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Frequenzspektrum von Schall: die Artikulation unserer Sprache

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Frequenzspektrum von Schall: die Artikulation unserer Sprache

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nicht nur Musikinstrument, auch unsere Stimme und Sprache lässt sich als Beispiel für Klänge (Vokale) und Geräusche (Konsonanten) analysieren.

Da die charakteristisch beitragenden Frequenzen bei Zischlauten besonders hoch liegen, leidet unsere Sprachwahrnehmung auch bei Hörverlust (Schwerhörigkeit) in diesen Bereichen. Die Sprache klingt „breiig“ und viel weniger markant.

Hier ein sehr schönes Video aus dem deutschen Museum München zum Kempelenschen Sprechapparat:

https://www.youtube.com/watch?v=oIjkzZGe2I8

Oder zu Edisons Taschenphonograph:

https://www.youtube.com/watch?v=EFJJeQrVG1o

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Wenn Schall über die Luft im Ohr ankommt, müssen Rezeptoren im Ohr dies in Signale umwandeln und an das Gehirn weiterleiten, wo sie verarbeitet werden. Wie dies geschieht, welcher Schall vom menschlichem Ohr wahrgenommen werden kann und wie Hörschädigungen zustande kommen und sich auswirken, wird hier in einem schnellen Überblick in folgenden Unterpunkten betrachtet:

1. Der Aufbau des menschlichen Ohres

2. Der Hörbereich des menschlichen Ohres

3. Die Funktionsweise des dreidimensionalen Hörens

4. Mögliche Hörschädigungen

D.1 Der Aufbau des Ohres

Abbildung D1 zeigt den schematischen Aufbau des Ohres unterteilt in Außen-, Mittel- und Innenohr. Die Schallwelle gelangt über das Außenohr in den Hörkanal und regt das Trommelfell zum Schwingen an. Durch eine Kette kleinster Knöchelchen wird die Bewegung des Trommelfells an das sogenannte Ovale Fenster und von dort über eine Flüssigkeit in die Schnecke weitergeleitet. Die Schnecke verfügt über feine Härchen, die als Rezeptoren der verschiedenen Schallfrequenzen dienen und Signale über den Hörnerv an das Gehirn weiterleiten. So können, ähnlich wie bei den Farbrezeptoren im Auge, verschiedene Frequenzen sehr gut voneinander unterschieden werden. (Oberhalb der Schnecke befindet sich übrigens das Gleichgewichtsorgan am Ohr. Daher sind Gleichgewicht und Hören recht eng aneinander gekoppelt.)

Dies kann im folgenden YouTube-Video vertieft werden:
Wie das Gehör funktioniert.
D.2 Hörbereich

Es können eine ganze Menge Frequenzen mit dem Gehör wahrgenommen werden. Dies bezieht sich auf den Bereich zwischen ca. 20 und 20.000 Hz (siehe Abbildung D2) .

Unterhalb dieses Bereichs ist ein Ton zu tief, um ihn mit den Ohren wahrzunehmen. (Es wird auch von Infraschall, Gebäudeschall oder Köperschall gesprochen. Dieser ist teils als Schwingungen im Körper wahrnehmbar.) Darüber ist der Ton zu hoch. (Es wird hier von Ultraschall gesprochen, den manche Tiere wahrnehmen können). Diese Angaben gelten mit zunehmendem Alter jedoch immer weniger. Das Hörvermögen der hohen Frequenzen nimmt im Laufe der Zeit stetig ab. Bereits bis zum Lesealter hat das Hören der höchsten Frequenzen ein wenig gelitten. Bis zum Alter von ca. 20 Jahren reicht das durchschnittliche Hörvermögen nur noch bis ca. 16.000 Hz. Der Verlust weiterer Frequenzbereiche kann zu unterschiedlichen Hörbeeinträchtigungen führen, von denen einige exemplarisch in Abschnitt D.4 beschrieben werden.

Im YouTubevideo ( Link hier) können Sie ihr Gehör vor allem in den hohen Frequenzen selbst testen. Sie können auch den Tongenerator von Phyphox nutzen, um einen eigenen Test zu erstellen.

D.3 Dreidimensionales Hören

Es können mit dem Gehör nicht nur Frequenzen unterschieden, sondern auch erfasst werden, aus welcher Richtung der Schall kommt. Ähnlich wie beim dreidimensionalen Sehen ist auch beim dreidimensionalen Hören die Voraussetzung hierfür, dass der Mensch über jeweils zwei Organe verfügt, die aufgrund ihrer räumlichen Versetzung leicht unterschiedliche Daten empfangen. Beim Sehen lässt sich das leicht nachprüfen, wenn erst das eine, dann das andere Auge zugehalten wird. Bei weit entfernten Objekten macht das kaum einen Unterschied. Bei nahen hingegen - wie bei einem in ca. 20 cm vor dem Gesicht ausgestreckten Daumen - scheint das Objekt vor dem Hintergrund regelrecht hin und her zu hüpfen. Aus der Überlagerung dieser beiden Informationen der Augen kann das Gehirn also ein dreidimensionalen Bild für die nahe Umgebung (wenige Meter entfernt) analysieren. Die räumliche Einschätzung weiter entfernter Objekte hängt dagegen eher mit persönlichen Erfahrungen zusammen.

Beim Gehör ergibt sich, je nachdem aus welcher Richtung der Schall kommt, ein wahrnehmbarer zeitlicher Unterschied zwischen den beiden von den Ohren eingefangenen Daten. Kommt der Schall von rechts, nimmt das rechte Ohr den Schall Bruchteile einer Millisekunde früher wahr als das linke (siehe Abbildung D3). Kommt der Schall nicht genau von einer Seite, sondern eher schräg, ist der zeitliche Unterschied noch geringer - aber immer noch ausreichend für das Gehirn um eine Richtungsbestimmung vorzunehmen. Weitere Aspekte spielen außerdem eine Rolle, die beispielsweise mit der genauen Form der Ohrmuschel zusammenhängen. So ist es möglich zu unterscheiden, ob der Schall nicht nur von „leicht rechts", sondern von „vorne rechts" oder „hinten rechts" gekommen ist. Nur über die Zeitdifferenz wären diese beiden Richtungen nicht unterscheidbar.

Dies alles bedeutet allerdings auch, dass das Richtungshören extrem eingeschränkt ist, wenn das Hören auf einer Seite nachlässt oder sogar ganz wegfällt. Ein wichtiger Grund, sich einmal mit Hörbeeinträchtigungen und hörgefährdenden Faktoren zu beschäftigen.

D.4 Vertiefung (sehr zu empfehlen) Hörschädigungen

Das Hörvermögen nimmt mit zunehmendem Alter vor allem bei hohen Frequenzen (Tönen) ab. Das liegt daran, dass vor allem die feinen Härchen am Anfang der Ohrschnecke, die für die hohen Frequenzen zuständig sind, nach und nach (vor allem bei starker Lärmbelastung) angegriffen und zerstört werden. Laute Musik über Kopfhörer, bei Konzerten, Diskoteken oder auch als Lärm sind hierbei extrem schädigend und sollten stark eingeschränkt, bzw. vermieden werden.

Warum sind aber auch die hohen Frequenzen von Bedeutung, wenn sich Musik beispielsweise vor allem in Frequenzbereichen weit unter 10.000Hz abspielt? - Gewöhnliche Höreinschränkungen beispielsweise der Frequenzen über 15.000Hz sind für den Alltag so gut wie unbedeutend. Diese Einschränkungen werden meist gar nicht wahrgenommen - bis Kinder einen darauf hinweisen, dass sie ein schreckliches hohes Fiepen hören welches von dem eigenen Ohr nicht wahrgenommen wird.

Für die Wahrnehmung von Sprache allerdings sind auch Frequenzen bis ca. 5.000 Hz und für die Wahrnehmung von Musik bis 8.000Hz schon bedeutend für das Hörempfinden wie Abbildung D4 zu entnehmen ist.

