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Analogrechner

Analogrechner

Analogcomputer oder Analogrechner sind Computer, die ihre Berechnungen auf der Basis fließender Zustandsübergänge durchführen. Sie repräsentieren ihre Daten also nicht als diskrete Werte wie die Digitalcomputer, sondern als kontinuierliche – eben analoge – Grössen, zum Beispiel in Form von geometrischen Längen oder Winkeln oder elektrischen Spannungen oder Strömen. Bekannte alte Beispiele für Analogrechner sind die verschiedenen Arten von Rechenschiebern und mechanischen Planimetern, die seit dem 19. Jahrhundert weit verbreitet waren, bis sie in den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts durch digitale elektronische Geräte abgelöst wurden. Analogrechner wurden insbesondere in den 1940er Jahren entwickelt zur Lösung von Gewöhnlichen Differentialgleichungen. Technisch nutzbar waren diese Rechner zum Beispiel zur Simulation von Flugbahnen von Artilleriegeschossen und Bomben. Als einfaches Beispiel für einen "Multiplikationscomputer" kann man sich einen Audioverstärker vorstellen, bei dem das Eingangssignal (z. B. vom Plattenspieler) mit einer großen Zahl (dem Verstärkungsfaktor) multipliziert wird, um am Lautsprecher hörbar zu werden. Der Verstärkungsregler (Lautstärkeregler) stellt also den Multiplikator ein. Es sind viele weitere elektronische Schaltungen bekannt, z. B. Integratoren, Differentiatoren, Summierer, Multiplizierer, Dividierer, Funktionsgeber, Koeffizientenpotentiometer (Spannungsteiler Ua= k
- Ui) mit denen mathematische Probleme gelöst werden können. Die Ergebnisse stehen meist sofort zur Verfügung und werden mittels Messgeräten, z. B. Voltmeter oder Oszillograph, angezeigt. Allerdings ist es schwer mit diesen Schaltungen Texte auszugeben. Ein weiteres Problem analoger Rechner ist die Genauigkeit. Wir können (z. Zt.) nur Meßgeräte bauen, die einen maximalen Meßbereich von 6–7 Zehnerpotenzen (= Zahlen mit 6–7 Stellen) eines Wertes erfassen können (wir können also die Masse eines Lkws nicht aufs Milligram genau messen). Das reicht bei geschickter Skalierung der Eingangsgrößen für die meisten physikalischen Fragestellungen aus. Gegenbeispiele: Umsatz eines Großunternehmens in Cent, Berechnung einer Flugbahn zum Mars (Anfangswertproblem, Anzahl der Rechenschritte). Ein analoger Zellulärer Automat zur Simulation von Grundwasserströmungen wurde zum Beispiel auf die folgende Weise aufgebaut: Man stellte ein zweidimensionales Feld aus Kondensatoren zusammen, deren Kapazität dem Wasserspeichervermögen eines kleinen Teilgebietes des Bodens entsprach, und verband diese dann mit Widerständen mit ihren direkten Nachbarn, wobei die Leitfähigkeit der Widerstände der Wasserdurchlässigkeit des entsprechenden Teilgebietes des Bodens entsprach. Dazu kamen nun Quellgebiete als über Widerstände geregelte Spannungseinleitungen, und Brunnen als über Widerstände geregelte Spannungsableitungen. Die an den Knotenpunkten dieses Netzes gemessene Spannung entsprach dann dem zu erwartenden Grundwasserstand, und die Ströme in den Widerständen entsprachen der zu erwartenden Grundwasserströmung. Zwischenzeitlich gab es auch sog. Hybridrechner, die digitale und analoge Rechenwerke hatten.

Literatur


- Sigvard Strandh: Die Maschine – Geschichte, Elemente, Funktion. ISBN 3-451-18873-2, Seite 191 Kategorie:Automatisierungstechnik ja:アナログコンピュータ

Computer

] ] Ein Computer // ist ein Apparat, der Informationen mit Hilfe einer programmierbaren Rechenvorschrift verarbeiten kann. Der englische Begriff computer, abgeleitet vom Verb to compute (rechnen), bezeichnete ursprünglich Menschen, die quälend langwierige Berechnungen vornahmen, zum Beispiel für Astronomen im Mittelalter. Bis in die 1960er Jahre wurde diese Arbeit vornehmlich von Frauen mit Hilfe von Rechenmaschinen erledigt. Später ging der Begriff auf die Maschinen selbst über. Einst war die Informationsverarbeitung mit Computern auf die Verarbeitung von Zahlen beschränkt. Mit zunehmender Leistungsfähigkeit eröffneten sich neue Einsatzbereiche, Computer sind heute in allen Bereichen des täglichen Lebens vorzufinden: Sie dienen der Verarbeitung und Ausgabe von Informationen in Wirtschaft und Behörden, der Berechnung der Statik von Bauwerken bis hin zur Steuerung von Waschmaschinen und Automobilen. Die leistungsfähigsten Computer werden eingesetzt, um komplexe Vorgänge zu simulieren: Beispiele sind die Klimaforschung, thermodynamische Fragestellungen, medizinische Berechnungen – bis hin zu militärischen Aufgaben, zum Beispiel der Simulation des Einsatzes von nuklearen Waffen. Viele Geräte des Alltags, vom Telefon über den Videorekorder bis hin zur Münzprüfung in Warenautomaten, werden heute von integrierten Kleinstcomputern gesteuert (Embedded Systems).

Grundprinzipien

Grundsätzlich sind zwei Bauweisen zu unterscheiden: Ein Computer ist ein Digitalcomputer, wenn er mit digitalen Geräteeinheiten digitale Daten verarbeitet; er ist ein Analogcomputer, wenn er mit analogen Geräteeinheiten analoge Daten verarbeitet. Bis auf wenige Ausnahmen werden heute fast ausschließlich Digitalcomputer eingesetzt. Diese folgen gemeinsamen Grundprinzipien, mit denen ihre freie Programmierung ermöglicht wird. Bei einem Digitalcomputer werden dabei zwei grundsätzliche Bausteine unterschieden: Die Hardware, die aus den elektronischen, physisch anfassbaren Teilen des Computers gebildet wird, sowie die Software, die die Programmierung des Computers beschreibt. Ein Digitalcomputer besteht zunächst nur aus Hardware. Die Hardware stellt erstens einen so genannten Speicher bereit, in dem Daten wie in Schubladen gespeichert und jederzeit zur Verarbeitung oder Ausgabe abgerufen werden können. Zweitens verfügt das Rechenwerk der Hardware über grundlegende Bausteine für eine freie Programmierung, mit denen jede beliebige Verarbeitungslogik für Daten dargestellt werden kann: Diese Bausteine sind im Prinzip die Berechnung, der Vergleich, und der bedingte Sprung. Ein Digitalcomputer kann beispielsweise zwei Zahlen addieren, das Ergebnis mit einer dritten Zahl vergleichen und dann abhängig vom Ergebnis entweder an der einen oder der anderen Stelle des Programms fortfahren. In der Informatik wird dieses Modell theoretisch durch die Turing-Maschine abgebildet; die Turing-Maschine stellt die grundsätzlichen Überlegungen zur Berechenbarkeit dar. Erst durch Software wird der Digitalcomputer jedoch nützlich. Jede Software ist im Prinzip eine definierte, funktionale Anordnung der oben geschilderten Bausteine Berechnung, Vergleich und Bedingter Sprung, wobei die Bausteine beliebig oft verwendet werden können. Diese Anordnung der Bausteine, die als Programm bezeichnet wird, wird in Form von Daten im Speicher des Computers abgelegt. Von dort kann sie von der Hardware ausgelesen und abgearbeitet werden. Dieses Funktionsprinzip der Digitalcomputer hat sich seit seinen Ursprüngen in der Mitte des 20. Jahrhunderts nicht wesentlich verändert, wenngleich die Details der Technologie erheblich verbessert wurden. Analogrechner funktionieren jedoch nach einem anderen Prinzip. Bei ihnen ersetzen analoge Bauelemente (Verstärker, Kondensatoren) die Logikprogrammierung. Analogrechner wurden früher häufiger zur Simulation von Regelvorgängen eingesetzt (siehe: Regelungstechnik), sind heute aber fast vollständig von Digitalcomputern verdrängt worden.

Hardwarearchitektur

Das heute allgemein angewandte Prinzip, das nach seiner Beschreibung durch John von Neumann von 1946 als "Von-Neumann-Architektur" bezeichnet wird, definiert für einen Computer vier Hauptkomponenten:
- die Recheneinheit (Arithmetisch-Logische Einheit (ALU)),
- die Steuereinheit,
- den Speicher und
- die Eingabe- und Ausgabeeinheit(en). In den heutigen Computern sind die ALU und die Steuereinheit meist zu einem Baustein verschmolzen, der so genannten CPU (Central Processing Unit, zentraler Prozessor). Der Speicher ist eine Anzahl von durchnummerierten "Zellen", jede dieser Zellen kann ein kleines Stück Information aufnehmen. Diese Information wird als Binärzahl, also einer Abfolge von ja/nein-Informationen, in der Speicherzelle abgelegt - besser vorzustellen als eine Folge von Nullen und Einsen. Ein Charakteristikum der "Von Neumann-Architektur" ist, dass diese Binärzahl (beispielsweise 65) entweder ein Teil der Daten sein kann (also zum Beispiel der Buchstabe "A"), oder ein Befehl für die CPU ("Springe ..."). Wesentlich in der Von-Neumann-Architektur ist, dass sich Programm und Daten einen Speicherbereich teilen (dabei belegen die Daten in aller Regel den unteren und die Programme den oberen Speicherbereich). Dem gegenüber stehen in der sog. Harvard-Architektur Daten und Programmen eigene (physikalisch getrennte) Speicherbereiche zur Verfügung, dadurch können Daten-Schreiboperationen keine Programme überschreiben. In der Von-Neumann-Architektur ist die Steuereinheit dafür zuständig, zu wissen, was sich an welcher Stelle im Speicher befindet. Man kann sich das so vorstellen, dass die Steuereinheit einen "Zeiger" auf eine bestimmte Speicherzelle hat, in der der nächste Befehl steht, den sie auszuführen hat. Sie liest diesen aus dem Speicher aus, erkennt zum Beispiel "65", erkennt dies als "Springe". Dann geht sie zur nächsten Speicherzelle, weil sie wissen muss, wohin sie springen soll. Sie liest auch diesen Wert aus, und interpretiert die Zahl als Nummer (so genannte Adresse) einer Speicherzelle. Dann setzt sie den Zeiger auf eben diese Speicherzelle, um dort wiederum ihren nächsten Befehl auszulesen; der Sprung ist vollzogen. Wenn der Befehl zum Beispiel statt "Springe" lauten würde "Lies Wert", dann würde sie nicht den Programmzeiger verändern, sondern aus der in der Folge angegebenen Adresse einfach den Inhalt auslesen, um ihn dann beispielsweise an die ALU weiterzuleiten. Die ALU hat die Aufgabe, Werte aus Speicherzellen zu kombinieren. Sie bekommt die Werte von der Steuereinheit geliefert, verrechnet sie (addiert beispielsweise zwei Zahlen, welche die Steuereinheit aus zwei Speicherzellen ausgelesen hat) und gibt den Wert an die Steuereinheit zurück, die den Wert dann für einen Vergleich verwenden oder wieder in eine dritte Speicherzelle zurückschreiben kann. Die Ein-/Ausgabeeinheiten schließlich sind dafür zuständig, die initialen Programme in die Speicherzellen einzugeben und dem Benutzer die Ergebnisse der Berechnung anzuzeigen.

