Neben der Elementarteilchen- und der Festkörperphysik ist die Plasmaphysik eines der zukunftsträchtigsten Gebiete der Physik. Die vielen praktischen Anwendungen reichen von der Fusionsenergie, der Weltraumforschung, der Werkstoffbearbeitung, neuartigen Raketen und Teilchenbeschleunigern, neuen Quellen für Licht, Teilchenstrahlung und Laserstrahlung, Plasmaschaltern, Plasmawellenleitern, Plasmakondensatoren u.a. bis hin zur Plasmaphysik des Festkörpers, zu plasmachemischen Methoden, etwa der Benzinerzeugung oder von Edelgasreaktionen, und zu Plasmakerzen zur Beseitigung von Sonderabfällen. 99% der gesamten Materie des Weltalls befindet sich im Plasmazustand. Der Physiker bezeichnet als Plasma gasförmige, flüssige oder feste Materie, in der freie Ladungsträger (Ionen, ungebundene Elektronen) in einer solchen Anzahl vorkommen, da sie durch ihre Wechselwirkung die Eigenschaften des Mediums wesentlich bestimmen. Metalle, manche Halbleiter, konzentrierte Elektrolyte oder ionisierte Gase sind daher als Plasmen zu bezeichnen. Das vorliegende Lehrbuch gibt in einer für Studenten, Techniker und Physiker leicht verständlichen und anschaulichen Art einen kurzen Überblick über das Gesamtgebiet der Plasmaphysik und ihre Anwendungen. Für Physiker, Techniker und Studenten Werbemittel: Novi "Physics 4/94", Werbeblatt
Aktualisiert: 2023-07-02
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Neben der Elementarteilchen- und der Festkörperphysik ist die Plasmaphysik eines der zukunftsträchtigsten Gebiete der Physik. Die vielen praktischen Anwendungen reichen von der Fusionsenergie, der Weltraumforschung, der Werkstoffbearbeitung, neuartigen Raketen und Teilchenbeschleunigern, neuen Quellen für Licht, Teilchenstrahlung und Laserstrahlung, Plasmaschaltern, Plasmawellenleitern, Plasmakondensatoren u.a. bis hin zur Plasmaphysik des Festkörpers, zu plasmachemischen Methoden, etwa der Benzinerzeugung oder von Edelgasreaktionen, und zu Plasmakerzen zur Beseitigung von Sonderabfällen. 99% der gesamten Materie des Weltalls befindet sich im Plasmazustand. Der Physiker bezeichnet als Plasma gasförmige, flüssige oder feste Materie, in der freie Ladungsträger (Ionen, ungebundene Elektronen) in einer solchen Anzahl vorkommen, da sie durch ihre Wechselwirkung die Eigenschaften des Mediums wesentlich bestimmen. Metalle, manche Halbleiter, konzentrierte Elektrolyte oder ionisierte Gase sind daher als Plasmen zu bezeichnen. Das vorliegende Lehrbuch gibt in einer für Studenten, Techniker und Physiker leicht verständlichen und anschaulichen Art einen kurzen Überblick über das Gesamtgebiet der Plasmaphysik und ihre Anwendungen. Für Physiker, Techniker und Studenten Werbemittel: Novi "Physics 4/94", Werbeblatt
Aktualisiert: 2023-07-02
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Neben der Elementarteilchen- und der Festkörperphysik ist die Plasmaphysik eines der zukunftsträchtigsten Gebiete der Physik. Die vielen praktischen Anwendungen reichen von der Fusionsenergie, der Weltraumforschung, der Werkstoffbearbeitung, neuartigen Raketen und Teilchenbeschleunigern, neuen Quellen für Licht, Teilchenstrahlung und Laserstrahlung, Plasmaschaltern, Plasmawellenleitern, Plasmakondensatoren u.a. bis hin zur Plasmaphysik des Festkörpers, zu plasmachemischen Methoden, etwa der Benzinerzeugung oder von Edelgasreaktionen, und zu Plasmakerzen zur Beseitigung von Sonderabfällen. 99% der gesamten Materie des Weltalls befindet sich im Plasmazustand. Der Physiker bezeichnet als Plasma gasförmige, flüssige oder feste Materie, in der freie Ladungsträger (Ionen, ungebundene Elektronen) in einer solchen Anzahl vorkommen, da sie durch ihre Wechselwirkung die Eigenschaften des Mediums wesentlich bestimmen. Metalle, manche Halbleiter, konzentrierte Elektrolyte oder ionisierte Gase sind daher als Plasmen zu bezeichnen. Das vorliegende Lehrbuch gibt in einer für Studenten, Techniker und Physiker leicht verständlichen und anschaulichen Art einen kurzen Überblick über das Gesamtgebiet der Plasmaphysik und ihre Anwendungen. Für Physiker, Techniker und Studenten Werbemittel: Novi "Physics 4/94", Werbeblatt
Aktualisiert: 2023-07-02
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gibt eine systematische Einführung in die Methoden zur theoretischen Beschreibung physikalischer Prozesse in ionisierten Gasen. Ausgehend vom mikroskopischen Teilchenbild werden die Gleichungen sowohl für eine mikroskopische als auch für eine makroskopische Beschreibung eines Plasmas abgeleitet. Soweit es ohne größeren mathematischen Aufwand möglich ist, werden relativistische Effekte berücksichtigt. Besonders diskutiert wird die Frage, welche Näherung welcher Fragestellung angemessen ist.Als Beispiele werden Fragestellungen aus der Astrophysik, der Magnetosphärenphysik, sowie Laborexperimente diskutiert. Insbesondere werden Gleichgewichtskonfigurationen, Instabilitäten und Wellen in den verschiedenen Näherungen behandelt.
Aktualisiert: 2023-07-03
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Aktualisiert: 2023-01-25
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gibt eine systematische Einführung in die Methoden zur theoretischen Beschreibung physikalischer Prozesse in ionisierten Gasen. Ausgehend vom mikroskopischen Teilchenbild werden die Gleichungen sowohl für eine mikroskopische als auch für eine makroskopische Beschreibung eines Plasmas abgeleitet. Soweit es ohne größeren mathematischen Aufwand möglich ist, werden relativistische Effekte berücksichtigt. Besonders diskutiert wird die Frage, welche Näherung welcher Fragestellung angemessen ist.Als Beispiele werden Fragestellungen aus der Astrophysik, der Magnetosphärenphysik, sowie Laborexperimente diskutiert. Insbesondere werden Gleichgewichtskonfigurationen, Instabilitäten und Wellen in den verschiedenen Näherungen behandelt.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Die moderne Industrie ist ohne Schlüsseltechnologien wie die Mikrosystemtechnik und die Nanotechnologie heutzutage kaum mehr vorstellbar. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Erforschung von Mikro- und Nanopartikeln, die sich durch ein hohes spezifisches Verhältnis von Oberfläche zu Volumen auszeichnen. Diese Eigenschaft ist vor allem für die Biowissenschaften und die Medizintechnik interessant, da sich diese Oberfläche funktionalisieren lässt. Speziell der Einsatz magnetischer mikroskopisch kleiner Kügelchen, Magnetic beads genannt, eröffnet ein breites Anwendungsspektrum, das die Wissenschaft im Rahmen der Mikrofluidik erforscht. Dieses Buch beschreibt die Grundlagen mikrofluidischer Strömungen. Die Autorin gibt einen Überblick über verschiedene Fertigungstechnologien und Materialien für mikrofluidische Systeme und erläutert die Funktionsweise von mikrofluidischen Separationsverfahren unter Einsatz elektrischer und magnetischer Felder. In zwei Anwendungsbeispielen - von denen eines die Manipulation von Biomolekülen umfasst, während sich das zweite mit der Bindung metallischer Nanopartikel der Platingruppe beschäftigt - werden die Lerninhalte praktisch nachvollziehbar. Das Innovationspotential dieser Separationsverfahren zeigt sich vor allem in der aktuellen Debatte um das begrenzte natürliche Rohstoffvorkommen, da sich aus der Wiederabtrennung von Nanopartikeln eine völlig neue Recyclingmethode ergibt. Besonders Studenten der Mikrosystemtechnik und Nanotechnologie werden von der Lektüre dieses Buches profitieren, da es die Grundlagen mikrofluidischer Lab-on-a-Chip-Systeme vermittelt ohne spezielle Vorkenntnisse vorauszusetzen. Aber auch Ingenieure und Naturwissenschaftler in den Bereichen Nanotechnik, Mikrosysteme und Mikrofluidik können sich dank dieses Buches detailliert über die Einsatzmöglichkeiten der mikrofluidischen Separationsverfahren informieren.
Aktualisiert: 2023-04-02
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Die moderne Industrie ist ohne Schlüsseltechnologien wie die Mikrosystemtechnik und die Nanotechnologie heutzutage kaum mehr vorstellbar. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Erforschung von Mikro- und Nanopartikeln, die sich durch ein hohes spezifisches Verhältnis von Oberfläche zu Volumen auszeichnen. Diese Eigenschaft ist vor allem für die Biowissenschaften und die Medizintechnik interessant, da sich diese Oberfläche funktionalisieren lässt. Speziell der Einsatz magnetischer mikroskopisch kleiner Kügelchen, Magnetic beads genannt, eröffnet ein breites Anwendungsspektrum, das die Wissenschaft im Rahmen der Mikrofluidik erforscht. Dieses Buch beschreibt die Grundlagen mikrofluidischer Strömungen. Die Autorin gibt einen Überblick über verschiedene Fertigungstechnologien und Materialien für mikrofluidische Systeme und erläutert die Funktionsweise von mikrofluidischen Separationsverfahren unter Einsatz elektrischer und magnetischer Felder. In zwei Anwendungsbeispielen - von denen eines die Manipulation von Biomolekülen umfasst, während sich das zweite mit der Bindung metallischer Nanopartikel der Platingruppe beschäftigt - werden die Lerninhalte praktisch nachvollziehbar. Das Innovationspotential dieser Separationsverfahren zeigt sich vor allem in der aktuellen Debatte um das begrenzte natürliche Rohstoffvorkommen, da sich aus der Wiederabtrennung von Nanopartikeln eine völlig neue Recyclingmethode ergibt. Besonders Studenten der Mikrosystemtechnik und Nanotechnologie werden von der Lektüre dieses Buches profitieren, da es die Grundlagen mikrofluidischer Lab-on-a-Chip-Systeme vermittelt ohne spezielle Vorkenntnisse vorauszusetzen. Aber auch Ingenieure und Naturwissenschaftler in den Bereichen Nanotechnik, Mikrosysteme und Mikrofluidik können sich dank dieses Buches detailliert über die Einsatzmöglichkeiten der mikrofluidischen Separationsverfahren informieren.
Aktualisiert: 2023-04-04
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In der vorliegenden Arbeit wird ein mathematisches Modell entwickelt um magnetohydrodynamische Strömungen in instationäre und inhomogene Magnetfelder zu beschreiben. Das Modell wird in das finite-Volumen basierende CFD-Programm OpenFOAM implementiert und an typischen Problemstellungen der Magnetohydrodynamik verifiziert und validiert. Mit dem entwickelten Algorithmus wird ein Frequenzdurchflussmessgerät numerisch modelliert und erfolgreich simuliert. In this work, I develop a numerical model for magnetohydrodynamic flows in unsteady an inhomogeneous flow. The model is implemented in the finite-volume based CFD-code OpenFOAM. Some verification and validation tests are made on several standard problems of magnetohydrodynamics. Finally I successful modelled an electromagnetic flowmeter with the code.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Inhalt der vorliegenden Arbeit ist die Simulation des Schaltlichtbogens für die Anwendung in Niederspannungsschaltgeräten. Die zu Grunde liegenden MHD-Gleichungen werden in einem gekoppelten Ansatz gelöst. Für die verbesserte Abbildung des wichtigen Energietransportmechanismus Strahlung wird ein nicht-graues P1-Modell implementiert und an einfachen Anordnungen verifiziert. Die Berechnungsergebnisse für einzelne Frequenzbänder liefern weitergehende Informationen über das optische Verhalten. Unter Lichtbogenbelastung wird Elektrodenmaterial freigesetzt, welches die Eigenschaften des Plasmas beeinflusst. Daher wird der Transport von Metalldampf ebenfalls im Modell berücksichtigt. Das Einlaufen des Lichtbogens in Löschbleche wird insbesondere durch die Fallspannungen an Anode und Kathode bestimmt. Hierfür wird ein einfach anzuwendendes Element für die Finite-Elemente-Berechnung entwickelt, welches die Fallspannungen als nichtlineare Widerstände abbildet. Verifikationsrechnungen an einer messtechnisch untersuchten Elektrodenanordnung zeigen, dass nur bei Berücksichtigung von Metalldampf die Bogenspannung richtig wiedergegeben wird. Berechnungen an einer Laufschienenanordnung mit einem Löschblech zeigen die Anwendbarkeit der Modelle für eine schalterähnliche Geometrie.
