Hamburg in Grau

Unter einem grauen Himmel ist auch das Wasser grau – Fotos von einem Spaziergang rund um die Außenalster in Hamburg. Trübes, regnerisches Wetter.
Wer fit ist und das auch zeigen will, legt die neun Kilometer natürlich als Jogger zurück. Beim nächsten Trip an die Alster bringe ich meine Sportsachen mit.

Güte-Faktor

 

Drei Hochfrequenzspulen (Foto) unterschiedlicher Bauart: eine HF-Drossel (links), eine mit Cu-Draht bewickelte Ringkern-Spule (mitte) und eine aus HF-Litze gefertigte Kreuzwickelspule (rechts). Sie haben vergleichbare Induktivitäten (400.. 600 μH), sollten sich aber in ihren Hochfrequenz-Eigenschaften voneinander abheben. Sieger in Sachen HF-Tauglichkeit müsste die Kreuzwickelspule sein. Das prüfen wir nach, indem wir aus jeder der Spulen und einem Kondensator (Kapazität 10 nF) einen Schwingkreis bilden und  dessen Güte-Faktor (Q-Wert) messen.  Hier das Ergebnis.  Die Resonanzfrequenz des Kreises ist von der Größenordnung 70 kHz. Bei höheren (oder niedrigeren) Frequenzen erhalten wir möglicherweise andere  Werte. Ist die Kreuzwickelspule wirklich besser als die beiden anderen?

Seebüll (Nolde-Museum)

    Das Nolde-Museum in Seebüll haben wir gerade besichtigt, wir warten auf den Bus nach Klanxbüll.
    Nach dem Farbenrausch der Nolde-Gemälde und -Aquarelle jetzt ein Blick in die Landschaft – von der
    Bushaltestelle aus.

Schwingkreis

Beim Stöbern im Internet entdecke ich die Anleitung für ein physikalisches Experiment – offenbar ein Versuch des Grundpraktikums Physik an der Universität Oldenburg1. Aufbau und Ausführung sollten kein Problem sein, ich mache mich dann auch sofort an die Arbeit: Untersucht werden soll ein elektromagnetischer RLC-Serienkreis mit einer Resonanzfrequenz von etwa 70 kHz. Zu messen sind zunächst die Abklingkonstante und die Eigenfrequenz der freien Schwingung, und dann, im Fall der erzwungenen Schwingung, die Amplitudenresonanz- und Phasenkurve. Der Kreis, bestehend aus Widerstand, Spule und Kondensator, wird auf einer Experimentierplatine (Hirschmann XP101) zusammengesteckt, das Oszilloskop an den PC angeschlossen und der Funktionsgenerator eingeschaltet. Als Oszilloskop benutze ich das USB-Oszilloskop PicoScope 2208B. Das Gerät besitzt einen arbitrary wave generator (AWG), der als Funktionsgenerator dient. Das Foto zeigt den Messaufbau und (auf dem Bildschirm des PC) die Resonanzkurve des Kreises, aufgenommen nach dem sweep-Verfahren.
Hier
mein vollständiges „Versuchsprotokoll”.

1 Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Fakultät V – Institut für Physik, Modul Grundpraktikum Physik – Teil II: Elektromagnetischer Schwingkreis: https://uol.de/fileadmin/user_upload/…/ag/…/Elektromagnetischer_Schwingkreis.pdf

Aus Neu mach Alt

Der neugotische Harkness Tower der Yale-Universität in New Haven, CT (USA) ist schon eine Nachbildung. Er wurde nicht im Mittelalter, sondern in den Jahren 1917 bis1921 gebaut.  Ich setze noch eins drauf: ein aktuelles Foto des Gebäudes wird auf alt getrimmt – „vintage look eines vintage-Bauwerks“. Dazu benötigt man zunächst eine seitenverkehrte scharz-weiß-Kopie des Fotos. Die stellt mein Laserdrucker her.  Ich lege ein etwas dickeres Papier bereit (etwa 200 g/m2), mindestens so groß wie die Fotokopie. Kopie und Papier werden mit Acryl-Binder bestrichen, mit der Klebeseite aufeinander gelegt, und mit viel Druck aufeineinander gepresst. Eine Gummiwalze hilft dabei. Ein heißes Bügeleisen sorgt nochmals für Druck und erhitzt den Binder, der dadurch austrocknet. Ich lasse das Papier-Sandwich noch etwas an der Luft trocknen und ziehe dann die Fotokopie vorsichtig ab: Mit etwas Glück befindet sich jetzt auf dem Papier eine (seitenrichtige) Kopie der (seitenverkehrten) Fotokopie. Kleine Bereiche, die nicht übertragen wurden, verstärken den vintage-Eindruck. Ich koloriere die Kopie der Fotokopie auf dem Papier mit Aquarellfarbe und bessere dabei die Übertragungsfehler aus. Das Ergebnis ist das Bild links.

