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Quantification of the global atmospheric and oceanic energy budgets is one major branch of climate research. Especially the variability of the budgets on various timescales is of great interest for fundamental research but also for climate change research. For example, validation of climate models requires sound observational estimates as reference. The two main aims of this study are to (i) give a new estimate of poleward atmospheric energy transports and (ii) to describe the variability of atmospheric and oceanic energy budgets in association with El Niño-Southern Oscillation (ENSO). The first part of this thesis is concerned with the atmospheric energy budget as evaluated from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) Re-Analysis Interim (ERA-Interim). Based on this state-of-the-art dataset, a new estimate of climatological mean poleward atmospheric energy transports is given. While results for peak transports in the Northern Hemisphere agree well with earlier estimates, results for the Southern Hemisphere suggest stronger mean atmospheric poleward transports than earlier studies. Moreover, several aspects regarding physical consistency and temporal homogeneity of the ERA-Interim dataset are discussed. The second part of this thesis is concerned with the variability of atmospheric and oceanic energy budgets in the tropical belt. Novel results show quantitatively consistent energy exchanges between the three tropical ocean basins via the atmosphere in association with ENSO. This thesis contributes to our understanding of large-scale climate dynamics and also provides results which can serve as a quantitative benchmark for validation of coupled climate models.,Die Quantifizierung globaler atmosphärischer und ozeanischer Energiehaushalte ist ein wichtiges Teilgebiet der Klimaforschung. Besonders die Variabilität dieser Haushalte ist von großem Interesse für die Grundlagenforschung und auch für die Erforschung des globalen Klimawandels, denn die Validierung globaler Klimamodelle erfordert glaubwürdige Referenzwerte. Die zwei Hauptziele dieser Dissertation sind (i) eine neue Abschätzung des mittleren polwärtigen atmosphärischen Energietransports und (ii) die Erforschung der Variabilität der atmosphärisch-/ozeanischen Energiehaushalte im Zusammenhang mit El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Der erste Teil der vorliegenden Arbeit betrachtet den Energiehaushalt der Atmosphäre unter Verwendung von ”European Re-Analysis Interim” (ERA-Interim), dem aktuellen Reanalyseprodukt des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW). Auf Grundlage dieses modernen Datensatzes wird der zeitgemittelte polwärtige Energietransport in der Atmosphäre neu abgeschätzt. Das Transportmaximum in der Nordhemisphäre stimmt gut mit früheren Studien überein, die Ergebnisse für die Südhemisphäre deuten jedoch auf ein stärkeres Maximum als bisher angenommen hin. Darüber hinaus werden Aspekte der physikalischen Konsistenz und der zeitlichen Homogenität von ERA-Interim diskutiert. Der zweite Teil dieser Dissertation beschäftigt sich eingehend mit der Variabilität tropischer atmosphärischer und ozeanischer Energiehaushalte. Dabei werden erstmals quantitativ konsistente Energieaustäusche zwischen den drei tropischen Ozeanen über die Atmosphäre im Zusammenhang mit ENSO dokumentiert. Die Ergebnisse dieser Dissertation tragen zum Verständnis großskaliger Klimadynamik bei und liefern neue Referenzwerte für die Validierung gekoppelter globaler Klimamodelle.,
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Crystalline silicon is the most common photovoltaic technology with about 80% of today's market share. Different stages of the manufacturing process are one source of microcracks and impurities in the wafers. Systems for quality control, which can be introduced into the manufacturing process, are therefore increasingly demanded. This master thesis investigates the impacts of the wafer's surface cracks on its resonance frequencies and vibrations in an acoustic setup. A loudspeaker is used to induce oscillations in the wafers. The sound waves caused by these oscillations are measured with a microphone. Mathematically the wafers can be seen as thin plates, described by the Kirchhoff Plate Theory. With finite element analysis the different oscillations are modelled and compared to the experimental results. The measurements show no systematic impacts of single cracks on the oscillations. Multiple