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Ionenantrieb

Ionenantrieb

Ein Ionenantrieb ist ein Antrieb für Raumfahrzeuge, bei dem die Abstoßung von einem Ionenstrahl zur Fortbewegung genutzt wird. Es werden auch je nach Energiequelle die Begriffe solar-elektrischer Antrieb bzw. Solar Electric Propulsion (SEP) und nuklear-elektrischer Antrieb bzw. Nuclear Electric Propulsion (NEP) verwendet. Erzeugt wird der Ionenstrahl durch ionisierte Gasteilchen (z.B. Xenon)oder ionisierte Kleinströpfchen (z.B. Quecksilber), die in einem elektrischen Feld oder mittels einer Kombination eines elektrischen Feldes und eines Magnetfeldes unter Ausnutzung der Lorentzkraft beschleunigt und dann in Form eines Strahls ausgestoßen werden. Die Energie zur Erzeugung der Felder wird üblicherweise mit Hilfe von Solarzellen gewonnen. Ein Treibstoff im herkömmlichen Sinne existiert nicht, jedoch wird die Stützmittelmasse (das Gas oder die ionisierten Kleinströpfchen), z.B. Xenon oder Quecksilber, verbraucht. Die eigentliche Strahlenergie stammt vom angelegten elektromagnetischen Feld. Wichtiger Bestandteil des Systems ist der sogenannte Neutralisator, der dem Strahl wieder Elektronen zuführt und den Strahl somit elektrisch neutral macht. Ansonsten würde sich das System aufladen, der Strahl diffundieren und in einem Bogen zum Satelliten zurückkehren. Bisherige Ionenantriebe besitzen gegenüber konventionellen chemischen Triebwerken (Raketen) einen vergleichsweise geringen Schub (vergleichbar mit der Kraft, die eine Postkarte auf eine Hand ausübt: 70 Millinewton, entspricht der Gewichtskraft von 7 Gramm), jedoch bei einer deutlich erhöhten Austrittsgeschwindigkeit der Ionen (10 bis 130 km/sec). Die Gesamtmasse des Raumfahrzeugs muss deshalb so klein wie möglich gehalten werden (bei SMART-1 367 Kilogramm) um für den Betrieb vernünftige Schübe und damit annehmbare Schubdauern zu erreichen. Das Problem besteht in dem Energiebedarf der Ionentriebwerke, da eine Verdopplung der Austrittsgeschwindigkeit eine Vervierfachung des Energiebedarfs bewirkt. Erst die neuesten Solarzellen liefern eine ausreichende Leistung pro m² Solarzellenfläche (bei SMART-1 ca. 1300 Watt), um technisch sinnvoll umsetzbare Ionenantriebe zu versorgen, bei vertretbarer Solarpaneelgröße. Ziel jedes Ionenantriebes ist es die benötigte Treibstoffmenge so gering wie möglich zu halten und damit werden maximale Ausströmgeschwindigkeiten benötigt (Raketengrund- bzw. Ziolkowskigleichung). Der Bau eines Ionenantriebes ist also immer ein Kompromiss zwischen Schubleistung und Ausströmgeschwindigkeit, und damit Effizienz, wenn die zur Verfügung stehende elektrische Leistung konstant ist. Der Vorteil des Ionenantriebs gegenüber dem chemischen Antrieb liegt also darin, dass er weniger Treibstoff verbraucht, weil die Geschwindigkeit der austretenden Teilchen wesentlich größer ist. Das Prinzip des Ionenantriebs ist bereits seit den 1960er Jahren entwickelt worden. Erste Versuche nutzten Cäsium oder Quecksilber als Treibstoff, wodurch die metallischen Bauteile zur Ionenerzeugung rasch anfingen zu korrodieren. Größtes Problem war die Korrosion einer messerscharfen Schneide an der mittels Tröpfchenionisation die notwendigen Ionen erzeugt wurden. Erst als man anfing, das Edelgas Xenon als Treibstoff zu verwenden, bekam man dieses Problem besser in den Griff. Beim Rit-Triebwerk erzeugen Radiofrequenzen die Ionen während im Kaufmann-Triebwerk das Gas durch eine Gleichstromentladung ionisiert wird. Ein Prototyp eines RIT Triebwerks (Radiofrequency Ion Thruster) arbeitete erstmals 1992 auf dem europäischen Satelliten Eureka. Auch die Raumsonde Deep Space 1 besitzt ein Ionentriebwerk (NSTAR). Sie ist Teil des New Millennium Program der NASA, in dem es mehr um das Testen neuer Techniken als um wissenschaftliche Erkenntnisse geht. 2002 startete die ESA den Satelliten Artemis, auf dem zwei neue Ionenantriebe, die sich in der Produktion der Xenonionen unterscheiden, zum Testen installiert sind. Um nach dem missglückten Start die letzten 5000 km bis zur geplanten geostationären Umlaufbahn zurücklegen zu können, musste das Ionentriebwerk, das ursprünglich nur zur Bahnkorrektur gedacht war eingesetzt werden. Für diese Strecke brauchte der Satellit 18 Monate. Inzwischen hat sich das Ionentriebwerk auf vielen kommerziellen Telekommunikationssatelliten durchgesetzt. Dort dient es nicht als primärer Antrieb zum Erreichen der Umlaufbahn, sondern als Bahnregelungstriebwerk für die Nord-Süd-Drift, da der Satellit durch die Gravitationseinflüsse von Sonne und Mond im Jahr etwa 45 bis 50 m/s im Jahr an Geschwindigkeitsänderung (delta v) aufbringen muss. Der Einsatz von Ionentriebwerken zur Bahnregulierung erhöht die Betriebsdauer der Satelliten erheblich, da hier bereits einige Kilowatt an Leistung zur Verfügung stehen und somit der Energiebedarf des Ionentriebwerkes leichter zu decken ist. Heutige Ionentriebwerke sind derzeit, aufgrund der nur begrenzt zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung, für zwei Hauptanwendungen geeignet:
- Marschtriebwerk für Interplanetarsonden, da hier lange Schubzeiten realisiert werden können
- Bahnregelungstriebwerke für große Satelliten in hohen Umlaufbahnen, da hier die Störkräfte und damit benötigten Korrektur-dV sehr gering sind.

Siehe auch


- Rakete
- Raketentriebwerk
- SMART-1
- Deep Space 1
- JIMO
- Magnetoplasmadynamischer Antrieb
- Magnethydrodynamischer Antrieb
- Xenon

Weblinks


- [http://solarsystem.dlr.de/PG/DS1/technology/experimente.shtml Ionenantrieb] (dt.)
- [http://www.bernd-leitenberger.de/elektrische-antriebe.html Elektrische Antriebe in der Raumfahrt] (dt.)
- [http://www.esa.int/export/esaCP/SEMNEY0P4HD_Germany_0.html ESA: Ionen treiben SMART-1 zum Mond] (dt.)
- [http://www.irs.uni-stuttgart.de/RESEARCH/EL_PROP/ION/d_ion.html IRS - Hochfrequenz Ionentriebwerke] (dt.)
- [http://www.aip.org/tip/INPHFA/vol-6/iss-5/p16.pdf Plasma Propulsion in Space] (engl.) Kategorie:Satellitentechnik Kategorie:Antriebstechnik ja:イオンエンジン

Antrieb (Technik)

In der Technik wird mit Antrieb der Mechanismus oder Vorgang bezeichnet, mit dem ein Objekt bewegt oder dessen Bewegung erzeugt wird. Die Vorrichtungen für den Antrieb eines Geräts nutzen oft mehrere unterschiedliche Wirkprinzipien, deren Träger verkoppelt sind. So wird für einen Lastkraftwagen Verbrennungsenergie in einem Dieselmotor verwendet, der nach dem Prinzip der Kolbenmaschine und des Kurbeltriebs angelegt ist und die Drehbewegung auf die Räder überträgt. Der LKW ist damit sowohl als „Verbrennungskraftgetriebenes Fahrzeug“ als auch als „Fahrzeug mit Radantrieb“ korrekt bezeichnet.

Nähere Bezeichnung einer Antriebsart:

nach der primären Energiequelle


- Muskel-Kraft
  - Fußantrieb (Treten Roller, Pedal)
- Windantrieb
- Wasserkraftantrieb
- Verbrennungskraftantrieb
- Wärmekraftantrieb
- Schwerkraftantrieb
- Sonnenlicht-Antrieb
- Elektrischer Antrieb
- Ionenantrieb
- Kernenergieantrieb
- Druckluftantrieb
- Alternative Antriebstechnik

nach dem maschinellen Umsetzungsprinzip


- Maschinenantrieb
- Motorenantrieb
- Hydraulikantrieb
- pneumatischer Antrieb
- Hybridantrieb
- Raketenantrieb
- Turbinenantrieb
- Segelantrieb
- Seilscheiben-, Treibriemen-, Reibradantrieb

nach dem Antriebsprinzip am Ende der Umsetzungskette


- Radantrieb
- Schaufelradantrieb
- Zahnradantrieb
- Gewindespindelantrieb (siehe Lineartechnik: Antriebssysteme), Zahnschneckenantrieb
- Kettenantrieb
- Propeller-, Schraubenantrieb
- Rückstoßantrieb

nach dem Ziel der Antriebsverwendung


- Leistungsantrieb (Energieübertragung, z.b. von einem Motor auf einen Generator, oder auch Fahrantrieb)
- Positionierantrieb (definierte räumliche Bewegungen)

nach der Bewegungsrichtung


- Linearantrieb (siehe Lineartechnik) Kategorie:Technik Kategorie:Antriebstechnik

Ion (Chemie)

Ein Ion (von altgriechisch ἰόν: „sich fortbewegend“) ist ein elektrisch geladenes Atom oder Molekül. Entsprechend werden die Ionen Atomion und Molekülion genannt. Ionen sind durch Elektronenmangel positiv oder durch Elektronenüberschuss negativ geladen. Positiv geladene Ionen werden Kationen genannt, negativ geladene Anionen, da sie jeweils in einem elektrischen Feld zur Kathode (Minuspol) oder zur Anode (Pluspol) wandern.

Kennzeichnung

Ein Ion wird in der Chemie allgemein mit NiMen- (Nichtmetall-Ion) oder mit Men+ (Metall-Ion) gekennzeichnet. Beispiele sind:
- Na+ - Natrium-Ion (n wird hier weggelassen, da n gleich eins ist)
- S2− - Sulfid-Ion
- NH4+ - Ammoniumion, ein Molekülion

Eigenschaften

Der Radius von Ionen unterscheidet sich von dem des entsprechenden Atoms. Der Kationenradius ist kleiner – aufgrund der Nichtbesetzung der äußeren Orbitale –, der der Anionen meistens größer, da die äußeren Orbitale mit Elektronen aufgefüllt und/oder weitere Orbitale neu besetzt werden. Lösungen, die ionische Substanzen enthalten, Elektrolyte, leiten elektrischen Strom. Abhängig vom Verhältnis Ladung/Radius wirken Ionen unterschiedlich polarisierend in chemische Bindungen. Ionen unterschiedlicher Ladung bilden durch die Ionenbindung Salze. Ein cyclisches Ion ist ein Ion, das in einer Ringstruktur aufgebaut ist.