Softwarearchitektur

Die Von-Neumann-Architektur ist gewissermaßen die unterste Ebene des Funktionsprinzips eines Computers oberhalb der elektrophysikalischen Vorgänge in den Leiterbahnen. Die ersten Computer wurden auch tatsächlich so programmiert, dass man die Nummern von Befehlen und von bestimmten Speicherzellen so, wie es das Programm erforderte, nacheinander in die einzelnen Speicherzellen schrieb. Um diesen Aufwand zu reduzieren, wurden Programmiersprachen entwickelt. Diese generieren die Zahlen innerhalb der Speicherzellen, die der Computer letztlich als Programm abarbeitet, aus höheren Strukturen heraus automatisch. Sodann wurden bestimmte sich wiederholende Prozeduren in so genannten Bibliotheken zusammengefasst, um nicht jedes Mal das Rad neu erfinden zu müssen, z. B. das Interpretieren einer gedrückten Tastaturtaste als Buchstabe "A" und damit als Zahl "65" (im ASCII-Code). Die Bibliotheken wurden in übergeordneten Bibliotheken gebündelt, welche Unterfunktionen zu komplexen Operationen verknüpfen (Beispiel: die Anzeige eines Buchstabens "A", bestehend aus 20 einzelnen schwarzen und 50 einzelnen weißen Punkten auf dem Bildschirm, nachdem der Benutzer die Taste "A" gedrückt hat). In einem modernen Computer arbeiten sehr viele dieser Programmebenen über- bzw. untereinander. Komplexere Aufgaben werden in Unteraufgaben zerlegt, welche von anderen Programmierern bereits bearbeitet wurden, die wiederum auf die Vorarbeit weiterer Programmierer aufbauen, deren Bibliotheken sie verwenden. Auf der untersten Ebene findet sich dann aber immer der so genannte Maschinencode - jene Abfolge von Zahlen, mit denen der Computer auch tatsächlich rechnen kann...

Geschichte

Antike


- Abakus, älteste mechanische Rechenhilfe.
- Rechenbrett des Pythagoras.
- 1. Jh. v. Chr.: Computer von Antikythera, vorzeitliche Berechnungsmaschine (den Rechenschiebern ähnlich, nur weitaus komplexer) mit erst im 18. Jahrhundert wiederentdecktem Differentialgetriebe. Diente zur Bahnberechnung der damals bekannten Planeten.

17. Jahrhundert


- 1614 John Napier publiziert seine Logarithmentafel.
- 1623 Erste Vier-Spezies-Maschine durch Wilhelm Schickard.
- 1642 Blaise Pascal baut eine Rechenmaschine.
- 1668 Samuel Morland entwickelt eine Rechenmaschine, die nicht dezimal addiert, sondern auf das englische Geldsystem abgestimmt ist.
- 1673 Rechenmaschine von Gottfried Leibniz.

19. Jahrhundert


- 1805 Joseph-Marie Jacquard entwickelt Lochkarten, um Webstühle zu steuern.
- 1820 Charles Xavier Thomas de Colmar baut das "Arithmometer", den ersten Rechner in Massenproduktion.
- Charles Babbage entwickelt die Difference Engine 1822 und die Analytical Engine 1833, kann sie aber aus Geldmangel nicht bauen.
- 1843 Edvard und George Scheutz bauen in Stockholm den ersten mechanischen Computer nach den Ideen von Babbage.
- 1890 US-Volkszählung mit Hilfe des Lochkartensystems von Herman Hollerith durchgeführt; Torres y Quevedo baut eine Schachmaschine, die mit König und Turm einen König matt setzen kann.

20. Jahrhundert


- 1935 International Business Machines stellt die IBM 601 vor, eine Lochkartenmaschine, die eine Multiplikation/Sekunde durchführen kann. Es werden ca. 1500 Stück der Maschine verkauft.
- 1937 Konrad Zuse meldet zwei Patente an, die bereits alle Elemente der so genannten Von-Neumann-Architektur beschreiben.
- 1937 Alan Turing publiziert einen Artikel, der die "Turing-Maschine" beschreibt.
- 1938 Konrad Zuse stellt die Zuse Z1 fertig, einen frei programmierbaren mechanischen Rechner, der allerdings aufgrund von Problemen mit der Fertigungspräzision nie voll funktionstüchtig war. Die Z1 verfügte bereits über Fließkommarechnung. Sie wurde im Krieg zerstört und später nach Originalplänen neu gefertigt, die Teile wurden auf modernen Fräs- und Drehbänken hergestellt. Dieser Nachbau der Z1 ist mechanisch voll funktionsfähig und hat eine Rechengeschwindigkeit von 1 Hz (eine Rechenoperation pro Sekunde)
- 1938 Claude Shannon publiziert einen Artikel darüber, wie man symbolische Logik mit Relais implementieren kann. Während des Zweiten Weltkrieges gibt Alan Turing die entscheidenden Hinweise zur Entschlüsselung der ENIGMA-Codes und baut dafür einen speziellen mechanischen Rechner. Ebenfalls im Krieg baut Konrad Zuse die erste funktionstüchtige programmgesteuerte, binäre Rechenmaschine, bestehend aus einer großen Zahl von Relais, die Z3. Zeitgleich werden in den USA ähnliche elektronische Maschinen zur numerischen Berechnung gebaut. Auch Maschinen auf analoger Basis werden erstellt.
- 1941 Konrad Zuse stellt die Z3 fertig, die heute als der erste funktionstüchtige Computer gilt.
- 1943 IBM-Chef Thomas J. Watson sagt: "Ich glaube, es gibt einen weltweiten Bedarf an vielleicht fünf Computern."
- 1943 Tommy Flowers stellt mit seinem Team in Bletchley Park den ersten "Colossus" fertig.
- 1944 Fertigstellung des ASCC (Automatic Sequence Controlled Computer, "Mark I" durch Howard H. Aiken).
- 1944 Das Team um Reinold Weber stellt eine Entschlüsselungsmaschine für das Verschlüsselungsgerät M-209 der US-Streitkräfte fertig [http://www.heise.de/tp/deutsch/inhalt/co/18371/1.html]. Zur Architektur der Rechenmaschinen Z1 und Z3: http://www.zib.de/zuse/Inhalt/Kommentare/Html/0687/0687.html.

Nachkriegszeit


- 1946 ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) wird unter der Leitung von John Eckert und John Mauchly entwickelt.
- 1947 IBM baut den SSEC.
- 1947 Erfindung des Transistors.
- 1949 Maurice Wilkes stellt mit seinem Team in Cambridge den "EDSAC" (Electronic Delay Storage Automatic Computer) vor; basierend auf Neumanns EDVAC ist es der erste Rechner, der vollständig speicherprogrammierbar ist.
- 1949 Steve Kolberg stellt die Z4 fertig, deren Bau schon 1942 begonnen wurde und 1944 in wesentlichen Teilen abgeschlossen war, die aber kriegsbedingt nicht fertiggestellt werden konnte.
- 1950 Die Z4 geht an der ETH Zürich in Betrieb.
- 1951 UNIVAC I, kommerzieller Röhrenrechner der RAND Corporation.
- 1955 TRADIC, erster Computer, der komplett mit Transistoren statt Röhren bestückt ist. Gebaut von den Bell Labs für die US Air Force.
- 1955 OPREMA Erster Computer der DDR.
- 1956 Erstes Magnetplattensystem von IBM (RAMAC).

Sechziger


- 1960 IBM 1401, transistorisierter Rechner mit Lochkartensystem.
- 1960 DECs (Digital Equipment Corporation) erster Minicomputer, die PDP-1 (Programmierbarer Datenprozessor) erscheint.
- 1962 Telefunken_AG liefert die ersten TR 4 aus.
- 1964 DEC baut den Minicomputer PDP-8 für unter 20000 Dollar.
- 1964 IBM definiert die erste Computerarchitektur S/360, Rechner verschiedener Leistungsklassen können denselben Code ausführen.
- 1964 bei Texas Instruments wird der erste "Integrierte Schaltkreis", IC, entwickelt.
- 1966 D4a 33bit Auftischrechner der TU Dresden.
- 1968 HewlettPackard bewirbt den HP-9100A als "personal computer" in der Science-Ausgabe vom 4.Oct.1968.

Siebziger


- 1970 Intel baut mit dem 4004 den ersten in Serie gefertigten Mikroprozessor (2250 Transistoren).
- 1971 Telefunken liefert TR_440 Deutsches Rechenzentrum Darmstadt und Universitäten Bochum und München.
- 1972 der Illiac IV, ein Supercomputer mit Array-Prozessoren geht in Betrieb.
- 1973 Xerox Alto - Der erste Computer mit Maus, GUI und eingebauter Ethernet-Karte.
- 1973 beginnt die französische Firma R2E mit der Auslieferung des Micral.
- 1974 Motorola baut den 6800 Prozessor; Intel baut den 8080 Prozessor.
- 1975 MITS beginnt mit der Auslieferung des Altair 8800.
- 1976 die Firma Apple Computer bringt den Apple I auf den Markt; Zilog entwickelt den Z80 Prozessor.
- 1977 Ken Olson, Präsident und Gründer von DEC sagt: "Es gibt keinen Grund, warum jemand einen Computer zu Hause haben wollte."
- 1977 der Apple II, der Commodore PET und der Tandy TRS 80 kommen auf den Markt.
- 1978 DEC bringt die VAX-11/780, eine Maschine speziell für virtuelle Speicheradressierung, auf den Markt.
- 1979 Atari bringt seine Rechnermodelle 400 und 800 in die Läden. Revolutionär ist, dass mehrere Custom-Chips den Hauptprozessor entlasten.

Achtziger


- 1980er: Blütezeit der Heimcomputer, zunächst mit 8-Bit-Mikroprozessoren und einem Arbeitsspeicher bis 64 kB (Commodore VC20, C64, Sinclair ZX80/81, Sinclair ZX Spectrum, Schneider CPC 464/664), später auch leistungsfähigere Modelle mit 16-Bit- oder 16/32-Bit-Mikroprozessoren (z. B. Amiga, Atari ST).
- 1981 IBM stellt den IBM-PC (Personal-Computer) vor und bestimmt damit entscheidend die weitere Entwicklung.
- 1982 Intel bringt den 80286-Prozessor auf den Markt.
- 1982 Sun Microsystems entwickelt die Sun-1 Workstation.
- 1984 der Apple Macintosh kommt auf den Markt und setzt neue Maßstäbe für Benutzerfreundlichkeit.
- 1985, Januar Atari stellt den ST-Computer auf der CES in Las Vegas vor.
- 1985, Juli Commodore produziert den Amiga-Heimcomputer.
- 1986 Intel bringt den 80386-Prozessor auf den Markt; Motorola präsentiert den 68030-Prozessor.
- 1988 NeXT, Steve Jobs, Mitgründer von Apple, stellt den gleichnamigen Computer vor.
- 1989 Intel bringt den 80486 auf den Markt.

Neunziger

Internet ...
- 1991 Das AIM-Konsortium (Apple, IBM, Motorola) spezifiziert die PowerPC-Plattform.
- 1992 DEC stellt die ersten Systeme mit dem 64-Bit-Alpha-Prozessor vor.
- 1993 Intel bringt den Pentium-Prozessor auf den Markt.
- 1994 Leonard Adleman stellt mit dem TT-100 den ersten Prototypen für einen DNA-Computer vor.
- 1995 Intel bringt den Pentium-Pro-Prozessor auf den Markt.
- 1995 Be Incorporated stellt die BeBox vor.
- 1999 Intel baut den Supercomputer ASCI Red mit 9.472 Prozessoren.
- 1999 AMD stellt den Nachfolger der K6-Prozessorfamilie vor, den Athlon.

21. Jahrhundert

Beginn des 21. Jahrhunderts: Weitere Steigerung der Leistungsfähigkeit, fortschreitende Verkleinerung und Integration von Telekommunikation und Bildbearbeitung. Allgemeine, weltweite Verbreitung und Akzeptanz. Wechsel von klassischen Informationsdienstleistungen (Datendienste, Vermittlung, Handel, Medien) in das digitale Weltmedium Internet.
- 2001 IBM baut den Supercomputer ASCI White
- 2002 der NEC Earth Simulator geht in Betrieb
- 2003 Apple liefert den PowerMac G5 aus, erster Computer mit 64-Bit-Prozessoren für die breite Bevölkerung. AMD stellt mit dem Opteron und dem Athlon 64 seine ersten 64-Bit-Prozessoren vor.
- 2005 Renommierte Analysten erwarten, dass dieses Jahr weltweit 200 Mio neue PCs, Laptops und Server verkauft werden.
- 2005 AMD und Intel produzieren erste Dual-Core Prozessoren

Stichwörter zur Geschichte der Rechentechnik

Abakus, ARPANET, Hahn, Hamann, Logarithmentafel, OHDNER, OUGHTRED, PARTRIDGE, Pascal, Rechenschieber, Rechenstab, ROTH, Sprossenradmaschine, Zweispeziesrechner

Zukunft

Zukünftige Entwicklungen bestehen aus der möglichen Nutzung biologischer Systeme (Biocomputer), optischer Signalverarbeitung und neuen physikalischen Modellen (Quantencomputer). Weitere Verknüpfungen zwischen biologischer und technischer Informationsverarbeitung. Auf der anderen Seite nimmt man langsam Abstand von nicht realisierten Trends der letzten 20 Jahre, Expertensysteme und Künstliche Intelligenzen, die ein Bewusstsein entwickeln, sich selbst verbessern oder gar rekonstruieren, zu erforschen. Weitere Entwicklungen und Trends, von denen viele noch den Charakter von Schlagwörtern bzw. Hypes haben:
Autonomic Computing
Grid Computing
Pervasive Computing
Ubiquitäres Computing
Wearable Computing.

Siehe auch


- eine Übersicht über die Artikel zum Thema "Computer" finden Sie im Portal Informatik.

Literatur


- Konrad Zuse: Der Computer – Mein Lebenswerk, Springer: Berlin, 1993, ISBN 3-540-56292-3
- Ron White: So funktionieren Computer. Ein visueller Streifzug durch den Computer & alles, was dazu gehört, Markt+Technik: München, 2004, ISBN 3-8272-6714-5

Weblinks


- [http://www.homecomputermuseum.de Homecomputermuseum.de]
- [http://www.computergeschichte.de Computergeschichte.de]
- [http://www.classic-computing.de Verein zum Erhalt klassischer Computer e.V.]
- [http://www.atari-computermuseum.de Das Atari Computermuseum]
- [http://netzwerk.wisis.de/projekte/9.htm Deutsche EDV-Geschichte 1940er-1960er - SUSAS Netzwerk für Wissensweitergabe]
- [http://www.hnf.de Angeblich größtes Computermuseum der Welt in Paderborn]
- http://www.hchistory.de/index.php3
- [http://www.dm.fh-hannover.de/~petkli/foliant/_1st.html Ein Foliant zur Geschichte der Datenübertragung]
- [http://www.top500.org/ Liste der 500 leistungssstärksten Computer] Kategorie:Technikgeschichte ja:コンピュータ ko:컴퓨터 ms:Komputer nb:Datamaskin simple:Computer th:คอมพิวเตอร์

Diskreter Wert

Diskretheit (von lat. discretus = unterschieden, getrennt) bezeichnet allgemein eine räumliche oder zeitliche Trennung von Objekten oder Ereignissen. Diskretheit ist nicht zu verwechseln mit Diskretion, der Geheimhaltung von Wissen über andere Personen. Ein diskretes Signal besteht aus zeitlich oder räumlich getrennten Teilen, zum Beispiel sind Rauchzeichen und Morsezeichen diskret. Zu unterscheiden ist das Signal vom Signalträger, der bei der elektrischen Übertragung von Morsezeichen ein kontinuierlicher elektrischer Strom ist. Diskrete Signale sind seit der Erfindung des Computers meist auch digital, d.h. sie bestehen aus einer Abfolge von zwei verschiedenen Werten.

Diskretheit in der Mathematik

Diskrete Teilmenge der reellen Zahlen

In der Mathematik heißt eine Teilmenge M der reellen Zahlen diskrete Teilmenge, wenn es zu jedem Element x von M ein offenes Intervall gibt, das x enthält und sonst keine weiteren Elemente von M. Die Elemente einer diskreten Menge sind anschaulich voneinander isoliert, getrennt. Zum Beispiel ist die Menge der ganzen Zahlen eine diskrete Teilmenge der reellen Zahlen. Die rationalen Zahlen sind dagegen nicht diskret, denn z.B. für die Zahl 0 gibt es kein offenes Intervall, das außer 0 keine andere rationale Zahl enthält. Diskretheit bedeutet nicht, dass es zwischen je zwei Elemente einer diskreten Menge nur endlich viele Elemente gibt. Zum Beispiel ist die Menge :M := vereinigt mit eine diskrete Teilmenge. Zum Element 1/n gibt es das offene Intervall (1/(n+1), 1/(n-1)), das aus M nur 1/n enthält; analoges gilt für die Elemente -1/n. Zwischen -1 und 1 liegen jedoch unendlich viele Elemente von M. Siehe auch Kontinuität.

Diskrete Teilmenge eines topologischen Raums

Man verallgemeinert den Begriff des isolierten Punktes auf topologische Räume durch folgende Definition: Ein Punkt x des topologischen Raumes X heißt isolierter Punkt, wenn die einelementige Menge offen ist. Ein isolierter Punkt hat also eine Umgebung, "in der er allein ist". Mit diesem Begriff verallgemeinert man nun den Begriff der diskreten Teilmenge: Ein topologischer Raum heißt diskreter topologischer Raum, wenn jeder seiner Punkte isoliert ist. Eigenschaften In einem diskreten topologischen Raum ist jede Teilmenge offen. Eine Funktion von einem topologischen Raum, deren Bildmenge diskret ist, ist genau dann stetig, wenn sie lokal konstant ist. Jede Funktion, deren Definitionsbereich diskret ist, ist stetig.

Diskreter metrischer Raum

Ein metrischer Raum, dessen Metrik die Gestalt :d(x, y) = 1 für x ≠ y hat, heißt diskreter metrischer Raum. Eigenschaften Ein diskreter metrischer Raum ist vollständig und auch als topologischer Raum diskret. Ein metrischer Raum, der als topologischer Raum diskret ist, muss nicht vollständig sein. Zum Beispiel ist die im Abschnitt "Diskrete Teilmenge der reellen Zahlen" angegebene Menge M = ein diskreter topologischer Raum, aber der Grenzwert 0 der Cauchyfolge (1, 1/2, 1/3, ...) liegt außerhalb von M. Kategorie:Diskrete Mathematik

Digitalcomputer

Digitalcomputer oder Digitalrechner (engl. digit, Ziffer, aus lat. digitum, Finger) sind Computer, die ihre Berechnungen auf der Basis diskreter Zahlenrepräsentationen (meist in binärer Form) durchführen. Sie unterscheiden sich damit von Analogcomputern, die Zahlen analog (nicht-diskret) repräsentieren. Ein analoger Wert wird beispielsweise als Spannung oder Stromfluss dargestellt. Kategorie:Rechnerarchitektur

Planimeter

Ein Planimeter (wegen seiner Form in Fachkreisen auch "Mogelkutsche" genannt) ist ein analoges mechanisches Messgerät zur Ermittlung beliebiger Flächeninhalte in Landkarten oder Zeichnungen. Man fährt den Rand der zu messenden Fläche mit einem Fahrstift oder einer Lupe mit Fadenkreuz o.ä. entlang, wobei ein Messrad die Fläche integriert. Der Rand ist eine geschlossene Kurve, Anfangs- und Endpunkt der Messfahrt ist derselbe. Das Vorzeichen der Messung wird dadurch bestimmt, ob der Rand im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn abgefahren wird. Die zu messenden Flächen können fast beliebige Form haben (unregelmäßige Polygone, andere unregelmässige Flächen, Schichtenlinien oder Grundstücke), müssen aber stetige und stückweise glatte Ränder haben. Die ganze Fläche muss in der Reichweite des Fahrarmes liegen, d.h. einen Durchmesser haben, der kleiner ist als das Doppelte der Fahrarmlänge (meist 20–30 cm). Die Genauigkeit liegt bei typischerweise ca. 1 Promille, bei speziellen Geräten auch höher.

Das Polarplanimeter

Es gibt verschiedene Arten von Planimetern wie Polarplanimeter, Schneiden- und Rollenplanimeter, von denen das erstere am meisten verbreitet ist. Das Polarplanimeter wurde 1854 vom Schaffhauser 'Mechaniker' und Unternehmer Jakob Amsler-Laffon erfunden. Das Gerät hat einen festen Pol, der in die Nähe der zu messenden Fläche gesetzt wird. Dann fährt man den Rand der Fläche möglichst genau ab, was z.B. auf Landkarten oder Katasterplänen mit Ungenauigkeiten von etwa 0,1 bis 0,3 mm möglich ist. Die mechanische Konstruktion von Planimetern beruht auf einem Prinzip von Leonhard Euler, das der bekannte Mathematiker für die Berechnung infinitesimaler Flächen entwickelt hat, sowie auf dem Satz von Green.
Eulers Prinzip besagt, dass eine infinitesimale Fläche aus einem infinitesimalen Parallelogramm plus einer infinitesimalen Dreiecksfläche zusammensetzbar ist. Die Dreiecksfläche wiederum besteht aus einem (endlichen) Radius sowie einem infinitesimalen Winkel. Im Planimeter werden nun während der Umfahrung der Fläche mit dem Messstift oder einer Messlupe mit Fadenkreuz die kleinen Winkel fortlaufend aufsummiert (integriert). Entscheidend bei diesem Vorgang ist, dass axiale Verschiebungen der Rolle (d.h. Verschiebungen in Richtung der Drehachse) auf der Planunterlage idealerweise keinen Einfluss auf die Drehung der Rolle haben (sozusagen perfekter Schlupf in axialer Richtung). Winkel An einer Skala, die mit einem Nonius oder einer anderen optischen Einrichtung zur Erhöhung der Ablesegenauigkeit versehen ist, kann der Flächeninhalt direkt abgelesen werden. Die an der Rolle abgelesene Masszahl der Fläche ist insbesondere auch proportional zur Länge des Fahrarms. Durch Verstellung der Fahrarmlänge kann ein Planimeter also an verschiedene Masseinheiten (Quadratzentimeter, square inch, ...) oder an verschiedene Zeichnungs-Massstäbe angepasst werden. Die Ungenauigkeit bei dieser Einstellung geht aber direkt ins Endergebnis ein. Manche Planimeter sind mit einem Fahrarm verstellbarer Länge mit entsprechender Einstellskala versehen, manche mit einem Fahrarm fixer Länge. Die Genauigkeit der Flächenbestimmung kann innerhalb gewisser Grenzen noch gesteigert werden, indem man die zu bestimmende Fläche vergrößert und nach der Planimetrierung das Resultat durch das Quadrat des linearen Vergrößerungsfaktors dividiert. Die Anwendung des Verfahrens ist nur durch die Baugröße des Planimeters beschränkt. Bei sehr großen Flächen kann man jedoch den Pol in deren Mitte setzten (Verfahren "Pol innen"), womit sie fast 4 mal so groß sein kann wie beim normalen Modus "Pol außen". Es gibt auch Spezialplanimeter zur Bestimmung des statischen Moments, des Trägheitsmoments oder höherer Momente beliebiger Flächen (sogenannte Momentenplanimeter). Diese wurden z.B. im Schiffsbau bei der Auslegung von Dampfmaschinen und Dieselmotoren eingesetzt, um die maschinenbedingten Schlingerbewegungen des Schiffes zu minimieren.

