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Photo: Universität Paderborn

Probevorlesungen

Elektromobilität

Die Elektrifizierung der Automobile ist in vollen Gange: Aber wie sind solche Fahrzeuge aufgebaut und was unterscheidet Elektro- und Hybridfahrzeuge von konventionellen Fahrzeugen? In der Probevorlesung werden erst die Eigenschaften von normalen Verbrennungsmotoren, modernen Elektroantrieben sowie von elektrischen Energiespeichern vorgestellt. Daraufhin werden unterschiedliche Konfigurationen von Elektro- und Hybridfahrzeugen präsentiert und Begriffe wie Mikro-, Mild-, Voll- und Plug-In-Hybrid erklärt. Anschließend werden einige Beispiele verfügbarer Fahrzeuge gezeigt und im Hinblick auf Vor- und Nachteile diskutiert.

Hexerei der Schnelligkeit

Die Höchstfrequenzelektronik hat der Kommunikations- und Sensortechnik in den vergangenen 25 Jahren die Türen zu völlig neuen, uns heute allgegenwärtigen Anwendungen geöffnet. Die populärsten Beispiele hierfür sind das Glasfasernetz, die Mobilkommunikation und das Automobilradar. Die dabei tatsächlich erreichten Geschwindigkeiten sind mit der Alltagserfahrung kaum greifbar und sollen daher zunächst anschaulich erläutert werden. Anschließend werden die Grundideen moderner elektronischer Bauelemente erläutert, die derartig hohe Geschwindigkeiten erreichbar werden ließen. Den Abschluss bildet ein Überblick über die in verschiedenen Forschungsprojekten entwickelten Mikrochips.

Datenschutz

Die Erhebung und Verarbeitung von Daten ist eine der wesentlichen Aufgaben von Informatik. Mit ausgeklügelten Verfahren können so Zusammenhänge hergestellt und wertvolle Informationen gewonnen werden: für die Stadt, um den zukünftigen Wohnbedarf zu ermitteln; für den Staat, um die Sicherheit zu gewährleisten; für Unternehmen, um ihren Umsatz zu steigern. Computer, Mobiltelefone und andere Alltagsgegenstände hinterlassen Datenspuren, die dazu führen, dass das Verhalten eines Menschen umfassender untersucht werden kann, als dies je möglich war. Diese Nebenwirkung der Informationsgesellschaft soll durch den Datenschutz in Grenzen gehalten werden.

In der Vorlesung wird eine Einführung in den Datenschutz gegeben. Ausgehend von den wichtigsten Grundsätzen, mit denen die Rechte der Betroffenen geschützt werden sollen, werden Prinzipien abgeleitet, die bei der Gestaltung von Informatiksystemen beachtet werden sollten, um den Datenschutz zu gewährleisten. Beispielhaft wird für einzelne Technologien gezeigt, welche Datenspuren bei ihrer Verwendung entstehen und welche Maßnahmen zum Schutz des Rechts auf informationelle Selbstbestimmung getroffen werden können.

Ein Chip entsteht

In der Probevorlesung werden die notwendigen Prozessschritte vom Quarzsand als Ausgangsmaterial, bis hin zum funktionstüchtigen Mikrochip aufgezeigt. Dabei werden einzelne Prozessschritte wie beispielsweise das Ätzen, die Lithografie oder Möglichkeiten der Kontaktierung aus der Halbleitertechnologie erläutert, deren Prinzipien noch heute in der Herstellung von modernen Computerprozessoren Anwendung finden.

Welche Lampe leuchtet heller?

Im Rahmen der Probevorlesung werden zunächst Gesetzmäßigkeiten in Reihen- und Parallelschaltungen basierend auf den Kirchhoff´schen Regeln hergeleitet. Der theoretische Input wird anschließend direkt praktisch umgesetzt, indem die Schülerinnen und Schüler in Dreiergruppen mithilfe eines Steckbretts Schaltungen stecken. Mit Labview programmierte Aufgaben ermöglichen die praktische Umsetzung der Vorlesungsinhalte. So können durch unterschiedliche Helligkeiten der eingesetzten Glühlampen Strom- und Spannungsteilerregeln beobachtet und neue Gesetzmäßigkeiten formuliert werden. Abgerundet wird die Probevorlesung mit der Vorstellung einer beispielhaften Klausuraufgabe.

