Physik-Praktika

Fortgeschrittenenpraktikum in der Master-Phase (FPR-M)

Die folgende Liste enthält eine Kurzbeschreibung der Versuche im FPR-M. Der Name der/des Autors und Verantwortlichen ist jeweils am Ende angegeben.

Nicht alle Versuche finden in jedem Semester statt. Welche Versuche im jeweiligen Semester angeboten werden, ist dem Veranstaltungsverzeichnis zu entnehmen.

Weisslichterzeugung in Photonischen Fasern

Für die Messung der Reflexion und Transmission von Proben und von Anregungsspektren ist Licht mit einem breiten Spektrum erforderlich. Im Unterschied zu Weißlichtlampen, wie sie z.B. im Versuch Ultraschnelle Photolumineszenz genutzt werden, tritt hier das Weißlicht aus einer Faser mit sehr kleinem Durchmesser aus. Dieses Weißlicht kann demnach sehr gut fokussiert und zur Untersuchung sehr kleiner Proben genutzt werden. Das Licht kann aber auch in eine Glasfaser eingekoppelt und dann zur Spektroskopie in einem Nahfeldmikroskop genutzt werden.

Behandelt werden: Erzeugung kurzer Pulse mittels eines Titan-Saphir-Lasers, Vorkompression der Laserpulse mittels zweier unterschiedlicher Prismenkompressoren, Bestimmung der Pulslängen in Abhängigkeit vom Material und des Prismenabstandes, Einkopplung der Lichtes in eine photonische Kristallfaser, um Weißlicht zu erzeugen, Bestimmung der spektralen Breite des Weißlichtes in Abhängigkeit von Intensität und Pulslänge.

Zusatz: Falls es die Zeit erlaubt, kann noch ein Gitterkompressor gebaut werden und evtl. das Weißlicht für eine spektroskopische Untersuchung genutzt werden.

Stichworte: Ultrakurze Laserimpulse (Titan-Saphir, Pulslänge 50 fs), Modelocking, Selbstfokussierung, Zeit-Bandbreitenbegrenzung, Bestimmung der Pulslänge: Autokorrelator, Dispersion, Prismenkompressor, photonische Kristallfaser, Selbstphasenmodulation.

Andreas Wöste, AG UNO (04/16)  (» Versuchsanleitung)

Aufbau, Justage und Charakterisierung eines Titan:Saphir-Oszillators

Ultrakurze Laserpulse mit Pulsdauern von wenigen Femtosekunden finden mittlerweile eine breite Anwendung in Wissenschaft und Technik. Diese Laserpulse werden in der Regel in einem optischen Resonator mit Ti:Saphir als laseraktiven Medium erzeugt. Dabei sind eine hochgenaue Positionierung der optischen Komponenten sowie eine präzise Kontrolle der Dispersion der spektral breiten Laserpulse vonnöten. Die zahlreichen longitudinalen Moden des Resonators werden mittels der Technik der passiven Kerr-Linsen-Modenkopplung zueinander synchronisiert und formen so die ultrakurzen Laserpulse. Die Pulsdauer dieser Pulse wird mit einer Autokorrelationstechnik vermessen sowie die weiteren Charakteristika wie Pulsenergie und Strahldivergenz bestimmt.

Stichworte: Ultrakurze Laserimpulse , Modenkopplung, Dispersionskontrolle, Stabilitätskriterien eines optischen Resonators, Autokorrelation von Lichtimpulsen.

