Thermodynamischer Wirkungsgrad von Brennstoffzellen

Eine Solarzelle kann durch ein elektrisches Ersatzschaltbild modelliert werden. Das einfachste Modell umfasst eine Stromquelle, die den durch das Licht erzeugten Strom darstellt ([latex]I_L[/latex]), parallel zu einer Diode, die den p-n-Übergang darstellt. Ein genaueres Modell fügt einen parallelen Shunt-Widerstand ([latex]R_{sh}[/latex]) für Leckströme und einen Serienwiderstand ([latex]R_s[/latex]) für den Kontakt- und Materialwiderstand hinzu.

Diese 1950 von Vitaly Ginzburg und Lev Landau entwickelte phänomenologische Theorie beschreibt die Supraleitung in der Nähe des Phasenübergangs. Sie führt einen komplexen Ordnungsparameter, [latex]\Psi[/latex], ein, um die Dichte der supraleitenden Elektronen darzustellen. Die Theorie beschreibt erfolgreich Effekte wie den Meissner-Effekt und sagt die Unterscheidung zwischen Typ-I- und Typ-II-Supraleitern auf der Grundlage eines einzigen Parameters, [latex]\kappa[/latex], voraus.

Ein elektrischer Doppelschichtkondensator (EDLC) oder Superkondensator speichert Energie elektrostatisch durch Polarisation einer Elektrolytlösung. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Batterie finden dabei keine chemischen Reaktionen statt. Die Energie wird in der elektrischen Doppelschicht (Helmholtz-Doppelschicht) gespeichert, die sich an der Grenzfläche zwischen einer Elektrode mit großer Oberfläche und einem Elektrolyten bildet. Dies ermöglicht extrem schnelles Laden und Entladen sowie eine sehr lange Lebensdauer.

Typ-II-Supraleiter wurden 1957 von Alexei Abrikosov auf der Grundlage der Ginzburg-Landau-Theorie theoretisch vorhergesagt und zeichnen sich durch zwei kritische Magnetfelder aus, [latex]H_{c1}[/latex] und [latex]H_{c2}[/latex]. Zwischen diesen Feldern treten sie in einen gemischten oder "Wirbel"-Zustand ein, der ein teilweises Eindringen des Magnetfelds durch quantisierte Flussröhren, die Abrikosov-Wirbel, ermöglicht. Dadurch können sie in viel höheren Magnetfeldern supraleitend bleiben als Typ-I-Supraleiter.

Der grundlegende Baustein moderner digitaler Elektronik ist der Transistor, genauer gesagt der MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor). Er funktioniert als elektronisch gesteuerter Schalter. Durch Anlegen einer Spannung an seinen Gate-Anschluss kann der Stromfluss zwischen seinen Source- und Drain-Anschlüssen ein- (entspricht einer „1“) oder ausgeschaltet (entspricht einer „0“) werden, was die Implementierung von Logikgattern ermöglicht.

Ein Pourbaix-Diagramm, auch als Potenzial/pH-Diagramm bekannt, ist ein thermodynamisches Diagramm, das die stabilen Gleichgewichtsphasen eines wässrigen elektrochemischen Systems darstellt. Es zeigt grafisch die Bedingungen von Potenzial ([latex]E_H[/latex]) und pH-Wert, unter denen ein Metall immun (thermodynamisch stabil), passiviert (bildet einen stabilen Schutzfilm) oder korrosionsanfällig (bildet lösliche Ionen) ist.

Eine Thermolanze erreicht Temperaturen von 3.500 °C bis 4.500 °C und übertrifft damit herkömmliche Brenner deutlich. Diese intensive Hitze schmilzt nicht nur das Zielmaterial. Der Strahl aus reinem Sauerstoff bewirkt auch eine schnelle Oxidation des Materials selbst und macht es so effektiv zum Brennstoff. Diese kombinierte Schmelz- und Brennwirkung ermöglicht das Schneiden von dickem Stahl, Beton und Gestein.

PUREX, die Abkürzung für Plutonium and Uranium Recovery by Extraction, ist das wichtigste industrielle Verfahren zur Wiederaufbereitung abgebrannter Kernbrennstoffe. Dabei wird die Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE) eingesetzt, um Uran und Plutonium von hochradioaktiven Spaltprodukten zu trennen. Bei diesem Verfahren wird eine 30%ige Lösung von Tributylphosphat (TBP) in einem Kohlenwasserstoffverdünner verwendet, um selektiv U(VI) und Pu(IV) aus einer Salpetersäure-Zufuhr zu extrahieren.

Die „Tonne TNT“ ist eine Energieeinheit zur Quantifizierung großer Energiefreisetzungen, insbesondere bei Explosionen. Sie ist international als 4,184 Gigajoule (GJ) definiert. Dieser Wert basiert auf der berechneten Energiedichte von TNT bei der Detonation, die etwa 4,184 J/g beträgt. Er dient als Standardreferenz für den Vergleich der Sprengkraft von Kernwaffen und anderen Explosionsereignissen.

Besetzungsinversion ist ein Zustand in einem System von Atomen oder Molekülen, in dem sich mehr Atome oder Moleküle in einem höheren, angeregten Energiezustand befinden als in einem niedrigeren. Dieser Nichtgleichgewichtszustand ist Voraussetzung für die Lichtverstärkung durch stimulierte Emission. Ohne ihn würde die Absorption dominieren, und es würde keine Nettoverstärkung erzielt, wodurch der Laserbetrieb unmöglich wäre.

Die 1957 von John Bardeen, Leon Cooper und Robert Schrieffer entwickelte BCS-Theorie liefert eine mikroskopische Erklärung für die herkömmliche Supraleitung. Sie besagt, dass Elektronen unterhalb der kritischen Temperatur ([latex]T_c[/latex]) ihre elektrostatische Abstoßung überwinden und durch Wechselwirkungen mit dem Kristallgitter (Phononen) gebundene Paare, so genannte Cooper-Paare, bilden können. Diese Paare verhalten sich wie Bosonen und können zu einem einzigen makroskopischen Quantenzustand kondensieren.

Ein optischer Resonator, auch optischer Hohlraum genannt, ist eine Anordnung von Spiegeln, die einen stehenden Wellenhohlraum für Lichtwellen bildet. In einem Laser umschließt er das Verstärkungsmedium und sorgt für positive Rückkopplung. Das Licht der stimulierten Emission wird mehrfach reflektiert und durchläuft das Verstärkungsmedium mehrfach, was zu einer signifikanten Verstärkung und zur Bildung eines kohärenten Ausgangsstrahls führt.

Die Deborah-Zahl ist eine dimensionslose Größe in der Rheologie, die zur Charakterisierung der Fließfähigkeit von Materialien verwendet wird. Sie ist das Verhältnis der Relaxationszeit, die eine intrinsische Eigenschaft des Materials ist, zur charakteristischen Zeitskala des Experiments oder der Beobachtung. Die Formel lautet [latex]De = \frac{t_c}{t_p}[/latex], wobei [latex]t_c[/latex] die Relaxationszeit und [latex]t_p[/latex] die Beobachtungszeit ist.