Höreinschränkungen und Musik: Musik verändert ihren Klang dramatisch, wenn das Obertonspektrum weitgehend wegbricht. Ein sehr berühmtes Beispiel zu Höreinschränkungen in der Musik ist der Komponist Ludwig van Beethoven. Beethoven ertaubte im Laufe seines Lebens zunehmend, wenngleich ersuchte weiterhin Musik komponierte, sie aber nie äußerlich hören konnte. Das folgende Audio lässt anhand von Beethovens 5. Sinfonie (Eroica) erahnen, wie es sich für ihn zwischenzeitlich anhörte.
Mit Beethovens Ohr gehört
Beispiele:

Höreinschränkungen und Sprache: Es sind vor allem die höheren Frequenzen zwischen 5.000 und 10.000 Hz, die die einzelnen Laute einer Sprache durch markante Zischlaute hervortreten lassen. Ohne diese Zischlaute hört sich Sprache viel breiiger, dumpfer und in ihrem Klang verändert an. Dazu wird folgendes Beispiel betrachtet

Abbildung D5 zeigt vier Aufnahmen von Lauten analysiert mit Phyphox. Die vier Laute zusammengesetzt ergeben das Wort „MAUS". Im folgendem werden die Laute einzeln betrachtet, startend mit dem zweiten Oszilloskopbild für den Laut „A". Für diesen Laut zeigt sich eine Grundfrequenz von ca. 240 Hz, also einer Mittelteilen Sprechstimme. Da es sich um einen Vokal handelt, bei dem der Mund geöffnet und der Laut „vokalisiert" wird, zeigt sich hier ein schönes Obertonspektrum aus Frequenzen, die alle ein Vielfaches der Grundfrequenz sind. Die wesentlichen Beiträge dieser Oberton-Frequenzen liegen dabei in den niedrigeren Frequenzbereichen. Ein solcher Laut kann demnach bei den meisten Hörbeeinträchtigungen noch gut gehört werden.

Auch der Laut „U" im dritten Oszilloskopbild ist ein Vokal. Allerdings wird der Mund hier mehr geschlossen als beim „A", so dass sich die Obertöne weniger stark ausprägen. Anhand dieser Obertonspektren wird ähnlich wie beim Klang von Instrumenten auch der Klang von Vokalen unterschieden. Die Tonlage, repräsentiert durch die Grundfrequenz, bleibt im Vergleich zum „A" weitgehend erhalten.

Bei „M" im ersten und „S" im vierten Oszilloskopbild wird der Mund nun geschlossen. Das Obertonspektrum verschwindet weitgehend beim „M" und vollständig beim "S". Beim „M" ist weiterhin die Grundfrequenz um 240 Hz gut zu erkennen. Hier liegt offensichtlich die natürliche Tonlage der sprechenden Person. Das „S" scheint nur einen geringen Beitrag in den sehr tiefen Frequenzen zu haben, während in den höheren Frequenzen gar keine Anteile vorhanden zu sein scheinen. - Allerdings: Dieser Anschein trügt. Wird das Fenster auf maximal 20.000 Hz erweitert, dann stellen sich die vier Laute folgendermaßen dar (siehe Abbildung D6):

Der charakteristische Anteil an Frequenzen, die den Zischlaut „S" formen, liegt also hier im Bereich zwischen 8.000 und 13.000 Hz. Wenn eine Höreinschränkung den Hörbereich der hohen Frequenzen nun schon so weit herunter reduziert hat, dass Bereiche von 10.000 Hz, vielleicht auch 8.000 Hz nicht mehr wahrgenommen werden, dann ändert sich dadurch folglich der Klang der Sprache, da gerade die Zisch- und Klicklaute Sprache differenzieren. Fällt der Zischlaut in diesem Wort weg, wird nur noch „Mau" gehört. Ähnliches gilt für Explosivlaute wie „P", „T" und „K" oder Laute wie „SCH", „CH", „Z", „F" usw.

So könnte sich der folgende Satz etwa so anhören: Am Mon-a än di -ule um a- ur an. (Am Montag fängt die Schule um acht Uhr an.) Ein schonender Umgang mit dem Gehör ist daher nicht zu unterschätzen! Einmal zerstört werden die Härchen in der Hörschnecke nicht wieder erneuert.

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Wenn Schall über die Luft im Ohr ankommt, müssen Rezeptoren im Ohr dies in Signale umwandeln und an das Gehirn weiterleiten, wo sie verarbeitet werden.

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1. Axiom: Trampolin Springen

2. Axiom: Bälle in den Sand werfen

3. Axiom: Tauziehen

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Warum müssen Lautsprecher auf Konzerten so groß sein?

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Warum müssen Lautsprecher auf Konzerten so groß sein?

