Vielseitiger helfer der menschen

Das Fernsehen nimmt im Leben vieler Menschen einen festen Platz ein. Es bringt die neusten Nachrichten ins Haus, führt seine Zuschauer ins Theater, überträgt wichtige Sportereignisse usw. Aber das Fernsehen erweist sich auch als ein vielseitiger Helfer der Menschen. Seine Einsatzgebiete sind Medizin, Wissenschaft, Verkehr, Industrie, Kerntechnik und Landwirtschaft.

In vielen Produktionsbereichen gibt es Arbeiten, die für den Menschen gefährlich oder gesundheitsschädigend sind. Und hier hilft die Fernsehkamera. Durch sie wird sogar die genaue Beobachtung von Vorgängen in Schmelzöfen möglich. Zu den Käufern industrieller Fernsehanlagen gehören auch Stahlwerke, chemische Fabriken und Laboratorien.

Wo bisher nur ein einzelner Mensch ins Mikroskop sehen konnte, wo mikroskopisch kleine Objekte gleichzeitig für viele Menschen sichtbar werden sollen oder wo mehrere Ärzte eine komplizierte Operation verfolgen müssen, dort überall sieht unauffällig ein drittes Auge mit und vermittelt seine Eindrücke. Auch in den Schulen und Universitäten findet das Fernsehen weitgehende Anwendung.

STRAHLUNGSHEIZUNG

Systeme der Strahlungs- oder Plattenheizung finden in Gebäuden von verschiedener Bestimmung Anwendung.

Die Strahlungsheizung im Wohnungsbau mit geringer Geschoßzahl sowie die im Hochbau ermöglicht die Verbesserung von hygienischen Wohnbedingungen.

Es sind drei Systeme von Strahlungsheizung bekannt: Wand-, Decken- und Erdgeschossheizung.

Zur Zeit gibt man dem Deckensystem von Strahlungsheizung den Vorzug. Auf den ersten Blick scheint es, dass beim Deckensystem die unteren Zonen schlecht beheizt werden. Doch der von der Decke ausgehende Strahlungswärmestrom wird sowie Fußboden als auch die Wände der Räume beheizen.

Heizplatten werden gewöhnlich aus Beton mit nach innen verlegten Rohrschlangen oder Rohrregistern hergestellt. Zur Lebensdauervergrößerung der Röhre sind die nicht aus Stahl, sondern aus Buntmetallen. Die Wärmeabgabe der Platte nach oben wird zur Heizung der obenliegenden Räume verwendet. Deshalb gibt es keine Notwendigkeit, besonders sorgfältig den oberen Teil des Raums zu dämmen.

ALTERNATIVE ENERGIEN

Die modernen Nachfolger der Windräder sind die Windkraftanlagen. Im Prinzip verwendet man noch die alte Methode:

Der Wind setzt die Räder in Bewegung, wodurch Pumpen, Generatoren und dergleichen angetrieben werden. Eine modernere Form der Windräder sind Rotoren; sie drehen sich um eine senkrechte Achse und können sich daher der vorherrschenden Windrichtung anpassen. Eine weitere Verbesserung erwartet man von Windkonzentratoren, die selbst unbewegt, die Luftströmung gegen die Achse hin konzentrieren, wo sie dann ein kleines Windrad betreibt. Dieses arbeitet mit weitaus höheren Drehzahlen und ist somit ökonomischer als großflügelige Anordnungen. Besonders gute Nutzungsmöglichkeiten von kleineren Windkraftanlagen ergeben sich bei der Stromversorgung von abgelegenen Anwesen oder Siedlungen, doch setzt man auch große Anlagen mehr und mehr zur Stromversorgung ein. Ihr großer Vorteil ist es, dass sie die Umwelt nicht schädlich beeinflussen.