cracks yield stronger oscillations of the samples, especially at higher frequencies. The main reason are local differences of the physical properties of the material near the cracks, depending on their density and orientation. A higher power at the loudspeaker can be measured when inducing oscillations in the cracked wafers. Thus, it can be used as a measurement device. It is shown, that the Kirchhoff Plate Theory is not viable for crack inspection of the wafers, because it does not account for local variations of the physical properties.,Kristallines Silizium ist mit 80% Marktanteil die vorrangige Technologie bei Photovoltaikanlagen. Verschiedene Stufen im Herstellungsprozess der Wafer können zu mechanischen Defekten und Fehlstellen führen. Deshalb sind Methoden zur Qualitätssicherung zunehmend gefragt, welche in den Herstellungsprozess integriert werden können. Diese Masterarbeit untersucht die Einflüsse von Sprüngen in der Oberfläche der Wafer auf ihre Resonanzfrequenzen und resonanten Schwingungen mithilfe einer akustischen Messanordnung. Ein Lautsprecher wird zum Anregen der Oszillationen verwendet. Die dadurch verursachten Schallwellen werden mit einem Mikrofon gemessen. Das mathematische Modell der Wafer sind dünne Platten, beschrieben von der Kirchhoff Plate Theory. Mithilfe der Finite-Element-Analyse werden die verschiedenen Schwingungen simuliert und mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. Einzelne Sprünge ergeben keinen systematischen Einfluss auf die Messungen. Mehrere Sprünge führen zu stärkeren Schwingungen der Wafer, vor allem bei höheren Frequenzen. Der Grund liegt vor allem in Unterschieden der physikalischen Eigenschaften von Silizium in der Nähe der Fehlstellen, abhängig von deren Dichte und Anordnung. Weiters wurde eine höhere Leistung am Lautsprecher gemessen, während die bearbeiteten Wafer zum Schwingen angeregt wurden. Dies ermöglicht es, ihn als Messgerät zu verwenden. Die Kirchhoff Plate Theory ist nicht geeignet für die Untersuchung von Fehlstellen in den Wafern, da sie die lokalen Unterschiede nicht mit einbezieht.,
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The wandering spider Cupiennius salei (Keys. 1877) captures prey by hunting. If an insect flies above the spider, it jumps from a characteristic lurk position into the air and catches the animal. Experiments have shown that the hunter is able to perform this in artificial blindness as well, relying on its mechanical sensory system, with which the spider detects the air stream. Cupiennius salei has approximately 100 sensors or trichobothria on each leg, with which the spider detects the airflow produced by the prey or by other hunters. Theoretical considerations indicate that different hair-lengths are tuned to distinct frequencies, and therefore dependent on a boundary layer above the spider’s leg. The boundary layer gets higher by low frequencies and vice versa; the short trichobothria detect high frequencies and the long trichobothria detect the low (Barth, 2001). During the measurements of the boundary layer it was found, that the layer is not as stable as expected but unstable and shows the Annulareffect, found by Richardson at 1929. The instability was caused by the oscillating movement of the speaker. A time-dependent boundary layer was created, which modifies its height and velocity over the period and possesses a maximum near the wall. Because of this new condition the original aim was changed from showing how the Trichobothria are interacting with the boundary layer to an illustration of this effect. The data produced from this study is consistent with theoretical background. The aim of this work is now to build the fundamental framework to enable theoretical verification through informed experimentation. Therefore, the first step was to determine the exact hunting position of the spider. Following this, a methodology was created by which the spider would remain artificially sedentary. This enabled measurements with a DPIV (Digital Particle Image Velocimetry), where a loud speaker delivers the signal. In addition, an experimental set up is constructed to determine the boundary layer in diverse frequencies with a high spatial and temporal resolution. Future experimental analysis on the spider’s leg could be easily recreated, and the setup can be varied to expand experimental conditions. This study shows that the ankles of the joints within one leg are approximately the same as the remaining legs as follows; Femur-Patella: 