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Ist ein Quantensprung der sprichwörtliche "Riesige Schritt"?

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Ist ein Quantensprung der sprichwörtliche "Riesige Schritt"?

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Kann man einen mechanischen Energiespeicher bauen, mit dem genug Solarenergie für die Nacht gespeichert werden kann? (bspw. Schwungrad oder hochgezogenes Massestück)

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Kann man einen mechanischen Energiespeicher bauen, mit dem genug Solarenergie für die Nacht gespeichert werden kann? (bspw. Schwungrad oder hochgezogenes Massestück)

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Was ist die ideale Farbe für die Fassade eines Wohnhauses?

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Was ist die ideale Farbe für die Fassade eines Wohnhauses?

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Das ist das weißeste Weiß der Welt - WELT

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Weiß, weißer, ultra-weiß. Forscher haben eine Farbe entwickelt, die so viel Licht reflektiert, dass sie sogar in der prallen Sonne nicht aufheizt. Eine Eigenschaft, die im globalen Kampf gegen den Klimawandel helfen könnte.

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Kann man mit mehreren, hintereinander gesetzten Mikroskopen ein Atom sehen?

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Kann man mit mehreren, hintereinander gesetzten Mikroskopen ein Atom sehen?

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Wo hört die Erde auf und fängt das Weltall an?

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Wo hört die Erde auf und fängt das Weltall an?

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Auf die Frage, wo eigentlich das Weltall beginnt, gibt es keine eindeutige Antwort. Ganz abgesehen von der philosophischen Sichtweise, die uns ohnehin als ständigen Teil des Universums sieht, gibt es auch aus "erdzentrierter" Sicht mehrere Antworten auf diese Frage - je nachdem, wen man fragt.

Wo die irdische Luft endet und der Weltraum anfängt, ist eine Frage der Definition. Denn natürlich ist der Übergang fließend: Die Atmosphäre hat keine feste Obergrenze, sie dünnt nach oben hin einfach immer weiter aus. So gesehen zieht sie sich mehrere tausend Kilometer, bis selbst die leichten Helium-Atome der Schwerkraft entwischen können. Das Ende der Schwerkraft ist also erst dort erreicht, wo für uns im allgemeinen Verständnis längt das Weltall ist. Das kann also nicht die Grenze sein. Forscher haben außerdem nachgewiesen, dass Teile der Erdatmosphäre sogar bis zum Mond reichen.

Die Kármán-Linie

Im Prinzip gibt es bei der Frage, wo genau jetzt der Weltraum eigentlich beginnt, zwei konkurrierende Ansichten. Auf der einen Seite gibt es da nämlich eine Festlegung. Der internationale Luftsportverband Fédération Aéronautique Internationale (FAI) hat für sich entscheiden: Die Grenze vom Luft- zum Weltraum liegt demnach bei einer Höhe von 100 Kilometern. Das ist keine willkürliche Festlegung, sondern wird begründet mit den Erkenntnissen von Theodore von Kármán - einem ungarisch-amerikanischen Physiker.

Kármán machte sich in den 1950er-Jahren - als die ersten Pioniere der Raumfahrt immer höher in den Himmel flogen - Gedanken um die Frage, wo denn eigentlich der Luftraum und damit auch die Luftfahrt aufhört und der Weltraum bzw. die Raumfahrt beginnt. Der Physiker hat deshalb die Höhe ermittelt, in der die Aerodynamik aufhört - also ein Flugzeug nicht mehr von den aerodynamischen Kräften getragen wird. Es müsste dafür so schnell fliegen, dass die Fliehkraft, es aus der Erdumlaufbahn katapultieren würde. Diese Grenze wurde später auch als Kármán-Linie bezeichnet und sie liegt laut FAI bei 100 Kilometern Höhe.

Die US-Air Force-Definition

Doch die FAI ist zwar der internationale Luftsportverband, aber dennoch eine Nichtregierungsorganisation. Auf politischer Ebene ist dieser Wert also nicht bindend und bisher sind noch alle Anstrengungen gescheitert, dass sich die Politik auf einen international einheitlichen Wert einigt.

