530 Physik
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Anhand eines paradigmatischen Modellbeispiels werden die Konsequenzen der Koexistenz vieler Attraktoren auf die globale Dynamik schwach dissipativer Systeme studiert. Es wird gezeigt, dass diese Systeme eine sehr reichhaltige Dynamik besitzen und extrem sensitiv gegenüber Störungen in den Anfangsbedingungen sind. Diese Systeme zeichnen sich durch eine extrem hohe Flexibilität ihres Verhaltens aus.
The paper presents a method that determines, by standard numerical means, the type of mutual relations of fold and flip bifurcations (configured as a so-called communication area) of a map. Equation systems are developed for the computation of points where a transition between areas of different types occurs. Furthermore, it is shown that saddle area<->spring area transitions can exist which have not yet been considered in the literature. Analytical conditions of that transition are derived.
We have numerically studied the bifurcation properties of a sheet pinch with impenetrable stress-free boundaries. An incompressible, electrically conducting fluid with spatially and temporally uniform kinematic viscosity and magnetic diffusivity is confined between planes at x1=0 and 1. Periodic boundary conditions are assumed in the x2 and x3 directions and the magnetofluid is driven by an electric field in the x3 direction, prescribed on the boundary planes. There is a stationary basic state with the fluid at rest and a uniform current J=(0,0,J3). Surprisingly, this basic state proves to be stable and apparently to be the only time-asymptotic state, no matter how strong the applied electric field and irrespective of the other control parameters of the system, namely, the magnetic Prandtl number, the spatial periods L2 and L3 in the x2 and x3 directions, and the mean values B¯2 and B¯3 of the magnetic-field components in these directions.
We have studied the bifurcations in a three-dimensional incompressible magnetofluid with periodic boundary conditions and an external forcing of the Arnold-Beltrami-Childress (ABC) type. Bifurcation-analysis techniques have been applied to explore the qualitative behavior of solution branches. Due to the symmetry of the forcing, the equations are equivariant with respect to a group of transformations isomorphic to the octahedral group, and we have paid special attention to symmetry-breaking effects. As the Reynolds number is increased, the primary nonmagnetic steady state, the ABC flow, loses its stability to a periodic magnetic state, showing the appearance of a generic dynamo effect; the critical value of the Reynolds number for the instability of the ABC flow is decreased compared to the purely hydrodynamic case. The bifurcating magnetic branch in turn is subject to secondary, symmetry-breaking bifurcations. We have traced periodic and quasi- periodic branches until they end up in chaotic states. In particular detail we have analyzed the subgroup symmetries of the bifurcating periodic branches, which are closely related to the spatial structure of the magnetic field.
Ziel dieser Arbeit ist die phänomenologische Untersuchung der Feuchteempfindlichkeit der elektrischen Eigenschaften dünner Polymerschichten. Diese Untersuchungen stellen gleichzeitig Vorarbeiten zur Entwicklung von Prototypen von zwei polymeren Dünnschicht-Feuchtesensoren dar, die sich durch die spezielle Auswahl der feuchtesensitiven Materialien jeweils durch eine besondere Eigenschaft gegenüber kommerziellen Massenprodukten auszeichnen. Ziel der Entwicklungsarbeiten für den ersten Prototypen war die Konstruktion eines schnellen Feuchtesensors, der plötzliche und sprunghafte Feuchteänderungen in der umgebenden Atmosphäre möglichst rasch detektieren kann. Dafür wurden dünne Schichten von Poly-DADMAC auf Interdigitalstrukturen aufgebracht, die einen möglichst direkten Kontakt zwischen feuchtesensitiver Schicht und umgebender, feuchter Atmosphäre gewährleisten. Als Messgrößen dienten die Wechselstromgrößen Widerstand und Kapazität der Schichten. Die Feuchtekennlinien der Schichten zeigen gute Konstanz und hohe Reproduzierbarkeit. Der Widerstand der Schichten ändert sich durch den Einfluss von Feuchte je nach Schichtdicke um 3 bis 5 Größenordnungen und eignet sich als Messgröße für die Feuchtigkeit im gesamten Feuchtebereich. Die Hysterese der Filme konnte auf kleiner als 2,5% r.F. bestimmt werden, die Reproduzierbarkeit auf besser als 1% r.F. Die Ansprechzeit der Schichten lässt sich schichtdickenabhängig zu 1 bis 10 Sekunden bestimmen. Hierbei zeigen besonders die dünnen Schichten kurze Ansprechzeiten. Zielstellung für den zweiten Feuchtesensor war die Entwicklung eines Prototypen, dessen sensitive Schicht sich biostatisch und biozid verhält, so dass er in biotischen Umgebungen eingesetzt werden kann. Es wurden fünf Polysulfobetaine synthetisiert, deren Biozidität und Biostatik mit dem Kontakttest nach Rönnpagel, dem ISO846-Test und Abbautests bestimmt wurde. Zwei Polymere – Poly-DMMAAPS (BT2) und Poly-[MSA-Styren-Sulfobetain] (BT5) – erwiesen sich als ausreichend biozid und biostatisch. Schichten dieser Polymere wurden auf Interdigitalstrukturen aufgezogen, anschließend wurden die Kennlinien dieser Proben aufgenommen. Die Messwerte zeigen für beide Polymere gute Konstanz und eine hohe Reproduzierbarkeit. BT2-Proben sind zwischen 20% und 80% r.F. besonders empfindlich und zeigen über einen Monat keine Langzeitdrift. Vernetzte Proben zeigen bis 50°C keinen temperaturbedingten Abfall der Feuchteempfindlichkeit. Der Einsatz vernetzter BT5-Schichten als kapazitiver Feuchtesensor ist bis etwa 70°C möglich, die Schichten sind selbst nach Lagerung im Hochvakuum und mehrfacher Betauung stabil. Damit liegen zwei funktionsfähige Prototypen von Feuchtesensoren vor, für die die meisten Kennwerte denen von vergleichbaren kommerziellen Feuchtesensoren entsprechen. Gleichzeitig zeichnen sie sich aber durch eine sehr niedrige Ansprechzeit bzw. eine ausreichende Lebensdauer unter biotischen Bedingungen aus.
Box-Simulationen von rotierender Magnetokonvektion im flüssigen Erdkern Numerische Simulationen der 3D-MHD Gleichungen sind mit Hilfe des Codes NIRVANA durchgeführt worden. Die Gleichungen für kompressible rotierende Magnetokonvektion wurden für erdähnliche Bedingungen numerisch in einer kartesischen Box gelöst. Charakteristische Eigenschaften mittlerer Größen, wie der Turbulenz-Intensität oder der turbulente Wärmefluss, die durch die kombinierte Wirkung kleinskaliger Fluktuationen entstehen, wurden bestimmt. Die Korrelationslänge der Turbulenz hängt signifikant von der Stärke und der Orientierung des Magnetfeldes ab, und das anisotrope Verhalten der Turbulenz aufgrund von Coriolis- und Lorentzkraft ist für schnellere Rotation wesentlich stärker ausgeprägt. Die Ausbildung eines isotropen Verhaltens auf kleinen Skalen unter dem Einfluss von Rotation alleine wird bereits durch ein schwaches Magnetfeld verhindert. Dies resultiert in einer turbulenten Strömung, die durch die vertikale Komponente dominiert wird. In Gegenwart eines horizontalen Magnetfeldes nimmt der vertikale turbulente Wärmefluss leicht mit zunehmender Feldstärke zu, so dass die Kühlung eines rotierenden Systems verbessert wird. Der horizontale Wärmetransport ist stets westwärts und in Richtung der Pole orientiert. Letzteres kann unter Umständen die Quelle für eine großskalige meridionale Strömung darstellen, während erstes in globalen Simulationen mit nicht axialsymmetrischen Randbedingungen für den Wärmefluss