Physikpreis 2002:

"Physikanwendungen in der Industrie"

 

In diesem Jahr wurde leider kein Preis vergeben!

 

Hier findet man die Unterlagen zum Physikpreis 2002:

Die Ausschreibung

Die Themen

Die Ausschreibung 2002 lautete:

Der Verein zur Förderung von Wissenschaft  und Kultur in Lennep e.V.

ruft auf zum Wettbewerb 2002 um den

Physik-Preis

zur Förderung des naturwissenschaftlichen Nachwuchses

im Bergischen Land

Eingeladen zur Teilnahme sind Schülerinnen und Schüler der Jahrgangsstufen 11 bis 13 der  Gymnasien, Gesamtschulen und Waldorf-Schulen in Remscheid, Solingen, Wuppertal, Radevormwald, Wermelskirchen, Velbert und Wipperfürth.

Erwartet werden eigenständige Arbeiten zum Thema:

Physikanwendungen in der Industrie

Wählen Sie aus einer Aufstellung ein Thema aus. Der entsprechende Industriebetrieb und der Ansprechpartner dort werden genannt. Erkunden Sie die physikalischen Anwendungen Ihres Themas in dem Anwendungsbetrieb. Beschäftigen Sie sich mit den physikalischen Hintergründen der Anwendungen. Stellen Sie die Sachverhalte in einer für Mitschüler verständlichen Weise dar.

Die Aufstellung der Themen liegt bei. Weitere Themen sind im Deutschen Röntgen-Museum, Schwelmer Str. 41, 42897 Remscheid erhältlich. Als Ansprechpartner steht Ihnen das Deutsche Röntgen-Museum unter Telefon 02191/163384 zur Verfügung.

Der Physik-Preis ist ausgestattet mit je einem

1. Preis von € 800,- ,
    zuzüglich € 250,- für die Schule zur Anschaffung von Unterrichtsmaterial

2. Preis von € 500,-

3. Preis von € 350,-

Außerdem ist ein Sonderpreis von € 250,- des Landtagsabgeordneten Hans-Peter Meinecke zur Förderung des weiblichen naturwissenschaftlichen Nachwuchses ausgelobt.

Über die Vergabe der Preise entscheidet eine unabhängige Jury.

Anmeldung zur Teilnahme an dem Wettbewerb bis zum 08.04.2002.

Die Anzahl der Teilnehmergruppen ist aus organisatorischen Gründen begrenzt! Melden Sie sich daher möglichst früh an. Das gilt besonders, wenn Sie sich schon für ein bestimmtes Experiment entschieden haben.

Abgabeschluss für die Wettbewerbsarbeiten ist der 02.09.2002.

Die Preisverleihung findet im Rahmen einer Feierstunde am 10.11.2002 im Deutschen Röntgen-Museum in  Remscheid-Lennep statt.

 

Die Ausschreibung

Die Themen

 

Die Themen 2002 lauteten:

P h y s i k - P r e i s T h e m e n - 2 0 0 2 :
Physikanwendungen in der Industrie

Thema 1: Wärmetransport vom Heizgerät in die Wohnräume Firma Vaillant
Thema 2: Verbrennung von fossilen Brennstoffen  Firma Vaillant
Thema 3: Messung der Geräusche von Heizgeräten Firma Vaillant
Thema 4: Wärmeübertragung in Heizungsanlagen Firma Vaillant
Thema 5:  Messung der Zusammensetzung von Abgas Firma Vaillant
Thema 6: Erwärmung von Warmwasser für die Wohnung Firma Vaillant
Thema 7: Sonnenwärme, eingefangen zur Erwärmung von Warmwasser Firma Vaillant
Thema 8: Wärme und Stromerzeugung mittels Brennstoffzellen-Heizgerät Firma Vaillant
Thema 9: Vorteile der Brennstoffzelle als Heizgerät im Vergleich zu herkömmlichen Wärmeerzeugern Firma Vaillant
Thema 10: Aufbereitung von Erdgas in Wasserstoff für die Nutzung in Brennstoffzellenheizgeräten Firma Vaillant
Thema 11: Simulation des Fadenlaufes im Walzenbereich von Synthesefaser-Spinnmaschinen Firma Barmag
Thema 12: Experimentelle Ermittlung der physikalischen Eigenschaften von Polyesterfäden Firma Barmag
Thema 13: Untersuchung der Fadenerwärmung in einem Galettensystem Firma Barmag
Thema 14: Energie-dispersive Röntgenanalyse Firma Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e. V. (FGW)
Thema 15: Schwingungsforschung an Kreissägen Firma Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e. V. (FGW)
Thema 16: Eigenspannungen Firma Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e. V. (FGW)
Thema 17: Analyse von Werkzeugstählen Firma Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e. V. (FGW)
Thema 18: Mikrobereichs- und Partikelanalyse mit der Lasermassenspektrometrie Firma Analytik Dr. Peters
 

