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Freitag, 31. Januar 2014

NATURWISSENSCHAFT ALS HOBBY

Allegorische Darstellung der Naturwissenschaften (Stift Admont)


Der normale Weg zum Hobby Naturwissenschaft führt über den Experimentierkasten. Der ist ein Klassiker und wird von verschiedenen Firmen angeboten. Kosmos ist da eine bekannte Marke, früher auch Schuco.

Ergänzende Kenntnisse erhält man dazu von der Schule, aus Büchern (Buchhandlung oder Bibliothek) oder sogar von Hochschulen. Als begleitende Einführung in ein Thema kann man zusätzlich zum Experimentierkasten ruhig ein Schulbuch oder sonstige einführende Lektüre verwenden.

Beim Hobby Naturwissenschaft stellt sich natürlich die Frage, welchen Schwerpunkt man wählt. In einigen Fällen lohnt sich auch die direkte Beobachtung in der Natur, z. B. bei Astronomie oder bei Biologie (ausser Microbiologie). Schon die alten Philosophen in Ägypten, Mesopotamien, Griechenland, Indien oder China haben gerne die Natur beobachtet und Aristoteles hat mit seinen Mitarbeitern Bedeutendes für die begriffliche Systematik geleistet.

Wenn man sowohl Experimentierkasten als auch Einführungsliteratur durch hat, sollte man sich durchaus seine eigene Ausrüstung (Equipment) für den Hausgebrauch zusammenstellen. Das führt nicht nur über die Grundlagen des Kasten hinaus, sondern ist bei einigen Subdisziplinen auch deutlich funktionaler. Ein gutes Beispiel dafür ist die Elektronik: Hier kann man im Kasten immer nur eine Schaltung aufbauen (ausser bei Zusatzplatten) und braucht dafür einige Zeit. Will man aber mehrere Schaltungen parallel "im Repertoire" haben, muss man sich schon Platinen kaufen, die dauerhaft bestückbar sind. Eine Zwischenlösung wären elektronische Steckplatten. Wer klug ist, kauft oder macht sich gleich noch das passende Gehäuse dazu, damit man nicht am Ende ein unübersichtliches Sammelsurium von nur halb einsetzbaren Platinen hat.
In Chemie oder Biologie ist es meist nicht ganz so wichtig, verschiedene Sets parallel zur Verfügung zu haben. Für die Mikroskopie ist aber ein Set von fertigen Präparaten sinnvoll, wenn man nicht immer Lust oder Zeit hat, ein jeweiliges Untersuchungsobjekt auf dem Objektträger zu positionieren und ggf. zu trocknen oder zu färben.

Am Ende entwickelt man sich mit seinem Hobby fast immer auf ein kleines Privatlabor zu.
Und schliesslich kommt auch die Frage des "Wozu?" auf. Bei Naturwissenschaften kann man einmal das Interesse an den Fächern selbst geltend machen. Vielleicht will man auch seine Schule oder Studien mit Experimenten praktisch begleiten. In einigen Fällen kann man aber auch einen konkreten Nutzen für das eigene Alltagsleben ziehen. Man soll hier die Erwartungen aber nicht zu hoch stecken.
Gerade bei elektronischen Experimenten können Produkte herauskommen, die durchaus einen Anwendungs-Gewinn erbringen und SO nicht im Handel erhältlich sind.
In der Elektronik zeigt sich hier eine bidirektionale Beeinflussung: Der Hobbyelektroniker kann seine Apparate im Alltag anwendbar machen, er kann aber gleichzeitig auch die Alltagselektronik in seinem Labor analysieren.


PHYSIK ALS HOBBY...

Das Grossfach Physik unterteilt sich in viele einzelne Fächer. Dazu gehören Mechanik, Optik, Elektronik usw.
Elektronik ist sicher eine der beliebtesten Teildisziplinen der Physik für Hobbybastler.
Bestimmte Bereiche wie Optik werden meist nicht als Eigenfach als Hobby betrieben, sondern als Hilfsfach bsw. für Astronomie oder Biologie.


Platine: oben Bauteile, unten Lötstopplack

ELEKTRONIK ALS HOBBY

Elektronik ist ein heisses Fach. Es ist sprichwörtlich brandaktuell. Und es lässt sich gut vernetzen.
Klassischerweise haben Hobbyelektroniker ihre Werkbank voll mit Werkzeugen, Platinen und elektronischen Bauelementen. Früher verwendete man dafür auch Elektronenröhren.
Heute schlägt man leichter als zuvor eine Brücke zur Mechanik ("Mechatronik") oder zur Informatik.
Elektronische Schaltungen können ihrerseits mechanische Bauteile steuern bzw. sich von ihnen steuern lassen oder sie können von einem Computer aus angesteuert/bedient werden.
Ein besonderes Bonbon ist heute die Robotik. Roboter - und das bedeutet neben Laufroboter auch Flug- und Schwimmroboter - sind immer leichter konstruierbar. Auch diese stellen eine Herausforderung an die Kombination von Elektronik, Informatik und Mechanik dar.

Der klassische Einstieg erfolgt hier aber über einen Elektronikkasten. Hier hat man eine Steckplatte, elektronische Bauelemente und lernt die wichtigsten Schaltungsarten.
Die grundlegenden Bauelemente sind: Widerstände, veränderbare Widerspände (Potentiometer, LDR, NTC/PTC also Heissleiter/Kaltleiter), Kondensatoren, Dioden, Leuchtdioden und Integrierte Schaltkreise.
Häufig sind an der Kastenapparatur selber wichtige Bedien- und Ausgabeelemente wie Schalter, Leuchtdioden und Lautsprecher angebracht. Manchmal haben sie auch eine elektronische Stromanzeige.
In teureren Modellen hat man sogar einen kleinen Bildschirm für ein Oszilloskop oder sogar als TV-Monitor.


Chemiekasten

CHEMIE ALS HOBBY

Der Einstieg in die Chemie ist neben dem Schulunterricht fast immer der Chemiekasten. Später kann man sich dann weitere Chemikalien dazukaufen oder sich bessere Laborgegenstände beschaffen. Die Ausrüstung in handelsüblichen Experimentierkästen ist meist einfach und günstig gehalten.
Chemiekästen verlangen also neben einer Reihe von Chemikalien auch eine Menge an Behältern und Werkzeugen.
Geräte: Reagenzgläser, Glasstäbe, Glasrohre, Pipetten, Trichter, Stopfen (aus Kork und Gummi; Profilabor: Normschliff), Porzellanschale, Bechergläser, Erlenmeyerkolben, manchmal eine kleine Retorte und meistens ein kleiner Brenner als Energiequelle. Meistens ist der Brenner ein Spirtus- oder Trockenspiritusbrenner und kann durch einen besseren Brenner ersetzt werden. Für einige Gefässe werden auch Halter mitgeliefert.
Eine gute Schutzbrille sollte auch nicht fehlen.
Chemikalien: Ammoniumeisencitrat (zitronensaures Eisen), Ammoniumhydroxid (Ammoniaklösung, Salmiakgeist), Backpulver, Calciumhydroxid, Eisenpulver (E.späne), Kaliumferrocyanid (Blutlaugensalz, rot oder gelb), Kaliumpermanganat, Kupfersulfat, Magnesiumstreifen, Malachitpulver, Natriumhydrogencarbonat, Phenolphthalein, Schwefel, Tannin, Wasserstoffperoxid, Salzsäure, Zitronensäure, Weinsäure.
Als Indikatoren werden Schnellteststreifen (Lackmus-Papier) oder seltener Indikatorlösung verwendet.
Etwas exquisiter ist Kongorot-Papier.

In Chemiekästen können keine starken Gifte oder feuergefährliche oder explosive Stoffe verwendet werden. Stoffe der Kategorien "gesundheitsschädlich" oder "reizend", manchmal auch "brandfördernd" oder "ätzend" können oder müssen sogar enthalten sein. Diese treten dann aber oft verdünnt auf.

Was sie enthalten, kann man meistens schon der Packung entnehmen, auch wenn der Text häufig euphemistisch formuliert ist. Man erfährt etwas über die enthaltenen Materialien sowie über Chemietheorie.
Zunächst einmal muss man einen Einblick in das Periodensystem der Elemente erhalten (PSE). Elemente und Elementfamilien werden erläutert. Was sind bsw. Alkalimetalle / Erdalkalimetalle / "Übergangsmetalle" / Metalle / Halogene / Edelgase? Wie ist ein Atom aufgebaut? Was sind chemische Verbindungen (Reinstoff aus Elementen, kein Gemisch)? Was stellen chemische Formeln dar? Wie verlaufen chemische Reaktionen? Was ist eine Redoxreaktion? Wie stelle ich bestimmte Stoffe (z. B. Salzsäure) selber her?
Ein guter Chemiekasten beschäftigt sich mit anorganischer und organischer Chemie gleichermassen.

Ein Hinweis zum Chemikalienversand: Früher bekam man (spätestens ab 18) über den Chemikalienhandel fast alles, was das Chemikerherz begehrte. Nun ist es ja so, dass man mit Chemikalien auch eine Menge Dummheiten machen kann. Und gerade seit der Jahrtausendwende sind dort die Sicherheitsbestimmungen deutlich strikter geworden. Sie sind inzwischen sogar so strikt, dass man manchmal nicht einmal mehr in der Apotheke einfache Reagenzgläser bekommen kann, ohne scheel angesehen zu werden!


Glockentierchen

BIOLOGIE ALS HOBBY

Auch für den Einstieg in die Biologie ist der Schulunterricht sinnvoll. Dazu gibt es auch die einschlägigen Experimentierkästen. In der Biologie kann man schon dadurch viel Erfahrung sammeln, dass man mit offenen Augen durch die Natur geht. Heute ist man durch die Erkenntnisse in der Zellbiologie natürlich weiter. Trotzdem sollte man nicht abfällig auf die "Feld-, Wald- und Wiesenbiologie" herabschauen.
Für die Zellbiologie machen sich Mikroskope ganz gut. Die Mikroskope im Handel sind meistens Lichtmikroskope. An Elektronenmikroskope wird man als Endkonsument nur schwer herankommen.
Im Bereich der Genomanalyse gibt es aber inzwischen schon Hobbybastler, die sich an das System heranmachen. Man spricht auch von "Biohackern".
Exemplarisch sei das Buch "Biohacking: Gentechnik aus der Garage" von Hanno Charisius, Richard Friebe und Sascha Karberg genannt.
Heute ist die Biologie weiter und schaut tief in die Zellen hinein. Dabei wird ihre Verbindung mit der Chemie deutlich sichtbar. Besonders Kenntnisse in der organischen Chemie sind wichtig, weil diese sich mit (langen) Kohlenstoffverbindungen befasst. Der Kohlenstoff kann aufgrund seiner 4 "Verbindungspunkte" lange Ketten, Netze oder Kreisstrukturen von Molekülen bilden. An ihn binden sich dann Wasserstoff-, Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff- oder andere Atome.


LITERATUR

Eisner, Werner/Paul Gietz/Axel Justus: elemente Chemie; 2007
Eisner, Werner/Paul Gietz/Axel Justus: elemente Chemie; 2006
Campbell, Neil: Biologie; stetige Neuauflagen
Charisius, Hanno/Richard Friebe/Sascha Karberg: Biohacking. Gentechnik aus der Garage; 2013
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Was ist Elektronik? diverse Neuauflagen



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