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Jugend forscht - Landeswettbewerb Sachsen 2017

  • Teilnehmerfoto Interview:
    Fachgebiet:
    Physik
    Schule:
    BIP-Kreativitätsgymnasium Leipzig
    Mitglieder:
    (St.-Nr. 16) Katharina Sophie Apel

    Behandlung von Gelatine mit energetischen Elektronen für die biomedizinische Aktuatorik

    Gelatine als Medikamententräger oder bei der Konstruktion medizinischer Cantilever einsetzen zu können, wäre eine tolle Möglichkeit für die Medizin, weil Gelatine aus körpereigenem Kollagen aufgebaut ist und der Körper dieses leicht abbauen kann. Allerdings ist herkömmliche Gelatine ungeeignet, weil sie im Körper quellen würde.
    Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um dies zu verhindern. In diesem Projekt wird die Gelatine mit hochenergetischen Elektronen behandelt, um ihre Struktur durch Quervernetzungen zu stabilisieren.
    Zunächst wird der Einfluss der Intensität der Elektronenbehandlung und der Gelatinekonzentration auf das Quellverhalten der Gelatine untersucht. Durch Verbindung zweier unterschiedlich quellender Gelatineschichten wird ein feuchtigkeitssensitiver Aktor entwickelt, der sich bei längerer Wässerung krümmt. Diese mechanischen Eigenschaften bieten einen Ansatzpunkt für die Entwicklung eines Werkstoffes zum Bau medizinischer Geräte, wie z.B. selbstentfaltender Gefäßstents.
  • Teilnehmerfoto Interview:
    Fachgebiet:
    Physik
    Schule:
    Johann-Wolfgang-von-Goethe-Gymnasium Chemnitz
    Mitglieder:
    (St.-Nr. 17) Susann Schaarschmidt

    Harmonie und Klangfarben

    In meinem Projekt im Fach Physik werde ich die verschiedenen Klangfarben von Instrumenten (Alt-Saxophon, Klarinette, Alt-Blockflöte) mithilfe von Frequenzanalysen untersuchen. Dazu erkläre ich zunächst die wichtigsten Begriffe und die damit verbundene Differenzierung von Klangfarbe, Geräusch und Tönen. In meinem praktischen Teil werde ich für das Anwenden der Fourier-Transformation das von der Technischen Universität Chemnitz bereitgestellte Programm CASSY Lab 2 nutzen. Außerdem werde ich feststellen, dass es eine sogenannte Obertonreihe gibt, die maßgeblich für das Klangspektrum eines jeden Instruments verantwortlich ist.
  • Teilnehmerfoto Interview:
    Fachgebiet:
    Physik
    Schule:
    Julius-Motteler-Gymnasium Crimmitschau
    Mitglieder:
    (St.-Nr. 18) Lina Teumer

    Imprägniersprays bei Stoff

    - Wasseraufnahmefähigkeit von Stoff mit und ohne Imprägnierspray wird verglichen
    - verschiedene Imprägniersprays bei gleichem Stoff vergleichen
    - unterschiedliche Sprühmengen vergleichen
    - Vergleich erfolgt mithilfe einer Waage
    - Theorie Wirkungsweise der Imprägniermittel
  • Teilnehmerfoto Interview:
    Fachgebiet:
    Physik
    Schule:
    Sächsisches Landesgymnasium St. Afra zu Meißen
    Mitglieder:
    (St.-Nr. 19) Yvonne Stöcker