MAN WALKS ON MOON …

schreibt die New York Times1 am 21. Juni 1969 – in mehr als 4 Zentimeter großen Lettern. Das war vor fünfzig Jahren, da ist eine kleine Notiz angebracht.

Ich arbeitete damals als Physiker am Electron Accelerator Lab der Yale-Universität in New Haven, Connecticut (USA). Es ist Sonntag, der 20. Juli 1969. Mäßiges Wetter: Sonne, Wolken und, nicht unwichtig, Windstärke 4 bis 5. Denn ein Arbeitskollege lädt mich ein, mit ihm segeln zu gehen. Ich darf in seinem Boot die Fock bedienen. Der Yale Corinthian Yacht Club (YCYC) stellt seine Segeljollen an Feiertagen den Angestellten der Universität zur Verfügung. Davon machen einige sportlich gesinnte faculty-Leute Gebrauch und veranstalten Rennen auf dem Long Island Sound. An diesem Tag hat jedes Boot mindestens ein Transistorradio an Bord. Man ruft sich die neuesten Nachrichten zu, trotz Wettkampf. Die Meldung von der Landung (4.17 Uhr p.m. Eastern daylight time) dringt aber nicht bis zu uns durch – das Manöver, die letze Boje des Dreieckskurses zu umrunden erfordert unsere Aufmerksamkeit. Den historischen Zeitpunkt erfahren wir später von einem Boot, das querab segelt und uns gerade überholt. Am nächsten Morgen ist die New York Times so gut wie ausverkauft. Ich erstehe das letze von drei Exemplaren, die in der Lobby des Taft-Hotels ausliegen.

1 US-amerikanische Tageszeitung, erklärte Gegnerin von Donald Trump (Zitat des Herausgebers A.G. Sulzberger: „Wir werden [vor Trump] nicht auf die Knie fallen“, in DIE ZEIT vom 2. Mai 2019) – gut so.

Fagne de Malchamps

 

Südlich von Spa (Belgien) liegt das Hochmoor Fagne de Malchamps. Es ist kleiner als das Hohe Venn, aber sehenswert. Ein empfohlener Rundweg führt, vom Ort ausgehend, an drei Mineralwasserquellen vorbei. Sie heißen Barisart, Géronstère und Pia. Das Wetter ist gut, wir entscheiden uns für die große Variante des Wanderwegs. Startpunkt ist der Bahnhof Spa-Géronstère – heute Endstation einer Eisenbahnstrecke, die früher von Pepinster über Spa, Francorchamps und Stavelot nach Trois-Ponts führte. Es geht bergauf. Am Ende des Ortes liegt die Quelle Barisart, ihr Wasser schmeckt nach Eisen. Wir steigen weiter. Der Weg, Promenade Meyerbeer genannt (der Komponist war also auch schon hier), schlängelt sich unter hohen Buchen an einem Bach entlang nach oben. Dort sprudelt die Géronstère – Geschmacksrichtung Eisen wie die Barisart. Nächste Station ist die Domaine de Bérinzenne, mit Naturkunde-Zentrum, Museum und Aussichtsturm. Hier beginnt das Moor. Vom Turm aus blickt man über die mit Heidekraut, Gras und Birken bewachsene Hochebene. Sie wirkt etwas „grüner” als das Hohe Venn. In der Ferne deuten sich Siedlungen an, Spa im Tal ist nicht zu sehen. Die Landschaft macht einen naturbelassenen Eindruck, keine Windräder soweit man blicken kann. Durchs Moor führen nur wenige Wege, zum Teil sind es Knüppeldämme. Wir folgen dem Rundweg in Richtung Osten, der am Rand des Moors entlang führt. Nur eine einzige Wandergruppe außer uns ist hier unterwegs. Die Sonne scheint unbarmherzig vom wolkenlosen Himmel. Kurz vor der Landstraße biegen wir nach links ab und laufen parallel zur Straße in Richtung Nordwest. Der Weg führt jetzt durch schattigen Wald: Eichen, Kiefern und Birken. An der Einfahrt zum Flughafen (Aérodrome de Spa) machen wir wiederum einem Linksschwenk. Eine schnurgerade Schneise, die Coupe-feu du Tir, führt durch den Wald zur Domaine de Bérinzenne zurück. Von dort geht es bergab, vorbei an der dritten Quelle, der Pia. Wir folgen wiederum einem Bach, dem Ruisseau du Pendu. Auf dem letzten Stück Weg beschleunigen wir unseren Schritt, um den Zug nach Aachen noch zu erreichen. 

