Fraktale Strukturbildung bei der elektrolytischen Anlagerung

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fraktal1.avi22.01.2002 00:00:001,62 MB
zeitraf.avi22.01.2002 00:00:008,66 MB
Die Ausbildung fraktaler Strukturen kann dort beobachtet werden, wo sich Metalle bei der Elektrolyse von Salzlösungen an der Kathode niederschlagen. Versuchsbeschreibung: Ein im Innenrand mit einer Elektrode versehenes Glasschälchen wird mit einer ionischen Lösung gefüllt. Es ist darauf zu achten, daß Ring und Lösung aus gleichem Metall sind, da die Ringelektrode in diesem Versuch als Anode (+) dient und somit Ionen aus dem Metall in die Lösung abgeschieden werden. Als besonders geeignet haben sich hier Kupfer/Kupfersulfatlösung oder Zink/Zinksulfatlösung erwiesen. Als Elektrodenmaterial eignet sich dünnes (0.5 mm bis 1.0 mm) Kupfer- oder Zinkblech, für Demonstrationsversuche reicht aber auch verzinktes Stahlblech aus. Erfahrungsgemäß erzielt man mit Zink und -Lösung die 'schöneren' Versuchsergebnisse. Die Spitzenelektrode wird in der Mitte der Schale in die Flüssigkeit hineingetaucht und dient als Kathode. Durch Anlegen einer Spannung von einigen Volt (5V bis 15V je nach Dimensionierung der Schale) lassen sich bereits nach kurzer Zeit kleinste Ablagerungen an der Kathode feststellen; die Kationen wandern zur Kathode und lagern sich dort an. Da Lösung und Elektroden aus demselben Stoff sind, wird die einsetzende Konzentrationsverminderung durch langsames Zersetzen der Anode aufgefangen. Die Anlagerungen wachsen bei dieser Versuchsanordnung schnell zu einer hierarchisch verzweigten, fraktalen Struktur an. Die angelegte Spannung sollte allerdings nicht zu hoch (< 15V ) gewählt werden, da sonst thermische Effekte die feinen fraktalen Äste zerstören. Als sehr hilfreich hat sich erwiesen, die Stromstärke (die bei konstant gewählter Spannung aufgrund des sinkenden Widerstandes natürlich schnell anwächst) als Kontrollparameter für die Strukturbildung zu wählen. Mit Hilfe eines Amperemeters wird die Spannung z.B. per Hand derart nachgereglt, daß ein annähernd konstanter Strom fließt (bei der beschriebenen Versuchsanordnung etwa 0.25A bis maximal 0.5A). Auf diese Weise läßt sich die 'Wachstumsrate' gezielt steuern: Je höher die Stromstärke gewählt wird, desto schneller bilden sich die fraktalen Strukturen aus. Der beschriebene Versuchsaufbau kann natürlich in vielfältiger Weise abgeändert werden: Besonders interessant ist auch die Beobachtung der elektrolytischen Anlagerung bei parallel angebrachten Elektroden - hier wachsen fraktale 'Hecken'.
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Dokumententyp:
Bild, Audio und Videomaterial » Dokumentarfilm, Lehrfilm
Fakultät / Institut:
Fakultät für Physik » Didaktik der Physik
Klassifikation Physik:
Didaktik der Physik
Nichtlineare Dynamik
Stichwörter:
Fraktale, Elektrolytische Anlagerung, Strukturbildung
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Lehr- und Lernmaterial / Dokument veröffentlicht
Dateien geändert am:
11.06.2002
Medientyp:
Video