Erlanger SchülerForschungsZentrum
für Bayern (ESFZ)

Projekte des Forschungscamps in den Sommerferien vom 05.-09. September 2011

Hier finden Sie eine Übersicht über die Projekte, mit welchen sich die Schüler beim elften Forschungscamp beschäftigt haben. Die Projektbeschreibungen wurden von den Schülern selbst angefertigt!

Hinweis: Stand 26.09.2011, Projekte und Bilder werden in den kommenden Wochen noch ergänzt.

Kapillareffekt
	Stella Brytanchuk Willstätter-Gymnasium Nürnberg Andreas Geilen Megina-Gymnasium Mayen Ob im Baum oder im Strohhalm der Limo, der Kapillareffekt tritt überall dort auf, wo sich Gefäße oder Röhren in Flüssigkeiten befinden. Er beschreibt, wie die Höhe der Flüssigkeit in dem Röhrchen steigt. Wodurch dieser entsteht, wovon er abhängt und wie man ihn nutzen könnte, haben wir uns in der Woche des Camps überlegt und erforscht. Da die Steighöhe von vielen Faktoren (Oberflächenspannung und Dichte der Flüssigkeit, Erdbeschleunigung, Durchmesser der Röhre, Winkel zum Gefäß) abhängig ist, haben wir bei jeder Messreihe alle Faktoren bis auf einen bestimmten konstant gelassen, um nachzuprüfen, welcher Zusammenhang mit diesem Faktor vorhanden ist. So experimentierten wir mit verschiedenen Durchmessern, unterschiedlichen Temperaturen und diversen Flüssigkeiten wie Milch, Wasser oder einer Zuckerlösung, wobei wir die Konzentration variierten. Jedes Mal maßen wir die Höhendifferenz der Flüssigkeit zur Oberfläche außerhalb der Röhre. Um genauer messen zu können, entschieden wir uns am 2. Tag, den Ausschnitt der Flüssigkeitsoberfläche mit den Kapillaren durch eine Quecksilberdampflampe und mit einer Sammellinse parallelisiert auf eine Wand zu projizieren, wodurch wir sowohl eine Vergrößerung als auch eine einfachere und vor allem trockenere Messung erreichten. Zwar hatten wir einige Messungenauigkeiten, doch kamen wir zum Ergebnis, das Steighöhe proportional zur Temperatur und antiproportional zu der Dichte der Flüssigkeit ist. Auch wenn uns leider keine gute Anwendung eingefallen ist, so war die Versuchsreihe doch sehr interessant und aufschlussreich.
Verstärkerschaltung für einen Subwoofer
	Thomas Rauch Erasmus-Gymnasium Amberg Satte Bässe mit einer einfachen Schaltung? Das wollte ich in diesem Forschungscamp realisieren. Der Grundaufbau eines Tiefpass-Filters ist dabei recht einfach: Ein Widerstand und ein Kondensator sind in Reihe geschaltet. An diese Reihenschaltung wird nun das sinusförmige Tonsignal angelegt. Bei hohen Tönen hat das Signal eine hohe Frequenz. Der Kondensator hat bei hohen Frequenzen einen geringen Widerstand. Die Spannung verteilt sich in einer Reihenschaltung auf die einzelnen Glieder im Verhältnis der Widerstände. Am Kondensator liegt in unserem Fall also nur eine geringe Spannung an. Die meiste Spannung liegt am Widerstand an. Bei tiefen Frequenzen liegt am Kondensator die meiste Spannung an, da der Kondensator dann einen hohen Widerstand aufweist. Greift man nun die Spannung über dem Kondensator ab erhält man ein Signal das bei tiefen Frequezen geschwächt ist. Ich habe das Signal zwei mal gefiltert und anschließend mit einem Operationsverstärker verstärkt. Mit Hilfe der Elektronikwerstatt konnte ich mir das Frequenzverhalten meiner Schaltung ansehen und anpassen. Das Ergebnis war gut: Ich hatte eine Verstärkerschaltung für Bässe. Vom Ergebnis kann man sich mit einem Kopfhörer und (basslastiger!) Musik überzeugen.
Wie kann Holundersekt optimiert werden?
	Patricia Skowronek Carl-Spitzweg-Gymnasium Germering In meinem Projekt möchte ich Holundersekt nach dem Rezept meiner Ururoma optimieren. Dazu habe ich mein Projekt in vier Zielsetzungen eingeteilt. Bei meinem ersten Ziel z.B. untersuche ich Holundersekt und ein paar Variationen von meinem Holundersekt (statt Zucker Honig) in regelmäßigen Abständen auf Alkohol-, Zucker- und Säuregehalt. In dieser ESFZ-Woche habe ich meinen Holundersekt auf die flüchtigen Inhaltsstoffe untersucht. Dazu durfte ich in der Biologie mit einem Betreuer Messungen an einem Gaschromatographen mit einem Massenspektrometer gekoppelt machen. Aber bevor diese Messungen gemacht werden konnten mussten zuerst die Proben aufwendig vorbereitet werden. Erst nach einigen Stunden Probenvorbereitung konnten die Proben in den Gaschromatographen. Am nächsten Tag konnte ich die Ergebnisse auswerten. Mein Ergebnis ist, dass sich die flüchtigen Inhaltsstoffe der Blüten (hauptsächlich ätherische Öle) bei der Herstellung auf den Holundersekt übertragen haben und deshalb der Holundersekt nach Holunder riecht und schmeckt.
Klingende Gläser
	Sandra Forndran Maximilian-von-Monteglas-Gymnasium Vilsbiburg Ursprünglich wollte ich die Zusammensetzung der Obertöne von Klängen untersuchen, die erzeugt werden, wenn man mit dem nassen Finger über den Rand eines Weinglases reibt, und mit dem Obertonspektrum z.B. eines Klaviers vergleichen, um zu sehen, ob es bei den Obertönen charakteristische Merkmale für die Gläser gibt. Bei den ersten Aufnahmen war aber eine Schwebung in der Schwingung festzustellen. Da sie vielleicht vom Versuchsaufbau herrühren konnte, aber auch typisch für die Gläser sein konnte, habe ich erst den Versuchsaufbau optimiert, also z.B. das Glas in einer Halterung festgeklemmt oder die Mikrophone anders gestellt. Die Schwebung blieb trotzdem, so habe ich einige Aufnahmen gemacht, auch mit verschiedenen Wasserständen im Glas. Dann wollte ich die Schwebung bei den verschiedenen Füllständen vergleichen, sie betrug bei meinem getestetem leeren Glas etwa 4 Hz und nimmt mit zunehmender Füllhöhe minimal ab. Dabei stellte ich allerdings etwas anderes Interessantes fest: Die Frequenz beim leeren Glas beträgt etwa 780 Hz und nimmt mit zunehmendem Füllstand ab. Zu diesem Phänomen habe ich dann noch einige Aufnahmen gemacht, um Mittelwerte bilden zu können und ein Diagramm zeichnen zu können.
Programmierung eines Kernels
	Simon Michalke Descartes Gymnasium Neuburg Ein Kernel ist der zentralste Bestandteil eines Systems. Er steuert alle grundlegenden Funktionen wie Speicherverwaltung, USB-Schnittstellen, Festplatten usw. Mein Projekt besteht darin, einen eigenen Kernel zu programmieren.
Analyse von Erdproben
	Thomas Maier Werner-von-Siemens-Gymnasium Weißenburg In meinem Projekt habe ich mich mit der Analyse von Erdproben aus meiner nähreren Umgebung beschäftigt. Ich hab es nun fast geschafft, die Radioaktivität jeder Stoffprobe zu bestimmen. Wir haben die Leermessung der Geigerzähler über Nacht laufen lassen, und diese letztendlich von der Gesamtmessung abgezogen. Bisher wurden noch keine signifikanten oder gar aussagekräftigen Unterschiede festgestellt. Ich hoffe dieses Projekt Privat und bei ihnen bald weiter zu verfolgen.
CNC
	Thomas Maier Werner-von-Siemens-Gymnasium Weißenburg Stefan Berger Werner-von-Siemens-Gymnasium Weißenburg In unserem Projekt geht es darum eine CNC-Fräse, die vom Computer aus gesteuert werden kann zu entwerfen und zu bauen. Der Fräskopf soll sich durch ein 3-Achsen-System in drei Dimensionen steuern lassen und würde somit sowohl das Fräsen von Platten und Platinen (hier einmal die Löcher für entsprechende Bauteile bohren und Kupferschichten abtragen) möglich machen. Dazu soll eine bewegliche Arbeitsfläche, ein beweglicher Arbeitsschlitten und ein in Höhe verstellbarer Dremel verwendet werden. Die Systeme zur Abdeckung der drei Achsen sollen durch Schrittmotoren angesteuert und mit einem USB-Interface mit dem Computer verbunden werden. Das Computerprogramm soll dann in der Lage sein Auto CAD Dateien einzulesen und entsprechend auszufräsen. In diesem Forschungscamp haben wir und neben der Planung hauptsächlich mit der Ansteuerung der Schrittmotoren und der technischen Umsetzung unserer Planung auseinandergesetzt.
Mathematische Ergründung und Darstellung eines Problems mittels Äpfel.
	Dorian Herle Katharinen-Gymnasium Ingolstadt Eigentlich wollte ich in diesem Forschungscamp mein vorheriges Projekt namens E-paper weiterführen. Ich untersuchte auch mehrere wichtige Dinge, z.B. die magnetische Feldstärke verschiedener Spulen mit unterschiedlicher Windungsanzahl. Nach einiger Zeit musste ich jedoch feststellen, dass mein Projekt einfach zu kompliziert wurde. Daher wandte ich mich einem mathematischen Problem, indem es vor allem um Kugeln mit aufgebrachten Rillen geht. Nach zahlreichen Versuchen gelang es, dies mathematisch zu formulieren und das Problem zu lösen. Um dies dann auch visuell besser darstellen zu können, baute ich mir ein Modell aus zwei Apfeln.
Eine wissenschaftliche Zerreißprobe - Untersuchungen zur Reißfestigkeit von Laborkitteln
	Robert Macsics Dientzenhofer Gymnasium Bamberg Mit diesem Projekt wollte ich untersuchen, welche Belastungen Laborkittel aushalten können. Hierzu belastete ich Stoffstreifen mit zunehmendem Gewicht und untersuchte, wann der Stoff reißt. Dabei verwendete ich zwei Kittel von unterschiedlicher Qualität. Die Unterschiede in den Ergebnissen waren dramatisch: Während der schlechtere Kittel bei 7,3 kg riss, hielt der andere 19,3 kg. Die Reißfestigkeit des Letzteren reduzierte sich jedoch erheblich, wenn er nass war. Die Naht des schlechteren Kittels hielt 3,7 kg, die des besseren 6,9 kg aus. Ein Teil der Versuche wurde dabei mit einer Hochgeschwindigkeitskamera gefilmt, um den Reißvorgang in Zeitlupe betrachten zu können.
Optimierung eines Systems zur katalytischen Wasserspaltung mittels Cobaltphosphat
	Robert Macsics Dientzenhofer Gymnasium Bamberg Das Projekt umfasst eine Weiterführung einer Jugend-Forscht-Arbeit, die einen neuartigen Katalysator untersucht, der die elektrolytische Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff befördert. Sinn ist es, letztendlich so aus Solarzellen gewonnenen Strom in Wasserstoff zu speichern. Zielsetzung innerhalb des Forschungscamps war nun, die eigene Apparatur derart zu verbessern, dass erkennbare Gasmengen aufgefangen werden können. Eine Minimierung des Elektrodenabstands und die Verzehnfachung der Pufferkonzentration bewirkten einen deutlichen Anstieg der Gasproduktion und nach langem Probieren gelang mir auch, den Wasserstoff mit einer Stopfenkonstruktion in ein Reagenzglas zu leiten und ihn mittels Knallgasprobe nachzuweisen.