Schumann-Resonanzen, neue Messung

Endlich ist es mir gelungen, Schumann-Resonanzen1 auch in einer elektrisch nicht gerade störungsarmen Umgebung nachzuweisen – und zwar im Garten hinter dem Haus. Experten erzeugen an geeigneteren Standorten und mit mehr Aufwand bessere Spektren. Mir ging es darum, sie überhaupt zu beobachten. Und das mit bescheidenen Mitteln. Die Peaks der Resonanzen sind zwar mickrig, aber deutlich zu sehen.

Ich benutze den von S. Fusare2 beschriebenen Empfänger, der die elektrische Feldstärke nachweist. Er besteht aus einer etwa 2 m langen (vertikalen) Stabantenne und einem Impedanzwandler, der den Wechselstromwiderstand (Größenordnung 900 MOhm) der Antenne an die nachfolgende Elektronik anpasst. Mein früherer Artikel3 zeigt den Stromlaufplan. Die Antenne steht, auf einem etwa 3 m hohen Mast montiert, in der Mitte eines Rasenstücks. Der Rasen ist von niedrigen Bäumen und Sträuchern umgeben (Abstand etwa 5 m) – Wie schon angedeutet kein idealer Standort, da die Bäume als kapazitive Spannungsteiler das Signal der Antenne herunterdrücken.

Der Antennenstab ist am Fußpunkt direkt mit der Eingangsbuchse des Empfängers verbunden. Die Isolation der Buchse (Teflon) wird sorgfältig mit Spiritus gereinigt und deren Lötkontakt direkt mit dem Gatepin des JFET-Eingangstransitors (BF 245) verbunden. Der Ausgang des Empfängers ist über ein etwa 20 m langes Koaxialkabel (RG174) mit einem USB-Oszilloskop (Pico 2208B) verbunden, das als Analog-Digitalwandler arbeitet. Eine FFT-Software besorgt die Spektralanalyse.

Die Abbildung zeigt das Ergebnis meiner Messung. Messdauer etwa zwei Stunden, das Spektrum entstand durch Mittelwertbildung über dieses Zeitintervall. Die Schumann-Peaks bei 8, 14, 20, 26 und 32 Hz heben sich deutlich vom Rauschen ab. An den Stellen 16 2/3 Hz, 33 1/3 Hz und 50 Hz machen sich Bahnstrom, deren Oberwelle und Netz-Versorgung in Form scharfer Linien bemerkbar – und stören zum Teil.

Die Schumann-Resonanzen sind, wie in der Abbildung zu sehen, breite Buckel – keine scharfen Linien. Ihr Q-Wert ist klein. Seine Berechnung ist Thema einer Übungsaufgabe des Lehrbuchs Classical Electrodynamics von J. D. Jackson – und dem Niveau des Buchs entsprechend anspruchsvoll. Wer damit nicht zurechtkommt (z. B. ich), kann sie einer der Sammlungen von Lösungen entnehmen, die im Netz vorhanden sind. Hier habe ich versucht, den Rechenweg anhand einer dort veröffentlichten Lösung4 nachzuempfinden.

1 Schumann, W. O. (1952): Über die strahlungslosen Eigenschwingungen einer leitenden Kugel, die von einer Luftschicht und einer Ionosphärenhülle umgeben ist. Zeitschrift und Naturforschung 7a: 149–154. Bibcode:1952ZNatA…7..149S.
2 Fusare, Scott (Rufzeichen N2BJW): An experimenters approach to detecting the Schumann Resonances, zitiert in home.arcor.de/peter.schmalkoke/…/schumann1.pdf
3 Theissen, H.: Schumann-Resonanzen, erster Versuch
4 Aufgabe 8.9 des Buchs J. D. Jackson, Classical Electrodynamics, Wiley 1962,  siehe www_personal.umich.edu/~pran/jackson/P506/hw02a.pdf