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Instabilität

Instabilität

Mit Instabilität (von lat. instabilis, ohne festen Stand) bezeichnet man
- Unbeständigkeit, mangelnde Standfestigkeit oder Schwächen in einer Anordnung von Elementen
- den Zustand eines Systems, dessen Verhalten man nicht mit einer ausreichenden Wahrscheinlichkeit vorhersagen kann. Dies ist meist dann der Fall, wenn die Eingaben in das System, ggf. auch Störungen, und/oder die inneren Abläufe derart komplex sind, dass sie sich einer genauen mathematischen Beschreibung entziehen. Störungen, die zur Instabilität eines Zustandes beitragen, können z.B. sein:
- Überlastung und Bruch, Vibrationen, Wind
- Temperatur und Wärmeleitung, Strahlung (Atom-, Gamma- bis Radiostrahlung)
- Andere Körper, Bahnstörungen, elektro-magnetische Effekte, Stöße oder (geistige) Anstöße
- In der Informatik, fehlerhafter Algorithmus
- Im sozialen Bereich Enttäuschung, Abbruch des Kontaktes, Intoleranz usw. Instabil können nicht nur körperliche Gegenstände, Gruppen von Elementen oder Gesellschaften sein, sondern auch Vorgänge in- und zwischen ihnen. Als Beispiel dafür seien instabile Strömungen genannt: als solche bezeichnet man Strömungen in Flüssigkeiten und Gasen, die nicht "glatt" (laminar), sondern ungeordnet ablaufen. Ihre räumlichen oder zeitlichen Änderungen durchmischen zusätzlich die beteiligten Medien - wie etwa beim Umrühren von Kaffee oder bei Wasserwirbeln in einem Gewässer.
Ein Maß für die In/Stabilität einer Strömung ist die sog. Reynolds-Zahl (Re), die bei einem Leitungsrohr im wesentlichen von dessen Querschnitt und der Viskosität der Flüssigkeit abhängt. Wird die Geschwindigkeit zu groß ("kritisch") oder verengt sich das Rohr, dann wird die Strömung instabil gegenüber kleinen Störungen wie Rauhheit oder seitlichem Zufluss und beginnt zu stauen oder zu wirbeln. In der Medizin sind häufige Instabilitäten etwa der Kreislaufkollaps, ungehindertes Zellwachstum wie beim Krebs, oder Störungen im Blutkreislauf. Sie sind ein intensives Thema für Forschung und Entwicklung - ebenso wie in der Physik und Technik. Kategorie:eigenschaft

System

System (griechisch σύστημα, systema - wörtlich das Gebilde, Zusammengestellte, Verbundene; Mehrzahl die Systeme) bezeichnet ein Gebilde, dessen wesentliche Elemente (Teile) so aufeinander bezogen sind, dass sie eine Einheit (ein Ganzes) abgeben. Systeme organisieren und erhalten sich durch Strukturen. >Struktur< bezeichnet das Muster (Form) der Systemelemente und ihrer Beziehungsgeflechte, durch die ein System funktioniert (entsteht und sich erhält). Dahingegen wird eine strukturlose Zusammenstellung mehrerer Elemente auch als Aggregat bezeichnet.

Allgemeines zu Systemen

# Jedes System besteht aus Elementen (Komponenten, Subsystemen), die zueinander in Beziehung stehen. Meist bedeuten diese Relationen ein wechselseitiges Beeinflussen - aus der Beziehung wird ein Zusammenhang. # Ein System in diesem Sinn lässt sich durch die Definition zweckmäßiger Systemgrenzen von seiner Umwelt (den übrigen Systemen) weitgehend abgrenzen, um es modellhaft isoliert betrachten zu können. # Bei Systemen unterscheidet man die Makro- und die Mikroebene: Auf der Makroebene befindet sich das System als Ganzes. Auf der Mikroebene befinden sich die Systemelemente. # Strukturierung, Eigenschaften und Wechselwirkungen der Elemente auf der Mikroebene bestimmen die Eigenschaften des Gesamtsystems auf der Makroebene. Diese von der Mikroebene bestimmten Eigenschaften des Gesamtsystems bilden zugleich strukturelle Rahmenbedingungen, die steuernd auf die Elemente der Mikroebene einwirken. # Die Beziehungen (Relationen) zwischen den Elementen der Mikroebene sind Wirkungen von Austauschprozessen, wie zum Beispiel Stoff-, Energie- oder Informationsflüssen. # Auf der Makroebene lassen sich Beobachtungen machen, die aus dem Verhalten der Elemente auf der Mikroebene nicht erklärbar sind. So lassen sich beispielsweise Konvektionszellen, die beim Erwärmen einer Flüssigkeit entstehen können, nicht aus dem Verhalten einzelner Moleküle der Flüssigkeit ableiten. ("Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile!"). Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Emergenz. # Das System selbst ist wiederum Teil eines Ensembles von Systemen und bestimmt mit ihnen die Eigenschaften eines übergeordneten Systems. # Viele Systemtheoretiker verstehen ein System nicht als realen Gegenstand, sondern als Modell der Realität. Ein Modell ist nicht richtig oder falsch, sondern mehr oder weniger zweckmäßig. # Die Abgrenzung von Systemen gegeneinander, das Herausgreifen bestimmter Elemente und bestimmter Wechselwirkungen und das Vernachlässigen anderer Elemente und Beziehungen und damit die Identifikation eines bestimmten Systems und seiner Umwelt ist stets vom Betrachter abhängig, also subjektiv, und dem jeweiligen Untersuchungszusammenhang angepasst. # Jede Wissenschaft beschäftigt sich mit Systemen. Jede Wissenschaftsrichtung definiert Systeme aus ihrer Sicht. So kommt es, dass gleiche Begriffe mit unterschiedlichen Bedeutungen belegt werden. Die Entwicklung einer einheitlichen Systemtheorie ist zurzeit noch nicht abgeschlossen.

Eigenschaften von Systemen

Hauptartikel: Systemeigenschaften Bei einem System können verschiedene Eigenschaften unterschieden werden:
- Komplexität
- Dynamik
- Wechselwirkung mit Systemumfeld
- Determiniertheit
- Stabilität
- ohne Energiezufuhr von aussen / mit Energiezufuhr von aussen
- diskret (zeit- oder zustandsdiskret) – kontinuierlich
- zeitvariant (Systemverhalten ändert sich mit der Zeit) – zeitinvariant (Systemverhalten ist zeitunabhängig)
- linear - nichtlinear
- geregelt oder ungeregelt.
- adaptiv (anpassend)
- autonom (unabhängig von äußerer Steuerung)
- selbstregulierend (Selbstregulation)
- autopoietisch (selbstfortpflanzend)
- denkend
- lernend
- sozial: Kommunikationen und Handlungen von individuellen und kollektiven Akteuren im Kontext von personalen Beziehungen, Gruppenzusammenhängen, Organisationen und Gesellschaften
- kognitiv: siehe auch psychisches System
- soziotechnisch: ein System, das aus Personen und Maschinen besteht. Ein solches soziotechnisches System ist beispielsweise ein Unternehmen mit seinen Arbeitsplätzen.

Struktur von Systemen

Hauptartikel:Systemstruktur Unter der Struktur eines Systems versteht man die Gesamtheit der Elemente eines Systems, ihre Funktion und ihre Wechselbeziehungen.

Verhalten von Systemen

Hauptartikel: Systemverhalten Von Verhalten eines Systems spricht man dann, wenn eine Veränderung des Zustandes bzw. der Zustandsgrößen des Systems von außen beobachtet werden kann.

Entwicklung von Systemen

Hauptartikel: Systementwicklung

Analyse von Systemen

Hauptartikel: Systemanalyse Bei der Systemanalyse konstruiert der Betrachter des Systems ein Modell.

Erläuterung modellhafter Beispiele

Thermoskanne (Isoliertes System)

In erster Näherung kann eine mit Zitronenlimonade gefüllte Thermoskanne als Beispiel für ein isoliertes System gelten. Isolierte Systeme spielen nur eine theoretische Rolle bei der Untersuchung komplexer Systeme und bei der Entwicklung von wissenschaftlichen Theorien und Modellen. Meist interessiert man sich für offene Systeme. Die Isolation soll so gut sein, dass innerhalb des Bobachtungszeitraumes keine messbare Wechselwirkung (Stoff- und Energieaustausch) mit der Umwelt stattfindet.
- Diese Kanne wird zunächst als Ein-Speicher-System mit dem Füllstand als Zustandsgröße betrachtet. Da kein Austausch mit der Umwelt stattfindet, wird sich auch der Füllstand nicht ändern, das System ist statisch.
- Eine differenziertere Betrachtung als Mehrspeichersystem deckt die Komplexität dieses einfach erscheinenden Systems auf. In Betracht gezogen werden jetzt die Subsysteme und weitere Zustandsgrößen. Speicher ist dann die flüssige Phase mit den Unterspeichern Wasser als Lösungsmittel und Zitronensäure als Geschmacksgeber. Zugeordnete Zustandsgrößen sind die Stoffmengen von Wasser und Zitronensäure, der pH-Wert und die Temperatur. Sollte der Füllstand nicht dem Maximum entsprechen, ist auch noch der Speicher gasförmige Phase zu berücksichtigen mit den Unterspeichern Luftmoleküle und Wassermoleküle. Zugeordnete Zustandsgrößen sind dann zusätzlich Druck, Temperatur und Volumen der Gasphase sowie die Stoffmengen beziehungsweise Partialdrücke der Gasmoleküle. Jetzt stellt sich das System als dynamisches System dar, das bei seiner Entwicklung vom Zeitpunkt t₀ an einem bestimmten Gleichgewichtszustand zustrebt. Da alle Speicher von einander abhängen, lässt sich das System nur schwer mit einer einzigen mathematischen Differentialgleichung modellieren, obwohl es streng deterministisch ist, da jede einzelne Wechselwirkung der Systeme untereinander bekannt und berechenbar ist. In der flüssigen Phase wird sich ein chemisches Gleichgewicht einstellen, da Wasser mit Zitronensäure in einer Protolysereaktion reagiert. Dabei wird sich der pH-Wert ändern und die Stoffmengen von Wasser und Zitronensäure sowie der entstehenden Zitrat-Anionen und Oxoniumionen einem Gleichgewichtswert zustreben. Gleichzeitig steht die Gasphase mit der flüssigen Phase in Wechselwirkung: Wasser kann verdampfen oder kondensieren, Gasmoleküle können sich physikalisch oder chemisch im Wasser lösen. Auch hier werden sich Gleichgewichte einstellen. Das System ist dann im Gleichgewichtszustand durch bestimmte Werte der Zustandsgrößen charakterisiert. Liegen diese Werte zum Zeitpunkt t₀ bereits vor, ist auch bei dieser Betrachtung von t₀ an das System im Gleichgewicht. Es genügt, dass nur eine der Zustandsgrößen bei t₀ nicht den Gleichgewichtswert aufweist, damit eine kontinuierliche Entwicklung des Systems vom Ausgangszustand in den Gleichgewichtszustand beobachtbar ist.

Zisterne (Einspeicher-System)

Eine Zisterne stellt ein Ein-Speicher-System dar mit dem Füllstand als Zustandsgröße. Von Wasserverlust durch Verdunstung oder Versickerung soll abgesehen werden. (In der Regel sind Zisternen gut abgedichtet und abgedeckt.)
- Der Füllstand ist von der Regenmenge abhängig: Je mehr Regen fällt, um so höher wird der Füllstand sein. Die Zuflussmenge steuert direkt proportional den Füllstand, sie wird deshalb als positive Steuergröße bezeichnet. Die Geschwindigkeit, mit der die Füllhöhe steigt, hängt einerseits von der Zuflussgeschwindigkeit, andererseits auch vom Querschnitt der Zisterne ab: je größer der Querschnitt der Zisterne ist, um so geringer ist die Füllgeschwindigkeit.
- Der Füllstand hängt auch von der Wasserentnahme als negative Steuergröße ab: Je mehr Wasser geschöpft wird, um so niedriger ist der Füllstand.
- Da das System negative und positive Steuergrößen aufweist, ist ein Fließgleichgewicht möglich. Es liegt dann vor, wenn Zufluss- und Entnahme-Menge gleich sind. Wird mehr abgeschöpft als zufließt, sinkt der Pegel, wird weniger abgeschöpft, steigt er wieder. Bei welchem Füllstand das Gleichgewicht vorliegt, hängt nur von den Anfangsbedingungen, also dem Füllstand zur Zeit des Beginns der Wasserentnahme ab.
- Der maximale Füllstand ist nur von der Geometrie der Zisterne abhängig: Erreicht der Pegel eine Überlaufkante, fließt alles zugeflossene (und nicht abgeschöpfte) Wasser ab, ohne den Füllstand zu verändern. analoge Systeme:
- Hydromechanik: Brunnen, Wasserfall, Wildbachverbauung, See, Überschwemmungsbecken, Glas Bier, Sektflasche
- Autobahnstau bei Totalsperrung, Rückstau bis zur davor liegenden Ausfahrt als „Überlaufkante“.
- Ökologie: Eine Wandernde Tierherde, die aus einem schmalen Tal in einen weiten Talkessel gelangt wird dort solange verweilen, bis das Fassungsvermögen des Kessels erschöpft ist. Dann werden die ersten Tiere durch den Talausgang wieder abwandern. Die maximale „Füllmenge“ (Kapazitätsgrenze K) des Talkessels hängt dabei von der Individualdistanz der Tiere ab. Da K auch vom Nahrungsangebot abhängt, wird bei zunehmender Beweidung auch die Kapazitätsgrenze abgesenkt.
- Siedende Flüssigkeit: Wärmezufuhr erhöht die Temperatur der Flüssigkeit bis zur Siedetemperatur. Dann ist die Wärmekapazität erschöpft, überschüssige Wärme wird durch Verdampfen abgeführt und trotz weiterer Zufuhr von Wärme erhöht sich die Temperatur nicht mehr.

Allgemeiner Fall eines Wasserspeichers

Im allgemeinen Fall eines Wasserspeichers lassen sich 9 theoretische Kombinationsmöglichkeiten untzerscheiden. (...ausführen welche ...aufgrund von Rückkoppelungsart etc.)
- Das hydromechanische System besteht zunächst aus einem Speicher mit einem Abfluss am Boden. Der Füllstand (Zustandsgröße) hängt von der Abflussmenge (negative Steuergröße) ab: Je größer die Abflussmenge ist, desto niedriger ist der Füllstand. Andererseits hängt aber auch die Abflussmenge vom Füllstand ab: Je mehr Wasser im Speicher ist, um so größer ist der hydrostatische Druck, um so größer ist die Abflussmenge. Je geringer der Füllstand ist, um so geringer ist auch die Abflussmenge. Es handelt sich hier um eine positive Rückkopplung. (Vergleiche dazu auch: Radioaktiver Zerfall, Emigrationsdruck bei Populationen, negativer Exponentieller Vorgang)
- Wird ein konstanter Zulauf (positive Steuergröße) hinzugefügt, kann sich ein Gleichgewicht dann einstellen, wenn Zulauf und Ablauf gleich sind. Der Gleichgewichtszustand ist nur vom Verhältnis der Zulauf- und Ablaufrate abhängig. analoge Systeme:
- Raumheizung (negative Steuergröße ist Wärmeverlust durch die Wände)
- Aufladung eines Kondensators über einen ohmschen Widerstand
- Staudruckmesser, Staurohr, Fallrohr der Dachrinne

Aggregation und exponentielles Wachstum

Eine Positive Rückkopplung der Systemgröße zu einer positiven Steuergröße wird als Aggregation bezeichnet und führt zu einem exponentiellen Wachstum: Je mehr bereits vorhanden ist, desto mehr fließt auch zu. Beispiele:
- Zins: Ein Bankguthaben wächst durch Zins und Zinseszins. Bei einem angenommenen Zins von 7% verdoppelt sich das Vermögen ca. alle 10 Jahre.
- Massenzunahme: Bei der Entstehung erfolgten Meteoriteneinschläge. Je größer die Erde wurde, um so größer wurde auch ihre Massenanziehung und um so mehr Objekte konnten eingefangen werden. Hier nicht beantwortete Frage: Was hat dann ausgelöst, dass ein Plafond erreicht wurde?

Fälle von Dispersion

Eine negative Rückkopplung der Systemgröße auf eine positive Steuergröße kann zu einem Verteilungsgleichgewicht führen: Je mehr bereits vorhanden ist, desto weniger fließt auch zu. Beispiele:
- In einer Brutkolonie steht auf Grund des Individualabstandes nur eine begrenzte Zahl an Brutplätzen an einem Ort zur Verfügung. Je mehr belegt sind, um so schwieriger wird es, einen freien Brutplatz zu finden, um so eher wird auf einen anderen Ort ausgewichen, um so langsamer wächst also die Kolonie.
- Lösungsgleichgewicht: Wird ein Salzkristall in Wasser aufgelöst, dann nimmt der Zufluss an Ionen in die Lösung durch Auflösen des Kristalls mit zunehmender Konzentration der Lösung immer mehr ab.

Temperatur-Regulation

Im Folgende Beispiel soll die Regulation offener Systeme mit Rückkopplung über spezielle Informationsbahnen am Beispiel der Regulation der Zimmer- bzw. Körperkerntemperatur gleichwarmer Wirbeltiere veranschaulicht werden. Dabei wird schrittweise ein einfaches Durchfluss-System zu einem Regulations-System ausgebaut. 1. Thermodynamisches Gleichgewicht Ein leeres Zimmer (Stauglied) ändert seine Temperatur (beobachtete Systemgröße) entsprechend der Außentemperatur. Ist sie niedriger als die aktuelle Zimmertemperatur, fließt Wärmeenergie ab (vermindernde Störgröße —), ist sie höher, erwärmt sich der Raum (erhöhende Störgröße +). In einem bewohnten Zimmer sind die Bewohner selbst, sowie Geräte wie Computer, offen liegende Warm- und Kaltwasserleitungen und geöffnete Kühlschränke ebenfalls Störgrößen. Gleichgewicht Die Geschwindigkeit und die Stärke, mit der diese Veränderungen ablaufen, hängt von der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen sowie von der Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit der Wände und der Luftfeuchtigkeit ab. So kann in kalten Regionen durch Maßnahmen der Wärmedämmung der Wärmeverlust verzögert, durch geeignete Fenster der Glashauseffekt genutzt werden oder in heißen Regionen ebenfalls durch Wärmedämmung, aber auch durch Beschattung und Lüftung die Temperaturschwankung im Raum gedämpft werden. Die Raumtemperatur wird aber immer entsprechend der Außentemperatur verändert. Bleibt diese längere zeit konstant, kann sich ein thermodynamisches Gleichgewicht einstellen, Innen- und Außentemperatur sind dann gleich. Wärmedämmung (nicht nur bei gleichwarmen Wirbeltieren) ist im Tierreich durch isolierende Luftpolster (Behaarung, Daunengefieder) oder durch Unterhautfettgewebe realisiert. Durch entsprechende Färbung von Fell, Federn oder Haaren kann die Aufnahme von Wärmestrahlung beeinflusst werden. (Beispiel: dunkle Haut der Eisbären) Um eine konstante, von den Umweltschwankungen unabhängige Raumtemperatur zu erreichen müssen geeignete Geräte installiert werden: 2. Steuerung In Regionen mit kaltem Winter und gemäßigtem Sommer kann durch Einbau einer Heizquelle (erhöhendes Stellglied, Zustrom-Stellglied +) der Abkühlung in der kalten Jahreszeit entgegengesteuert werden. Die Bewohnerin oder der Bewohner als Führungsglied hat dabei eine Vorstellung von der als angenehm empfundenen Raumtemperatur (zum Beispiel 20 °C), die erreicht und eingehalten werden soll (Sollwert). Mit Hilfe eines Zimmerthermometers (Messglied) wird die aktuelle Zimmertemperatur festgestellt (Istwert). Istwert und Sollwert werden miteinander verglichen. Ist die Raumtemperatur zu niedrig, wird durch Bewohner oder Bewohnerin (berechnendes und entscheidendes Steuerglied) die Heizung angemacht. Bei sehr einfachen Heizungen gibt es nur zwei Stellwerte (an oder aus). Bei einer „regulierbaren“ (eigentlich steuerbaren) Heizung, hängt der Wert, um den die Heizung aufgedreht wird (Stellwert), von der Differenz zwischen Istwert und Sollwert ab. Hier kann sich das System differenzierter (in diskreten Stufen oder Stufenlos, je nach technischer Verwirklichung) und ökonomischer an die jeweiligen Bedingungen anpassen. In Regionen mit heißen Sommern und gemäßigten Wintern wird statt der Heizung ein Kühlsystem (absenkendes Stellglied, Ausstrom-Stellglied - ) eingebaut. Dies können Verdunstungsgefäße sein, wobei der abkühlende Effekt durch einen Ventilator verstärkt wird. In Regionen mit heißen Sommern und kalten Wintern oder sehr starken tageszeitlichen Temperaturschwankungen wird die Raumtemperatur nach dem Zweizügelprinzip gesteuert. Dabei werden erhöhende und absenkende Stellglieder installiert und vom Regelglied je nach Bedarf angesteuert. Erst dadurch ist eine unabhängig von der Außentemperatur gleichbleibende Zimmertemperatur erreichbar. Durch Automatisierung der Berechnung und Generierung der Stellwerte kann die Bedienung des Systems vereinfacht werden. Ein Thermostat stellt selbsttätig Unterschiede zwischen Innentemperatur und Sollwert fest und steuert selbsttätig das Stellglied an. Der Eingriff von Außen reduziert sich damit auf die Einstellung der Sollwert-Temperatur durch den Benutzer. Das Steuerglied ist damit in das zu steuernde System integriert. Ventilator Bienen und Ameisen sind zwar wechselwarme Organismen, können aber die Nesttemperatur unabhängig von der Außentemperatur konstant halten: Ameisen öffnen oder verschließen je nach Bedarf Eingänge auf der Sonnen- oder Schattenseite ihrs Nestes. Ein aktiver Wärmetransport ins Nest findet vor allem in Frühjahr statt: Dabei heizen sich die Tier durch Sonnen auf und geben die Wärmeenergie im kühleren Nest wieder ab. Bienen erzeugen im Winter durch Bewegung der Flugmuskulatur (Flügelzittern) Wärme. Im Sommer verteilen Stockbienen im Nest Wasser und erzeugen am Flugloch durch Flügelschlag einen Luftstrom, der die Verdunstung fördert und das Nest abkühlt. 3. Regulation Wird auch das Führungsglied als Sollwertgeber in das System integriert, entsteht ein Regulationssystem. Bei technischen Systemen muss allerdings das Programm des Führungsglieds von außen implementiert werden, bei Lebewesen ist es als genetisches Programm angeboren. Bei zahlreichen Regulationsvorgängen der Lebewesen beeinflussen allerdings auch Lernvorgänge in und Mutationen in das Programm. Dadurch ist eine selbsttätige Anpassung des Systems im Zeitrahmen der Ontogenie und der Phylogenie (siehe Evolution) gegeben. Evolution Regulation der Körperkerntemperatur beim Menschen Führungs- und Regelglied ist das Temperatur-Zentrum im Hypothalamus. Der Sollwert beträgt beim gesunden Menschen ungefähr 37 °C. Messglieder befinden sich im Hypothalamus und in der Haut. Als erhöhende Stellglieder fungieren Leber und Muskeln, als absenkende die Blutgefäße der Haut (werden sie erweitert, wird vermehrt Wärme über die Haut abgegeben) und die Schweißdrüsen. Störgrößen sind Unterschiede zwischen Körperkern- und Außentemperatur. Bereits der Grundumsatz erzeugt so viel Wärme, dass abkühlende Maßnahmen bereits oberhalb von 20 bis 22 Grad Celsius erfolgen. Alle zusätzlichen Aktivitäten (Stoffwechsel, Muskeltätigkeit) erhöhen als Störgrößen die Körperkerntemperatur. Als Informationswege für die Stellwerte wird sowohl das Nervensystem als auch das Hormonsystem (Hypothalamus-Schilddrüsen-Achse, siehe Stressreaktion) genutzt. Schüttelfrost und Fieber sind auf eine Verstellung des Sollwertes zurückzuführen. Diese Veränderung kann durch Krankheitserreger durch die Ausschüttung pyrogener (Fieber erzeugender) Stoffe verursacht werden, oder durch den Körper selbst, um die Reaktionen der Immunantwort zu beschleunigen. Gleichwarme Tiere, die nicht schwitzen können (Hunde, Vögel) können überschüssige Wärme durch Hecheln abführen, wobei der abkühlende Effekt durch die Verdunstungskälte hervorgerufen wird. Beim Afrikanischen Elefanten wird über die großen, gut durchbluteten Ohren Wärme abgegeben. Vergleiche dazu die ökologische Regel von Allen, die besagt, dass in heißen Regionen die Tiere relativ große Ohren und Schnauzen haben, in kalten Regionen sind sie dagegen klein. Kleine Tiere haben eine relativ große Körperoberfläche, über die sie relativ mehr Wärme abstrahlen können. Eine weitere Möglichkeit zur Regulation der Körpertemperatur stellt das Verhalten von Tieren dar, die aktiv wärmere oder kältere Orte ihres Lebensraumes aufsuchen können. Bei Pflanzen dient die Verdunstung von Wasser über die Spaltöffnungen der Blätter ihrer Abkühlung. Siehe dazu Näheres unter Thermoregulation Weitere Beispiele der Regulation nach dem Zweizügelprinzip:
- Regulation des Blutzuckergehalts (die Hormone Insulin und Glukagon dienen hier als Stellwertübermittler, siehe hierzu auch Diabetes) Beispiele zur Regulation nach dem Einzügelprinzip:
- Regulation der Atemgaskonzentration
- Regulation des pH-Wertes des Darmes
- Regulation der Muskellänge (siehe Muskelspindel)