Moritz Gittinger, AG UNO (04/14) (» Versuchsanleitung)

Photolumineszenzmessungen an Halbeitern für die Photovoltaik: Von der Mikro- zur Makroskala

Ziel des Experiments ist die optoelektronische Charakterisierung eines direkten (CIGS) und eines indirekten Halbleiters (Si), wie sie in Solarzellen zur Anwendung kommen. Die Untersuchungen werden mit konventioneller Photolumineszenz (PL) und einem konfokalen Lasermikroskop durchgeführt. Die relevante Messgröße ist der spektral aufgelöste Photonenfluss aus der Probe, im ersten Fall gemittelt über die gesamte Probenoberfläche, im zweiten vermessen mit sub-µm Ortsauflösung. Unter Verwendung des verallgemeinerten Planck‘schen Strahlungsgesetzes werden daraus wesentliche Kenngrößen des Halbleiters ermittelt, wie die optische Bandlücke und die Aufspaltung des Quasi-Ferminiveaus unter Beleuchtung. Temperaturabhängige Messungen liefern Aussagen zur Natur der Bandlücke (direkt/indirekt) und zum Einfluss von Defekten auf die optischen Eigenschaften der Probe. Eine Detektion der Photonenausbeute als Funktion der Bestrahlungsintensität gibt zusätzliche Hinweise auf das Rekombinationsverhalten der Elektron-Loch-Paare.

Durch den Vergleich globaler und ortsaufgelöster PL-Messungen werden räumliche Inhomogenitäten im Probenmaterial dem Experiment zugänglich. Solche Variationen spiegeln die polykristalline Natur vieler komplexer Halbleiter wider, die häufig aus (1-100) µm großen Körnern unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und Orientierung bestehen. Die Varianz in den optoelektronischen Parametern wird mit Hilfe zweidimensionaler Photonen-Karten bestimmt. Eine statistische Auswertung solcher Karten erlaubt den direkten Vergleich mit den Ergebnissen der makroskopischen PL-Messungen. Die im Versuch gewonnenen Resultate bilden die Grundlage für eine Diskussion zur Eignung verschiedener Halbleiter als Ausgangsmaterial für effiziente Solarzellen.

Thomas Meyer, Rene Jakob, AG RASPE (03/16) (» Versuchsanleitung)

Fourieroptik unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators

Mit diesem, sich im Aufbau befindenden Experiment, können die Studentinnen und Studenten ein Teilgebiet der Fourieroptik kennenlernen. Dies geschieht unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators dessen Flüssigkristalle, im Zusammenspiel mit verschiedenen Diodenlasern, eine vielfältige Anwendung erlauben. Ein Teil dieser Anwendungen besteht darin lineare und separable binäre Strahlengitter, sowie computergenerierte Hologramme zu erzeugen und diese zu untersuchen. Dabei wird vermittelt, wie mit Hilfe einer Linse die Fourier-Transformation stattfindet. Des Weiteren können mit der verwendeten Software verschiedene diffraktive optische Elemente erzeugt werden, die dann wiederum in der Fourierebene einer Linse rekonstruiert und untersucht werden können.

Dieser Praktikumsversuch biete den Studierenden die Möglichkeit die Grundlagen der geometrischen Optik und der Wellenoptik anzuwenden und durch verschiedene Experimente zu vertiefen. Zudem wird mit der Fourieroptik ein moderner und sehr interessanter Bereich der Optik mit Hilfe zahlreicher Experimente näher kennengerlernt.

Stichworte: Fourier-Optik, Licht als Welle, Beugung, 4f-Aufbau, optische Fourier-Transformation, Polarisationszustand, Flüssigkristallmodulatoren, Phasen- und Amplitudenmodulation, diffraktive optische Elemente, computergenerierte Hologramme

Lars Englert, Timo Hoffmann, AG ULTRA (04/18)  (» Versuchsanleitung)

Virtuelles Femto-Labor

Virtuelles Femto-Labor Teil 1: Geformte ultrakurze Laserpulse

Ultrakurze Laserpulse sind ein faszinierendes Werkzeug zur Beobachtung und Manipulation von atomaren und molekularen Prozessen auf ihren intrinsischen Zeitskalen (Femto- bis Attosekundenzeitkala). Neben der Erzeugung von Femto- und Attosekundenlaserpulsen spielt heutzutage die Formung dieser Pulse eine wichtige Rolle. Die Fähigkeit ultrakurze Laserpulse praktisch nach Belieben in Amplitude, Phase und Polarisation maßzuschneidern bildet die Grundlage der kohärenten Kontrolle, d.h. der Steuerung ultraschneller Quantendynamiken (s. Virtuelles Femto-Labor Teil 2), wie elektronischen Anregungen von Atomen, der räumlichen Ausrichtung von Molekülen oder dem gezielten Aufbrechen molekularer Bindungen.