In kleinerem Rahmen läßt sich auch aus Biomasse Energie gewinnen. Dabei handelt es sich um Abfälle aus der Landwirtschaft, die brennbare Kohlenwasserstoff-verbindungen enthalten. Man kann sie in festem, flüssigem oder gasförmigem Zustand als Brennstoff verwenden. Diese Methode bewährt sich insbesondere in landwirtschaftlichen Betrieben, wo viel Biomasse abfällt. Doch gibt es auch Vorschläge für Energieplantagen, in denen man verwertbare Biomasse aus der Zucht von Algen und Tang gewinnt.

SONNENKRAFTWERKE

Dasselbe gilt für Sonnenkraftwerke, die allerdings noch am Anfang ihrer Entwicklung stehen. Eine Möglichkeit der Energiegewinnung besteht im Einsatz von Reflektoren, die das Sonnenlicht auf einen mit Wasser gefüllten Absorber konzentrieren. Dort erzeugt die Sonnenwärme Wasserdampf, der eine Turbine betreibt. An diese kann wie bei anderen Kraftwerken ein Generator zur Stromerzeugung angeschlossen werden.

Große Hoffnung setzt man auf einen anderen Typ von Sonnenkraftanlagen, und zwar auf solche, die mit Solarzellen arbeiten. Dabei handelt es sich um Halbleiterblättchen auf der Basis von Silizium oder Galliumarsenid. Aufgrund eines besonderen physikalischen Effekts (Photoeffekt) wird hier die Strahlungsenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt. Einige Dutzend Solarzellen, in Modulen zusammengefaßt, können dadurch direkt zum Betrieb von Heizkörpern oder Lampen verwendet werden. Der große Vorteil einer direkten Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Spannung wird allerdings durch einen geringen Wirkungsgrad und teure Produktionskosten wettgemacht. Forschungsstätten und Industrie sind daher darum bemüht, billigere Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad zu entwickeln. Wenn diese Technik erst einmal ausgereift ist, könnte sie in „Sonnenfarmen" auch zur Stromversorgung größerer Gebiete dienen. So wünschenswert eine solche im Prinzip einfache und rückstandfreie Art der Energieversorgung auch wäre, so dürfte sich wohl auch in Zukunft nur ein Teil der Elektrizitätswirtschaft auf umweltfreundlichen Solarstrom umstellen lassen.

TRANSISTOR

Der Transistor gehört zu den Halbleiter-bauelementen, die heute die wichtigsten Schalteinheiten der Elektronik sind. Ihre Funktion beruht auf den besonderen elektrischen Eigenschaften jener Stoffgruppe, die als Halbleiter bezeichnet werden. Dieser Name bezieht sich auf die Fähigkeit, Strom zu leiten, wobei die Halbleiter etwa in der Mitte zwischen den elektrizitätsleitenden Metallen und den Isolatoren wie Glas und Porzellan liegen. Heute setzt man vor allem Sili­zium ein, doch gewinnen auch Legierungen wie Galliumarsenid zunehmend an Bedeutung. Die besondere Voraussetzung der Halbleiter für ihre Schalteigenschaften besteht darin, dass sie sich durch geringe Beimengungen von Fremdstoffen sozusagen elektrisch präparieren lassen. Man kommt dadurch einerseits zu Materialien, die einen Überschuß an frei beweglichen Elektronen besitzen, als Überschuß oder p-Leiter bezeichnet, oder zu solchen, in denen Elektronen fehlen, so dass gewissermaßen zusätzlicher Raum für bewegte Elektronen, also elektrische Strome, vorgesehen ist; diese Substanzen werden als Mangel- oder n-Leiter bezeichnet.