Vorkommen

Ionen mit mehr als 3 Unter- oder Überschussladungen kommen in der Chemie nur selten vor. In der Physik werden mit Duoplasmatrons hochgeladene Ionen in Beschleunigern erzeugt, denen nahezu alle Elektronen fehlen. Hiermit kann der Atomkern studiert werden oder es können schwere Wasserstoff- oder Heliumartige ein- bzw. zwei-Elektronen-Systeme studiert werden. Ionisierte Edelgase können Ionenbindungen eingehen. Edelgas-Halogenid-Verbindungen werden in Excimerlasern verwendet. Bei Molekülen mit zwei oder mehreren funktionellen Gruppen kann es vorkommen, dass sie an der einen Gruppe eine positive, an einer anderen eine negativ Ladung tragen (insgesamt ist das Molekül dann neutral). Solche polaren Moleküle werden auch als Zwitterionen bezeichnet. Elektrolyte spielen eine große Rolle in Stoffwechselvorgängen und in Batterien. Sternenmaterie liegt in ionisierten Zustand vor, geht hier aber wegen der hohen Temperatur keine chemische Bindung mehr ein. Diesen Zustand nennt man Plasma. Kategorie:Elektrochemie ja:イオン ko:이온 ms:Ion simple:Ion

Xenon

Xenon (von altgriech. ξένος = fremd) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Xe und der Ordnungszahl 54. Das farb- und geruchlose Gas gehört zu den chemisch extrem reaktionsträgen Edelgasen. Xenon ist beispielsweise von seinem Einsatz im Autoscheinwerfer bekannt. Zur Funktionsweise im Autoscheinwerfer siehe Xenonlicht.

Eigenschaften

Xenon lässt sich zu einer farblosen Flüssigkeit kondensieren. Als Feststoff ist es kristallin. Unter Druck von mehreren hundert Kilobar lässt sich Xenon in eine metallische Struktur überführen. Die Löslichkeit in Wasser ist mit etwa 230 ml/l recht hoch. Auch Klathrate (Gaseinschlussverbindungen) können aus Wasser und Xenon hergestellt werden. Als Füllung in Gasentladungsröhren erzeugt Xenon violettes Licht. Als vollkommen inertes Gas kann Xenon nicht mehr gelten. Seit Anfang der 1960er ist es gelungen einige Halogen-, Sauerstoff-, Stickstoff- und Kohlenstoffverbindungen herzustellen. Nur die Fluoride sind thermodynamisch stabil. Die übrigen Derivate sind meist nur bei tiefen Temperaturen beständig, beim Erwärmen zersetzen sie sich, manche - wie beispielsweise XeO3 und XeO4 - auch explosiv.
In seinen Verbindungen liegt Xenon in den Oxidationsstufen +2, +4, +6 und +8 vor. In Kernreaktoren wird 135Xe als Zerfallsprodukt von radioaktivem Iod erzeugt und wirkt absorbierend für Neutronen; siehe Xenonvergiftung.

Anwendungen

Wegen seines hohen Preises wird Xenon nur dann verwendet, wenn die leichteren Edelgase nicht „gut genug“ sind. Der größte Teil wird als Gasfüllung in lichterzeugenden Lampen verwendet, wenn ein helles weißes Licht benötigt wird:
- Stroboskoplampen
- Blitzlichtlampen
- Halogenlampen
- Gasentladungslampen
- Xenon-Hochdrucklampen für Filmprojektoren, Flutlichtanlagen, Lichtquelle in Fotokopierern Andere Anwendungen:
- Füllung von Thyratron-Röhren
- Narkosegas
- Blasenkammern
- Ionenantrieb
- Cryogene Wärmerohre (Heatpipes)
- Diagnostisches Hilfsmittel zur Darstellung von Durchblutungsstörungen

Geschichte

Xenon (griechisch xenos für fremd) wurde am 12. Juli 1898 durch William Ramsay und Morris William Travers aus Rohkrypton abgetrennt.

Quellen

Ein m3 Luft enthält etwa 0,08 ml Xenon.

Herstellung

Die Gewinnung erfolgt durch wiederholte Destillation aus der höhersiedenden Sauerstofffraktion beim Linde-Verfahren.

Verbindungen

Vor 1962 galten alle Edelgase als inert, als chemische Stoffe, die keine Verbindungen eingehen. Auch diatomare Elementverbindungen, wie sie von den gasförmigen Nichtmetallen Sauerstoff, Chlor oder Stickstoff bekannt sind, gehen die Edelgase nicht ein und die niedrigen Siede- und Schmelzpunkte weisen auf Einzelatome hin. Anfang 1962 versuchte Neil Bartlett Xenon mit dem stärksten damals bekannten Oxidationsmittel Platinhexafluorid PtF6 zu oxidieren. Es bildete sich eine gelbe bis rote Substanz in nicht stöchiometrischer Zusammensetzung (keine definierte chemische Verbindung). Seine Motivation war wie folgt begründet: er kannte die klassische Redoxreaktion PtF6+ O2 → O2PtF6. Da Sauerstoff und Xenon etwa die gleiche Ionisierungsenergie besitzen, schloss er, dass diese Reaktion auch mit Xenon möglich sein sollte und sagte das Reaktionsprodukt XePtF6 voraus. Im gleichen Jahr führte Rudolf Hoppe in Münster die Synthese von Xenon(II)-fluorid durch Umsetzung der Elemente unter Kühlung in einer elektrischen Entladung durch.
Zwischzeitlich sind viele weitere Verbindungen bekannt geworden:
- Xenon(II)-chlorid (Xenondichlorid) XeCl2
- Xenon(IV)-chlorid (Xenontetrachlorid) XeCl4
- Xenon(II)-fluorid (Xenondifluorid) XeF2
- Xenon(IV)-fluorid (Xenontetrafluorid) XeF4
- Xenon(VI)-fluorid (Xenonhexafluorid) XeF6
- Xenonfluoridoxide
- Xenon(VI)-oxid (Xenontrioxid) XeO3
- Xenon(VIII)-oxid (Xenontetroxid) XeO4
- Natriumperxenat Na4XeO6 Kompliziertere Verbindungen sind bekannt, in denen Xenon mit den Elementen Stickstoff und Kohlenstoff und sogar mit Gold direkte Bindungen eingeht, letzteres jedoch nur im supersauren Medium.

Vorsichtsmaßnahmen

Xenon ist nicht giftig, es wirkt in bestimmten Konzentrationsbereichen narkotisch und bei höheren Konzentrationen erstickend. Xenonverbindungen sind starke Oxidationsmittel! Einige Verbindungen, besonders die sauerstoffhaltigen, sind explosiv.

Weblinks


- [http://periodic.lanl.gov/elements/54.html Los Alamos National Laboratory - Xenon]
- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Xe/index.html WebElements.com - Xenon]
- [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Xe.html EnvironmentalChemistry.com - Xenon]

Literatur


- Thermophysical properties of neon, argon, krypton, and xenon / V. A. Rabinovich ... Theodore B. Selover, English-language edition ed. Washington [u.a.] Hemisphere Publ. Corp. [u.a.], 1988. - XVIII (National standard reference data service of the USSR ; 10) Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Edelgas Kategorie:Periode-5-Element Kategorie:Anästhesie ja:キセノン ms:Xenon simple:Xenon

Elektrisches Feld

Das elektrische Feld ist eine Eigenschaft des Raumes, die jedem Raumpunkt die richtungsabhängige Größe der elektrischen Feldstärke E zuordnet. Diese ist folgendermaßen definiert: Wird im Raum an einem Punkt r = (x,y,z) eine Probeladung der Größe q platziert, so ist die Feldstärke an diesem Ort genau dann E, wenn auf die Probeladung die Kraft F = E\cdotq wirkt. Die Einheit von E in SI-Einheiten ist demnach gegeben durch Newton/Coulomb = N/C, dies ist äquivalent zu Volt pro Meter, V/m. Das elektrische Feld ist ein Vektorfeld, d.h. an jedem Raumpunkt ist es vollständig durch die Größe und die Richtung des Vektors der elektrischen Feldstärke beschrieben. Elektrische Felder entstehen z.B. durch das Vorhandensein von elektrischen Ladungen im Raum oder bei der Fortpflanzung von Licht oder anderen elektromagnetischen Wellen. Das elektrische Feld in allgemeiner Form ist sowohl orts- als auch zeitabhängig, E = E(r,t). Es ist über die Maxwellschen Gleichungen und die spezielle Relativitätstheorie eng mit dem magnetischen Feld verknüpft. In der speziellen Relativitätstheorie werden seine Vektorkomponenten daher untrennbar mit denen des magnetischen Feldes zu einem Tensor zusammengefasst. Je nachdem in welchem Bezugssystem man sich als Beobachter befindet (d.h. in welcher relativen Bewegung zu eventuell vorhandenen Raumladungen), wird so über die Lorentztransformation das elektrische Feld in ein magnetisches transformiert und umgekehrt. Aufgrund der engen Beziehung zwischen elektrischem und magnetischem Feld fasst man beide in der Elektrodynamik zum elektromagnetischen Feld zusammen. Siehe auch: Feld (Physik), Elektrostatik, Elektrodynamik Kategorie:Theoretische Physik Kategorie:Elektrodynamik Kategorie:Elektrotechnik ja:電場 ko:전기장 th:สนามไฟฟ้า

Lorentzkraft

Die Lorentzkraft (nach Hendrik Antoon Lorentz) ist die Kraft, die auf elektrische Ladungen in elektromagnetischen Feldern wirkt. Häufig wird auch nur der vom Magnetfeld verursachte Teil der Kraft als Lorentzkraft bezeichnet. Sie beträgt: :\vec F=q(\vec E + \vec v \times \vec B)
- \vec F Kraft
- q Elektrische Ladung
- \vec E Elektrisches Feld
- \vec v Geschwindigkeit der Ladung
- \vec B Magnetische Induktion
- \times Vektorielles Kreuzprodukt

Lorentzkraft auf eine bewegte Ladung in Abwesenheit eines elektrischen Feldes

Die vom Magnetfeld verursachte Lorentzkraft ist sowohl zu den magnetischen Feldlinien als auch zur Bewegungsrichtung senkrecht und lenkt die betroffene Ladung ab, ohne den Betrag ihrer Geschwindigkeit zu verändern. Wenn sich ein geladenes, frei bewegliches Teilchen senkrecht zum Magnetfeld bewegt, lässt sich der Betrag der Lorentzkraft besonders einfach berechnen: Ist B die magnetische Flussdichte, Q die elektrische Ladung des Teilchens und v seine Geschwindigkeit, so gilt: :F = |q| \cdot v \cdot B Wenn die Bewegung des Teilchens nicht senkrecht zu den magnetischen Feldlinien erfolgt, benötigt man zur Berechnung des Kraftvektors das Kreuzprodukt (Vektorprodukt): :\vec F = q \cdot \vec v \times \vec B Hier muss bei der Ladung q das Vorzeichen berücksichtigt werden; ist q negativ, so hat die Lorentzkraft die umgekehrte Richtung wie bei einer positiven Ladung. Die entsprechende Betragsgleichung (mit \alpha als Winkel zwischen \vec v und \vec B) lautet: :F = |q| \cdot v \cdot B \cdot \sin \alpha Winkel Die Lorentzkraft ist senkrecht zum Magnetfeld und zur Bewegungsrichtung gerichtet. Nun gibt es aber zwei entgegengesetzte Richtungen (Orientierungen), die diese Bedingung erfüllen. Zur Entscheidung, welche dieser beiden Richtungen korrekt ist, kann man die Rechte-Hand-Regel heranziehen. Wie oben bereits gesagt, ist jedoch das Vorzeichen der Ladung zu beachten. Falls die bewegte Ladung negativ sein sollte, was in den meisten Praxisfällen zutrifft (z.B. Stromfluss in metallischen Leitern, Elektronenstrahl in Bildröhren, Elektronenmikroskop), muss man die linke Hand zur Bestimmung der korrekten Richtung der Lorentzkraft verwenden.