Dieser erste Teil der Versuchsreihe „Virtuelles Femto-Labor“ vermittelt in drei Simulationsmodulen die Grundlagen eines modernen Femtosekunden-Laserlabors und führt dabei in die theoretische Beschreibung ultrakurzer Laserpulse ein. Das erste Modul widmet sich der Erzeugung solcher Pulse in einem typischen Ti:Sa Femtosekunden-Oszillator. Im zweiten Modul werden die Oszillatorpulse spektral phasenmoduliert und so die Funktionsweise eines 4f Fourier-Transformationspulsformers erarbeitet. Das dritte Modul dient schließlich der Vermessung der geformten Laserpulse mit Hilfe verschiedener Charakterisierungsverfahren, wie der Autokorrelation, der spektralen Interferenz oder Spektrogramm-basierten Methoden (FROG).

Stichworte:

Physikalisch: Laser, Frequenzkamm, Modenkopplung, 4f-Aufbau, Flüssigkristall-Modulator, Dispersion, Mach-Zehnder Interferometer, Autokorrelation, Spektrometer, FROG
Mathematisch: Fourier-Transformation.

Virtuelles Femto-Labor Teil 2: Ultraschnelle Quantendynamik

(Voraussetzung: Teilnahme zuvor am FPR-Versuch „Virtuelles Femto-Labor Teil 1: Geformte ultrakurze Laserpulse“)

Der zweite Teil der Versuchsreihe „Virtuelles Femto-Labor“ widmet sich der Wechselwirkung ultrakurzer Laserpulse (s. Virtuelles Femto-Labor Teil 1) mit einfachen Bausteinen der Materie. In zwei Simulationsmodulen werden die Interaktion geformter Femtosekunden-Laserpulse mit atomaren und molekularen Quantensysteme behandelt und dabei die Grundlagen der quantenmechanischen Beschreibung von Licht-Materie-Wechselwirkung erarbeitet. Die theoretischen Methoden werden mit Hilfe vorhandener Simulationsprogramme auf verschiedene Anregungsszenarien angewendet. Neben Beispielen aus der Spektroskopie liegt der Schwerpunkt des Versuchs auf der kohärenten Kontrolle ultraschneller Dynamiken in maßgeschneiderten Femtosekunden-Laserfeldern. Das erste Modul konzentriert sich dabei auf die physikalischen Mechanismen zur Kontrolle elektronsicher Wellenpakete in Atomen. Darauf aufbauend wird im zweiten Modul die vibronische Anregung und gezielte Steuerung von Schwingungswellenpaketen in Molekülen untersucht.

Stichworte:

Atome: Schrödinger-Gleichung, Einstein-Koeffizienten, Spektrallinien (Verbreiterungsmechanismen), Fermi’s Goldene Regel, Rabi-Oszillationen, Rapid Adiabatic Passage, Stimulated Raman Adiabatic Passage, Photon Locking.
Moleküle: Harmonischer Oszillator (quantenmechanisch), Wellenpaketdynamik, Born-Oppenheimer-Näherung, Franck-Condon-Prinzip, Pump-Probe-Verfahren, Tannor-Kosloff-Rice Schema

Prof. Dr. Matthias Wollenhaupt, Dr. Lars Englert, AG ULTRA (04/17) (» Versuchsanleitung)

Simulation von Phasenübergängen bei Optimierungsproblemen

In diesem Versuch wird der Phasenübergang eines kombinatorischen Optimierungsproblems mit Hilfe von Simulationen untersucht. Ähnlich wie beim Phasenübergang eines Magneten, der vom paramagnetischen in den ferromagnetischen Zustand übergeht, kann man einen solchen Übergang auch bei Optimierungsproblemen finden. Hier soll das Knotenüberdeckungsproblem (Vertex-Cover-Problem) betrachtet werden, bei dem ein Übergang von leicht- zu schwer-lösbar stattfindet. Im Gegensatz zu den üblichen Algorithmen, die dieses Problem lösen, kommt hier lineare Programmierung zum Einsatz. Diese Art der Optimierung wird häufig in der Industrie, z.B. für die Produktionsplanung verwendet.

