einige Experimente getürkt, was mir auch nicht gefällt unglücklich

.

Quallitativ sind Sendungen wie Q21, Alpha Centauri (ist dem Harald Lesch was zugestoßen?) oder Quarks&Co sicherlich für Clever, Galileo und Co unerreichbar, weswegen man sich da vielleicht lieber die Zeit am Dienstag bzw Sonntag nimmt smile

. Schade, dass der onlinetvrecorder.com wdr und BR-alpha nicht aufnimmt unglücklich

.

Bacira · Anmeldungsdatum: 17.03.2006 Beiträge: 7

Dachdecker2
Da muss ich voll und ganz zustimmen:
Alpha Centauri rockt!!! Ich war bein ersten Schauen skeptisch, ob der Mann vernünfitge(=verwertbare) Infos in 15 Minuten packen kann. Aber ich wurde belehrt: Er kann, und das zeíemlich gut, wie ich finde.Ich schau die Sendung richtig gerne.