Entwicklung eines Spektralphotometers
	Stephan Nüßlein Tassilo Gymnasium Simbach am Inn Am ESFZ arbeitete ich an einem Projekt weiter, das ich bereits im letzten Jahr bei Jugend Forscht vorgestellt hatte. Dabei geht es darum ein Spektralphotometer zu bauen. Mit einem Spektrahlphotometer kann man die Absorption des Lichtes einer bestimmten Farbe durch eine Substanz messen. Hierfür schicke ich das gebündelte Licht einer Halogenlampe duch die Substanz. Das hindurchgehende Licht trifft auf eine drehbare DVD die das Licht in die verschiedenen Farben aufteilt. Nun messe ich mit einem Licht-Spannungs-wandlers die Intensität des nicht absorbierten Lichtes. Zur Steuerung und Auswertung verwende ich einen Microcontroller der Firma ATMEL der mit dem PC kommuniziert. Beide programmiere ich in der Programmiersprache C++. Mein Ziel im ESFZ war es, auf einen leistungsfähigeren Controller umzusteigen. Leider war ich einen großen Teil der Zeit damit beschäftigt, Fehler in der Schaltung zu suchen und zu beheben. Obwohl ich nicht alle meine Ziele erreicht habe war es eine tolle Erfahrung, andere junge Forscher kennen zu lernen und sich gegenseitig auszutauschen.
Energiespeicherung in Form von druckerzeugtem Phasenübergang
	Christian Druschky Maximilian-von-Monteglas-Gymnasium Vilsbiburg Ich habe versucht mithilfe von Unterdruck Kokosfett zu schmelzen. Da dieser Prozess Energie erfordert, habe ich gehofft, das Fett als Energiespeicher nutzen zu können. Es stellte sich allerdings heraus, dass die Schmelzwärme von Kokosfett viel zu gering ist, um damit effektiv Energie speichern zu können.
Nicht-newtonsche Flüssigkeiten - Versuche mit Maisstärke
	Julia Rauch Erasmus-Gymnasium Amberg Aus Maisstärke und Wasser lässt sich nicht-newtonsche Flüssigkeit anrühren, sie ist bei großer Krafteinwirkung ein Festkörper, bei kleiner Krafteinwirkung eine Flüssigkeit. Indem man die Geschwindigkeit eines Körpers, während er einen bestimmten Weg durch die Wanne nicht-newtonscher Flüssigkeit gezogen wird, misst, lässt sich die Viskosität des Gemisches bestimmen. Gibt man die Flüssigkeit auf einen Lautsprecher, der Töne zwischen 14 und 20 Hz spielt, so bilden sich daraus Figuren, die sich hin und her bewegen. Die besten Ergebnisse lassen sich dabei zwischen 15 und 17 Hz und bei einem hohen Maisstärkeanteil erzielen.
Nebelmaschine
	Max Preuß Descartes Gymnasium Neuburg Valentin Rucker Descartes Gymnasium Neuburg In unserem Jugend-Forscht Projekt "Nebelmaschine" haben wir uns überlegt, was wir an handelsüblichen Nebelmaschinen verbessern könnten. Bereits im letzten Jahr haben wir mit Hilfe einer handelsüblichen Nebelmaschine und einem selbstgebauten Windkanal verschiedene Körper auf Aerodynamik untersucht. Während des Forschens fielen uns einige Schwächen der Nebelmaschine auf, die wir nun in unserer selbstgebauten vermeiden wollen. Unsere Nebelmaschine ist also wie folgt aufgebaut: Als Tank haben wir ein Behältnis aus Plastik verwendet. Von diesem führt ein Schlauch zur Pumpe. Diese Pumpe bereitete uns die ersten Schwierigkeiten. Handelsübliche Pumpen für Nebelmaschinen haben einen Durchfluss von ca. 80 ml/min. Die von uns verwendete war 10mal stärker: Deshalb verwendeten wir einen Fahrtregler, um sie zu dimmen. Um das Nebelfluid zu verdampfen benötigten wir ein Heizsystem, das wir selbst entwarfen und dann anfertigen ließen. Die ersten Testversuche verliefen positiv.
Pflanzen App
	Johannes Heuer Otto von Taube Gymnasium Gauting Bei einer Bergwanderung kam mir die Idee eine App zu programmieren, die mit ein paar technischen Hilfsmitteln das Foto einer Blüte erkennen soll. Damit nicht genug das Foto und eine GPS-Koordinate wird auf eine Datenbank geladen, damit man eventuell unbekannte Pflanzen oder seltene Pflanzen wiederfinden kann. In dem Forschungscamp befasste ich mich mit den Grundlagen der Programmiersprache (Objectiv-C) und programmierte einige Elemente, die ich im Gesamtprogramm dann einfügen werde.