Der Versuch vermittelt ein grundlegendes Verständnis für den Phasenübergang des Vertex-Cover-Problems und zeigt Möglichkeiten auf, diesen mit Methoden aus der statistischen Physik zu untersuchen. Neben der Bestimmung des kritischen Punktes, an dem der Phasenübergang stattfindet, sowie Untersuchungen zur Laufzeit der Algorithmen, wird das Phasendiagramm untersucht. Anhand von Beispielen wird die Funktionsweise der einzelnen Algorithmen erläutert und in verschiedenen Modulen werden dann die Simulationen durchgeführt. Zunächst kommt der "reine" Simplex-Algorithmus zur Lösung des linearen Programmierproblems zum Einsatz. Im Verlauf des Versuchs wird dieser dann um eine Heuristik, sowie um Schnittebenen (Cutting-Planes) erweitert, um aussagekräftigere Lösungen zu finden.

Stichworte: Phasenübergänge, kombinatorische Optimierungsprobleme, Vertex-Cover-Problem, Erdős-Rényi-Zufallsgraphen, lineare Programmierung, Simplex-Algorithmus, Cutting-Planes.

Hendrik Schawe, AG CompPhys (03/18) (» Versuchsanleitung)

Synthese und Charakterisierung von Gold-Nanokristallen

Für viele kristalline Materialien können sich physikalische und chemische Eigenschaften ändern, wenn die Ausdehnung der Kristallite in den Bereich weniger Nanometer reduziert wird. Dies gilt z.B. auch für optische Eigenschaften von Gold-Nanopartikeln, welche eine auf einer Plasmonenanregung beruhende Absorptionsbande im sichtbaren Spektralbereich besitzen. Dieser Effekt wurde übrigens schon früher zur Färbung von Kirchenfenstern ausgenutzt – wenngleich man sich damals nicht der genauen Ursache bewusst war.

Dieser Praktikumsversuch bietet eine Gelegenheit, sich detailliert mit den größenabhängigen Absorptionseigenschaften von Gold-Nanopartikeln auseinanderzusetzen. Dazu werden unter Anleitung Au-Nanopartikel mit einem nasschemischen Verfahren („Kolloidsynthese“) hergestellt. Anschließend werden die erhaltenen Partikel mit Hilfe von Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) untersucht. Daraus kann z.B. die Partikelgröße und deren statistische Verteilung ermittelt werden. Ferner werden Absorptionsspektren aufgenommen, und die darin zu beobachtende Plasmonenbande wird ausgewertet. Der Versuch bietet einen guten Einblick in ein interdisziplinäres, aktuelles Forschungsgebiet der Nanotechnologie.

Stichworte: Nanokristalle, kolloidale Synthese, Absorptionsspektroskopie, Dielektrische Funktion, Brechungsindex, Absorptionskoeffizient, Plasmaschwingungen, Transmissionselektronenmikroskopie, Linsenfehler, Auflösung, Kontrastentstehung

Joanna Kolny-Olesiak, Lennard Hardenberg, AG EHF (04/16)  (» Versuchsanleitung)

Erzeugung und Charakterisierung von Elektronenstrahl-Vortices

Moderne Methoden der Transmissions-Elektronenmikroskopie erlauben einen umfassenden Einblick in die Struktur und Eigenschaften nanoskaliger Systeme. Besonders sensitive Techniken, wie zum Beispiel die Phasenkontrastabbildung oder die Elektronenholographie, nutzen hierbei die räumliche Phasenstruktur des Elektronenstrahls aus, welche empfindlich auf magnetische und elektrische Felder reagiert. Eine neue Entwicklung in diesem Feld ist die Verwendung von Elektronenwellenfunktionen, deren Phasenflächen eine Helixstruktur aufweisen- sogenannten Elektronenvortices (Verbeeck et al., Nature 467, 301–304 (2010)).  Das Ziel dieses Experimentes ist, Elektronenvortices im Mikroskop zu erzeugen und deren Eigenschaften zu untersuchen.

Der Versuch beinhaltet:

  • Herstellung von nanostrukturierten Masken mithilfe fokussierter Ionenstrahlen
  • Entwicklung eines Matlab-Programms zur Simulation der Elektronenbeugung an diesen Masken

  • Erzeugung und Abbildung von Elektronenvortices im Elektronenmikroskop
  • Matlab-Bildanalyse zur quantitativen Charakterisierung der erzeugten Elektronenvortices

Stichworte: Aufbau eines Transmissions-Elektronenmikroskops (Elektronenquellen, magnetisches Linsensystem eines Elektronenmikroskops, Elektronendetektoren), Wechselwirkung von Elektronenstrahlen mit Materie, Fresnel-Beugung, räumliche und zeitliche Kohärenz von Wellen, Elektronenholographie, Strahlmoden, Grundlagen der Nanostrukturierung mit fokussierten Ionenstrahlen.

Christopher Rathje, Sascha Schäfer, AG UND (04/18) (» Versuchsanleitung)

Herstellung und Charakterisierung organischer Solarzellen

Organische Solarzellen erreichen mittlerweile Wirkungsgrade von über 13% und befinden sich auf dem Wege zur Kommerzialisierung. Typische Vertreter beinhalten eine dünne aktive Schicht aus einer ungeordneten Donor-Akzeptor-Mischung, eine sog. Bulk-Heterojunction (BHJ), die zwischen zwei Elektroden liegt. Die Mischung besteht dabei aus organischen Halbleitermaterialien, Polymere oder molekulare Farbstoffe als Donatoren und Fullerene als Akzeptoren. Hier werden durch die Absorption von Licht Ladungen an der Donor-Akzeptor Grenzfläche getrennt und an den Elektroden eingesammelt. Dabei beeinflussen das Donor-Akzeptor-Gefüge (Materialauswahl, Morphologie bzw. Struktur, Schichtdicke) sowie Zwischenschichten an den Elektroden die Funktion der Solarzelle sehr. Häufig verhalten sich organische Solarzellen nicht ideal, und die Beschreibung ihres opto-elektronischen Verhaltens ist kompliziert, so dass es hier noch viele Möglichkeiten zur (grundlegenden) Forschung gibt.

Im Praktikum werden BHJ-Solarzellen durch Spincoaten einer Mischung aus einem molekularen Halbleiter der Klasse der Squaraine und einem Fulleren hergestellt. Dabei wird die Zusammensetzung der Mischung und/oder die Schichtdicke der aktiven Schicht variiert. Als Substrat dient eine transparente Elektrode, die mit einer Zwischenschicht modifiziert wird. Die Squaraine punkten zwar hinsichtlich ihrer Umweltstabilität gegenüber standardmäßig verwendeter Polymere, jedoch findet die Präparation der Solarzellen trotzdem in einer Glove-Box statt. Einschlüsse von Wasser und Sauerstoff in der aktiven Schicht würden z.B. die aufgedampfte Gegenelektrode korrodieren.

Zur Charakterisierung werden Strom-Spannungs-(JV)-Kennlinien in Abhängigkeit von der Intensität des eingestrahlten simulierten Sonnenlichts aufgenommen. Aus den Kennlinien werden Parameter wie Effizienz (PCE), Leerlaufspannung (Voc), Kurzschlussstrom (Jsc) und Füllfaktor (FF) extrahiert. Insbesondere der Füllfaktor ist eine komplizierte Größe und bedarf besonderer Diskussion.

Die spektrale Photostrom-Antwort der Solarzellen wird mit Hilfe der Messung der externen Quanteneffizienz (EQE) untersucht. Für ein besseres Verständnis lichtintensitätsabhängiger Verslustprozesse wird eine Hintergrundbeleuchtung mit Weißlicht zugeschaltet. Optische Simulationen tragen zum Verständnis der Daten bei.

Ladungsträgermobilität (Löcher und Elektronen) ist ein kritischer Parameter für die Funktionalität von organischen Solarzellen. Typischerweise wird die Ladungsträgermobilität aus  J-V-Kennlinien von Dioden mit symmetrischen Kontakten extrahiert, sog. hole-only- oder electron-only-devices.

Es kann jeweils ein Versuch aus folgenden 4 Teilversuchen ausgewählt werden:

Teilversuch 1: J-V-Kennlinien von Organischen Solarzellen mit Fokus auf Füllfaktor (inklusive Herstellung der Devices)

Teilversuch 2: Echte EQE und angenäherte IQE von Organischen Solarzellen (Devices von Teilversuch 1)

Teilversuch 3: Ladungsträgermobilität Löcher (inklusive Herstellung der Devices)

Teilversuch 4: Ladungsträgermobilität Elektronen (inklusive Herstellung der Devices)

Stichworte: organische Halbleiter, photovoltaischer Effekt, Solarzellen, Strom-Spannungskennlinien, Diode, Ladungsträgermobilität, raumladungsbegrenzter Photostrom, Morphologie, Absorption, Sonnenspektrum, Vierpunktmessung, Glove-Box, Lösungsmittel, Spincoating,  Annealing, thermisches Aufdampfen.

Manuela Schiek, AG EHF (03/18) (» Versuchsanleitung)

Herstellung und Charakterisierung einer Eisenbatterie

Auf der Suche nach günstigen, stationären Batterien sind die Materialkosten ein entscheidendes Kriterium. Eine vollständig Eisen-basierte Batterie, kurz Eisenbatterie, hat großes Potential, als günstige, ungefährliche und ökologische Batterie die Energiewende voran zu bringen.

Die Batterie besteht aus einer Eisen-basierten Elektrode und einer Eisenoxidhydroxid-basierten Elektrode, die Eisen im Oxidationszustand III enthält. Beide Elektroden befinden sich in einem Elektrolyten mit Eisen(II)-Ionen. Im Entladefall lösen sich beide Elektroden unter Aufnahme bzw. Abgabe von Elektronen auf und geben Eisen(II)-Ionen in den Elektrolyten ab (s. Funktionsskizze). Beim Laden werden die Elektroden durch Reduktion bzw. Oxidation der Eisen(II)-Ionen wiederaufgebaut. Dies wird durch die Reaktionsgleichungen für den Entladefall beschrieben.

Eisen-Elektrode: ½ Fe → ½ Fe2+ + e-

Eisenoxidhydroxid-Elektrode: FeOOH + e- + 3H+ → Fe2+ + 2H2O

Für den Ladefall kehren sich die Reaktionen um.

Im Versuch wird der Elektrolyt hergestellt und zusammen mit den Elektroden eine Batterie gebaut, die u.a. durch Lade-Entladezyklen elektrochemisch charakterisiert wird. Außerdem wird die Struktur der Elektroden mittels Röntgenbeugung und Rasterelektronenmikroskopie untersucht.

Christian Gutsche, Martin Knipper, AG EHF (03/18)  (» Versuchsanleitung)

Experimentelle Modellanalyse

Die Optimierung des Designs von Maschinen und Gebäuden erfordert in zunehmenden Maße die genauere Abstimmung von Systemfunktion zu Systemstruktur. Hierzu ist zunächst die Charakterisierung des dynamischen Systemverhaltens erforderlich.

In dem Versuch sollen die strukturdynamischen Eigenschaften eines Rotorblattes einer Windenergieanlage untersucht werden. Hierbei wird das System als schwingfähige Einheit mit seinen Parametern Abmessungen, Masse, Dämpfung und Steifigkeit betrachtet. Die im Praktikum eingesetzten Mess- und Auswertemethoden werden generell in vielen Bereichen der Physik, des Bauwesens und der Industrie genutzt.

