Erlanger SchülerForschungsZentrum
für Bayern (ESFZ)

Projekte des Forschungscamps in den Faschingsferien vom 20. - 24. Februar 2012

Hier finden Sie eine Übersicht über die Projekte, mit welchen sich die Schüler beim 13. Forschungscamp beschäftigt haben. Die Projektbeschreibungen wurden von den Schülern selbst angefertigt!

Hinweis: Diese Seite befindet sich im Aufbau und wird in den nächsten Tagen ergänzt.

Radial viscous fingering in einer Hele-Shaw-Zelle
	Lars Dehlwes Ohm-Gymnasium Erlangen Eine Hele-Shaw-Zelle besteht aus zwei quadratischen, durchsichtigen Scheiben, die aufeinander gepresst werden. Die obere der beiden Platten besitzt dabei ein kleines Loch in der Mitte. Injiziert man nun zuerst eine viskose Flüssigkeit und anschließend eine minder viskose Flüssigkeit durch das Loch in die Zelle, so bilden sich viskose Finger aus. Dieses Phänomen trägt den Namen "viscous fingering" . Wird eine viskose Flüssigkeit in einer Hele-Shaw-Zelle durch eine weniger viskose Flüssigkeit verdrängt, so bilden sich aufgrund der sogenannten Saffman-Taylor-Instabilität viskose Finger aus. Das Phänomen des "viscous fingering" kommt durch das Zusammenwirken stabilisierender und destabilisierender Effekte zustande. Stabilisierend wirkt die Oberflächenspannung, die dazu führt, die Grenzfläche der beiden Flüssigkeiten zu minimieren, während Effekte des Viskositätskontrasts der beiden Flüssigkeiten destabilisierend wirken. Überwiegt der destabilisierende Teil auf einer großen Längenskala, so lassen sich fraktalähnliche Muster beobachten. Diese lassen sich durch verschiedene Größen charakterisieren. Eine dieser Größen ist die fraktale Dimension, sie soll für "radial viscous fingering" durch verschiedene Methoden bestimmt werden. Für die frühe Phase der Fingerbildung, während welcher die Störungen der Grenzfläche klein gemessen am mittleren Radius des Musters sind, lässt sich die Bewegungsgleichung herleiten und linear sowie schwach nicht-linear lösen. Mit der theoretischen Beschreibung der frühen Phase der Entwicklung der Grenzfläche, während welcher die Störungen in der Grenzfläche gering sind, ließe sich nun die Theorie anhand geeigneter Experimente überprüfen. Allerdings hat sich herausgestellt, dass die dafür notwendigen Versuchsbedingungen nur schwer erreichbar sind. So entstehen beispielsweise derzeit noch extrem große lokale Störungen am Injektionspunkt.
Fullerene
	Felix Kögel Ohm-Gymnasium Erlangen Marc Reinecke CJT Lauf In unserem Projekt wollten wir Fullerene synthetisieren. Das sind Moleküle aus sehr vielen Kohlenstoffatomen: Zwischen 20 und über 500, das bekannteste ist C60, das ,,Fußball-Molekül". Wir verfolgten dabei zwei Ansätze: Einmal die Synthese im Lichtbogen zweier Graphitstäbe sowie die Verdampfung von Graphit. Um Oxidation zu verhindern, machten wir unsere Versuche im Vakuum. Im ersten Aufbau zur Verdampfung von Graphit, spannten wir eine Zeichenkohle zwischen zwei Kupferkontakte und fingen die Reaktionsprodukte mit einem Reagenzglas auf. Der Versuchsaufbau für den anderen Ansatz war ein Schlitten auf dem ein Graphitstab gespannt war und der mit einem Motor unter der Vakuumglocke hin und her gefahren werden konnte. Dadurch bewegte sich der Graphitstab auf einen zweiten, fest eingespannten zu. Wir legten für den Lichtbogen Spannung und Strom von 40 V und 5 A an. Bei der Verdampfung genügte je nach verwendeten Graphitstäben eine geringere Spannung. Die Werte variierten zwischen 3V / 2A bis 17V / 0,5A. Aus den Produkte beider Reaktionen konnten wir mit Toluol einen weißlichen Feststoff extrahieren. Um größere Ruß/Graphit-Partikel zu entfernen haben wir die Lösung zuerst gefiltert. Wir vermuten, dass es sich dabei um Fullerene handelt, da alle anderen Reaktionsprodukte (CO, CO2) gasförmig sind.
Bau einer CNC-Fräse
	Thomas Maier Werner-von-Siemens-Gymnasium Weißenburg Stefan Berger Werner-von-Siemens-Gymnasium Weißenburg Fortsetzung des Projektes, an welchem bereits in den Forschungscamps vom September und November 2011 sowie einem Forschungswochenende im Rahmen des ESFZ gearbeitet wurde.
Optimierung einer Nebelmaschine