137° ± 15°, Patella-Tibia: 186°± 6°, Tibia-Metatarsus: 157° ± 10°, Metatarsus-Tarsus: 209° ± 12°. The positions of the legs are equally distributed around the spider. The method described above was implemented in order to obtain this information. Therefore, it is thought that this work will provide a robust, fundamental basis from which on can develop further experiments.,Die Wanderspinne Cupiennius salei (Keys. 1877) nimmt zum Beutefang eine charakteristische Lauerposition ein. Fliegt ein potenzielles Beutetier in Reichweite vorbei, springt sie hoch und fängt es aus der Luft. Laborversuche haben gezeigt, dass die Spinne diese Leistung auch blind, mit Hilfe von strömungssensitiven Mechanosensoren durchführen kann. Sie besitzt pro Bein ca. 100 Trichobothrien, welche die von Beutetieren und Fressfeinden verursachte Luftströmung detektieren. Bisherige theoretische Modelle haben gezeigt, dass verschiedene Längen der Sensillen auf verschiedene Frequenzbereiche ausgelegt sind. Hierbei soll die Ausbildung einer Grenzschicht auf dem Spinnenbein eine signifikante Rolle spielen. Die Grenzschicht wird mit steigender Frequenz kleiner, die kleineren Trichobothrien sind für höhere Frequenzen und die größeren für niedere Frequenzen konzipiert (Barth, 2001). Unerwarteterweise trat bei Messungen der Grenzschicht der von Richardsons 1929 entdeckte Annulareffekt, anstatt der erwarteten stationären Grenzschicht auf. Durch die oszillatorische Bewegung des Lautsprechers entsteht eine zeitlich abhängige Grenzschicht, die sich innerhalb einer Periode stark in Größe und Geschwindigkeit ändert und ein Maximum im plattennahen Bereich aufweist. Das ursprüngliche Ziel dieser Arbeit, Messungen am Spinnenbein durchzuführen, die zeigen wie das Trichobothrium mit der Grenzschicht zusammen wirkt, wurde daher während der Messphase verworfen und neu definiert. Die aufgenommenen Daten entsprechen vollkommen der Theorie. Das neue Ziel der vorliegenden Arbeit ist eine Grundlage für Messungen am Spinnenbein zu schaffen, mit der die Theorie experimentell überprüft werden kann. Hierzu wird zunächst die genaue Lauerposition bestimmt und eine Präparationsmethodik entwickelt, die es erlaubt, ein lebendes Tier in der Stellung ohne Spinnenhalter für DPIV-Messungen (Digital Particle Image Velocimetry) zu fixieren. Desweitern wird ein Versuchsaufbau konstruiert, der es ermöglicht Grenzschichten räumlich und zeitlich, bei verschiedenen Frequenzen hochaufgelöst wiederzugeben und darzustellen. Für zukünftige Messungen am Spinnenbein bietet er die Möglichkeit, die Parameter schnell und einfach auszubauen und zu variieren. Wie sich heraus stellte, sind die Winkel der Gelenke für alle acht Beine, während der Jagdposition, annähernd identisch: Femur-Patella: 137° ± 15, Patella-Tibia: 186° ± 6, Tibia-Metatarsus: 157° ± 10, Metatarsus-Tarsus: 209° ± 12. Die Beine sind um die Spinne gleichmäßig verteilt. Mit der entwickelten Präparationsmethodik ist es gelungen, das Tier in dieser Position ohne Spinnenhalter zu fixieren. Die Arbeit hat mit der Bestimmung der Lauerposition, der Entwicklung der Präparationsmethodik, sowie des Versuchsaufbaus und der Charakterisierung der Grenzschicht eine Grundlage geschaffen, die unabdingbar für nachfolgende Projekte ist.,
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The study of stellar pulsations is one of the main components of asteroseismology. Since stellar oscillations largely depend on the stellar interior, the frequency, amplitude, and geometry of the modes provide a unique view into the inside of a star. Thus, the investigation of pulsational properties reveals important information on the internal stellar structure, which is used to improve stellar models. This thesis deals with the analysis of spectroscopic measurements of the δ Scuti star 4CVn, which is a well studied pulsator (Breger et al., 1999; Breger, 2000b; Breger et al., 2008; Breger, 2010). The star was observed for four months with the 2.1 m Otto-Struve telescope at McDonald Observatory, which is located in the Davis Mountains in West Texas, USA, using the Sandiford Cassegrain Echelle spectrograph. The obtained data were reduced with the help of the software tool IRAF, preparing them for further interpretation regarding their time-dependent properties. The reduction process revealed a strong non-sinusoidal periodicity in the first moment of the line profile, which is usually related to radial velocity. This trend was discovered to be due to binary motion. A Keplerian orbit of high excentricity