Literatur


- Jakob Amsler: Über die mechanische Bestimmung des Flächeninhaltes, der statischen Momente und der Trägheitsmomente ebener Figuren. Schaffhausen, 1856.
- Robert Amsler & Theodor H. Erismann: Jakob Amsler-Laffon 1823–1912 Alfred Amsler 1857–1940 Pioniere der Prüfung und Präzision. Meilen: Verein für wirtschaftshistorische Studien. 1993. ISBN 3-909059-04-X
- A. Galle: Mathematische Instrumente. Leipzig, 1912.
- Felix Klein: Elementarmathematik vom Höheren Standpunkte aus, Teil II: Geometrie. Vorlesung gehalten im Sommersemester 1908. Ausgearbeitet von E. Hellinger. Leipzig: Teubner, 1909. Seiten 22–31.
- H. Shaw: The Theory of Continuous Calculating Machines. Philosophical Transactions of the Royal Society, Part II, 367–402, 1885.
- S. Stampfer: Über das neue Planimeter des Caspar Wetli. Zeitschrift des österreichischen Ingenieur-Vereins, Band 11, Nr. 7, Wien, 1850.
- William Thomson (Lord Kelvin): Mechanical Integration of the General Linear Differential Equation of any Order with Variable Coefficients (Paper VI). Proceedings of the Royal Society, Volume 24, 271–275, 1876.
- F. A. Willers: Mathematische Maschinen und Instrumente. Berlin, 1951.

Weblinks


- http://www.mathematik.uni-wuerzburg.de/History/ausstell/planimet/funktion.html
- Eine [http://bluemich.net/rechner/rmplanimeter.htm ausführliche Beschreibung der Funktionsweise] (Deutsch)
- Eine [http://whistleralley.com/planimeter/planimeter.htm ausführliche Beschreibung] (Englisch) Kategorie:Messgerät Kategorie:Kartografie Kategorie:Geodäsie ja:プラニメータ

1940er

Ereignisse


- Zweiter Weltkrieg, Nürnberger Prozesse, Ersteinsatz von Kernwaffen, Zerstörung von Dresden
- Völkermord an den europäischen Juden und Sinti und Roma durch die Nationalsozialisten
- Vertreibung der deutschen Bevölkerung aus Ostpreußen, Pommern, Schlesien und Sudetenland
- Mathematik: Begründung der Spieltheorie, Aufschwung der Kryptologie
- Nachkriegszeit und Beginn des Kalten Krieges
- Dekolonisation, beginnender Nord-Süd-Konflikt
- Gründung des Staates Israel

Kulturgeschichte


- Beat Generation
- Nissenhütte

Personen


- Konrad Adenauer
- Hannsheinz Bauer
- Wernher von Braun
- David Ben Gurion
- Winston Churchill
- Bing Crosby
- Dwight D. Eisenhower
- Albert Einstein
- Johannes Heesters
- Theodor Heuss
- Adolf Hitler
- Bob Hope
- Benito Mussolini
- Franklin D. Roosevelt
- Heinz Rühmann
- Harry S. Truman
- Frank Sinatra
- Josef W. Stalin
- Ilse Werner ja:1940年代 ko:1940년대 simple:1940s

Technik

Unter Technik (altgriechisch τεχνη [téchne], „Fähigkeit, Kunstfertigkeit, Handwerk“) versteht man Verfahren und Fähigkeiten zur praktischen Anwendung der Naturwissenschaften und zur Produktion industrieller, handwerklicher oder künstlerischer Erzeugnisse, wobei der griechische Begriff zwischen den heutigen Kategorien Kunst und Technik nicht unterschied (siehe Martin Heidegger: Die Frage nach der Technik). Technik kann als die Fähigkeit des Menschen verstanden werden, Naturgesetze, Kräfte und Rohstoffe zur Sicherung seiner Existenzgrundlage sinnvoll einzusetzen oder umzuwandeln. Neben den materiellen Bedürfnissen (Nahrung, Kleidung, Wohnen) werden auch kulturelle Bedürfnisse durch die Technik gesichert. Technische Fertigkeiten werden in Handwerk und Industrie auf den verschiedensten Ebenen von den Lehrberufen bis zu den Ingenieurwissenschaften benötigt. Letztere sichern den Erhalt bekannter und die Entwicklung neuer Techniken, sind aber mit Technik nicht gleichzusetzen.

Bedeutungsvarianten

Das Fremdwörterbuch des Duden definiert die Technik in fünf Aspekten: # Alle Verfahren, Einrichtungen und Maßnahmen, die der praktischen Nutzung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse dienen - insbesondere in Fachgebieten wie Elektrotechnik, Bauingenieurwesen, Maschinenbau und Informationstechnik. # Ausgebildete Fähigkeit oder Kunstfertigkeit, die zur richtigen Ausübung einer Sache notwendig ist # Die Gesamtheit der Verfahren und Kunstgriffe, die auf einem bestimmten Fachgebiet üblich sind („Stand der Technik“) # Technische Hochschule bzw.-Universität, TU (süddt./österr.) # Industrielle und andere Herstellungs- und Produktionsverfahren.

Technik als Anwendung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse

Technik besteht in der Anwendung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse und den daraus resultierenden Verfahren in verschiedenen Fachgebieten:
- Elektrotechnik
- Computertechnik
- Tontechnik und Mediendesign
- Maschinenbau
- Verkehrstechnik und Fahrzeugbau
- Luftfahrt und Raumfahrt
- Bauingenieurwesen
- Bergbau und Metallurgie
- Technische Physik
- Technische Chemie
- Technische Mathematik
- Medizintechnik
- Gentechnik
- Geowissenschaften
- Informationstechnik
- Nachrichtentechnik
- Verfahrenstechnik
- Wehrtechnik
- Agrartechnik Entwicklungs- und Forschungseinrichtungen dieser Fächer erarbeiten an Hochschulen, in der Industrie und anderen Forschungsstätten zusammen mit Betrieben und Einzelpersonen auch die Grundlagen von Produktionsverfahren und den aktuellen „Stand der Technik“ (Aspekt 3).

Technik als menschliche Handlungsfertigkeit

bedeutet im Sinn der Aspekte 2 und 5 sinnvolle, zielgerichtete und wiederholbare Vorgehensweisen des menschlichen Handelns, die in sämtlichen Bereichen menschlicher Aktivitäten anzutreffen sind. Beispiele:
- im Sport (Technik des Stabhochsprungs, des Diskuswurfs, des Delphin-Schwimmstils etc.),
- in der Kunst (Technik der Aquarellmalerei, des Trompetenblasens etc.),
- Alltagsaktivitäten (Technik des Fensterputzens etc.) Neben der Befriedigung materieller Bedürfnisse (Nahrung, Kleidung, Wohnen) werden auch kulturelle Bedürfnisse durch Anwendung von Techniken gedeckt. Auch der Einsatz naturwissenschaftlich unwirksamer Fertigkeiten - "magischer Techniken" nach Gehlen - wird hier gelegentlich einbezogen (z.B. als Götterzwang durch Opfer, Gebetsformeln, Tänze).

Technik als Kürzel für Hochschulen

folgt einem langjährigen Sprachgebrauch. Auch wenn dieser nicht ganz korrekt ist, entspricht die Gliederung technischer Hochschulen und -Universitäten (THs, TUs) in Abteilungen oder Fakultäten doch den obigen Aspekten. Außerdem tragen sie wesentlich zum „Stand der Technik“ bei.

Umgangssprachliche Verwendung und Abgrenzung des Begriffs zur Technologie

Der Begriff Technik wird oft verallgemeinernd – oft auch abwertend – für die Gesamtheit aller industriell hergestellten mechanischen Objekte in unserer Umwelt verwendet. Des Weiteren wird Technik oft mit Technologie (die Gesamtheit aller verfügbaren und industriell nutzbaren Techniken, samt ihrer (ingenieur)wissenschaftlichen theoretischen Grundlagen) gleichgesetzt. Dies ist aber inhaltlich irreführend, denn schlicht gesagt ist Technik die Anwendung oder Umsetzung einer Technologie, während eine Technologie also das Wissen über technische Zusammenhänge - als wörtliche "Übersetzung" des englischen Worts "technology" - sein soll.

Das Attribut „technisch“

bezeichnet verschiedene Aspekte im Alltag, in der Industrie und Technik bzw. in den Naturwissenschaften, die über o.e. Aspekte hinausgehen:
- "technisch" als nähere Beschreibung von Fachbereichen oder Fachgruppen - beispielsweise Technische Chemie, technische Geologie, Gewerkschaft der technischen Berufe
- "technisch" im Denken - meist gleichbedeutend mit systematischem oder ausgeprägt logischem Denken - oder
- als Vorgehensweise - im Gegensatz z.B. zu intuitiv - meist unter Ausschluss emotionaler Aspekte
- "technisch" als Ablauf - z.B. bei einer Veranstaltung, bei Produktionsmethoden, oder bei Störungen durch „technische Pannen“.

Siehe auch:


- Portal:Technik
- anerkannte Regeln der Technik
- Forschung & Entwicklung (FuE, auch Research and Development (R&D)
- Ingenieurwissenschaften
- Konstruktion
- Norm
- Qualität
- Technikphilosophie
- Technikgeschichte
- Techniksoziologie
- Technikethik
- Medientheorie
- Stand der Technik
- Technischer Fortschritt, Automatisierung
- Technizismus
- Techniker
- Technische Chemie
- Technische Mathematik
- Technische Physik
- Technische Universität
- Technischer Zeichner
- Technologie
- Technokrat
- Werkzeug
- Ziviltechniker
- Technik (Schulfach)
- Artes mechanicae

Literatur


- Seiffert, Helmut; Radnitzky, Gerard (Hrsg.) (1992): Handlexikon zur Wissenschaftstheorie. 2. unv. Aufl. (Orig. 1989), Berlin: dtv, ISBN 3-423-04586-8, S. 358-365 (Stichworte Technik und Technologie; und deren Abgrenzung zu anderen Wissenschaften). Kategorie:Technik Kategorie:Techniktheorie

Artillerie

Artillerie bezeichnet den Sammelbegriff für großkalibrige Geschütze, in diesem Sinne werden Geschütztypen zusammengefasst, etwa Schiffsartillerie, Küstenartillerie oder die Truppengattung des Heeres. Geschütz

Truppengattung

Die Artillerie ist eine Truppengattung des Heeres. Der Name "Artillerie" leitet sich entweder von den lat. Wörtern "ars" und "tollere" (oder auch "telorum" – Geschosse) ab und bedeutet daher soviel wie die "Kunst des Werfens." Andere Theorien besagen, dass das lat. Wort "arcus" – Bogen für den bogenförmigen Wurf eines Geschützes Grundlage für die Bezeichnung sei. Man unterscheidet historisch zwischen:
- Wurfmaschinen, die von der Antike bis zum 16. Jahrhundert verwendet wurden.
- Die Rohrartillerie wird seit dem 15. Jahrhundert benutzt. Sie ist mit Geschützen ausgestattet und bildete im Laufe der Geschichte verschiedene Untergruppen heraus:
  - Festungs- und Belagerungsartillerie,
  - Panzerartillerie
  - Feldartillerie mit
    - Fußartillerie (die Geschütze wurden natürlich von Pferden gezogen, die Artilleristen gingen zu Fuß)
    - fahrender Artillerie und
    - reitender Artillerie
- Raketenartillerie (In China entwickelt, in Indien gegen die Briten eingesetzt und von diesen übernommen, in moderner Form seit dem Zweiten Weltkrieg)
- Aufklärende Artillerie (seit dem Ersten Weltkrieg) die mittels Radar, Licht- oder Schallmesstechnik gegnerische Bewegungen und eigenes Feuer vermisst, mittels Drohnen kann die Aufklärung in die Tiefe des Raumes erfolgen, weiterhin verfügt die Artillerie über Ausrüstung zur Bestimmung von Wetterdaten. Vermessungsaufgaben werden ebenso von der Artillerie wahrgenommen, wobei in der Bundeswehr eine eigene Topographietruppe existiert, die seit 2002 jedoch nicht mehr der Artillerie angegliedert ist. Jede Truppengattung hat ihren eigenen Schlachtruf – so auch die Artilleristen: "Zu-Gleich!" Er dient gleichzeitig zur Erkennung, Verbrüderung und Motivation. Er erklärt sich aus der – teilweise heute noch notwendigen – gemeinsamen Anstrengung der Geschützbesatzung bei dessen Bedienung. Dabei geht es einerseits um das Ansetzen des Geschosses (manchmal immerhin bis über 50 Kg schwer), um es anschließend mit einem sog. "Ansetzer" in das Rohr zu drücken, und andererseits um das Reinigen des Rohres nach dem Schießen. Dazu wird vor allem im Feld eine Stange mit Bürstenkopf durch das Rohr gezogen. Dies ist nur unter der gemeinsamen und gleichzeitigen Anstrengung der Besatzung möglich. Ein weiteres Ziel mehrerer Haubitzen ist das möglichst gleichzeitige Abfeuern der Geschosse, so dass nur ein lauter Knall hörtbar wird. Der Ruf dient daher zur gemeinsamen Koordinierung.

Verwendete Munition

Je nach Ziel können unterschiedliche Munitionssorten bzw. Zünder verwendet werden:
- Sprenggeschoss, wirkt durch Spreng- und Splitterwirkung, je nach Zünder kann das Geschoss über dem Ziel, im Moment des Aufschlages oder mittels Verzögerung nach Eindringen in das Ziel zur Detonation gebracht werden. Bei geeigneten Fallwinkeln und Beschaffenheit des Bodens können bei Verzögerungszündern auch Abpraller entstehen.
- Panzerbrechendes Geschoss, ursprünglich als Vollkugel, hat heute einen massiven Kern mit weicher Spitze zum Durchschlagen von Panzerungen Panzerbrechende oder Sprenggeschosse werden auch verwendet, um im Ausnahmefall gepanzerte Fahrzeuge unmittelbar zu bekämpfen (direktes Richten). Feld- und Panzerhaubitzen verfügen hierzu meist über ein separates Panzerzielfernrohr. Das Ziel wird nur durch einen direkten Treffer zerstört.
- Cargogeschosse:
  - Schrapnell, mit Kugeln o. ä. gefülltes Geschoss, welches vor dem Ziel explodiert und dieses durch Splitterwirkung zerstört (gebräuchlich bis ca. 1916)
  - Bombletgeschoss, stößt über dem Ziel eine Anzahl von einzelnen Hohlladungs-Sprengkörpern aus, die sich dadurch verteilen.
  - SMArt (Suchzündermunition Artillerie) Munition, dient zur gezielten Bekämpfung einzelner, gepanzerter Fahrzeuge. Ein Geschoss enthält 2 Subgeschosse die autonom fungieren und getrennte Ziele bekämpfen können. Ein Probem liegt allerdings darin, dass
    - nur bis zum Ausstoss der 1. Submunition die Ballistik genau bestimmt werden kann,
    - der Ausstosspunkt der 2. Submunition nicht genau (!) bestimmt werden kann,
    - die Windrichtung und Windgeschwindigkeit im Ziel (ggf. < 30 km entfernt)ziemlich genau bekannt sein muss. Diese Daten können der "Zielmeldung" beigefügt werden (siehe auch "System ADLER" [http://www.artillerie.de]) oder auch durch ein Wettermodell (z.B. "WeModArt" der Bundeswehr) errechnet werden und
    - die Ziele sich nach dem Ausstoß der Submunition im "Footprint", der mit dem Sinken des an einer Art Fallschirm hängenden Gechosses immer kleiner wird (Radius ca 150 Meter), befinden müssen.
- Nukleargeschoss (Einsatz ist der deutschen Bundeswehr verboten, es war geplant, im Einsatzfall das Geschütz vorzubereiten und einzurichten danach sollten amerikanische Soldaten das Geschütz übernehmen und bedienen)
- Nebelgeschoss
- Leuchtgeschoss
- Spezielle Munition, die bspw. Flugblätter enthält
- Minen werden meist mittels Artillerieraketen verschossen.
- Für Ausbildungszwecke existieren Exerzier- und Üb-Geschosse.

Einsatzgrundsätze

Aufstellung

1916 Artilleriegeschütze wurden ursprünglich offen aufgestellt und direkt gerichtet (mit Sicht auf das Ziel) und feuerten in der Regel auf Kernschussweite. Mit fortschreitender Entwicklung der Geschütze, was zu höherer Reichweite und Zielgenauigkeit führte, wurden offene Artilleriestellungen einfache Ziele für die feindliche Artillerie. Deshalb wird die Rohrartillerie seit den ersten Monaten des Ersten Weltkrieges ausschließlich in gedeckter Stellung eingesetzt, d.h. aus der Feuerstellung ist das Ziel nicht zu sehen. Trotz der zurück gezogenen Aufstellung kann der Standort der Arillerie geortet werden, z. B. durch Radarerfassung der Flugbahn der Geschosse oder durch akustische Triangulation. Daher müssen die Feuerstellungen oft gewechselt werden, so dass sich die Form der Selbstfahrlafette (Panzerhaubitze) durchgesetzt hat. Durch die hohe Reichweite können mehrere Artilleriestellungen auf das gleiche Ziel schießen, und der Schwerpunkt des Feuerkampfes kann rasch verlegt werden. (Die Reichweite der modernen 155-mm -Panzerhaubitze 2000, dem modernsten Artilleriegeschütz der Welt, liegt – bei Verwendung von reichweitengesteigerter Munition – bei 40 km, ebenso wie die modernen Raketenwerfer.) Die Stellungen der Rohrartillerie der Bundeswehr werden nach dem Ein-Drittel-Zwei-Drittel-Prinzip ausgekundschaftet. Damit sollten die Stellungsräume ein Drittel der mittleren Kampfentfernung hinter der FLOT liegen. Dadurch verbleiben zwei Drittel der mittleren Kampfentfernung für Feueraufträge.

Zielaufklärung

FLOT] Durch den Übergang von der offenen Stellung in die verdeckte Stellung musste indirekt gerichtet werden, d. h. die Zielaufklärung erfolgt bei der Rohrartillerie meist durch vorgeschobene Beobachter (heute: Artilleriebeobachter), die die Position der Ziele ermitteln und das Schießergebnis korrigieren. Diese Beobachter verfügen heutzutage meist über technische Mittel zur Entfernungs- und Richtungsmessung, teilweise können diese Geräte die Zielkoordinaten direkt an die Feuerleitrechner übertragen. Je nach Zielgröße wird das Feuer verschiedener Geschützzüge zusammengefasst, dabei kann das Feuer so koordiniert werden, dass die ersten Geschosse der verschiedenen Stellungen gleichzeitig im Ziel eintreffen. Weiterhin erfolgt die Zielaufklärung auch durch die technischen Mittel der aufklärenden Artillerie oder durch Meldungen der Kampftruppe. Wird nur nach Karte geschossen, so spricht man von Planschießen. Durch die Verbesserung der technischen Aufklärung ist es teilweise möglich, ein Geschoss im Fluge zu vermessen und die Koordinaten der Feuerstellung zu errechnen. Durch die dadurch auftretende höhere Gefährdung werden die Geschütze in den Feuerstellungen in großen Abständen aufgestellt und eine Feuerstellung wird nach Erfüllung eines Feuerauftrages rasch gewechselt. Durch den Zwang zu hoher Beweglichkeit werden fast nur noch Geschütze auf Selbstfahrlafetten, nach Möglichkeit unter Panzerschutz (Panzerhaubitze) eingesetzt. Aus Gewichtsgründen kommen aber in Spezialaufgaben noch leichte Feldgeschütze zum Einsatz. (Luftverlastbarkeit) Leichte Mörser (Granatwerfer) sind organisatorisch meist direkt der Kampftruppe, insbesondere der Infanterie, zugeordnet.

Feuerleitung

Da die Geschütze keine unmittelbare Sicht zum Ziel haben, muss die Erhöhung und die Richtung des Geschützes/Werfers errechnet werden. Dazu kommen heutzutage meist Feuerleitrechner zum Einsatz, es kann aber auch mittels Schusstafel manuell gerechnet werden. Durch Anpassung der Rohrerhöhung und der Treibladung lassen sich Ziele hinter Deckungen bekämpfen, bzw. der Auftreffwinkel der Geschosse verändern. Um sichere Schießgrundlagen für das indirekte Richten zu besitzen, muss das Geschütz/ der Werfer eine vermessene Stellung beziehen. Die Vermessung wird durch den Einsatz von GPS allerdings zunehmend abgelöst. Das eigentliche herkömmliche Zielen erfolgt mit Hilfe von Festlegepunkten. Hierbei werden die Festlegewerte (Grundrichtung und Nordrichtung) des Geschützes/Werfers beim Richten über die Festlegepunkte unterlegt und dienen somit als Basis der folgenden Feueraufträge. basierend auf diesen Koordinaten und den Zielkoordinaten werden
- Teilring, die Richtung der Waffe (CH = Azimut)
- Erhöhung (CH = Elevation)
- Treibladung errechnet In diese Berechnung werden innenballistische Einflüsse (nur Rohrartillerie)
- Pulvertemperatur
- individueller Korrekturfaktor eines jeden Rohres und außenballistische Einflüsse
- Geschossgewicht
- Luftdruck
- Luftfeuchtigkeit
- Windrichtung und Stärke
- Erddrehung (Corioliskraft) einbezogen. Bei Gefechten mit sich bewegendem Geschütz und Ziel (zum Beispiel auf See) müssen noch Korrekturen für Kurs und Geschwindigkeit des eigenen und des Zielschiffes angebracht werden. Außerdem müssen noch die Schiffsbewegungen durch Wellengang ausgeglichen werden. Stehen die obigen Daten nicht oder nur eingeschränkt zur Verfügung, so wird durch Einschießen ein entsprechender Korrekturfaktor ermittelt. Die Feuerleitung der Artillerie hatte auch einen Einfluss auf die Entwicklung der Informatik. Noch vor dem Zweiten Weltkrieg war die Berechnung von Flugbahnen ein enormes Problem. Die Feuerleitung wurde noch anhand von Tabellen vorgenommen. Um eine numerische Berechnung möglich zu machen, wurde unter John von Neumann der erste Großcomputer entwickelt und in Betrieb genommen, der ENIAC. Er konnte die Flugbahn eines Projektils in wenigen Minuten bestimmen. Heute erfolgt die technische und taktische Feuerleitung in der deutschen Artillerie mit dem Führungs- und Waffeneinsatzsystm "ADLER" (Artillerie-, Daten-, Lage, Einsatz- und Rechnerverbund)[http://www.artillerie.de/prod01-adler.htm]. Die o.a. Daten werden dabei automatisch berechnet, wobei alle innen- und außenballistischen Einflüsse sowie die "Zieldaten" ebenfalls automatisch berücksichtigt werden.

Geschichte

ENIAC Als eigenständige Truppengattung hat sich die Deutsche Artillerie unter Friedrich dem Großen von Preußen herausgebildet. Vorher war die Artillerie eine Sondertruppe, deren Personal, die Waffenmeister eine eigentümliche Mittelstellung zwischen Handwerkern, Alchimisten (Pulverzusammensetzung!) und Soldaten einnahmen. Sie waren meist Büchsenmacher, die aus dem Handwerk der Glockengießer stammten, da beides Bronze als Material benötigte. "Höhepunkt" der Rohr-Artillerie war der erste Weltkrieg (1914-1918). Hier kamen alle Gattungen der Artillerie zum Einsatz. Dadurch änderte sich das Gesicht des Krieges nachhaltig: der jetzt besonders wirksame Einsatz von Granaten machte Bewegung in offenem Gelände sehr risikoreich und erzwang den Bau von Grabensystemen. Trotzdem gingen ca. 3/4 der Verluste der Kriegsparteien auf die Artillerie zurück, da auch neue Artillerie-Techniken und Taktiken, (etwa die "Feuerwalze"), sowie der verstärkte Einsatz von Sprenggeschossen erprobt und eingeführt wurden. Im Ersten Weltkrieg verschoss die Artillerie der Kriegsparteien zusammen etwa 850 Millionen Schuss. Nach dem Ersten Weltkrieg wurde durch eine höhere Mobilität und Panzerung der Infanterie die Wirksamkeit der Artillerie beschränkt, und die mobile Kriegsführung wieder ermöglicht. Dementsprechend wurden auch die Mobilität und der Panzerschutz der Artillerie ständig erhöht. Im Laufe des zweiten Weltkrieges wurde neben der bis dahin eingesetzten Rohrartillerie die Raketenartillerie weiter entwickelt. Bei den Verbänden des deutschen Heeres tauchte im Jahre 1940 erstmals der "Nebelwerfer" (sechs kreisförmig angeordnete Rohre, die auf einer Lafette montiert waren) auf. Ähnliche Entwicklungen fanden zeitgleich auch bei den japanischen Streitkräften und den Alliierten statt. Im Laufe der Truppenreduzierung der 1990er Jahre war die Artillerie als Truppengattung, obwohl ihre aufklärende Komponente gerade in den Auslandseinsätzen wertvolle Dienste zur Informationsbeschaffung leistet, besonders stark betroffen. Im "Neuen Heer" wird es in Zukunft noch drei Panzerartilleriebataillone (215, 295, 325) ein Beobachtungsartilleriebataillon (131), ein Raketenartilleriebataillon (132) und zwei Artillerieregimenter (100, 345)[http://http://www.artillerie.de/artillerie1_nh.htm] geben.

Schutzpatron

Die Heilige Barbara von Nikomedien, ist Schutzpatron der Artillerie.
Ihr Namenstag am 4.Dezember wird traditionell gefeiert, dabei übernimmt der jünste Offizier des Verbandes die Rolle der Barbara.

Siehe auch

Ballistik, Batterie (Militär), Haubitze, Raketenwerfer

Weblinks

[http://www.deutschesheer.de/C1256B6C002D670C/CurrentBaseLink/N25KUFT6487SBERDE Film über die Ausbildung an der Panzerhaubitze 2000 von www.deutschesheer.de] [http://www.artillerie.de IT-Systeme in der deutschen Artillerie] Kategorie:Truppengattung ja:大砲 ko:대포

Voltmeter

Ein Spannungsmessgerät (auch als 'Spannungsmesser' oder 'Voltmeter' bezeichnet, bei digitalen Voltmetern findet man auch häufig die Abkürzung DVM) dient zur Messung elektrischer Spannungen in (Volt). Dazu wird die Messgröße in eine Anzeige (Zeigerausschlag) umgewandelt. Das Voltmeter besteht aus dem eigentlichen Messwerk und gegebenenfalls einem Vorwiderstand zur Anpassung des Messbereiches. :::bild:Messwerk_V.PNG :::Schaltzeichen eines Voltmeters Hierbei wird nur bei einem statischen Voltmeter wirklich die Spannung direkt in einen Zeigerausschlag umgesetzt. Die mechanische Wirkung beruht in diesem Falle auf der Abstoßung gleichnamiger bzw. der Anziehung ungleichnamiger Ladungen. Das einfachste statische Voltmeter ist das Elektroskop. In den meisten Fällen erfolgt die Spannungsmessung in Wirklichkeit über eine Strommessung. Der Strom I durch ein Messwerk mit dem Eigenwiderstand (Innenwiderstand) Ri ist zu der anliegenden Spannung U gemäß dem Ohmschen Gesetz proportional. Das Instrument misst also eigentlich einen Strom, aber die Skala ist mit den entsprechenden Spannungen beschriftet. Das Messwerk war historisch meist ein Drehspulmesswerk, ist in moderneren, digitalen und mechanisch unempfindlicheren Messgeräten ein Analog-Digital-Wandler. Benutzung: Das Voltmeter wird mit den beiden Punkten einer Schaltung verbunden, zwischen denen die Spannung gemessen werden soll. Dies kann mit Prüfspitzen geschehen, ohne dass dazu in die Schaltung eingegriffen werden muss. Daher ist die Spannungsmessung die häufigste Form der elektrischen Kontrolle. Sogar Strommessungen können häufig durch Spannungsmessungen ersetzt werden; wenn man den Wert R des Widerstandes kennt, durch den der Strom fließt, kann über das Ohmsche Gesetz aus der gemessenen Spannung U die Stromstärke I = U/R berechnet werden. Messbereich: Ein Messwerk hat konstruktionsbedingt einen maximalen Ausschlag bei einer bestimmten maximal möglichen Stromstärke Imax. Zugleich besitzt es seinen Eigenwiderstand (Innenwiderstand Ri). Das bedeutet, wenn die maximale Stromstärke fließt, liegt eine gewisse maximal mögliche Spannung an, die sich nach dem Ohmschen Gesetz zu ::Umax = Ri · Imax berechnet. Bei Überschreiten der maximalen Spannung bzw. der maximalen Stromstärke kann das Messwerk überlastet werden. Auf der zugehörigen Skala entspricht die maximale Spannung dem Vollausschlag. Um das Messwerk an den gewünschten Messbereich anzupassen, wird es mit einem geeigneten Vorwiderstand Rv in Reihe geschaltet. Von der zu messenden Spannung U entfällt dann höchstens ein Teil Umax auf das Messwerk, der Rest Uv = U - Umax auf den Vorwiderstand. ::Messbereichserweiterung für Spannungen Beispiel: Das Messwerk habe einen Innenwiderstand Ri = 200 Ω und schlage beim Maximalstrom Imax = 0,002 A (2 mA) voll aus. Es soll in einem Voltmeter für den Messbereich U = 10 V verwendet werden. Über dem Messwerk liegt bei Vollausschlag die Spannung Umax = Ri · Imax = 200 Ω · 0,002 A = 0,4 V. Es müssen also Uv = 10 V - 0,4 V = 9,6 V am Vorwiderstand liegen. Da auch durch ihn der Strom von 0,002 A fließt, berechnet sich hieraus Rv = Uv/Imax = 9,6 V/0,002 A = 4800 Ω (4,8 kΩ). Der Umstand, dass (außer im Falle des statischen Voltmeters) durch das Spannungsmessgerät Strom fließt, führt dazu, dass jede Messung die ursprünglichen Verhältnisse am Messobjekt verfälscht, da zur Messung ein zusätzlicher Strom entnommen wird. Daher sollte dieser möglichst klein gehalten werden, d.h. der Widerstand des Voltmeters (Rv+Ri) sollte möglichst hoch sein. Um dies einzuschätzen, wird bei Voltmetern der Widerstand angegeben, und zwar in Ω/V (Ohm pro Volt Messbereich). Diese Angabe ist mit dem Vollausschlag des jeweiligen Messbereiches zu multiplizieren, um den tatsächlichen Widerstand zu erhalten. Beispiel: Das oben berechnete Messgerät hat einen Widerstand von 200 Ω bei einem Messbereich von 0,4 V. Daraus folgt 200 Ω/0,4 V = 500 Ω/V. Wenn man es für einen Messbereich von 10 V einsetzt, hat es demnach den Widerstand 10 V · 500 Ω/V = 5000 Ω (5 kΩ), der sich aus dem eigentlichen Widerstand des Messwerks Ri = 200 Ω und dem Vorwiderstand Rv = 4.800 Ω zusammensetzt. Sollte das Messobjekt in diesem Falle seinerseits einen Widerstand von z. B. 500 Ω haben, so wird durch die Messung ein Strom von 10 % des ursprünglichen zusätzlich entnommen und das Ergebnis in dieser Größenordnung verfälscht. Vorverstärker: Um den Widerstand des Voltmeters möglichst groß zu bekommen, werden in hochwertigeren Modellen Operationsverstärker als Vorverstärker eingesetzt. Damit gelingt es, den Eingangswiderstand auf einige Millionen Ω (MΩ) zu erhöhen, so dass die Messung weniger verfälscht wird. Siehe auch: Amperemeter, Genauigkeitsklasse, Messgerät Kategorie:Elektrische Messtechnik Kategorie:Messgerät ja:電圧計

Oszillograph

Der Oszillograph (griechisch: graphein = schreiben) ist kein Oszilloskop (griechisch: skopein = betrachten) und wird für die schreibende Anzeige von elektrischen Spannungen verwendet. Im einfachsten Fall wird am Zeiger eines Messwerkes ein Stift befestigt. Unter diesem Stift wird ein Schreibmedium vorbeigeführt. Dabei wird die aktuelle Zeigerposition auf dem Medium verzeichnet, der Anwender erhält so ein Oszillogramm, in dem der Verlauf der Messgröße über die Zeit aufgezeichnet ist - deshalb auch Oszillograph.

alternative Einsatzfälle:


- EKG
- EEG
- Seismograph
- Wehenschreiber
- Protokollschreiber in wissenschaftlichen Experimenten oder technischen Anlagen wie z.B. Kraftwerken Kategorie:Elektrische Messtechnik

Zellulärer Automat

Zelluläre Automaten (auch: Zellulare Automaten) dienen der Modellierung spatial diskreter dynamischer Systeme, wobei die Entwicklung einzelner Zellen zum Zeitpunkt t+1 primär von den Zellzuständen in einer vorgegebenen Nachbarschaft und vom eigenen Zustand zum Zeitpunkt t abhängt.

Beschreibung

Ein Zellularautomat ist durch folgende Größen festgelegt:
- ein Raum R (Zellraum)
- eine endliche Nachbarschaft N
- eine Zustandsmenge Q
- eine lokale Überführungsfunktion \delta:Q^N \to Q Der Zellraum besitzt eine gewisse Dimensionalität, die in der Regel 1-dimensional oder 2-dimensional ist, aber durchaus auch höher sein kann. Man beschreibt das Aussehen eines Zellularautomaten durch eine globale Konfiguration, welches eine Abbildung aus dem Zellraum in die Zustandsmenge ist, das heißt man ordnet jeder Zelle des Automaten einen Zustand zu. Der Übergang einer Zelle von einem Zustand (lokale Konfiguration) in den nächsten wird durch Zustandsübergangsregeln definiert, die deterministisch oder stochastisch sein können. Die Zustandsübergänge erfolgen für alle Zellen nach der selben Überführungsfunktion und gleichzeitig. Die Zellzustände können wie die Zeitschritte diskret sein. In der Regel ist die Anzahl der möglichen Zustände klein: Nur wenige Zustandswerte reichen zur Simulation selbst hochkomplexer Systeme aus. Man unterscheidet zwei verschiedene Nachbarschaften (auch Nachbarschaftsindex genannt):
- Moore-Nachbarschaft
- Von-Neumann-Nachbarschaft

Geschichte der Zellularautomaten

Zellularautomaten wurden um 1940 von Stanislaw Ulam in Los Alamos vorgestellt. John von Neumann, ein damaliger Kollege von Ulam, griff die Idee auf und erweiterte sie zu einem universellem Berechnungsmodell. Er stellte einen Zellularautomaten mit 29 Zuständen vor, der ein gegebenes Muster immer wieder selbst reproduzieren konnte. Er beschrieb damit als erster einen Zellularautomaten, der berechnungs- und konstruktionsuniversell ist. Bis zu den 1960er Jahren waren die Analogrechner den Digitalrechnern bei einigen Fragestellungen überlegen. Ein analoger Zellulärer Automat zur Simulation von Grundwasserströmungen wird im Artikel Analogrechner genauer beschrieben. In den 1970er Jahren erlangte John Horton Conways Game of Life Berühmtheit. Es besteht aus einem 2-dimensionalen Raum, auf dem die Moore-Nachbarschaft definiert wurde. Jede Zelle kann einen von zwei Zuständen annehmen Q = , die man als tot oder lebendig interpretieren kann. Dann gilt folgende Überführungsfunktion: : \delta(l) = \begin \mbox \sum_ l(n) \leq 2 \\ \mbox \sum_ l(n) = 3 \\ \mbox \sum_ l(n) = 4 \\ \mbox \sum_ l(n) \geq 5 \\ \end 1969 veröffentlichte Konrad Zuse sein Buch "Calculating Space", worin er animmt, dass die Naturgesetze diskreten Regeln folgen und das gesamte Universum das Ergebnis eines gigantischen Zellularautomaten sei. 1983 veröffentlichte Stephen Wolfram eine Reihe von grundlegenden Arbeiten zu Zellularautomaten. Stephen Wolframs 1-dimensionales Universum ist ein zellulärer Automat mit nur einer Raum- und einer Zeit-Dimension. Stephen Wolfram
Stephen Wolframs zellulärer Automat ist ein besonders schönes und einfaches Modell-Universum. Es besteht aus nur einer Raumdimension und einer Zeitdimension. Im Bild ist die Raumdimension waagrecht eingezeichnet und die Zeitdimension verläuft senkrecht nach unten. (Das oben stehende Bild enthält drei verschiedene Bildausschnitte.) Die Raumdimension ist endlich, aber ohne Enden, denn ihr rechtes und linkes Ende sind topologisch miteinander verbunden. Die Raum-Zeit-Elemente dieses Universums können nur leer oder voll sein. Beim Urknall (in den obersten Bildzeilen) werden diese Raum-Zeit-Elemente mit 50-prozentiger Wahrscheinlichkeit gefüllt. Es gibt nur ein Naturgesetz, das eine Nahewirkung darstellt. Der Nahbereich umfasst die linken zwei Nachbarn eines Raum-Zeit-Elements, das Raum-Zeit-Element selbst, und die rechten zwei Nachbarn des Raum-Zeit-Elements. Wenn zwei oder vier Raum-Zeit-Elemente im Nahbereich voll sind, dann ist im nächsten Zeitintervall dieses Raum-Zeit-Element auch voll, ansonsten ist es im nächsten Zeitintervall leer. Es existieren keine weiteren Regeln. Obwohl es im Gegensatz zu Computer-Spielen keine Fernwirkung und keinerlei Kontrollinstanz gibt, entwickelt sich dieses Modell-Universum zu verblüffender Komplexität. Nach dem Urknall findet eine Eliminationsphase statt, so wie im echten Universum auch. Danach entstehen kurzlebige, aber geordnete Strukturen, die irgendwann erlöschen. Einige der geordneten Strukturen sind aber langzeitstabil, manche davon oszillieren, andere davon sind in der Zeit formstabil. Sowohl von den oszillierenden als auch von den formstabilen existieren sowohl ortsfeste als auch bewegliche Arten. Die maximale Austauschgeschwindigkeit dieses Universums kann nur zwei Raumeinheiten pro eine Zeiteinheit betragen. Wenn zwischen den stabilen bewegten Objekten Kollisionen stattfinden, dann setzt wieder Chaos ein, und eine weitere Eliminationsphase findet statt. Vereinfacht man noch weiter und berücksichtigt neben dem Zustand des Elementes selbst nur jeweils das rechte und das linke Nachbarelement, gibt es genau 256 Regeln. Selbst unter diesen noch einfacheren Automaten zeigen einige eine erstaunliche Komplexität. Die interessanteste ist die "Regel 110": Regel 110
neuer Zustand der Zelle 0 1 1 0 1 1 1 0
momentaner Zustand 111 110 101 100 011 010 001 000

Anwendungen in Technik und Wissenschaft

Das Nagel-Schreckenberg-Modell ist ein Zellularautomat zur Simulation des Straßenverkehrs insbesondere auf Autobahnen.

Siehe auch


- Musterbildung,
- Pascalsches Dreieck,
- Greenberg-Hastings Automat,
- Räuber-Beute-Modell,
- Chaos (Mathematik),
- Ordnung,
- Wireworld

Weblinks


- Applet eines [http://www.uni-tuebingen.de/uni/bcm/schoenfisch/green.html Greenberg-Hastings-Automaten]
- [http://ccl.northwestern.edu/netlogo/ Agenten-basierte Modellierungs- und Simulationsumgebung]
- [http://www.andrebetz.de/TuringMaschine.zip Konverter von Turing-Maschine zur Regel 110]
- Webseite von [http://www.idsia.ch/~juergen/digitalphysics.html Jürgen Schmidhuber] über Konrad Zuses Theorie des Rechnenden Raumes ([ftp://ftp.idsia.ch/pub/juergen/zuse67scan.pdf Auszug] aus Elektronische Datenverarbeitung 8 (1967) S. 336-344)
- Siehe auch einen [http://members.chello.at/karl.bednarik/EIDU-4.txt Text] von Karl Bednarik unter der GNU Freie Dokumentationslizenz. Kategorie:Dynamik Kategorie:Automatentheorie ja:セル・オートマトン

Grundwasser

Definition

Grundwasser wird nach DIN 4049 definiert als "unterirdisches Wasser, das die Hohlräume der Erdrinde zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegung ausschließlich oder nahezu ausschließlich von der Schwerkraft und den durch die Bewegung selbst ausgelösten Reibungskräften bestimmt wird". Grundwasser unterliegt nur der Gravitationskraft und dem hydrostatischen Druck. Es bewegt sich (fließt) vorwiegend horizontal durch die Hohlräume des Untergrunds. Nicht zum Grundwasser zählt das hygroskopisch, durch die Oberflächenspannung sowie durch Kapillareffekte gebundene unterirdische Wasser der ungesättigten Bodenzone (Bodenfeuchte, Haftwasser). Auch das sich vorwiegend vertikal bewegende Sickerwasser in der ungesättigten Bodenzone gehört nicht zum Grundwasser. Die in der Definition genannten "Hohlräume der Erdrinde" sind je nach geologischer Beschaffenheit des Untergrunds Poren (Klastische Sedimente und Sedimentgesteine: z.B. Sand, Kies, Sandsteine), Klüfte (Festgesteine: z.B. Granit, Quarzit, Gneiss) oder durch Lösung entstandene große Hohlräume (z.B. Kalkstein). Dem entsprechend unterscheidet man Porengrundwasser, Kluftgrundwasser und Karstgrundwasser.

Grundwasserneubildung

Grundwasser entsteht dadurch, dass Niederschläge versickern oder Wasser im Uferbereich von Oberflächengewässern (Fluss, See, siehe auch Uferfiltrat) in den Untergrund infiltriert. Bei der lang andauernden Bodenpassage wird das Grundwasser durch physikalische, chemische und mikrobiologische Prozesse verändert; es stellt sich ein chemisches und physikalisches Gleichgewicht zwischen der festen und flüssigen Phase ein. Diese Prozesse sind aus wasserwirtschaftlicher Sicht überwiegend positiv für die Qualität des Grundwassers und werden daher summarisch auch als Selbstreinigung bezeichnet. Bei genügend langer Verweilzeit können pathogene Mikroorganismen (Bakterien, Viren) so weit eliminiert werden, dass sie keine Gefährdung mehr darstellen.

Hydrogeologische Begriffe

Der Gesteinskörper, in dem sich das Grundwasser aufhält und fließt, ist der Grundwasserleiter (aus dem englischen auch: Aquifer). Er wird nach unten durch einen Gesteinskörper begrenzt, der wasserundurchlässig ist oder als wasserundurchlässig angesehen werden kann, einen Grundwassernichtleiter. Bei vertikaler Abfolge von mehreren Grundwasserleitern und Grundwassernichtleitern können mehrere übereinander liegende Grundwasserstockwerke vorliegen. Die obere Begrenzung des Grundwassers in einem Grundwasserleiter ist die Grundwasseroberfläche. Liegt die Grundwasseroberfläche frei, beispielsweise in einem Brunnen oder einer Grundwassermessstelle, bezeichnet man sie als Grundwasserspiegel. Der Abstand zwischen Geländeoberkante und Grundwasseroberfläche ist der Flurabstand oder Grundwasserflurabstand. Sofern die obere Begrenzung eines Grundwasserleiters, die Grundwasserüberdeckung, keine wasserundurchlässigen Schichten sind, herrschen ungespannte Verhältnisse vor. Ist die Grundwasserüberdeckung ein Grundwassernichtleiter, können gespannte Verhältnisse vorliegen, was bedeutet, dass das sog. hydraulische Potential höher liegt als die tatsächliche Grundwasseroberfläche (artesich gespanntes Grundwasser). Wie Oberflächengewässer folgt auch Grundwasser der Schwerkraft und fließt in Richtung des größten Gefälles (Grundwassergefälle). Dieses lässt sich aus Karten ermitteln, auf denen Standrohrspiegelhöhen als Isohypsen dargestellt sind (= Grundwassergleichen bzw. Grundwassergleichenplan). Das größte Gefälle und damit die Grundwasserstromrichtung bzw. die Grundwasserstromlinien liegen immer im rechten Winkel zu den Grundwassergleichen. Im Gegensatz zu Oberflächengewässern fließt Grundwasser zumeist mit sehr viel niedrigeren Fließgeschwindigkeiten (Unterschied Filtergeschwindigkeit - Abstandsgeschwindigkeit). In Kies (Korngrößen 2 - 63 mm) beträgt die Durchgangszeit zwischen 5 - 20 m/Tag, in feinporigeren Sedimenten wie Sand (Korngrößen 0,063 - 2 mm) nur etwa 1 m/Tag, da Kapillar- und Porensaugkräfte das nutzbare Porenvolumen verringern.

Grundwasserbewirtschaftung

Wegen seiner geschützten Lage im Untergrund und wegen der bereits angesprochenen Selbstreinigungskräfte des Untergrundes hat natürliches Grundwasser eine hervorragende Qualität und wird vielfältig genutzt, insbesondere zur Trinkwassergewinnung. In Deutschland stammen rund zwei Drittel des Trinkwassers aus Grundwasser. Besonders große Grundwasservorräte enthalten Porengrundwasserleiter, z.B. Lockersedimente wie Schotter, Kies oder Sand (insbesondere alluviale und diluviale Kiese und Sande). Dem entsprechend befinden sich die größten Grundwasservorräte in Deutschland im Oberrheingraben, dem Alpenvorland und den norddeutschen Urstromtälern. Im Alpenvorland erreichen die grundwasserführenden Schichten Mächtigkeiten von bis zu 100 m. Örtlich begrenzt tritt Grundwasser in Quellen an die Erdoberfläche, die, wenn sie gefasst werden, auch zur Trinkwassergewinnung genutzt werden können. An anderen Stellen müssen zur Nutzung des Grundwassers Brunnen angelegt werden, Pumpschächte, die bis unter die Grundwasseroberfläche reichen.

Gefahren für das Grundwasser und Grundwasserschutz

Menschliche Aktivitäten gefährden Qualität und Quantität des Grundwassers. Nur lokal von Bedeutung sind mengenmäßige Engpässe durch übermäßige Grundwasserentnahme. Gefahren für die Grundwasserqualität sind beispielsweise die Deposition und Bodenpassage von Luftschadstoffen, die übermäßige Ausbringung von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln durch die Landwirtschaft oder hochkonzentrierte Schadstofffahnen aus Altlasten. Der vorbeugende (kurative) und wiederherstellende (sanierende) Grundwasserschutz hat daher eine wichtige Bedeutung im Umweltschutz. Zum vorbeugenden Grundwasserschutz zählt die Ausweisung von Wasserschutzzonen im Einzugsgebiet von Wasserwerken. Die Sanierung von Grundwasserschäden ist meist teuer und zeitaufwändig.

Literatur


- G. Mattheß & K. Ubell: Lehrbuch der Hydrogeologie, Band 1: Allgemeine Hydrogeologie, Grundwasserhaushalt. 1983, Gebr. Borntraeger, Berlin/Stuttgart, ISBN 3-443-01005-9.
- B. Hölting: Hydrogeologie. seit 1980 mehrere Auflagen, Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart, ISBN 3-432-90793-1.
- Gudrun Preuß, Horst Kurt Schminke: Grundwasser lebt! Chemie in unserer Zeit 38(5), S. 340 - 347 (2004), .
- R. Schleyer & H. Kerndorff: Die Grundwasserqualität westdeutscher Trinkwasserressourcen. 1992, VCH, Weinheim, ISBN 3-527-28527-X.
- Werner Aeschbach-Hertig: Klimaarchiv im Grundwasser. Physik in unserer Zeit 33(4), 160 - 166 (2002), .

Weblinks


- [http://www3.stzh.ch/internet/wvz/home/wasserwerke/grund.html Grundwasserwerk Hardhof in Zürich] ([http://www.martinsteiger.ch/files/mensa_ch/wvz_2005/ Bilder]) Kategorie:Wasser Kategorie:Hydrologie ja:地下水 ko:지하수

Kondensator (Elektrotechnik)

Ein Kondensator ist ein elektrisches Bauelement zur Speicherung von Energie in einem elektrischen Feld. Er besteht im Prinzip aus zwei einander gegenüberstehenden Metallplatten mit einem dazwischenliegenden Luftspalt. Werden die Platten mit jeweils einem Pol einer Stromquelle verbunden, so fließt solange ein elektrischer Strom, bis die Kapazitätsgrenze erreicht ist; dabei wird eine Platte positiv, die andere negativ geladen. Die Ladung eines Kondensators bleibt erhalten, wenn er von der Stromquelle getrennt wird. In der praktischen Ausführung wird das Prinzip der gegenüberliegenden Platten in vielfacher Abwandlung, z. B. als aufgewickelte Folien mit zwischenliegenden Isolatormaterialien ("Dielektrikum") ausgeführt, um eine möglichst kleine Bauweise zu erreichen. Die "Kapazität" eines Kondensators ist sein wesentlichstes Merkmal und stellt ein Maß dar für die Ladung, die er bei einer bestimmten angelegten Spannung speichern kann. Kondensatoren werden in elektrischen Schaltungen für vielfältige Zwecke verwendet. Neben dem Kondensator als "diskretes Bauelement" haben zahlreiche andere Gegenstände oder Einrichtungen unserer Umwelt Kondensator-Eigenschaften. So sind z. B. Unterseekabel mit ihren zwei (oder mehr) metallischen Leitern zwar keine Kondensatoren, wirken aber wegen ihrer gewaltigen Ausdehnung wie solche. Beim damaligen Gleichstrombetrieb musste sich bei jedem Impuls zunächst die durch die Länge aufsummierte Oberfläche der Kabelleiter aufladen, bevor am anderen Ende das Signal erscheinen konnte. Die Geschwindigkeit des Telegrafierens wurde dadurch wesentlich vermindert. Michael Faraday machte darauf aufmerksam, dass zwischen einem gewöhnlichen Leiter und einer Leidener Flasche (dem erstmals ausgeführten Kondensator) kein prinzipieller Unterschied besteht. Wird ein Leiter frei in der Luft gehalten und z. B. positiv geladen, so werden an den umgehenden Leitern, etwa den Wänden eines Zimmers, durch Influenz die negativen Ladungen angezogen, die positiven in die Erde abgeleitet. Die Zimmerwände bilden dann gewissermaßen die äußere Belegung der Flasche, die zwischenliegende Luft die isolierende Schicht. Diese Kondensator-Eigenschaft wird jedesmal sichtbar, wenn jemand beispielsweise beim Berühren einer Türklinke einen elektrischen Schlag erhält.

Geschichtliche Anfänge

Die Leidener Flasche und ähnliche Laborgeräte wurden in der Folge vornehmlich zur publikumswirksamen Demonstration von Stromschlägen (auch als "Kleist'scher Stoß" bekannt geworden) eingesetzt, bei später zunehmenden Kenntnissen über das Wesen der Elektrizität auch als Stromquelle für fortgeschrittenere Laborexperimente. Da sie eine besonders hohe Spannungsfestigkeit haben, werden Leidener Flsachen heute noch für Hochspannungs-Experimente eingesetzt.

Anwendungen

Hochspannung
- Eine häufige Anwendung von Kondensatoren ist die Zeitverzögerung oder Zeitschaltung. Im einfachsten und anschaulichsten Fall liefert hier ein geladener Kondensator nach dem Abschalten der Energiezufuhr noch eine Zeitlang elektrischen Strom, so dass die endgültige Beendigung der Schaltungsfunktion hinausgeschoben oder kurzzeitige Spannungsausfälle überbrückt werden.
- Ein weiterer Bereich ist die Gleichrichtung von Wechselstrom, hier wird der Kondensator eingesetzt um den zunächst „welligen“ Spannungsverlauf des Gleichstroms zu „glätten“. Der Kondensator fängt bildhaft ausgedrückt Spannungsüberschüsse auf und gibt sie in den „Senken“ des Spannungsverlaufs wieder ab.
- Durch ihr „träges“ Lade- und Entlade-Verhalten erzeugen Kondensatoren bei Anschluss an Wechselstrom eine Phasenverschiebung zwischen den periodischen Verläufen von Spannung und Strom. Damit lässt sich zusammen mit anderen Bauteilen ein magnetisches Drehfeld erzeugen. Dies wird verwendet, um einfache Kondensatormotoren bzw. zweiphasigen Asynchronmotoren zu bauen.
- Die Erscheinung der „Phasenverschiebung“ kommt auch bei dem „funktionalen Gegenpol“ der Kondensator-Kapazität, der Induktivität vor, jedoch ist hier die Phasenverschiebung genau entgegengesetzt. Bei der Anwendung zahlreicher Motoren mit großer Induktivität in Anlagen der Industrie führt dies zu erheblich größeren Strömen im Versorgungsnetz. Diese Erscheinung kann durch die Zuschaltung von Kondensatoren mit gleich großem Wechselstromwiderstand ausgeglichen werden. Diese Maßnahme wird als Blindstromkompensation bezeichnet.
- Die Frequenzabhängigkeit des Kondensator-Widerstandes wird benutzt, um Signale „filternd“ durchzulassen (Koppelkondensator). Zusammen mit einer Spule (Induktivität) wird dies auch für Schwingkreise bzw. Bandfilter verwendet, die eine bestimmte Resonanzfrequenz haben.
- Bei einer Änderung des Abstandes der „Platten“ des Kondensators ändert sich auch die Kapazität und damit auch der elektrische Wechselstromwiderstand. Daher können Kondensatoren auch für die Messung von Druck, Abstand und Dicke sowie auch in Mikrofonen (Kondensatormikrofon) eingesetzt werden.
- Kondensatoren können schädliche Überspannungsspitzen in elektronischen Schaltungen aufnehmen und ihre schädliche Wirkung vermindern.

Kapazität und Ladung

Kondensatormikrofon Die elektrische Ladung Q eines Kondensators ist umso größer, je größer die Kapazität C und je größer die Spannung U ist: ::: Q = C \cdot U Die Ladung wird in Amperesekunden (As) bzw. Coulomb (C) gemessen, 1 As = 1 C. Die Kapazität wird in in Farad (F) angegeben. Ein Kondensator hat die Kapazität von 1 Farad, wenn er von der Ladung 1 Amperesekunde um 1 Volt aufgeladen wird. Die Maßeinheit Farad ist jedoch für die Praxis zu groß, es werden meist Bruchteile davon bzw. Mikrofarad (µF = 10-6F), Nanofarad (nF = 10-9F), Picofarad (pF = 10-12F) verwendet. Die Kapazität C ist durch den Aufbau des Kondensators bestimmt. Sie ist umso größer, je größer die Plattenfläche A und je kleiner der Plattenabstand d ist. Zusätzlich beeinflusst das Isolationsmaterial zwischen den Platten die Kapazität, dies wird mit der Dielektrizitätskonstante \varepsilon_0 für das Vakuum und mit der materialspezifischen