Fachgebiet Physik

Kurzfassung
Stand P1
Fachgebiet Physik
Thema
Der Müsli-Effekt: Untersuchungen zur Entmischung granularer Medien
Teilnehmer: Name (Alter)
Anschrift
Schule / Institution / Betrieb
Lena Heller (16)
68167 Mannheim
Ludwig-Frank-Gymnasium
Mannheim
Lisa Weigl (15)
68259 Mannheim
Ludwig-Frank-Gymnasium
Mannheim
Betreuung: Frau Sprinz, Herr Rietzler
Wir wollten uns dieses Jahr mit einem Phänomen beschäftigen, das wohl jeder schon bemerkt hat: Beim Öffnen
einer Müslipackung liegen die größeren Teile immer oben. Dieser Effekt wird in der Wissenschaft als
Paranusseffekt oder eben auch als Müslieffekt bezeichnet.
Der Paranusseffekt beschreibt die Entmischung granularer Medien. Durch Schütteln wandern die großen Teile
nach oben, währen die kleinen unten liegen. Das ist in vielen Bereichen von Bedeutung: z.B. beim Transport
von Kiesmischungen oder bei der Herstellung von Tabletten. In unserer Arbeit wollten wir diesem Phänomen
auf den Grund gehen und herausfinden, von welchen Faktoren der Paranusseffekt abhängt.
Dazu bauten wir zuerst eine Rüttelmaschine, die man in der Frequenz verändern kann. Damit wollten wir das
Schütteln unserer Mischungen standardisieren. Danach führten wir verschiedene Versuche mit
unterschiedlichen Perlen durch, die sich jeweils in einem Faktor (Dichte, Durchmesser oder Form)
unterschieden. So wollten wir herausfinden, welche Faktoren für die Entmischung verantwortlich sind und wann
es zum inversen Paranusseffekt kommt, bei dem sich die Sache umkehrt und die großen Teile beim Schütteln
ganz unten zu liegen kommen.
Für den Inhalt der Kurzfassungen sind die Teilnehmer verantwortlich!
50. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
26. bis 28. März 2015
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
Kurzfassung
Stand P2
Fachgebiet Physik
Thema
Der Wunderkerzenrotor
Teilnehmer: Name (Alter)
Anschrift
Schule / Institution / Betrieb
Tim Königl (17)
79594 Inzlingen
Hans-Thoma-Gymnasium
Lörrach
Dennis Zisselsberger (16)
79594 Inzlingen
Hans-Thoma-Gymnasium
Lörrach
Betreuung: Herr Dipl.-Phys Klein
Partnerinstitution: phaenovum-Schülerforschungszentrum Dreiländereck, Lörrach
Wer kennt es nicht? Das festliche Gefühl an Silvester zwischen den lauten Geräuschen der Feuerwerkskörper,
einer Wunderkerze beim Brennen zuzuschauen. Dabei sprühen sie Funken weg. Aber werden diese in alle
Richtungen gleichermaßen weggeschossen? Und wie heiß wird eigentlich so eine Wunderkerze? Lässt sich die
bei dem Abbrennvorgang freiwerdende Energie eventuell mechanisch nutzen?
Diese Fragen haben wir zunächst experimentell mithilfe von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und
Infrarotbildern näher untersucht. Uns ist es dabei gelungen, einen Wunderkerzenrotor zu bauen, dessen
Parameter wir mithilfe einer Modellbetrachtung optimieren konnten.
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50. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
26. bis 28. März 2015
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
Kurzfassung
Stand P3
Fachgebiet Physik
Thema
Hochspannende Kristalle
Teilnehmer: Name (Alter)
Anschrift
Schule / Institution / Betrieb
Rebekka Neumann (17)
71711 Steinheim
Friedrich-Schiller-Gymnasium
Marbach am Neckar
Niklas Fauth (17)
74354 Ottmarsheim
Friedrich-Schiller-Gymnasium
Marbach am Neckar
Betreuung: Herr Dipl. Ing. Becker, Herr Horlacher
Partnerinstitution: Kepler-Seminar für Naturwissenschaften, Stuttgart
Das Phänomen des leuchtenden Zuckerwürfels ist altbekannt: Reibt man im dunklen zwei Zuckerstücke
aneinander, so scheinen diese an der Reibefläche schwach zu glimmen. Dieser Effekt nennt sich
Tribolumineszenz, eine Leuchterscheinung die bei der Zerstörung verschiedener Kristellstrukturen auftritt, so
auch bei Saccarose. Durch das Verschieben des Kristallgitters werden Ladungen getrennt, es bilden sich hohe
Potentiale die den Stickstoff aus der Luft zum Leuchten anregen. So konnte beispielsweise bereits
nachgewiesen werden, dass die Farbe des Leuchtens, welche auf grund der schwachen Intensität von Mensch
zu Mensch unterschiedlich wahrgenommen wird, Gasabhängig ist. Zucker in Luft leuchtet blau, in
Neonatmosphäre Pink. Was passiert jedoch, wenn sich die Potentialunterschiede nicht durch Ionisierung
abbauen können, wie zum Beispiel im Hochvakuum? Hierbei entsteht Röntgenstrahlung, die durchaus
technisch nutzbar ist. Von welchen Parametern all diese Effekte abhängen, wie sich das Leuchten verstärken
lässt, ob es sich ggf. zur Materialprüfung eignet und ob in Zukunft für eine Röntgenaufnahme keine
Hochspannung mehr benötigt wird soll dieses Projekt klären.
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50. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
26. bis 28. März 2015
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
Kurzfassung
Stand P4
Fachgebiet Physik
Thema
Messungen rund um den Brennwertkessel
Teilnehmer: Name (Alter)
Anschrift
Schule / Institution / Betrieb
Thomas Wirsing (15)
89160 Dornstadt
Schubart-Gymnasium
Ulm
Jannik Münz (15)
88471 Laupheim
Kilian-von-Steiner-Schule
Laupheim
Maximilian Gisa (15)
89075 Ulm Böfingen
Kepler-Gymnasium
Ulm
Betreuung: Herr Wirsing
Partnerinstitution: Schülerforschungszentrum Südwürttemberg (SFZ); Standort Ulm, Ulm
Moderne Heizkessel kondensieren das Wasser, das bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entsteht,
um mit dieser latenten Wärme den Wirkungsgrad zu erhöhen. Wir haben einige Sensoren angebracht und
untersuchen damit diesen Vorgang genauer. Mit unseren Messwerten bestimmen wir neben dem
Kondensationsgrad auch noch den Wirkungsgrad und vieles mehr. Auch die Abgastemperatur ist sehr
aufschlussreich.
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50. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
26. bis 28. März 2015
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
Kurzfassung
Stand P5
Fachgebiet Physik
Thema
Mit der Energie eines elektrischen Zündfunkens drahtlos schalten
Teilnehmer: Name (Alter)
Anschrift
Schule / Institution / Betrieb
Granit Shatri (16)
72336 Balingen
Sichelschule
Balingen
Samuel Haas (14)
72336 Ostdorf
Sichelschule
Balingen
Betreuung: Herr Wolff, Herr Weiss
Thyristorschaltungen kann mit einem elektronischen Feuerzeug drahtlos zünden. Die vom elektronischen
Feuerzeug abgestrahlte und äußerst geringe elektromagnetische Energie bündeln wir und geben ihr eine
Vorzugsrichtung. Die Empfangsschaltung wird in gleicher Weise optimiert. Mit dem Piezozünder aus dem
Feuerzeug als Sender und einer Empfangsschaltung, die dem Thyristor nachbildet ist, wollen wir eine Funk(en)Strecke aufbauen und dabei eine möglichst große Entfernung überbrücken.
Als Besonderheit gilt:
Der Sender benötigt weder Batterie noch Akku. Der gesamte Sende- Empfangs-Vorgang läuft in ultakurzer Zeit
ab und ist danach auch beendet. Funkdienste werden durch diesen Mikro-Funkverkehr nicht beeintrechtigt!
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50. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
26. bis 28. März 2015
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
Kurzfassung
Stand P6
Fachgebiet Physik
Thema
Optimierung einer Solarzelle durch Temperaturregulierung
Teilnehmer: Name (Alter)
Anschrift
Schule / Institution / Betrieb
Lukas Schulze (20)
78166 Donaueschingen
Hochschule für Polizei BW
Villingen-Schwenningen
Marcel Butschle (20)
78073 Bad Dürrheim
Emil Frei GmbH & Co. KG
Bräunlingen
Betreuung: Herr Mosbacher
Partnerinstitution: Fürstenberg-Gymnasium, Donaueschingen
Durch die beschlossene Energiewende gewinnen erneuerbare Energien an Bedeutung. Einen wichtigen
Beitrag leistet hierzu auch die Solarzelle. Ihr Vorteil liegt darin, nur von der Sonne abhängig zu sein und somit
noch bis zum Ende dieser Welt Strom zu produzieren. Dennoch gibt es viele Faktoren, die negativen Einfluss
auf die Leistung einer Solarzelle haben. Am einfachsten lässt sich von diesen die Temperatur beeinflussen. Aus
diesem Grund haben wir uns dazu entschieden, diesen Bereich genauer zu erforschen. In der Praxis müssen
nun zwei Anwendungsbereiche unterschieden werden. Einmal der Heimgebrauch für Privatpersonen und auf
der anderen Seite der gewerbliche Gebrauch bei Großanlagen. Zudem müssen die klimatischen Bedingungen
beachtet werden. Wenn die Solarzelle komplett von Schnee bedeckt ist, produziert sie keinen Strom. Doch
selbst bei niedrigen Temperaturen sinkt ihre Leistung. Ebenso verhält es sich bei zu hohen Temperaturen.
Unser Projekt beschäftigt sich also damit, wie man die Temperatur so beeinflussen kann, dass die Solarzelle
möglichst nah am optimalen Wirkungsgrad arbeitet. Als zweites beschäftigen wir uns auch noch mit der
Wirtschaftlichkeit einer solchen Idee.
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50. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
26. bis 28. März 2015
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
Kurzfassung
Stand P7
Fachgebiet Physik
Thema
Weißer als Weiß!
Teilnehmer: Name (Alter)
Anschrift
Schule / Institution / Betrieb
Stefanie Kern (16)
88441 Mittelbiberach
Wieland-Gymnasium
Biberach
Betreuung: Herr Binder, Herr Kern
Partnerinstitution: Schülerforschungszentrum Südwürttemberg (SFZ); Standort Bad Saulgau, Bad Saulgau
In unserem Projekt beschäftige ich mich mit dem Käfer Cyphochilus. Dieser Käfer ist besonders weiß. Seine
Farbe erzeugt er allerdings nicht mit Pigmenten, sondern mit der Oberflächen- und Innenstruktur seiner
Schuppen. Ich will dieses Phänomen untersuchen und herausfinden, wie dieser Käfer sein Weiß erzeugt und
wie weiß der Käfer ist.
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50. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
26. bis 28. März 2015
Robert Bosch GmbH, Stuttgart

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