Qimonda Physikpreis 2008 für sächsische Spitzen-Schüler

Der seit dem Jahr 2000 bestehende Schülerwettbewerb zeichnet herausragende Leistungen im Fach Physik in Sachsen aus. Die Verleihung des diesjährigen Qimonda Physikpreises findet am Freitag, 26. September, um 15:00 Uhr bei Qimonda in Dresden statt. Die sechs Hauptpreise gehen nach Chemnitz, Delitzsch, Dresden, Leipzig und Markkleeberg.

Gemeinsame Pressemitteilung mit der Qimonda Dresden GmbH &Co. OHG

Bildimpressionen von der Preisübergabe am 26.09. finden Sie >>hier<<.

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Der als „Schülerpreise für die besten Besonderen Lernleistungen im Fach Physik“ bekannte Wettbewerb suchte auch dieses Jahr wieder nach jungen Physiktalenten. Unter der Koordination des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf (FZD) wählten Physikprofessoren aus Dresden, Leipzig, Chemnitz und Freiberg am 2. Juli 2008 die sechs Hauptpreise aus insgesamt 19 Besonderen Lernleistungen aus. Neben den von Qimonda Dresden gestifteten Geldpreisen für die sechs Hauptpreise erhalten alle von ihren Gymnasien nominierten Schülerinnen und Schüler einen Sachpreis im gemeinsamen Förderprogramm „Physik für Schüler und Schülerinnen“ der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung und der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) sowie einen Buchpreis vom FZD. Der diesjährige Wettbewerb steht unter der Schirmherrschaft des sächsischen Staatsministers für Kultus, Prof. Dr. Roland Wöller.

Medienvertreter sind herzlich zu der Preisverleihung am 26. September, 15.00 Uhr, bei Qimonda Dresden, Königsbrücker Strasse 180, 01099 Dresden, Zufahrt Süd, Gebäude 48, eingeladen. Um Anmeldung per Telefon oder Email bei den unten genannten Ansprechpartnerinnen wird gebeten.

Weitere Informationen zu den sechs Hauptpreisen

Die Themenvielfalt der Arbeiten, die 2008 mit einem Hauptpreis ausgezeichnet werden, ist groß. Sie reicht von alltäglichen Themen wie Stau auf der Straße oder Lärmbelastung durch Eisenbahnbrücken bis hin zu hochkomplexen grundlegenden Fragestellungen beispielsweise aus der Neutrino-Forschung.

Laute Eisenbahnbrücken

Die Arbeit von Marcus Pleißner von der Rudolf-Hildebrand-Schule Markkleeberg trägt den Titel „Betrachtung der Schallemissionen von Stahl- und Betonbrücken während des Befahrens durch Güterzüge“. Auf Grundlage des aktuellen Bundes-Immissionsschutzgesetzes bestimmte der Schüler die tatsächliche Lärmbelastung an ausgewählten Brücken auf dem Streckenabschnitt Markkleeberg - Gaschwitz. Mit der Fertigstellung des Leipziger Citytunnels soll die Eisenbahnstrecke Leipzig - Hof ausgebaut werden, und zwar sowohl was die Anzahl der Züge als auch die Geschwindigkeiten anbelangt. Somit, so der Schüler, könnte die Lärmbelastung für die Anwohner über die gesetzlichen Grenzwerte steigen. Beim Vergleich seiner Messwerte stellte er beispielsweise fest, dass die Lärmbelastung an der Stahlbrücke ohne Schotterbett über die Neue Harth höher ist als an der Betonbrücke mit Schotterbrett über die Neuseenallee. Er begründet dieses Ergebnis damit, dass Stahlbrücken elastischer sind als Betonbrücken und dadurch beim Befahren von Güterzügen stärker in Schwingungen versetzt werden. Zudem wirkt ein Schotterbett lärmdämpfend, da weniger Schallenergie in die Brücke geleitet wird. Damit belegt der Schüler, dass die Lärmentstehung auch von der Beschaffenheit des Fahrweges abhängt. Marcus Pleißner untersuchte nicht nur den Lärm, der durch Züge auf Brücken verursacht wird, sondern er lieferte auch Vorschläge für Lärmschutzmaßnahmen – Ersatz von Stahl- durch Betonbrücken oder Bau von Lärmschutzwänden – und formulierte Ideen, wie man den Schallpegel besser messen kann.