Die eigentlichen Schaltvorgänge erfolgen stets an Grenzschichten, insbesondere solchen zwischen Mangel- und Überschußleitern. Das einfachste Halbleiterelement, die „Halbleiterdiode", besteht aus einer Verbindung von Mangel- und Überschußleiter. Legt man elektrische Spannung so an, dass die Elektronen vom Überschußleiter zum Mangelleiter gezogen werden, dann kann der Strom ungehindert laufen. Ist die Spannung in entgegengesetzter Richtung angelegt dann ist der Strom-durchgang gesperrt, da im Mangelleiter keine Elektronen zur Verfügung stehen, die in den Überschußleiter fließen könnten. Dieses Element hat also die Eigenschaft einer nur in eine Richtung wirkenden Stromsperre („Diode"). Ein Transistor ist im Prinzip als eine Kombination von zwei gegeneinander gerichteten Sperrelementen aufgebaut. Liegt zwischen den äußeren Schichten eine Spannung, dann ist der Stromdurchgang normalerweise gesperrt. Führt man jedoch durch eine dritte Zuleitung der in der Mitte liegenden Schicht Elektronen zu, dann wird die Sperre durchbrochen - der Transistor wirkt als Schalter, wobei das Ein- und Ausschalten durch die dritte, auf die Mittelschicht führende Zuleitung vorgenommen wird. Solche Schaltelemente sind Voraussetzung für vielerlei elektronische Einheiten, vor allem auch für den Computer. Da man zur Datenverarbeitung große Zahlen von Transistoren und anderen Wafer.

Auf dem Wafer, einer dünnen Scheibe aus Silizium, werden durch fotolithografische und Heißprozesse die Schaltkreise der Chips erzeugt. Auf einem Wafer entstehen eine Vielzahl von Chips.

HALBLEITERDIODE

Schaltelementen benötigt, werden diese auf einer gemeinsamen Unterlage zusammengefaßt. Um sie auf möglichst kleinem Raum zusammenzuziehen, also zu „mikrominiaturisieren", wurden neue Methoden für die Erzeugung von Schalteinheiten entwickelt. Die einzelnen Ele­mente werden nicht mehr geschraubt oder gelötet, sondern nach dem Vorbild der Drucktechnik auf die Unterlage aufgetragen. Bei moderneren Verfahren werden die Materialien nicht aufgedruckt, sondern aufgedampft. Durch den Einsatz von Masken erhält man die gewünschte Anordnung, die durch weitere chemische Bearbeitung, beispielsweise das Abätzen überflüssi­ger Teile, modifiziert wird. Im Laufe des Produktionsprozesses kommen auf diese Weise Dutzende von dünnen Schichten aus Metall, Halbleitermaterial und Isolatoren übereinander. Die fingernagelgroßen, fertigen Aggregate, als Chips bezeichnet, können Tausende einzelner Transistoren und andere Schaltelemente enthalten. Durch diese „integrierte Bauweise" ist es möglich geworden, kleine Computer und andere elektronische Einheiten zu bauen, für die noch vor zehn Jahren ein ganzer Raum nötig gewesen wäre.

ELEKTRONENHIRNE STELLEN DIAGNOSE

Lange weiße Korridore, überall blitzende Sauberkeit. Am Steuerpult eines großen Rechenautomaten sitzt ein junger Arzt. Alle Untersuchungen des Patienten sind schon abgeschlossen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen übergibt nun der Arzt dem Elektronenrechner. Er braucht dazu nur für jedes Merkmal eine bestimmte Taste auf seinem Steuerpult zu drücken. Sofort beginnt dann die Maschine alle Informationen zu sortieren und auszuwerten. Das geht schnell und schließlich braucht die Maschine nur noch in ihrem „Gedächtnis" nach der Krankheit zu suchen, die am genauesten mit den ermittelten Symptomen übereinstimmt. Auch das geht blitzschnell, und die präzise Diagnose erscheint auf dem Bildschirm.

Natürlich werden solche Maschinen niemals einen erfah­renen Arzt ersetzen, sie werden aber seine treuen und zuverlässigen Gehilfen sein.