Lorentzkraft auf einen stromdurchflossenen Leiter

Ein elektrischer Strom in einem Leiter besteht aus bewegten elektrischen Ladungen. Befindet sich der Leiter in einem Magnetfeld, so wird auf ihn daher eine Kraft ausgeübt. Hat der Leiter die Länge l und fließt in ihm ein Strom der Stromstärke I, so erhält man im speziellen Fall eines Leiters, der senkrecht zum Magnetfeld verläuft, die Formel :F = I \cdot l \cdot B. Das Enthalten der Länge l und der Stromstärke I in der Formel lässt sich relativ gut begründen: Die Lorentz-Kraft wirkt nur auf bewegte Elektronen. Maßgebend ist dabei nicht die Geschwindigkeit der Elektronen sondern wie viele Elektronen pro Zeiteinheit an einem bestimmten Punkt vorbeikommen. Also kommt es auf die Stromstärke I und nicht auf den Querschnitt des Leiters an. Wenn man die Länge l bei gleicher Stromstärke I verdoppelt, so sind auch doppelt so viele Elektronen dem Magnetfeld ausgesetzt und somit ist die Lorentzkraft doppelt so groß. (Vorausgesetzt das Magnetfeld B ist auf der ganzen Länge hinreichend homogen.) Zur Begründung setzt man Q = I \cdot t und v = \frac in die oben genannte Formel für F ein. Allgemeiner gilt :F = I \cdot l \cdot B \cdot \sin\alpha, wobei \alpha für den Winkel zwischen Leiter und Magnetfeld steht. :bild:Lorentzkraft.PNG

Theorie der Lorentzkraft

Die Lorentzkraft kann als Axiom aufgefasst oder aus der Lagrangeschen Formulierung der Elektrodynamik hergeleitet werden. Das elektromagnetische Feld ist durch das Viererpotential :A^\mu = (\Phi, \vec) gegeben. Für die Lagrangefunktion eines geladenes Teilchen mit Ladung q und Masse m gilt :\gamma L = -mc^2 + \fracA_\mu v^\mu \Rightarrow L = -mc^2/\gamma - q\Phi + \vec\cdot\vec Hierbei ist die Vierergeschwindigkeit gegeben durch die Ableitung der Koordinaten x^\mu nach der Eigenzeit \tau: : v^\mu = \frac = \gamma(c,\vec) mit dem Zusammenhang zwischen Eigenzeit und Zeit im Inertialsystems des Beobachters \gamma = \frac = \frac mit \beta = v/c . Das Prinzip von Hamilton verlangt die Stationarität der Wirkung : S = \int L dt und das führt auf die Euler-Lagrange-Gleichungen : \frac\frac - \frac = 0 Einsetzen unserer Lagrangefunktion für ein geladenes Teilchen im EM-Feld liefert die Bewegungsgleichung : \frac = q(\vec+\frac \vec\times\vec) Hierbei sind die Felder durch : \vec = -\frac\frac - \nabla \Phi : \vec = \nabla\times\vec definiert und der Impuls lautet \vec = m\gamma\vec

Beispiele

Technisch angewendet wird die Lorentzkraft
- im Elektromotor bzw. -generator
- im Ablenkmagnet zur Fokussierung von Elektronenstrahlen (z. B. in der Kathodenstrahlröhre und im Synchrotron)
- im Wienfilter
- im Hallsensor (siehe auch Hall-Effekt) und Drehspulmesswerk
- im Sektorfeldmassenspektrometer Auch die Ablenkung des Sonnenwinds durch die Magnetfelder der Erde und anderer Planeten ist auf die Lorentzkraft zurückzuführen.

Weblinks


- [http://www.walter-fendt.de/ph14d/lorentzkraft.htm Java-Applet zum Experimentieren mit der Lorentzkraft]
- [http://lectureonline.cl.msu.edu/~mmp/kap21/cd533capp.htm Ein weiteres Modell, bei dem q, v und B variiert werden können]
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph10/materialseiten/m10_lorentzkraft.htm Versuche und Aufgaben zur Lorentzkraft]
- [http://www.activeart.de/dim-shops/training/quiz/EF0189Q Quiz zur Lorentzkraft] (mit interaktiv bedienbarer Darstellung der Leiterschaukel) Siehe auch: Induktionsgesetz - das ist quasi der umgekehrte Weg (Erzeugung von Strom durch Bewegung von Leitern in einem Magnetfeld). Kategorie:Theoretische Elektrotechnik Kategorie:Magnetismus ja:ローレンツ力

Diffusion

Diffusion (v. lat.: diffundere = ausgießen, verstreuen, ausbreiten; PPP diffusum) ist die Bewegung von kleinsten Teilchen, insbesondere von Atomen oder Molekülen, aufgrund der Energie, die diese bei genügend großen Temperaturen haben. In Flüssigkeiten und Gasen wechseln sie ständig den Ort, in Festkörpern erfolgen gelegentliche Ortswechsel. Unter Diffusion im engeren Sinne versteht man den Ausgleich von Konzentrationsunterschieden bis hin zum selbständigen Durchmischen, der durch diese Bewegung entsteht. Im weiteren Sinne versteht man jede thermische Fortbewegung und jeden damit verbundenen Transport als Diffusion, auch wenn dieser zum Entmischen führen kann. Der Stoffaustausch geschieht dabei vom Ort der höheren zum Ort der niedrigeren Konzentration. In Flüssigkeiten und Gasen nennt man die Diffusion auch Brownsche Molekularbewegung. Sie kann auch durch eine poröse Wand oder Membran hindurch erfolgen. Im Falle einer semipermeablen Membran kann die konzentrationsausgleichende Wirkung der Diffusion zu einem Druck führen, siehe Osmose. Die Diffusion bei einer bestimmten Temperatur erfolgt ohne weitere Energiezufuhr und ist in diesem Sinne passiv; vor allem in der Biologie wird die Diffusion vom aktivem Transport unterschieden. Die einzelnen Teilchen bewegen sich hin und her und vor und zurück, ein einzelner, momentaner Diffusionsschritt ist also ungerichtet. Auf den ersten Blick ist die Bewegung also zufällig, bei genauerer Betrachtung über einen längeren Zeitraum bzw. über viele Teilchen gemittelt kann sich dennoch ein Transport in eine bestimmte Richtung ergeben, z.B. wenn ein Sprung in eine bestimmte Richtung eine - vielleicht nur geringfügig - größere Wahrscheinlichkeit hat. So entsteht ein Nettofluss an Teilchen aufgrund eines Konzentrationsgefälles bis sich ein stationärer Zustand, das Gleichgewicht, einstellt. Zumeist ist der Gleichgewichtszustand die Gleichverteilung, bei der die Konzentration aller Teilchen an jedem Punkt im Raum gleich hoch ist. Sind in einem Raum Teilchen oder Energie ungleichmäßig verteilt, dann führt die Diffusion in diesem Fall mit der Zeit zu einer statistisch gleichmäßigen Verteilung, also einem Konzentrationsausgleich.

Veranschaulichung

Ein einfach nachvollziehbares Experiment zur Veranschaulichung der Ausbreitung durch Diffusion, ist die allmähliche Einfärbung eines Glases lauwarmen Wassers, wenn man einen Hagebuttenteebeutel hineinhängt, das Wasser aber nicht umrührt oder den Behälter schüttelt. Ein anderes "Experiment" ist das Öffnen einer Sprudelflasche, bei dem in der wässrigen Lösung Gasblasen aufsteigen. Hier erfolgt die Diffusion so, dass sich das Konzentrationsgefälle verstärkt, schließlich entmischen sich Kohlendioxid und Lösung.

Physikalische Grundlagen

Diffusion gelöster Teilchen

Ein Ausgleichsprozess führt immer zum thermodynamischen Gleichgewicht hin. Das treibende Potenzial für den Ausgleichsprozess ist die Entropiezunahme. Bei festgelegtem Druck und festgelegter Temperatur ist daher der Gradient des chemischen Potenzials µ das treibende Potenzial des Stoffstroms. Der Fluss ergibt sich somit zu: :J = - D \left(\frac\right)_ Hieraus ergeben sich die Gesetze der Maxwell-Stefan-Diffusion. Die Maxwell-Stefan-Diffusion ist das heute vorrangig eingesetzte Modell zur Beschreibung von Stofftransporten. Für einfache Anwendungsfälle kann anstelle des chemischen Potenzials die Konzentration c verwendet werden. Diese ist einfacher zugänglich als das Chemische Potenzial eines Stoffes. Mit dieser Vereinfachung ergeben sich aus der Maxwell-Stefan Diffusion die Fickschen Gesetze. Problematisch wird der Übergang auf die Konzentration bei sehr geringen Konzentrationen, denn das chemische Potenzial ist logarithmisch von der Konzentration abhängig.

1. Ficksches Gesetz

:J = - D \frac Die Teilchenstromdichte (Flux) J (\mathrm) ist proportional zum Diffusionskoeffizienten D (\mathrm) und dem Konzentrationsgradienten \frac. Es macht eine quantitative Aussage über die (im statistischen Mittel) gerichtete Bewegung von Teilchen, d.h. wieviel Teilchen einer Stoffmenge sich pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit, die senkrecht zur Diffusionsrichtung liegt, netto bewegen.

2. Ficksches Gesetz (Diffusionsgleichung)

Mit Hilfe der Kontinuitätsgleichung :\frac=-\frac ergibt sich bei konstantem D die Diffusionsgleichung :\frac = D \frac Sie stellt eine Beziehung zwischen zeitlichen und örtlichen Konzentrationsunterschieden dar. Es eignet sich somit zur Darstellung instationärer Diffusion, im Gegensatz zum 1. Fickschen Gesetz, das einen zeitlich konstanten Diffusionsfluss beschreibt.

Diffusionsgeschwindigkeit von Gasen

thumb Die Diffusionsgeschwindigkeit von Gasen ist von der Molmasse dieser Gase abhängig: Gase mit geringer Molmasse breiten sich schneller aus als solche, die eine größere Molmasse haben. Auf mikroskopischer Ebene wird die Diffusion durch die Brown'sche Molekularbewegung bewirkt.

Diffusion in kristallinen Festkörpern

Die Diffusion in Kristallen erfolgt zumeist über Leerstellen, also über nicht mit Atomen besetzte Plätze des Kristallgitters. Dass die Selbstdiffusion über Leerstellen erfolgen muss und nicht mittels direktem Platztausch oder über einen Ringtausch wurde zuerst von Kirkendall mit dem nach ihm benannten Effekt nachgewiesen.

Fokker-Planck-Gleichung

Eine zusätzliche Kraft durch ein vorhandenes Potenzial führt dazu, dass die Gleichverteilung nicht mehr dem stationären Zustand entspricht. Die Theorie dazu liefert die Fokker-Planck-Gleichung.

Anwendungen

Siehe auch: Diffusionspumpe, Diffusionsnebelkammer, Diffusionsplattentest (Diffusionstest), Diffusionsregulation, Diffusionskühlschrank

Lebensmitteltechnik

Industriell wird die Diffusion in der Zuckerfabrikation genutzt.

Halbleitertechnik

In sog. Diffusionsöfen werden bei hohen Temperaturen (450°C - 1200°C) Dotanten (z. B. Bor, Phosphor, Arsen, Antimon, Gold) in das Halbleitermaterial eingebracht um dort gezielt die elektrische Leitfähigkeit oder mechanische Eigenschaften für Bauelemente der Mikrosystemtechnik zu beeinflussen.

Technische Chemie

Die Diffusion spielt in der Technischen Chemie eine Zentrale Rolle. Wichtig ist hier unter anderem die sog. Stoffbilanzgleichung, die die Diffusion mit der Konvektion und der chemischen Reaktion koppelt. Sie lautet für den Fall, daß die Reaktionsgeschwindigkeit nur von einer Komponente abhängt:
\frac = D \frac - v \frac - k c^n
mit k = Geschwindigkeitskonstante der Chem. Reaktion und n = Reaktionsordnung
Typische Anwendungen sind Reaktor- und Katalysatordesign. Siehe auch: Makrokinetik, Hatta-Zahl, Thiele-Modul

Diffusion in der Betriebswirtschaftslehre und Geografie

Die Diffusion ist neben der Adoption ein Konzept der Diffusionstheorie innerhalb der Betriebswirtschaftlehre. Unter Diffusion wird dabei der Prozess der Kommunikation einer Innovation, über bestimmte Kommunikationskanäle, im Zeitverlauf und unter den Mitgliedern eines sozialen Systems verstanden (siehe auch Diffusionsforschung).

Falsche Diffusion in der Akustik

Das Wort "Diffusion" wird in der Akustik aus dem Englischen häufig falsch direkt mit Diffusion "übersetzt". In diesem Sinne gibt es in der Raumakustik im Deutschen dieses Wort nicht. Das richtige Wort heißt "Diffusität".

Siehe auch


- Konvektion
- Poisson-Gleichung
- Wärmeleitungsgleichung
- Diffusität
- Reaktions-Diffusionsgleichung
- Gleichverteilung

Weblinks


- [http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw1_ge/kap_6/backbone/r6_2_2.html Die Fickschen Diffusionsgesetze]
- [http://www.eurodiffusie.nl/ Projekt zur Untersuchung der Diffusion der Euromünzen] (niederländisch) Kategorie:statistische Physik Kategorie:Physikalische Chemie Kategorie:Biochemie ja:拡散

Triebwerk

Triebwerk ist
- die ursprüngliche Bezeichnung (im Gegensatz zum Laufwerk) für die Gesamtheit der Antriebselemente einer Dampflokomotive, siehe Triebwerk (Dampflokomotive)
- die heute gängige Bezeichnung für Raketentriebwerke und Strahltriebwerke in der Luftfahrt.
- im Jargon von Auto-Werbeanzeigen und -fachzeitschriften die Bezeichnung für Automotoren, da "Triebwerk" in der Technik ein allgemeiner Begriff für eine Kraftmaschine ist.
- die Bezeichnung für Motoren, die sich mit dem Getriebe in einem Block befinden. (z.B.NSU Prinz)
- im militärischen Bereich der Antriebsblock aus Motor und Getriebe bei Panzern Kategorie:Technik

Schub

Schub bezeichnet die Vortriebskraft eines Triebwerks, angegeben in Newton als SI basierte Einheit. Speziell in englischsprachigen Ländern bzw. Dokumentationen findet sich hingegen sehr häufig die Einheit lbs bzw. lbf als Abkürzung für Kraft (Force) in Pfund. Speziell in älterer Literatur findet sich auch noch die Angabe in Kilo-Pond. Dem Schub entgegen wirkt der Luftwiderstand, der mit wachsender Geschwindigkeit zunimmt. Da Propellertriebwerke eine von der Geschwindigkeit relativ unabhängige Leistung abgeben, nimmt deren Schub mit zunehmender Geschwindigkeit ab. Für Propellertriebwerke wird daher ihre Leistung angegeben. Auf dem Weg zu höheren Geschwindigkeiten wurden die nach dem Rückstoßprinzip arbeitenden Strahltriebwerke entwickelt, deren Schub über den Geschwindigkeitsbereich relativ konstant bleibt, die abgegebene Leistung also mit zunehmender Geschwindigkeit ansteigt. Es ist daher sinnvoll, für den Vergleich von Strahltriebwerken den Schub als Kenngröße anzugeben. 110 Tonnen Schub, ungefähr entsprechend einer Kraft von 1100 Kilo-Newton (kN), bedeuten beispielsweise (soviel bringen die vier Triebwerke einer Boeing 747 auf), dass die Triebwerke einen Druck von 1100 kN auf das Flugzeug ausüben. Das kann man sich so vorstellen, als ob an einer Schnur diese 110.000 Kilogramm hingen und über eine Umlenkrolle mit dem Flugzeug verbunden wären. Würde man diese 110 Tonnen fallen lassen, zögen sie mit ihrem Gewicht und der Erdbeschleunigung das Flugzeug nach vorne. Obiges Beispiel ist basierend auf einer Boeing 747-400 mit GE CF6-80C2B5F Triebwerken, von denen jedes einzelne Triebwerk einen Maximalschub von ca. 62.100 lbf bzw. 276 kN während der Take-Off-Phase erzeugt. Um diese Schubkraft (Leistung) zu erreichen, werden in jedem Triebwerk ca. 3 Liter Kerosin pro Sekunde verbrannt. Den Nachweis, dass ein Triebwerk diesen Schub auch tatsächlich erzeugt, wird nach Produktion oder Reparatur auf einem Teststand demonstriert und zertifiziert. Ein Senkrechtstarter kann auch dann erst senkrecht abheben, wenn der Schub größer als das Gewicht des Flugzeugs ist. Bei einem 17 Tonnen schweren Hawker Siddeley Harrier z.B. reichen die 200 KN aus seinem Triebwerk aus, um ihn einfach hochzudrücken. Das leistungsstärkste Zivil-Triebwerke, das je gebaut wurde, ist das General Electric Triebwerk Typ GE90-115B mit 519 kN. Bei Testläufen erreichte es eine max. Schubkraft von 589 kN. Es wird für die Boeing 777-300ER verwendet. Der Antrieb für den neuen Super-Airbus A380 besteht aus vier Triebwerken. Sie liefern jeweils bis zu 380 kN Schubkraft - das entspricht vier Mal 100.000 PS. 2006 sollen die ersten Exemplare abheben, einige davon mit Triebwerken von Rolls-Royce. Bei Großprojekten in der Luftfahrt entscheidet aber nicht der Flugzeugbauer, welche Maschine er für den Antrieb wählt, sondern der Kunde. Neben den Trent 900-Antrieben von Rolls-Royce, mit denen die Lufthansa den Riesenjet ordert, kommen auch Triebwerke der Konkurrenz zum Einsatz. Air France zum Beispiel bestellt das Antriebsaggregat GP-7000, das der US-amerikanische Marktführer General Electric in einem Joint Venture mit dem auf Militärjets spezialisierten Konzern Pratt & Whitney entwickelt hat.

Physikalische Grundlagen für den Schub am Strahltriebwerk

Der Schub entsteht dadurch, dass dem eingesaugten Luftstrahl kinetische Energie zugeführt wird. Wenn der Druckverlust, der durch die Schubdüse entsteht vernachlässigt werden kann, nennt man die Düse angepasst. Für den Netto-Schub eines Triebwerkes gilt dann: F_ = \dot m_\cdot c_- \dot m_ \cdot c_ wobei sich der Massenstrom deswegen verändert, weil beispielsweise Treibstoff zugeführt wird, oder der Luftstrom in einen Haupt- und Nebenstrom geteilt wird; c steht für die Geschwindigkeit des Luftstroms. Da die Triebwerksgondel einen Luftwiderstand D erzeugt (Der Luftwiderstand des Flugzeuges kann vernachlässigt werden), muss dieser vom Nettoschub abgezogen werden. Das bedeutet, dass zwei Flugzeuge unterschiedlichen Schub haben können, obwohl sie mit den gleichen Triebwerken ausgestattet sind (z.B. A350 und Boeing 787). Es gilt also F = F_ - D Da Luft aber dünner wird, je höher man fliegt, nimmt auch der Massenstrom mit zunehmender Höhe ab. Man definiert also einen Triebwerksschub bei ISA-Bedingungen und sagt dann F = F_ \cdot \left( \frac \right)^ wobei die Luftdichte beispielsweise duch die Barometrische Höhenformel abgeschätzt werden kann. Kategorie:Luftfahrttechnik

Postkarte

Postkarten sind Karten, um relativ kurze Mitteilungen, Nachrichten, Grüße usw. per Post zu verschicken. Obwohl der Inhalt der Postkarte für jedermann sichtbar ist, gilt auch für sie das Briefgeheimnis. Postkarten mit eingedrucktem Postwertzeichen nennt man Ganzsachen. In der Philatelie sind sie ein eigenständiges Sammelgebiet. Die heutige Normgröße für Postkarten ist DIN A6.

