12. Elektrizität aus heißen Gasen
Bisher verdoppelte sich alle fünfzehn bis zwanzig Jahre der Bedarf an elektrischei Energie. Heute schon entstehen Einheiten von Turbinen und Generatoren mit einei Leistung von über 600 000 Kilowatt; das entspricht der zwölfmillionenfachen Leistung des ersten Generators von Wernei von Siemens oder der Leistung von übei 16 000 Volkswagen.
Doch die heute verwendeten Generatoren haben einen Nachteil: die Wärmeenergie des heißen Gases oder Dampfes muß erst auf eine Turbine übertragen werden, welche wiederum den Generator antreibt.
Vor einiger Zeit gelang die Konstruktion von völlig neuartigen Generatoren, welche in der Lage sind, die Wärmeenergie direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Ihr Prinzip ist einfach. Ein Gas wird so weit erhitzt, daß seine Atome in negativ geladene Elektronen und positiv geladene Atomkerne zerfallen, die sogenannten Ionen. Ein solches überhitztes Gas bezeichnet man als Plasma (Ps). Sobald das Plasma durch ein Magnetfeld (M) strömt, wer-den die elektrisch geladenen Teilchen abgelenkt, die Elektronen zur einen, die positiven Io-nen zur anderen Seite.
S = Südpol;
N = Nordpol;
Ps = Plasmastrom;
M = Magnetfeld;
Pt = Platten zur Aufnahme der
Ladungen
So entsteht eine elektrische Spannung. Eine Platte (Pt) auf jeder der beiden Seiten nimmt die Ladungsträger auf. Sobald diese Platten durch einen Leiter verbunden werden, fließt ein Strom. Zweifellos werden diese „magnetofluiddynamischen Generatoren“, kurz „MFD–Wandler“ genannt, eine entscheidende Bedeutung erlangen, sobald in Hochtempera-tur–Kernkraftwerken oder in Fusionsreaktoren ein Plasma erzeugt werden kann.
Fragen zum Text:
Wie hat sich der Bedarf an elektrischer Energie entwickelt?
Welche Leistungen erbringen Turbinen- und Generatoren–Einheiten heutzutage?
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Welchen Nachteil haben die heutigen Generatoren?
Wie nennt man ein überhitztes Gas?
Wie läßt sich aus einem überhitzten Gas Strom erzeugen?
Welche Funktion haben die Platten in dem beschriebenen Experiment?
Wie werden die neuartigen Generatoren genannt?
Wann könnten diese Generatoren zum Einsatz kommen?
Welches Verb paßt?
fallen – gefallen – verfallen – zerfallen
Das Buch ... mir sehr gut.
Die Atome ... in Elektronen und Ionen.
Das Haus ... langsam.
Die Preise ...
Es ... Schnee.
Die Temperatur ...
Der Film ... mir.
Die Eintrittskarten ... morgen.
Materie ...
In eine traurige Stimmung ...
Die Arbeit ... ihm schwer.
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ЧАСТ Ь 4
13. Messer aus Licht
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L = Lampe;
tS = teildurchlassiger Spiegel;
R = Rubinstab;
Ls= Laserstrahl
S = Spiegel;
Wie kann man ein Auge im Inner n operiere n, ohne es zu zerstö ren? Seit k urzem be-sitzt die Medizin das Instrum ent, welch es hierzu n ötig ist: ein Messer aus Licht, den soge-nannten „Laser“.
Ein einfacher Laser beste ht aus einem Stab (R ) aus Alu miniumoxid, dem etwas Chrom beigemisc ht ist. Diesen roten, transparen ten Stoff b ezeichnet man als Rubin. Die beiden En-den des S tabes sind durch zwei Spiegel begrenzt. Einer der Spiegel (t S) ist teildurchlässig, das heißt, daß ein Teil des Lic htes ihn durchdringe n kann. Dieser Rubinstab wird von einer Lampe (L) bestrahlt, die ein starkes grünes Licht aussendet.
Angenommen, ein „grünes“ Lichtquant (ein Photon) von der L ampe trifft auf ein Atom des Rubinstab s. Ein Elektron dieses Atoms absorbiert das Photo n und speichert seine Energie. D abei „springt“ das E lektron a uf eine höhere Bahn. Nach einer gewissen Zeit fällt es um eine Stufe zur ück. Dabei gibt das Elektron einen Teil der aufgeno mmenen Energie als „rotes“ P hoton wied er ab. Da s Elektron springt ni cht sofort auf die ursprüngliche Bahn zu-rück, son ern in zw ei Stufen.
Nehmen wir w eiter an, ein solches „rotes“ Ph oton trifft auf ein Elektron, das ebenfalls ein „grünes“ Lichtqu ant absorbiert hat. Sofort gibt auch dieses Elektron ein „rotes“ Photon ab, und n un wandern beide Photonen „Hand in Ha nd“ zusammen weiter – mit ge nau dersel-ben Schw ingung u d in gena u dieselbe Richtung . Die zwei Photonen treffen auf andere Atome (A 3 und A4), die Lichtquanten gespeichert haben, un d wiederum werden Photonen frei, die sich den ersten ansch ließen. Durch die beiden Spiegel werde n sie viele Millionen mal im R ubinstab hin- und herflektiert. Diese wie disziplinierte Soldaten in „gleichem Schritt“ m arschiere nden Phot onen nehm en auf ihrem Weg immer meh r „Kameraden“ mit; so entsteh t ein inten siver Strahl einfarbigen, scharf gebündelten Lichts , der durch den teil-durchläss gen Spiegel als Laserstrahl (Ls) aus dem Rubinstab schießt.
Lase rstrahlen dienen als Träger von Energie und Information. M it Hilfe von Linsen kann man sie auf Durchmess er von einem Hunderttausendstel Zentimeter konzentrieren. Dadurch entstehen Strahlen von einer solchen Ene rgiedichte, dass man damit di e härtesten
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Stoffe wi e Stahl un d Diamanten, aber a uch Organe des menschlichen Körpers mit höchster Präzision durchbohren und schneiden kan n. Wie ge wöhnliche s Licht dri gen sie du rch unsere Sehlinsen, ohne sie z u schädig n, und erl auben Operationen sogar im Innern der Au gen.