Aktualisiert: 2020-02-07
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Neben der Elementarteilchen- und der Festkörperphysik ist die Plasmaphysik eines der zukunftsträchtigsten Gebiete der Physik. Die vielen praktischen Anwendungen reichen von der Fusionsenergie, der Weltraumforschung, der Werkstoffbearbeitung, neuartigen Raketen und Teilchenbeschleunigern, neuen Quellen für Licht, Teilchenstrahlung und Laserstrahlung, Plasmaschaltern, Plasmawellenleitern, Plasmakondensatoren u.a. bis hin zur Plasmaphysik des Festkörpers, zu plasmachemischen Methoden, etwa der Benzinerzeugung oder von Edelgasreaktionen, und zu Plasmakerzen zur Beseitigung von Sonderabfällen. 99% der gesamten Materie des Weltalls befindet sich im Plasmazustand. Der Physiker bezeichnet als Plasma gasförmige, flüssige oder feste Materie, in der freie Ladungsträger (Ionen, ungebundene Elektronen) in einer solchen Anzahl vorkommen, da sie durch ihre Wechselwirkung die Eigenschaften des Mediums wesentlich bestimmen. Metalle, manche Halbleiter, konzentrierte Elektrolyte oder ionisierte Gase sind daher als Plasmen zu bezeichnen. Das vorliegende Lehrbuch gibt in einer für Studenten, Techniker und Physiker leicht verständlichen und anschaulichen Art einen kurzen Überblick über das Gesamtgebiet der Plasmaphysik und ihre Anwendungen. Für Physiker, Techniker und Studenten Werbemittel: Novi "Physics 4/94", Werbeblatt
Aktualisiert: 2023-04-04
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This dissertation, “Studies on magnetohydrodynamic instabilities in liquid metal flows”, focuses on two different experiments in a cylindrical Taylor-Couette (TC) geometry. This fundamental set-up consists of an inner and an outer cylinder, which are mounted concentrically. The different radii are defined by the parameters ri and ra. The rotation of both cylinders can be set independently by their angular frequencies Oi = 2pi fi and Oa = 2pi fa. The gap between them is filled with the fluid whose flow is to be investigated. For an ideal non-viscous fluid, Rayleigh’s criterion states that the flow between two concentric cylinders with infinite length is stable against small perturbations as long as the angular momentum increases outward, d/dr (r²O(r)) > 0 [1]. Rayleigh’s criterion can be interpreted in a way that an ideal TC-flow remains laminar if the pressure and centrifugal forces are in a stable equilibrium state. A more general setting is now introduced with an azimuthal magnetic field Bphi(r) being applied to the electrical conducting fluid. For this different situation Michael [2] and Chandrasekhar [3] derived an extended stability criterion only for axisymmetric perturbations which is valid for an ideally conducting and non-viscous fluid. The first experiment described in the present dissertation consists of a TC-setup using the eutectic alloy Ga67In20,5Sn12,5 as working fluid. In addition to the common installation an insulated current on the rotation axis with up to 20 kA generates the necessary magnetic field Bphi ~ 1/r. Michael’s criterion indicates in that case that the flow is stable with respect to axisymmetric perturbations. However, this does not apply for non-axisymmetric perturbations. It was shown theoretically by Rüdiger et al. [4, 5] that the interaction of an azimuthal magnetic field with a laminar rotational flow may become unstable against non-axisymmetric disturbances. This phenomenon is called Azimuthal Magnetorotational Instability (AMRI). The present work gives the first experimental evidence for AMRI in a liquid metal TC-experiment. It is shown that a hydrodynamically stable flow can be disturbed by an applied current free azimuthal magnetic field . The instability itself is then identified as a travelling wave co-rotating with the cylinders. The second configuration investigated in this work is characterized by a magnetic field profile proportional to the radius Bphi ~ r. The basis for such an experiment is the remarkable stability criterion from Tayler [6, 7]. It tells that even an ideal fluid at rest can become unstable against non-axisymmetric disturbances. The Tayler instability (TI) in liquid metals can be considered as the incompressible version of the kink instability that is widely known in plasma physics. The TI-experiment confirms the numerical results given by Rüdiger et al. [8, 9] who calculated the onset for the instability in an incompressible liquid metal column with finite conductivity at round about 3 kA. Both observed phenomena are strongly related to astrophysical processes in which angular momentum transport plays an essential role. What was missing so far was a clear experimental evidence for the described interaction mechanisms between a rotational flow and a magnetic field. The submitted dissertation reports the analysis and results of the first experiments on the two fundamental instabilities AMRI and TI. References [1] Rayleigh, Proc. R. Soc. London, Ser. A, 93(648), 148-154, 1917. [2] D. H. Michael, Mathematika, 1, 45-50, 1954. [3] S. Chandrasekhar, Proc.Roy.Soc.-A, 216(1126), 293-309, 1953. [4] G. Rüdiger et al. MNRAS, 377(4), 1481-1487, 2007. [5] G. Rüdiger et al. Astron. Nachr., 328, 1158-1161, 2007. [6] R. J. Tayler, Proc. R. Soc. London, Ser. B, 70(1), 31-48, 1957. [7] R. J. Tayler, MNRAS, 161(4), 365-380, 1973. [8] G. Rüdiger et al., Astron. Nachr., 332(1), 17-23, 2011. [9] G. Rüdiger et al., Astrophys. J., 755(2), 181, 2012.
Untersuchungen zu magnetohydrodynamischen Instabilitäten in Flüssigmetallen. Available from: https://www.researchgate.net/publication/312023387_Untersuchungen_zu_magnetohydrodynamischen_Instabilitaten_in_Flussigmetallen [accessed Dec 15 2017].
Aktualisiert: 2020-03-13
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gibt eine systematische Einführung in die Methoden zur theoretischen Beschreibung physikalischer Prozesse in ionisierten Gasen. Ausgehend vom mikroskopischen Teilchenbild werden die Gleichungen sowohl für eine mikroskopische als auch für eine makroskopische Beschreibung eines Plasmas abgeleitet. Soweit es ohne größeren mathematischen Aufwand möglich ist, werden relativistische Effekte berücksichtigt. Besonders diskutiert wird die Frage, welche Näherung welcher Fragestellung angemessen ist.Als Beispiele werden Fragestellungen aus der Astrophysik, der Magnetosphärenphysik, sowie Laborexperimente diskutiert. Insbesondere werden Gleichgewichtskonfigurationen, Instabilitäten und Wellen in den verschiedenen Näherungen behandelt.
Aktualisiert: 2023-04-04
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gibt eine systematische Einführung in die Methoden zur theoretischen Beschreibung physikalischer Prozesse in ionisierten Gasen. Ausgehend vom mikroskopischen Teilchenbild werden die Gleichungen sowohl für eine mikroskopische als auch für eine makroskopische Beschreibung eines Plasmas abgeleitet. Soweit es ohne größeren mathematischen Aufwand möglich ist, werden relativistische Effekte berücksichtigt. Besonders diskutiert wird die Frage, welche Näherung welcher Fragestellung angemessen ist.Als Beispiele werden Fragestellungen aus der Astrophysik, der Magnetosphärenphysik, sowie Laborexperimente diskutiert. Insbesondere werden Gleichgewichtskonfigurationen, Instabilitäten und Wellen in den verschiedenen Näherungen behandelt.
Aktualisiert: 2023-04-04
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