Teilbarkeit durch 33? – Prüfung leicht gemacht

Probevorlesung für Schülerinnen und Schüler der Oberstufe (Vorkenntnisse: Mittelstufenstoff), Dozentin: Dr. Kerstin Hesse

Woher kommen die aus der Schule bekannten Teilbarkeitsregeln? Endstellenregeln, (z.B. die Regeln, dass eine Zahl genau dann durch 4 teilbar ist, wenn die von ihren letzten beiden Ziffern gebildete Zahl durch 4 teilbar ist) kann man sich mit Hilfe der Zahldarstellung in unserem Dezimalsystem leicht überlegen. Aber wie kommt man eigentlich auf die Quersummenregel für die Teilbarkeit durch 3, und wie kommt man auf die neue in der Vorlesung vorgestellte Regel zum Testen auf Teilbarkeit durch 33? Wir werden in dieser Vorlesung Restklassen kennenlernen und für diese eine Addition und Multiplikation einführen. Mit Hilfe dieser neuen „Maschinerie“ werden wir die Quersummenregel für Teilbarkeit durch 3 beweisen und können auch die neue Regel zum Testen auf Teilbarkeit durch 33 beweisen.

Komplexe Zahlen

Probevorlesung für Schülerinnen und Schüler der Oberstufe (Vorkenntnisse: Mittelstufenstoff), Dozentin: Dr. Kerstin Hesse, Dr. Cornelia Kaiser

Was sind die Lösungen von x^2 = -1 und x^2 + 4 = 0? In den reellen Zahlen haben diese Gleichungen keine Lösung. Daher erweitert man den Zahlbegriff und führt mit Hilfe der imaginären Einheit i, definiert durch i^2 = -1, die komplexen Zahlen ein. Geometrisch kann man sich die komplexen Zahlen als Punkte in einer (x,y)-Ebene vorstellen; die reellen Zahlen liegen dann alle auf der x-Achse. Wir lernen, wie man komplexe Zahlen addiert, subtrahiert, multipliziert und dividiert. Zum Abschluss zeigen wir, dass in den komplexen Zahlen jede quadratische Gleichung x^2 + a x + b = 0 nun (mit Vielfachheit gezählt) genau zwei komplexe Lösungen hat.

Verfahrenstechnik: Wie Rohstoffe zu Produkten werden

Dozent: Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Schmid

Die Verfahrenstechnik beschäftigt sich mit den technischen Prozessen, bei denen Stoffe in ihrer Art, Eigenschaft und Zusammensetzung verändert werden. Die Chemie untersucht und realisiert viele dieser Prozesse in sehr kleinem Maßstab – quasi „im Reagenzglas“. Die Verfahrenstechnik hat hingegen die Aufgabe, Prozesse, Anlagen und Maschinen zu entwerfen und herzustellen, um diese Prozesse in einem solchen Maßstab zu betreiben, dass relevante Produktmengen (z.B. mehrere Tonnen pro Tag) hergestellt werden können. Wir sprechen über die faszinierende Kombination von technischen und naturwissenschaftlichen Herausforderungen.

Wie man mit 3D-Druck (alle) beliebigen Produkte herstellen kann

Dozent: Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Schmid

 Beim 3D-Druck werden Bauteile zunächst im Rechner digital entworfen. Diese Datei wird anschließend auf einen sogenannten 3D-Drucker übertragen, in welchem das Bauteil direkt Schicht für Schicht aufgebaut wird. Dadurch ist es möglich, sehr schnell von einer Idee zu einem fertigen Bauteil zu kommen, oder Standardprodukte auf individuelle Bedürfnisse anzupassen. Außerdem erlauben diese Verfahren Bauteile herzustellen, die ansonsten gar nicht realisierbar wären. Hier zeigen wir Euch die wichtigsten 3D-Druckverfahren und ihr lernt die Möglichkeiten an praktischen Beispielen kennen.

Kleine Teilchen, große Wirkung: Eine Einführung in die Nanotechnologie

Dozent: Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Schmid

Der Nanotechnologie werden vielfach geradezu ‚magische’ Fähigkeiten zugeschrieben. In diesem Vortrag werden wir zunächst klären, was ‚Nanotechnologie’ überhaupt bedeutet. Dann werden wir darüber sprechen, was ‚nano’ eigentlich so besonders macht und welche außergewöhnlichen Eigenschaften man von extrem kleinen Teilchen und Strukturen erwarten kann. Abschließend werden wir einige Anwendungen von Nanotechnologie sehen und ausprobieren und dabei auch diskutieren, welche Erwartungen an diese Technologie für die Zukunft realistisch sind.