Weitere Beispiele für Systeme

- Absolutsystem
- Betriebssystem
- Bezugssystem
- Computersystem
- Gesundheitssystem
- Handel
- Immunsystem
- Informationssystem
- Koordinatensystem
- Künstliches, virtuelles System
- Kultur eines Landes
- Lebewesen
- Mathematik
- Mensch (Verdauungssystem, Nervensystem)
- Mechanisches System
- Messsystem
- Nachrichtensystem
- Nichtgleichgewichtssystem
- Ökosystem
- Organisationen (Unternehmen, Bildungseinrichtungen, Medien)
- Fabrik
- Landwirtschaftlicher Betrieb
- Stadt
- Periodensystem
- Permakultur
- Politisches System
- Psychisches System
- Rechtssystem
- Rentensystem
- Schulsystem
- Soziales System
- Sprache
- Stromsystem
- Suprasystem
- System (Stratigraphie)
- Technisches Sachsystem
- Telefonsystem
- Telematiksystem
- Theorien
- Transportsystem
- Wirtschaft
- Zelluläre Automaten

Siehe auch

- Ordnung, Systematik, Vorgangsweise, Handlungsorgane, Strukturveränderung, Steuerung,
- Sinnesorgane, Artikulationsorgane, Selbstregulation,
- Informationstransport, Informationsumwandlung, Gedächtnis,
- Materietransport, Materiewandlung, Schutzeinrichtungen, Entsorgung,
- Energietransport, Energiespeicher, Energiewandlung, Floquet-Zustand
- Struktur Kategorie:Kybernetik Kategorie:Systemtheorie ja:系

Vibration

Beim Reggae wird der Begriff Vibration (auch Vibes) als Qualitätsmerkmal benutzt ("Good Vibrations") ---- Vibrationen sind in der Mechanik periodische, meist mittel- bis höherfrequente und niederamplitudige Schwingungen von Stoffen und Körpern, die entweder selber elastisch sind oder aus elastisch verbundenen Einzelteilen bzw. Bausteinen bestehen. Nicht-elastische Körper können schwingfähig gemacht werden, indem sie mechanisch gespannt werden. Im Gegensatz zum Begriff "Schwingung" suggeriert "Vibration" die unmittelbar Hörbarkeit oder Fühlbarkeit des Vorgangs. Viele Organismen besitzen Rezeptoren, die nicht auf einfach Berührung, hingegen aber auf periodische mechanische Reize reagieren. Der Übergang vom "Fühlen" zum "Hören" ist dabei eher graduell. In der Bauphysik spielt Vibrationsarmut von Gebäuden eine wichtige Rolle, da Vibrationen sich durch Resonanz zur Resonanzkatastrophe hochschaukeln können. Die richtigen Dämpfungselemente sind somit elementarer Bestandteil von vibrationsanfälligen Bauten, wie beispielsweise Brücken. Auch bei Musikinstrumenten versteht man unter Vibrationen zunächst das unerwünschte Mitschwingen von Bauteilen, die dauerhafte Störgeräusche produzieren. Auch hier dienen u. a. Filz- oder Lederpolster zur Eliminierung von Vibrationen. In der Sinnesphysiologie versteht man unter Vibrationen leichte Erschütterungen, die über spezielle Rezeptoren (Vater-Pacini-Körperchen) registriert werden. Die Vibrationswahrnehmung ist Teil der Haptischen Wahrnehmung und wird der Feinwahrnehmung ("epikritische Sensibilität") zugeordnet.

Siehe auch

Rauschen

Wind

Als Wind wird in der Meteorologie eine gerichtete Luftbewegung in der Atmosphäre bezeichnet. Winde mit Windstärken zwischen 2 und 5 haben die Bezeichnung Brise. Winde mit Windstärken zwischen 6 und 8 bezeichnet man als Wind mit den Abstufungen starker, steifer und stürmischer Wind.
Bei Windstärken ab 9 spricht man von einem Sturm. Winde mit der Windstärke 12 bezeichnet man als Orkan. Eine heftige Luftbewegung von kurzer Dauer bezeichnet man als Bö. Auf der Erde beträgt die maximale Windgeschwindigkeit 520 km/h - diese wird auch im stärksten Tornado nicht überschritten und tritt in der Regel nur bei Jetstreams auf. Jetstream zum Höhentief über dem Pol]] Pol zu Westwinden ab (Westwinddrift)]] Westwinddrift Hauptursache für Winde sind Unterschiede im Luftdruck zwischen Luftmassen. Dabei fließen Luftteilchen aus dem Gebiet mit einem höheren Luftdruck (Hochdruckgebiet) solange in das Gebiet mit dem niedrigerem Luftdruck (Tiefdruckgebiet), bis der Luftdruck ausgeglichen ist. Es handelt sich bei einem Wind daher um einen Massenstrom, welcher nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik eine Gleichverteilung der Teilchen im Raum und damit eine maximale Entropie anstrebt. Die zugehörige Kraft bezeichnet man als Druckgradientkraft. Je größer der Unterschied zwischen den Luftdrücken ist, um so heftiger strömen die Luftmassen in das Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck und um so stärker ist der aus der Luftbewegung resultierende Wind. Die Windrichtung, meist in Form einer Hauptwindrichtung angegeben, wird durch die Lage von Tiefdruckgebiet und Hochdruckgebiet bestimmt. Dabei wird sie aber durch die Corioliskraft in Bewegungsrichtung nach rechts (Nordhalbkugel) bzw. nach links (Südhalbkugel) abgelenkt. Unterhalb der freien Atmosphäre wird der Wind zusätzlich durch Reibung beeinflusst und kann auch durch morphologische Strukturen wie Berge, Täler und Canyons stark variieren (Beispiel: Föhn bzw. Fallwind, Aufwind, Talwind, Bergwind). Bei rotierenden Systemen wie Wirbelstürmen spielt zusätzlich die Zentrifugalkraft eine entscheidende Rolle. Man unterscheidet Grundsätzlich die meridionale und die zonale Komponente eines Windes. Man teilt Winde daher auch in verschiedene Gruppen ein: #Euler-Winde: #
- direkter Druckgradientwind #
- keine Coriolis-, Zentrifugal- oder Reibungskraft #
- Äquatornah (geringe Corioliskraft) #geostrophische Winde bzw. quasigeostrophische Winde: #
- Gleichgewicht zwischen Druckgradient- und Corioliskraft #
- Isobarenparallel (ohne Krümmungen) #
- oberhalb der Bodenreibungsschicht (freie Atmosphäre) #
- hängt nur vom horizontalen Druckgradienten ab ##ageostrophische Windkomponente (isallobarischer Wind): ##
- reale Ausgleichskomponente zum idealisierten geostrophischen Wind ##
- basierend auf Fluktuationen, die zum Masseausgleich führen #Gradientwinde: #
- Gleichgewicht zwischen Druckgradient-, Zentrifugal- und Corioliskraft #
- Isobarenparallel (mit Krümmungen) #
- oberhalb der Bodenreibungsschicht (freie Atmosphäre) #
- hängt nur vom horizontalen Druckgradienten ab #zyklostrophische Winde: #
- Gleichgewicht zwischen Druckgradient- und Zentrifugalkraft #
- meist äquatornah (geringe Corioliskraft) oder hohe Windgeschwindigkeit #
- Auftreten nur bei Zyklonen #
- sofortige Instabilität des zyklostrophischen Gleichgeichts bei Antizyklonen Auch eine Unterscheidung nach der Dimension und Beständigkeit der Winde ist üblich. Es werden dabei im wesentlichen drei Gruppen unterschieden: #synoptischer Winde - umfasst alle obigen Winde bis auf ageostrophische Windkomponenten; große räumliche und in der Regel auch zeitliche Skalen) #gerade noch vorhersagbare Winde - sehr lokal, beispielsweise an Morphologie orientiert #stark lokale, also unvorhersagbare, räumlich wie zeitlich stark eingeschränkte Winde - Sekunden bis Minuten, wenige hundert Meter) Die räumliche und zeitliche Skala sagt hierbei nichts über die letztendliche Stärke des Windes aus, besonders letztere sind daher und aufgrund ihrer Unberechenbarkeit sehr gefährlich für die Luftfahrt. Auf einer Wetterkarte werden Linien gleicher Windrichtung als Isogonen und Linien gleicher Windgeschwindigkeit als Isotachen bezeichnet.

Siehe auch

- Planetarische Zirkulation
- Wind und Luftdruckgürtel
- Winde und Windsysteme
- Windenergie
- Windsog
- Barisches Windgesetz
- Korkenzieherströmung
- Seewind
- Passat
- Monsun
- Kármánsche Wirbelstraße (singende Drähte im Wind)

Weblinks

- [http://www.webgeo.de/beispiele/rahmen.php?string=1;k_403;1 WEBGEO-Lernmodul] Kategorie:Meteorologie ja:風

Strahlung

Strahlung bezeichnet in der Physik sich ausbreitende Elementarteilchen oder Wellen. Im ersten Fall spricht man von Korpuskularstrahlung oder Teilchenstrahlung, im zweiten von Wellenstrahlung. Die historische Debatte, ob Lichtstrahlen aus Teilchen oder Wellen bestehen, wurde in der Quantentheorie damit beantwortet, dass ein Lichtstrahl aus Photonen besteht, deren Aufenthaltsort wiederum Welleneigenschaften (beispielsweise Interferenz) zeigen. Verallgemeinernd kann man aus der Quantenphysik herleiten, dass jedes Teilchen auch Wellencharakter haben muss (→Welle-Teilchen-Dualismus). Allerdings tritt unter bestimmten Bedingungen in der Regel eine der beiden Charakteristiken deutlicher hervor. Strahlung transportiert immer Energie und Impuls (das heißt sie hat eine ausgezeichnete Richtung). Wenn die Strahlungsteilchen Masse, Ladung oder andere Eigenschaften besitzen, werden auch letztere transportiert. Trifft die Strahlung auf ein Hindernis, wird sie entweder absorbiert (umgewandelt), unbeeinflusst transmittiert (hindurchgelassen), gestreut oder reflektiert (zurückgeworfen) - man spricht auch von Remission. Die Begriffe Strahlung und Strahl sind insgesamt eher unscharf und nicht ganz streng zu definieren. So gibt es beispielsweise einen Wasserstrahl, aber keine Wasserstrahlung. Man spricht im Falle von sich strahlenartig ausbreitender Materie eher von einem Teilchenfluss oder Materiefluss. Im menschlichen Umfeld (Längen 1cm-1m) verhalten sich Wellen (auch Materiewellen) mit Wellenlängen oberhalb von ca. 1m ähnlich wie reine Wellen, weshalb hier gerne der Begriff "Welle" verwendet wird. Der Anhang "Strahlung" wird bei kürzeren Wellenlängen angetroffen. Arten von Strahlen nach Energie, bzw. Teilchenart
- Elektromagnetische Strahlung
- Wärmestrahlung
- Radiowellen
- Mikrowellen
- Terahertzstrahlung
- Infrarot
- Sichtbares Licht
- Ultraviolett
- Röntgenstrahlung
- Gammastrahlung
- Teilchen- oder Korpuskular-Strahlung
- Elektronenstrahl
- Neutronenstrahlung
- Protonenstrahlung
- kosmische Strahlung Arten von Strahlen nach Entstehung bzw. Wirkung
- Radioaktivität - Strahlung die von radioaktiven (=strahlenden) Quellen ausgesandt, manchmal auch fälschlich als radioaktive Strahlung bezeichnet
- Alphastrahlen
- Betastrahlen
- Gammastrahlen
- Bremsstrahlung
- Lenard-Strahlung
- Röntgenstrahlung
- Ionisierende Strahlung - Strahlung die Atomen soviel Energie zuführen kann, dass ein Elektron in einen ungebundenen Zutand übergeht
- Elektromagnetische Strahlung vom Ultraviolett und höhere Energien und Teilchenstrahlung Wortfeld Strahlung
- natürliche Strahlung
- kosmische Strahlung
- monochromatische Strahlung
- Laserstrahlung
- Sonnenstrahlung
- charakteristische Strahlung
- Polarisierte Strahlung
- Terrestrische Strahlung
- Globalstrahlung
- Atmosphärische Gegenstrahlung Siehe auch: Filmdosimeter - Biologische Strahlenwirkung Kategorie:Physik ja:放射線 simple:Radiation

Magnetisch

Magnetismus ist ein fundamentales physikalisches Phänomen, das sich als anziehende und abstoßende Kraft zwischen Magneten, magnetisierbaren Gegenständen und stromdurchflossenen Leitern äußert. Alle Erscheinungsformen von Magnetismus können letztlich auf die Bewegung von elektrischen Ladungen oder den Spin von Elementarteilchen zurückgeführt werden. Der Magnetismus gehört zum Elektromagnetismus, welche eine der vier Grundkräfte der Physik ist. :Dieser Artikel erklärt derzeit (per Weiterleitung) auch die Begriffe Magnetfeld, Magnetisierung. Ergänzende Informationen finden sich im Artikel Magnet. Der Elektromagnetismus wird derzeit im Artikel Elektrodynamik abgehandelt.
Überblick

Magnetismus als fundamentale Naturkraft
Magnetismus ist zu unterscheiden von anderen Naturkräften wie der Massenanziehung (Gravitation) und der Anziehung oder Abstoßung zwischen elektrisch geladenen Körpern (Elektrostatik). Während die Gravitation zwischen allen (massebehafteten) Körpern und die elektrische Anziehung oder Abstoßung zwischen allen geladenen Körpern wirkt, ist der Magnetismus in der Hauptsache auf einige wenige Materialien, wie insbesondere Eisen, Kobalt und Nickel, beschränkt (Ferromagnetismus); der schwache Magnetismus der meisten übrigen Materialien (Diamagnetismus, Paramagnetismus) ist nur mit empfindlichen Messgeräten nachweisbar. Neben dem statischen Magnetismus aufgrund von Materialeigenschaften gibt es auch die dynamischen magnetischen Effekte (Elektrodynamik) im (Induktionsfeld) oder (Nahfeld) stromdurchflossener Leiter oder im (Strahlungsfeld) oder (Fernfeld) elektrischer Antennen. Dabei treten elektrische und magnetische Wechselfelder immer gleichzeitig auf. Ein tieferer Unterschied zwischen der Gravitation auf der einen Seite und den elektrischen und magnetischen Kräften auf der anderen Seite besteht darin, dass sich Massen stets gegenseitig anziehen, wohingegen sich elektrische Ladungen und magnetische Pole sowohl anziehen als auch abstoßen können, was man durch ein Vorzeichen zum Ausdruck bringt (positive und negative Ladungen; magnetischer Süd- und Nordpol). Der grundlegende Unterschied zwischen elektrischen und magnetischen Kräften besteht darin, dass man elektrische Ladungen räumlich trennen kann (Monopole als Quellen und Senken von Feldlinien), wohingegen auch der kleinste Magnet stets zwei Pole aufweist (Dipol).
Magnetismus als Fernwirkung
Magnetismus ist eine Wechselwirkung zwischen räumlich getrennten Körpern, also eine Fernwirkung. In der physikalischen Theorie arbeitet man mit der Vorstellung, dass Fernwirkungen über Felder vermittelt werden. Felder Felder Richtung und Stärke magnetischer Kräfte kann man durch Feldlinien anschaulich darstellen. Ein Magnet ruft ein magnetisches Feld (=Magnetfeld) hervor und wird von diesem durchströmt; seine Pole sind die Oberflächenbereiche, in denen der überwiegende Teil des Magnetfeldes ein- beziehungsweise austritt. Die Berechnung von Feldlinien in der Umgebung eines Magneten ist Aufgabe der Magnetostatik. Außer durch magnetische Materialien werden Magnetfelder durch elektrische Ströme verursacht; umgekehrt erfahren stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld Kräfte. Dieser Elektromagnetismus wird unter anderem in Elektromagneten, Transformatoren, Motoren, Generatoren sowie bei der Datenspeicherung technisch ausgenutzt. Darüberhinaus können sich oszillierende elektromagnetische Felder von Materie ablösen und als Wellen im Raum ausbreiten: Zu diesen elektromagnetischen Wellen zählen Rundfunksignale, Mikrowellen, UV- und Röntgenstrahlung ebenso wie sichtbares Licht.
Magnetfelder

Feldlinien
Magnetische Feldlinien können durch die Ausrichtung von Eisenfeilspänen sichtbar gemacht werden; für dreidimensionale Demonstrationen kann man die Eisenfeilspäne zum Beispiel in Silikonöl suspendieren. suspendieren In der Elektrostatik verlaufen Feldlinien von positiven zu negativen Ladungen. In der Magnetostatik hingegen gibt es keine Ladungen (magnetische Monopole sind mathematisch denkbar; alle experimentellen Tatsachen sprechen aber gegen ihre Existenz). Somit ist das Magnetfeld «quellenfrei»; magnetische Feldlinien haben keinen Anfang und kein Ende, sondern verlaufen als geschlossene Bahnen. Die Richtung der Feldlinien stimmt in jedem Punkt mit der Richtung des Magnetfeldes überein. Der Abstand zwischen benachbarten Feldlinien ist ein Anhaltspunkt für die Stärke des Magnetfeldes: je dichter die Feldlinien, desto stärker das Feld.
Magnetische Kraftwirkung
In der Elektrostatik ist die Wirkung des Feldes leicht zu verstehen: eine positive Probeladung (eine sehr kleine Ladung, die die Wirkung eines Feldes erfährt, ohne dieses selbst nennenswert zu verändern) wird in Richtung der Feldlinie beschleunigt, unabhängig davon, ob die Probeladung vorher in Ruhe war oder nicht. Das magnetische Feld hingegen wirkt nicht auf ruhende, sondern nur auf bewegte Ladungen (Lorentzkraft) oder auf Magnete und magnetisierbare Körper. Im einfachsten Fall kann man diese Probekörper als Dipole beschreiben (siehe magnetischer Dipol). Das Magnetfeld übt auf den Probekörper ein Drehmoment aus und richtet ihn parallel zu den Feldlinien aus. Dieser Effekt wird zum Beispiel beim magnetischen Kompass ausgenutzt, in dem sich die Kompassnadel, ein magnetischer Dipol, nach dem Erdmagnetfeld ausrichtet. Die Anziehung zwischen zwei Stabmagneten ist hingegen ein komplizierterer Effekt, der durch den Gradienten des Magnetfeldes verursacht wird: zwei entgegengesetzte Pole ziehen sich an, weil in ihrer Nähe die Feldlinien dichter sind als an den entgegengesetzten Polen.
Größen und Einheiten
Die Stärke eines Magnetfeldes kann durch zwei verschiedene physikalische Größen ausgedrückt werden, die magnetische Feldstärke (Einheit: A/m) und die magnetische Flussdichte (Einheit Tesla). Während die magnetische Feldstärke bei Berechnungen mit elektrischen Strömen von Vorteil ist, verwendet man die magnetische Flussdichte zum Berechnen von induzierten Spannungen oder der Lorentzkraft. Die beiden Feldgrößen sind über einen materialabhängigen Umrechnungsfaktor, der Permeabilität genannt wird, miteinander verknüpft. Im Vakuum ist dies eine Konstante, die sich aus der Wahl des Einheitensystems ergibt.
Elektromagnetismus
Magnetische Kräfte werden durch die Bewegung elektrischer Ladungen erzeugt. Die Geschwindigkeit (in Betrag und Richtung), sowie die Größe (Betrag und Vorzeichen) der bewegten Ladungen bestimmen die Stärke und Richtung der magnetischen Kräfte. Für eine abstraktere Darstellung des Elektromagnetismus siehe den Artikel Elektrodynamik. Elektrodynamik Eine konstante Bewegung von Ladungsträgern bewirkt ein magnetisches Feld, das folgenden Regeln folgt:
- Für einen elektrischen Strom, der durch einen Draht fließt, lässt sich die Richtung des Magnetfelds mit Hilfe der Rechte-Hand-Regel bestimmen: Der Leiter wird so umfasst, dass der abgespreizte Daumen die konventionelle/technische Stromrichtung (entgegen dem Elektronenfluss) anzeigt, dann zeigen die Finger die Richtung des entstehenden Magnetfeldes an.
- Für einen Kreisstrom gilt: Wenn die Finger der rechten Hand in Richtung des Elektronenflusses gekrümmt sind, zeigt der Daumen in Richtung des magnetischen Nordpols.
- Eine andere Regel hierzu ist die so genannte Rechtsschraubenregel.
- Messung von magnetischen Feldern ist u.a. mit Hallsonden möglich. In elektrischen Leitern, die sich durch ein magnetisches Feld bewegen, wird eine Spannung und gegebenenfalls ein Stromfluss induziert. Zeitlich veränderliche Bewegung von Ladungsträgern resultiert in einer differenzialen Veränderung im elektrostatischen und magnetischen Feld ihrer Umgebung. Man spricht von elektromagnetischen Wellen wenn die Frequenz der Veränderung sich in gegebenen Medien ausbreitet. Licht (egal ob sichtbar oder unsichtbar) und Rundfunk sind die bekanntesten Formen dieses Prinzipes. Aber auch in der Metallverarbeitung (Induktionsöfen) und zum Erhitzen von sogar nichtleitenden Substanzen kommt diese Form des Elektromagnetismus zur Anwendung (Mikrowellenherd).
Magnetismus in Materie
Der Magnetismus von Festkörpern hat seinen Ursprung im Magnetismus der Atome/Ionen und Elektronen, aus denen er aufgebaut ist. Im engeren Sinne spricht man nur dann von einem magnetischen Material, wenn die elementaren magnetischen Momente so ausgerichtet sind, dass sie sich zumindest nicht vollständig gegenseitig kompensieren, der Stoff also eine makroskopische Magnetisierung aufweist. Bekannte Beispiele sind die ferromagnetischen Metalle Nickel und Kobalt oder auch das Mineral Magnetit. Aber auch wenn ein Stoff keine makroskopische Magnetisierung aufweist, kann er von Magnetfeldern beeinflusst werden; solche Effekte sind in der Regel jedoch viel zu schwach, um sie im Alltag beobachten zu können. Die Magnetochemie, ein Teilbereich der Physikalischen Chemie untersucht die magnetischen Eigenschaften von Substanzen.
Magnetisches Moment von Elementarteilchen
Elementarteilchen besitzen ein jeweils charakteristisches Magnetisches Moment $\mu$ .
Magnetisches Moment von Atomen
Das magnetische Moment eines Atoms setzt sich zusammen aus dem Beitrag der Elektronenhülle (Hüllenmoment), und dem im allgemeinen viel schwächeren Kernbeitrag (Kernmoment). Zum Hüllenmoment tragen das Bahnmoment, das mit dem Bahndrehimpuls der Elektronen verknüpft ist, und das durch den Elektronenspin bestimmte Spinmoment bei. Die Summe der magnetischen Momente der Elektronen einer voll gefüllten (Sub-)Schale ergibt jeweils null, sodass Atome, die keine teilgefüllten Schalen besitzen, kein permanentes Hüllenmoment aufweisen. Im äußeren Magnetfeld wird jedoch ein magnetisches Moment induziert, das seiner Entstehung entgegenwirkt (abstoßende Kraft im inhomogenen Magnetfeld). Atome mit dieser Eigenschaft nennt man diamagnetisch. Atome mit teilgefüllten Schalen weisen hingegen ein permanentes Hüllenmoment auf. Solche Atome heißen paramagnetisch. Auch wenn das Kernmoment sehr klein ist, lässt es sich nicht nur nachweisen (NMR, "Nuclear Magnetic Resonance" = Kernmagnetische Resonanz), sondern auch praktisch anwenden (z.B. Kernspintomografie).
Magnetismus von Festkörpern
Beim Magnetismus von Festkörpern handelt es sich um ein kooperatives Phänomen. Selbst wenn die Bausteine (Atome, Ionen, quasifreie Elektronen), aus denen der Festkörper aufgebaut ist, nichtverschwindende magnetische Momente tragen, weisen nur wenige Materialien eine makroskopische Magnetisierung auf. In der Regel sind die elementaren magnetischen Momente so ausgerichtet, dass sie sich gegenseitig kompensieren. Der Grund dafür ist, dass die Valenzelektronen, die die magnetischen Eigenschaften der Atome bestimmen, nun zur chemischen Bindung beitragen. Bei der Verteilung der Elektronen auf die neuen Bindungszustände wird die gegenseitige Orientierung der Elektronen durch die Austauschwechselwirkung bestimmt. Diese ist in der Regel für eine parallele Ausrichtung der magnetischen Momente energetisch ungünstig. Eine Ausnahme davon stellen z.B. die Übergangsmetalle Eisen, Nickel und Kobalt dar. Solche Stoffe nennt man ferromagnetisch (von lat. ferrum, Eisen). Ab einer bestimmten Temperatur, der sog. Curie-Temperatur (nach Pierre Curie und Marie Curie, Nobelpreis Physik 1903), überwiegt die thermische Energie die Energie der Austauschwechselwirkung, und die ferromagnetische Ordnung wird aufgebrochen. Der Festkörper geht dann in die paramagnetische Phase über. Zu Domänen im Ferromagneten siehe auch Ferromagnetismus. Die ferromagnetische Ordnung ist ein Spezialfall der magnetischen Ordnung. Neben dem ungeordneten Zustand gibt es noch andere Formen der magnetischen Ordnung, darunter Antiferromagnetismus und Spindichtewellen. Eine graphische Darstellung des Austauschintegrals ist durch die Bethe-Slater-Kurve gegeben. In dieser graphischen Darstellung kann man erkennen, welche Stoffe ferromagnetisch, antiferromagnetisch oder paramagnetisch sind.
Magnetismus in der Biologie
Magnetische Wechselfelder können über Induktion elektrische Ströme im Gewebe auslösen und können so einen (schwachen) Einfluß auf das Nervensystem haben. Beispielsweise sind bei entsprechenden Feldern sogenannte Magnetophosphene, gemeint sind optische Sinneswahrnehmungen, zu beobachten. Auch der motorische Cortex (Großhirn) kann derartig mit Hilfe der Transkraniellen Magnetstimulation (TMS) stimuliert werden, daß es zu unwillkürlichen Muskelkontraktionen kommt. Des weiteren ist seit langem bekannt, daß magnetische Wechselfelder die Sekretion von Hormonen (Beispiel Melatonin) beeinflussen können. Hier fehlt z.B. ein Verweis auf die Orientierung von Vögeln mittels des Erdmagnetfelds. Siehe dazu den Artikel Erdmagnetfeld Der Arzt Franz Anton Mesmer entwickelte eine Theorie, die 1784 von der französischen Akademie der Wissenschaften geprüft und verworfen wurde, nach der ein Fluid, das Mesmer als Magnetismus animalis bezeichnete, von Mensch zu Mensch übertragbar sei und bei der Hypnose und bestimmten Heilverfahren (Mesmersche Streichungen) eine Rolle spielen sollte.
Magnetismus als Metapher
Umgangssprachlich wird der Begriff Magnetismus auch für menschliche Verhaltensweisen gebraucht. Man spricht davon, dass jemand von einer Person oder Sache magnetisch angezogen wird. Ein "Zuschauermagnet" ist eine Sache, bei der die Leute stehen bleiben und sie sich ansehen. Wenn jemand eine Person liebt und immer zu ihr hin will, sagt man auch: "Sie/Er zieht ihn/sie magnetisch an".
Siehe auch

- Durchflutung
- Johann Ulrich Wirth
- Elementarmagnet
Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/phpwiki/index.php/Magnetismus Mineralienatlas (Magnetismus)]
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph07_g8/materialseiten/05_magnetismus.htm Versuche und Aufgaben zum Magnetismus]
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph12/materialseiten/m02_magnetik.htm Versuche und Aufgaben zum Magnetfeld] Kategorie:Theoretische Elektrotechnik Kategorie:Mineralogie Kategorie:Physik Kategorie:Magnetismus ja:磁性

Algorithmus

Unter einem Algorithmus versteht man allgemein eine genau definierte Handlungsvorschrift zur Lösung eines Problems oder einer bestimmten Art von Problemen. Im täglichen Leben lassen sich leicht Beispiele für Algorithmen finden: Zum Beispiel ist ein Kochrezept ein Algorithmus – zumindest dann, wenn alle Angaben genau genug sind und es für alle Teilaufgaben, wie Braten, Rühren, etc., ebenfalls Algorithmen gibt. Auch Reparatur- und Bedienungsanleitungen oder Hilfen zum Ausfüllen von Formularen sind in der Regel Algorithmen. Ein weiteres, etwas präziseres Beispiel sind Waschmaschinenprogramme. Algorithmen können in Programmablaufplänen nach DIN 66001 oder ISO 5807 grafisch gezeichnet werden.

Geschichte

Das Wort Algorithmus ist eine Abwandlung oder Verballhornung des Namens von Muhammad ibn Musa al-Chwarizmi (
- ca. 783, † ca. 850), dem Autor des Buchs Hisab al-dschabr wa-l-muqabala (825, Regeln zur Wiederherstellung und Reduktion), durch das die Algebra im Westen verbreitet wurde. Die lateinische Fassung beginnt mit „Dixit Algorithmi...“ (Algorithmus sprach...), womit der Autor gemeint war. Das Wort Algebra stammt ebenfalls (al-Jabr – „Einrenkung“) aus dem Titel des Buches. Ursprünglich stand das Wort Algorism nur für die Regeln zur Arithmetik mit arabischen Ziffern. Heute steht es für alle geregelten Prozeduren, mit denen Probleme aller Art gelöst werden können.

Informatik und Mathematik

Vor allem aber sind Algorithmen eines der zentralen Themen der Informatik und Mathematik. Sie sind Gegenstand einiger Spezialgebiete der Theoretischen Informatik, wie der Algorithmentheorie, der Komplexitätstheorie und der Berechenbarkeitstheorie. In Form von Computerprogrammen und elektronischen Schaltkreisen steuern sie Computer und andere Maschinen.

Algorithmus und Programm

Für Algorithmen gibt es unterschiedliche formale Repräsentationen. Diese reichen vom Algorithmus als abstraktes Gegenstück zum konkret auf eine Maschine zugeschnittenen Programm (d. h., die Abstraktion erfolgt hier im Weglassen der Details der realen Maschine, das Programm ist eine konkrete Form des Algorithmus, angepasst an die Notwendigkeiten und Möglichkeiten der realen Maschine) bis zur Ansicht, Algorithmen seien gerade die Maschinenprogramme von Turingmaschinen (wobei hier die Abstraktion in der Verwendung der Turingmaschine an sich erfolgt, d. h., einer idealen mathematischen Maschine).

Erster Computeralgorithmus

Der erste für einen Computer gedachte Algorithmus wurde 1842 von Ada Lovelace, in ihren Notizen zu Charles Babbages Analytical Engine, festgehalten. Sie gilt deshalb als die erste Programmiererin. Weil Charles Babbage seine Analytical Engine nicht vollenden konnte, wurde Ada Lovelaces Algorithmus nie darauf implementiert.

Formale Definition

Die mangelnde mathematische Genauigkeit des Begriffs Algorithmus störte viele Mathematiker und Logiker des 19. und 20. Jahrhunderts. Insbesondere steht die natürliche Sprache mit ihren Unschärfen und Widersprüchlichkeiten der Forderung nach Eindeutigkeit und Widerspruchsfreiheit im Wege.

Turingmaschinen und Algorithmusbegriff

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden eine ganze Reihe von Ansätzen entwickelt, um zu einer genauen Definition zu kommen. Formalisierungen des Berechenbarkeitsbegriffs sind die Turing-Maschine (Alan Turing), der Lambda-Kalkül (Alonzo Church), rekursive Funktionen, Chomsky-Grammatiken und Markow-Algorithmen. Es wurde – unter maßgeblicher Beteiligung von Alan Turing selbst – gezeigt, dass all diese Methoden ebenso leistungsfähig (gleich mächtig) sind. Sie können durch eine Turing-Maschine emuliert werden, und sie können umgekehrt eine Turing-Maschine emulieren. Mit Hilfe des Begriffs der Turing-Maschine kann folgende formale Definition des Begriffs formuliert werden: Eine Berechnungsvorschrift zur Lösung eines Problems heißt genau dann Algorithmus, wenn eine zu dieser Berechnungsvorschrift äquivalente Turingmaschine existiert, die für jede Eingabe, die eine Lösung besitzt, stoppt. Aus dieser Definition sind folgende Eigenschaften eines Algorithmus ableitbar: # Das Verfahren muss in einem endlichen Text eindeutig beschreibbar sein (Finitheit). # Jeder Schritt des Verfahrens muss auch tatsächlich ausführbar sein (Ausführbarkeit). # Das Verfahren darf zu jedem Zeitpunkt nur endlich viel Speicherplatz benötigen (Dynamische Finitheit, siehe Platzkomplexität). # Das Verfahren darf nur endlich viele Schritte benötigen (Terminierung, siehe auch Zeitkomplexität). Darüber hinaus wird der Begriff Algorithmus in praktischen Bereichen oft auf die folgenden Eigenschaften eingeschränkt: # Der Algorithmus muss bei denselben Voraussetzungen das gleiche Ergebnis liefern (Determiniertheit). # Die nächste anzuwendende Regel im Verfahren ist zu jedem Zeitpunkt eindeutig definiert (Determinismus).

Church-Turing-These

Die Church-Turing-These lautet: „Jedes intuitiv berechenbare Problem kann durch eine Turingmaschine gelöst werden.“ Als formales Kriterium für einen Algorithmus zieht man die Implementierbarkeit in einem beliebigen zu einer Turing-Maschine äquivalenten Formalismus heran, insbesondere die Implementierbarkeit in einer Programmiersprache – die von Church verlangte Terminiertheit ist dadurch allerdings noch nicht gegeben. Der Begriff der Berechenbarkeit ist dadurch dann so definiert, dass ein Problem genau dann berechenbar ist, wenn es einen (terminierenden) Algorithmus zu dem Problem gibt, d. h. wenn eine entsprechend programmierte Turing-Maschine das Problem in endlicher Zeit lösen könnte.

Abstract State Machines

Turingmaschinen harmonieren sehr gut mit den ebenfalls abstrakt-mathematischen berechenbaren Funktionen, reale Probleme sind jedoch ungleich komplexer, daher wurden andere Maschinen vorgeschlagen. Diese Maschinen weichen z. B. in der Mächtigkeit der Befehle ab; anstatt den einfachen Operationen der Turingmaschine können sie z. T. sehr mächtige Operationen, wie z. B. Fouriertransformationen, in einem Rechenschritt ausführen. Oder sie beschränken sich nicht auf eine Operation pro Rechenschritt, sondern ermöglichen sehr parallele Operationen, wie z. B. die Addition zweier Vektoren in einem Schritt. Ein Modell einer realeren Maschine ist die [http://www.eecs.umich.edu/gasm/papers/seqthesis.html Sequential Abstract State Machine (seq. ASM)] mit folgenden Eigenschaften: Ein Algorithmus einer seq. ASM soll
- durch einen endlichen Programmtext spezifiziert werden können
- schrittweise ausgeführt werden können
- für bestimmte Zustände terminieren, muss aber nicht immer terminieren (sinnvolle Gegenbeispiele für die Forderung, dass immer terminiert werden muss, wären z.B. ein Programm das fortgesetzt Primzahlen findet, oder ein Betriebssystem)
- nur begrenzt viele Zustände pro Schritt ändern können (Begrenzung der Parallelität)
- nur begrenzt viele Zustände pro Schritt inspizieren können (Begrenzung der Exploration)

Ein Beispiel: der Euklidische Algorithmus

Der Euklidische Algorithmus, der bereits um 300 v. Chr. beschrieben wurde, dient zur Ermittlung des größten gemeinsamen Teilers (ggT) zweier natürlicher Zahlen A und B: # Sei A die Größere der beiden Zahlen A und B (entsprechend vertauschen, falls dies nicht bereits so ist) # Setze A = A – B # Wenn A und B ungleich sind, dann fahre fort mit Schritt 1, wenn sie gleich sind, dann beende den Algorithmus: Diese Zahl ist der größte gemeinsame Teiler. Beispiel: Es soll der größte gemeinsame Teiler der Zahlen 14 und 8 berechnet werden. Hierzu wird der euklidische Algorithmus verwendet: Das Ergebnis ist also 2.

Eigenschaften

Nichtdeterministische Algorithmen finden vor allem in der Theoretischen Informatik Anwendung, so dass in anderen Bereichen oft vorausgesetzt wird, dass es sich um einen deterministischen Algorithmus handelt. Eine Ausnahme bilden so genannte stochastische, randomisierte oder probabilistische Algorithmen, in die absichtlich ein Zufallsfaktor eingebaut wurde. Solche Algorithmen sind demnach nicht deterministisch und auch nicht determiniert. Stochastische Algorithmen dagegen sind im Allgemeinen deterministisch, orientieren sich aber an Erfahrungswerten. Die verschiedenen formalen Eigenschaften in Kürze:

Determiniertheit

Kurz: Bei jeder Ausführung mit gleichen Startwerten muss das gleiche Ergebnis berechnet werden. Algorithmen sind determiniert, wenn sie bei gleichen Parametern und Startwert stets das gleiche Resultat liefern. Das trifft zum Beispiel nicht für randomisierte Algorithmen zu, bei denen das Ergebnis zu einem gewissen Grad auf Zufall beruht.

Determinismus

Kurz: Es darf immer nur eine Möglichkeit vorhanden sein Deterministisch heißen alle Algorithmen, bei denen zu jedem Zeitpunkt der Ausführung maximal eine Möglichkeit der Programmfortsetzung besteht. Gibt es mehrere Möglichkeiten der Programmfortsetzung und lassen sich diesen Wahrscheinlichkeiten zuweisen, so spricht man von stochastischen, randomisierten oder probabilistischen Algorithmen. In der theoretischen Informatik gibt es neben dem Determinismus auch den Nichtdeterminismus, der aber in der Praxis kaum Verwendung findet. Zusätzliche Bedeutung bekommen solche nichtdeterministische Algorithmen allerdings durch den Einsatz von Quantencomputern, welche auch solche Algorithmen erfolgreich ausführen. Es gilt übrigens: Jeder deterministische Algorithmus ist auch determiniert. Nicht jeder determinierte Algorithmus ist jedoch deterministisch.

Finitheit

Statische Finitheit

Kurz: Die Beschreibung ist endlich. Die Beschreibung eines Algorithmus darf nicht unendlich groß sein. Als statische Finitheit wird die Endlichkeit des Quelltextes bezeichnet. Der Quelltext darf nur eine begrenzte Anzahl, wenn auch bei Bedarf sehr viele Regeln enthalten.

Dynamische Finitheit

Kurz: Fülle an Datenstrukturen und Zwischenspeicherungen sind zu jeder Zeit endlich. Zu jedem Zeitpunkt der Ausführung darf der von einem Algorithmus benötigte Speicherbedarf nicht unendlich groß sein. Andernfalls wäre der Algorithmus nicht ausführbar. Dies wird als dynamische Finitheit bezeichnet.

Terminiertheit

Kurz: Bricht nach endlicher Zeit kontrolliert ab. Algorithmen sind terminierend, wenn sie für jede mögliche Eingabe nach einer endlichen Zahl von Schritten zu einem Ergebnis kommen. Die tatsächliche Zahl der Schritte kann dabei beliebig groß sein. Steuerungssysteme und Betriebssysteme und auch viele Programme, die auf Interaktion mit dem Benutzer aufbauen, erfüllen diese Eigenschaft nicht: Wenn der Benutzer keinen Befehl zum Beenden gibt, läuft das Programm endlos weiter. Donald Knuth schlägt in diesem Zusammenhang vor, nicht terminierende Algorithmen als rechnergestützte Methoden ("Computational Methods") zu bezeichnen. Es ist übrigens im Allgemeinen nicht für jeden beliebigen Algorithmus möglich zu bestimmen, ob er terminiert oder nicht - siehe Halteproblem.

Algorithmenanalyse

Die Erforschung und Analyse von Algorithmen ist Hauptaufgabe der Informatik, und wird meist theoretisch (ohne konkrete Umsetzung in eine Programmiersprache) durchgeführt. Sie ähnelt somit dem Vorgehen in anderen mathematischen Gebieten, in denen die Analyse eher auf die zugrunde liegenden Konzepte als auf konkrete Umsetzungen ausgerichtet ist. Algorithmen werden zur Analyse in eine stark formalisierte Form gebracht und mit den Mitteln der formalen Semantik untersucht. Die Analyse unterteilt sich in verschiedene Teilgebiete. Beispielsweise wird das Verhalten von Algorithmen bezüglich Ressourcenbedarf wie Rechenzeit und Speicherbedarf in der Komplexitätstheorie behandelt, die Ergebnisse werden als asymptotische Laufzeiten angegeben. Der Ressourcenbedarf wird dabei in Abhängigkeit von der Länge der Eingabe ermittelt, d. h. die angegebene Komplexität hängt davon ab, wie groß die Zahlen sind, deren größter gemeinsamer Teiler gesucht wird, oder wie viele Elemente sortiert werden müssen etc. Das Verhalten bezüglich der Terminierung, d. h. ob der Algorithmus überhaupt jemals erfolgreich beendet werden kann, behandelt die Berechenbarkeitstheorie.

Beispiele

Algorithmen in der Wikipedia

In einzelnen Wikipedia-Artikeln gibt es zahlreiche Algorithmen-Beschreibungen, etwa den euklidischen Algorithmus und Quicksort. Eine Übersicht gibt die Liste von Algorithmen und die Kategorie Algorithmus.

Algorithmen im Alltag

Auch im Alltag begegnen uns Algorithmen in Form von Handlungsanweisungen oder Rezepten:

Siehe auch

- Liste von Algorithmen
- Ameisenalgorithmus
- Approximationsalgorithmus
- Datenstruktur
- Determinierter Algorithmus
- Deterministischer Algorithmus
- Entscheidungsproblem
- Evolutionärer Algorithmus
- Greedy Algorithmus
- Heuristik
- Komplexitätsklassen
- MMIX (virtuelle Maschine von Donald E. Knuth zur Darstellung von Algorithmen)
- Online-Algorithmus
- Optimierungsproblem
- Paralleler Algorithmus
- Probabilistischer Algorithmus
- Prozedur (Programmierung)
- Randomisierter Algorithmus
- Sortierverfahren
- Stochastischer Algorithmus
- Suchverfahren

Literatur

- John E. Hopcroft, Rajeev Motwani, Jeffrey D. Ullman. Einführung in die Automatentheorie, Formale Sprachen und Komplexitätstheorie. Pearson Studium. 2002. ISBN 3-8273-7020-5.
- Donald E. Knuth: The Art of Computer Programming, Vol 1–3, Addison Wesley 1998. (Das ist der Standard in dem Bereich; Übersetzung existiert nicht – Juli 2000), ISBN 0201485419
- Thomas H. Cormen, Charles Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein: Introduction to Algorithms, MIT Press, 2nd edition 2001, ISBN 0262531968
- Deutsche Übersetzung: Thomas H. Cormen, Charles Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein: Algorithmen - Eine Einführung, Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 2004, ISBN 3-486-27515-1

Weblinks

- [http://www.grundstudium.info/algorithmen/ Algorithmen in der Informatik]
- [http://www.uni-flensburg.de/mathe/zero/veranst/algorithmen/algo_abschn11/algo_abschn11.html Was ist ein Algorithmus?]
- [http://www.nist.gov/dads/ Dictionary of Algorithms and Data Structures] des NIST (englisch)
- [http://www.bullhost.de/a/algorithmus.html Definition] Kategorie:Datenstruktur ja:アルゴリズム ko:알고리즘 th:อัลกอริทึม

Enttäuschung

Enttäuschung ist eine emotionale Erkenntnis, die eine Täuschung beseitigt. Damit ist sie ein Antonym zu Täuschung. Enttäuschung entsteht durch die Nichterfüllung von Hoffnungen und Erwartungen. Das darauf folgende Enttäuschtsein drückt sich oft in Niedergeschlagenheit und Traurigkeit aus. Enttäuschung ist nur möglich nach einer Täuschung durch einen anderen oder einer Selbsttäuschung und wird emotional negativ empfunden. Die eigene Erkenntnis, oder die Mitteilung durch einen anderen, dass eine Information oder ein positives Gefühl nicht stimmt, führt zur Enttäuschung. Beim Verb ist eine eigentümliche Bedeutungsverschiebung zu betrachten. Derjenige, von dem man getäuscht wurde, enttäuscht einen, auch wenn man selber die Erkenntnis der Täuschung gewinnt. "Ich bin von dir enttäuscht" heißt eigentlich: "Ich habe erkannt, dass ich mich in dir getäuscht habe und bin darüber traurig." Besonders schmerzlich ist es, wenn einen Menschen enttäuschen, denen man vertraut hat.

Zitate

- Eine Enttäuschung ist auch etwas Gutes, weil sie uns von einer Täuschung befreit. (Detlev Fleischhammel,
- 1952), deutscher Theologe)
- Enttäuschungen und Hoffnungen sterben nicht aus. (Prof. Dr. Lothar Schmidt,
- 1922, deutscher Politologe)
- Enttäuschungen sollte man verbrennen und nicht einbalsamieren. (Mark Twain, 1835 - 1910, US-amerikanischer Erzähler und Satiriker)
- Man ist nicht enttäuscht von dem was ein Anderer tut (oder nicht tut) sondern nur über die eigene Erwartung an den Anderen. (Ralf Kunke)
- Es gibt kaum eine größere Enttäuschung, als wenn du mit einer recht großen Freude im Herzen zu gleichgültigen Menschen kommst. (Christian Morgenstern) Kategorie:Emotion Kategorie:Täuschung

Intoleranz

zur medizinischen Bedeutung siehe Allergie: Überempfindlichkeitsreaktionen: Arten und Definitionen ---- Unter Intoleranz (lateinisch) versteht man das Nicht-Dulden von Menschen, die (gemessen am allgemeinen Durchschnitt) anders sind, z.B. bezüglich ihrer Nationalität, Religion, Sexualität, Sprache, Meinung, Erscheinung (Aussehen) oder ähnlichem, insgesamt das Gegenteil von Toleranz. Opfer von Intoleranz waren oder sind beispielsweise:
- Juden wurden immer wieder Opfer der Intoleranz (Antisemitismus).
- Muslime sind heute in nichtmuslimischen Staaten häufig Opfer von Intoleranz und Rassismus.
- Christen sind heute in manchen muslimischen Staaten Opfer von Intoleranz.
- Hindus sind heute in manchen muslimischen Staaten Opfer von Intoleranz.
- Lesben, Schwule und Transgenders werden in vielen Ländern der Erde verfolgt und auch in Deutschland regelmäßig Opfer von, durch Intoleranz motivierten, Übergriffen.
- Menschen mit z.B. kognitiven oder körperlichen Behinderungen werden in vielen gesellschaftlichen Bereichen nicht oder nur eingeschränkt toleriert (oft z.B. im Bereich Bildung, Beruf, Teilhabe an Kultur und Gemeinschaftsleben). Die Intoleranz setzt zum Teil bereits vorgeburtlich ein, denn Föten werden oftmals nach der Diagnose einer im Rahmen von Pränataldiagnostik festgestellten Beeinträchtigung abgetrieben.

Quellen der Intoleranz

Quellen der Intoleranz können sein:
- Religiöse Überzeugungen. Insbesondere die Anhänger der drei großen Offenbarungsreligionen, die jede für sich im Besitz der alleinigen Wahrheit zu sein beansprucht, neigen zu Intoleranz gegenüber andersgläubigen Menschen.
- Politiker greifen bereits vorhandene Intoleranz auf und setzen sie in intolerante Gesetze um mit dem Ziel, Wählerstimmen zu mehren.
- Bestimmte Boulevard-Medien nutzen den Effekt, dass sich Intoleranz umsatzsteigernd einsetzen lässt. Über spektakuläre Verbrechen wird dergestalt berichtet, dass ein frei erfundener Zusammenhang zwischen dem Täter und einer verhassten Minderheit hergestellt wird, und im Anschluss daran finden Vorurteile gegen die Minderheit in Form gesteigerter Auflagen bzw. Einschaltquoten reißenden Absatz. Dies wiederum steigert die Werbeeinnahmen. Fakt ist beispielsweise, dass eine bekannte Zeitung Berlins um 1995 herum ihren Verkaufspreis um 10% senken konnte, nachdem sie monatelang täglich ihre gesamte Seite 3 für eine Hetzkampagne reserviert hatte.
- Vereine, die sich als Erfüllungsgehilfen intoleranter Gesetze und Politik verdingen, haben ebenfalls einen materiellen Anreiz, da sie staatliche Fördermittel kassieren. Gründe, Ursachen und Motive der Intoleranz:
- Nach Meinung einiger Psychologen sind Neid und versteckte Minderwertigkeitsgefühle Gründe für Intoleranz.
- Materielle Motive: Das Geschäft mit der Intoleranz durch Boulevard-Medien und der Stimmenfang durch Politiker sind oben beschrieben.
- Eine dritte Ursache könnten Informationsdefizite sein, ein Indiz dafür liefert als Gegenbeispiel das Usenet. Dort lässt sich beobachten, wie zunächst sehr voreingenommene Menschen in Diskussionen mit der ihnen verhassten Minderheit geraten, mit der sie in der realen Welt nie sprechen würden, und je mehr sie über deren Gefühle und Situation lernen um so mehr ihre zunächst intolerante Haltung einer gewissen Nachdenklichkeit und Diskussionsbereitschaft weichen lassen.
- Eine vierte Ursache könnten bewusstes Verhalten bedingt durch Anonymität sein. Prinzipiell gegen alles ausserhalb der "Normen" Liegendes macht "Spass", Angriffe erzeugen Lustgefühle, all das unabhängig von der Intelligenz. Beispiele finden sich in den Internetforen, Chats etc. zu Tausenden.
- Eine fünfte Ursache könnte innere Frust sein, bei welchem der Betroffene sich von der Gesellschaft nicht akzeptiert oder von dem Gesellschaftssystem diskriminiert fühlt. Beispielsweise neigen manche religöse Menschen, welche sich "angeeckt" fühlen, dazu, intolerantes - oft aggressives - Verhalten gegenüber "nichtreligiöse" Menschen zu zeigen, die gesellschaftlich "anerkannt" sind. Hier spricht man oft von der Intoleranz einer "Minderheit" gegenüber einer "Mehrheit". Dem Begriffspaar Toleranz/Intoleranz wohnt eine vielleicht überraschende Dialektik inne: Der Unterschied zwischen Toleranz und Gleichgültigkeit besteht darin, dass eine tolerante Gesellschaft, die Intoleranz toleriert, Gefahr läuft, entgegen der eigenen Absicht Intoleranz zu stärken. Intoleranz gegenüber antitoleranten Ideologien und Bewegungen steht also durchaus im Dienste der Toleranz.

Siehe auch

Vorurteil - Diskriminierung - Akzeptanz - Xenophobie - Xenophilie - Hassprediger - Islamophobie - Antisemitismus - Othering - Heterosexismus - Zensur Kategorie:Diskriminierung

Mischung

Eine Mischung kann sein:
- eine Stoffmischung (chemisch): siehe Gemisch
- eine Mischung zweier Frequenzen in der Funktechnik: siehe Überlagerungsempfänger
- eine Mischung von zwei Farben, siehe: Farbmischung
- in der Textilindustrie ein Stoff aus verschiedenen Materialien, siehe Mischung (Textil)
- in Teilen von Österreich eine Mischung aus Wein und Mineralwasser, andernorts als Gespritzter bekannt

Stabilität

Stabilität (von lat. stabilis = standhaft, stabil) bedeutet Beständigkeit, Standfestigkeit und die Robustheit einer Anordnung von Elementen. Das Gegenteil der Stabilität ist die Instabilität. Ein schwacher Zustand der Stabilität wird als Metastabilität bezeichnet. Ein stabiles System neigt dazu, seinen momentanen Zustand beizubehalten, auch wenn Störungen von außen hereinwirken. Solche Störungen können beispielsweise sein: Stöße oder (geistige) Anstöße, Bahnstörungen, elektrizische und magnetische Effekte, Strahlungen (Atomteilchen, Gamma- bis Radiostrahlung), Temperatur und Wärmeleitung, Wind, und im sozialen Bereich Abbruch des Kontakts, Betrug, Enttäuschung, Intoleranz oder ähnliches. Für mathematisch beschreibbare Systeme kann die Stabilität durch die Stabilitätstheorie quantifiziert werden. Stabilität einer Größe bedeutet, dass diese in einem bestimmten fixierten - oder erwünschten - Bereich bleibt. Abweichungen hiervon werden durch korrigierende Einflüsse minimiert (bei Instrumenten Justierung genannt). Ein stabiles Gleichgewicht ist das Ergebnis eines Regelkreises (z.B. beim Aufhängen eines Gegenstandes das abnehmende Pendeln durch Schwerkraft und Reibungseffekte). Führen Abweichungen vom Gleichgewicht zu noch größerer Abweichung vom Arbeitspunkt, liegt ein labiles Gleichgewicht vor (etwa beim Balancieren einer Stange). Stabilität einer Verbindung bedeutet, dass eine Kombination, die aus mehreren Elementen zusammengefügt ist, diesen Zusammenhalt nicht verliert, auch wenn sie Einwirkungen ausgesetzt ist, die gegen diesen Zusammenhalt gerichtet ist. Im Gegenteil werden die einwirkenden Einflüsse (Störungen) durch Gegenkräfte kompensiert oder ausgeglichen. Stabilität einer Beziehung: in ähnlicher Weise sind Partnerschaft, Ehe, Freundschaft mit Störungen konfrontiert. Die wichtigste Gegenkraft ist das Ansprechen der Störungen und der Gefühle - bzw. das Akzeptieren, dass es sie gibt. Abgeschwächt werden die stabilisierenden Kräfte durch Schuldzuweisungen, verletzende Worte oder stillen Rückzug. Politische Stabilität ist die Beständigkeit der öffentlich wirksamen Gesellschaft (staatlich oder regional). Instabile Politik-Situationen sind z.B. Revolution, Unruhen durch Armut, Hunger oder Ungerechtigkeit, massive Korruption oder offensichtlicher Wahlbetrug (siehe Ukraine 2004), schwere Wirtschaftskrisen und hohe Arbeitslosigkeit, und manchmal auch politischer Gleichstand an Parlamentssitzen (wechselnde Mehrheiten, siehe z.B. Italien). Die meisten Völker wünschen sich Sicherheit, auch in Form von politischer und wirtschaftlicher Stabilität - weshalb sogar Diktaturen oft akzeptiert werden. Dieser Wunsch wird aber oft von Machthabern missbraucht. Wiederkehrende Beispiele finden sich etwa in der Volksrepublik China, wo Stabilität als Motiv zur Unterdrückung von Minderheiten dient.
Mißbräuche bei der "Stabilisierung" können dann auch Instabilität und Umsturz bewirken - siehe etwa DDR und Rumänien Ende 1989. In Demokratien regeln sich mißbräuchliche Drohungen im Regelfall von selbst (Beispiele etwa USA 1992 (Bush sen./ Clinton) oder EU-Österreich Febr.2000) - entweder durch Wahlen oder durch Einsicht, Reaktion auf (Umfragen), Verhandlungen und Kompromisse. Stabilität in der Technischen Mechanik bedeutet die Widerstandsfähigkeit von festen Strukturen gegen Knicken und Beulen bei der Wirkung von Druckkräften. Stabilität in der Informatik bedeutet, dass eine Vorsortierung erhalten bleibt, wenn eine Folge anschließend nach einem anderen Merkmal sortiert wird. Genaueres siehe Stabiles Sortierverfahren. Stabilität in der Meteorologie bezeichnet in der Regel einen sich selbst erhaltenden Schichtungszustand der Atmosphäre. Kategorie:Techniktheorie Kategorie:Eigenschaft

Viskosität

Unter der Viskosität versteht man die „Zähigkeit“ einer Flüssigkeit oder eines Gases. Sie resultiert aus den zwischenmolekularen Kräften in einem Fluid, ist also abhängig von der Kohäsion zwischen den Molekülen oder Teilchen. Man spricht daher auch von der inneren Reibung. Bei Feststoffen verwendet man stattdessen die Begriffe der Duktilität, Sprödigkeit und Plastizität. Der Begriff Viskosität leitet sich von dem lateinischen Wort für Mistel "viscum" her, aus deren Beeren ein zäher Vogelleim hergestellt wurde.

Viskosität von Flüssigkeiten

Spricht man von Viskosität, soll in der Regel das Fließverhalten einer Flüssigkeit charakterisiert werden. Je höher die Viskosität dabei ist, desto dickflüssiger ist die Substanz. Diesen Effekt kann man sich vereinfacht durch die Bewegung zweier übereinander liegender, verzahnter Molekülschichten vorstellen (siehe Abb. Punkt 1). Beim Fließen gleiten die Moleküle aneinander vorbei, und um die Verzahnung zu überwinden benötigt man eine gewisse Kraft. Den Zusammenhang zwischen dieser Kraft und den Eigenschaften des vorliegenden Fluids definiert die Viskosität. Erkennbar wird dieser Zusammenhang besonders gut an der homologen Reihe der Alkane (kettenförmige Kohlenwasserstoffen), hier steigt die Viskosität mit der Kettenlänge und damit den zunehmenden intermolekular wirkenden van-der-Waals-Kräften kontinuierlich an. Bei den mittleren Alkanen (ab Nonan, neun C-Atome) hat sie bereits einen Wert ähnlich dem von Wasser. Nonan Sehr gut veranschaulichen kann man sich die Viskosität auch an folgendem Beispiel: gleitet Wind über das Wasser eines Ozeans, erzeugt dies eine Bewegung der Wasserschicht an der Oberfläche. Je tiefer man nun taucht, desto ruhiger wird das Wasser, bis man einen Punkt erreicht, wo keine Strömung herrscht. Die einzelnen Flüssigkeitsschichten bewegen sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit (Korkenzieherströmung), es entsteht ein Geschwindigkeitsgradient (siehe Abb. Punkt 2): :

\frac

Weht kein Wind mehr, bricht die Strömung zusammen, das Wasser ruht auch wieder an der Oberfläche. Dass die Flüssigkeit auch in tieferen Schichten trotz Wind an der Oberfläche praktisch ruht, ist Folge der inneren Reibung in der Flüssigkeit. Die Viskosität der meisten Flüssigkeiten nimmt mit steigender Temperatur ab, oft ist sie proportional zu

e^

(

A

= flüssigkeitsspezifische Konstante,

T

= Temperatur).

Definition der Viskosität

Korkenzieherströmung Man stelle sich zwei im Abstand x angeordnete Platten der Fläche A vor. Zwischen diesen Platten befindet sich eine Flüssigkeit, die an beiden Platten haftet. In unserer Vorstellung soll der Raum mit der Flüssigkeit in Schichten unterteilt sein. Wird nun Platte 2 mit der Geschwindigkeit v bewegt, so bewegt sich die Schicht, in unmittelbarer Nachbarschaft zu Platte 2 auf Grund der Haftung ebenfallfs mit der Geschwindigkeit v. Da Platte 1 ruht, ruht auch ihre Nachbarschicht. Die innenliegenden Flüssigkeitsschichten gleiten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aneinander vorbei. Die Geschwindigkeit nimmt von der ruhenden Platte zur bewegten zu. Im einfachsten Fall besteht eine lineare Abhängigkeit (siehe Abbildung). Von der obersten, an der Platte haftenden Schicht, geht eine Tangentialkraft auf die darunterliegende Schicht aus. Diese bewegt sich folglich mit der Geschwindigkeit v₁. Diese Schicht wirkt wiederum auf die darunterliegende Schicht und bewegt sie mit der Geschwindigkeit v₂. Im Experiment lässt sich zeigen, dass die Kraft F, die nötig ist, um Platte 2 zu bewegen direkt proportional zu ihrer Fläche A, ihrer Geschwindigkeit v und antiproportional zu dem Abstand der Platten x ist: :

F \sim A

und

F \sim v

und

F \sim \frac.

Hieraus ergibt sich :

F\sim\frac

und als Gleichung :

F= \eta\frac.

Die Proportionalitätskonstante

\eta

ist die dynamische Viskosität. Häufig wird sie auch nur als Viskosität bezeichnet. Ein Stoff hat also die Viskosität 1 Ns/m², wenn bei einer Größe der Platten von 1 m² und einem Plattenabstand von 1 m eine Kraft von 1 N benötigt wird, um die Platten mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s gegeneinander zu verschieben. Für die physikalische Einheit gilt:

1=[\eta] \cdot\left(\frac\right) \Rightarrow [\eta] = \frac.

Ist

\eta

unabhängig von der Geschwindigkeit v, so wird die Flüssigkeit als Newtonsche Flüssigkeit bezeichnet. Für diese Flüssigkeiten stellte sich das in Abbildung 2 gezeigte, lineare Geschwindigkeitsprofil ein. Ist

\eta

nicht von v unabhängig, so bezeichnet man die Flüssigkeit als nicht-Newtonsch.

Newtonsche Flüssigkeiten

Im folgenden wird der vereinfachte Zusammenhang gemäß dem Newtonschen Viskositätsgesetz dargestellt, es wird dabei stets laminare Strömung sowie Temperatur- und Druckunabhängigkeit der Flüssigkeitseigenschafte