Hoher Schadstoffausstoß im Stau

Mit dem Straßenverkehr im Angesicht des Klimawandels beschäftigte sich der Schüler Franz-Richard Kunze vom Johannes-Kepler-Gymnasium Chemnitz in seiner Besonderen Lernleistung „Untersuchung grundlegender Verkehrsphänomene mit Hilfe einer selbstentwickelten Simulationssoftware.“ Dazu untersuchte er ein vorhandenes, sehr einfaches Verkehrsmodell und erweiterte es für die Umsetzung als Computersimulation so, dass Energie-, Kraftstoff- und Schadstoffbetrachtungen damit möglich sind. So wollte er feststellen, wie viel Kraftstoff man in bestimmten Verkehrssituationen, beispielsweise bei Stau auf einer Autobahn, benötigt und welche Schadstoffmengen dabei frei werden. Der Schüler programmierte sein erweitertes Modell als Simulationssoftware mit dem Ziel, es auch für die Allgemeinheit nutzbar zu machen. Mit den Simulationsdaten können nun der mittlere Kraftstoffverbrauch und der Schadstoffausstoß abhängig vom Verkehrsaufkommen berechnet werden. Diese Schülerarbeit entstand unter Betreuung durch die TU Chemnitz.

Temperaturmessung – Demonstrationsobjekt für Schüler

Ein reges Interesse für Programmierung und Physik war die Grundlage für die Besondere Lernleistung „Aufbau und Erprobung eines mikrocontrollergesteuerten Messplatzes zur Demonstration des Seebeck-Effekts an Halbleitern“ von Elias Kögel und Tim Motl, Georgius-Agricola-Gymnasium Chemnitz. Werden zwei elektrische Leiter unterschiedlichen Materials miteinander verbunden und weisen die Kontaktstellen unterschiedliche Temperaturen auf, so entsteht eine Spannung, die proportional zur Temperaturdifferenz ist. Dieser von dem deutschen Physiker Thomas Seebeck entdeckte thermoelektrische Effekt wird unter anderem dazu benutzt, um hohe Temperaturen von mehr als 1000° Grad zu messen bzw. wird umgekehrt in Kühlaggregaten genutzt. Es gelang den beiden Schülern, einen Versuchsaufbau zur Demonstration des Seebeck-Effekts zu entwerfen, der Kühlung und Heizung der zwei benötigten Leiter steuert und die Spannungs- und Temperaturdifferenz an den Kontaktstellen per Computer auswertet. Der erfolgreiche Versuchsaufbau von Elias Kögel und Tim Motl ist damit Grundlage für ein Lehrmittel, an dem Schülern der Seebeck-Effekt demonstriert werden kann. Auch diese Arbeit entstand an der TU Chemnitz.

Unterstützung bei der Erforschung des Phänomens Supraleitung

Johannes Wolf vom Wilhelm-Ostwald-Gymnasium Leipzig beschäftigte sich mit dem „Aufbau einer Isotopenaustauschanlage und Kernresonanz an Supraleitern“. Mit dem erfolgreichen Aufbau dieser Anlage steuerte er einen kleinen Baustein bei der Erforschung der Hochtemperatur-Supraleitung bei. Das Besondere an Supraleitern ist, dass sie keinen elektrischen Widerstand besitzen, wenn sie auf eine bestimmte, sehr niedrige Temperatur abgekühlt werden. Demzufolge können supraleitende Materialien Strom ohne Verlust leiten. Bei Hochtemperatur-Supraleitern tritt der kritische niedrige Temperaturwert bereits bei rund -150° Grad ein. Diese Materialklasse ist für technologische Anwendungen sehr interessant, da die Kühlung mit flüssigem Stickstoff kostengünstig erfolgen kann. Hochtemperatur-Supraleiter können mit der Methode der magnetischen Kernresonanz genauer erforscht werden. Diese Methode wird auch in der Medizin bei dem bildgebenden Verfahren der Magnetresonanz-Tomographie (auch Kernspin-Tomographie genannt) genutzt. Für physikalische Untersuchungen müssen in die zu untersuchenden Materialien allerdings bestimmte Atomkerne (Isotope) eingebracht werden, die eine Resonanz zulassen. Dies geschieht mit einer Isotopenaustauschanlage. Solch eine komplexe Anlage wurde von Johannes Wolf aufgebaut und getestet. Damit kann nun das Phänomen der Hochtemperatur-Supraleitung an der Universität Leipzig noch besser erforscht werden.

