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Der biologische und der geologische Kohlenstoffkreislauf ergeben zusammen den globalen Kohlenstoffkreislauf. Im biologischen Kohlenstoffkreislauf spielen Pflanzen eine wichtige Rolle. Sie nehmen Kohlenstoffdioxid aus der Luft auf und wandeln es im Zuge der Fotosynthese um in Sauerstoff, Zucker und Wasser. Mennschen und Tiere atmen den Sauerstoff und Kohlendioxid aus. Verrottende Pflanzen geben ebenfalls Kohlenstoff frei. Einiger Kohlenstoff aus der Atmosphäre gelangt durch Regen in die Flüsse und Seen, wo er zu Kalziumhydrogenkarbonat reagiert. Dieser Stoff wird von Krustentieren zur Herstellung ihrer Schalen und Krusten verwendet. Kohlenstoffdioxid gelangt dabei ins Meer und wieder in di...hier weiterlesen

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Überall in der Natur kommen Kristalle vor. Druck, Feuchtigkeit und Temperatur haben Einfluss auf die Form, die die Kristalle annehmen. Sie zeigen wiederkehrende Formen, wie der Film anhand eines Kristalls verdeutlicht, der aus Rhomboedern zusammengesetzt ist. Zerkleinert man die einzelnen Teile, haben auch die kleineren Stücke die Form von Rhomboedern. Es wird erklärt, was das Gesetz der Winkelkonstanz besagt, und das Atommodell eines Kristalls gezeigt. Der Film zeigt, wie Kristalle im Labor und in der Natur entstehen: Kühlt man eine gesättigte Lösung herunter, entsteht eine übersättigte Lösung, aus der die nicht mehr lösbaren Salze herauskristallisieren. Wenn Kristalle selten und kostbar...hier weiterlesen

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Die Bausteine für Kunststoffe werden aus den Grundstoffen Erdgas und Erdöl gewonnen. Dabei wird unterschieden zwischen Duroplasten und Thermoplasten. Duroplasten sind auch bei Hitze nur schwer formbar, hart und spröde. Der früheste dieser Kunststoffe war das Bakelit. Thermoplasten können besser gedehnt werden und finden mehr Anwendungsbereiche im Alltag. Der Film zeigt, wie aus Erdgas und Erdöl Monomere gewonnen werden, die sich dann zu Polypeptiden und verschiedenen Stoffen zusammensetzen. Perlon und Nylon sind altbekannt, aber das Polyethylen ist am weitesten verbreitet: Von Verpackungen bis zu Implantaten, von Müllsäcken über Flaschen bis zu Zahnrädern wird aus diesem Stoff fast alles ...hier weiterlesen

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Das Periodensystem hilft bei der eindeutigen Namensfindung für chemische Verbindungen: Da Zahlworte mit Buchstaben und einer Nachsilbe verbunden werden, ist die Bezeichnung für jede Verbindung einzigartig. Die Buchstaben, die Elementen mit Kationen zugeordnet sind, werden laut Nomenklatur vor diejenigen der Elemente mit Anionen gesetzt. Der Wasserstoff bricht diese Regel: Er wird immer zuletzt genannt, außer bei Hydrogenchlorid und Hydrogenfluorid. Die Bezeichnungen sind international nutzbar, da sie auf Latein und Griechisch gehalten sind. Griechische Zahlworte zeigen an, dass Atome mehrfach in der Verbindung enthalten sind. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Endsilbe. Elementig...hier weiterlesen

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Die chemische Reaktion von Sauerstoff mit einem chemischen Element wird Oxidation genannt. Diese chemische Verbindung kommt am häufigsten vor: Man braucht Sauerstoff zum Beispiel für Verbrennungen. Aus Sauerstoff und Metallen werden Metalloxide, aus Sauerstoff und Nichtmetallen Nichtmetalloxide. Zu Letzteren zählt Kohlenstoff, der mit Sauerstoff zu Kohlendioxid wird. Ist viel Sauerstoff vorhanden und liegt das andere Element in einer sehr feinen Form vor, können die exothermen Reaktionen sehr stark ablaufen. Völlig ohne Flammen oder Funken hingegen gehen langsame Oxidationen vonstatten, etwa die von Wasser, Eisen und Sauerstoff: Auch Rosten ist eine Oxidation. Auch der menschliche Körper ...hier weiterlesen

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Sollen Kunststoffe hergestellt werden, müssen Polyreaktionen ablaufen. Bei der Erwärmung ändert das Harz Styrax seine molekulare Struktur und wird zu einer gallertartigen Masse namens Styrol. Dabei handelt es sich um eine organische Verbindung, die ungesättigt ist. Der Vinylrest und der Benzolring der Masse sind instabil, lösen sich leicht auf und verknüpfen sich auch leicht wieder aufs Neue. Es wird gezeigt, wie sich aus den Styrol-Bausteinen Riesenmoleküle bilden, die sogenannten Polymere. Man spricht hier von der Polymerisation. Ist sie abgeschlossen, erhält man das Polysterol. Dieser Kunststoff hält hohe Temperaturen ebenso aus wie Laugen und zahlreiche Säuren. Es wird gezeigt, wie Ny...hier weiterlesen

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Die Reduktion und die Oxidation können gleichzeitig ablaufen. Das wird als Redoxreaktion bezeichnet. Möchte man beispielsweise den Sauerstoff und Eisen trennen, muss eine Reduktion vorgenommen werden, also eine endotherme Reaktion. Kohlenstoff hilft, die Verbindung zu trennen. Wird der Sauerstoff freigesetzt, reagiert er mit dem Kohlenstoff zu Kohlendioxid. Dabei handelt es sich um eine exotherme Reaktion. Der Film beschreibt die Redoxreihe von Metallen, da nicht alle von ihnen Sauerstoff gut annehmen. Unedle Metalle oxidieren, wenn sie mit einem Element zusammengebracht werden, das Sauerstoff abgibt, also einem Oxidationsmittel. Elemente, die Sauerstoff aufnehmen, heißen Reduktionsmittel...hier weiterlesen

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Mittels Säure-Base-Indikatoren kann man feststellen, ob eine Lösung basisch oder sauer ist. Die Skala, auf der die pH-Werte gemessen werden, reicht von Null bis 14. Wasser hat einen neutralen pH-Wert von 7. Die Werte von Säuren liegen darunter, die von Basen darüber. Lackmus-Papier wird in Laboren oft für erste Tests genommen, sonst verwendet man Universalindikatoren. Der Film demonstriert, wie man den ausgekochten Saft eines Rotkohls als Indikator nutzen kann: Einige Tropfen werden in Salzsäure, Essig, Wasser, Natriumhydrogenkarbonat, Natronlauge und Ammoniak gegeben. Je nachdem, welchen pH-Wert die Flüssigkeit hat, ändert sich ihre Farbe verschieden stark. In einem weiteren Versuch wird...hier weiterlesen

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Stickstoff ist ein Baustein der Proteine, aus denen unsere DNS besteht, und damit ein essenzielles Element für alles Leben. Die Erdatmosphäre birgt den Großteil dieses Gases. Wir nehmen es über die Atmung nicht auf. Reagiert der Stickstoff durch die Elektrizität bei Gewittern und wird vom Regen in den Boden gebracht, reduzieren Bakterien seine Verbindungen zu Ammoniumionen und Ammoniak. Erstere werden von Pflanzen aufgenommen oder mittels Nitrifikation in Nitrit- und Nitrationen weiterverwandelt. Nehmen Menschen und Tiere pflanzliche Nahrung zu sich, nehmen sie die Stoffe in ihren Organismus auf. Sie gelangen dann durch tierische Exkremente und verrottende Pflanzen wieder in den Boden. H...hier weiterlesen

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Jeder Stoff hat mehrere charakteristische Eigenschaften, die ihn als einer bestimmten Gruppe zugehörig erkenntlich machen. Es wird betrachtet, welchen Aggregatzustand ein Stoff bei 20 Grad Celsius hat, wo seine Schmelztemperatur und wo seine Siede- und Kondensationstemperatur liegt. Die Löslichkeit des Stoffes bei 20 Grad Celsius in 100 Millilitern Wasser ist ebenfalls ein wichtiger Aspekt. Weitere Charakteristika eines Stoffes sind seine Härte und sein metallischer Glanz. Weiterhin können die Stoffgruppen nach der Leitfähigkeit für Strom und Wärme eingeteilt werden. Anhand verschiedener Beispiele nimmt der Film Einordnungen vor: Er zeigt die verschiedenen charakteristischen Merkmale von ...hier weiterlesen

