Physik Journal 2 / 2015

Cover

Ein Tropfen Wasser sammelt auf einer flüssigkeits­abweisenden Ober­fläche an­­ge­färb­ten Staub auf und rollt damit nach unten. (vgl. S. 25, ­Foto: Frank Schellenberger)

Meinung

Aufsteigen statt aussteigen!Wiebke Drenckhan2/2015Seite 3

Aufsteigen statt aussteigen!

Karrierewege in der deutschen Forschung sind für Nachwuchsforscher nicht attraktiv – noch weniger für die Nachwuchsforscherinnen.

Inhaltsverzeichnis

Februar 20152/2015Seite 1

Februar 2015

Ein Tropfen Wasser sammelt auf einer flüssigkeits­abweisenden Ober­fläche an­­ge­färb­ten Staub auf und rollt damit nach unten. (vgl. S. 25, ­Foto: Frank Schellenberger)

Aktuell

Angst vor AbwicklungAlexander Pawlak2/2015Seite 6

Angst vor Abwicklung

Stefan Jorda2/2015Seite 7

Schub für Europas Elektronik

Alexander Pawlak2/2015Seite 8

Wer wird Millionär?

Maike Pfalz2/2015Seite 8

An die Spitze

Stefan Jorda2/2015Seite 10

Schlechter betreut

Maike Pfalz2/2015Seite 10

Kooperationen erlaubt

Matthias Delbrück2/2015Seite 11

Holland in Not

Matthias Delbrück2/2015Seite 11

Zeugnisausgabe in Groß­britannien

Maike Pfalz2/2015Seite 12

Ab in den Untergrund

Rainer Scharf2/2015Seite 13

USA

Wer unterrichtet Physik? Weniger „staatliche“ Postdocs Forschungsausgaben stagnieren

Leserbriefe

Jürgen Mimkes2/2015Seite 14

Nicht anders geartete Theorien

Zur Buchrezension von „Econophysics and Physical Economics“ von Wichard Beenken, November 2014, S. 59

John Banhart2/2015Seite 14

Fragwürdige Entscheidungen

Zu: „Wer setzt die Prioritäten?“ von Dominik Schwarz, November 2014, S. 3

High-Tech

Michael Vogel2/2015Seite 16

Gekrümmt empfindlichLasertest für ReifegradVirtuell fühlen

Im Brennpunkt

Luftiger LaserGünter Steinmeyer2/2015Seite 18

Luftiger Laser

Amerikanischen Forschern ist es gelungen, durch optische Anregung rückwärts gerichtete Strahlung in Luft zu erzeugen, welche Eigenschaften von Laserlicht hat.

Inversionslage in GraphenMark Oliver Görbig2/2015Seite 20

Inversionslage in Graphen

Zeitaufgelöste Messungen haben gezeigt, dass Auger-Prozesse das zentrale Landau-Niveau in Graphen entvölkern, während gerade dieses optisch gepumpt wird.

Forum

Eine Lösung für LösungenStefan Jorda2/2015Seite 22

Eine Lösung für Lösungen

Der Exzellenzcluster RESOLV hat sich zum Ziel gesetzt, ein übergreifendes Verständnis für das Lösen von Substanzen zu entwickeln.

Koffeinfreier Kaffee, elektrochemische Energiespeicher oder die Proteinfaltung – auf den ersten Blick haben diese Themen nichts miteinander zu tun, doch tatsächlich spielen immer Lösungsmittel eine entscheidende Rolle.

Brüht man beispielsweise Kaffeebohnen mit heißem Wasser auf, lösen sich Koffein und Geschmacksstoffe, und das Ergebnis ist gewöhnlicher Kaffee. Ganz anders, wenn man überkritisches Kohlendioxid statt Wasser nimmt: Dann geht nur das Koffein in Lösung, die Geschmacksstoffe aber bleiben in den Bohnen, die sich nun als koffeinfreier Kaffee aufbrühen lassen. Die Rolle des Lösungsmittels bei diesem und vielen anderen Prozessen auf der Ebene einzelner Moleküle zu verstehen und ein vollständiges Bild zu entwickeln, ist Ziel des Exzellenzclusters RESOLV (Ruhr Explores SOLVation), in dem Chemiker, Chemieingenieure, Physiker und Biologen der Ruhr-Universität Bochum (RUB) sowie benachbarter Universitäten und Forschungs­institute zusammen arbeiten. „Wir möchten ‚Solvation Science‘ als eigenes interdisziplinäres Forschungsfeld etablieren, ähnlich wie die Neurowissenschaften“, sagt Martina Havenith, Professorin für Physikalische Chemie und Cluster-Koordinatorin. ...

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Überblick

Oberflächen mit PhobieHans-Jürgen Butt, Günter K. Auernhammer und Doris Vollmer2/2015Seite 25

Oberflächen mit Phobie

Die gezielte Mikrostrukturierung ermöglicht Oberflächen, die Wasser, Öle oder sogar fluorierte Kohlenwasserstoffe abweisen.

Die Natur hat es vorgemacht: Oberflächen, die Wasser abweisen und so beispielsweise die Wärmeisola­tion bei Tieren gewährleisten. Für dieses superhydrophobe Verhalten ist die Mikrostruktur der Oberflächen entscheidend. Inzwischen sind sogar Oberflächen möglich, die neben Wasser auch unpolare Flüssigkeiten wie Öl abweisen und eine Fülle von Anwendungen versprechen.

Gibt man einen Tropfen Wasser auf Tierfell, Vogel­federn oder einen Insektenflügel, dann bildet der Tropfen nur eine kleine Kontaktfläche und perlt ab. Diese schlechte Benetzbarkeit ist für viele Tiere enorm wichtig, denn sie sorgt dafür, Luftpolster im Fell, den Federn oder Flügeln zu stabilisieren und auf diese Weise die lebenswichtige Wärmeisolation bzw. Flugfähigkeit zu erhalten [1 – 3]. Auch viele Pflanzen besitzen solche superhydrophoben Oberflächen, etwa die Lotus­blume. Ihre Blätter zeigen einen weiteren nützlichen Effekt, der super­hydro­phobe Oberflächen interessant für Anwendungen macht: die Selbstreinigung [4]. Regentropfen sammeln Staub und andere Partikel auf den Lotusblättern auf und rollen damit vom Blatt. Transparente selbstreinigende Beschichtungen wären z. B. für schwer zugängliche Fenster oder für Solarzellen auf Hausdächern interessant. Weitere potenzielle Anwendungen für superhydrophobe Oberflächen könnten darin bestehen, Vereisen zu verzögern oder Kondensation zu kontrollieren, etwa um Süßwasser zu gewinnen oder die Bildung von Biofilmen in Trink­wasser- oder Kühlsystemen (Biofouling) zu verhindern.

Um auf die Ursache des superhydrophoben Effekts eingehen zu können, müssen wir die wichtigste Beobachtungsgröße diskutieren: den Kontaktwinkel (Abb. 1). Dazu betrachtet man das Gleichgewicht der Kräfte an der Kontaktlinie zwischen fester Oberfläche, Tropfen und Luft (Dreiphasen-Kontaktlinie). Für eine idealisierte, d. h. glatte, inerte, harte Oberfläche, auf der sich eine Flüssigkeit befindet, ist der Kontakt­winkel gegeben durch die nach Thomas Young (1773 – 1829) benannte Gleichung ...

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Herausforderung WärmespeicherAndré Thess, Franz Trieb, Antje Wörner und Stefan Zunft2/2015Seite 33

Herausforderung Wärmespeicher

Thermische Speicher sind die Mauerblümchen der Energieforschung, in ihnen stecken aber viele offene physikalische Fragen.

Thermische Energiespeicher – im Volksmund „Wärmespeicher“ – erwecken bei den meisten Menschen die Vorstellung von Nachtspeicheröfen, Thermosflaschen, Handwärmern oder Omas Bügeleisen mit feuerbeheiztem Eisenkern. Keines dieser Beispiele spiegelt allerdings die aktuelle Forschung angemessen wider, denn hinsichtlich physikalischer Komplexität und praktischer Bedeutung stehen Wärmespeicher den uns allgegenwärtigen Batterien keineswegs nach.

Ein Wärmespeicher im engeren Sinne des Wortes ist ein geschlossenes thermodynamisches System, dessen Gleichgewichtszustand X = (U1 … UN, V1 … VM) nur durch Ändern der Energiekoordinaten Ui, jedoch nicht durch Ändern der Arbeitskoordinaten Vi verändert wird [1]. Nach dieser zugegebenermaßen abstrakten Definition besteht der einfachste Wärmespeicher aus einem System mit konstantem Volumen V (Arbeitskoordinate), dessen einzige relevante Zustandsfunktion die Innere Energie U (Energiekoordinate) als Funktion der Temperatur oder der Entropie ist. Im Gegensatz dazu verkörpert ein adiabatisch komprimiertes Gasvolumen keinen Wärmespeicher im Sinne dieser Definition, weil seine innere Energie U durch Manipulation an der Arbeitskoordinate V erhöht worden ist. Im weiteren Sinne des Wortes gehören zu einem Wärmespeicher auch z. B. elektrische Heizwendel beim Nachtspeicherofen („Beladeeinrichtungen“) oder ein Dampfkraftprozess bei einem Solarkraftwerk („Entladeeinrichtungen“). Charakterisieren lässt sich ein Wärmespeicher über die Speichertemperatur TH, die Energiespeicherdichte q in Wh/kg, den Speicherwirkungsgrad in Prozent, die maximale Zyklenzahl und die spezifischen Investitionskosten in Euro/Wh.

Der Vergleich mit anderen Speichertechnologien wie Batterien, Supercaps oder Schwungrädern zeigt schnell, dass sich Wärmespeicher nicht durch eine besonders hohe Energiespeicherdichte auszeichnen. Ihre drei wichtigsten Vorzüge sind vielmehr ihr niedriger Preis sowie die Tatsachen, dass sie ihre Eigenschaften auch über viele Zyklen behalten (hohe Zyklenfestigkeit) und dass Wärmespeichermaterialien (Infokasten) im Unterschied zu Lithium, Platin oder Kupfer nicht importiert werden müssen und in großen Mengen zur Verfügung stehen (Ressourcengenügsamkeit). Diese Vorteile gelten gleichermaßen für die drei nachfolgend beschriebenen Typen von Wärmespeichern und geben den Ausschlag für ihr großes Anwendungspotenzial. ...

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Physik im Alltag

WetterfühligMichael Vogel2/2015Seite 40

Wetterfühlig

Sensoren an Autobahnen und Schnellstraßen erfassen die örtlichen Witterungsverhältnisse und machen so den Verkehr sicherer.

Menschen

2/2015Seite 42

Personalien

Paul Busch2/2015Seite 46

Nachruf auf Peter Mittelstaedt

Stefan Jorda2/2015Seite 47

''Es geht darum, genau zu beobachten''

Interview mit Arnulf Quadt

DPG

2/2015Seite 48

Physik-Preise 2015

Laudationes auf die Preisträgerinnen und Preisträger der Deutschen Physikalischen Gesellschaft und der Deutschen Vakuum-Gesellschaft

Boris Hänßler2/2015Seite 60

Innovation braucht Kommunikation

Die Arbeitstagung des Arbeitskreises Industrie und Wirtschaft zeigte eindrucksvoll, wie facettenreich heutige Innovations-Kommunikation sein kann.

Cornelia Hintze und Laura Gil2/2015Seite 63

Vielfältige Tagung für Physikerinnen

Vom 16. bis 19. Oktober 2014 fand die 18. Deutsche Physikerinnentagung in Dresden statt.

Bücher/Software

Matthias Hahn2/2015Seite 64

N. Sieroka: Philosophie der Physik - Eine Einführung

Yaroslav Lutsyshyn2/2015Seite 64

E. Michelsen: Quirky Quantum Concepts

Tagungen

Heiko Wende, Claudia Weis und Claus Michael Schneider2/2015Seite 66

Functional Metalorganics and Hybrids

575. WE-Heraeus-Seminar

Dennis D. Dietrich2/2015Seite 66

Strong Interactions in the LHC Era

574. WE-Heraeus-Seminar

Nina Winter und Martina Havenith2/2015Seite 66

Exploring Solvation Science

572. WE-Heraeus-Seminar

Wolfgang Brütting und Frank Schreiber2/2015Seite 67

Charge-Transfer Effects in Organic Heterostructures: Fundamentals and Applications

578. WE-Heraeus-Seminar

Rubriken

2/2015Seite 67

Notizen

2/2015Seite 68

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