Mechanische Pendel zur Erklärung der Neutrino-Massen

Mit der „Theoretischen Analyse der Eigenschaften der Neutrinoarten ( ) – Experimentelle Untersuchung der Neutrinomischung mit Hilfe eines zu optimierenden Pendelmodells“ befasste sich Johannes Pausch, Abiturient des Martin-Andersen-Nexö-Gymnasiums Dresden. Als Neutrinos werden elektrisch neutrale Elementarteilchen bezeichnet, die von der Sonne ausgesendet werden oder die Erde nach einer Lichtjahre entfernten Supernova-Explosion erreichen. Neutrinos besser zu verstehen, gehört zu den Aufgaben der Teilchenphysik, doch geben Neutrinos seit ihrer Entdeckung im Jahr 1930 große Rätsel auf, zu denen beispielsweise die absolute Bestimmung der Masse gehört. Aus diesem Grund beschäftigte sich Johannes Pausch mit einem an der TU Dresden entwickelten mechanischen Modell, welches die Oszillation der Neutrinos veranschaulichen soll. Unter Oszillation versteht die Teilchenphysik die Umwandlung der drei bisher bekannten Neutrinoarten (Elektron-, Myon- und Tau-Neutrinos). Die drei Neutrinoarten wandeln sich periodisch ineinander um, zugleich liegen bei jedem Neutrino drei Massezustände vor. Die Oszillation dieser Massezustände bestimmt, welche Neutrinoart gerade vorliegt. Um diesen Schwebezustand zu veranschaulichen, baute Johannes Pausch das vorhandene Pendelmodell aus. Er fügte drei gekoppelte Pendel hinzu und konnte in umfangreichen Experimenten und Berechnungen zeigen, dass sich damit die Neutrino-Oszillation erstaunlich gut darstellen lässt. In Physikvorlesungen und auf der TU-Webseite kann aufgrund der Schülerarbeit nun die Neutrino-Oszillation viel anschaulicher erklärt werden.

Nano-Spintronik

Bereits wissenschaftlich veröffentlicht in der Fachzeitschrift „Applied Physics Letters“ wurden die Ergebnisse aus der Besondere Lernleistung „Der Einfluss der Entropie auf den Einfangquerschnitt für Ladungsträger in n-leitendem Zinkoxid“ von Maria Wiebe und Beatrice Dittes, Wilhelm-Ostwald-Gymnasium Leipzig. Der Halbleiter Zinkoxid wird in der Nano-Spintronik verwendet – ein junges Forschungsgebiet der Nanoelektronik, welches sich mit dem Spin von Elektronen befasst. Zinkoxid findet man in Zahnpasta oder Sonnencreme, es wird aber auch zur Herstellung von Leuchtdioden verwendet. Es hat die Eigenschaft, dass es sich relativ leicht im Labor züchten lässt. Interessant sind dabei die sogenannten Störstellen. Darunter versteht man beabsichtigte Störstellen im Kristallgitter, die bei der Züchtung eingebracht werden. Mit solchen Störstellen können die Eigenschaften des Zinkoxids verändert werden. Die Arbeit der beiden Schülerinnen war vor allem der genauen Untersuchung von solchen Störstellen gewidmet. Ihre Ergebnisse bereicherten nicht nur die Nachwuchsgruppe „Nano-Spintronik“ an der Universität Leipzig, sondern beeinflussten nachhaltig darauf folgende, international beachtete Arbeiten, so die Betreuerin Dr. Heidemarie Schmidt (jetzt Forschungszentrum Dresden-Rossendorf).

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Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
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