Grundlagen der Wissenschaft: Forschung, Materie und Energie

Arten der Forschung und Entwicklung

Grundlagenforschung

Die Grundlagenforschung untersucht die Eigenschaften von Objekten und die Gesetze, die sie regieren.

Angewandte Wissenschaft

Die Angewandte Wissenschaft sucht nach Wegen, diese Eigenschaften nutzbar zu machen.

Technologische Entwicklung

Die Technologische Entwicklung zielt darauf ab, Anwendungen im industriellen Maßstab zu liefern.

Der Technologische Cyclus (TC)

Der TC ist ein geplanter Prozess mit definierten Zielen und Phasen. Er hilft dabei, Phänomene zu erklären und Entdeckungen zu machen.

• Der TC versucht, allgemeine Lösungen zu finden.
• Er basiert auf vorhandenem Wissen.
• Er umfasst qualitative und quantitative Aspekte.
• Der TC führt zu Ergebnissen und ist typischerweise eine Teamleistung.

Schritte der Wissenschaftlichen Methode

1. Beobachtung: Das Phänomen, das unsere Aufmerksamkeit erregt.
2. Problemstellung/Frage: Die Frage, die sich aus der Beobachtung ergibt ("Warum?").
3. Hypothese: Eine mögliche Antwort oder Erklärung für das Problem.
4. Entwicklung und Durchführung: Aktivierung eines Arbeitsfeldes, theoretischer Rahmen, Erprobung, Messung und Analyse.
5. Schlussfolgerungen.
6. Veröffentlichung.

Klassifizierung von Phänomenen

Physikalische Phänomene

Phänomene, die die Natur der Materie nicht verändern (z. B. Fall von Körpern, Bewegungen).

Chemische Phänomene

Phänomene, die die Natur der Materie verändern (z. B. Verbrennung).

Reversible Phänomene

Phänomene, bei denen ein System nach einer Veränderung in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehren kann (z. B. das Aufblasen eines Ballons).

Irreversible Phänomene

Phänomene, bei denen das System nicht in seine ursprüngliche Form zurückkehren kann (z. B. das Zerplatzen eines aufgeblasenen Ballons).

Energie: Definition und Manifestationen

Definition von Energie

Energie ist die Fähigkeit eines Körpers, Arbeit zu verrichten oder Bewegung auszuführen (z. B. elektrische Maschinen, chemische Pumpen).

Manifestationen und Quellen der Energie

• Sonne: Die größte Energiequelle, deren Ursprung in der atomaren Energie liegt.
• Nahrung: Die energetische Kapazität wird in Kalorien gemessen. Die innere chemische Energie wird im Körper in Wärme und Bewegung umgewandelt.
• Batterie/Stapel: Zeigt von selbst keine Energie, aber wenn sie an ein Gerät angeschlossen wird, liefert sie elektrische Energie (z. B. für einen Elektromotor).
• Bewegtes Objekt: Ein bewegtes Objekt (z. B. eine Kugel in Bewegung) besitzt mechanische Energie.

Eigenschaften der Materie

Eigenschaften der Materie sind Merkmale, die wir mit den Sinnen oder Instrumenten wahrnehmen können.

Extensive Eigenschaften

Diese Eigenschaften hängen von der Menge der Materie ab:

• Größe, Gewicht, Masse, Länge, Oberfläche (Sup.), Volumen (Vol.).

Intensive Eigenschaften

Diese Eigenschaften hängen nicht von der Menge (Größe) der Materie ab:

• Organoleptisch: Farbe, Geschmack, Geruch.
• Physikalisch: Dichte, Schmelzpunkt, Siedepunkt.

Wichtige Intensive Eigenschaften

Dichte

Das Verhältnis zwischen der Masse und dem Volumen eines Stoffes. Sie ist eine spezifische Eigenschaft jedes Materials.

Siedepunkt

Die Temperatur, bei der ein Stoff vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht.

Schmelzpunkt (Fusion)

Die Temperatur, bei der ein Stoff im Gleichgewicht zwischen festem und flüssigem Zustand existiert. Sie entspricht oft dem Erstarrungspunkt.

Härte

Eine intensive Eigenschaft, die nicht von der Masse, sondern von der Art des Materials abhängt.

Elektrische und Thermische Leitfähigkeit

Eine intensive Eigenschaft, die nicht von der Masse abhängt und sich auf die Fähigkeit des Stoffes bezieht, elektrischen Strom oder Wärme zu leiten.

Volumen

Das Volumen ist eine extensive Eigenschaft, da es von der Menge der Masse abhängt. Eine Erhöhung der Masse führt zu einer Erhöhung des Volumens.