Exkursion zum Helmholtz-Zentrum

Experimentiertag des LK Physik im Schülerlabor „Blick in die Materie“
in Berlin-Adlershof

Die Helmholtz-Gemeinschaft hat die Aufgabe, langfristige Forschungsziele des Staates und der Gesellschaft zu verfolgen und die Lebensgrundlagen des Menschen zu erhalten und zu verbessern. In der 1995 gegründeten Gemeinschaft haben sich bundesweit 19 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren zusammengeschlossen.

Zum Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) gehören zwei Großforschungs-Einrichtungen: Die Photonenquelle BESSY II in Berlin-Adlershof und die Neutronenquelle BER II in Berlin-Wannsee. Dort werden komplexe Materialsysteme erforscht, die dazu beitragen, Herausforderungen wie die Energiewende zu bewältigen. Dazu gehören u. A. Solarzellen, solare Brennstoffe, Thermoelektrika und Materialien, die zur elektrochemischen Speicherung von Energie dienen.

Das HZB betreibt außerdem an beiden Standorten das Schülerlabor „Blick in die Materie“. Am 22. November 2018 war der Leistungskurs Physik (Q1) zu Gast im Schülerlabor am Standort Adlershof, um sich mit dem Thema „Interferenz und Beugung“ zu beschäftigen.

Der Experimentiertag wurde im Unterrricht mit Hilfe der vom Schülerlabor zur Verfügung gestellten Materialien vorbereitet. Vor Ort arbeiteten die Schülerinnen und Schüler in 5 Zweiergruppen; jede hatte ihren eigenen Betreuer bzw. ihre eigene Betreuerin. Dabei führten die Gruppen Experimente zu folgenden Themen durch:

• Experimente an Doppelspalt und Gitter mit einem Laserpointer
• Bestimmung des Spurabstands einer CD
• Eigenschaften von Wellen (Wellenwanne)
• Eigenschaften von Mikrowellen
• Untersuchung mikroskopischer Strukturen durch Interferenz von Laserlicht

Nach einem Einführungsvortrag über die Forschungsbereiche des Helmholtz-Zentrums sowie die physikalischen Grundlagen von Interferenz und Beugung begannen die Schülerinnen und Schüler mit ihrer ersten Aufgabe, der experimentellen Untersuchung der Interferenz am Doppelspalt und am Gitter mit einem Laserpointer. Mit den gemessenen Werten wurde die Richtigkeit der theoretischen Formeln für die Beugung am Doppelspalt bzw. am Gitter bestätigt.

Dann wurde als Anwendung dieser Kenntnisse mit Hilfe des Laserpointers der Spurabstand einer CD durch Messung bestimmt. Der ermittelte Wert stimmte im Rahmen der Messgenauigkeit gut mit dem offiziellen Wert (1,6 μm) überein.

Als weitere Anwendungen zur Untersuchung mikroskopischer Strukturen mit Hilfe von Interferenz wurden Vogelfedern mit einem Laserpointer durchstrahlt …

… und die Bestimmung der Dicke einer Seifenhaut (theoretisch) besprochen.

Mit Hilfe einer langen Wellenwanne konnten grundlegende Eigenschaften von Wellen, auch sogenannte „stehende Wellen“ untersucht werden.

Alle wichtigen Eigenschaften von elektromagnetischen Wellen – in diesem Fall Mikrowellen – konnten von allen Gruppen experimentell untersucht werden!
Hier zeigt sich ein großer Nutzen der Schülerlabore, denn unter den Bedingungen in der Schule, wo dieses Thema am Ende des 2. Semesters behandelt wird, können die Experimente mit Mikrowellen i. A. nur als Demonstrationsversuche durchgeführt werden.

Nach fünfeinhalb Stunden im Helmholtz-Schülerlabor endete ein interessanter und lehrreicher Experimentiertag. Und den Schülerinnen und Schülern hat es Spaß gemacht.

Und die Themen werden im Unterricht am Ende des 2. Semesters (elektromagnetische Wellen) und im 4. Semester (Atomphysik) wieder aufgegriffen.

Text u. Fotos: Kirski

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