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Elektronen auf der Spur

Am 30. Mai machten sich die Schüler und Schülerinnen des MINT-Profils auf nach Bahrenfeld zum Desy (Deutsches Elektronen Synchrotron).

Im Desy untersuchten die Schüler und Schülerinnen des MINT-Profil im E-Lab mit verschiedenen Experimenten das Verhalten geladener Teichen in elektrischen und magnetischen Feldern. Ein Tag, der so manche Überraschung bot und der uns viel Spaß und viele neue Erkenntnisse bescherte. Hier berichten die Schülerinnen und Schüler von ihren Forschungsergebnissen:

Induktion (Juri, Robert, Julien)

20160530_104923In unserem Experiment ging es um das Magnetfeld stromdurchflossener Helmholtz-Spulen. Das sind zwei große Ringe mit aufgewickelten Leitern, durch die elektrischer Strom 20160530_104918fließt, so dass zwischen ihnen und um sie herum ein magnetisches Feld entsteht. Die magnetiche Flussdichte B steigt dabei proportional zur Stromstärke I. Im ersten Versuch ging es darum, das Verhältnis der beiden Werte zu bestimmen. Im zweiten Versuch haben wir eine  Spule im magnetischen Feld der Helmholtz-Spulen gedreht und dadurch selber Strom erzeugt; dies nennt man elektromagnetische Induktion. Je schneller sich die Spule gedreht hat, desto mehr Strom wurde erzeugt.

Bestimmung der Erdbeschleunigung durch Induktion (Emilia, Maiken, Niusha)

Als wir das DESY besucht haben, beschäftigten wir uns mit Induktion. Dazu haben wir mit zwei Helmholtzspulen ein homogenes magnetisches Feld erzeugt. In das magnetische Feld haben wir eine Induktionsspule e20160530_093735ingebaut, die mit einem Motor verbunden war. Durch die gemessenen Werte der magnetischen Feldstärke, der Frequenz des Motors und der induzierten Spannung konnten wir auf einen proportionalen Zusammenhang schließen.

In einem zweiten Experiment mit einer Induktionsfallröhre haben wir die induzierte Spannung gemessen, während ein Magnet durch das Rohr fiel. Aus diesen gemessenen Werten ließ sich dann die Erdbeschleunigung g sehr genau bestimmen.

Cosmic Rays - Kosmische Strahlung (Fabien, Joscha)

In dem Versuch „Kosmische Strahlung“ haben wir mithilfe eines kleinen Infoheftes erarbeitet, wie kosmische Strahlung entsteht. Und zwar, wenn Protonen aus dem All, sogenannte primäre kosmische Strahlung, mit Atomen in unserer Atmosphäre kollidieren. Dabei entsteht sekundäre kosmische Strahlung. Eine Teilchenart in dieser sind zum Beispiel Myonen. Diese Elementarteilchen haben eine negative Ladung, die genauso groß ist wie die der Elektronen, aber eine 200 mal größere Masse. Sie haben nur eine sehr kurze Lebensdauer, da sie sich aber mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen20160530_140618 ist nach der Relativitätstheorie ihre Zeit gedehnt, daher kann man sie trotz der kurzen Lebensdauer noch auf der Erde detektieren.

Diese Myonen haben wir dann auch weiter untersucht, wir sollten durch ein Experiment die Geschwindigkeit dieser sehr kurzlebigen Teilchen bestimmen. In dem Experiment wurden einige Myonen mithilfe von Photomultipliern, dies sind Lichtverstärkern, an zwei Punkten im Raum registriert.

Durch die Zeit die verstrichen ist, während das Myon zum ersten und dann zum zweiten Mal registriert wurde, konnten wir dann die Geschwindigkeit berechnen. Da diese Myonen sich mit einer sehr hohen Geschwindigkeit bewegen, mussten wir die Relativitätstheorie zu Rate ziehen. Mit dem relativistischen Ansatz überprüften wir unsere Ergebnisse. Der Tag hat uns Spaß gemacht, und wir haben trotzdem etwas gelernt. Das ist eine schöne Kombination.