Und so wird man auch eine andere Antwort bekommen, wenn man die Regierung der USA, die NASA und insbesondere die US-Luftwaffe fragt, wo in ihren Augen eigentlich das Weltall anfängt. Schon seit den 1950er-Jahren setzte sich hier nämlich die Betrachtungsweise durch, dass der Weltraum dort anfange, wo der dynamische Druck auf die Steuerflächen eines Flugzeugs so gering wird, dass es nicht mehr aerodynamisch gesteuert werden kann. Das passiert etwa ab einer Flughöhe von circa 80 Kilometern. Deshalb vergab die US-Air Force auch die sogenannten Astronautenflügel an Piloten des Testflugzeugs X-15 - ein raketengetriebenes Experimentalflugzeug, das es mehrfach auf mehr als 80 Kilometer Höhe brachte. Alle Air Force-Piloten, die diese Höhe überschreiten, werden ebenfalls als Astronauten bezeichnet und bekommen die Astronautenflügel verliehen.

Harvard-Physiker: Liegt die Kármán-Linie tiefer?

Expertinnen und Experten haben schon länger diskutiert, dass die Kármán-Linie ihre Schwächen hat. So sei eine universelle Grenze ohnehin schwer zu ziehen, denn sie wird ja dauernd beeinflusst - etwa durch die Aktivität der Sonne, die für eine schwankende Dichte in der Hochatmosphäre sorgt.

Insbesondere eine Arbeit des Physikers Jonathan C. McDowell vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics hat für Aufmerksamkeit gesorgt. Er sagt: Die Kármán-Linie ist eher ein Spektrum und das liegt je nach Flugobjekt niedriger als 100 Kilometer. Nach der originalen Definition des Physikers liegt diese Grenze zwischen 70 und 90 Kilometern Höhe, schreibt McDowell. Nach dieser Auffassung wäre Branson also definitiv im Weltall gewesen - und sogar im Spektrum der Kármán-Linie.

Schwerelos dank Weltraum?

Nun könnte man stutzen: Sind Branson und seine Mitreisenden nicht schwerelos durch ihre Rakete geschwebt? Und Schwerelosigkeit ist ja bekanntlich typisch für den Aufenthalt im Weltraum. Doch das ist ein Trugschluss. Die "VSS Unity" hat einen Suborbitalflug gemacht. Dabei verbringen die Passagiere nur wenige Minuten im All. Aber viel wichtiger: Es handelte sich dabei um einen sogenannten Parabelflug. Auf so einem Flug kann auch schon weit unterhalb der Grenze zum Weltraum Schwerelosigkeit erreicht werden. Die Raumfahrtorganisationen führen sie zum Training der Astronauten oder zu Forschungszwecken durch.

Das Rennen der Milliardäre

Die Antwort auf die Frage, ob Richard Branson nun überhaupt im Weltraum war, lässt sich also nicht ganz eindeutig geben. Dieses Risiko will sein Konkurrent, Amazon-Gründer Jeff Bezos, nicht eingehen: Er plant mit seiner New Shepard-Rakete bei einem ersten bemannten Testflug direkt die 100 Kilometer-Marke zu knacken. Branson und Bezos liefern sich ein Rennen auf dem Feld des Weltraumtourismus. Beide wollen mit ihren Raketen kommerziell Suborbitalflüge anbieten - also kurze Stippvisiten im Weltall.

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Kármán-Linie: Wo beginnt das Weltall? | MDR.DE

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Milliardär Richard Branson feiert sich als ersten echten Weltraumtouristen. Mit seiner "VSS Unity" ist er in mehr als 80 Kilometer Höhe geflogen. Doch Fachleute sind sich uneins darüber, ob er wirklich schon im All war.

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Geophysik Darum gibt es auf der Erde keine Berge, die höher als 9000 Meter sind

Für die Tibeter ist es Chomolungma, die "Mutter des Universums", für uns Westler einfach nur der höchste Berg der Erde. So oder so ist der Mount Everest mit seinen 8848,86 Metern eine der imposantesten Strukturen auf unserem Globus - und die höchste Erhebung über dem Meeresspiegel.

Unbeweglich ist das gigantische Massiv darum nicht: Denn die Indische Kontinentalplatte schiebt sich jedes Jahr um mehrere Zentimeter unter die Eurasische - und hebt den Everest dabei um mehrere Millimeter an. Dass der Berg trotzdem nicht immer weiter in den Himmel wächst, hat zwei Gründe:

Erstens erodiert er an seiner Spitze: Schnee, Eis und Wind schleifen, hobeln und sprengen den Fels rundherum millimeterweise ab. Das Geröll sammelt sich in den Tälern, wird weiter zerkleinert und teilweise über Flüsse abtransportiert.

Zehn-Kilometer-Grenze gilt nur für die Erde

Zweitens hat der Berg eine Höhe erreicht, die nach irdischen Maßstäben - und nach Ansicht von Geowissenschaftlern - ein absolutes Maximum darstellt. Mehr als rund zehn Kilometer ist nicht drin. Denn je höher ein Berg, desto größer seine Basis und seine Masse. Die übt auf den Untergrund, über dem sich der Berg erhebt, einen immensen Druck aus. Überschreitet der ein kritisches Maß, verflüssigt sich das Gestein - und genau das ist der limitierende Faktor.

Die Zehn-Kilometer-Grenze gilt allerdings nur für die Erde. Auf dem kleineren Mars sieht die Sache anders aus, denn hier ist auch die Anziehungskraft geringer - um fast zwei Drittel. Das lässt Berge in den Mars-Himmel wachsen. Der höchste Berg auf dem Roten Planeten misst in der Höhe unglaubliche 26 Kilometer über der ihn umgebenden Tiefebene. Seine Basis hat einen Durchmesser von rund 600 Kilometern.

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Darum gibt es auf der Erde keine Berge, die höher als 9000 Meter sind

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Warum gibt es eigentlich auf der Erde keine Neuntausender? Dahinter steckt ein geophysikalisches Phänomen

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Halbleiter-Technologie

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Photovoltaikanlagen wandeln die Energie der Sonne in elektrische Energie um, die wir dann als Strom nutzen können. Dazu nutzen sie Solarzellen, die aus Schichten aus Halbleitermaterial bestehen. Fällt Sonnenlicht auf diese Solarzellen, baut sich zwischen den Schichten eine Spannung auf, die Elektronen setzen sich in Bewegung und es entsteht Strom.

Dabei entsteht Gleichstrom, der über ein spezielles Gerät, einen Wechselrichter, in Wechselstrom umgewandelt wird. Er kann dann direkt im Haushalt genutzt oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Seit einigen Jahren wird der Strom auch in Batterien zwischengespeichert.

Solarzellen werden in so genannten Photovoltaikmodulen zusammengeschaltet. Diese Module gibt es in verschiedenen Varianten. Die Module können dort angebracht werden, wo der Strom aus der Sonne gewonnen werden soll - beispielsweise auf dem Dach eines Hauses oder auch als Fassade.

Die Kosten für Photovoltaikanlagen sinken seit Jahren; zudem sind die Module leistungsstärker und damit effektiver geworden. Grund dafür ist, dass sich der Wirkungsgrad verbessert hat. Der Wirkungsgrad beschreibt bei Modulen das Verhältnis von der als Strom genutzten Energie zur von der Sonne eingestrahlten Energie. Mit der gleichen Anzahl von Modulen und Anlagen entsteht inzwischen deutlich mehr Strom.

Hinter dem Konzept der Solarthermie steckt, dass Sonnenlicht in Wärme umgewandelt wird. Dazu werden Solarkollektoren benutzt. In der Regel handelt es sich dabei um schwarz beschichtete Metall-Flächen, sogenannte Absorber. Diese nehmen die Strahlungsenergie der Sonne auf, werden dadurch heiß und geben die Wärme an eine Flüssigkeit ab.

Über einen Wärmetauscher wird diese Wärme an einen Speicher abgegeben. Das warme Wasser aus diesem Speicher kann dann im Haushalt genutzt werden, beispielsweise zum Duschen oder Waschen oder um die Heizung in einem Gebäude zu unterstützen. Auch bei der Erwärmung von Schwimmbadwasser kommt diese Technik zum Einsatz.

Ein Sonderfall sind solarthermische Kraftwerke. In diesen Anlagen wird die Sonnenstrahlung mit Spiegeln so stark konzentriert, dass eine Trägersubstanz auf mehrere hundert Grad Celsius erhitzt werden kann. Damit wird Wasser so stark erhitzt, dass Dampf entsteht. Dieser wird dann genutzt, um Turbinen anzutreiben, die Strom erzeugen.

Eine Variante sind so genannte Parabolrinnenkraftwerke. In diesen Anlagen sind mehrere Parabolspiegel rinnenförmig angeordnet. Diese Spiegel reflektieren und konzentrieren das Licht auf die Brennlinie in der Mitte der Rinne. Dort wird die Strahlungsenergie aufgenommen und erhitzt ein Öl in einer dünnen Röhre. Wie oben beschrieben, entsteht über Turbinen elektrische Energie.

Ein Nachteil: Der Dampf muss wieder heruntergekühlt werden, damit neue Wärme aufgenommen werden kann. Dazu wird Wasser verwendet - was in sonnenreichen Gegenden, für die Solarthermie-Kraftwerke besonders geeignet sind, oft ein Problem darstellt.

Solarthermie-Kraftwerke gibt es vor allem in Südspanien und den USA. In Deutschland stehen allenfalls Testanlagen, zum Beispiel am Forschungszentrum in Jülich, wo ein Solarturmkraftwerk betrieben wird.

Ein Teil der Photovoltaik-Anlagen in Deutschland ist auf Dächern installiert, ein Teil auf sogenannten Freiflächenanlagen. Grundsätzlich hält es das Umweltbundesamt für "wünschenswert, auch weiterhin einen möglichst großen Anteil der benötigten Photovoltaikanlagen auf Dächern zu installieren", damit keine weiteren Wiesen oder Flächen mit Anlagen bebaut werden müssen.

Auch Manfred Fischedieck vom Wuppertal Institut für Klima, Umwelt und Energie hält das Potenzial für noch längst nicht ausgeschöpft: "Gewerbliche Dachflächen, Parkplätze, die man überdacht und dann mit Photovoltaik nutzt, Randstreifen an Autobahnen - das sind Möglichkeiten, die immer noch besser sind, als komplett freie Flächen zu nutzen", sagt er.

Bei freien Flächen sei eine Art Doppelnutzung denkbar: Landwirtschaftlicher Anbau am Boden, darüber - in entsprechendem Winkel - Photovoltaik-Module.

Photovoltaikanlagen haben nach ein bis zwei Jahren eine ausgeglichene Energiebilanz, das haben Berechnungen des Umweltbundesamtes ergeben. Dann hat eine solche Anlage so viel Energie produziert, wie für Herstellung, Betrieb und Entsorgung aufgewendet werden musste.

Volker Quaschning, Professor für Regenerative Energiesysteme an der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin, hält Photovoltaik daher auch für eine "sehr elegante Methode", um klimafreundliche Energie zu erzeugen. Und die Module seien inzwischen deutlich preiswerter geworden als bei ihrer Einführung: "Solarstrom ist derzeit die billigste Art der Stromerzeugung in Deutschland".

Das liegt einerseits an technischen Weiterentwicklungen, aber auch an Massenproduktion beispielsweise in China. Diese Entwicklungen hätten Experten wie Quaschning und Fischedieck noch vor einigen Jahren nicht für möglich gehalten.

Quaschning geht davon aus, dass rund ein Drittel des Strombedarfs in Deutschland durch Photovoltaik gedeckt werden kann. Auch Manfred Fischedieck hält das Potenzial für riesig - das liegt auch daran, dass die Widerstände gegen die Nutzung vergleichsweise gering sind.

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Photovoltaikanlagen wandeln die Energie der Sonne in elektrische Energie um, die wir dann als Strom nutzen können. Dazu nutzen sie Solarzellen, die aus Schichten aus Halbleitermaterial bestehen. Fällt Sonnenlicht auf diese Solarzellen, baut sich zwischen den Schichten eine Spannung auf, die Elektronen setzen sich in Bewegung und es entsteht Strom.

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Kann man mit einem Heliumballon zum Mond aufsteigen?

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Kann man mit einem Heliumballon zum Mond aufsteigen?

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Der Ballon besitzt zunächst eine geringere Dichte als die umgebende Luft / Atmosphäre.

Das ändert sich allerdings mit zunehmender Höhe. Irgendwann ist der Punkt erreicht, an dem die Dichte des Ballons und die der ihn umgebenden Atmosphäre gleich groß sind. Der Ballon erfährt keinen weiteren Abtrieb mehr.

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Magnetresonanztomographie (MRT)

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Frahm MRT in Echtzeit - - Video-Suchergebnisse

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Warum wird die Luftpumpe warm und das Deospray kalt?

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Warum wird die Luftpumpe warm und das Deospray kalt?

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Luftpumpe: Gas / Luft wird zusammengedrückt

Deospray: Deoflüssigkeit wird zu Gas - die dafür notwendige Verdunstungswärme entzieht sie dem System, das dabei abkühlt.

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Wasser macht zwei Drittel unseres Körpergewichtes aus. Jede einzelne Zelle enthält Wasser und ist von Wasser umgeben. Unser Blut, die Muskeln, die Haut und selbst die Knochen bestehen zu mehr oder weniger großen Anteilen daraus.

Als Bestandteil verschiedener Körperflüssigkeiten gelangt Wasser im Körper überall hin und sorgt so für die Verteilung von Nährstoffen und Salzen. Es gewährleistet die Funktion der Organe und ist maßgeblich an unserer Wärmeregulation beteiligt.

Die Flüssigkeit, die der Körper verliert, muss daher unbedingt ersetzt werden. Eineinhalb bis zwei Liter sollte jeder Erwachsene mindestens am Tag trinken, bei großer Anstrengung oder Hitze entsprechend mehr. Neben der reinen Flüssigkeit nehmen wir über das Wasser lebenswichtige Mineralien und Salze auf.

Hitze und Anstrengung bringen uns zum Schwitzen. Auch wenn Schweiß unangenehm riechen kann: Er hat eine lebenswichtige, unverzichtbare Funktion.

Sobald es im Körperinneren über 37 Grad Celsius warm wird, weiten sich die Blutgefäße. Sie vergrößern ihre Oberfläche, um möglichst viel Wärme abgeben zu können. Wasser wird dabei aus dem Blut über die Schweißdrüsen aus dem Körper gepumpt.

Auf der Hautoberfläche verdunstet der Schweiß. Dabei entsteht Verdunstungskälte, die es dem Körper ermöglicht, sich abzukühlen. Schweiß besteht fast ausschließlich aus Wasser, dazu kommen noch Kochsalz (NaCl) sowie andere für die Körperfunktionen wichtige Mineralien. Diese müssen, ebenso wie die mit dem Schweiß verloren gegangene Flüssigkeit, ständig über Nahrung und Wasser ersetzt werden.
chenden Ameisen- und zur stark nach ranziger Butter riechenden Buttersäure abgebaut werden.

Überanstrengung oder extrem feuchte Hitze können das körpereigene Kühlsystem überfordern. Bei hoher Luftfeuchtigkeit nimmt die Umgebung zudem keinen Schweiß mehr auf. Die Folge: Hitzestau im Körper. Die Blutgefäße weiten sich noch mehr. Das Herz fängt an zu rasen, um den sinkenden Blutdruck abzufangen.

Wird die Anstrengung dem Herzen zu viel, kann der Kreislauf versagen. Das Gehirn wird nicht mehr ausreichend mit Sauerstoff versorgt. Kopfweh, Schwindel oder sogar Ohnmacht sind Anzeichen für solch einen Hitzekollaps. Hohes Fieber, Ohnmacht und heiße, trockene Haut zeugen von einem Hitzeschlag und dem vollständigen Zusammenbruch der Thermoregulation.

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Sommerstress: Wie reagiert der Körper auf Hitze?

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Erst als es Wasser auf der Erde gab, konnte sich Leben auf unserem Planeten entwickeln. Auch der menschliche Körper ist daran angepasst und würde ohne Wasser nur wenige Tage überleben.

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Beispiel Polarfuchs: "weißes" Fell - leitet Strahlung an Haut weiter, schwarze Haus - absorbiert Strahlung, dickes Fell reduziert Wärmeabgabe (Wärmeströmung und Wärmeleitung) an die kalte Umgebung, da Fell ein schlechter Wärmeleiter ist und im Fell kleine Luftbläschen eingeschlossen sind (schlechte Wärmeleitfähigkeit, keine Wärmeströmung)

Beispiel Rotkehlchen im Winter: Aufplustern und dadurch einschließen von Luftbläschen zwischen den Federn.