Geschichte

Der Geheime Postrat Heinrich von Stephan schlug 1865 bei der 5. Weltpostkonferenz in Karlsruhe vor, ein Postblatt ohne Wertstempeleindruck zuzulassen. Sein Vorschlag wurde aber nicht verwirklicht, da die Mehrheit der Verantwortlichen Personen die Ansicht vertrat, ein offenes Absenden von Mitteilungen sei unmoralisch und beleidigend. Ende 1869 erschien dann in Österreich die von Prof. Dr. Emanuel Herrmann entwickelte Correspondenzkarte mit eingedruckter Briefmarke. Ähnlich einem Telegramm, sollte die Anzahl der Worte, bei den ersten Vorschlägen, auf 20 begrenzt sein und durch eine geringe Gebühr gefördert werden. Die Rückseite der 8,5 x 12 cm großen Correspondenzkarte konnte jedoch bei Erscheinen der Karten frei beschrieben werden. Württemberg folgte diesem Beispiel 1870, während sonst in Deutschland zunächst nur Formulare ausgegeben wurden, die mit Briefmarken freizumachen waren. Der Name dieser Formulare, deren Maße leicht verändert wurden, war ebenfalls Correspondenzkarte. Insbesondere im Deutsch-Französischen Krieg 1870/71 erlangten solche Karten im Feldpostverkehr eine große Bedeutung. Da die Karten oft Landschaftsaufnahmen der eroberten Gebiete zeigten, können diese Karten als die Geburt der Ansichtskarten angesehen werden. Die Bezeichnung Postkarte wurde im Jahre 1872 als Kabinett-Postkarten eingeführt. Auf diesen Karten wurden erstmals von Firmen Photos auf Karton zu Versandzwecken aufgezogen. 1873 erschienen die ersten Postkarten mit eingedruckten Postwertzeichen im Königreich Bayern und im Deutschen Reich. Zur Jahrhundertwende setzte sich die Ansichtskarte im großen Stil durch, in vielen Tabak und Schreibwarenläden waren Ansichtskarten zu kaufen, die vorwiegend von Berliner, Leipziger und Hannoverschen Verlagen kamen. 1905 wurde durch die Post eine halbe Milliarde Kartensendungen gezählt. Nach und nach gingen die Kartenschreiber auch dazu über, nicht mehr auf die Bildseite zu schreiben, sondern begnügten sich mit der Rückseite, auf der auch die Adresse zu lesen war.

Weitere Formen der Postkarte

Ansichtskarte

Milliarde] Die Rückseite der Postkarte ist mit einem oder mehreren Fotos eines (Urlaubs-)Ortes bedruckt. Auf der Vorderseite ist noch Platz für einige wenige Sätze an den Empfänger. Die Ansichtskarte wurde 1877 von dem Löbauer Fotografen Alphons Adolph erfunden.

Antwortkarte

1872 erschienen die ersten Postkarten mit anhängender Antwortkarte, die später auch mit eingedrucktem Postwertzeichen verkauft wurden. Dadurch bezahlte der Absender bereits das Porto für die Antwort durch den Empfänger. Verwendung: Der erste Absender beschreibt den Frageteil und schickt die Doppelkarte an den Empfänger. Dieser entfernt den Frageteil und schickt nur den Antwortteil zurück. Ungebrauchte Antwortkarten sind immer zusammenhängende Doppelkarten, bestehend aus je einem Frage- und Antwortteil. Das Format einer ganzen Antwortkarte entspricht zweimal der Größe einer normalen Postkarte. Diese war auf das Format einer einfachen Postkarte zusammengeklappt. Verwendung: Der erste Absender beschreibt den Frageteil und schickt die Doppelkarte an den Empfänger. Dieser entfernt den Frageteil und schickt den Antwortteil zurück. Sowohl der Frage- wie Antwortteil ist mit einem portogerechten Wertstempel versehen. Im Jahre 1992 verfügte die Generaldirektion Postdienst die Einstellung der Aufträge für Antwortkarten. Die Restbestände wurden aufgebraucht. Zusammenhängende Antwortkarten hin und zurück gebraucht waren zwar nicht erlaubt, können aber vorkommen. Antwortkarten, die für den Verkehr ins Ausland bestimmt waren, haben im Anschriftteil weder Postleitzahlkreise noch Leitvermerke (Straße, Haus-Nr. usw.).

Bildpostkarte

Die Deutsche Reichspost führte 1925 unter federführender Mitwirkung der Gesellschaft für Postreklame als Tochter der damaligen Reichspost so genannte Bildpostkarten ein. Diese sollten der Förderung des Fremdenverkehrs dienen. Gemeindeverwaltungen bzw. die örtlichen Verkehrsvereine konnten Bildpostkarten für ihre Stadt/ihren Ort beantragen. Ursprünglich verwendete man Zeichnungen von Ortsansichten, später dann auch Fotos, die in der linken Hälfte der Anschriftenseiten oben zu finden sind. Die auftraggebende Gemeinde durfte bestimmen, in welchen Regionen die Karten in von ihr zu bestimmenden Quoten verkauft werden sollten. Bis in die späten 1970er Jahre war der Verkauf in der Gemeinde selber aus Rücksicht auf den Ansichtskartenverkauf des örtlichen Schreibwarenhandels nicht erlaubt.

Gezähnte Postkarte

Ab 1. Juni 1913 lieferte die Reichsdruckerei Postkarten der Dauerserie zunächst in Streifen, dann auch im Bogen. Die Schreibmaschine verbreitete sich immer mehr und die Streifen erlaubten ein rationelles Beschreiben nacheinander. Bald wurden auch Antwortkarten im Bogen gezähnt (1924). Bayern (1912!) und Württemberg (1913) verkauften ebenfalls gezähnte Postkarten. Wenngleich die Mindestabnahme mit 1.000 Stück festgelegt wurde, gab es keinen Aufschlag, die Karten wurden zum eingedruckten Wertzeichenpreis verkauft und am Schalter des lokalen Postamtes ausgeliefert.

Weltpostkarte

Durch den Berner Postvereinsvertrag vom 1. Juli 1875 wurde die Postkarte auch für den internationalen Verkehr zugelassen. Vie für den Verkehr ins das Ausland gedachten Karten mit entsprechender Wertstufe – Weltpostkarte genannt – wiederholen in der Regel Texte in französischer Sprache (= Amtssprache des Weltpostvereines); z.B. „Postkarte mit Antwort – Carte postale avec réponse payée“. Bei den Weltpostkarte mit anhängender Antwortkarte war ebenfalls nur der Antwortteil allein abzusenden, doch auch hier bestätigen Ausnahmen die Regel. Das eingedruckte Postwertzeichen wurde also vom Annahmepostamt im Ausland mit dem dort verwendeten Tagesstempel entwertet. Häufig sind Weltpostkarten-Antwortteile mit zusätzlicher Briefmarkenfrankatur zu finden, die nicht immer erforderlich war. Vielmehr glaubten Empfänger im Ausland einfach nicht, dass z.B. das mit einem deutschen Postwertzeichen bedruckte Antwortteil ohne Entrichtung des Portos zurückgesandt werden konnte. Hingegen gibt es aber auch Zusatzfrankaturen wegen Portoerhöhung, Sonderbehandlung (Luftpost, Einschreiben etc.). Der Verkehr von Weltpostkarten mit anhängender Antwortkarte wurde entsprechend einem Beschluss der Konferenz des Weltpostvereins in Tokio ab 1. Juli 1971 weltweit eingestellt.

E-Card

Die elektronische Postkarte oder kurz E-Card ist das Internet-Pendant zur realen Postkarte.

Weblinks


- [http://ansichtskarten-lexikon.de freies Ansichtskarten Lexikon]
- [http://ansichtskarten-sammeln.de www.ansichtskarten-sammeln.de] eine Seite für Ansichtkartensammler
- [http://www.goethezeitportal.de/index.php?id=777 Postkarten zu Goethe, der Literatur und Kunst der Goethezeit] Goethe im Bild, Illustrationen, Faust und Gretchen, Mignon u.v.m.
- [http://www.goethezeitportal.de/index.php?id=1732 Goethe-Denkmäler und Goethe-Erinnerungsorte auf Postkarten] Kategorie:Postwesen Kategorie:Philatelie Kategorie:Alltagskultur ja:はがき th:ไปรษณียบัตร

Hand

Die Hand (med./lat.: manus) ist das Greifwerkzeug der oberen Extremitäten (Arme) des Menschen. Gemeinsam mit der Hand der meisten Primaten ist sie durch den opponierbaren Daumen ausgezeichnet. Bei den Tieren wird zumeist der Begriff "Vorderfuß" verwendet.

Aufbau

Die Hand besteht aus
- der Handwurzel (Carpus) mit den beim Menschen 8 Handwurzelknochen (Kahnbein, Mondbein, Kopfbein, Großes Vieleckbein, Kleines Vieleckbein, Dreieckbein, Erbsenbein, Hakenbein),
- der Mittelhand (Metacarpus) mit den bis zu 5 Mittelhandknochen und
- den beim Menschen 5 Fingern (Digiti manus) mit 14 Fingerknochen (zwei für den Daumen und je drei für die anderen vier Finger)
- sowie aus einem komplexen Satz von Muskeln, Sehnen und Nerven wie auch der diese bedeckenden Haut mit ihren Sonderbildungen und Rezeptoren (freie Nervenendigungen, Merkel-Zellen u.a.) Die Anzahl der jeweiligen Knochen variiert innerhalb der Wirbeltiere.

Weitere Aspekte

Die Entwicklung der Hand zu einem komplexen Tast- und Greiforgan war eine wesentliche Voraussetzung für die Menschwerdung, wie die Anthropologie nachweisen konnte, sich aber auch an der Größe der zuordenbaren Hirnareale zeigt. Zudem wird die Wertigkeit der Hand in der deutschen Sprache mit Begriffen wie Handeln, Handhaben, Be-griff u.a.m. betont. Für Kreationisten ist die wunderbare Komplexität, Flexibilität und Harmonie der menschlichen Hand ein Argument für eine gezielte Schöpfung Gottes gemäß dem biblischen Schöpfungsbericht.