Weiter Hinweise
und Links zu den Partnern

 

Die Ausschreibung

Die Themen

 

Thema 1

Wärmetransport vom Heizgerät in die Wohnräume

Ein Kessel verbrennt Öl oder Gas. Dabei entsteht Wärme. Diese Wärme wird durch Heizungssysteme in die einzelnen Räume transportiert und sorgt für angenehme Wärme. Wie wird die Wärme in die Wohnung transportiert?

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Wilfried Menne, Firma Vaillant, Berghauser Straße 40, 42859 Remscheid, Telefon 02191/182359

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Thema 2

Verbrennung von fossilen Brennstoffen

Gas, Öl und Kohle sind die fossilen Energieträger. Um die Energie zu nutzen, muss die fossile Energie der Brennstoffe in Wärme umgewandelt werden. Da bei der Verbrennung die Umwelt möglichst wenig belastet werden soll, werden immer neue Verbrennungssysteme entwickelt. Wie funktioniert ein Brenner?

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Hans-Willi Müller, Firma Vaillant, Berghauser Straße 40, 42859 Remscheid, Telefon 02191/182741

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Thema 3

Messung der Geräusche von Heizgeräten

Die modernen Heizkessel haben viele Bauteile wie Brenner, Pumpe, Ventilator, Ventile usw. die Geräusche verursachen. Damit der Entwickler die Geräusche minimieren kann, müssen sie gemessen werden. Es gibt sehr viele Geräuscharten und mehrere Messverfahren.

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Horst Müller, Firma Vaillant, Berghauser Straße 40, 42859 Remscheid, Telefon 02191/183608

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Thema 4

Wärmeübertragung in Heizungsanlagen

Nach der Verbrennung muss die Wärme an das Heizwasser, das Warmwasser oder wieder an die Raumluft übertragen werden. Dazu gibt es die verschiedensten Möglichkeiten. Wie wird Wärme transportiert?

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Marc Imann, Firma Vaillant, Berghauser Straße 40, 42859 Remscheid, Telefon 02191/182041

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Thema 5

Messung der Zusammensetzung von Abgas

Zur Verbrennung wird Erdgas oder Öl mit Luft gemischt und verbrannt. Um die Umwelt zu schonen, werden die Verbrennungsgeräte so konstruiert, dass möglichst keine Schadstoffe entstehen. Mit besonderen Messgeräten kann der Geräteentwickler im Labor noch kleinste Mengen feststellen. Wie können diese kleinen Mengen festgestellt werden?

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Ulrich Demandewicz, Firma Vaillant, Berghauser Straße 40, 42859 Remscheid, Telefon 02191/182832

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Thema 6

Erwärmung von Warmwasser für die Wohnung

Zum Händewaschen und Duschen benötigen die Menschen warmes Wasser. Wie wird das Wasser aufgewärmt und wie kommt es an den Wasserhahn? Außerdem dehnt sich Wasser aus, wenn es warm wird. Wie wird die Ausdehnung ausgeglichen?

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Bernhard Zscheile, Firma Vaillant, Berghauser Straße 40, 42859 Remscheid, Telefon 02191/182337

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Thema 7

Sonnenwärme, eingefangen zur Erwärmung von Warmwasser

In Solarkollektoren gelingt es auch an trüben Tagen noch, das Sonnenlicht einzufangen und in Wärme umzuwandeln. Die Wärme wird z.B. genutzt um warmes Wasser zu erzeugen.

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Herbert Bechem, Firma Vaillant, Berghauser Straße 40, 42859 Remscheid, Telefon 02191/182470

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Thema 8

Wärme und Stromerzeugung mittels Brennstoffzellen-Heizgerät

Mit Wasserstoff ist es möglich, in sogenannten Brennstoffzellen elektrischen Strom wie in einem Kraftwerk zu erzeugen.

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Dirk Steinberg, Firma Vaillant, Berghauser Straße 40, 42859 Remscheid, Telefon 02191/182987

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Thema 9

Vorteile der Brennstoffzelle als Heizgerät im Vergleich zu herkömmlichen Wärmeerzeugern

Die Brennstoffzelle als Heizgerät erzeugt gleichzeitig Strom und Wärme direkt beim Verbraucher. Daraus ergibt sich ein besonderer Bonus für die Umwelt.

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Dirk Steinberg, Firma Vaillant, Berghauser Straße 40, 42859 Remscheid, Telefon 02191/182987

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Thema 10

Aufbereitung von Erdgas in Wasserstoff für die Nutzung in Brennstoffzellenheizgeräten

Wasserstoff für Heizgeräte mit Brennstoffzellen kann heute noch nicht wirtschaftlich bezogen werden. Erdgas dagegen wird über Leitungen zu fast jedem Haus verteilt. In kleinen Reformern gelingt es den Wasserstoff aufzubereiten und in die Brennstoffzelle einzuleiten.

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Dirk Steinberg, Firma Vaillant, Berghauser Straße 40, 42859 Remscheid, Telefon 02191/182987

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Thema 11

Simulation des Fadenlaufes im Walzenbereich von Synthesefaser-Spinnmaschinen

In Spinnmaschinen werden Fäden während des Fadentransportes mehrfach um beheizte, sich drehende Walzenpaare geschlungen. Ein leichter Versatz der Walzenachsen zueinander sorgt dafür, dass jede "Fadenschlinge" des Endlosfadens mit einem sicheren Abstand zur vorhergehenden Fadenschlinge läuft.
Im Rahmen der Aufgabe soll ein Computerprogramm erstellt werden, das als Eingabeparameter Walzendurchmesser sowie Abstand und Winkellage der Walzen zueinander benötigt und als Ergebnis Fadenabstände auf dem Walzenpaar liefert.

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Detlev Schulz, Firma Barmag, Leverkuser Straße 65, 42897 Remscheid-Lennep, Telefon 02191/672875 oder /672887

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Thema 12

Experimentelle Ermittlung der physikalischen Eigenschaften von Polyesterfäden

Synthetische Fäden aus Polyester (aber genauso auch aus anderen Kunststoffen), die z. B. in Bekleidungsstoffen eingesetzt werden, müssen Mindestvoraussetzungen bezüglich physikalischer Eigenschaften wie Festigkeit, Dehnung, Verschlingungsgrad der Filamente des Fadens oder Schrumpf in kochendem Wasser erfüllen. Für die Ermittlung dieser Eigenschaften werden in der Industrie in der Regel teure Apparaturen eingesetzt. Im Rahmen der Aufgabe sind die Grundlagen von Kraft-Dehnungsmessung, der Messung des Verschlingungsgrades und des Schrumpfes darzustellen und anhand von Garnproben Kraft-Dehnungsmessreihen, Modulen, Schrumpf etc. mit einfachen und jedermann zugänglichen Mitteln aufzunehmen und zu bewerten.

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Hansjörg Meise, Firma Barmag, Leverkuser Straße 65, 42897 Remscheid-Lennep, Telefon 02191/673228 oder /672887

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Thema 13

Untersuchung der Fadenerwärmung in einem Galettensystem

Bei der Herstellung von Garnen aus Kunststoff, kann in einem bestimmten Prozessabschnitt eine Wärmebehandlung notwendig werden. Diese wird während des Garntransportes zwischen Spinnerei und Aufwicklung in einem vom Faden mehrfach umschlungenen und beheizten Galettensystem aufgebracht. Galetten sind einseitig gelagerte Walzen. In dieser Arbeit sollen zuerst alle charakteristischen Größen in diesem System bestimmt werden. Danach wird eine Beziehung über die Erwärmung des Fadens aufgestellt, wobei die thermodynamischen Gesetze zur Anwendung kommen. Zusätzlich soll eine Abschätzung der theoretisch nicht erfassbaren Einflüsse gemacht werden, so dass am Ende ein mathematischer Zusammenhang zwischen Fadenmasse und -geschwindigkeit, ins System eingebrachte Energie eingestellter Temperatur und der Geometrie des Systems steht, welcher in einem möglichst großen Betriebsfenster in der Praxis Gültigkeit hat. Die Arbeit erfordert nicht nur physikalisches Verständnis für das Erkennen der Zusammenhänge, sondern auch Spaß im Umgang mit Zahlen und kann auch mit praktischen Versuchen an der laufenden Anlage ergänzt werden.

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Hans-Gerhard Hutter, Firma Barmag, Leverkuser Straße 65, 42897 Remscheid-Lennep, Telefon 02191/673291

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Thema 14

Energie-dispersive Röntgenanalyse

Zur Untersuchung von Proben steht ein Analysegerät zur Verfügung, welches nach dem Prinzip der energie-dispersiven Röntgenanalyse arbeitet. Nach atomarer Anregung werden charakteristische Emmissionslinien analysiert und ausgewertet.

Ansprechpartner für die Aufgabe:
Herr Thomas Kase, Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e. V. (FGW), Berghauser Straße 62, 42859 Remscheid, Telefon 02191/ 900-363

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Thema 15

Schwingungsforschung an Kreissägen

Kreissägen sind Werkzeuge, die zum Trennen der unterschiedlichsten Werkstoffe effektiv und wirtschaftlich eingesetzt werden. Physikalisch sind diese scheibenförmigen Werkzeuge erheblich anspruchsvoller und interessanter als die einfache Betrachtung einer "rotierenden Scheibe". Aspekte der Schwingungsphysik bilden dabei eine zentrale Rolle, welche messtechnisch berührungslos realisiert, analysiert und ausgewertet werden müssen.

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Karl-Heinz Frerck, Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e. V. (FGW), Berghauser Straße 62, 42859 Remscheid, Telefon 02191/900-315

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Thema 16

Eigenspannungen

Eigenspannungen bilden eine äußerst relevante Material- und Bearbeitungskenngröße, welche für das Einsatzverhalten und die Standzeit eines Bauteiles von entscheidender Bedeutung sind. Eigenspannungen können röntgenographisch ermittelt werden. In der FGW steht eine Röntgenanlage zur zerstörungsfreien Messung der Eigenspannungen zur Verfügung. Das Grundprinzip bildet hier die Bragg-Gleichung.

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Karl-Heinz Frerck, Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e. V. (FGW), Berghauser Straße 62, 42859 Remscheid, Telefon 02191/900-315

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Thema 17

Analyse von Werkzeugstählen

Hierzu steht ein Spektralanalysegerät der Fa. Spectro zur Verfügung. Dabei wird die Probenoberfläche mittels eines elektronischen Lichtbogens angeregt. Das entstehende Emissionslicht wird in einem optischen System in seine Spektrallinien zerlegt und anschließend ausgewertet. Das grundlegende Prinzip nach dem dieses Gerät arbeitet, ist die Funkenspektrometrie.

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Thomas Kase, Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e. V. (FGW), Berghauser Straße 62, 42859 Remscheid, Telefon 02191/900-363

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Thema 18

Mikrobereichs- und Partikelanalyse mit der Lasermassenspektrometrie

Das Verfahren dient zur Untersuchung von Festkörpern, Filmen, Kolloiden und Adsorbaten und wird angewendet in der Auftragsanalytik für Qualitätssicherung, Forschung und Entwicklung und bei Aufklärung von Schadensfällen. Es können geringste Substanzmengen als Partikel, Pigmente, Pulver oder Fasern auf Oberflächen oder in Feststoffen analysiert werden.

Ansprechpartner für diese Aufgabe:
Herr Dr. Heinrich Peters, Firma Analytik Dr. Peters, (TFR) Berghauser Straße 62, 42859 Remscheid, Telefon 02191/900235

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Weitere Hinweise:

Falls erforderlich werden weitere Themen bereitgestellt. Sie sind auch ab Ende Februar 2002 im Internet unter "www.roentgen-museum.de" Bereich "aktuelles - Physik-Preis" zu finden.

Für Nachfragen zur Durchführung, zu den Themen usw. steht das Deutsche Röntgen-Museum zur Verfügung.

Ansprechpartner ist Herr Hennig, Tel: 01291/16 3384 oder 16 2862
e-mail: roentgen-museum@str.de

Der Physikpreis wurde im Jahr 2002 wieder von den folgenden Firmen freundlicherweise unterstützt:

Fa. Barmag,
Remscheid-Lennep
Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e.V.,
Remscheid
Dr. Peters Analytik,
Remscheid
Fa. Vaillant,
Remscheid

 

Die Ausschreibung

Die Themen