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Das Teilchenmodell ermöglicht es, den Aufbau von Stoffen in einer vereinfachten Form zu erklären. Bei jedem Stoff sehen die unteilbaren, kleinsten Teilchen immer ganz gleich aus. Der Film beschreibt als Beispiel eine Mischung aus Wasser und Alkohol. Die Diffusion und die Eigenbewegung der Moleküle, die die Brownsche Bewegung genannt wird, werden an den unterschiedlichen Aggregatzuständen der Mischung erläutert. Am Teilchenmodell wird verdeutlicht, dass die Teilchen im fetsen Stoff regelmäßig und dicht angeordnet sind. Zwischen ihnen herrschen starke Anziehungskräfte. Wärme versetzt sie in Schwingungen, sodass die Bindungen sich auflösen und der Stoff schmilzt. Am Siedepunkt ist die Teilch...hier weiterlesen

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Mit dem natürlichen und dem anthropogenen gibt es zwei Arten des Treibhauseffekts. Das Sonnenlicht fällt in Kurzwellen auf die Erde und wird als Langwellenlicht reflektiert, das die Atmosphäre nicht durchdringen kann. Dieser Vorgang wärmt die Atmosphäre und ermöglicht das Leben auf der Erde. Das ist der natürliche Treibhauseffekt. Er wird verstärkt durch den anthropogenen Effekt, der seit dem Beginn der Industrialisierung für einen Temperaturanstieg von 0,74 Grad Celsius gesorgt hat. Wird die Entwicklung nicht gestoppt, wird das Packeis am Nordpol schmelzen. In diesem Fall werden die pazifischen Inseln untergehen und die Meeresströme sich verändern, was sich direkt auf die Fischwanderunge...hier weiterlesen

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Um Stoffgemische zu trennen, kann man verschiedene Trennverfahren anwenden. Eine Suspension besteht aus einer Flüssigkeit und einem Feststoff. Sie kann durch Abgießen oder Abschöpfen oder durch die Rotation getrennt werden. Sieben, Klauben oder die Filtration sind Verfahren, die bei der Trennung von Mischungen aus Feststoffen angewandt werden. Bei der Destillation werden Gemische eingedampft oder gekühlt, bis sie kondensieren. Sollen Schwebstoffe aus Flüssigkeiten oder Gas entfernt werden, bietet sich die Adsorption an. Man kann Stoffe auch mit dem Verfahren der Extraktion durch ihre Löslichkeit einem Gemisch entziehen. Um das richtige Trennverfahren anzuwenden, muss man zunächst also die...hier weiterlesen

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Die zwei Wasserstoffatome und das Sauerstoffatom im Wasserstoffmolekül sind in einem Winkel angeordnet, der die elektrische Ladung ungleich verteilt. Das Molekül ist also mit einem Minus- und einem Pluspol dipolar. Daher können sich Wasserstoffmoleküle gut untereinander verketten, was zum Beispiel für die Oberflächenspannung sorgt. Allerdings ist Wasser auch ein guter Reaktionspartner für andere Stoffe. Polare Stoffe lassen sich in Wasser gut lösen, bei unpolaren ist das nicht der Fall. Werden Salze in Wasser aufgelöst, werden ihre Ionen aus dem Kristallgitter herausgebrochen. Damit dies passieren kann, muss die sogenannte Gitterenergie aufgebracht werden. Die Wassermoleküle umgeben die I...hier weiterlesen

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In elementarer Form kommt Zink in der Natur kaum vor, dafür ist es in Erzen wie Zinkspat und Zinkblende gebunden. Es handelt sich um ein unedles Metall, da es Protonen abgibt. Eine der vielen Einsatzmöglichkeiten ist der Korrosionsschutz: Oxidiert Zink, bildet es eine luftundurchlässige Schicht. Erst im 17. Jahrhundert wurde es als eigenständiges Metall verwendet. Vorher war es schon lange ein Bestandteil von Kupfer. Der Film nennt typische Eigenschaften des Metalls und zeigt, in wie vielen Bereichen des Alltags es Verwendung findet, vor allem in der Elektrochemie und in Batterien. Als Spurenelement ist Zink für den menschlichen Körper, vor allem für den Stoffwechsel und die Enzymbildung,...hier weiterlesen

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Die Kraft ist eine vektorielle Größe, wenn sie eine Kraft mit einer Richtung ist. Kräfte haben je nach Angriffspunkt unterschiedliche Wirkungen. Wenn gleich mehrere Kräfte auf nur einen Angriffpunkt wirken, spielen die Richtungen eine Rolle: Wirken zwei Kräfte in dieselbe Richtung, addieren sie sich. Bei einer gegenläufigen Wirkung subtrahieren sie sich. Kräfte gleicher Größe heben sich auf. Es wird erklärt, wie mit dem Parallelogramm der Kräfte die Resultierende aus zwei Einzelkomponenten errechnet wird. Es wird eine Resultierende berechnet und eine eventuelle weitere Kraft hinzugefügt, wenn mehrere Kräfte zusammenkommen. So erhält man die Gesamtresultierende. Aus einer Resultierenden, e...hier weiterlesen

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Eine Spule mit einem Kern, der aus ferromagnetischem Stahl besteht, ist ein Elektromagnet. Der Kern wird Eisenkern genannt, auch wenn er nicht aus Eisen ist. Wenn Strom an den Elektromagneten angelegt wird, erzeugt er ein Magnetfeld. Es gibt viele verschiedene Bereiche, in denen Elektromagneten eingesetzt werden, etwa die Magnetresonanztherapie, Teilchenbeschleuniger oder auch Schrottplätze. Man kann Starkstromkreise mit einem Relais steuern, wenn man einen Elektromagneten hat, dessen Stromzufuhr unterbrochen werden kann. Ein Anker aus Metall, der mit dem Starkstromkreis verbunden ist, wird direkt neben dem Elektromagneten angebracht. Fließt Strom, wird der Anker durch das entstehende Mag...hier weiterlesen

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Das Hebelgesetz stammt von Archimedes. Ist an beiden Armen eines Hebels das Produkt aus Kraft mal Kraftarm gleich, herrscht ein Gleichgewicht, solange die Kräfte im rechten Winkel wirken. Multipliziert man die Länge des Kraftarms mit der auf ihn einwirkenden Kraft, ergibt sich daraus das Drehmoment, dessen internationale Einheit Newtonmeter sind. Bei einem ausgeglichenen rechts- und linksdrehenden Drehmoment befindet sich ein frei beweglich aufgehängter Körper im Gleichgewicht. Mit nur einem Zehntel der Kraft kann ein Körper bewegt werden, wenn der Hebel daran zehn Mal so lang ist wie der Körper selbst. Bei Schiffsrudern und auch bei Fahrrädern werden diese Gesetze praktisch angewendet: H...hier weiterlesen

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Es besteht ein Zusammenhang zwischen Magnetismus und Elektrizität. Fließt Strom durch einen Draht, erzeugt er ein Magnetfeld, in dem ein Wirbelfeld entsteht: Die Feldlinien bilden ohne Pole geschlossene Kreise. Bei einem gebogenen Draht ist das Magnetfeld stärker als bei einem geraden, und um ein Vielfaches stärker ist es bei einem zur Spule aufgedrehten Draht. Das Magnetfeld ist anders als beim Stabmagneten auch im Inneren der Spule vorhanden. Hier verschmelzen die einzelnen Magnetfelder miteinander und bilden Pole. Legt man einen Eisenkern in die Spule und schaltet den Strom ein, kann die magnetische Kraft der Spule um das Zehntausendfache verstärkt werden. Der Eisenkern kann trotz sein...hier weiterlesen

Produktion: 2012

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Mechanische Energie kann durch die elektromagnetische Induktion in elektrische Energie umgewandelt werden. Anhand des Beispiels einer im elektrischen Feld aufgehängten Leiterschleife demonstriert der Film diesen Vorgang. Das entstehende Elektronenungleichgewicht ruft eine elektrische Spannung hervor. Plus- und Minuspol wechseln, wie man an der Sinuskurve bei der Messung der Spannung erkennen kann. Ein Kommutator oder Polumwandler macht eine pulsierende Gleichspannung aus dieser Wechselspannung. Generatoren erzeugen Energie aus mechanischer Drehbewegung – so funktionieren Windräder. Ein Energiesatz lautet, dass Generatoren nur so viel elektrische Energie erzeugen können, wie sie mechanisch...hier weiterlesen

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Die konvexe Wölbung eines Teelöffels verzerrt das Spiegelbild. Ist die Wölbung konkav, ist das Bild nicht nur verzerrt, sondern steht auch noch auf dem Kopf. Im Krümmungsmittelpunkt ist zwar auch bei Hohlspiegeln der Einfallswinkel der Strahlen auch gleich der Ausfallswinkel, gleichzeitig werden sie aber durch den Brennpunkt konzentriert und reflektiert. Die Strahlen laufen also parallel zur optischen Achse. Brennpunkt und Krümmungsmittelpunkt beim Wölbspiegel liegen hinter dem Spiegel. Der Brennpunkt scheint hier der Ausgangspunkt der achsenparallelen Strahlen. Der Film erläutert die Reflexionsgesetze und erklärt, wieso Verzerrungen auftreten. Der Brennpunkt wird definiert, die Berechnun...hier weiterlesen

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Ein Hebel ist ein starrer Stab, der sich um einen festen Punkt drehen kann und als mechanischer Kraftwandler fungiert. Der Teil zwischen dem Drehpunkt und dem Krafteinwirkungspunkt heißt Kraftarm. Wirken auf beide Kraftarme dieselben Kräfte, ist der Hebel ausgeglichen. Greifen unterschiedliche Kräfte an, müssen die Kraftarme für einen Ausgleich verschieden lang sein.Der Film zeigt, wie Hebel als einfache Maschinen funktionieren. Er erklärt das Hebelgesetz und verdeutlicht, dass bei einem doppelt so langen Kraftarm nur die Hälfte der Energie gebraucht wird. Es werden Beispiele für Hebel im Alltag gegeben: Einarmige Hebel etwa sind Schubkarren, einar...hier weiterlesen

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Wirkt eine Kraft auf einen Gegenstand, kann dieser dadurch bewegt, verformt oder zerstört werden. Die Kräfte werden unterschieden in die Berührung, die Erdanziehungskraft und die Gravitation. Die Stärke der Reaktion richtet sich nach der Stärke der einwirkenden Kraft. Der Film stellt die Spiralfeder mit Skala als einen in der Physik eingesetzten Kraftmesser vor und nennt die Maßeinheit, in der Kraft gemessen wird: Ein Newton ist die Kraft, die man braucht, um einen Gegenstand, der ein Kilogramm schwer ist, auf eine Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde zu beschleunigen. Diese Kraft hat eine Richtung und ist daher eine vektorielle Größe. Um d...hier weiterlesen

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Die Wirkung von Magnetfeldern auf bewegliche Elektronen wird als die Lorentzkraft bezeichnet. Der Film erklärt sie anhand einer Leiterschaukel, die in einem Hufeisenmagnet aufgehängt ist. Legt man Strom an die Leiterschaukel an, versetzt er die Elektronen im Inneren in Bewegung. Ihr Magnetfeld ist kreisförmig. Die Leiterschaukel befindet sich aber im Magnetfeld des Hufeisenmagnets, und so verschmelzen die beiden Magnetfelder, wobei die Feldlinien gekrümmt und zusammengedrückt werden. Ihre Tendenz zur Begradigung wirkt sich als Kraft auf die Elektronen und den Leiter aus; sie ist die Lorentzkraft. Sie wirkt senkrecht auf die Bewegungsrichtung der Elektronen und die Feldlinien des Hufeisens...hier weiterlesen

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Mikroskope, Brillen und Lupen sind optische Geräte. Sie nehmen Einfluss auf den Verlauf von Lichtstrahlen, die durch Linsen fallen. Unsere Augen haben Sammellinsen, bei denen die Brennweite, die Gegenstandsweite und die Bildweite in direktem Zusammenhang stehen. Die Größe des Auges ändert sich nicht, die Entfernung zum Gegenstand aber schon. Daher muss auch die Brennweite der Linse verändert werden, was durch Muskeln getan wird. Ein Verlust der Sehschärfe kann durch weitere Linsen wie Brillen oder Lupen ausgeglichen werden. Die Lupe, die eine Konvexlinse aufweist, kann ein Bild bis zu 15 Mal vergrößern. Gibt es wie im Mikroskop zwei Sammellinsen, ...hier weiterlesen

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