Zum Kernangebot des Schülerlabors zählen ganztägige Aufenthalte von Schulklassen der Jahrgangsstufen 10-13. Je nach Anzahl der Teilnehmenden werden zwei bis drei Experimentierstationen pro Besuchstag angeboten, die flexibal kombiniert werden können. Alle Schüler:innen haben dabei die Möglichkeit, an je zwei Workshops teilzunehmen.

Die Jugendlichen experimentieren selbstständig an Stationen mit jeweils vier Experimentierplätzen in Kleingruppen von 2-3 Personen. Jede Station wird individuell von einem:r studentischen Tutor:in oder Wissenschaftler:in betreut. Vor Experimentierbeginn erhalten alle Teilnehmenden eine umfassende Sicherheitsunterweisung.

Aktuell werden Experimentierstationen zu den Themenbereichen Energie, Materialien, Klima & Umwelt, sowie Mobilität angeboten. Auch wird ein Quantenmechanik-Seminarkurs in Kombination mit einem gesellschaftswissenschaftlichen Fach entworfen, den wir zukünftig interessierten Schulen anbieten werden.

Umfang und Dauer des Programms sowie der individuelle Zeitplan werden im Vorfeld bei der Anmeldung mit den Lehrkräften abgestimmt. Ein ganztägiger Aufenthalt von ca. 9.00-15.30 Uhr wird empfohlen. Auch halbtägige oder mehrtägige Besuche sind möglich.

Woher stammt die Energie der Sonne? Kann man das Sonnenfeuer auf die Erde holen?
Sonne als Kernfusionsreaktor

Das Institut für Technische Physik hat maßgebliche Forschungsarbeiten in internationalen Großprojekten für die Kernfusionsreaktoren ITER, JT-60SA und W7-X beigetragen. Die Entwicklung von Stromzuführungen aus Hochtemperatursupraleitern ist beispielsweise eine Schlüsseltechnologie, deren Einsatz zu erheblichen Energieeinsparungen beim Betrieb der Fusionsmagnete führt. Eine Modellspule für ITER, welche am Institut für Technische Physik getestet wurde, kann direkt vor Ort besichtigt werden.

Das zentrale Thema dieser Station ist die Funktionsweise von Kernfusionsanlagen sowie ihre Vor- und Nachteile gegenüber anderen Energiequellen. Bei Bedarf kann auch eine theoretische Vertiefung über Kernspaltung angeboten werden.

Themen:
Energie der Sonne, Emissions- und Absorptionsspektren, Kernfusion, Massendefekt, Plasma, Helmholtzspulen, supraleitende Magnete, Aufbau eines Fusionsreaktors, ITER, Wendelstein 7-X, Laborbesichtigung

Ist verlustfreier Stromtransport möglich? Wo werden Supraleiter technisch eingesetzt?
Supraleitendes Kabel

Supraleitung ist ein cooles Phänomen mit faszinierenden Eigenschaften: Kühlt man Supraleiter auf sehr tiefe Temperaturen ab, leiten sie plötzlich elektrischen Strom ohne Widerstand. Die Bestimmung der Sprungtemperatur und die Heranführung an diesen makroskopischen Quanteneffekt sind die zentralen Themen dieser Station.

Eine Führung durch Labore des Instituts für Technische Physik rundet diese Versuchsreihe ab und gewährt Einblicke in das technische Einsatzpotential von Supraleitern.

Themen:
Elektrische Leitfähigkeit von Metallen und Supraleitern bei Raumtemperatur und
tiefen Temperaturen, Druck-Modell, Phasenübergang, Bose-Einstein-Kondensation, Fermionen und Bosonen, Cooper-Paare, Hochtemperatur- und Tieftemperatur-Supraleiter

Schwebende Züge und Hoverboards – Science Fiction oder Realität?
Schwebender Magnet durch Supraleitung

Bereits seit der Antike sind Magnete in vielerlei Hinsicht richtungsweisend. Heutzutage finden moderne supraleitende Magnete in Kernspintomografen oder in Beschleunigermagneten ihren Einsatz, um hohe Magnetfelder zu erzeugen.

Zentrales Thema dieser Station ist das Zustandekommen von Magnetismus bei Festkörpern. Hierbei werden Ferro-, Para- und Diamagnetismus näher untersucht. Abschließendes Highlight ist ein schwebender Supraleiter.