TELEX

Telex ist der Name für ein weltweit installiertes Fernschreibnetz. Der Netzbetreiber in Deutschland, die Telekom, stellt das Leitungssystem zur Verfügung, das über Vermittlungsstationen die Teilnehmer miteinander verbindet. Diese sind mit Schreibmaschinen ausgestattet, die sich von normalen elektrischen Schreibmaschinen im Prinzip nur dadurch unterscheiden, dass der eingegebene Text auch vom Gerät des Empfängers ausgedruckt wird. Um eine Verbindung herzustellen, benutzt man eine Tastatur wie beim Telefon. Während die Kommunikation zunächst auf elektromechanischer Grundlage erfolgte, wurde in den siebziger Jahren auf elektronischen Betrieb umgestellt. Daraus ergeben sich zusätzliche Vorteile. Anstelle der Lochstreifen sind Disketten getreten, in denen der Text gespeichert ist: er kann dann zu beliebiger, vorgegebener Zeit — beispielsweise in der Nacht — automatisch übertragen werden. Teletex ist ein Kommunikationssystem für die Übermittlung von Texten, das speziell auf den Einsatz moderner, digitaler Elektronik ausgerichtet ist. Für die Übertragung der Daten gibt es einen Standard, auf den die „Teletex-fähigen " Einrichtungen abgestimmt sind. Dazu gehört eine besondere Art der Verschlüsselung mit einem Code, der 256 Kombinationsmöglichkeiten zuläßt.

TELEFON

A1s Erfinder des Telefons gilt Alexander Graham Bell (1847-1922), dem die großtechnische Umsetzung seiner Idee gelang. Er hat allerdings einen Vorläufer, den Physiker Johann Philipp Reis (1834-1874), der das Prinzip immerhin bis zur gebrauchsfertigen Einheit ausarbeitete. Er sah das Telefon jedoch eher als Hilfsmittel zur Demonstration von Schallphänomenen.

Mit dem Telefon gelingt es, Sprache auf elektrischem Weg über große Entfernungen zu übertragen. Dazu bedarf es der Umsetzung von Schall in elektrische Schwingungen. Beim „Kohlemikrofon" wird dies durch zwei unter elektrischer Spannung stehenden metallischen Elektroden erreicht, die durch eine Schicht aus Kohlekörnern getrennt sind. An der einen Elektrode ist eine Membran, ein dünnes Plättchen aus Künststoff, angebracht. Treffen Schallwellen ein, dann beginnt dieses zu schwingen, so dass die Kohlekörner mehr oder weniger stark auf die Gegenelektrode gedrückt werden. Dadurch ändert sich deren Widerstand - bei lockerer Lage geht nur wenig Strom hindurch, bei kompakter Lage entsprechend mehr. Die so entstehenden Stromschwankungen können verstärkt und über Leitungen weitergeleitet werden. Dieses Aggregat ist in ein Gehäuse eingebettet und im Hörer integriert. Seit Anfang der achtziger Jahre wird das Kohlemikrofon mehr und mehr durch das ,.piezoelektrische Mikrofon" ersetzt. Dabei tritt anstelle der Elektroden mit Kohlekörnern ein „piezoelektrisch" reagierender Kristall. Er ist durch elektrische Spannungen charakterisiert, die auftreten wenn er zusammengedrückt wird.

Befestigt man an ihm eine Membran, die Schall auffängt, dann werden Druckimpulse auf ihn ausgeübt. Die dadurch entstehenden Spannungen lassen sich ableiten, verstärken und auf übliche Weise ins Telefonnetz einleiten.

Auf der Empfängerseite werden die ankommenden elektrischen Impulse wieder in Schall zurückverwandelt. Man benutzt dazu einen Elektromagneten, durch dessen Spule die Stromimpulse laufen. Er ist im Kraftfeld eines weiteren Magneten frei beweglich aufgehängt, so dass er syn­chron mit den ankommenden Impulsen zu schwingen beginnt. An ihm ist ebenfalls eine Membran befestigt, die mitschwingt und dabei die elektrischen Signale in hörbare Schallschwingungen umsetzt. Das weltweite Telefonnetz ist heute sehr dicht; infolge der modernen elektronischen Arbeitsweise bietet das Telefon noch weitere Nutzungsmöglichkeiten. So ist es möglich, per Telefon über ein Modem Daten von einem Computer zum ändern zu übertragen oder Faxgeräte miteinander zu verbinden (s. Stichwort „Telefax"). Bei der enormen Mobilität der Menschen reicht ein festgelegtes Leitungsnetz allein nicht mehr aus. Hier kommen kabellose Geräte wie das Autotelefon zum Einsatz, die jedoch nur innerhalb eines Landes genutzt werden können. Im Prinzip sind es Funkgeräte, die auf bestimmten, öffentlich zugeteilten Frequenzen arbeiten. So ist das gesamte Bundesgebiet in „Funkzellen" eingeteilt; im Zentrum jeder Zelle steht eine Funkstation. Durch den Anruf erreicht man automatisch die nächstgelegene Funkstation, die als Relais für die Einspeisung ins öffentliche Telefonnetz dient. Verläßt man während eines Gesprächs eine Zelle, gibt die Funkstation das Gespräch automatisch an die Funkstation der benachbarten Zelle weiter. In entsprechender Weise ist es auch möglich, über diese Zentrale einen Teilnehmer mit Autotelefon zu erreichen.

RUNDFUNKEMPFÄNGER

Rundfunkempfänger, auch Radioapparate genannt, haben den Zweck, die von Sendern ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen aufzufangen und in akustische Signale zurückzuverwandeln. Die Sendungen werden in mehreren Wellenlängenbereichen geboten — jeder Sender strahlt Radiowellen mit einer bestimmten, ihm zuerkannten Wellenlänge (Frequenz) aus. Es handelt sich um die „Trägerschwingung", welche die in elektrische Signale umgesetzten Tonschwingungen transportiert (Modulation). Mit der Antenne des Rundfunkempfängers wird ein Gemisch der Schwingungen von sämtlichen im Empfangsbereich liegenden Sendern aufgefangen. Aus diesem muß die jeweils gewünschte Wellenlänge und damit der Sender, den man empfangen will, herausgefiltert werden. Das geschieht mit „Abstimmkreisen". Durch „Demodulation" werden nun die Tonsignale wieder von der Trägerwelle getrennt und verstärkt. Diese verstärkten Signale werden im Lautsprecher in hörbare Schallschwingungen zurückverwandelt. Als schwingungsfähige Einheiten setzte man früher in den Empfängern Elektronenröhren ein, heute werden integrierte Schaltungen verwendet. Dadurch sind die Radioapparate kompakter, störungssicherer und billiger. Ihre Energie erhalten sie nach wie vor durch einen Netzanschluß oder Batterien. Transistorempfänger benötigen nur kleine Spannungen und Ströme, so dass sie mit leichten Trockenbatterien betrieben werden können. Mit dem Lautsprecher werden elektrische Schwingungen in Schallschwingungen umgewandelt. Für die heute gebräuchlichen Anlagen setzt man vor allem „elektrodynamische Lautsprecher" ein. Der zentrale Teil ist eine Spule, die zwischen den Polen eines Elektromagneten befestigt ist. Werden in diesen Wechselströme geleitet, dann übertragen sich die Schwingungen auf ein Magnetfeld, das die Spule zum Schwingen bringt.

An dieser ist eine Membrane befestigt, die nun ihrerseits die Luft in Schwingungen versetzt. Welche Frequenzen von Membranen am besten übertragen werden, hängt von deren Größe ab; für hohe Frequenzen eig­nen sich kleine Membranen am besten, für tiefe Frequenzen braucht man entsprechend große. Lautsprecherboxen für anspruchsvolle Tonwiedergabe enthalten deshalb zwei oder drei Lautsprecher mit verschieden großen Membranen. Die ihnen zugeleiteten Frequenzen werden zuvor durch sogenannte Frequenzweichen getrennt und den entsprechenden Lautsprechern zugeleitet.

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