Kunststoff in Form gebracht

Dozentin: Dr.-Ing. Bianka Jacobkersting

Kunststoffprodukte begegnen uns ständig im Alltag; in verschiedensten Formen. Sie sind ein integraler Bestandteil unseres täglichen Lebens. Aber wie werden diese Rohre, Tüten und Co. eigentlich hergestellt? Eines der bedeutendsten Verfahren in der Kunststoffverarbeitung ist die Extrusion. Etwa zwei Drittel aller Kunststoffprodukte werden mit diesem Verfahren in Form gebracht. Im Rahmen dieser Veranstaltung werden wir uns mit den entsprechenden Werkzeugkonzepten und -berechnungen beschäftigen.

Kleine Risse, große Katastrophen

Dozentin: Dipl.-Ing. Katharina Dibblee

Der immer höher werdende Anspruch an technische Strukturen und Bauteile, führt dazu, dass zunehmend auf Leichtbau und Materialeinsparung gesetzt wird. Dies führt vermehrt zu Ausfällen von technischen Anlagen infolge von Materialversagen. Scheinbar unbedeutend kleine, harmlose Risse können zu erheblichen Sach- und Personenschäden führen. Anhand von praktischen Schadensfällen wie z.B. des ICE-Unglücks von Eschede (1998) sollen Grundkenntnisse über das Risswachstumsverhalten bei Betriebsbelastungen näher gebracht und Methoden für eine zuverlässige Gestaltung von Produkten vorgestellt werden.

Wie Chemie der Umwelt nützen kann

Die Chemie hat in der Bevölkerung oft den schlechten Ruf, Mensch und Umwelt zu schaden. Dagegen wird die schützende und entlastende Rolle der Chemie selten wahrgenommen. Mit dieser Probevorlesung werden Prozesse und chemische Verfahren vorgestellt und beleuchtet, die Mensch und Umwelt schützen sollen. Alltäglich gegenwärtige Reaktionen wie in der Mobilität und der Abgaskatalyse kommen darin vor, aber auch aktuelle Forschungsgebiete wie die Nutzung von Sonnenlicht zur Herstellung von chemischen Roh- und Treibstoffen. Die Definition von Nachhaltigkeit wird hierbei im Mittelpunkt stehen, da dieser Begriff oft – leider auch zu Unrecht – im Alltag gegenwärtig ist.

Quantenmechanik in einem Glas Wasser

In dieser Vorlesung soll ein Einblick in die theoretische Chemie vermittelt werden. Insbesondere sollen die Grundzüge klassischer und quantenmechanischer Computersimulationen erklärt und damit das Zusammenspiel von Atomen am Beispiel der Wasserstoffbrückenbindung aufgezeigt werden.

Polymernetzwerke - vielseitige Materialien

Durch die Vernetzung von Polymeren entstehen neue Materialien mit vielseitigen Eigenschaften. Darunter findet man z.B. elastische Gummis, Superabsorber und sogenannte Smarte Polymere. In der Vorlesung werden Beispiele aus der Lebenswelt vorgestellt und die Gründe für ihre Eigenschaften auf molekularer Ebene erklärt.

Das Prinzip der vollständigen Induktion

Probevorlesung für Schülerinnen und Schüler der Oberstufe 
Dozentin: Dr. Kerstin Hesse
Vorkenntnisse: Mittelstufenmathematik 
Dauer: 90 Minuten
Beschreibung: Aus dem Film "Die Vermessung der Welt" weiß man, wie Carl Friedrich Gauß den Wert n(n+1)/2 der Summe der natürlichen Zahlen von 1 bis n schon als kleiner Schüler elegant berechnete. Wie aber beweist man eine (erratene) Formel für die Summe der dritten Potenzen der natürlichen Zahlen von 1 bis n, und wie beweist man allgemeiner mathematische Summenformeln, Ungleichungen und Teilbarkeitsbeziehungen, die für alle natürlichen Zahlen gelten? − In dieser Vorlesung lernen wir, wie man solche mathematischen Aussagen mit dem Prinzip der vollständigen Induktion beweisen kann.       

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