    Leitwertbestimmung metallischer Quantenpunktkontakte

    Jeder, der schon einmal vom Mooreschen Gesetz gehört hat, hat sich bestimmt gefragt, wo die Grenzen dieses Gesetzes liegen. Dieses vom Mitbegründer und Ehrenvorsitzenden der Intel Corporation Gordon Moore formulierte Gesetz besagt nämlich, dass sich die Komplexität, also die Anzahl der Schaltkreiskomponenten in einem integrierten Schaltkreis, jährlich verdoppelt. Natürlich muss diese Entwicklung einen Grenzwert besitzen, denn spätestens wenn man bei einzelnen Atomen angekommen ist, sollte mit der Verkleinerung Schluss sein.
    Ich habe in dieser Arbeit untersucht, inwiefern solche kleinen Strukturen, einzelne oder wenige Atome noch für derartige Zwecke nutzbar sind, genauer: wie gut diese Strukturen Strom leiten.
    Dafür habe ich mittels eines relativ simplen Aufbaus Quantenpunktkontakte hergestellt. Quantenpunktkontakte sind Kontakte, die nur aus wenigen Atomen bestehen. Da die Atome gegenseitig ihre Leitungsbänder (Bändermodell) beeinflussen, spielt die Konfiguration dieser Atome für den Leitwert des Kontaktes eine entscheidende Rolle. Ich habe den Leitwert der Kontakte gemessen, während ich sie geöffnet habe, also während sich die Atomkonfiguration und die Anzahl der am Stromfluss beteiligten Atome veränderten. Aus den so entstandenen Messreihen wurden Histogramme erstellt, die die Anzahl der jeweiligen Leitwerte zeigen.
    Dabei zeigten sich für die untersuchten Metalle Gold, Kupfer und Platin unterschiedliche Maxima. Bei Gold konnte man eine Art der Leitwertquantisierung messen in Einheiten von G_0=2e/h (e: Ladung eines Elektrons; h: Planck’sches Wirkungsquantum). Dies ist der Wert, der entsteht, wenn ein Strom durch einen einzelnen Kanal fließt, der die Transmission Eins hat. D.h., dass in ihm keine Rückstreuung stattfindet und die Elektronen ballistisch durch ihn transportiert werden. Da die Maxima des Leitwerthistogramms kurz vor ganzzahligen Vielfachen dieses Wertes zu finden waren, haben die Transportkanäle der Goldatome wahrscheinlich eine Transmission von nahezu Eins.
    Für Kupfer erschien ebenfalls ein Maximum kurz vor dem 1G_0, die nächsten Maxima, kurz vor 2G_0 und 3G_0, waren viel niedriger und breiter als das erste. Man kann daraus ableiten, dass Kupfer bevorzugt eine Atomkonfiguration einnimmt, die einen Leitwert von nahezu 1G_0 erzeugt.
    Bei Platin veränderte sich die Position des ersten Maximums für verschiedene Vorspannungen. Mit einer Vorspannung von 500mV beispielsweise ergab sich ein bevorzugter Leitwert von ungefähr 2 G_0. Für eine Vorspannung von 100mV hingegen liegt es zwischen 1G_0 und 1,5 G_0. Diese Veränderung, dass der Leitwert entgegen den Erwartungen mit sinkender Vorspannung sinkt, deutet darauf hin, dass es sich nicht um elektrische sondern vielmehr geometrische Effekte handelt. Vermutlich können sich bei steigender Vorspannung keine Ketten aus Atomen mehr bilden.
  • Teilnehmerfoto Interview:
    Fachgebiet:
    Physik
    Schule:
    Geschwister-Scholl-Gymnasium Taucha
    Mitglieder:
    (St.-Nr. 20) Lukas Müller

    Tröpfchenmodellsimulation

    Mithilfe der GameEngine Unity werden Atomkerne beliebiger Protonen- und Neutronenzahl anhand des Tröpfchenmodell simuliert. Aus einer Nuklidkarte können vorgegebene bekannte Kerne ausgewählt werden, wobei einige von ihnen per Knopfdruck nach Beobachtungen in der Natur zerfallen können. Zusätzlich können beliebige (irreale) Kerne und Zerfälle simuliert werden. Zustände wichtiger physikalischer Größen im Kern werden pro Kern berechnet und können eingesehen werden.
  • Teilnehmerfoto Interview:
    Fachgebiet:
    Physik
    Schule:
    Universität Leipzig
    Mitglieder:
    (St.-Nr. 21) Maximilian Conradi

    Vorexperimente zum potentiellen Einsatz eines Spatial Light Modulators zur Messung der Orientierung einzelner anisotrop strahlender Nanopartikel

    In der vorliegenden Arbeit sollen mit dem erstmaligen Einsatz eines Spatial Light Modulators in der Arbeitsgruppe Grundlagen für eine Anwendung im Labor geschaffen werden, so dass später die Position und Orientierung von wenigen Nanometer großen Maschinen in Flüssigkeiten bestimmt werden können. Dazu sollen von fluoreszierenden Nanopartikeln mit verschiedenen Beugungsgittern auf dem Spatial Light Modulator die Beugungsbilder aufgenommen werden. Anschließend soll aus diesen dann die Gitterkonstante des auf dem Spatial Light Modulators befindlichen Gitters berechnet werden, so dass diese dann, mit der am Computer eingestellten Gitterkonstante, verglichen werden können. Hieraus kann dann die Abweichung der digital eingestellten von der tatsächlichen Gitterkonstante berechnet werden, was für zukünftige Messungen wichtige Informationen für die Fehleranalyse und die Berechnung der Genauigkeit des Ergebnisses liefert.