and a period of 124.3 d was fitted to the data and subsequently subtracted to correct the radial velocity shift. A following frequency analysis resulted in the detection of eleven frequencies, of which eight were already found in photometric data sets. By means of the Fourier parameter fit method, which interprets the profile variations of the absorption lines, a mode identification was carried out. Values of (l, m) could be assigned to all the eleven modes. The three frequencies which were only detected in spectroscopic data sets turned out to be high-degree modes with l greater than 4. In the present thesis, I will discuss the applied methods in detail. I will present the obtained results and discuss them with regard to a previously published spectroscopic study (Castanheira et al., 2008).,Das Gebiet der Asteroseismologie beschäftigt sich vornehmlich mit der Theorie stellarer Pulsationen. Da die Eigenschaften der Schwingungen stark von der Struktur und dem Aufbau der Sterne abhängen, kann durch ihre Untersuchung ein einmaliger Blick ins Sterninnere geworfen werden. Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse können dazu beitragen unser Verständnis der physikalischen Abläufe, der Entwicklung und der Zusammensetzung dieser Himmelskörper zu verbessern. In der vorliegenden Arbeit wird der Delta Scuti-Stern 4 CVn untersucht. Es handelt sich hierbei um einen Stern, von dem schon seit einigen Jahrzehnten spektroskopische und photometrische Daten gesammelt worden sind, und der bereits in zahlreichen Publikationen eingehend untersucht worden ist (Breger et al., 1999; Breger, 2000b; Breger et al., 2008; Breger, 2010). In der vorliegenden Arbeit wurden Daten, die über einen Zeitraum von vier Monaten am 2.1m Otto-Struve-Teleskop des McDonald Observatorium in den Davis Mountains in West Texas, USA gewonnen worden sind, mit Hilfe des Computerprogramms IRAF reduziert und für weitere Untersuchungen aufbereitet. Ein starker Trend in der Radialgeschwindigkeitskurve deutet darauf hin, dass 4 CVn Teil eines Doppelsternsystems mit einer Periode der exzentrischen Bahn von 124,3 Tagen ist. Anschließend wurde das zeitlich variierende Profil einer Absorptionslinie untersucht. Durch eine Fourieranalyse konnten elf Frequenzen, von denen acht bereits photometrisch nachgewiesen worden sind, entdeckt werden. Für diese elf Moden wurde anschließend eine Modenidentifikation durchgeführt. Es konnte jeder Pulsation Werte für die Quantenzahlen (l,m) zugewiesen werden, wobei die drei nur in den spektroskopischen Datenstzen nachgewiesenen Frequenzen hohe l-Werte größer als 4 haben. Im Folgenden werde ich mich eingehend mit den verwendeten Methoden befassen und jede einzelne ausführlich erklären. Ich werde die Ergebnisse meiner Analyse präsentieren und diese in bezug zu einer bereits publizierten spektroskopischen Studie über 4 CVn (Castanheira et al., 2008) stellen.,
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The elastic-gravitational equations describe the deformation and the gravitational field of an elastic self-gravitating continuum. These second-order evolutionary partial differential equations, boundary conditions, and interface conditions are the governing equations of global seismology. Solutions of this system - as well as its generalization including wave attenuation and viscoelastic rheology - cover a great variety of the Earth's motions, ranging from the high frequency seismic body and surface waves, the longer-period free oscillations and tidal deformations, to the effects of surface loads like glacial rebound. In this thesis we derive and analyze the system of elastic-gravitational equations for a uniformly rotating composite fluid-solid earth model under minimal assumptions concerning the smoothness of material parameters and interface geometry. For this purpose we first establish a consistent mathematical formulation of the low-regularity planetary model within the general framework of nonlinear continuum mechanics. Then we apply calculus of variations in a Sobolev space setting on composite domains and show how the weak form of the linearized elastic-gravitational equations directly arises from Hamilton's principle of stationary action. Finally we prove existence and uniqueness of weak solutions by the method of energy estimates and discuss additional regularity properties. Thereby we obtain a complete low-regularity variational model for seismic waves in a self-gravitating planet. This model allows to further develop the spectral theory of the Earth, may improve numerical modeling of wave propagation, and eventually provides a basis for investigating the inverse problem in global seismology.,Die elastisch-gravitativen Gleichungen, d.h. die Gleichungen der Elastizitätstheorie unter Berücksichtigung der Eigengravitation, beschreiben die Bewegung und das daran gekoppelte zeitlich veränderliche Gravitationsfeld eines elastischen Kontinuums. Dieses System von partiellen Differentialgleichungen zweiter Ordnung stellt zusammen mit den entsprechenden Rand- und Grenzflächenbedingungen die Grundgleichungen der globalen Seismologie dar. Die Lösungen dieses Systems - sowie seiner Verallgemeinerungen, die auch Wellendämpfung bzw. viskoelastische Rheologie beinhalten - umfassen mannigfaltige Deformationen unseres Planeten; von den hochfrequenten seismischen Raum- und Oberflächenwellen, über die längerperiodischen freien Schwingungen und Gezeitendeformationen, bis hin zu auf großen Zeitskalen ablaufenden Lithosphärenbewegungen, beispielsweise aufgrund glazialer Auflasteffekte. Die vorliegende Arbeit untersucht die elastisch-gravitativen Gleichungen für ein allgemeines, gleichförmig rotierendes, heterogenes Erdmodell, welches neben festem Material auch aus flüssigen Bereichen besteht, die dem äußeren Erdkern oder den Ozeanen entsprechen. Dabei sollen nur minimale Bedingungen hinsichtlich der Glattheit der Materialparameter sowie der Grenzflächengeometrie vorausgesetzt werden. Zu diesem Zweck wird zunächst ein konsistentes mathematisches Erdmodell mit geringer Regularität innerhalb des allgemeinen Rahmens der nichtlinearen Kontinuumsmechanik entwickelt. Dann wird eine Variante der Variationsrechnung in Sobolew-Räumen auf zusammengesetzten Gebieten präsentiert, die es erlaubt, die schwache Formulierung der linearisierten elastisch-gravitativen Gleichungen direkt aus dem Hamiltonschen Prinzip der kleinsten Wirkung abzuleiten. Zum Abschluss werden Existenz und Eindeutigkeit schwacher Lösungen mithilfe der Methode der Energieabschätzungen gezeigt, sowie weitere Regularitätseigenschften diskutiert. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein vollständiges mathematisches Modell für die globale seismische Wellenausbreitung unter dem Einfluss der Eigengravitation und unter geringen Regularitätsannahmen. Dieses Modell kann als theoretische Grundlage für die Weiterentwicklung der Spektraltheorie der Erde sowie für eine Verbesserung der numerischen Modellierung seismischer Wellen dienen. Schließlich stellt es einen mathematisch konsistenten Ausgangspunkt dar, um das inverse Problem der globalen Seismologie unter realistischen Regularitätsannahmen zu untersuchen.,
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This thesis deals with the data analysis of an experiment conducted in 2008 at the Experimental Storage Ring (ESR) at GSI in Darmstadt, Germany. Therein iodine ions with only one electron left in their shell were injected into the storage ring and their electron capture decay behavior was studied. Time-resolved Schottky mass spectrometry was used within the storage ring to monitor the stored ions and identify decays. In the scope of this thesis a new computational analysis method was developed for these Schottky spectra. The emphasis was placed on an enhancement of the sensitivity for stored ions in the Schottky noise and the highest possible precision in the extraction of decay times. The analysis includes a visualization of the Schottky spectra, the identification of traces in subsequent Schottky spectra, corresponding to stored ions, and a maximum likelihood approach to identify decays in these traces. The frequency distribution of these decay times is fitted with an unbinned likelihood algorithm. Several simulations are supplied which address different aspects of the analysis procedure and the decay curves. They were used to optimize parameters and estimate uncertainties. In previous experiments with similar settings an oscillatory modulation was found in the exponential decay power law. An attempt of this thesis was to confirm these findings with iodine. After the full analysis such an oscillation could not be unambiguously identified with the 2008 iodine data. However the main reason for this might be the lack of sufficient statistics.,In dieser Arbeit wird die Datenanalyse eines Experiments behandelt, welches 2008 am Speicherring ESR der GSI in Darmstadt, Deutschland, durchgeführt wurde. Darin wurden Elektroneneinfang-Zerfälle von Ionen mit nur einem einzigen Elektron im Speicherring untersucht. Zeitaufgelöste Schottky Massenspektrometrie wurde verwendet um Informationen über die Ionen zu erhalten und Zerfälle zu beobachten. Im Rahmen der Masterarbeit wurde ein neues computergestütztes Analyseverfahren für diese Schottky Spektren entwickelt. Der Schwerpunkt lag darin, die Sensibilität für die Ionen im Schottky-Rauschen zu optimieren und Zerfallszeiten möglichst genau festzustellen. Die Analyse besteht aus der Extraktion der Schottky Spektren, Auffindung von Spuren in den zeitlich aufeinander folgenden Schottky Spektren, welche ein Indikator für das Vorhandensein von Ionen sind, und einer maximum likelihood Methode um daraus Zerfallszeiten zu extrahieren. Die Häufigkeitsverteilung dieser Zerfallszeiten wurde mit einem unbinned likelihood Algorithmus gefittet. Für viele Aspekte der Analyse und dem Verständnis der Zerfallskurven wurden Simulationen durchgeführt, welche sich mit verschiedenen Aspekten der Analyse und der Zerfalls-Kurven beschäftigen. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Optimierung von Parametern und der Fehlerabschätzung. In früheren Experimenten mit ähnlichen Rahmenbedingungen fand man eine Schwingung im exponentiellen Zerfallsgesetz. In der Masterarbeit wurde versucht, diesen Effekt im Zusammenhang mit dem Jod-Experiment zu untersuchen. Nach der vollen Analyse konnte eine solche Oszillation nicht eindeutig in den Jod-Daten von 2008 festgestellt werden. Allerdings könnte der Grund dafür der geringe Umfang des Datensatzes sein.,
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The umbrella term spectroscopy encompasses various kinds of measurements of the interaction between matter and electromagnetic waves. Depending on the latter’s frequency, different constituents of physical matter will resonate with the incoming radiation. Spectroscopic methods such as dielectric spektroscopy, terahertz spectroscopy and the time-dependent Stokes shift measure different aspects of nuclear motion. In particular, these methods allow for a description of the coupled motion of many molecules and thus can characterize the behaviour of matter on a mesoscopic level. In this present work the focus lies on the study of so-called Soft Matter, i.e. condensed matter, that already at room temperature exhibits manifold dynamical processes on a microscopic as well as on a mesoscopic level, which are typically described using the abovementioned spectroscopic techniques. In the interpretation of experimental spectroscopic results computer simulations of molecular dynamics are a valuable additional source of information. While experiments can always show only a part of a system’s dynamical capacity, computer simulation can make tangible directly the diversity of molecular dynamics. Computational spectroscopy represents the combination of both, as one calculates spectroscopic observables directly from computer simulations of molecular dynamics. This allows for a direct comparison of computational results to experimental data, which also provides a source of validation for the models used in the simulation. Furthermore, computer simulation can be used to study the origin of the experimentally measured signal in the greater context of the whole dynamics of the system. Additionally, the total signal can often be decomposed into contributions from various components of a system, which allows for an immediate and profound analysis of experimental results. This work consists of three parts. The first part has its focus on the dielectric properties of reverse micelles. These are nano-scale water droplets surrounded by a detergent and a hydrophobic medium, which can be seen as a model system for sub-cellular membrane-enclosed structures. The whole dynamical range of the collective dipole moment is characterized within the boundaries of classical simulations and transformed into dielectric spectra and terahertz absorption spectra. Reverse micelles with different amounts of water loading are compared. Additionally, the influence of the inclusion of a strongly dipolar biomolecule is studied using the example of the protein ubiquitin. The second part of this work starts out with a study of the connection between dielectric spectra and the time-dependent Stokes shift in ionic liquids. This is followed by a detailed study concerning the molecular origins of the time-dependent Stokes shift in ionic liquids via comprehensive non-equilibrium simulations employing coarse-grained modelling. In the third and last part of this thesis two methodical studies concerning the use of charge polarizability in molecular dynamics simulations of ionic liquids are presented. Two techniques, induced point-dipoles and Drude oscillators, are directly compared in their consequences on structural and dynamical properties. Additionally, the influence of different so-called Thole functions is thoroughly investigated.,Unter dem Überbegriff Spektroskopie versteht man Messungen der Interaktion zwischen Materie und elektromagnetischer Strahlung. In Abhängigkeit der Frequenz der einfallenden Strahlung treten dabei verschiedene Bestandteile der Materie auf charakteristische Weise mit ihr in Resonanz. Spektroskopische Methoden wie zum Beispiel dielektrische Spektroskopie, Terahertzspektroskopie oder der zeitabhängige Stokes-Shift messen verschiedene Aspekte der Kernbewegung von Molekülen. Insbesondere erlauben die genannten Methoden das Studium der gekoppelten Bewegung vieler Moleküle und ermöglichen so eine Beschreibung des Verhaltens von kondensierter Materie auf mesoskopischer Ebene. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf dem Studium von sogenannter Weicher Materie. Darunter versteht man kondensierte Materie, die schon bei Raumtemperatur vielfältige dynamische Prozesse auf mikro- und mesoskopischer Ebene aufweist, welche man mittels der oben genannten spektroskopischen Methoden messen kann. Bei der Interpretation spektroskopischer Resultate stellen Computersimulationen der molekularen Dynamik solcher Systeme eine wertvolle Ergänzung zum Experiment dar. Im Experiment betrachtet man stets nur einen Ausschnitt der gesamten vorhandenen Dynamik, während man in Computersimulationen eine große Vielfalt molekularer Dynamik greifbar machen kann. Computergestützte Spektroskopie stellt die Kombination von Beidem dar, indem man spektroskopische Messgrößen aus der simulierten Moleküldynamik berechnet. Dies erlaubt den direkten Vergleich von aus der Simulationen berechneten Spektren mit experimentellen Resultaten und somit auch eine Validierung der Simulation. Die Simulation kann darüber hinaus verwendet werden, um die spektroskopisch gemessene Dynamik im größeren Kontext der gesamten molekularen Dynamik zu betrachten. Außerdem kann das gemessene Signal mit Hilfe der Simulation zerlegt werden in verschiedene Komponenten des Systems, was eine direkte und tiefgreifende Analyse des Messergebnisses erlaubt. Die vorliegende Arbeit besteht aus drei Teilen. Im ersten Teil liegt der Fokus auf den dielektrischen Eigenschaften Reverser Mizellen. Darunter versteht man von einem hydrophoben Medium und Detergens umschlossenene Wassertröpfchen in der Größe von Nanometern, welche als Modellsysteme für subzelluläre membranumschlossene Strukturen dienen. Es wird die gesamte mit klassischen Simulation beschreibbare Dynamik des kollektiven Dipolmoments beschrieben und in dielektrische Spektren sowie in Terahertzspektren umgerechnet. Dabei werden reverse Mizellen mit unterschiedlichem Wassergehalt betrachtet. Weiters wird untersucht, wie die Inklusion des Proteins Ubiquitin die dielektrischen Eigenschaften verändert. Im zweiten Teil der Arbeit wird zunächst die Verbindung zwischen dielektrischen Spektren und dem zeitabängigen Stokes-Shift in ionischen Flüssigkeiten untersucht. Darauf folgt eine detaillierte Studie zu den molekularen Ursprüngen des zeitabhängigen Stokes-Shift in ionischen Flüssigkeiten durch umfangreiche Nichtgleichgewichtssimulationen unter Zuhilfenahme eines vereinfachten coarse-grained Modells. Im dritten Teil dieser Dissertation werden zwei methodische Studien präsentiert, die den Einfluss von Polarisierbarkeit auf Struktur und Dynamik ionischer Flüssigkeiten untersuchen. Dabei werden verschiedene Methoden einander direkt gegenüber gestellt.,
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The constant growth of photovoltaic systems and the ongoing trend towards large scale grid connected PV plants, invokes new challenges in assuring power quality. Among the several noise sources, wind induced vibration has as yet been mainly ignored. Mechanical vibrations of a solar module mounting rack cause oscillations in the orientation of the module towards the sun. The resulting intensity oscillations of the incident light generate an a.c. current at the module's terminals. This diploma thesis examines this effect qualitatively, with most of the results being restricted to the given experimental setup. However it was possible to roughly asses the order of magnitude of these disturbances and their possible impact on large grid connected photovoltaic plants. Measurements have been executed in the laboratory by means of a vibration table and outdoors, where a solar panel was mounted at the roof top of the physics institute building in Vienna. There it was exposed to ambient conditions. Additionally a circuit simulation was carried through to confirm the aquired results. Special attention has been paid to the relation of three variables with regard to the disturbances of the solar cell: Firstly the operating point of the solar cell. Here the simulation results show that the maximum of the induced noise lies a little below but close to the maximum power point, with regard to the voltage or resistance. In the laboratory experiments the noise maximum also lay close to the MPP. This could neither be confirmed nor falsified by the laboratory experiments, but they are definitely very close to each other. However tThe induced noise may become important during MPP tracking. Secondly a parallel and a series circuit arrangement of two solar cells was examined in the laboratory and simulated, accounting for module and array wiring. Here the results unambiguously show that solar cells connected in parallel are much less prone to low frequency noise distortion, typical for wind induced vibration. However the general tendency in PV applications favours large series connections in order to increase the working voltage. Thirdly the angle dependency has been studied in the laboratory and outdoors. The results show that the proportion of vibration induced noise decreases with a low angle of misorientation. Additionally at very large angles, where the light source falls nearly perpendicular on the surface of the solar module, the optical characteristics of the casing of the module can lead to significant disturbances.,Das konstante Wachstum von Photovoltaikanlagen und der ungebremste Trend hin zu großen netzgekoppelten Systemen, schaffen neue Herausforderungen, um Netzstabilität und Versorgungsstabilität (Power Quality) zu gewährleisten. Durch Wind hervorgerufene Vibrationen wurden unter den vielen möglichen Störquellen bis jetzt größtenteils ignoriert. Mechanische Vibrationen der Halterung eines Solarmoduls verursachen Schwankungen in der Ausrichtung des Moduls gegenüber der Sonne. Die resultierenden Intensitätsschwankungen erzeugen eine Wechselstromkomponente an den Anschlussklemmen der Solarzelle. Diese Diplomarbeit untersucht diesen Effekt qualitativ, wobei die Resultate auf die spezifische Versuchsanordnung beschränkt bleiben. Trotzdem war es möglich die Größenordnung und deren möglichen Einfluss auf große netzgekoppelte Photovoltaikanlagen abzuschätzen. Messungen wurden im Labor, mithilfe eines Vibrationstisches und im Freien durchgeführt. Dort wurde ein Solarmodul am Dach des Institutsgebäudes der Physik angebracht, wo es realen Umweltbedingungen ausgesetzt war. Zusätzlich wurde eine Schaltkreissimulation durchgeführt um die erhaltenen Resultate zu bestätigen. Spezielle Aufmerksamkeit wurde auf drei Variable, in Abhängigkeit zu den Störsignalen der Solarzelle gerichtet: Erstens dem Betriebspunkt der Solarzelle. Hier zeigen die Resultate der Simulation, dass das Maximum des induzierten Störsignals etwas unterhalb, in Bezug auf die Spannung und den Widerstand, des optimalen Betriebspunktes (MPP) liegt. In dem Labormessungen lag das Maximum des Störsignals ebenso nahe des optimalen Betriebspunktes. Diese Störsignale können bei MPP Trackern zu Problemen führen.Dies konnte in den Labormessungen weder bestätigt noch ausgeschlossen werden, aber die zwei Punkte liegen definitiv sehr nah bei einander. Insgesamt könnten diese Störsignale bei MPP Trackern zu Problemen führen. Zweitens wurde die Serien- und Parallelschaltung von zwei Solarzellen simuliert und im Labor untersucht. Hier zeigen die Resultate eindeutig, dass parallel geschaltene Solarzellen weit weniger anfällig für Niedrigfrequenzstörungen sind. Der allgemeine Trend geht jedoch hin zu großen Serienschaltungen, um die Arbeitsspannung zu erhöhen. Drittens wurde die Winkelabhängigkeit im Labor und im Freien untersucht. Die Resultate zeigen, dass der Anteil von durch Vibrationen verursachten Störsignalen mit sinkender Fehlorientierung zur Sonne zurückgeht. Zusätzlich kann die optische Charakteristik der Verschalung des Moduls zu signifikanten Störungen führen, wenn das Licht in einem sehr flachen Winkel auf die Oberfläche der Solarzelle fällt.,
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