Der genaue Termin und das Thema werden hier bekanntgegeben
In dem Workshop haben Schüler der Jahrgangsstufen 9 bis 12 über vier Tage Vorträge zu den Themen Teilchen- und Astroteilchenphysik gehört und eigene Experimente durchgeführt. Zum Abschluß wurden von den Schülern Ergebnisse der Messungen präsentiert.
Die folgenden Experimente wurden durchgeführt:
In jeder Sekunde treffen ca.100 Teilen pro m² auf die Erdoberfläche. Diese Teilchen,
praktisch ausschließlich Myonen, werden durch die kosmische Strahlung in der
oberen Atmosphäre freigesetzt und erreichen trotz der kurzen Lebensdauer
von 2,2µs die Erdoberfläche. Der Grund hierfür ist Einsteins spezielle Relativitätstheorie.
Die Myonen lassen sich mit verschiedenen Methoden in Detektoren nachweisen:
Der Myonendetektor besteht hierbei aus einer handelsüblichen (Glas)-Thermoskanne, die mit
Wasser gefüllt wird. Myonen hinterlassen beim Durchgang Lichblitze, die mit einem Photomultiplier
gemessen werden.
Die Geiger-Müller-Zählrohre werden im Selbstbau aus einfachsten Materialien (Kupfer-Wasserrohr,
Draht und Plexiglas) selbst zusammengebaut. Mit diesen kann die Strahlung von
Schulpräparaten (z.B. Ra-226) nachgewiesen und die Zerfallsrate bestimmt werden. Diese
Detektoren sind auch für den Selbstbau durch Schüler geeignet.
Material:
Der Large Hadron Collider am CERN (Genf/Schweiz) hat im Jahr 2010 seinen regulären Betrieb aufgenommen. Die Physik der kleinsten Bausteine der Materie und der wirkenden Kräfte wird, mithilfe großer Detektoren, untersucht. Ziel ist ein tieferes Verständnis der grundlegenden physikalischen Fragen:
Das Programm der Fortbildung umfasst Einführungen in
Ziel, insbesondere des letzten Punkts ist ein direkte Umsetzung im Unterricht für interessierte Schüler.
Radioaktivität ist ein Thema, welches bei vielen Menschen Ängste und starkes Unbehagen auslöst, da wir hierfür kein Sinnesorgan besitzen. Der Nachweis der Strahlung erscheint daher häufig sehr mysteriös und kompliziert.
Geladene Teilchen aus der kosmischen Strahlung und auch aus radioaktiven Zerfällen lassen sich ansich recht einfach nachweisen. In der Fortbildung wurde hierzu von den Teilnehmern ein eigener kleiner Geigerzähler gebaut. Dieser besteht aus einem Stück Kupferrohr, einem dünnen Draht und zwei Plexiglasdeckeln. Das Ganze wird mit Heißkleber verklebt und mit Schweißschutzgas (Ar-C02) gefüllt. Für den Betrieb ist eine Spannung von ca. 2500V notwendig, die entweder mit einem herkömmlichen Hochspannungsgerät erzeugt wird, oder mit einer speziellen Schaltung aus einer 9V Batterie gewonnen wird. Da der Geigerzähler in der Wand ein, mit dünner Alufolie abgedecktes, Loch besitzt, können auch Alpha-Teilchen aus Schulpräparaten (z.B. Ra-226 oder Am-241) nachgewiesen werden.
Ein wenig Elektronik macht es zusätzlich möglich die Signale über die Soundkarte auf einem Rechner (z.B. mit dem Soundkarten Oszilloskop) sichtbar zu machen.
Material:
Beschreibung:
Verschiedene Schulexperimente können leicht mit einer computergestützen Datenerfassung ausgestattet werden. Hierzu sind Sensoren, wie Lichtschranken oder auch eine Signalverstärkung notwendig.
Die Fortbildung hat verschiedene Experimente als Beispiele für die Anwendunge der USB-Box verwendet:
Alle Experimente basieren auf unserer Verstärker- und USB-Box.
Material:
Beschreibung:
In der modernen Messtechnik werden Signale möglichst früh digitalisiert und auf einem Computer weiterverarbeitet. Die Digitalisierung erfolgt mit Analog-Digitalwandlern. Die meisten für Computer existierenden Systeme sind recht teuer. An der Bergischen Universität Wuppertal sind in den letzten Jahren in einigen Projekten günstige Komponenten entstanden: ein Verstärker um kleine Signale messbar zu machen und eine USB-Box um die Signale zu digitalisieren. Einfache Programme zur Darstellung der Signale vervollständigen das System.
In der Fortbildung wird eine Einführung in die Komponenten gegeben und in einfachen Versuchen in die Nutzung eingeführt. Im Anschluß stehen physikalische Experimente zum Testen der Geräte zur Verfügung. Eine USB-Box wird zur Verfügung gestellt.
Material:
Beschreibung:
Die meisten physikalischen Experimente liefern lediglich kleine Signal, die erst verstärkt werden müssen um diese sichtbar machen zu können. Ein einfacher Messverstärker, bestehend aus einem Operationsverstärker, stellt ein sehr universelles Gerät für diesen Zweck dar. Untergebracht in einem stabilen Gehäuse und einer Spannungsversorgung mit zwei 9V Batterien, ergibt sich ein Gerät mit dem sich sowohl kleine Ladungsmengen in der Elektrostatik, kleine Spannungen (Kontaktspannung von Metallen) als auch kleine Ströme (Ionisationsstrom in einem Kondensator) messen lässt. Die Fortbildung stellt den Messverstärker vor und zeigt die Anwendung in physikalischen Experimenten.
Material:
Für Schülerexperimente steht ein Klassensatz Verstärker im Rahmen des SchulPOOL-Projekts zur Verfügung