	Max Preuß Descartes Gymnasium Neuburg Valentin Rucker Descartes Gymnasium Neuburg Wir haben in der Zeit des Forschungscamps versucht, unsere zuvor erbaute Nebelmaschine zu verbessern. Da der Heizer nicht die nötige Temperatur erbrachte, sind wir auf die Idee gekommen, einen Induktionsheizer zu entwerfen. Dieser wurde dann auch erbaut und zugleich in Betrieb genommen. Auf der Primärseite des Heizer haben wir eine Spule mit 250 Windungen und einen Widerstand von 0.6 Ohm verwendet, sie wird mit 30 V betrieben. Auf der Sekundärseite haben wir die Kupferröhre so gewickelt, dass sie als einzelne Spule mit einer Windung zählt. Somit wird eine Spannung induziert und die Kupferröhre wird in der Spitze bis zu 160°C erwärmt und das in ca. 1,5 Minuten. Außerdem haben wir um die Pumpe zu kühlen einen Ventilator in einem Holzkanal verbaut. Aus Spaß haben wird dann noch ein weiteres ATX-Netzteil verbaut, um einige Lichter und Boxen zu betreiben.
Universelles Werkzeugmaschinenschutzsystem
	Marcel Otto wodego GmbH Daniel Pfister wodego GmbH Thomas Seger wodego GmbH Da viele Firmen, insbesondere Ausbildungsbetriebe, damit zu kämpfen haben, dass Werkzeugmaschinen und deren Anbauteile aufgrund von Unerfahrenheit beschädigt werden, haben wir nach einer Möglichkeit gesucht, diese Problematik zu entschärfen. Also haben wir zuerst die Ursachen für solche Bedienungsfehler gesucht und die häufigste, die sich technisch am unkompliziertesten lösen lässt, ausgesucht. Dabei handelt es sich um das Problem, dass unerfahrene Nutzer die Geschwindigkeit des Eilgangs der Maschine falsch einschätzen, und das Werkzeug zu schnell in das zu bearbeitende Material eindringt. Dadurch können große Schäden entstehen. Unsere Erfindung kann dies verhindern. Sie besteht aus einem Laser, der mithilfe von 3 Spiegeln einmal um das Werkstück gelenkt wird, einem Fototransistor, der den Laser registriert, einer Steuerung Siemens S7, die das Transistorsignal empfängt und einem Relais, das im Notfall die Maschine abschaltet und somit zum Stillstand bringt. Das System funktioniert so, dass die Laser-Lichtschranke vom Fräswerkzeug unterbrochen wird und die Steuerung damit misst, wie lange es dauert, bis das Werkzeug durch den Laser gefahren ist. Es handelt sich also um eine Geschwindigkeitsmessung. Ist die gemessene Geschwindigkeit zu hoch, schaltet die Steuerung das Relais durch und die Maschine wurde vor Schäden bewahrt.
Transparente Solarzelle
	Luca Sauerwein Zuerst habe ich versucht, den Wirkungsgrad und die Lebensdauer einer Farbstoffsolarzelle (auch Grätzelzelle genannt) zu verbessern. Doch schon nach kurzem Suchen im Internet gab ich die Idee auf, da ich zahlreiche Projekte zur Verbesserung der Grätzelzelle gefunden hatte. So bin ich zu der Fragestellung gekommen, ob es möglich sei, diese Farbstoffzelle transparent zu gestalten. Die Hälfte der Woche war vorbei und ich stand immer noch vor einem riesen Problem: Ich fand keinen transparenten Halbleiter. In der Not rief ich dann einen Professor für Halbleiter an. Dieser riet mir, ich solle doch mal Anthracen ausprobieren. Dieses Anthracen absorbiert nur UV-Licht und somit habe ich auch keinen Farbstoff gebraucht. Am Ende der Projektwoche hatte ich eine erfreuliche Messung: das Oszilloskop zeigte einen deutlichen Anstieg an als ich meine Solarzelle ins Licht einer Quecksilberlampe gehalten habe. Im nächsten Camp werde ich versuchen, die Zelle noch transparenter zu bekommen und den Wirkungsgrad zu verbessern.
selbständige Orientierung eines Roboters in einem Tunnel
	Lukas Kamm Werner-von-Siemens-Gymnasium Weißenburg Ziel des Projektes ist es, ein Modellauto mit 2 Infrarotsensoren, einem Ultraschallsensor und einem Microcontrollerboard so auszustatten und zu programmieren, dass es selbständig durch einen Tunnel fahren kann. Ein Tunnelroboter kann zum Beispiel bei Unfällen Hilfe leisten.
Vergleich von Interferenzmustern an Einzel- und Doppelspalt
	Manuela Wessel Erasmus-Gymnasium Amberg Julia Rauch Erasmus-Gymnasium Amberg Laserlicht wird durch einen Doppelspalt geschickt. Dabei werden mit CASSY Lichtintensität und der dazugehörige Ort gemessen. Anschließend wird erst der linke, dann der rechte Spalt abgedeckt und die Messung wiederholt. Hierbei zeigen sich beim Doppelspalt mehr Interferenzminima und -maxima als bei den Einzelspalten.
Optische Prüfsysteme - Abmessung/-tastung mit Laser
	Daniel Rusche Willstädter Gymnasium Nürnberg liegt noch nicht vor.