Zunächst wird ein eindimensionaler Versuch mit einem einfachen Biegebalken aufgebaut. Die modalen Parameter des Systems werden mit den Methoden der experimentellen Modalanalyse als Korrelation von dynamischer Anregung zur Systemantwort bestimmt. Eingesetzt wird der modale Hammer und eindimensionale Beschleunigungsaufnehmer. Die Auswertung der Versuche führt zu einem Systemmodell, welches das reale System hinreichend genau abbilden soll.

Im nächsten Schritt wird der Hammerimpuls durch eine periodische und stochastische Anregung mittels modalem Shaker ersetzt.

In einem dritten Schritt wird ein 6 m langes Rotorblatt einer Windenergieanlage mit 20 mehrdimensionalen Beschleunigungssensoren ausgerüstet. Die Systemreaktion ist hierbei mehrdimensional in ein Modell zu übertragen und mit der gemessenen Systemantwort zu vergleichen.

Es werden Fähigkeiten zur Versuchsplanung, Kalibrierung, Applikation, Messwerterfassung, Fehlerbetrachtung und Auswertung im modalen Experiment erarbeitet.

Stichworte:
Experimentelle Modalanalyse, IEPE-/MEMS- Beschleunigungsaufnehmer, modaler Hammer, Shaker, Übertragungsfunktion, SDOF-/MDOF Modell, Stabilisierungsdiagramm, Periodogramm

Andreas Schmidt, Martin Kraft, AG WE-Sys (04/18)  (» Versuchsanleitung)

Hitzdraht-Anemometrie und Turbulenz

Für Messungen in turbulenten Strömungen sind zeitlich und räumlich hoch auflösende Sensoren erforderlich. Eine Standardmethode hierfür stellt die Hitzdraht-Anemometrie dar. Grundlage für diese Technik ist die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes eines Drahtes von der Temperatur bzw. der geschwindigkeitsabhängigen Kühlung durch das bewegte Medium.

Behandelt werden: Der Bau von Hitzdrahtanemometern auf der Basis eines 8 cm langen Heizdrahtes sowie einer Fahrradglühlampe. Diese Anemometer werden in unterschiedlichen Betriebsmodi charakterisiert und mit kommerziellen Hitzdrahtanemometern verglichen. Hierfür werden Messungen im Nachlauf eines Zylinders durchgeführt und hinsichtlich ihrer turbulenten Eigenschaften untersucht.

Stichworte: Hitzdraht-Anemometrie mit konstant Strom und konstant Temperatur Methode, Wheatstonesche Messbrücke, Prandtl-Rohr, Karmansche Wirbelstraße, Zylindernachlauf, Strouhal-Zahl

Michael Hölling, AG TWIST (03/12)  (» Versuchsanleitung)

Vertiefende Beobachtungstechniken der Astrophysik

Exkursion zum Observatoire de la Côte d'Azur, C2PU

Gemeinsam mit der Veranstaltung: Vertiefende Beobachtungstechniken der Astrophysik (5.04.4644)

Die sechstägige Exkursion zum Sternwartenzentrum C2PU (c2pu.oca.eu) findet in der vorlesungsfreien Zeit im Spätsommer statt. Der genaue Zeitraum richtet sich nach den Neumondphasen. Das C2PU liegt nördlich von Nizza in den französischen Alpen. Vor Ort stehen zwei Teleskope mit jeweils einem Meter Spiegeldurchmesser für diverse astronomische Messungen zur Verfügung. Es sollen die Techniken der Astrometrie, Photometrie, Spektroskopie, sowie der Astrophotographie erlernt oder vertieft werden. Im Rahmen dieses Praktikumsversuchs sollen Asteroiden aufgespürt, Helligkeitskurven von veränderlichen Sternen vermessen, Exoplaneten nachgewiesen, und mit Hilfe von spektroskopischen Untersuchungen die (Rotations-) Geschwindigkeiten von Himmelskörpern bestimmt werden. Der Exkursion voran steht ein vorbereitendes Seminar, das von allen Teilnehmern besucht wird. Im Rahmen dieses Seminars werden die Beobachtungskampagnen geplant und die notwendigen Beobachtungs- und Auswertungstechniken eingeführt. Das Seminar findet innerhalb der letzten vier Wochen vor der Exkursion statt und hat eine Dauer von vier Tagen.