Themen:
Earnshaw-Theorem, Ferromagnetismus, Elementarmagnete, Weiß'sche Bezirke, Curie-Effekt, Paramagnetismus, Diamagnetismus, Meissner-Ochsenfeld-Effekt, Typ 1 und Typ 2-Supraleiter, supraleitende Levitation

Welche Eigenschaften hat das Licht? Welches Experiment zählt zu den bedeutendsten der Physik?
Sonnenstrahlen in Wolken

Im Mikrokosmos verlieren die Gesetze der klassischen Physik ihre Gültigkeit. Die Natur ist nicht mehr kontinuierlich aufgebaut und die genaue Energie eines Teilchens zu einem bestimmten Zeitpunkt kann nicht mehr bestimmt werden. Die Quantenphysik mit ihren Möglichkeiten beschreibt die dynamischen Prozesse in mikroskopischen Systemen und löst die deterministische Welt ab.

Das zentrale Thema dieser Station ist der Wellen-Teilchen-Dualismus, welcher am Beispiel des Lichtes aufgezeigt wird. Experimente mit der Elektronenbeugungsröhre runden diese Versuchseinheit ab.

Themen:
Lichtgeschwindigkeit, Wellen, Superpositionsprinzip, Beugung, Interferenz, elektromagnetische Wellen, Photoeffekt, Planck-Konstante, Wellen-Teilchen-Dualismus, Elektronenbeugung, Quantenobjekte

Wie kann Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt werden? Wie ist eine Solarzelle aufgebaut?
Solarpanel

Der Entwurf der Bundesregierung zum Klimaschutzprogramm sieht bis 2030 ein Ausbauziel der Erneuerbaren Energien auf 65% des Bruttostromverbrauchs vor, mit einer Steigerung auf mindestens 80% im Jahr 2050.

In unserer nachhaltigen Energiezukunft spielt die Photovoltaik eine große Rolle. An sonnigen Tagen kann die Photovoltaik zeitweise bis zu 50% unseres momentanen Stromverbrauchs decken. Über das gesamte Jahr 2019 gemittelt deckt die Photovoltaik 8,2% des Bruttostromverbrauchs.

Zentrales Thema dieser Station ist der Aufbau und die Funktionsweise einer Solarzelle sowie ihre Vor- und Nacheile gegenüber anderen Energiequellen.

Themen:
Energie der Sonne, Strahlungsenergie, innerer Photoeffekt, Halbleiter, Solarzellenaufbau, Kennlinie einer Solarzelle, Schaltung und optimierung von Solaranlagen, Wirkungsgrad

Wie kann Wind in elektrische Energie umgewandelt werden? Wie funktioniert eine Windenergieanlage?
Windturbine

Die Windenergie steigt ertmals zur wichtigsten Energiequelle Deutschlands auf. Sie überholte im Jahr 2019 mit einem Anteil von 24,4% des Bruttostromverbrauchs die Braunkohle. Damit kommt Deutschland seinem Ziel näher, das fossil-nukleare Energiezeitalter hinter sich zu lassen.

Das zentrale Thema dieser Station ist der Aufbau und die Funktionsweise von Windenergieanlagen sowie ihre Vor- und Nacheile gegenüber anderen Energiequellen.

Themen:
Induktion, Wirbelstrombremse, Generator, Windsysteme, Windenergieanlagen, Wirkungsgrad

Welche physikalische Prozesse tragen zum Klimawandel bei? Wie ist die Strahlungsbilanz unserer Erde?
Trockene Erde als Symbolbild für klimawandel

In Zeiten des Klimawandels ist ein grundlegendes Verständnis des Klimasystems von besonderer Bedeutung. Zum Klimasystem gehören neben der Atmosphäre auch die Ozeane, das Eis der Gletscher bzw. Pole sowie die Bio- als auch die Lithosphäre. 

Diese Station zeigt auf, dass unser Klima primär von der Sonneneinstrahlung und den Abläufen innerhalb der Atmosphäre gesteuert wird. Zusätzlich sind die Einflussfaktoren der Gewässer, Gletscher und Pole auf das Klima und ihre gegenseitigen Wechselwirkungen zentrales Thema dieser Station.

Themen:

Strahlungsstärke der Sonne - Bestrahlungsstärke der Erde - Strahlung und Materie (Reflexion, Transmission, Absorption) - Kirchhoffsches Strahlungsgesetz - Strahlungsbilanz des globalen Systems - Treibhauseffekt - Klimawandel