von Bedeutung ist. Die mittlere elektromotorische Kraft, die die Erzeugung von magnetischem Fluss durch die Turbulenz beschreibt, wurde unmittelbar aus den Lösungen für Geschwindigkeit und Magnetfeld berechnet. Hieraus konnten die entsprechenden α-Koeffizienten hergeleitet werden. Aufgrund der sehr schwachen Dichtestratifizierung ändert der α-Effekt sein Vorzeichen nahezu exakt in der Mitte der Box. Der α-Effekt ist positiv in der oberen Hälfte und negativ in der unteren Hälfte einer auf der Nordhalbkugel rotierenden Box. Für ein starkes Magnetfeld ergibt sich zudem eine deutliche abwärts orientierte Advektion von magnetischem Fluss. Ein Mean-Field Modell des Geodynamos wurde konstruiert, das auf dem α-Effekt basiert, wie er aus den Box-Simulationen berechnet wurde. Für eine äußerst beschränkte Klasse von radialen α-Profilen weist das lineare α^2-Modell Oszillationen auf einer Zeitskala auf, die durch die turbulente Diffusionszeit bestimmt wird. Die wesentlichen Eigenschaften der periodischen Lösungen werden präsentiert, und der Einfluss der Größe des inneren Kerns auf die Charakteristiken des kritischen Bereichs, innerhalb dessen oszillierende Lösungen auftreten, wurden untersucht. Reversals werden als eine halbe Oszillation interpretiert. Sie sind ein recht seltenes Ereignis, da sie lediglich dann stattfinden können, wenn das α-Profil ausreichend lange in dem periodische Lösungen erlaubenden Bereich liegt. Aufgrund starker Fluktuationen auf der konvektiven Zeitskala ist die Wahrscheinlichkeit eines solchen Reversals relativ klein. In einem einfachen nicht-linearen Mean-Field Modell mit realistischen Eingabeparametern, die auf den Box-Simulationen beruhen, konnte die Plausibilität des Reversal-Modells anhand von Langzeitsimulationen belegt werden.
Contents: 1 Introduction 1.1 Tikhanov-Phillips Regularization of Ill-Posed Problems 1.2 A Compact Course to Wavelets 2 A Multilevel Iteration for Tikhonov-Phillips Regularization 2.1 Multilevel Splitting 2.2 The Multilevel Iteration 2.3 Multilevel Approach to Cone Beam Reconstuction 3 The use of approximating operators 3.1 Computing approximating families {Ah}
We have shown that the two-dimensional complex Ginzburg-Landau equation exhibits supertransient chaos in a certain parameter range. Using numerical methods this behavior is found near the transition line separating frozen spiral solutions from turbulence. Supertransient chaos seems to be a common phenomenon in extended spatiotemporal systems. These supertransients are characterized by an average transient lifetime which depends exponentially on the size of the system and are due to an underlying nonattracting chaotic set.
Using a special technique of data analysis, we have found out 34 grand minima of solar activity obtained from a 7,700 years long Δ14C record. The method used rests on a proper filtering of the Δ14C record and the extrapolation of verifiable results for the later history back in time. Additionally, we use a method of nonlinear dynamics, the recurrence rate, to back up the results. Our findings are not contradictory to the record of solar maxima resp. minima by Eddy [5], but constitute a considerable extension. Hence, it has become possible to look closer at the validity of models. This way, we have tested several models for solar activity, esp. the model of Barnes et al. [1]. There are hints for that the grand minima might solely be driven by the 209 year period found in the Δ14C record.
Contents: I. Algorithms 1. Theoretical Backround 2. Numerical Procedures 3. Graph Representation of the Solutions 4. Applications and Example II. Users' Manual 5. About the Program 6. The Course of a Qualitative Analysis 7. The Model Module 8. Input description 9. Output Description 10. Example 11. Graphics