Die Karl-Rehbein-Schule bebt: Laurens Theobald baut einen Seismographen

Wie kamst du auf die Idee, einen Seismographen zu bauen? Worin lag der Reiz?
Wir hatten gerade das Thema „Erdbeben“ im Erdkunde-Unterricht und wir sprachen über die möglichen Auswirkungen von Erdbeben. Da kam der Seismograph ins Spiel, der Erdbewegungen messen und Aussagen über die Lage und Tiefe des Erdbebenursprungs geben kann. Da ich in meiner Freizeit sehr viel an elektronischen Geräten bastle, bot ich ihr an, selbst einen zu bauen.
Der Reiz für mich lag in dieser Herausforderung. Es ist doch „cool“, etwas herzustellen, was man sich vornimmt.

Welche Verknüpfung zum Unterrichtsthema war durch deinen Seismographen gegeben? Was konnten deine Mitschüler/-Innen daraus mitnehmen?
Die Mitschüler konnten sehen, wie ein Seismogramm aussieht. Der Nutzen im Unterricht direkt lag in der Vorführung und Durchführung der Experimente. Die Schüler konnten aktiv mitwirken und sehen, wie das Gerät funktioniert und fühlten sich vielleicht motiviert, selbst eins zu bauen. Da sind ja keine Grenzen gesetzt.

Was fasziniert dich persönlich an deinem Seismographen?
Er kann vieles detektieren, denn er reagiert sehr empfindlich. So reagiert er auch auf Schallwellen. Man kann auch sehen, wenn ich lauter spreche. Das zeigt dann auch die Kurve an.
Dass er funktioniert, begeistert mich am meisten.

Woher stammen deine beeindruckenden Kenntnisse? Wie konntest du es schaffen, den Seismographen zu bauen?
Durch LEARNING BY DOING gewinne ich meine Kenntnisse. Schon immer interessiere ich mich für Elektronik. Mich fasziniert es, selbst etwas herzustellen. Es ist sehr interessant, dass man vieles selbst herstellen kann, so z.B. eine Powerbank, die man sich dann nicht kaufen muss. Auch ist es von Vorteil, sich zum Beispiel bei einem Kurzschluss selbst helfen zu können. Mich begeistert die Tatsache, dass eine Kraft, die durch einen kleinen Draht geht, sehr viel bewegen kann und man so viel damit machen kann. Heute geschieht alles elektronisch und digital, die Digitalelektronik eben. Das ist ja auch ein digitales Gerät, das ich hier habe. Faszinierend ist für mich, dass man etwas selbst herstellen kann, was eigentlich nur große Firmen z.B. in China herstellen. Als ich zum ersten Mal ein Handy auseinander genommen habe, konnte ich sehen, dass es gar nicht so schwierig vom Aufbau her ist. Es ist ein Computer im Kleinen. Mein Wissen ergibt sich sozusagen von selbst durch das Umgehen und Handeln damit. Manchmal muss ich auch „googeln“ oder nutze YOUTUBE als Hilfe. Wenn man allerdings ein Radio auseinander gebaut hat und es einem gelingt, es wieder zusammenzubauen, lernt man mehr als durch das Lesen von Bauanleitungen im Computer oder in Fachbüchern.

Welche Materialien waren für den Bau deines Seismographen notwendig und wie funktioniert das Gerät?
Der Seismograph beruht auf dem piezoelektrischen Prinzip, d.h. wir haben einen kleinen Kristall, der in einer Röhre steckt. Dieser Kristall hat eine elektrische Verbindung mit einem Messgerät. In dieser Röhre ist ein Metallgewicht. Wenn es eine Erschütterung gibt, geht das Metallgewicht nach oben, allerdings kaum sichtbar, und schlägt dann auf den Kristall. Der Kristall erzeugt eine winzige Spannung, die vom Gerät, dem Oszillographen, aufgenommen wird und relativ zeitgleich aufgezeichnet wird, sodass eine Kurve entsteht.

Welche Materialien hast du für den Bau des Seismographen verwendet?
Der Seismograph ist eine schwarze Metallbox, nicht sehr rechteckig und nicht sehr hoch. Unten am Boden ist eine Glasplatte und darunter befindet sich eine Messingplatte, aus der zwei Kabel kommen. In dieser Messingplatte ist der Kristall eingeschmolzen. Darüber sitzt das Rohr, von dem ich gesprochen habe und da sitzt das Metallgewicht an einer Feder.

Wie würdest du einem Laien die Funktionsweise des Seismographen in einfachen Worten erklären?
Das Gerät detektiert Erschütterungen. Wenn ich auf den Tisch schlage, gibt es eine Erschütterung, die das Gerät misst. Der kleine Kristall ähnelt einem grauen Stein. Er ist ein Quarzkristall, der piezoelektrisch ist, d.h. wenn man auf ihn drückt, ihn auseinander zieht oder in irgendeiner Weise bewegt, erzeugt er eine kleine elektrische Spannung. Das kann man auch umkehren. Wenn man an den Kristall eine Spannung anlegt, bewegt er sich. Das wird zum Beispiel in Lautsprechern genutzt.
Um diese Bewegung zu verstärken, ist über dem Kristall eine kleine Metallkugel angebracht, die dann darauf schlägt. Der Kristall erzeugt nun eine geringe Spannung, nicht zu vergleichen mit der Spannung aus der Steckdose. Das Signal wird verstärkt und dann in den Oszillographen geleitet. Das muss man sich so vorstellen wie den Verstärker einer elektrischen Gitarre. Der Oszillograph erstellt daraus ein Bild, das als Welle auf dem Bildschirm erscheint. Die Welle kann gespeichert werden und man kann sogar die Frequenz herausfinden.

Konntest du dein Gerät deinen Mitschülern bereits vorstellen?
Ja, am Montag stellte ich es im Unterricht vor und wir führten einige Experimente damit durch. Ich denke, dass das für die Mitschüler interessant und spannend war.
Der Seismograph stand auf dem Tisch und ein Mitschüler „erzeugte“ ein Erdbeben, indem er mit seiner geballten Faust mehrmals kräftig auf den Tisch schlug, was dann deutlich abzulesen war. Dann sprang die ganze Klasse in die Luft und wir suchten den Moment, in dem der Seismograph keine Reaktion zeigte, der Moment also, in dem sich alle beim Springen in der Luft befanden. Es funktionierte und wir stellten fest, dass der Moment 1,2 Nanosekunden lang war. Als alle Schüler wieder gleichzeitig auf dem Boden landeten, schlug der Seismograph heftig aus. Außerdem suchten wir noch nach äußeren Wellen zum Beispiel durch vorbeifahrende Autos. Ich denke, es gefiel den Mitschülern.

Hast du noch Visionen, deinen Seismographen zu verbessern oder auszubauen?
Nein, das habe ich nicht. Es gibt so viele gute Seismographen, die alles aufzeichnen können.
Hast du noch weitere Bauprojekte im Kopf?
Ich würde gerne ein U-Boot bauen, in dem man sitzen kann, aber zur Coronazeit komme ich nicht an das Material, das ich benötige. Einige Teile habe ich schon besorgt, aber ich benötige noch ein Schweißgerät und eine Drehbank.

Hast du noch einen wertvollen Tipp für deine Mitschüler/-Innen, die auch Interesse haben, besondere Geräte selbst herzustellen?
Ja, fragt eure Eltern nach alten Geräten und baut sie auseinander, um Erfahrungen zu sammeln und zu lernen. Beim Auseinanderbauen und dem Wiederaufbau oder beim Umbau der Geräte ist der Spaßfaktor wichtig, um viel Neues zu erlernen.

Mona Birkner und Anne-Marthe Buhl