Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Gedächtnis von Arbeitslosigkeit und Hochwasser berechnen

08.09.2008
Professur Komplexe Systeme und Nichtlineare Dynamik der TU Chemnitz erforscht und erklärt Systeme, die auf weit zurückliegende Ereignisse reagieren - zahlreiche Anknüpfungspunkte für fächerübergreifende Forschung

Was haben Magnete, Formgedächtnislegierungen, die Arbeitslosigkeit und das Elbehochwasser gemeinsam? Die Ausdehnung von Formgedächtnislegierungen reagiert ähnlich auf Temperaturveränderungen wie die Arbeitslosenquote einer Ökonomie auf Wechselkursschwankungen; die Magnetisierung vieler Materialien wird durch Änderung äußerer Felder ähnlich beeinflusst, wie der Wasserstand der Elbe durch die zeitliche Abfolge von Niederschlagsmengen.

"Gemeinsam haben alle diese Systeme eine komplexe Form der Hysterese", fasst Prof. Dr. Günter Radons, Inhaber der Professur Komplexe Systeme und Nichtlineare Dynamik der TU Chemnitz, zusammen. Eine konkrete Konsequenz des hysteretischen Verhaltens besteht darin, dass fast beliebig lange zurückliegende Extremereignisse die aktuelle Reaktion des Systems immer noch beeinflussen. Das heißt etwa für die Hochwasservorhersage, dass man aus der aktuellen Regenmenge keine quantitative Prognose zum Wasserstand machen kann. Vielmehr haben möglicherweise lange vergangene, extrem trockene, genauso wie extrem feuchte Perioden starken Einfluss auf den aktuellen Pegel. Hysteretische Systeme zeichnen sich also durch ein äußerst langes Gedächtnis aus.

"Im Jahr 2001 bin ich durch eine Anfrage des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU auf das Thema Hysterese aufmerksam geworden", erzählt Radons und ergänzt: "Bisher wurde Hysterese entweder sehr systemspezifisch erforscht, etwa welche Ursache sie bei Magneten hat und wie sie modelliert werden kann, oder es wurden bestimmte mathematische Aspekte der Modelle behandelt. Mit der grundsätzlichen Frage, wie sich Systeme mit hysteretischen Elementen dynamisch verhalten, hat sich noch kaum jemand beschäftigt."

Da die nichtlineare Dynamik einen Schwerpunkt seiner Professur ausmacht, fand Radons genau hier den Anknüpfungspunkt für lohnenswerte Forschung. "Viele Leute interessieren sich für die Fragestellung, trotzdem gibt es bisher nur eine Forschergruppe in Irland, die sich mit diesem anspruchsvollen Problem beschäftigt, allerdings unter speziellen mathematischen Gesichtspunkten", so Radons, der das Thema deshalb an seiner Professur aufgriff, wo unter anderem mehrere Diplom-, Bachelor- und Masterarbeiten dazu entstanden. "In Bachelorarbeiten beispielsweise können kleine Teilaufgaben bearbeitet werden und aus den dabei gewonnenen Ergebnissen lässt sich dann ableiten, ob es sich lohnt, den Aspekt weiter zu verfolgen", so Radons.

Untersucht haben die Wissenschaftler das weitest verbreitete und einfachste Modell zur Beschreibung von Hysterese - das so genannte Preisach-Modell. "Von Ingenieuren wird dieses Modell gerne angewendet, aber Physiker haben sich in der Grundlagenforschung noch kaum damit beschäftigt", so Radons. Mit zahlreichen Rechnungen sind die theoretischen Physiker der TU Chemnitz deshalb dem Modell auf den Grund gegangen und können jetzt Erklärungen für bisher nicht verstandene Phänomene liefern. "Uns ist erstmals eine sehr allgemeine quantitative Erfassung und Erklärung des Gedächtniseffektes von hysteretischen Systemen gelungen", berichtet Radons.

Die Ergebnisse der Forschung wurden in der Physikzeitschrift "Physical Review Letters" (Phys. Rev. Lett. 100, 240602 (2008)) veröffentlicht. "Physical Review Letters ist das international renommierteste und meist gelesene Journal in der Physik, es ist eine hohe Auszeichnung, wenn man sein Forschungsthema dort platzieren kann", schätzt Radons ein. Arbeiten, die hier publiziert werden, seien für viele Disziplinen interessant und richtungsweisend für weiterführende Forschung, so der TU-Wissenschaftler.

Relevant seien seine Ergebnisse zum Beispiel für andere Physiker - etwa bei der Bestimmung des Verhaltens von nanomagnetischen Materialien -, für Chemiker - unter anderem zur Erklärung bisher nicht verstandener Abläufe in der Katalyse -, für Ingenieure - beispielsweise bei der Auslösung von Umformprozessen -, aber auch für Wirtschaftswissenschaftler und Mathematiker. "Wir haben grundlegende Erkenntnisse gewonnen, die in unterschiedlichen Systemen verschiedene Konsequenzen haben", so Radons. Diese Konsequenzen systemspezifisch zu ergründen, ist nun Aufgabe weiterführender Forschung. "Meine Hoffnung ist, dass sich an der TU Chemnitz interessierte Professoren unterschiedlicher Disziplinen finden, sodass wir eine fakultätsübergreifende Forschergruppe aufbauen können", schaut Radons in die Zukunft.

Weitere Informationen erteilt
Prof. Dr. Günter Radons,
Telefon 0371 531-21870, E-Mail radons@physik.tu-chemnitz.de.
Weitere Informationen:
http://link.aps.org/abstract/PRL/v100/e240602 - der Artikel in den "Physikal Review Letters"

Katharina Thehos | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-chemnitz.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie