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  • 1
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-11
    Description: While binaural technology applications gained in popularity in recent years, the majority of applications still use non-individual Head-Related Transfer Functions (HRTFs) from artificial heads. However, certain applications, for example research of spatial hearing or hearing attention, require an physically exact and realistic binaural signal. The limiting factor that prohibits the widespread use of individual HRTFs is the acquisition time of such data. This time requirement has recently been reduced by the use of parallelization in the measurement signal which lead to the development of fast measurement systems capable of acquiring individual and spatially dense HRTF. This thesis provides a objective and subjective evaluation of such a system that is designed with the goal of little disturbance of the measurements in mind. The construction is detailed, followed by both an objective and subjective evaluation. A detailed investigation into additional distortion of the sound field introduced by the system itself is presented and it is shown that the system performs comparably to a conventional system in terms of sound source localization. Furthermore, a method is introduced and evaluated to further reduce the measurement time by using continuous rotation during the measurement. This method is used to reduced the measurement duration from eight minutes to three minutes without audible differences.
    Keywords: Technology & Engineering ; Electronics ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TJ Electronics and communications engineering::TJF Electronics engineering ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 2
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Die Teilchenphysik als Teilgebiet der modernen Physik gewinnt zunehmend an Bedeutung im schulischen Physikunterricht. In dieser Arbeit wird erstmalig das von Lehrkräften benötigte Fachwissen zur Teilchenphysik modelliert, wobei Fachwissen als ein Teil des Professionswissens verstanden wird. Als Fachwissensdimensionen werden die Inhaltsbereiche und die Wissensarten in den Fokus genommen, für welche jeweils Subfacetten identifiziert und präzise beschrieben werden. Nach einem überblick über die wesentlichen Ideen der Teilchenphysik wird in der Arbeit die sukzessive Modellierung des Fachwissens im Rahmen einer qualitativ und quantitativ angelegten Delphi-Studie vorgestellt. In drei Befragungsrunden wurden zwischen 35 und 65 internationale Expertinnen und Experten aus der teilchenphysikbezogenen Forschung (Fachwissenschaft und Fachdidaktik) und öffentlichkeitsarbeit (u.a. Wissenschaftsjournalismus) sowie erfahrene Lehrkräfte zu den für das Fachwissen relevanten Themen der Teilchenphysik befragt. Empirische Analysen der Befragungsrunden ergaben, dass sich die Dimension Inhaltsbereiche im deklarativen Wissen aus zehn teilchenphysikalischen Themen (z.B. Teilchen in der Hochenergiephysik, die vier fundamentalen Wechselwirkungen) zusammensetzt, von welchen sechs als besonders relevant eingeschätzt wurden. Im Anschluss an die letzte Befragungsrunde wurde theoriegeleitet eine erste Modellierung der Inhaltsbereiche für die Wissensarten des prozeduralen und konditionalen Wissens vorgenommen.
    Keywords: Science ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 3
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Die in den vergangenen Jahren zahlreich entstandenen außerschulischen Lernorte an der deutschen Wattenmeerküste sind Ausdruck einer Differenzierung der dortigen Bildungslandschaft, in der schulisches durch non-formales Lernen im regionalen Kontext ergänzt wird. Die außerschulischen Lernorte zeichnet aus, dass sie ihren Besucherinnen und Besuchern Primärerfahrungen bieten, um die außergewöhnliche Dynamik und Sensitivität des Wattenmeeres zu verdeutlichen. Allerdings schöpfen die Lernorte ihr Potenzial für das außerschulische Physiklernen nicht aus, denn obwohl insbesondere Strömungen und Strukturbildungen (z. B. Rippel, Dünen und Priele) das Erscheinungsbild des Wattenmeers prägen und dessen Dynamik repräsentieren, werden in den Bildungsangeboten bisher fast ausschließlich biologische Inhalte behandelt. Deshalb ist physikdidaktische Forschungs- und Entwicklungsarbeit nötig, die durch eine Didaktische Rekonstruktion von Strömungen und Strukturbildungen geleistet wird. Hierzu gehört zunächst eine fachliche Klärung. Im Anschluss werden Lernendenvorstellungen untersucht, indem problemzentrierte Interviews entlang von Realexperimenten durchgeführt und einer qualitativen Inhaltsanalyse unterworfen werden. Auf Basis des Vergleichs zwischen fachlicher Sicht und Lernendensicht gilt es sodann, Bausteine für didaktische Strukturierungen zu entwickeln. Diese Bausteine werden schließlich eingesetzt, um gemeinsam mit den Lernortbetreibenden Bildungsangebote zu entwickeln, die auch physikalische Zusammenhänge zur Küstendynamik explizieren.
    Keywords: Science ; Earth Sciences ; Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::R Earth sciences, geography, environment, planning::RB Earth sciences ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 4
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Problemlösen ist eine wesentliche Voraussetzung für das Handeln in allen Bereichen des Lebens: In einfachen Alltagssituationen, bei (natur-) wissenschaftlichen Fragestellungen oder bei komplexeren gesellschaftlich relevanten Problemen spielt die Lösung von Problemen eine Rolle. Im Bereich der Physik werden insbesondere innerhalb des schulischen und universitären Kontextes Probleme bearbeitet. Die täglichen Erfahrungen des Lehrbetriebs an Hochschulen machen jedoch deutlich, dass Teile der Studierenden große Schwierigkeiten haben, Probleme erfolgreich zu lösen. Die Diskrepanz zwischen der Wichtigkeit des Problemlösens und den Schwierigkeiten, die Studierenden dabei haben, ist der Ausgangspunkt für die zentrale Fragestellung der vorliegenden Arbeit: Was unterscheidet "gute" von "schlechten" Problemlösern und welche Faktoren beeinflussen den Erfolg beim Problemlösen? Die Arbeit fokussiert hierbei auf Probleme aus dem Themenfeld der Mechanik. Mit Hilfe einer empirischen Untersuchung wird dazu beigetragen, bereits bekannte Erkenntnisse aus der traditionsreichen Forschung zum Problemlösen zu bestätigen, zu quantifizieren und zueinander in Beziehung zu setzen. Es werden sowohl quantitative als auch qualitative Eigenschaften "guter" und "schlechter" Problemlöser herausgearbeitet - gute Problemlöser können beispielsweise auf mehr Fachwissen zurückgreifen, besitzen ein höheres Selbstkonzept und machen weniger Planungsfehler beim Bearbeiten physikalischer Problemstellungen.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 5
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-11
    Description: Our world today is becoming increasingly complex, and technical devices are getting ever smaller and more powerful. The high density of electronic components together with high clock frequencies leads to unwanted side-effects like crosstalk, delayed signals and substrate noise, which are no longer negligible in chip design and can only insufficiently be represented by simple lumped circuit models. As a result, different physical phenomena have to be taken into consideration since they have an increasing influence on the signal propagation in integrated circuits. Computer-based simulation methods play thereby a key role. The modelling and analysis of complex multi-physics problems typically leads to coupled systems of partial differential equations and differential-algebraic equations (DAEs). Dynamic iteration and model order reduction are two numerical tools for efficient and fast simulation of coupled systems. Formodelling of low frequency electromagnetic field, we use magneto-quasistatic (MQS) systems which can be considered as an approximation to Maxwells equations. A spatial discretization by using the finite element method leads to a DAE system. We analyze the structural and physical properties of this system and develop passivity-preserving model reduction methods. A special block structure of the MQS model is exploited to to improve the performance of the model reduction algorithms.
    Keywords: Technology & Engineering ; Electronics ; Mathematics ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TJ Electronics and communications engineering::TJF Electronics engineering ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PB Mathematics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 6
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Experimentieren kann nicht nur dazu beitragen, fachinhaltliche Erkenntnisse zu gewinnen, sondern auch selbst Lerngegenstand sein. Wenig geklärt ist bisher, wie beim Experimentieren gelernt wird, worauf zu achten ist. Unklar ist auch, welche fachmethodischen Vorstellungen Lernende beim Planen, Durchführen und Auswerten aktivieren. Diesen Fragen wurde mithilfe einer schriftlichen Instruktion nachgegangen, die Lernende (Jg. 11) anregt, nicht nur Experimente durchzuführen, sondern auch über fachmethodische Grundlagen nachzudenken. Die Arbeitsphasen wurden für 42 Schülergruppen videografiert und kategorienbasiert ausgewertet, um Aussagen über Aktivitätsprofile, Vorstellungen und Kompetenzveränderungen zu generieren. Die Ergebnisse belegen die Komplexität von Lernprozessen und zeigen die Schwierigkeit, individuelle Kompetenzzuwächse auf bestimmte Prozesse zurückzuführen. Zum Beispiel konnten hohe Kompetenzzuwächse sowohl für Lernende mit häufigen fachmethodischen Beiträgen als auch für solche mit nur geringen fachmethodischen Aktivitäten festgestellt werden. Des Weiteren gehen experimentell angemessene Aktivitäten in erkennbaren Anteilen mit fachmethodisch unpassenden Vorstellungen einher, wie z.,B. bei einer korrekt vorgenommenen, aber falsch begründeten Trennung zwischen einer Beobachtung und einer Deutung. Die Arbeit liefert damit Hinweise, dass Lernende neben fachinhaltlichen auch fachmethodische Vorstellungen in den Unterricht mitbringen. Diese gilt es z.,B. durch explizite und wiederholte Thematisierung zu adressieren.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 7
    Publication Date: 2024-04-11
    Description: In einem Solarturmkraftwerk werden hunderte bis tausende Spiegel (sogenannte Heliostate) einzeln der Sonne nachgeführt, sodass das Sonnenlicht auf die Spitze eines Turmes konzentriert wird. Dort befindet sich der Receiver, der die Solarstrahlung absorbiert und an das Wärmeträgermedium weitergibt. Große thermische Energiespeicher erlauben die ganztägige Stromproduktion (auch Nachts). In aktuellen Solarturmkraftwerken kommen als Wärmeträger- und Speichermedium häufig flüssige Nitratsalze wie Solar Salt zum Einsatz. Aufgrund ihrer hohen Wärmekapazität und den geringen Kosten eignen sie sich sehr gut zur thermischen Energiespeicherung, jedoch bringen sie auch einige Nachteile mit sich. Flüssigmetalle weisen in vielen Punkten Vorteile gegenüber den Flüssigsalzen auf. In der vorliegenden Arbeit werden die Eigenschaften von Flüssigmetallen detailliert analysiert und mit Solar Salt verglichen. Zur Bewertung werden die Jahreserträge bzw. die Stromgestehungskosten (LCOE) herangezogen. Die Ergebnisse zeigen ein Potenzial zur Reduktion der Stromgestehungskosten mit Flüssigmetallen um bis zu 16 % gegenüber dem Referenzsystem mit Solar Salt, ohne dabei den Kraftwerksblock und den thermischen Speicher zu verändern.
    Keywords: Technology & Engineering ; Construction ; Technology & Engineering ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TN Civil engineering, surveying and building::TNK Building construction and materials ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TB Technology: general issues ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 8
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-05
    Description: In 2005, the hybrid model was published by Prof. H.-D. Alber and Prof. P. Zhu as an alternative to the Allen-Cahn model for the description of phase field transformations. With low interfacial energy, it is more efficient, since the resolution of the diffuse interface is numerically broader for the same solution accuracy and allows coarser meshing. The solutions of both models are associated with energy minimisation and in this work the error terms introduced in the earlier publications are discussed and documented using one and two dimensional numerical simulations. In the last part of this book, phase field problems, initially not coupled with material equations, are combined with linear elasticity and, after simple introductory examples, a growing martensitic inclusion is simulated and compared with literature data. In addition to the confirmed numerical advantage, another phenomenon not previously described in the literature is found: with the hybrid model, in contrast to the examples calculated with the Allen-Cahn model, an inclusion driven mainly by curvature energy does not disappear completely. The opposite problem prevents inclusions from growing from very small initial configurations, but this fact can be remedied by a very finely chosen diffuse interface width and by analysing and adjusting the terms that generate the modelling errors. The last example shows that the hybrid model can be used with numerical advantages despite the above mentioned peculiarities.
    Keywords: Science ; Chemistry ; Mathematics ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PN Chemistry ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PB Mathematics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 9
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Ein zentrales Ziel der fachdidaktischen Forschung stellt die Verbesserung schulischen Unterrichts dar. Eine Transferstrategie zur flächendeckenden Verbreitung wissenschaftlicher Erkenntnisse bildet die Bereitstellung evidenzbasierter, innovativer materialgestützter Unterrichtskonzeptionen. Allerdings fällt das Materialnutzungsverhalten von Lehrkräften individuell sehr unterschiedlich aus, wobei das Zusammenspiel verschiedener Einflussfaktoren auf die Materialnutzung bislang wenig erforscht ist. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, dieses Wirkgefüge unter authentischen Bedingungen genauer zu untersuchen. Dazu wurde kriteriengeleitet eine evidenzbasierte, fachdidaktisch innovative Unterrichtskonzeption ausgewählt (das Münchener Unterrichtskonzept zur Quantenmechanik) und den teilnehmenden Lehrkräften fakultativ zur Verfügung gestellt. Mittels eines qualitativen Forschungsansatzes wurden elf Lehrkräfte bei der Implementierung des Konzepts durch ein Interview zu Beginn und am Ende einer Unterrichtsreihe zur Quantenmechanik sowie zwei Unterrichtsbeobachtungen mit je einem anschließenden stimulated recall begleitet. Aus den Ergebnissen folgt, dass die Probanden sich überwiegend heuristisch mit der Konzeption auseinandersetzten und lediglich Elemente auf Sichtstrukturebene implementierten. Das nachgewiesene Wirksamkeitspotential von evidenzbasierten, innovativen Unterrichtskonzeptionen scheint sich folglich lediglich unter bestimmten Bedingungsfaktoren zu entfalten.
    Keywords: Science ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 10
    Publication Date: 2023-03-03
    Description: Die vorliegende Dissertation beschreibt den Entwicklungs- und Validierungsprozess eines neuen Testinstruments zur Erfassung von Lehrer-Selbstwirksamkeitserwartungen in vier physikdidaktischen Handlungsfeldern (Umgang mit Aufgaben, Experimentieren, Elementarisieren, Umgang mit Schülervorstellungen), jeweils bezüglich der Dimensionen Planung und Durchführung von Physikunterricht. Die Instrumententwicklung erfolgt in hohem Maße theoriebasiert, indem unter anderem auf der Grundlage der sozial-kognitiven Theorie Banduras Regeln für die Itemkonstruktion abgeleitet werden, die außerdem eine kritische Analyse existierender Instrumente erlauben. Der mehrschrittige Validierungsprozess ist argumentbasiert angelegt. Im Rahmen einer Interviewstudie und einer Expertenbefragung werden vor allem inhaltliche Aspekte, wie z.B. die definitionskonforme Formulierung der Items, die Abdeckung des Handlungsfeldes oder die wahrgenommene Authentizität der Items, untersucht. Im Zuge der auf eine quantitative Auswertung angelegten Hauptstudie (N approx 1000) werden vor allem psychometrische Aspekte, wie die Eindimensionalität der Skalen oder die Passung des Antwortformates, in den Blick genommen. Zusammenfassend kann ein übergeordnetes Validitätsargument in Bezug auf die intendierte Testwertinterpretation formuliert werden. Weiterer Forschungsbedarf deutet sich unter anderem bezüglich der Unterscheidung der zwei genannten Dimensionen an.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; Psychology ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JM Psychology
    Language: German
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  • 11
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: In Lehr-Lern-Labor Seminaren können Lehramtsstudierende ihr fachliches, didaktisches und pädagogisches Wissen aufgreifen und in komplexitätsreduzierten Handlungsumgebungen anwenden. Dabei erstellen sie Experimentierstationen, um anschließend in einer iterativen Praxis mehrmals Schülerinnen und Schüler an diesen Stationen zu betreuen. Grundlegend für dieses Vorgehen sind Reflexionsprozesse zwischen den Betreuungen. Inwieweit diese Reflexionsprozesse die Entwicklung der Professionellen Unterrichtswahrnehmung der Studierenden fördern, wurde mit dieser Arbeit untersucht. Als ergänzende Intervention wurden fragenbasierte Videoanalysen der eigenen Betreuungen in das Seminar implementiert. Die Regressionsanalysen zeigten, dass sich die Professionelle Unterrichtswahrnehmung der Studierenden durch die Teilnahme am Seminar verbesserte, wenn zusätzlich das eigene Vorgehen und das ihrer Kommilitonen anhand der erstellten Videos analysiert wurden. Ohne Videoanalyse konnte keine Veränderung festgestellt werden.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 12
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Bei Schülerlaboren als wichtigem Teil außerschulischer MINT-Bildung besteht ein Forschungsdefizit hinsichtlich kognitiver und motivationaler Prozesse auf Seiten der Schülerinnen und Schüler. Mit einem Design-based Research Ansatz klärt die Studie deshalb die Dynamik der Lehr- und Lernprozesse in Schülerlaboren auf und erlaubt es, die Lernangebote mit Blick auf generelle Bildungsziele und spezifische Ziele der Labore empiriebasiert weiterzuentwickeln. Um Angebots-Nutzungs-Prozesse zu untersuchen, wird ein Analyseinstrument entwickelt; es erlaubt gleichermaßen, die didaktische Struktur der Angebote in einer SWOT-Analyse zu erfassen und die ablaufenden Denk- und Lernprozesse der Schülerinnen und Schüler empirisch zu erheben. Das Instrument fokussiert auf drei Dimensionen: die Orientierung der Angebote an Kontexten, die Integration von Problemlöseaufgaben und die Unterstützung von Autonomie der Schülerinnen und Schüler beim Entscheiden und Handeln. Die Ergebnisse der SWOT-Analyse werden mit empirischen Daten, die mit ethnografischen Methoden gewonnen werden, validiert. Eine daraufhin weiterentwickelte didaktische Struktur der Angebote ist hinsichtlich einer differenzierten Kontextualisierung, des Einsatzes narrativer Anker, die Problemlöseaufgaben einleiten, sowie einer phasenweisen Öffnung der Angebote verändert und führt zu besserem Verständnis fachlicher Inhalte und zu einer höheren Motivation.
    Keywords: Science ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 13
    Publication Date: 2023-02-01
    Description: Die professionelle Unterrichtswahrnehmung ist eine zentrale und situative Fähigkeit, die (angehende) Lehrkräfte befähigt, Lernprozesse im Unterricht zu erkennen, mithilfe ihres professionellen Wissens zu interpretieren und anschließend lernförderliche Handlungspläne abzuleiten. Der vorliegenden Arbeit liegt die Forschungsfrage zugrunde, ob diese Fähigkeit mit einem physikspezifischen Fokus mithilfe eines Instruments - bestehend aus inszenierten Unterrichtsvideos und einem teilweise geschlossenen Fragebogen - valide erfasst werden kann. Ein solches Instrument könnte dazu dienen, herauszufinden, ob die professionelle Unterrichtswahrnehmung domänenspezifisch ist (Hypothese 1) und ob diese situative Fähigkeit entlang der universitären Ausbildung eine Progression erfährt (Hypothese 2).  Die Ergebnisse der Arbeit ergeben 19 Items (EAP Reliabilität liegt bei 0.698), mit denen eine physikspezifische professionelle Unterrichtswahrnehmung gemessen werden kann. Weitere Analysen (zur Korrelation mit dem physikdidaktischen Wissen und der Abhängigkeit von studiumsbezogenen Daten) stützen die Konstruktvalidität des Tests. In Bezug auf Hypothese 1 hat sich wie erwartet gezeigt, dass die physikspezifische professionelle Unterrichtswahrnehmung signifikant von dem studierten Fach und dem Studiengang abhängt. Anders als erwartet ergeben die Ergebnisse zur Hypothese 2, dass die professionelle Unterrichtswahrnehmung aber nicht signifikant vom Studienfortschritt abhängt.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 14
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Erkenntnisgewinnung ist in den Naturwissenschaften untrennbar mit wissenschaftlichen Kontroversen verknüpft, die auch für den Physikunterricht einen Bildungswert besitzen, insbesondere im Hinblick auf kritische Urteilsbildung, Multiperspektivität und ein angemessenes Nature-of-Science-Verständnis. Basierend auf einer Charakterisierung wissenschaftlicher Kontroversen wird am Beispiel der Frage nach der Relativität der Masse in der Speziellen Relativitätstheorie in einer explorativ-qualitativen Studie untersucht, wie Physiklehrkräfte und Physiklehramtsstudierende mit einer solchen Kontroverse umgehen und inwieweit sie deren Bildungswert nutzen. Dazu werden sowohl Gedankenauflistungen, die von den Befragten nach dem Lesen von Textmaterialien zu den unterschiedlichen Fachpositionen erstellt wurden, als auch Antworten zu verschiedenen Textvignetten mit Hilfe der qualitativen Inhaltsanalyse ausgewertet. Insgesamt zeigt sich, dass die Studierenden häufiger offen gegenüber den kontroversen fachwissenschaftlichen Positionen sind als die Lehrkräfte. Unterschiede in Bezug auf die Realisierung des Bildungswertes im Unterrichtskontext werden mithilfe von fünf Typen systematisch beschrieben. Ein Großteil der Befragten weist dabei Ansätze zur Umsetzung von Kontroversität im Physikunterricht auf. Die Mehrheit vertritt auch eine eigene fachwissenschaftliche Position und ein Teil der Befragten nutzt die wissenschaftliche Kontroverse zur Thematisierung von Nature-of-Science-Aspekten.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 15
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Fachdidaktisches Wissen gilt als wichtige Gelingensbedingung für einen professionell durchgeführten Unterricht. Positive Selbstwirksamkeitserwartungen, vielfältige Unterrichtskompetenzen sowie eine befürwortende Einstellung gegenüber der Reflexion von Unterricht sind darüber hinaus Indikatoren einer gelingenden Professionalisierung. Professionelle Handlungskompetenz entwickelt sich vornehmlich, wenn angehende Lehrkräfte die Gelegenheit bekommen theoretische Wissensanteile in der Praxis umzusetzen und diesen Transfer zu reflektieren. Die unreflektierte Absolvierung von Unterrichtspraktika birgt nämlich die Gefahr eines "Praxisschocks". Um dem vorzubeugen, ist es förderlich, praktische Studienanteile in ihrer Komplexität sukzessive zu steigern. Es wird davon ausgegangen, dass Lehr-Lern-Labore (LLL) diesen Anforderungen genügen. In der vorliegenden Arbeit wurde die professionalisierende Wirkung dieses Veranstaltungskonzepts am Beispiel des LLL "Schwimmen, Schweben, Sinken" multimethodisch untersucht. Dabei wurden Gruppendiskussionen und Interviews, eine hoch inferente Fremdeinschätzungserhebung sowie eine Prä-Post-Fragebogenstudie mit Studierenden der Bachelorstudiengänge Lehramt Physik sowie Grundschulpädagogik (Sachunterricht) an der Freien Universität Berlin durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass Lehr-Lern-Labor-Veranstaltungen einen wichtigen Beitrag zur Anbahnung sowie zur Unterstützung der Professionalisierung von Lehrkräften bereits während des Studiums leisten können, ohne dass es zum "Praxisschock" kommt.
    Keywords: Science ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 16
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Eine lernendenorientierte und adaptive Gestaltung von Unterricht erfordert von den Lehrkräften, dass sie vorhandene Kompetenzen und Lernprozesse der Schülerinnen und Schüler diagnostizieren. Außerdem müssen sie die Anforderungen von Aufgaben mit Blick auf deren Passung zu den Lernprozessen der Schülerinnen und Schüler analysieren können. Eine derart verstandene "diagnostische Kompetenz" wird als zentrales Professionalisierungsziel von Lehrkräften angesehen. Vor diesem Hintergrund wurden die diagnostischen Prozesse von acht Studierenden mit den Fächern Physik und Mathematik in zwei aufeinander folgenden Lehrveranstaltungen zur Diagnostik untersucht, um Potentiale und Lernhindernisse im Kompetenzaufbau zu identifizieren. In beiden Veranstaltungen bildeten Vignetten von Lernprozessen den Ausgangspunkt für studentische Diagnosen. Forschungsgegenstand waren u.a. schriftliche Diagnosen der Studierenden im Prä-Post-Vergleich sowie auf Video aufgezeichnete studentische Diskurse bei der Diagnose von Lernprozessen der Schülerinnen und Schüler. Die Analysen erfassen u.a., auf welche Komponenten eines Diagnoseprozesses die Studierenden in welcher Weise Bezug nehmen und welche (fach-) didaktischen überlegungen bzw. Theoriebezüge sie in ihren Diagnosen als Referenzpunkte nutzen. Die Ergebnisse zeigen, dass auf struktureller Ebene zwar alle Komponenten thematisiert, aber inhaltlich nicht entlang einer typischen Abfolge miteinander verbunden werden. Trotz inhaltlicher Prompts wird nur selten explizit auf Theoriebezüge zurückgegriffen.
    Keywords: Mathematics ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PB Mathematics ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 17
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: The main focus of this thesis is the discussion of stability of an objective (atomic) structure consisting of single atoms which interact via a potential. We define atomistic stability using a second derivative test. More precisely, atomistic stability is equivalent to a vanishing first derivative of the configurational energy (at the corresponding point) and the coerciveness of the second derivative of the configurational energy with respect to an appropriate semi-norm. Atomistic stability of a lattice is well understood, see, e.,g., [40]. The aim of this thesis is to generalize the theory to objective structures. In particular, we first investigate discrete subgroups of the Euclidean group, then define an appropriate seminorm and the atomistic stability for a given objective structure, and finally provide an efficient algorithm to check its atomistic stability. The algorithm particularly checks the validity of the Cauchy-Born rule for objective structures. To illustrate our results, we prove numerically the stability of a carbon nanotube by applying the algorithm.
    Keywords: Mathematics ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PB Mathematics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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    Location Call Number Expected Availability
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  • 18
    Publication Date: 2024-04-11
    Description: Die Optimierung dynamischer Dichtsysteme ist eine kostengünstige Methode zur Erhöhung der Wirkungsgrade, Lebensdauer und Betriebssicherheit von Turbomaschinen. Zuverlässige und effiziente Dichtsysteme lassen sich nur realisieren, wenn die Anstreifvorgänge zwischen rotierenden und statischen Komponenten sowie ihre Folgen schon bei der Auslegung berücksichtigt und im Betrieb beherrscht werden können. Bis heute sind die physikalischen Vorgänge beim Anstreifen jedoch nur unzureichend verstanden und es fehlen zuverlässige Modellierungsansätze für ihre Vorhersage. Die vorliegende Arbeit liefert einen essentiellen Beitrag zum Verständnis des Anstreifverhaltens und somit zur Optimierung einlaufender dynamischer Dichtsysteme mit Fokus auf Labyrinthdichtungen mit Einlaufbelägen aus Hohlkörperstrukturen. Mit Hilfe aufwändiger experimenteller Untersuchungen wird in dieser Arbeit ein tiefergreifendes physikalisches Verständnis der Anstreifvorgänge bereitgestellt. Die experimentell gewonnenen Erkenntnisse bilden schließlich die Grundlage für die Entwicklung eines Modellierungsansatzes, der erstmals unter Berücksichtigung aller Einflussparameter die zuverlässige Vorhersage des Anstreifverhaltens einlaufender Labyrinthdichtungen ermöglicht.
    Keywords: Technology & Engineering ; Construction ; Technology & Engineering ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TN Civil engineering, surveying and building::TNK Building construction and materials ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TB Technology: general issues ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 19
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Formeln sind eine wichtige mathematische Darstellungsform im Physikunterricht. Jedoch haben Lernende häufig Schwierigkeiten bei der Verbalisierung der inhaltlichen Bedeutung von Formeln. Dies wirft die Frage auf, wie Lehrende diese inhaltliche Seite von Formeln vermitteln. Der Theorieteil stellt den Empiriestand zu den Themenkomplexen Formeln und Kommunikation, Alltagssprache, Unterrichts -sprache und Fachsprache im Physikunterricht ausführlich dar. Auf Grundlage sprachwissenschaftlicher Überlegungen wurde ein Ebenenmodell der Versprachlichung von Formeln entwickelt und durch Lehrbuchanalysen validiert, mit dessen Hilfe das Sprechen von und über Formeln analysiert werden kann. In einer qualitativen, explorativ ausgerichteten Feldstudie wurde Physikunterricht von 10 Lehrenden zum elektrischen Widerstand beobachtet und ihre Sprache mit Hilfe der qualitativen Inhaltsanalyse und des entwickelten Ebenenmodells ausgewertet. Das entstandene Kategoriensystem zeigt ein vielfältiges Sprechen über Formeln, das viele Aspekte von Formelverständnis abdeckt. Eine explizite qualitative Interpretation von Formeln bleibt jedoch meist aus. Es zeigt sich in vielen Aspekten ein eher technischer Umgang mit Formeln, der die strukturelle Rolle der Mathematik vernachlässigt. Das Sprechen der Lehrenden im Umgang mit Formeln kann als entweder fachsprachlich, schülernah oder ausgewogen, in einigen Fällen zusätzlich als reflektierend charakterisiert werden.
    Keywords: Mathematics ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PB Mathematics ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 20
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-03-03
    Description: Die fortschreitende Digitalisierung erleichtert den Einsatz von computergestützten Experimentiergelegenheiten in Schule und Universität. Dabei ermöglichen solche Experimente Lernenden eigenständige Erfahrungen mit neuen Fachinhalten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein lernerzentriertes und webbasiertes Angebot entwickelt, mit dem Lernende selbstständig Experimente zur Elektronenbewegung in Feldern durchführen können. Dabei wurden verschiedene Möglichkeiten zur Unterstützung der Lernprozesse, die der Einsatz digitaler Endgeräte mit sich bringt, realisiert - dies sind u.a. der Einsatz von Augmented Reality, ergänzenden Visualisierungen und automatisiertem Feedback. Doch über die Häufigkeit und die Art der Nutzung entsprechender Angebote in Schule und beim selbstständigen Lernen gibt es bisher nur wenige empirisch abgesicherte Erkenntnisse. Daher wurde hierzu eine Nutzungsanalyse mithilfe von Usertracking durchgeführt. Diese zeigt, dass das Angebot sowohl im Unterricht als auch beim selbstständigen Lernen sehr häufig genutzt wird, und deckt auf, welche Elemente zu einer intensiven Nutzung des Angebotes führen. Weiter wurde in einer Laborstudie die Wirkung von Multiplen Repräsentationen auf den Erfolg beim experimentellen Hypothesenprüfen und den wahrgenommenen Cognitive Load untersucht. Hier zeigte sich, dass integrierte, dynamisch verlinkte Repräsentationen die Nutzer unterstützen, aber keinen zusätzlichen Cognitive Load verursachen. Dies sollte bei der Gestaltung zukünftiger Angebote berücksichtigt werden.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 21
    Publication Date: 2023-02-01
    Description: Niedrige Studienerfolgsquoten in den Studiengängen Physik und Lehramt Physik sind sowohl aus bildungspolitischer und institutioneller Sicht als auch aus individueller Perspektive erfolglos Studierender eine Herausforderung. Bisher gibt es nur wenige empirische Studien, die Gründe für niedrige Studienerfolgsquoten bestimmen. Von dieser Situation ausgehend, zielte diese Arbeit auf die Erfassung domänenspezifischer Eingangsvoraussetzungen von Studienanfängerinnen und -anfängern, um daraus mögliche Prädiktoren für einen Studienerfolg zu bestimmen. Den Kern der Arbeit bildet die Konzeption und Evaluation eines Testinstruments zu Studieneingangsvoraussetzungen. Das Instrument umfasst einen Vorwissenstest in Mathematik und Physik sowie einen Test zu domänenspezifischen Verhaltensweisen und Einstellungen. Das selbstentwickelte Instrument wurde bei N = 116 Studierenden eingesetzt, um die Prognosekraft der gemessenen Konstrukte auf einen möglichen Studienerfolg zu schätzen. Dabei zeigte sich der Physikteil des Vorwissenstests in Verbindung mit der Hochschulzugangsberechtigungsnote als signifikanter Prädiktor für den Studienerfolg gemessen am Studienverbleib nach drei Semestern. Dieses Ergebnis stellt im Wesentlichen eine Replikation bereits bekannter Erkenntnisse dar. Es konnten erste Hinweise gefunden werden, dass sich lernzielorientierte Einstellungen positiv auf den Studienerfolg auswirken können.
    Keywords: Social Science ; Statistics ; Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JH Sociology & anthropology::JHB Sociology::JHBC Social research & statistics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 22
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Die Quantenphysik bildet schon heute das Fundament zahlreicher aktueller Technologien. Zukünftige Quantentechnologien, wie Quantencomputer, werden sowohl in der Industrie als auch für die Gesellschaft an Bedeutung gewinnen. In vielen nationalen und internationalen Schulcurricula ist die Quantenphysik als Thema für den Physikunterricht mittlerweile fest verankert. Aber trotz des enormen Bedeutungszuwachses von Quantentechnologien ist der Unterricht zur Quantenphysik an Schulen nach wie vor von semi-klassischen Modellen und quasi-historischen Zugängen geprägt, während moderne Begriffe der Quantenphysik häufig unberücksichtigt bleiben. Die Folge sind oft klassisch-mechanistisch geprägte Vorstellungen Lernender zur Quantenphysik. Hier setzt diese Arbeit an: mit dem Erlanger Unterrichtskonzept zur Quantenoptik wird ein Konzept vorgestellt, mit dem Lernende der gymnasialen Oberstufe Quanteneffekte anhand quantenoptischer Experimente kennen lernen. Konzepte der Quantenoptik, wie die Präparation von Quantenzuständen, die Antikorrelation am Strahlteiler und die Einzelphotoneninterferenz verhelfen Lernenden zu einem modernen Bild über Quantenphysik. Im Rahmen einer summativen Evaluation im Mixed-Methods-Design mit 171 Schülerinnen und Schülern zeigte sich, dass Lernende mit dem Erlanger Unterrichtskonzept zu quantenphysikalisch dominierten Vorstellungen gelangen und verbreitete Lernschwierigkeiten vermieden werden können.
    Keywords: Science ; Science ; Physics ; Technology & Engineering ; Agriculture ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TV Agriculture and farming
    Language: German
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  • 23
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Sound power describes the emission of sound from sound sources. Despite today's state-of-the art measurement techniques, the current sound power determination methods are restricted due to various limitations. To overcome these limitations, a new sound power determination method is proposed, aiming at the establishment of traceability in airborne sound. This will enable the characterization of a sound source by its free field sound power. The dissertation describes a study on the dissemination process, which will allow the sound power of a device under test located at a real surrounding environment, to be referred to its free field sound power. Apart from the sound power, the corresponding uncertainty may be estimated in a transparent way, where each uncertainty component is provided. The basic tool for the dissemination process is the substitution method using aerodynamic reference sound sources, applied to both sound pressure and sound intensity measurements. Initially, a theoretical investigation deals with the factors that influence the substitution method. Experimental results are then presented based on measurements using a specially designed scanning apparatus. The transition from calibration to in situ conditions and the required correction, due to changes in environmental and operational conditions, is then discussed. In the last section, the sound power level of devices under test is determined along with its related uncertainty, which is further compared to the up-to-date uncertainty values.
    Keywords: Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 24
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-11
    Description: Human sound localization helps to pay attention to spatially separated speakers using interaural level and time differences as well as angle-dependent monaural spectral cues. In a monophonic teleconference, for instance, it is much more difficult to distinguish between different speakers due to missing binaural cues. Spatial positioning of the speakers by means of binaural reproduction methods using head-related transfer functions (HRTFs) enhances speech comprehension. These HRTFs are influenced by the torso, head and ear geometry as they describe the propagation path of the sound from a source to the ear canal entrance. Through this geometry-dependency, the HRTF is directional and subject-dependent. To enable a sufficient reproduction, individual HRTFs should be used. However, it is tremendously difficult to measure these HRTFs. For this reason this thesis proposes approaches to adapt the HRTFs applying individual anthropometric dimensions of a user. Since localization at low frequencies is mainly influenced by the interaural time difference, two models to adapt this difference are developed and compared with existing models. Furthermore, two approaches to adapt the spectral cues at higher frequencies are studied, improved and compared. Although the localization performance with individualized HRTFs is slightly worse than with individual HRTFs, it is nevertheless still better than with non-individual HRTFs, taking into account the measurement effort.
    Keywords: Technology & Engineering ; Electronics ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TJ Electronics and communications engineering::TJF Electronics engineering ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 25
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-03-03
    Description: Bedingt durch die zunehmende Heterogenität der Studierendenschaft rücken die Studienschwierigkeiten in der Studieneingangsphase immer mehr in den Fokus naturwissenschaftsdidaktischer Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. In den bisherigen Untersuchungen werden die beim Übergang in die Hochschule auftretenden Lern-, Reflexions- und Entscheidungsprozesse allerdings kaum betrachtet. Vor diesem Hintergrund beschreibt die vorliegende Arbeit anhand des Lernzentrums 'Physiktreff' an der Universität Paderborn die evidenzbasierte Entwicklung und Gestaltung geeigneter Unterstützungsmaßnahmen. Das Maßnahmenpaket des universitären Lernzentrums 'Physiktreff' wurde mit einem Design-Based-Research-Ansatz in mehreren Zyklen entwickelt und mithilfe von schriftlichen Fragebogenerhebungen und leitfadengestützten Interviews evaluiert. Die Analyse von Nutzungstypen stellte je nach Typ unterschiedliche Wirkungen des 'Physiktreffs' fest, z.B. zeigt der 'Physiktreff' Wirkungen in transitionsbedingten Krisen und bei der Vorbereitung auf Prüfungen. Außerdem konnte eine zunächst theoretisch begründete Modellierung der Prozesse in der Studieneingangsphase empirisch fundiert werden.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; Psychology ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JM Psychology
    Language: German
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  • 26
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Naturwissenschaftliche Grundbildung im Sinne der Scientific Literacy umfasst das Erlernen inhaltlicher Konzepte sowie naturwissenschaftlicher Denk-, Arbeitsu- und Handlungsweisen. Auch in der Sachunterrichtsdidaktik werden entsprechende Ziele formuliert. Fachdidaktische und entwicklungspsychologische Forschungsergebnisse zeigen, dass Grundschulkinder systematische Strategien der Hypothesenprüfung (Variablenisolation und -kontrolle) erlernen können. Dabei scheint die Unterstützungsmaßnahme des Modeling besonders geeignet. In einem Prä-Post-Follow-up-Design mit Baseline wurden unter Kontrolle der Lernvoraussetzungen die Auswirkungen einer Förderung des Verständnisses der Variablenkontrolle im Kontext Magnetismus durch Modeling im Vergleich zu einem am Offenen Experimentieren orientierten Lernsetting auf (1) eigenständiges Bewerten und Entwickeln von Experimenten, (2) Transferfähigkeit, (3) Entwicklung, Durchführung und Bewertung eigener Experimente, (4) Qualität bzgl. des erreichten Niveaus der Experimente und (5) motivationale Schülermerkmale geprüft. Zur differenzierten Erfassung kamen ein Paper-Pencil-Test und ein videographiertes Interview zum Einsatz. Es konnte gezeigt werden, dass (1) beide Gruppen von der Intervention profitierten, die Daten einer Baseline jedoch auf einen Testwiederholungseffekt hindeuteten. Einflüsse der Intervention auf die anderen Bereiche konnten nachgewiesen werden. Eine Förderung durch Modeling wirkte sich auf alle vier genannten Bereiche (2)-(5) positiv aus.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 27
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-14
    Description: The exchange of orbit information is becoming more important in view of the increasing population of objects in space as well as the increase in parties involved in space operations. The aim of this thesis was to investigate how orbit information maintained by a space surveillance system can be provided to its users. Services like collision avoidance require very accurate information, while other services might be less stringent. An approach was studied, which allows to derive orbit and covariance information of predetermined accuracy from a reference orbit. Using Chebyshev polynomials, continuous state vector and covariance matrix information can be provided. The major advantage is that no inter- or extrapolation on the user's side is required. A method to reduce the data amount by interpolating the variance envelope functions was also studied. The proposed method in this thesis gives access to highly accurate information from the catalogue, where this information is required. On the other hand it can also provide less accurate information, where requirements are less restrictive, thereby allowing for a significantly reduced amount of data to be transferred and stored.
    Keywords: Computers ; Computer Science ; Technology & Engineering ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::U Computing and Information Technology::UY Computer science ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TB Technology: general issues ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 28
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Für Studiengänge an deutschen Hochschulen wird heute meistens eine Orientierung an Kompetenzen eingefordert. Die zur Messung dieser Kompetenzen nötigen Testinstrumente fehlen aber weitestgehend. Im Kooperationsprojekt "Ko-WADiS", in dem diese Studie angesiedelt war, wurde ein Kompetenztest zur naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung entwickelt. Erkenntnisgewinnung wird dabei als ein komplexer Problemlöseprozess im Sinne des Scientific Reasoning angesehen. Auf Grundlage dieser theoretischen Überlegungen wurden zunächst ein Kompetenzmodell adaptiert und Items entwickelt. Für diese Studie wurde der Kompetenztest in einer querschnittlichen Untersuchung bei Studierenden der Physik eingesetzt. Die empirischen Ergebnisse deuten auf die beste Passung eines eindimensionalen Modells hin. Auf Basis dieses Modells wurden weitere Analysen vorgenommen. Hierbei wird deutlich, dass erwartungskonform Masterstudierende einen höheren Kompetenzstand als Bachelorstudierende haben. Gleichzeitig gibt es Evidenz für einen signifikanten Vorteil der Fachstudierenden im Vergleich zu den Lehramtsstudierenden. Keine Vorteile zeigen sich hingegen für Lehramtsstudierende der Physik mit einem weiteren naturwissenschaftlichen Fach.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 29
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-03-03
    Description: Die Einstellung von Lehrkräften bestimmt deren Handeln mit. Die vorliegende Studie befasst sich mit dem Nutzungsverhalten und der Einstellung von Physiklehrkräften bzgl. Computern und Neuen Medien im unterrichtlichen Zusammenhang. Außerdem werden die Einstellung und Einschätzung von Schülerinnen und Schülern zu diesem Thema untersucht. Methodisch wurden dazu sowohl quantitative Analysemethoden auf Basis von Fragebögen, als auch qualitative Methoden wie halboffene Interviews genutzt und kombiniert. Durch die explorative Untersuchung konnte festgestellt werden, dass sich die Einstellung zum Computereinsatz im Physikunterricht in sechs Dimensionen beschreiben lässt, auf deren Basis die Lehrkräfte in fünf Gruppen klassifiziert werden: Verhinderte Nutzer, Neugierige, Computerenthusiasten, Realisten und Meider. Für jede dieser Gruppen lassen sich unterschiedliche Handlungsempfehlungen formulieren, um den Einsatz Neuer Medien bei Physiklehrkräften zu fördern.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 30
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-14
    Description: Orbital debris is becoming an increasing problem for space flight missions. New satellite launches, explosions, collisions and other events cause a steady rise in the number of objects orbiting the Earth. It is therefore important to determine the future development of the object population, as well as the effectiveness of debris mitigation measures, in long-term simulations. Orbital propagation, the calculation of an object's movement in its orbit, poses a challenge for this research due to the high computation times of the complex perturbation models involved. With populations consisting of hundreds of thousands of objects as well as simulation time frames of up to 200 years, these calculations can take up hours of computation time. To speed up this process, the analytical propagator Ikebana is introduced in this work of applied computer science in engineering. The program runs on graphics processing units, hardware designed for massively parallel execution of up to thousands of concurrent threads. This reduces the overall run time for large object populations from hours to minutes. Porting software from a conventional CPU is not a trivial task and involves a number of potential pitfalls and optimization opportunities which are detailed in this work. The propagator is integrated into other applications via a generic, multi-platform interface specifically designed for this task. It allows to develop the propagator separately and integrate it into other tools as a plugin at run time. The interface's architecture serves as a design template for analytical propagation software.
    Keywords: Computers ; Computer Science ; Technology & Engineering ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::U Computing and Information Technology::UY Computer science ; thema EDItEUR::T Technology, Engineering, Agriculture, Industrial processes::TB Technology: general issues ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 31
    Publication Date: 2023-11-15
    Description: Die Didaktik der Physik ist im deutschsprachigen Raum mittlerweile fest etabliert. Ihre Akteur_innen haben ein Selbstverständnis als eigene wissenschaftliche Disziplin entwickelt, die eigene Forschungsfelder und -fragestellungen in den Fokus nimmt und mit spezifischen Forschungsformaten und -methoden untersucht. Die Forschungsaktivität in dieser Disziplin nimmt seit Jahren stetig zu und differenziert sich inhaltlich immer stärker aus, so dass es in der Didaktik der Physik kaum noch möglich ist, einen Überblick über alle Entwicklungen zu behalten. Zugleich sind die eigenen ideengeschichtlichen Wurzeln dieser Disziplin im aktuellen Forschungsbetrieb nicht mehr sehr präsent. Gerade Nachwuchswissenschaftler_innen sind sie nicht immer bewusst. Als Ergebnis einer über 3 Jahren dauernden Delphi-Studie legen wir in diesem Band eine Sammlung von Verweisen auf grundlegende und wegweisende Literatur der Physikdidaktik vor, die von Expert_innen jeweils kurz in den wissenschaftshistorischen Kontext eingeordnet werden. Es handelt sich hier nicht um ein Lehrbuch, sondern um eine Ressource, die die die historische Vielfalt physikdidaktischer Denk- und Forschungsansätze kompakt zugänglich macht und die zur Reflexion über die Fachdidaktik und ihr Selbstverständnis als wissenschaftliche Disziplin anregen soll. Sie möchte auf sinnvolle und ökonomische Weise die historische »Werdung« der Physikdidaktik nahebringen.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 32
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-02
    Description: Flipped Classroom ist eine innovative Unterrichtsmethode, bei der sich Schülerinnen und Schüler zuhause mit Lernvideos auf den Unterricht vorbereiten. Im Unterricht selbst steht dann die Anwendung und Vertiefung des Wissens in kooperativen Lernsettings im Vordergrund. Wissenschaftlich ist der Einsatz dieser Methode im deutschen Schulunterricht bislang nicht untersucht worden, auch nicht im Physikunterricht. Haben die Schülerinnen und Schüler hier einen höheren Lernzuwachs? Ändern sich das Selbstkonzept, das Fachinteresse und die Motivation? Welche Rolle spielt dabei das Leistungsvermögen oder das Geschlecht? Die vorliegende quasi-experimentelle Interventionsstudie im Pre-/Postdesign mit Kontrollgruppe untersuchte den Einsatz des Flipped Classroom im Physikunterricht. Dabei zeigten sich positive Effekte auf den Lernerfolg sowie teilweise auf affektive Lernmerkmale. Motivational profitierten vor allem die Mädchen vom Flipped Classroom, die Jungen hingegen verbesserten deutlich ihre Hausaufgabendisziplin.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 33
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    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2023-02-01
    Description: In fachdidaktischen Interventionsstudien wird Unterricht auf Basis neu entwickelter Unterrichtskonzepte öfter mit "traditionellem Unterricht" verglichen. Eine vertiefte Auseinandersetzung mit "traditionellem Unterricht" bei Interventionsstudien ermöglicht einen differenzierteren Blick auf deren Ergebnisse, aber auch ein tieferes Verständnis von Akzeptanzhürden, die bei der Umsetzung neuer Unterrichtskonzepte auftreten können. In dieser Studie wurde daher der Anfangs-Elektrizitäts -lehreunterricht von 32 Lehrkräften in Bayern, Hessen und Österreich beleuchtet: Einerseits wurden Elemente der individuell umgesetzten Sachstruktur der Lehrkräfte mithilfe von Logbüchern und Schülerheften rekonstruiert. Andererseits wurde der Zusammenhang zwischen ausgewählten Lehrkräfte- und Schülervariablen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich für die Auswahl und Abfolge von Fachinhalten und den Einsatz von Analogiemodellen einige Muster identifizieren lassen, denen ein Großteil der Lehrkräfte folgte. Im Zuge von Mehrebenenanalysen konnten die erhobenen Aspekte des Professionswissens der Lehrkräfte in einer Betrachtung des Gesamtsamples der Lernenden nicht als Prädiktor für fachlichen Lernerfolg identifiziert werden, jedoch für das Sub-Sample der Lehrkräfte mit weniger als zehn Dienstjahren. Für die Entwicklung des Fachinteresses und des physikbezogenen Selbstkonzepts der Lernenden stellten sich die epistemologischen Vorstellungen und die Selbstwirksamkeitserwartung der Lehrkräfte im Umgang mit Schülervorstellungen als Prädiktoren heraus.
    Keywords: Education ; Science ; Physics ; bic Book Industry Communication::J Society & social sciences::JN Education ; bic Book Industry Communication::P Mathematics & science::PH Physics
    Language: German
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  • 34
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Eine lernendenorientierte und adaptive Gestaltung von Unterricht erfordert von den Lehrkräften, dass sie vorhandene Kompetenzen und Lernprozesse der Schülerinnen und Schüler diagnostizieren. Außerdem müssen sie die Anforderungen von Aufgaben mit Blick auf deren Passung zu den Lernprozessen der Schülerinnen und Schüler analysieren können. Eine derart verstandene "diagnostische Kompetenz" wird als zentrales Professionalisierungsziel von Lehrkräften angesehen. Vor diesem Hintergrund wurden die diagnostischen Prozesse von acht Studierenden mit den Fächern Physik und Mathematik in zwei aufeinander folgenden Lehrveranstaltungen zur Diagnostik untersucht, um Potentiale und Lernhindernisse im Kompetenzaufbau zu identifizieren. In beiden Veranstaltungen bildeten Vignetten von Lernprozessen den Ausgangspunkt für studentische Diagnosen. Forschungsgegenstand waren u.a. schriftliche Diagnosen der Studierenden im Prä-Post-Vergleich sowie auf Video aufgezeichnete studentische Diskurse bei der Diagnose von Lernprozessen der Schülerinnen und Schüler. Die Analysen erfassen u.a., auf welche Komponenten eines Diagnoseprozesses die Studierenden in welcher Weise Bezug nehmen und welche (fach-) didaktischen überlegungen bzw. Theoriebezüge sie in ihren Diagnosen als Referenzpunkte nutzen. Die Ergebnisse zeigen, dass auf struktureller Ebene zwar alle Komponenten thematisiert, aber inhaltlich nicht entlang einer typischen Abfolge miteinander verbunden werden. Trotz inhaltlicher Prompts wird nur selten explizit auf Theoriebezüge zurückgegriffen.
    Keywords: Mathematics ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PB Mathematics ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 35
    Publication Date: 2024-03-29
    Description: Niedrige Studienerfolgsquoten in den Studiengängen Physik und Lehramt Physik sind sowohl aus bildungspolitischer und institutioneller Sicht als auch aus individueller Perspektive erfolglos Studierender eine Herausforderung. Bisher gibt es nur wenige empirische Studien, die Gründe für niedrige Studienerfolgsquoten bestimmen. Von dieser Situation ausgehend, zielte diese Arbeit auf die Erfassung domänenspezifischer Eingangsvoraussetzungen von Studienanfängerinnen und -anfängern, um daraus mögliche Prädiktoren für einen Studienerfolg zu bestimmen. Den Kern der Arbeit bildet die Konzeption und Evaluation eines Testinstruments zu Studieneingangsvoraussetzungen. Das Instrument umfasst einen Vorwissenstest in Mathematik und Physik sowie einen Test zu domänenspezifischen Verhaltensweisen und Einstellungen. Das selbstentwickelte Instrument wurde bei N = 116 Studierenden eingesetzt, um die Prognosekraft der gemessenen Konstrukte auf einen möglichen Studienerfolg zu schätzen. Dabei zeigte sich der Physikteil des Vorwissenstests in Verbindung mit der Hochschulzugangsberechtigungsnote als signifikanter Prädiktor für den Studienerfolg gemessen am Studienverbleib nach drei Semestern. Dieses Ergebnis stellt im Wesentlichen eine Replikation bereits bekannter Erkenntnisse dar. Es konnten erste Hinweise gefunden werden, dass sich lernzielorientierte Einstellungen positiv auf den Studienerfolg auswirken können.
    Keywords: Social Science ; Statistics ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JH Sociology and anthropology::JHB Sociology::JHBC Social research and statistics ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 36
    facet.materialart.
    Unknown
    Logos Verlag Berlin | Logos Verlag Berlin
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Die Teilchenphysik als Teilgebiet der modernen Physik gewinnt zunehmend an Bedeutung im schulischen Physikunterricht. In dieser Arbeit wird erstmalig das von Lehrkräften benötigte Fachwissen zur Teilchenphysik modelliert, wobei Fachwissen als ein Teil des Professionswissens verstanden wird. Als Fachwissensdimensionen werden die Inhaltsbereiche und die Wissensarten in den Fokus genommen, für welche jeweils Subfacetten identifiziert und präzise beschrieben werden. Nach einem überblick über die wesentlichen Ideen der Teilchenphysik wird in der Arbeit die sukzessive Modellierung des Fachwissens im Rahmen einer qualitativ und quantitativ angelegten Delphi-Studie vorgestellt. In drei Befragungsrunden wurden zwischen 35 und 65 internationale Expertinnen und Experten aus der teilchenphysikbezogenen Forschung (Fachwissenschaft und Fachdidaktik) und öffentlichkeitsarbeit (u.a. Wissenschaftsjournalismus) sowie erfahrene Lehrkräfte zu den für das Fachwissen relevanten Themen der Teilchenphysik befragt. Empirische Analysen der Befragungsrunden ergaben, dass sich die Dimension Inhaltsbereiche im deklarativen Wissen aus zehn teilchenphysikalischen Themen (z.B. Teilchen in der Hochenergiephysik, die vier fundamentalen Wechselwirkungen) zusammensetzt, von welchen sechs als besonders relevant eingeschätzt wurden. Im Anschluss an die letzte Befragungsrunde wurde theoriegeleitet eine erste Modellierung der Inhaltsbereiche für die Wissensarten des prozeduralen und konditionalen Wissens vorgenommen.
    Keywords: Science ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: English
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  • 37
    Publication Date: 2024-04-04
    Description: Ein zentrales Ziel der fachdidaktischen Forschung stellt die Verbesserung schulischen Unterrichts dar. Eine Transferstrategie zur flächendeckenden Verbreitung wissenschaftlicher Erkenntnisse bildet die Bereitstellung evidenzbasierter, innovativer materialgestützter Unterrichtskonzeptionen. Allerdings fällt das Materialnutzungsverhalten von Lehrkräften individuell sehr unterschiedlich aus, wobei das Zusammenspiel verschiedener Einflussfaktoren auf die Materialnutzung bislang wenig erforscht ist. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, dieses Wirkgefüge unter authentischen Bedingungen genauer zu untersuchen. Dazu wurde kriteriengeleitet eine evidenzbasierte, fachdidaktisch innovative Unterrichtskonzeption ausgewählt (das Münchener Unterrichtskonzept zur Quantenmechanik) und den teilnehmenden Lehrkräften fakultativ zur Verfügung gestellt. Mittels eines qualitativen Forschungsansatzes wurden elf Lehrkräfte bei der Implementierung des Konzepts durch ein Interview zu Beginn und am Ende einer Unterrichtsreihe zur Quantenmechanik sowie zwei Unterrichtsbeobachtungen mit je einem anschließenden stimulated recall begleitet. Aus den Ergebnissen folgt, dass die Probanden sich überwiegend heuristisch mit der Konzeption auseinandersetzten und lediglich Elemente auf Sichtstrukturebene implementierten. Das nachgewiesene Wirksamkeitspotential von evidenzbasierten, innovativen Unterrichtskonzeptionen scheint sich folglich lediglich unter bestimmten Bedingungsfaktoren zu entfalten.
    Keywords: Science ; Education ; Science ; Physics ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PD Science: general issues ; thema EDItEUR::J Society and Social Sciences::JN Education ; thema EDItEUR::P Mathematics and Science::PH Physics
    Language: German
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  • 38
    Publication Date: 2017-04-03
    Description: (extended abstract)
    Description: INGV, Regione Sicilia, Ministero Sviluppo Economico
    Description: Published
    Description: Ettore Majorana Foundation and Centre for Scientific Culture, Erice, Sicily
    Description: 5.9. Formazione e informazione
    Description: open
    Keywords: Inertia ; Physics ; Fluid Dynamics ; 05. General::05.03. Educational, History of Science, Public Issues::05.03.99. General or miscellaneous ; 05. General::05.05. Mathematical geophysics::05.05.99. General or miscellaneous ; 05. General::05.09. Miscellaneous::05.09.99. General or miscellaneous
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: Extended abstract
    Location Call Number Expected Availability
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  • 39
    Publication Date: 2017-04-04
    Description: Volcanic emissions are considered one of the major natural sources of several trace metals (e.g. As, Cd, Cu, Pb, and Zn) to the atmosphere [Nriagu, 1989], and the geochemical cycles of these elements have to be considered strongly influenced by volcanic input. However, the accurate estimation of the global volcanic emissions of volatile trace metals into the atmosphere is still affected by a high level of uncertainty. The latter depends on the large variability in the emission of the different volcanoes, and on their changing stage of activity. Moreover, only few of the potential sources in the world have been directly measured [Hinkley et al. 1999]. Atmospheric deposition processes (wet and dry) are the pathways through which volcanic emissions return to the ground (soils, plants, aquifers), resulting in both harmful and beneficial effects [Baxter et al. 1982; Aiuppa et al. 2000; Brusca et al. 2001; Delmelle, 2003; Bellomo et al. 2007; Martin et al. 2009; Floor et al. 2011; Calabrese et al. 2011]. In the first part of this study we present the results of a literature review on trace metals emissions from active volcanoes around the world. In the second part, we present new data on the fluxes of the trace metals from Etna (Italy) and four active volcanoes in the world: Turrialba (Costarica), Nyiragongo (DRC), Mutnovsky and Gorely (Kamchatka). We found 27 publications (the first dating back to the 70’s), 13 of which relate to the Etna and the other include some of the world’s most active volcanoes: Mt. St. Helens, Erebus, Merapi, White Island, Kilauea, Popocatepetl, Galeras, Indonesian arc, Satasuma and Masaya. The review shows that currently there are very few data available, and that the most studied volcano is Mt. Etna. Using these data, we defined a range of fluxes for As, Ba, Bi, Cd, Cu, Fe, Mn, Pb, Se, V and Zn (Figure 1). To obtain new data we sampled particulate filters at the five above mentioned volcanoes. Filters were mineralized (acid digestion) and analyzed by ICP-MS. Sulphur to trace element ratios were related to sulphur fluxes to indirectly estimate trace elements fluxes. Etna confirms to be one of the greatest point sources in the world. The Nyiragongo results to be also a significant source of metals to the atmosphere, especially considering its persistent state of degassing from the lava lake. Also Turrialba and Gorely have high emission rates of trace metals considering the global range. Only Mutnovsky Volcano show values which are sometimes lower than the range obtained from the review, consistent with the fact that it is mainly a fumarolic field. This work highlights the need to expand the current dataset including many other active volcanoes for a better constraint of global trace metal fluxes from active volcanoes.
    Description: Published
    Description: Nicolosi (Catania)
    Description: 1.2. TTC - Sorveglianza geochimica delle aree vulcaniche attive
    Description: open
    Keywords: Volcanic degassing ; trace elements ; environmental impact of volcanic activity ; 01. Atmosphere::01.01. Atmosphere::01.01.07. Volcanic effects ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.08. Volcanic risk
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: Oral presentation
    Location Call Number Expected Availability
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  • 40
    Publication Date: 2017-04-04
    Description: Volcanic emissions represent one of the most relevant natural sources of trace elements to the troposphere, both during and between eruptions. Due to their potential toxicity they may have important environmental impacts from the local to the global scale. Mount Etna, the largest European volcano and one of the most active volcano in the world, covers an area of about 1250 km2 and reaches an altitude of about 3340 m. It has been persistently active during historical time, with frequent paroxysmal episodes separated by passive degassing periods. Atmospheric precipitation was collected approximately every two weeks, from April 2006 to December 2007, using a network of five rain gauges, located at various altitudes on the upper flanks around the summit craters of Etna Volcano. The collected samples were analysed for major (Ca, Mg, K, Na, F, SO4, Cl, NO3) and a large suite of trace elements (Ag, Al, As, Au, B, Ba, Be, Bi, Cd, Co, Cr, Cs, Cu, Fe, Hg, La, Li, Mn, Mo, Ni, Pb, Rb, Si, Sb, Sc, Se, Sr, Th, Ti, Tl, U, V, Zn) by using different techniques (IC, SPEC, ICP-MS and CV-AFS). The monitoring of atmospheric deposition gave the opportunity to occasionally sample volcanic fresh ashes emitted by the volcano during the paroxysmal events. This was possible because the network of five rain gauges were equipped with a filter-system to block the coarse material. In this way, more than twenty events of ashfall were collected. Unfortunately, only half of these samples were suitable for a complete chemical analysis, because of the small amount of sample. In order to obtain elemental chemical composition of ashes, powdered samples were analysed by a combination of methods, including X-ray Fluorescence Spectroscopy (XRF), total digestion followed by Inductively Coupled Plasma Emission Mass Spectrometry (ICP-MS), Instrumental Neutron Activation Analysis (INAA), and infrared detection (IR). The chemistry of rainwater reveals that most of the investigated elements have higher concentrations close to the emission vent of the volcano, confirming the prevailing volcanic contribution. Rainwater composition clearly reflects the volcanic plume input. Ash-normalised rainwater composition indicates a contrasting behaviour between volatile elements, which are highly-enriched in rainwater, and refractory elements, which have low rainwater/ash concentration ratios. The degree of interaction between collected ash and rainwater was variable, depending on several factors: (i) the length of the period in which tephra was present in the sampler (the ash fall may have occurred any day from the first to the last day of the rain collecting period); (ii) the amount of rainwater fallen on the collectors after the ash-fall event, and its acidity; (iii) the granulometry of the ash samples that was widely variable (from few centimetres to micrometric particles) increasing the interaction with decreasing dimensions of the grains; (iv) the distance of collector with respect to the craters. In order to investigate the role of volcanic ash on the evolution of the rainwater chemistry, absolute concentrations of rain and ash were plotted in binary plot diagrams (Figure 1). Each diagram corresponds to a single event, and pH and TDS of the solution collected is reported. The diagonal bars in the diagrams represent the rain/ash ratios (1:1 and 1:10000). The results confirm that sulphate and halide salt aerosols are adsorbed onto ash particles, and their rate of dissolution in rainwater depends on solubility. Moreover, rapid chemical weathering of the silicate glass by volcanic acid (SO2, HCl and HF) can also explain the enrichment of several refractory elements (Na, K, Ca, Mg, Si, Al, Fe, Ti, Sc). Our observations highlight how explosive activity can increase enormously the deposition rate of several chemical elements, up to several km away from the emission vents.
    Description: Published
    Description: Nicolosi (Catania)
    Description: 1.2. TTC - Sorveglianza geochimica delle aree vulcaniche attive
    Description: open
    Keywords: volcanic ash ; trace elements ; environmental impact of volcanic activity ; rainwater chemistry ; 01. Atmosphere::01.01. Atmosphere::01.01.07. Volcanic effects ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.08. Volcanic risk
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: Extended abstract
    Location Call Number Expected Availability
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  • 41
    Publication Date: 2020-11-12
    Description: Fluid geochemistry monitoring in the Azores involves the regular sampling and analysis of gas discharges from fumaroles and measurements of CO2 diffuse soil gas emissions. Main degassing areas under monitoring are associated with hydrothermal systems of active central volcanoes in S. Miguel, Terceira and Graciosa islands. Fumarole discharge analysis since 1991 show that apart from steam these gas emissions are CO2 dominated with H2S, H2, CH4 and N2 in minor amounts. Mapping of CO2 diffuse soil emissions in S. Miguel Island lead to the conclusion that some inhabited areas are located within hazard-zones. At Furnas village, inside Furnas volcano caldera, about 62% of the 896 houses are within the CO2 anomaly, 5% being in areas of moderate to high risk. At Ribeira Seca, on the north flank of Fogo volcano, few family houses were evacuated when CO2 concentrations in the air reached 8 mol%. To assess and analyse the CO2 soil flux emissions, continuous monitoring stations were installed in S. Miguel (2), Terceira and Graciosa islands. The statistical analysis of the data showed that some meteorological parameters influence the CO2 flux. The average of CO2 flux in S. Miguel stations ranges from 250 g/m2/d at Furnas volcano to 530 g/m2/d at Fogo volcano. At Terceira Island it is about 330 g/m2/d and at Graciosa 4400 g/m2/d.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: volcanology ; geochemistry ; soil degassing ; monitoring ; risk ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.06. Volcano monitoring
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 1386709 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 42
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: Noble gas solubility in silicate melts and glasses has gained a crucial role in Earth Sciences investigations and in the studies of non-crystalline materials on a micro to a macro-scale. Due to their special geochemical features, noble gases are in fact ideal tracers of magma degassing. Their inert nature also allows them to be used to probe the structure of silicate melts. Owing to the development of modern high pressure and temperature technologies, a large number of experimental investigations have been performed on this subject in recent times. This paper reviews the related literature, and tries to define our present state of knowledge, the problems encountered in the experimental procedures and the theoretical questions which remain unresolved. Throughout the manuscript I will also try to show how the thermodynamic and structural interpretations of the growing experimental dataset are greatly improving our understanding of the dissolution mechanisms, although there are still several points under discussion. Our improved capability of predicting noble gas solubilities in conditions closer to those found in magma has allowed scientists to develop quantitative models of magma degassing, which provide constraints on a number of questions of geological impact. Despite these recent improvements, noble gas solubility in more complex systems involving the main volatiles in magmas, is poorly known and a lot of work must be done. Expertise from other fields would be extremely valuable to upcoming research, thus focus should be placed on the structural aspects and the practical and commercial interests of the study of noble gas solubility.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: noble gases ; solubility ; degassing ; silicate melts ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 1001374 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 43
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: We present an empirical model of sulphur solubility that allows us to calculate f S2 if P, T, fO2 and the melt composition, including H2O and S, are known. The model is calibrated against three main experimental data bases consisting in both dry and hydrous silicate melts. Its prime goal is to calculate the f S2 of hydrous basalts that currently lack experimental constraints of their sulphur solubility behaviour. Application of the model to Stromboli, Vesuvius, Vulcano and Etna eruptive products shows that the primitive magmas found at these volcanoes record f S2 in the range 0.1-1 bar. In contrast, at all volcanoes the magmatic evolution is marked by dramatic variations in f S2 that spreads over up to 9 orders of magnitude. The f S2 can either increase during differentiation or decrease during decompression to shallow reservoirs, and seems to be related to closed versus open conduit conditions, respectively. The calculated f S2 shows that the Italian magmas are undersaturated in a FeS melt, except during closed conduit conditions, in which case differentiation may eventually reach conditions of sulphide melt saturation. The knowledge of f S2, fO2 and fH2O allows us to calculate the fluid phase composition coexisting with magmas at depth in the C-O-H-S system. Calculated fluids show a wide range in composition, with CO2 mole fractions of up to 0.97. Except at shallow levels, the fluid phase is generally dominated by CO2 and H2O species, the mole fractions of SO2 and H2S rarely exceeding 0.05 each. The comparison between calculated fluid compositions and volcanic gases shows that such an approach should provide constraints on both the depth and mode of degassing, as well as on the amount of free fluid in magma reservoirs. Under the assumption of a single step separation of the gas phase in a closed-system condition, the application to Stromboli and Etna suggests that the main reservoirs feeding the eruptions and persistent volcanic plumes at these volcanoes might contain as much as 5 wt% of a free fluid phase. Consideration of the magma budget needed to balance the amounts of volatiles emitted in the light of these results shows that the amount of nonerupted magma could be overestimated by as much as one order of magnitude.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: sulphur ; hydrous basalts ; volcanic gas ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.03. Magmas ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.07. Instruments and techniques
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 886598 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 44
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: A compendium of diffusion measurements and their Arrhenius equations for water, carbon dioxide, sulfur, fluorine, and chlorine in silicate melts similar in composition to natural igneous rocks is presented. Water diffusion in silicic melts is well studied and understood, however little data exists for melts of intermediate to basic compositions. The data demonstrate that both the water concentration and the anhydrous melt composition affect the diffusion coefficient of water. Carbon dioxide diffusion appears only weakly dependent, at most, on the volatilefree melt composition and no effect of carbon dioxide concentration has been observed, although few experiments have been performed. Based upon one study, the addition of water to rhyolitic melts increases carbon dioxide diffusion by orders of magnitude to values similar to that of 6 wt% water. Sulfur diffusion in intermediate to silicic melts depends upon the anhydrous melt composition and the water concentration. In water-bearing silicic melts sulfur diffuses 2 to 3 orders of magnitude slower than water. Chlorine diffusion is affected by both water concentration and anhydrous melt composition; its values are typically between those of water and sulfur. Information on fluorine diffusion is rare, but the volatile-free melt composition exerts a strong control on its diffusion. At the present time the diffusion of water, carbon dioxide, sulfur and chlorine can be estimated in silicic melts at magmatic temperatures. The diffusion of water and carbon dioxide in basic to intermediate melts is only known at a limited set of temperatures and compositions. The diffusion data for rhyolitic melts at 800°C together with a standard model for the enrichment of incompatible elements in front of growing crystals demonstrate that rapid crystal growth, greater than 10-10 ms-1, can significantly increase the volatile concentrations at the crystal-melt interface and that any of that melt trapped by the formation of melt inclusions may not be representative of the bulk melt. However, basaltic melt inclusions trapped at 1300°C are more likely to contain bulk melt concentrations of water and carbon dioxide.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: diffusion ; silicate melts ; volatiles ; water ; carbon dioxide ; sulfur ; fluorine ; igneous processes ; chlorine ; melt inclusion ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.03. Magmas
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 1827621 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 45
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: We have characterized the textures of pumice clasts from Phlegraean Fields to gain insights into the conduit flow-dynamics of alkaline explosive eruptions. Vesicularities, vesicle number densities, and vesicle sizes and shapes were measured to obtain the bulk and groundmass properties of the juvenile fraction of Campanian Ignimbrite (CI) and Agnano Monte Spina (AMS) eruptions. The results report the coexistence of three end-member pumice types in the deposits of both eruptions, 1) microvesicular, 2) tube and 3) expanded, which differ according to clast morphology and the macro- to microscopic vesicle texture. Vesicularities (0.85-0.94 for CI, 0.51-0.91 for AMS) and vesicle number densities (2-4×105 cm-2 in CI, 3×105-106 cm-2 in AMS) span quite a wide range in all the three pumice types. Overall, tube pumices exhibit the highest bulk (0.89) and groundmass (CI 0.85, AMS 0.82) average vesicle volume fractions but the lowest average vesicle number densities (CI 2×105, AMS 4×105 cm-2). Comparison with textures of calc-alkaline pumices has revealed many similarities and points to a common origin and distribution of the products from both magma compositions within the volcanic conduit. In addition, the results of the textural analysis were interpreted in the light of the conduit flow modeling of Phlegraean Fields eruptions. The comparison of textural observations with results from simulations of conduit magma ascent has exhibited a good agreement between measured and numerically calculated vesicularities for both compositions, helping to constrain the overall dynamics of alkaline versus calc-alkaline eruptions.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: Phlegraean Fields ; Plinian eruptions ; vesicle textures ; magma ascent dynamics ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.05. Volcanic rocks ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.07. Instruments and techniques
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 522810 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 46
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: Volatile components in magma strongly influence many physical properties of melts and minerals. The temperature resolved degassing analysis of volcanic crystalline and vitreous rocks gives detailed information about volatile compounds in the melt. Aspecial high-temperature mass-spectrometry device in combination with a thermo-balance allows a quantitative determination of different volatile species. It enables a differentiation between the primary gas content in the magma and the gas released from decomposition of secondary alteration products. The gas release profiles give the following indications: i) during the littoral explosions of Pahoehoe lava the content of volatiles is not changed by interaction with air or sea water; ii) the degassing profiles of vitreous black sand verify the primary content of volatiles in the erupted melt, only CO2 was detected; iii) the oxygen release profile gives significant indications for oxygen undersaturation of the erupted magma; iv) remelting of black sand in air at 1450°C for 0.45 h causes an oxygen saturation of the basaltic melt; v) remelting of black sand in argon atmosphere confirms the oxygen undersaturation of the melt; vi) remelting of black sand-black shale mixtures affects a significant change in the degassing profiles, especially in CO2-release. With the first investigations we can demonstrate that gas release curves of volcanic rocks are qualified for a) detection of the primary gas content of erupted magma; b) detection of alteration processes of the igneous glass; c) detection of contamination of the magma with adjacent rocks.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: volatiles ; magmatic rocks ; basaltic glass ; degassing ; Hawaiian lava ; remelting ; blacksand ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.03. Magmas
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 1763865 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 47
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: The EQ3/6 software package, version 7.2 was successfully used to model scrubbing of magmatic gas by pure water at 0.1 MPa, in the liquid and liquid-plus-gas regions. Some post-calculations were necessary to account for gas separation effects. In these post-calculations, redox potential was considered to be fixed by precipitation of crystalline a-sulfur, a ubiquitous and precocious process. As geochemical modeling is constrained by conservation of enthalpy upon water-gas mixing, the enthalpies of the gas species of interest were reviewed, adopting as reference state the liquid phase at the triple point. Our results confirm that significant emissions of highly acidic gas species (SO2(g), HCl(g), and HF(g)) are prevented by scrubbing, until dry conditions are established, at least locally. Nevertheless important outgassing of HCl(g) can take place from acid, HCl-rich brines. Moreover, these findings support the rule of thumb which is generally used to distinguish SO2-, HCl-, and HF-bearing magmatic gases from SO2-, HCl-, and HF-free hydrothermal gases.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: magmatic gas ; magma degassing ; hydrothermalsystem ; crater lake ; meteoric water ; scrubbing ; reaction path modeling ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 1092009 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 48
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: An overview of novel laser techniques suitable for volcanic monitoring, based on different kinds of infrared laser sources, is presented. Their main advantages and drawbacks are discussed focusing on the achievable sensitivity and precision levels in analysis of gaseous species. Some of the most recent experimental results obtained in laboratory development as well as in field tests of home-built laser spectrometers are reported. New perspectives in optical devices aimed at geochemical and geophysical applications are also considered.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: diode laser ; absorption spectroscopy ; optical fiber ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.07. Instruments and techniques
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 701200 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 49
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: Thermodynamic modelling of magmatic gases shows that SiF4 may be an important F-bearing species at the high pressures typical of magma reservoirs. Upon decompression during degassing, SiF4 will react with water vapour to form HF and silica. Common magmatic gases of high-T fumaroles seem to contain too little SiF4 to be a significant source of silica, except if extremely large amounts of gas percolate through a small volume of rock, as is the case in lava domes. Only if fluorine contents of the gases exceed 1 mol% detectable amounts of silica may be formed, but such high fluorine contents have not yet been observed in natural gases. Alternatively, silica may be formed by heating of cool SiF4-rich gases circulating in cooling lava bodies. We suggest that these mechanisms may be responsible for the deposition of crystalline silica, most probably cristobalite, observed in vesicles in lavas from Lewotolo volcano (Eastern Sunda Arc, Indonesia). Silica occurs as vapour-crystallised patches in vesicles, and is sometimes associated with F-phlogopite, which further supports F-rich conditions during deposition. Because of the connection between F-rich conditions and high-K volcanism, we propose that late-stage gaseous transport and deposition of silica may be more widespread in K-rich volcanoes than elsewhere, and long-term exposure to ash from eruptions of such volcanoes could therefore carry an increased risk for respiratory diseases. The dependence of SiF4/HF on temperature reported here differs from the current calibration used for temperature measurements of fumarolic gases by remote sensing techniques, and we suggest an updated calibration.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: SiF4 ; vapour crystallisation ; silica ; degassing ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.04. Thermodynamics
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 1113892 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 50
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: An Eulerian model for passive gas dispersion based on the K-theory for turbulent diffusion, coupled with a mass consistent wind model is presented. The procedure can be used to forecast gas concentration over large and complex terrains. The input to the model includes the topography, wind measurements from meteorological stations, atmospheric stability information and gas flow rate from the ground sources. Here, this model is applied to study the distribution of the CO2 discharged from the hot sources of the Solfatara Volcano, Naples, Italy, where the input data were measured during a 15 day campaign in June 2001 carried out to test an Eddy Covariance (EC) station by Osservatorio Vesuviano-INGV, Naples.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: gas dispersion ; volcanic gas ; K-theory ; computer model ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 3930761 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 51
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: The paper addresses some fundamental aspects of the dynamics of dense granular flows down inclines relevant to pyroclastic density currents. A simple mechanistic framework is presented to analyze the dynamics of the frontal zone, with a focus on the establishment of conditions that promote air entrainment at the head of the current and motion-induced self-fluidization of the flow. The one-dimensional momentum balance on the current along the incline is considered under the hypothesis of strongly turbulent flow and pseudo-homogeneous behaviour of the two-phase gas-solid flow. Departures from one-dimensional flow in the frontal region are also analyzed and provide the key to the assessment of air cross-flow and fluidization of the solids in the head of the current. The conditions for the establishment of steady motion of pyroclastic flows down an incline, in either the fluidized or «dry» granular states, are examined.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: pyroclastic flow ; fluidization ; gravity current ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 666984 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 52
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: Phase equilibrium relationships in igneous systems can be estimated using empirical mathematical models based on multi-component regular solution formulae. Although these provide useable results within the fitted region, they can give very misleading values outside the compositional range of curve fitting. Moreover, they usually give poor estimates of the well-characterized melting relations of simple systems and do not relate to the large body of thermodynamic activity data available in the metallurgical literature, nor to spectroscopic, diffraction or computational models of silicate melt properties. The aim of this paper is to extend previous acid-base models of silicate melts and to use a quasi-chemical model to calculate the activities of quasi-chemical silicate mixing units, or structons, from combinations of the oxo-species used in quasi-chemical and polymer models to calculate oxide activities in metallurgy.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: silicate melt ; acid-base ; oxide melt ; thermodynamic properties ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.04. Thermodynamics
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 783539 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 53
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: The Thermodynamics of quasi-chemical and polymeric models are briefly reviewed. It is shown that the two classes are mutually consistent, and that opportune conversion of the existing quasi-chemical parameterization of binary interactions in MO-SiO2 joins to polymeric models may be afforded without substantial loss of precision. It is then shown that polymeric models are extremely useful in deciphering the structural and reactive properties of silicate melts and glasses. They not only allow the Lux-Flood character of the dissolved oxides to be established, but also discriminate subordinate strain energy contributions to the Gibbs free energy of mixing from the dominant chemical interaction terms. This discrimination means that important information on the short-, medium- and long-range periodicity of this class of substances can be retrieved from thermodynamic analysis. Lastly, it is suggested that an important step forward in deciphering the complex topology of the inhomogeneity ranges observed at high SiO2 content can be performed by applying SCMF theory and, particularly, Matsen-Schick spectral analysis, hitherto applied only to rubberlike materials.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: silicate melts ; structure ; entropy ; unmixing ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.04. Thermodynamics
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 1253221 bytes
    Format: application/pdf
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  • 54
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: In order to describe and quantify the reactivity of silicate melts, the ionic notation provided by the Temkin formalism has been historically accepted, giving rise to the study of melt chemical equilibria in terms of completely dissociated ionic species. Indeed, ionic modelling of melts works properly as long as the true extension of the anionic matrix is known. This information may be attained in the framework of the Toop-Samis (1962a,b) model, through a parameterisation of the acid-base properties of the dissolved oxides. Moreover, by combining the polymeric model of Toop and Samis with the «group basicity» concept of Duffy and Ingram (1973, 1974a,b, 1976) the bulk optical basicity (Duffy and Ingram, 1971; Duffy, 1992) of molten silicates and glasses can be split into two distinct contributions, i.e. the basicity of the dissolved basic oxides and the basicity of the polymeric units. Application to practical cases, such as the assessment of the oxidation state of iron, require bridging of the energetic gap between the standard state of completely dissociated component (Temkin standard state) and the standard state of pure melt component at P and T of interest. On this basis it is possible to set up a preliminary model for iron speciation in both anhydrous and hydrous aluminosilicate melts. In the case of hydrous melts, I introduce both acidic and basic dissociation of the water component, requiring the combined occurrence of H+ cations, OH- free anions and, to a very minor extent, of T-OH groups. The amphoteric behaviour of water revealed by this study is therefore in line with the earlier prediction of Fraser (1975).
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: polymerisation ; basicity ; oxidationstate ; water speciation ; Temkin model ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.04. Thermodynamics
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 1086720 bytes
    Format: application/pdf
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  • 55
    facet.materialart.
    Unknown
    INGV
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: The strong influence of physical conditions during magma formation on Fe equilibria offers a large variety of possibilities to deduce these conditions from Fe-bearing phases and phase assemblages found in magmatic rocks. Conditions of magma genesis and their evolution are of major interest for the understanding of volcanic eruptions. A brief overview on the most common methods used is given together with potential problems and limitations. Fe equilibria are not only sensitive to changes in intensive parameters (especially T and fO2) and extensive parameters like composition also have major effects, so that direct application of experimentally calibrated equilibria to natural systems is not always possible. Best estimates for pre-eruptive conditions are certainly achieved by studies that relate field observations directly to experimental observations for the composition of interest using as many constraints as possible (phase stability relations, Fe-Ti oxides, Fe partitioning between phases, Fe oxidation state in glass etc.). Local structural environment of Fe in silicate melts is an important parameter that is needed to understand the relationship between melt transport properties and melt structure. Assignment of Fe co-ordination and its relationship to the oxidation state seems not to be straightforward. In addition, there is considerable evidence that the co-ordination of Fe in glass differs from that in the melt, which has to be taken into account when linking melt structure to physical properties of silicate melts at T and P.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: iron ; silicate melt ; redox conditions ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.03. Magmas ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.04. Thermodynamics
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 659294 bytes
    Format: application/pdf
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  • 56
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: Experimental studies of Cl solubility in trachytic to phonolitic melts provide insights into the capacity of alkaline magmas to transport Cl from depth to the earths surface and atmosphere, and information on Cl solubility variations with pressure, temperature and melt or fluid composition is crucial for understanding the reasons for variations in Cl emissions at active volcanoes. This paper provides a brief review of Cl solubility experiments conducted on a range of trachytic to phonolitic melt compositions. Depending on the experimental conditions the melts studied were in equilibrium with either a Cl-bearing aqueous fluid or a subcritical assemblage of low- Cl aqueous fluid + Cl-rich brine. The nature of the fluid phase(s) was identified by examination of fluid inclusions present in run product glasses and the fluid bulk composition was calculated by mass balance. Chlorine concentrations in the glass increase with increasing Cl molality in the fluid phase until a plateau in Cl concentration is reached when melt coexists with aqueous fluid + brine. With fluids of similar Cl molality, higher Cl concentrations are observed in peralkaline phonolitic melts compared with peraluminous phonolitic melts; overall the Cl concentrations observed in phonolitic and trachytic melts are approximately twice those found in calcalkaline rhyolitic melts under similar conditions. The observed negative pressure dependence of Cl solubility implies that Cl contents of melts may actually increase during magma decompression if the magma coexists with aqueous fluid and Cl-rich brine (assuming melt-vapor equilibrium is maintained). The high Cl contents (approaching 1 wt% Cl) observed in some melts/glasses from the Vesuvius and Campi Flegrei areas suggest saturation with a Cl-rich brine prior to eruption.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: alkaline magmas ; solubility ; chlorine ; supercritical fluid ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.03. Magmas
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 1029893 bytes
    Format: application/pdf
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  • 57
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: The effect of pressure, temperature, and melt composition on CO2 and H2O solubilities in aluminosilicate melts, coexisting with CO2-H2O fluids, is discussed on the basis of previously published and new experimental data. The datasets have been chosen so that CO2 and H2O are the main fluid components and the conclusions are only valid for relatively oxidizing conditions. The most important parameters controlling the solubilities of H2O and CO2 are pressure and composition of melt and fluid. On the other hand, the effect of temperature on volatile solubilities is relatively small. At pressures up to 200 MPa, intermediate compositions such as dacite, in which both molecular CO2 and carbonate species can be dissolved, show higher volatile solubilities than rhyolite and basalt. At higher pressures (0.5 to 1 GPa), basaltic melts can incorporate higher amounts of carbon dioxide (by a factor of 2 to 3) than rhyolitic and dacitic melts. Henrian behavior is observed only for CO2 solubility in equilibrium with H2O-CO2 fluids at pressures 〈100 MPa, whereas at higher pressures CO2 solubility varies nonlinearly with CO2 fugacity. The positive deviation from linearity with almost constant CO2 solubility at low water activity indicates that dissolved water strongly enhances the solubility of CO2. Water always shows non-Henrian solubility behavior because of its complex dissolution mechanism (incorporation of OH-groups and H2O molecules in the melt). The model of Newman and Lowenstern (2002), in which ideal mixing between volatiles in both fluid and melt phases is assumed, reproduces adequately the experimental data for rhyolitic and basaltic compositions at pressures below 200 MPa but shows noticeable disagreement at higher pressures, especially for basalt. The empirical model of Liu et al. (2004) is applicable to rhyolitic melts in a wide range of pressure (0-500 MPa) and temperature (700- 1200°C) but cannot be used for other melt compositions. The thermodynamic approach of Papale (1999) allows to calculate the effect of melt composition on volatile solubilities but needs an update to account for more recent experimental data. A disadvantage of this model is that it is not available as a program code. The review indicates a crucial need of new experimental data for scarcely investigated field of pressures and fluid compositions and new models describing evident non-ideality of H-C-O fluid solubility in silicate melts at high pressures.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: CO2 ; H2O ; solubility ; mixed fluid ; silicate melt ; experimental data ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.03. Magmas
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 779665 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 58
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: Volcanic eruptions are unsteady multiphase phenomena, which encompass many inter-related processes across the whole range of scales from molecular and microscopic to macroscopic, synoptic and global. We provide an overview of recent advances in numerical modelling of volcanic effects, from conduit and eruption column processes to those on the Earth s climate. Conduit flow models examine ascent dynamics and multiphase processes like fragmentation, chemical reactions and mass transfer below the Earth surface. Other models simulate atmospheric dispersal of the erupted gas-particle mixture, focusing on rapid processes occurring in the jet, the lower convective regions, and pyroclastic density currents. The ascending eruption column and intrusive gravity current generated by it, as well as sedimentation and ash dispersal from those flows in the immediate environment of the volcano are examined with modular and generic models. These apply simplifications to the equations describing the system depending on the specific focus of scrutiny. The atmospheric dispersion of volcanic clouds is simulated by ash tracking models. These are inadequate for the first hours of spreading in many cases but focus on long-range prediction of ash location to prevent hazardous aircraft - ash encounters. The climate impact is investigated with global models. All processes and effects of explosive eruptions cannot be simulated by a single model, due to the complexity and hugely contrasting spatial and temporal scales involved. There is now the opportunity to establish a closer integration between different models and to develop the first comprehensive description of explosive eruptions and of their effects on the ground, in the atmosphere, and on the global climate.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: numerical modeling ; explosive volcanic eruptions ; conduit flow ; multiphase flow simulation ; stratospheric sulfate aerosol ; 01. Atmosphere::01.01. Atmosphere::01.01.07. Volcanic effects ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.99. General or miscellaneous ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 2094932 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 59
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: Measurements of volcanic gas composition and flux are crucial to probing and understanding a range of magmatic, hydrothermal and atmospheric interactions. The value of optical remote sensing methods has been recognised in this field for more than thirty years but several recent developments promise a new era of volcanic gas surveillance. This could see much higher time- and space-resolved data-sets, sustained at individual volcanoes even during eruptive episodes. We provide here an overview of these optical methods and their application to ground-based volcano monitoring, covering passive and active measurements in the ultraviolet and infrared spectral regions. We hope thereby to promote the use of such devices, and to stimulate development of new optical techniques for volcanological research and monitoring.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: volcano monitoring ; volcano plumes ; IR and UV spectoscopy ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.06. Volcano monitoring
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 811010 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 60
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: Based on characteristics of the distribution pattern of the western Eger Rift spring gases, a distribution pattern is presented for the gases of the French Massif Central. The central parts of these areas with ascending magmatic CO2 are characterised by high gas fluxes, high CO2 contents of up to 99.99 vol% and isotopially heavy CO2. In the peripheries, the decrease of d13C values of CO2 and CO2 contents in the gas phase is compensated by a rise in N2 contents. It can be demonstrated that gas fractionation in contrary to mixtures with isotopically light biogenic or crustal CO2 controls the distribution pattern of gas composition and isotopic composition of CO2 in these spring gases. Dissolution of CO2 results in formation of HCO3 causing isotope fractionation of CO2 and an enrichment of N2 in the gas phase. With multiple equilibrations, values of about 17 or lower are obtained. The scale of gas alteration depends on the gas flux and the gas-water ratios respectively and can result in N2-rich gases. Essential for the interpretation are gas flux measurements with mass balances derived for most of the springs. Without such mass balances it is not possible to discriminate between mixture and fractionation. The processes of isotopic and chemical solubility fractionations evidently control the gas distribution pattern in other regions as well.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: Eger Rift ; French Massif Central ; Eifel ; carbon dioxide ; gas fractionation ; isotope composition ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 1996517 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 61
    Publication Date: 2019-11-04
    Description: We report preliminary observations on possible correlations between anomalies of subsoil radon concentration and geodynamical events on Mt. Etna. In recent years several studies have been carried out on radon as a precursor of geophysical events, most of them performed either on tectonic or volcanic areas. The peculiarity of our investigation lies on the choice of the etnean region, in which tectonic and volcanic features are both present. In order to characterize Mt. Etna features by investigating radon gas in soil, two stations were located along the NE-SW direction on Mt. Etna. Each of the two stations is fitted with a radon detector, a 3D seismic station and a meteorological station. Differences in the radon concentration trend in the data from north and south flanks could be linked to different faulting mechanisms and then to different mechanisms of radon uprising. The increase in soil radon concentration could be related to both seismic and volcanic events.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: radon ; geodynamical precursor ; Mt. Etna ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 1195361 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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  • 62
    Publication Date: 2024-05-09
    Description: On 3rd November 2002, at about 3 km off-shore of Panarea Island (Aeolian Islands, Southern Italy), a series of gas vents suddenly and violently opened from the seafloor at the depth of 10-15 m, with an unusually high gas flux and superimposing on the already existing submarine fumarolic field. Starting from the 12th November 2002 a discontinuous geochemical monitoring program was carried out. The emissions consisted in an emulsion whose liquid phase derived from condensation of an uprising vapor phase occurring close to the fluid outlets without significant contamination by seawater. The whole composition of the fluids was basically H2O- and CO2-dominated, with minor amounts of typical «hydrothermal» components (such as H2S, H2, CO and light hydrocarbons), atmospheric-related compounds, and characterized by the occurrence of a significant magmatic gas fraction (mostly represented by SO2, HCl and HF). According to the observed temporal variability of the fluid compositions, between November and December 2002 the hydrothermal feeding system was controlled by oxidizing conditions due to the input of magmatic gases. The magmatic degassing phenomena showed a transient nature, as testified by the almost complete disappearance of the magmatic markers in a couple of months and by the restoration, since January 2003, of the chemical features of the existing hydrothermal system. The most striking feature of the evolution of the «Panarea degassing event» was the relatively rapid restoration of the typical reducing conditions of a stationary hydrothermal system, in which the FeO/Fe1.5O redox pair of the rock mineral phases has turned to be the dominating redox controlling system.
    Description: Published
    Description: JCR Journal
    Description: open
    Keywords: Aeolian Islands ; Panarea ; submarine fumaroles ; gas chemistry ; geochemical monitoring ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.01. Gases ; 04. Solid Earth::04.08. Volcanology::04.08.06. Volcano monitoring
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Format: 1571798 bytes
    Format: application/pdf
    Location Call Number Expected Availability
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