Wichtige Hinweise: Die Teilnehmerzahl ist auf 8 Personen limitiert. Bei einer Teilnahme an dieser Veranstaltung fallen Kosten an. Für Unterkunft und Verpflegung ist mit pauschal max. 110 Euro zu rechnen. Zuzüglich sind Reisekosten zu decken. Die Übernahme der Kosten durch Universitätsmittel wird jährlich neu beantragt und kann daher nicht garantiert werden. Für die Teilnahme an diesem Praktikumsversuch können zusätzlich 3 KP im Vertiefungsmodul angerechnet werden.

Esther Drolshagen, Theresa Ott, AG Med. Strahlenphysik (03/17)  (» Versuchsanleitung)

Digitale Signalverarbeitung (Block-PR)

Das Blockpraktikum findet jeweils direkt nach Ende der Vorlesungszeit des Wintersemesters statt (Ende Februar / Anfang März) und umfasst insgesamt 5 Versuchstage (entspricht einem Versuch im FPR-M plus Anerkennung von 3 Kreditpunkten im Rahmen des Wahlpflichtbereichs). Es vermittelt eine vertiefte Kenntnis und vertiefende praktische Fähigkeiten im Bereich der Akustik und Audio-Signalverarbeitung. Das Praktikum wird in Form von Projekten in Kleingruppen durchgeführt. Die Projektarbeit umfasst die selbständige Erarbeitung der Theorie, Planung und Durchführung der Experimente sowie die Vorstellung des eigenen Themas im begleitenden Seminar. Mögliche Projektthemen sind Adaptive Filter, Analyse nichtstationärer Signale, Datenkompression in digitalen Systemen, Spracherkennung, Signalklassifikation, Perzeptive Audiocodierung, blinde Quellentrennung und weitere.
Simon Doclo, AG SIGPROC (01/09) (» Versuchsanleitung)

Psychophysik, Neurosensorik und auditorische Signalverarbeitung (Block-PR)

Das Blockpraktikum Psychophysik, Neurosensorik und auditorische Signalverarbeitung gibt einen Einblick in aktuelle Fragestellungen und Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Anwendung von physikalischen Methoden zur Erforschung der Verarbeitung von sensorischen Reizen. Das Praktikum findet jeweils im September über einen Zeitraum von sechs Versuchstagen statt. Es entspricht einem Versuch im FPR-M plus Anerkennung von 3 Kreditpunkten im Rahmen der Vertiefungsmodule I oder II. Die Projektarbeit umfasst die selbständige Erarbeitung der Theorie, Planung und Durchführung der Experimente sowie die Vorstellung des eigenen Themas im begleitenden Seminar.

Das Schwerpunktthema des Praktikums ist das menschliche Gehör. Dabei wird ein Einblick gegeben in die physikalischen und physiologischen Grundlagen sowie in die erforderlichen Grundlagen und Methoden der Signalverarbeitung. Jede Gruppe führt ein forschungsnahes eigenes kleines Projekt durch, in dem mit unterschiedlichen Methoden jeweils eine aktuelle Fragestellung bearbeitet wird. Mögliche Themen sind Pathologie und Diagnostik des Hörens, absolute und differentielle Wahrnehmung von Schall, Maskierung, Signalentdeckungstheorie, Binaurales Hören sowie Sprachverständlichkeit. Die verwendeten Methoden umfassen psychoakustische Experimente, akustisch evozierte Potentiale, otoakustische Emissionen und funktionelle Magnetresonanztomographie.

Stichworte: Akustik, Neurosensorik, Signalverarbeitung, Elektroencephalographie, Magnetresonanztomographie, Signalentdeckungstheorie

Stefan Uppenkamp, AG MEDI (03/12)  (» Versuchsanleitung)