Siehe auch

Handchirurgie - Händedesinfektion - Handlesen

Weblinks


- [http://www.quarks.de/dyn/7340.phtml Neueste Forschungsergebnisse über die menschliche Hand] (Dokumentation von Quarks & Co.) Kategorie:Knochen Kategorie:Anatomie ja:手 simple:Hand

Gewichtskraft

Ein Gewicht kann ein Gegenstand sein, der durch seine Masse eine bestimmte Aufgabe erfüllt (Gegengewicht, Briefbeschwerer, Wiegegewicht, …), oder: Das Gewicht (oder besser die Gewichtskraft) eines Objekts ergibt sich in der Physik aus seiner Gravitationsanziehung, die durch die Schwerebeschleunigung gemessen wird. Gemessen wird das Gewicht in der Einheit Newton (N), also der Einheit der Kraft. Die Gewichtskraft \vec G eines Objektes berechnet sich als Produkt seiner schweren Masse m mit der am Ort herrschenden, zum Erdmittelpunkt gerichteten Schwerebeschleunigung \vec g:
\vec G=m\cdot \vec g. Da auf der Erde der Betrag der Schwerebeschleunigung g an jedem Ort (fast¹) identisch ist, wird umgangssprachlich die Masse eines Körpers oft fälschlicherweise als sein Gewicht bezeichnet. Um diesen – im Alltag harmlosen – Widerspruch zu beseitigen, wurde 1960 im SI-System die alte Krafteinheit Kilopond durch das Newton ersetzt (1 kp = 9,80665 N). Obwohl viele Waagen (z. B. Federwaagen) genaugenommen gar nicht die Masse eines Körpers, sondern seine Gewichtskraft messen, sind sie aber dennoch nach (Kilo)gramm skaliert. Dies ist aber gerechtfertigt, weil die Schwerebeschleunigung an allen Orten auf der Erde (fast) konstant und bekannt ist. Somit „rechnet“ eine Federwaage das gemessene Gewicht intern in die angezeigte Masse um. Die Schwerebeschleunigung beispielsweise auf dem Mond ist geringer (1/6 der Erdbeschleunigung: 1/6
- 9,81 m/s² = 1,65 m/s²) als auf der Erde. Dies bedeutet, dass ein Körper, der zuvor auf der Erde gewogen wurde, auf dem Mond zwar nach wie vor dieselbe Masse hat, seine Gewichtskraft jedoch dort geringer ist. Während die Masse eines Körpers (gemessen in Gramm oder Kilogramm) also unabhängig vom Aufenthaltsort immer konstant ist, variiert sein Gewicht (seine Gewichtskraft, gemessen in Newton) je nach seiner Position. So hat zum Beispiel ein 100 kg schwerer Körper auch auf dem Mond die Masse 100 kg, und auch im Bereich der Schwerelosigkeit im Weltraum abseits von Himmelskörpern besitzt dieser Körper die Masse 100 kg. Dagegen beträgt das Gewicht dieses Körpers auf der Erde zwischen ca. 978 und 983 N, je nach Aufenthaltsort, auf dem Mond lediglich ungefähr ein 1/6 der Gewichtskraft auf der Erde und in der Schwerelosigkeit ist das Gewicht in Newton gleich Null. ¹) Die Schwerkraft ändert sich tatsächlich im Erdschwerefeld um bis zu 0,5 % (am Äquator im Mittel 9,7803 m/s², an den Polen 9,8322 m/s², dazu noch der Vertikalgradient von -0,00305 m/s² pro km).

Siehe auch


- Geschichte von Maßen und Gewichten
- Druck
- Federwaage
- Kilogramm
- Waage

Weblinks


- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph08/m10_masse-gew-g.htm Versuche und Aufgaben zum Gewicht (bzw. zur Masse)] Kategorie:Physik ja:重さ ms:Berat

SMART-1

SMART-1 (Small Missions for Advanced Research in Technology - deutsch: Kleine Missionen für fortgeschrittene Technologiestudien) ist die erste Raumsonde der ESA, die den Erdmond zum Ziel hat. Mit ihr soll ein neuartiger, solarelektrisch betriebener Ionenantrieb und neue Navigations- und Kommunikationstechniken getestet werden. Nachdem sie den Mond erreicht hat, soll sie etwa 30 Monate lang aus der Umlaufbahn vor allem die chemische Zusammensetzung untersuchen, um die Entstehung des Erdtrabanten vor ca. 4,5 Milliarden Jahren zu klären. Smart-1 startete am 28. September 2003 um 01:14 Uhr CEST vom Weltraumbahnhof Kourou im südamerikanischen Französisch-Guayana an Bord einer Trägerrakete vom Typ Ariane 5 zunächst in eine Erdumlaufbahn auf etwa 4800 Kilometer Höhe. Das dauerte etwa 42 Minuten. Neben SMART-1 waren auch zwei Nachrichtensatelliten, der indische INSAT-3E und der e-Bird der Firma Eutelsat, als Hauptnutzlast mit an Bord der Rakete. Ursprünglich sollte sie sich bis März 2005 in einer spiralförmigen Bahn zum Mond "schrauben". Da aber der Ionenantrieb besser funktionierte als von den ESA-Wissenschaftlern erhofft, konnte die Sonde schon in der Nacht zum 15. November 2004 im Abstand von 5000 bis 6000 km in eine Umlaufbahn um den Mond einschwenken. Am 26. Januar 2005 hat sie mit dem Fotografieren der Mondoberfläche aus einer oberflächennahen Umlaufbahn begonnen. Smart-1 wird Ende Februar eine Umlaufbahn in einem Abstand von 300 km vom Südpol und 3000 km vom Nordpol erreichen und für 5 Monate beibehalten. Eine Landung der Sonde auf dem Mond ist nicht geplant. Die Mission von SMART-1 kostete 110 Millionen Euro und damit nur etwa 20 Prozent einer typischen europäischen Weltraummissionen. Die Sonde wurde innerhalb von - in der Raumfahrt recht kurzen - vier Jahren entwickelt und vom schwedischen Raumfahrtkonzern SSC gebaut. Die Startmasse betrug 367 Kilogramm inklusive Treibstoff. Die Energie für das neuartige Ionen-Triebwerk wird mit Hilfe von Solarzellen generiert. Als Treibstoff verwendet der "Halleffekt"-Antrieb ionisiertes Xenon (ein elektrisch geladenes Edelgas). Es erzeugt damit zwar nur eine relativ geringe Beschleunigung von 70 'milli'Newton, die in etwa mit dem Druck eines Blattes Papier auf der Hand vergleichbar ist. Dafür verlässt das Xenon den Antrieb mit enormer Geschwindigkeit (spezifischer Impuls), so dass der Treibstoff hochgradig effektiv ausgenutzt wird. Da ein Ionen-Triebwerk im Gegensatz zu chemischen Triebwerken nicht nur über Minuten, sondern über Monate oder gar Jahre hinweg beschleunigen kann, ist die erreichbare Endgeschwindigkeit sehr hoch. Insgesamt benötigt diese effektive Technik so deutlich weniger Treibstoff als ein herkömmliches chemisches Triebwerk. Dadurch konnten in SMART-1 mehr wissenschaftliche Geräte integriert werden. An Bord sind etwa 82 Kilogramm Xenon (ca. 60 Liter) und 17 Kilogramm wissenschaftliche Instrumente. Unter den Instrumenten an Bord sind elektronische Kameras, ein Infrarotspektrometer und ein Röntgenteleskop (AMIE, SIR, D-CIXS/XSM, SPEDE, RSIS), unter anderem zur Erstellung einer Röntgenkarte über die Verteilung von Chemikalien und Mineralien auf der Mondoberfläche. Außerdem soll die Mondoberfläche im Infrarot- und im Röntgenbereich nach Wassersignaturen abgesucht werden. Kopien einiger Instrumente des Smart-1 sollen bei der indischen Mondsonde Chandrayaan-1 im Jahr 2007 mitfliegen.

Weblinks


- [http://www.esa.int/export/esaCP/SEMX59WJD1E_Germany_0.html Deutsche SMART-1 Seite der ESA] (dt.)
- [http://www.esa.int/SPECIALS/SMART-1 SMART-1 Page der ESA] (engl.)
- [http://www.bernd-leitenberger.de/smart-1.html Detaillierte Beschreibung von Bernd Leitenberger] (dt.)
- [http://www.raumfahrer.net/raumfahrt/raumsonden/smart1.shtml SMART-1: Auf leisen Pfoten zum Mond] (dt.)
- [http://www.heise.de/tp/deutsch/special/raum/15736/1.html Smarter SMART-1 ist auf dem Weg zum Mond] (dt.)
Siehe auch: Liste der unbemannten Raumfahrtmissionen Kategorie:Mondsonde Kategorie:Röntgenteleskop

Leistung (Physik)

Die Leistung, Formelzeichen: P, von engl. "Power", wird in der Physik durch den Quotienten aus verrichteter Arbeit ΔW (= Energie) und der dazu benötigten Zeit Δt definiert: : P := \frac bzw. differentiell : P(t) := \frac Die SI-Einheit der Leistung ist Watt (abgekürzt: W). Die in einem Zeitintervall der Länge T verrichtete mittlere Leistung ist : \bar P = \frac1T\int_0^T P(t)\mathrmt Die physikalischen Begriffe Leistung, Kraft, Energie bzw. Arbeit werden mit anderen Bedeutungen verwendet als dies im alltäglichen Leben üblich ist. So wird in der Umgangssprache Leistung mehr als Synonym für Erfolg verwendet, z.B. "gute Leistung", "schulische Leistung".

Mechanische Leistung

Um in einer Zeit Δt eine Strecke (Geometrie) Δs (d.h. mit der Geschwindigkeit v := \frac) gegen eine konstante Kraft F zurückzulegen ist nach der obigen Definition also eine Leistung : P = \frac = Fv bzw. vektoriell : P = \frac = \vec F\cdot\vec v aufzubringen. Für die Rotation um eine Winkel Δφ gegen ein Drehmoment M gilt analog : P = \frac = \omega\cdot M wobei \omega := \frac die Winkelgeschwindigkeit bezeichnet.

Elektrische Leistung

Die elektrische Momentanleistung, die in einem Bauelement umgesetzt wird, ist bei hinreichend kleinen Frequenzen das Produkt von elektrischer Spannung U und Stromstärke I. : P(t) = U(t)\cdot I(t) Für periodische Wechselstromgrößen lassen sich folgende Leistungen bestimmen:
- Augenblickswert der Leistung
- Scheinleistung
- Wirkleistung
- Blindleistung

Beispiele

Da die Umsetzung von Energie (und somit ihre Ableitung nach der Zeit, also die Leistung) einen universellen Vorgang von der Ebene der Quarks bis zu Supernovae darstellt, umfasst die Manifestation von Leistung viele Größenordnungen.
- Motorleistung eines Autos in Kilowatt (alte Einheit PS, Pferdestärken)
- Leistung eines elektrischen Kraftwerkes in Kilowatt oder Megawatt
- Leistungsaufnahme eines elektrischen Gerätes in Watt z. B. Haartrockner 1000 Watt Vorsicht: Eine Kilowattstunde (kWh) ist keine Leistungseinheit, sondern eine Energieeinheit. Umgekehrt ist der umgangssprachliche Gebrauch von Kilowatt (kW) als Energieeinheit ebenfalls unrichtig und eine Quelle von Missverständnissen. Ganz falsch ist auch der bei manchen beliebte Gebrauch von kWh/h als Energieeinheit. Zahlenwertangaben der Leistung als Effektivwert = RMS sind nicht richtig. Solche Angaben findet man häufig im Zusammenhang mit Lautsprechern und Verstärkern
:Es gibt keine Watt-RMS! Die Leistung wird auch als Pegel in dB angegeben (siehe auch: Leistungspegel).

