Projektforslagene er udarbejdet i samarbejde med Institut for Sensorer, Signaler og Elektroteknik STUDIERETNINGSPROJEKT 2010 Byg dit eget spektrometer Side 4 Hør matematikken Side 5 Den moderne vindmølle Side 8
INDHOLD Retningslinjer for samarbejde SIDE 3 Projektemner og forslag SIDE 4 Kontaktpersoner SIDE 10
HVORDAN FUNGERER SAMARBEJDET? Vi har udarbejdet en række forslag til studieretningsprojekter (SRP) til brug i gymnasiet. Ved at skrive SRP i samarbejde med Ingeniøruddannelserne på Syddansk Universitet, får du en unik mulighed for at opnå faglig udfordring og spændende oplevelser i et rigtigt udviklings- og forskningsmiljø. Projektvejledningen udføres som altid af dine gymnasielærere. Vi tilbyder ekstern vejledning og praktisk hjælp. Projektets problem og emne arbejder vi os frem til i fællesskab med dig og dine lærere. HVORFOR BRUGE OS? Elever, der udfører deres studieretningsprojekt sammen med Ingeniøruddannelserne på Syddansk Universitet får: - en oplevelse af universitetsmiljøet på nært hold - mulighed for at udføre eksperimenter i vores udviklings- og forskningslaboratorier - ekstra faglige udfordringer Vælger du at skrive SRP i samarbejde med os, bliver du tilknyttet en ingeniørstuderende, som vil hjælpe med de eksperimentelle forsøg og fx litteratursøgning på universitetets bibliotek. Side 3
Lav dine egne guld nanostruktur er. BYG DIT EGET SPEKTROMETER! Her kan du arbejde med fysikken bag et spektrometer og samtidig være med til, i laboratoriet på SDU-TEK, at bygge et spektrometer, vha. komponenter som optisk gitter, CCDarray, linser og en spalte. Spektrometret skal kalibreres vha. spektrallamper og efterfølgende anvendes til at måle farvestofkoncentration i fx læskedrikke. Det kan også bestemme partikelstørrelse og koncentration af nano guldkugler i en væskeopløsning. Der vil i projektet være rig mulighed for at arbejde med de teoretiske aspekter omkring bl.a. elektromagnetiske bølger og lys. Fag: Matematik, Fysik og Kemi. Emner: Lys, atomer, elektromagnetisk spektrum, optiske linser og gitre, nanoteknologi, opløselighed af stoffer, mængdeberegning, differentialligninger, geometri, trigonometri, eksponentialfunktioner. NANOSTRUKTURER OG LASERLYS Prøv metoder inden for nanoteknologi og vær med til at fremstille guldstrukturer med dimensioner under 1 mikrometer (1/1000 mm) f.eks. i form af gitterlinier eller 2-dimensionelle punktmatricer. Efterfølgende kan du belyse guldstrukturerne med laserlys og de resulterende interferensmønstre kan benyttes til at beregne strukturernes dimensioner (vha. gitterligningen og brydningsloven). Resultatet sammenlignes med dimensioner bestemt ved hjælp af et skanning elektron mikroskop. Evt. kan laserlysets polarisationsegenskaber inddrages ved at undersøge lysets vekselvirkning med guldstrukturerne. Fag: Fysik og Matematik Emner: Skanning elektron mikroskop, nanoteknologi, elektroner, metaller, lys, interferens, optiske gitre, brydning, trigonometri, vektorregning, differentialligninger. Side 4
Se matematikken HØR MATEMATIKKEN Tag udgangspunkt i elektronisk musik, og vis at lyd i virkeligheden kan beskrives ved matematiske funktioner. Kompleks lyd kan modelleres ved hjælp af simple grundelementer som f.eks. sinus- og savtak-kurver, filtrering og effekter som rumklang og equalizer. Et udpluk af disse elementers matematiske fundament kan forklares og beskrives. Der kan også arbejdes med specielle filtreringsteknikker, der f.eks. bruges til at skabe et elektronisk strengeinstrument ud af ren hvid støj, lave elektroniske stemmer, eller skabe nogle af de stemme-effekter, der er næsten uundgåelig i alle former for moderne musik (autotuning, vocoding o.a.). Fag: Matematik, Fysik, Musik og Emner: Matematiske periodiske funktioner, matematiske computerværktøjer, trigonometri, musikkens bestanddele, lyd, bølger, lydstyrke. SE MATEMATIKKEN BILLEDEHANDLING OG VISUALISERING Hvordan kan moderne signal- og billedbehandlingsteknikker bruges indenfor retsmedicin, overvågning samt industri og produktion? Nogle eksempler på særlige teknikker er ansigtsgenkendelse, detektering af kræftknuder på scanningsbilleder, 3D syn, eller kvalitetsbestemmelse af juletræer. I projektet kan der arbejdes med nogle af de mange praktiske anvendelser af billedbehandling. Ligeledes skal de matematiske fundamenter, som nogle af disse teknikker hviler på,bearbejdes. Fag: Matematik, Fysik og Emner: Matematiske computerværktøjer, matematiske funktioner, trigonometri, lys og farver, optik. Side 5
DEN RIGTIGE FREKVENS FOR RADIO OG MOBILTELEFON? Der er rigtig mange forskellige radiobølger i luften omkring os. Hvordan sørger en radio for, at der kun lyder én station i højttalerne ad gangen? I indgangen på en radio, et TV, en Bluetooth enhed eller en mobiltelefon sidder der en resonanskreds, der filtrerer alle uønskede frekvenser væk og kun lader den ønskede frekvens komme igennem. Sådan et båndpasfilter kan analyseres vha. en 2. ordens differentialligning. Filteret designes og simuleres på computer og opbygges i laboratoriet, hvor der måles på filtret. Fag: Matematik, Fysik og Emner: Matematiske computerværktøjer, matematiske funktioner, 2. ordens differentialligning, elektriske komponenter, elektriske kredsløb. KOMPLICEREDE ELEKTRISKE KREDSLØB Fjernsyn, blodtryksmålere og vindmøller indeholder alle komplicerede elektriske kredsløb. For at kunne designe elektriske apparater i dag er det nødvendigt at kunne opstille ligninger for de elektriske kredsløb og bruge avancerede teknikker for at kunne analysere disse kredsløb. Kirchhoffs love anvendes på et udvalgt kredsløb, og der opstilles et ligningssystem med flere ubekendte. Kredsløbet simuleres på computer, opbygges i laboratoriet og gennemmåles for at sammenholde teoretisk og eksperimentelle værdier. Fag: Matematik og Fysik Emner: Matematiske computerværktøjer, løsning af ligningssystem med flere ubekendte, differentialligninger, elektriske komponenter, elektriske kredsløb, Kirchoff s love. Side 6
Elnettet i Danmark TRANSISTOREN GRUNDLAGET FOR AL ELEKTRONIK Transistoren blev opfundet for 60 år siden og er nøglekomponenten i al moderne elektronik, som har haft en kolossal betydning for samfundets udvikling. Uden transistoren kan der ikke fremstilles mobiltelefoner, røntgenudstyr eller computere! Efter en beskrivelse af transistoren og dens grundlæggende virkemåde, arbejdes der videre med målinger på transistoren og beskrivelse af dens anvendelser. Fag: Fysik, Matematik, Historie og ELNETTET I DANMARK Uden strøm i stikkontakten ville det danske samfund gå fuldstændig i stå. Bruges der jævnstrøm eller vekselstrøm? Beskriv generatoren og transformeren. Hvorfor er der højspændingsledninger? Beskriv elsystemets virkemåde og dens fremtidige udvikling. Fag: Matematik, Fysik, Historie og Emner: Differentialligninger, trigonometri, elektriske kredsløb og energi, elektriske komponenter, elektromagnetisme. Emner: Matematiske computerværktøjer, løsning af ligningssystem med flere ubekendte, elektriske komponenter, elektriske kredsløb, halvlederfysik. Side 7
Hvad er god akustik? DEN MODERNE VINDMØLLE Hvordan og hvor effektivt omdannes vindens energi til elektrisk energi? Der skal laves en beskrivelse og beregning af den gennemsnitlige årlige energiproduktion for en modelvindmølle. Udnyttelsen af vindenergi i forhold til andre energiformer kan med fordel perspektiveres. Fag: Fysik, Matematik, Historie og Emner: Differentialligninger, trigonometri, elektriske kredsløb og energi, elektriske komponenter, elektromagnetisme, mekanik og strømning. HVORDAN HÆNGER LYD OG RUM SAMMEN? Hvad er god akustik, og hvordan beregnes og måler man et rums akustiske egenskaber? I projektet arbejdes der med, hvordan lyd opbygges i rum og nogle af de problematikker, akustikere behandler, når de designer f.eks. en koncertsal. Eleven er selv med til at modellere og måle på de akustiske forhold i et undervisningslokale, og på baggrund heraf vurdere om rummet er velegnet til undervisning. Projektet kan i større eller mindre omfang berøre emner som akustisk energi og effekt, absorption og eksponentielt henfald. Fag: Matematik, Fysik og Emner: Eksponentiel funktioner, differentialligninger, lyd, bølger, lydstyrke. Side 8
HVORDAN VIRKER EN LASER? Siden laserens opfindelse for 50 år siden har optik - og ikke mindst sensorer og nanoteknologi - gennemgået en rivende udvikling med stor betydning for vores dagligdag og ikke mindst for forskningen i fysik og teknologi. Uden laseren havde dvd-afspilleren fx ikke eksisteret, og man ville ikke kunne printe vha. en laserprinter. Projektet skal indeholde en teoretisk del, som forklarer noget af den grundlæggende teori bag, hvordan en laser virker. Desuden skal der være udvalgte eksperimenter som underbygger teorien med henblik på, at vise laserens unikke egenskaber (fx forskellen mellem laser- og sollys). Fag: Matematik, Fysik, Historie og Emner: Lys, lys og atomer, elektromagnetisk spektrum, bølger og interferens, differentialligninger, trigonometri, vektorregning. Side 9
Hvis du har spørgsmål til projekterne eller til vores uddannelser, så ring eller skriv endelig! KONTAKTUNDERVISERE René Lynge Eriksen Mail: rle@sense.sdu.dk Tlf.: 6550 7393 Ole Albrektsen Mail: oal@sense.sdu.dk Tlf.: 6550 7394 Kurt Bloch Jessen Mail: kbj@sense.sdu.dk Tlf.: 6550 7488 Jan Petersen Mail: jpe@sense.sdu.dk Tlf.: 6550 7392 BROBYGNINGSMEDARBEJDER Randi Hærup Poser Mail: rahp@tek.sdu.dk Tlf.: 6550 7326 WEB www.sdu.dk/ing Side 10