Siehe auch


- Thermische Leistung
- Sinus-RMS-Leistung
- Mechanische Leistung
- Indizierte Leistung
- Sendeleistung
- Leistungsmesser
- Nennleistung
- Watt (Einheit)
- Schallleistung
- Größenordnung (Leistung) Kategorie:Leistung (Physik) ja:仕事率 ms:Kuasa (fizik)

SMART-1

SMART-1 (Small Missions for Advanced Research in Technology - deutsch: Kleine Missionen für fortgeschrittene Technologiestudien) ist die erste Raumsonde der ESA, die den Erdmond zum Ziel hat. Mit ihr soll ein neuartiger, solarelektrisch betriebener Ionenantrieb und neue Navigations- und Kommunikationstechniken getestet werden. Nachdem sie den Mond erreicht hat, soll sie etwa 30 Monate lang aus der Umlaufbahn vor allem die chemische Zusammensetzung untersuchen, um die Entstehung des Erdtrabanten vor ca. 4,5 Milliarden Jahren zu klären. Smart-1 startete am 28. September 2003 um 01:14 Uhr CEST vom Weltraumbahnhof Kourou im südamerikanischen Französisch-Guayana an Bord einer Trägerrakete vom Typ Ariane 5 zunächst in eine Erdumlaufbahn auf etwa 4800 Kilometer Höhe. Das dauerte etwa 42 Minuten. Neben SMART-1 waren auch zwei Nachrichtensatelliten, der indische INSAT-3E und der e-Bird der Firma Eutelsat, als Hauptnutzlast mit an Bord der Rakete. Ursprünglich sollte sie sich bis März 2005 in einer spiralförmigen Bahn zum Mond "schrauben". Da aber der Ionenantrieb besser funktionierte als von den ESA-Wissenschaftlern erhofft, konnte die Sonde schon in der Nacht zum 15. November 2004 im Abstand von 5000 bis 6000 km in eine Umlaufbahn um den Mond einschwenken. Am 26. Januar 2005 hat sie mit dem Fotografieren der Mondoberfläche aus einer oberflächennahen Umlaufbahn begonnen. Smart-1 wird Ende Februar eine Umlaufbahn in einem Abstand von 300 km vom Südpol und 3000 km vom Nordpol erreichen und für 5 Monate beibehalten. Eine Landung der Sonde auf dem Mond ist nicht geplant. Die Mission von SMART-1 kostete 110 Millionen Euro und damit nur etwa 20 Prozent einer typischen europäischen Weltraummissionen. Die Sonde wurde innerhalb von - in der Raumfahrt recht kurzen - vier Jahren entwickelt und vom schwedischen Raumfahrtkonzern SSC gebaut. Die Startmasse betrug 367 Kilogramm inklusive Treibstoff. Die Energie für das neuartige Ionen-Triebwerk wird mit Hilfe von Solarzellen generiert. Als Treibstoff verwendet der "Halleffekt"-Antrieb ionisiertes Xenon (ein elektrisch geladenes Edelgas). Es erzeugt damit zwar nur eine relativ geringe Beschleunigung von 70 'milli'Newton, die in etwa mit dem Druck eines Blattes Papier auf der Hand vergleichbar ist. Dafür verlässt das Xenon den Antrieb mit enormer Geschwindigkeit (spezifischer Impuls), so dass der Treibstoff hochgradig effektiv ausgenutzt wird. Da ein Ionen-Triebwerk im Gegensatz zu chemischen Triebwerken nicht nur über Minuten, sondern über Monate oder gar Jahre hinweg beschleunigen kann, ist die erreichbare Endgeschwindigkeit sehr hoch. Insgesamt benötigt diese effektive Technik so deutlich weniger Treibstoff als ein herkömmliches chemisches Triebwerk. Dadurch konnten in SMART-1 mehr wissenschaftliche Geräte integriert werden. An Bord sind etwa 82 Kilogramm Xenon (ca. 60 Liter) und 17 Kilogramm wissenschaftliche Instrumente. Unter den Instrumenten an Bord sind elektronische Kameras, ein Infrarotspektrometer und ein Röntgenteleskop (AMIE, SIR, D-CIXS/XSM, SPEDE, RSIS), unter anderem zur Erstellung einer Röntgenkarte über die Verteilung von Chemikalien und Mineralien auf der Mondoberfläche. Außerdem soll die Mondoberfläche im Infrarot- und im Röntgenbereich nach Wassersignaturen abgesucht werden. Kopien einiger Instrumente des Smart-1 sollen bei der indischen Mondsonde Chandrayaan-1 im Jahr 2007 mitfliegen.

Weblinks


- [http://www.esa.int/export/esaCP/SEMX59WJD1E_Germany_0.html Deutsche SMART-1 Seite der ESA] (dt.)
- [http://www.esa.int/SPECIALS/SMART-1 SMART-1 Page der ESA] (engl.)
- [http://www.bernd-leitenberger.de/smart-1.html Detaillierte Beschreibung von Bernd Leitenberger] (dt.)
- [http://www.raumfahrer.net/raumfahrt/raumsonden/smart1.shtml SMART-1: Auf leisen Pfoten zum Mond] (dt.)
- [http://www.heise.de/tp/deutsch/special/raum/15736/1.html Smarter SMART-1 ist auf dem Weg zum Mond] (dt.)
Siehe auch: Liste der unbemannten Raumfahrtmissionen Kategorie:Mondsonde Kategorie:Röntgenteleskop

Watt (Einheit)

Watt ist die SI-Einheit der Leistung in der Physik. Sie wurde benannt nach James Watt, dem schottischen Erfinder, der durch die Verbesserung der Dampfmaschine weltberühmt wurde. Berechnung der elektrischen Leistung: : P = U \cdot I :P – elektrische Leistung, gemessen in Watt :U – elektrische Spannung, gemessen in Volt :I – elektrische Stromstärke, gemessen in Ampere Berechnung der mechanischen Leistung: :P = \frac = \int_^ F \cdot \mathrmv = \frac :F – Kraft, gemessen in Newton :s – Weg, auf dem die Kraft wirkt, gemessen in Meter :t – Zeit der Kraftwirkung, gemessen in Sekunden :v – Geschwindigkeit, gemessen in m/s :W – Arbeit, gemessen in Joule

Maßeinheiten

: \mathrm = \frac = \mathrm \cdot \frac = \frac = V\cdot A Leistung ist der Quotient aus Energie und Zeit. manchmal auch Zeit und Energie.

Beispiele

Da die Umsetzung von Energie (und somit ihre Ableitung nach der Zeit, also die Leistung) einen universellen Vorgang von der Ebene der Quarks bis zur Explosion von Supernova darstellt, umfasst die Manifestation von Leistung viele Größenordnungen. Vorsicht: Eine Kilowattstunde (kWh) ist keine Leistungseinheit, sondern eine Energieeinheit. Des Weiteren ist der umgangssprachliche Gebrauch von Kilowatt (kW) als Energieeinheit eine Quelle von Missverständnissen, Kilowatt ist eine Leistungseinheit, wie oben schon erwähnt. Ganz falsch ist auch der bei manchen beliebte Gebrauch von kWh/h als Energieeinheit.

Siehe auch


- Größenordnung (Leistung)

Weblinks

[http://www.marco-burmeister.de/index_frameaufbau.html?helferlein_hp_kw_ps Umrechnung der Leistungseinheiten hp, kW, PS (Online)] Kategorie:SI-Einheit Kategorie:Theoretische Elektrotechnik Kategorie:Leistung (Physik) ja:ワット ko:와트 simple:Watt

1960er

Ereignisse


- Erster Raumflug eines Menschen (Juri Gagarin) (1961)
- Bau der Berliner Mauer (1961)
- Zündung der Zar-Bombe (1961)
- Kuba-Krise (1962)
- Elbeflut in Hamburg 1962
- Vietnamkrieg (der USA seit 1964) und Friedensbewegung
- 1964 findet zum ersten Mal das Berliner Theatertreffen statt
- APO
- Kulturrevolution in China (1966)
- Völkermord in Tibet (ca. 1–1,5 Millionen Opfer)
- Erste Große Koalition in Deutschland (1966)
- Sechstagekrieg (1967)
- Erste Mondlandung mit Apollo 11 (1969)
- Das Woodstock Festival, Höhepunkt der Hippie-Bewegung (15.–17. August 1969)
- Die Gemeindereform beginnt Ende der 1960er. Sie reduziert die Zahl der Einzelgemeinden im Bundesgebiet um zwei Drittel

Kulturgeschichte

Persönlichkeiten (Auswahl)

ja:1960年代 ko:1960년대 simple:1960s

Cäsium

Cäsium ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Cs und der Ordnungszahl 55. Das sehr reaktive, im hochreinem Zustand silber glänzende Alkalimetall schmilzt bei Körpertemperatur.

Geschichte

Cäsium wurde erstmals 1860 zusammen mit Rubidium von dem deutschen Chemiker Robert Wilhelm Bunsen und dem deutschen Physiker Gustav Robert Kirchhoff, den Erfindern der Spektralanalyse, im Dürkheimer Mineralwasser nachgewiesen. Der Name Cäsium ist vom lateinischen caesius abgeleitet, was himmelblau bedeutet. Der Name nimmt Bezug auf die typischen Spektrallinien des Cäsiums, welche im blauen Bereich liegen und wurde 1861 von Bunsen/Kirchhoff vergeben.
1882 stellte Carl Setterberg metallisches Cäsium durch Schmelzelektrolyse des Cyanids her.

Vorkommen

Schmelzelektrolyse Kommerziell nutzbar ist nur das Mineral Pollucit (auch Pollux genannt) aus Bernic Lake, Manitoba. Die Herstellung des reinen Metalls erfolgt durch Reduktion von Cäsiumchlorid mit Kalzium.

Eigenschaften

Cäsium weist von allen stabilen Elementen des Periodensystems mit 0,274 nm den größten Atomradius auf. Neben Gold und Kupfer ist es das dritte gelbe Metall (auch hochreines Calcium ist gelb). Cäsium ist sehr weich (das weichste aller Elemente) und dehnbar. Nach Quecksilber hat Cäsium den niedrigsten Schmelzpunkt(wenn Wasserstoff als nichtmetall angesehen wird) aller Metalle und liegt bei 28,45 °C, der Siedepunkt bei 705 °C. Cäsium ist das unedelste, nach Fluor das reaktionsfähigste stabile Element; es reagiert mit praktisch allen anderen Elementen. Bei der äußerst heftigen Reaktion (Explosionsgefahr) mit Wasser entsteht neben Wasserstoff Cäsiumhydroxid, die absolut stärkste Base. \mathrm In Luft verbrennt Cäsium mit rotvioletter Flamme zu Cäsiumhyperoxid. \mathrm Oberhalb 300 °C greift es auch Glas an. Cäsium ist auch das Element mit dem größten thermischen Ausdehnungskoeffizient (9,4 · 10-5 pro °C).

Isotope

Natürlich kommt nur 133Cs vor, es zählt somit zu den anisotopen Elementen beziehungsweise Reinelementen. Die anderen, allesamt radioaktiven Cäsium-Isotope kommen nur als künstliche Spaltprodukte bei Kernreaktionen vor. Das bedeutendste künstliche Isotop ist der Beta- und Gammastrahler 137Cs mit einer Halbwertszeit von 30 Jahren. Bekannt wurde es vor allem durch die radioaktive Belastung nach dem Reaktorunglück von Tschernobyl 1986. Besonders angereichert hat es sich in bestimmten Pilzen (beispielsweise Maronenröhrlinge in Süddeutschland und Österreich) und in Wildtieren (beispielsweise Elche in Skandinavien)

Verwendung


- Herstellung von Fotozellen (besonders für IR-Strahlung) und Fotomultipliern
- Infrarotdurchlässige Fenster, Linsen und Prismen
- Cäsium-Dampf-Lampen für Nachtsichtgeräte
- Herstellung von cäsiumdotierten Katalysatoren
- Atomuhren, Cäsiumuhren als Zeitnormale
- Gettermetall für Vakuumröhren
- 137Cs als Strahlungsquelle für medizinische Anwendungen in der Krebstherapie
- Stromquelle (thermoionische Batterien)
- Treibstoff für Ionenstrahltriebwerke
- 137Cs als Tracer für Wind- und Wassererosion

Sicherheitshinweise

An Luft entzündet sich Cäsium spontan, weshalb es unter reinem Stickstoff oder Argon aufbewahrt werden muss. In Wasser reagiert es wie die anderen Alkalimetalle exotherm unter Entwicklung gasförmigen Wasserstoffs. Die dabei zu beobachtende Explosion (Knallgasreaktion), die durch die Verbindung von Sauerstoff mit dem entstandenem Wasserstoff hervorgerufen wird, hat eine extrem hohe Sprengkraft.

Verbindungen

Cäsium ist eines der elektropositivsten Elemente. Aufgrund des großen Elektronegativitätsunterschieds zu den meisten anderen Elementen ist es fast ausschließlich in ionischen Verbindungen anzutreffen, wie zum Beispiel:
- Cäsiumhydrid (CsH)
- Cäsiumhydroxid (CsOH)
- Cäsiumhyperoxid (CsO2)
- Cäsiumchlorid (CsCl)
- Cäsiumfluorid (CsF) Andere verbindungen sind z.B.:
- Cäsiumiodid (CsI)

Weblinks


- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Cs/index.html WebElements.com - Cesium]
- [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Cs.html EnvironmentalChemistry.com - Cesium]
- [http://www.smart-elements.com/?arg=zoom&element=Cs&art=24&seite=0&total=6&linkid=wiki-Cs#magnify Abbildungen in der Elemente Börse] Kategorie:Chemisches Element Kategorie:AlkalimetallKategorie:Periode-6-Element ja:セシウム ko:세슘 th:ซีเซียม

Quecksilber

Das chemische Element Quecksilber ist ein Metall. Es ist das einzige Metall und neben Brom das einzige Element, das bei Raumtemperatur flüssig ist. "Quecksilber" bedeutet ursprünglich "lebendiges Silber" (althochdeutsch quecsilbar zu germanisch kwikw = lebendig). Aufgrund seiner hohen Oberflächenspannung benetzt Quecksilber seine Unterlage nicht, sondern bildet abgeplattete einzelne Tröpfchen (Kohäsion). Das chemische Symbol des Quecksilbers ist Hg. Das ist die Abkürzung für hydrargyrum, zusammengesetzt aus der Vorsilbe hydr- und argyron = Silber, was aus dem Griechischen mit "flüssiges Silber" übersetzt werden kann. Vorallem ist es wie jedes andere Metall elektrisch leitfähig.

Vorkommen

Quecksilbervorkommen gibt es u. a. in Serbien, der Toskana, Italien, China und Spanien. Meist findet man es als Mineral in Form von Zinnober. Die Berichte über einen See aus gediegenem Quecksilber in Russland sind nicht belegbar. In Sibirien in der Nähe der Stadt Aktash gab es bis 1993 betriebene Quecksilberbergwerke. In etwa drei Kilometern Entfernung liegt der "Seelensee", der durch einen Fluss mit Abwassern aus der Quecksilbergewinnung verseucht wurde. Die Vegetation am Ufer des Sees zeigt deutlich die starke Umweltschädigung.

Verwendung

Thermometer

Die thermische Ausdehnung des Quecksilbers ist recht hoch und zwischen 0 °C und 100 °C direkt proportional zur Temperatur. Außerdem benetzt Quecksilber Glas nicht. Daher wird es gerne zum Einsatz in Thermometern benutzt. Bedingt durch seine starke Toxizität ist der Einsatz heutzutage auf den wissenschaftlichen Bereich beschränkt. Das erste Quecksilberthermometer wurde um 1720 von Daniel Gabriel Fahrenheit entwickelt.

Barometer

Die alte Bauform des Barometers ist ein u-förmiges, aufrecht stehendes Rohr, welches auf einer Seite oben geschlossen ist. Eine Quecksilbersäule in der geschlossenen Hälfte sinkt nur soweit ab, bis der Luftdruck und die Gewichtskraft des Quecksilbers sich im Kräftegleichgewicht befinden. Die alte Maßeinheit Torr für den Luftdruck ist daher die Höhe der Quecksilbersäule, wobei 1 mm Quecksilbersäule 133,21 Pascal entsprechen.

Amalgam

Quecksilber bildet mit anderen Metallen spontan Amalgame. Amalgame werden verbreitet als Zahnfüllmittel eingesetzt, da sie sich leicht verarbeiten lassen. In erkaltetem Zustand sind sie sehr widerstandsfähig. Sie sind jedoch in Verruf geraten, weil Quecksilberdämpfe giftig sind.

Elektrolyse

Weiter spielt es eine große Rolle bei der Herstellung von Erdalkalimetallen. Während der Elektrolyse wird das reduzierte Erdalkalimetall durch Quecksilber in einem Amalgam gebunden, damit es nicht sofort wieder eine chemische Bindung eingeht (Chloralkali-Elektrolyse). Das Amalgam wird später thermisch aufgebrochen.

Goldwäsche

Bei der Goldwäsche wird Quecksilber verwendet, um den feinen Goldstaub zu binden (siehe Amalgamation). Dies ist der Hauptgrund für die hohe Umweltverschmutzung bei dieser Art der Goldgewinnung. Siehe auch: Amazonas

Sonstige Anwendungen

In manchen Ländern werden/wurden quecksilberorganische Verbindungen zum Beizen von Saatgut verwendet. Dabei kam es im Irak 1971-1972 zu Massenvergiftungen infolge des Verzehrs von Saatgut. Verwendung in Knopfzellen, Quecksilberdampflampen, Energiesparlampen. Die Eigenschaft von Quecksilber sich wie eine nichtbenetzende Flüssigkeit zu verhalten (Ausnahme in Verbindung mit Kupfer) ist Grundlage für die Quecksilber-Porosimetrie. Hierbei wird, vereinfacht gesagt, Hg unter Druck (0 bis 4000 bar) in Poren unterschiedlicher Größe gedrückt. Über den aufgewendeten Druck und das dabei „verbrauchte“ Hg können Aussagen über die Beschaffenheit, Form, Verteilung und Größe von Poren und Hohlräumen gemacht werden. Anwendung findet diese Methode unter anderem in der Mineralogie und Pharmazie.

Wichtige Quecksilberverbindungen


- Quecksilber(I)-chlorid (Kalomel)
- Quecksilber(II)-oxid
- Quecksilber(II)-chlorid (Sublimat)
- Quecksilber(II)-amidchlorid (D0602Z)
- Quecksilber(II)-sulfid (Zinnober)
- Quecksilber(II)-fulminat (Knallquecksilber))

Trivia


- Bei den mittelalterlichen Alchemisten symbolisierte das Einhorn das Quecksilber.

Literatur


- Günther Tölg, Irmgard Lorenz: Quecksilber - ein Problemelement für den Menschen? Chemie in unserer Zeit 11(5), S. 150 – 156 (1977), ISSN 0009-2851
- Klaus Brodersen: Quecksilber - ein giftiges, nützliches und ungewöhnliches Edelmetall. Chemie in unserer Zeit 16(1), S. 23 – 31 (1982), ISSN 0009-2851
- Fritz Schweinsberg: Bedeutung von Quecksilber in der Umweltmedizin - eine Übersicht. Umweltmedizin in Forschung und Praxis 7(5), S. 263-278 (2002), ISSN 1430-8681
- Ebinghaus, Ralf et al.: Mercury Contaminated Sites - Characterization, Risk Assessment and Remediation. Springer Verlag, Berlin 1999, ISBN 3-540-63731-1
- Watras, Carl J. and Huckabee, John W.: Mercury Pollution - Integration and Synthesis. Lewis Publishers, Ann Arbor 1994, ISBN 1-56670-066-3 LCCN 94-15244
- Dr. med. Joachim Mutter: Amalgam - Risiko für die Menschheit. Quecksilbervergiftungen richtig ausleiten. [http://www.fitfuerslebenverlag.de/katalog/Buecher_detail/amalgam.html Inhaltsangabe zum Buch] Fit fürs Leben Verlag in der NaturaViva Verlags GmbH, 71256 Weil der Stadt. ISBN 3-89881-522-6

Siehe auch


- Minamata-Krankheit (chronische Vergiftung durch Quecksilber)
- Hautaufhellung
- [http://www.mercury2006.org Konferenz in Madison/Wisconsin zu allen relevanten Quecksilber-Themen, August 2006]

Weblinks


- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Quecksilber Mineralienatlas - Quecksilber]
- [http://medicine-worldwide.de/meldungen/news_archive.html?id=1136 Quecksilberbelastung führt zur Alzheimerschen Erkrankung] Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Gruppe-12-Element Kategorie:Periode-6-Element Kategorie:Übergangsmetall Kategorie:Schwermetall Kategorie:Gift ja:水銀 ko:수은 ms:Raksa simple:Mercury (element) th:ปรอท

Edelgas

Die Elemente der 18. Gruppe (VIII. Hauptgruppe, früher auch Nullgruppe genannt) des Periodensystems werden auch als Edelgase bezeichnet. Es sind die Elemente: Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon sowie wahrscheinlich Ununoctium. Edelgase sind farb-, geruchlose und atomare Gase, die kaum Verbindungen eingehen. Der Grund hierfür ist, dass die Schalen des Atoms abgeschlossen (d. h. vollständig mit Elektronen aufgefüllt) sind. Für ein genaueres Verständnis benötigt man die Quantenmechanik.

Darstellung

Die Edelgase werden durch fraktionierte Destillation aus Luft dargestellt. Helium kann außerdem aus (Erd)gasen gewonnen werden, in dem es zu ca. 8 % vorhanden ist (einen hohen Heliumanteil im Erdgas können vor allem amerikanische Quellen vorweisen). Bei der Abkühlung auf –205 °C bleibt nur Helium gasförmig zurück. Argon fällt als Nebenprodukt bei der Ammoniak-Synthese (siehe Haber-Bosch-Verfahren) an, da es sich mit ca. 10 % im Gasgemisch anreichert.

Verwendung

Edelgase werden für Leuchtreklamen verwendet, da sie in Gasentladungsröhren charakteristische Farben ausstrahlen: