Ausgangspunkt der Überlegungen ist, dass Intelligenztests wie sie derzeit zum Einsatz kommen vor allem auf konvergente Problemlösungen einfacher Probleme abzielen. Sie sind einseitig auf den akademischen und schulischen Bereich fixiert und vermögen wenig Aussagen über die Lösungsfähigkeit in Bezug auf komplexe Probleme zu treffen, mit denen wir es in unser sozialen und beruflichen Umwelt täglich zu tun haben. Komplexe Probleme zeichnen sich durch Komplexität, Vernetzheit, Intransparenz, Dynamik und Polytelie aus. In einer theoretischen Annäherung versucht diese Arbeit die theoretischen Ansätze Sternbergs und Dörner miteinander zu verbinden. Erfolgreiche Intelligenz nach Sternberg ist die Fähigkeit eines Individuums seine Ziele im einem gegeben soziokulturellen Kontext zu erreichen. Er gliedert die Intelligenzstruktur triarchisch, dabei sind Subkomponenten wie Metakognitionen, Wissensakquise und Umsetzung i.S.v. Performanz für das Problemlösen von entscheidender Bedeutung. Für Dörner sind die operativen Merkmale von Intelligenz entscheidend darunter versteht er Umsicht, Steuerungsfähigkeit (im Metakognitiven Sinne) und das Verfügen über Heurismen. Diese zeigen sich in Explorationsverhalten und Kontrolle. Die Forschungen zu beiden Ansätzen zusammenfassend kann man sagen, dass metakognitive Strategien, Schlussfolgern und verbesserte Informationsverarbeitung einen erfolgreichen Problemlöser auszeichnen, hinzukommen das Anwenden von Heurismen und von Tacit Knowledge. Beide Theorien passen in ihrer Zielrichtung, der Betrachtung von Prozessen und der Systematik ihrer Modellvorstellung überein, sie ergänzen sich methodisch. Um das Primat der quantitativen Messbarkeit zu brechen, bedarf es einer neuen Beachtung des Werts qualitativer Ansätze für Diagnostik und Beratung. Mithilfe von Szenarien und Simulationen zum komplexen Problemlösen können für Forschung und Diagnostik neue Erkenntnisse über Planung, Systemrepäsentation und dem Lernen aus Erfahrungen gewonnen werden. Divergente Lösungsansätze können qualitativ, durch vergleichende Expertenurteile gemessen werden an Werten von Neuigkeit und Adäquatheit. Die Fähigkeit zu innovativen Lösungen innerhalb komplexer Probleme wird bestimmt durch die Fähigkeit in Analogien denken zu können. Für die Forschung bieten Simulationen und praktischen Fällen komplexer Probleme ein ergiebiges Feld für das Verständnis und die Diagnostik von Intelligenz. Die Lösung dieser Forschungsaufgabe bleibt aber selbst komplex.

Ausgangspunkt der Überlegungen ist, dass Intelligenztests wie sie derzeit zum Einsatz kommen vor allem auf konvergente Problemlösungen einfacher Probleme abzielen. Sie sind einseitig auf den akademischen und schulischen Bereich fixiert und vermögen wenig Aussagen über die Lösungsfähigkeit in Bezug auf komplexe Probleme zu treffen, mit denen wir es in unser sozialen und beruflichen Umwelt täglich zu tun haben. Komplexe Probleme zeichnen sich durch Komplexität, Vernetzheit, Intransparenz, Dynamik und Polytelie aus. In einer theoretischen Annäherung versucht diese Arbeit die theoretischen Ansätze Sternbergs und Dörner miteinander zu verbinden. Erfolgreiche Intelligenz nach Sternberg ist die Fähigkeit eines Individuums seine Ziele im einem gegeben soziokulturellen Kontext zu erreichen. Er gliedert die Intelligenzstruktur triarchisch, dabei sind Subkomponenten wie Metakognitionen, Wissensakquise und Umsetzung i.S.v. Performanz für das Problemlösen von entscheidender Bedeutung. Für Dörner sind die operativen Merkmale von Intelligenz entscheidend darunter versteht er Umsicht, Steuerungsfähigkeit (im Metakognitiven Sinne) und das Verfügen über Heurismen. Diese zeigen sich in Explorationsverhalten und Kontrolle. Die Forschungen zu beiden Ansätzen zusammenfassend kann man sagen, dass metakognitive Strategien, Schlussfolgern und verbesserte Informationsverarbeitung einen erfolgreichen Problemlöser auszeichnen, hinzukommen das Anwenden von Heurismen und von Tacit Knowledge. Beide Theorien passen in ihrer Zielrichtung, der Betrachtung von Prozessen und der Systematik ihrer Modellvorstellung überein, sie ergänzen sich methodisch. Um das Primat der quantitativen Messbarkeit zu brechen, bedarf es einer neuen Beachtung des Werts qualitativer Ansätze für Diagnostik und Beratung. Mithilfe von Szenarien und Simulationen zum komplexen Problemlösen können für Forschung und Diagnostik neue Erkenntnisse über Planung, Systemrepäsentation und dem Lernen aus Erfahrungen gewonnen werden. Divergente Lösungsansätze können qualitativ, durch vergleichende Expertenurteile gemessen werden an Werten von Neuigkeit und Adäquatheit. Die Fähigkeit zu innovativen Lösungen innerhalb komplexer Probleme wird bestimmt durch die Fähigkeit in Analogien denken zu können. Für die Forschung bieten Simulationen und praktischen Fällen komplexer Probleme ein ergiebiges Feld für das Verständnis und die Diagnostik von Intelligenz. Die Lösung dieser Forschungsaufgabe bleibt aber selbst komplex.:1. Einleitung, Fragestellung und Methode 2. Theoretische und empirische Grundlagen 2.1. Einfache und komplexe Probleme 2.2. Neudefinition von Intelligenz bei Sternberg 2.3. Komplexes Problemlösen bei Dörner 2.3.1. Simulationen zum komplexen Problemlösen 2.3.2. Beschreibung von Szenarios 2.3.3. Erfassung des Problemlöseprozess 2.3.3. Ergebnisse zu IQ und Problemlösesimulationen 3. Merkmale erfolgreicher Löser komplexer Probleme 3.1. Merkmale nach Dörner 3.2. Merkmale nach Sternberg 3.3. Vergleich und Zusammenfassung 4. Intelligenztests und komplexe Problemlöseaufgaben 4.1. Gemeinsamkeiten 4.2. Differenzierung nach Sternberg 4.3. Differenzierung nach Dörner 5. Exkurs zum Denken in Analogien und Metaphern 6. Chancen und Herausforderungen für die Diagnostik 6.1. Beschreibung der Problemlage 6.2. Diagnostische Schwerpunkte 6.2.1. Intelligenztests 6.2.2. Szenarios komplexer Probleme 6.3. Chancen und Herausforderungen 7. Exkurs zur Professionellen Diagnostik als Beispiel komplexer Problemlösung 8. Forschungsdesiderata 9. Zusammenfassung 10. Quellen

Situational Judgment Tests (SJTs) werden den simulationsorientierten Verfahren zugerechnet und werden vorrangig im Rahmen der Personalauswahl eingesetzt. Im Gegensatz zu anderen Simulationen (wie z.B. Arbeitsproben oder Assessment Center) wählen sie einen low-fidelity Ansatz, da hier die Reaktionen der Bewerber nicht über tatsächliches Verhalten abgebildet werden. Vielmehr werden Bewerber mit hypothetischen Situationen konfrontiert und aufgefordert aus vorgegebenen Handlungsalternativen diejenige auszuwählen, die in der gegebenen Situation am angemessensten erscheint. Innerhalb der letzten 20 Jahre haben sich SJTs zu populären Verfahren innerhalb Personalauswahl entwickelt. Trotz der hohen Forschungs- und Publikationsdichte bestehen dennoch erhebliche Probleme, wenn es um den Nachweis grundlegender psychometrischer Eigenschaften von SJTs geht. Dementsprechend sollen die vorliegenden Studien vorrangig dazu dienen, unser Verständnis von Reliabilität, Konstruktvalidität und Verfälschbarkeit von SJTs zu erweitern. Im Rahmen von Studie 1 konnte über die metaanalytische Technik der Reliabilitätsgeneralisierung ein mittlerer Wert für das Ausmaß des Messfehlers bei der Verwendung von SJTs bestimmt werden. Entgegen der bisherigen Vermutung, wiesen viele SJTs in den relevanten Primärstudien ein ausreichendes Ausmaß an Messgenauigkeit auf. Zudem konnte der teilweise bedeutsame Einfluss vieler Test- und Studiencharakteristika dargestellt werden. In Studie 2 wurde der Einfluss des Entwicklungsparadigmas auf die Konstruktvalidität von SJTs dargestellt. Über die Anpassung des klassischen Vorgehens zu einem konstrukt-orientierten Ansatz konnte ein konstruktvalides SJT zur Messung von Extraversion, Verträglichkeit und Gewissenhaftigkeit entwickelt werden. Im Rahmen von Artikel 3 werden die Ergebnisse von zwei Studien zusammengefasst, die sich mit Unterschieden der Fälschungsanfälligkeit dieses SJTs im Vergleich zu einem klassischen Selbstbeurteilungsfragebogen (NEO-FFI) auseinandersetzen. In beiden Studien zeigen sich deutliche Unterschiede, in dem Sinne, dass das SJT weniger Faking aufweist als der NEO-FFI. Die Ergebnisse der einzelnen Studien, die im Rahmen der Dissertation durchgeführt wurden, adressieren wichtige Fragestellungen, die in der bisherigen Literatur weitestgehend vernachlässigt wurden. Die praktischen und theoretischen Implikation sowie die Limitationen der einzelnen Studien werden diskutiert. Die Synopsis schließt mit einem Ausblick auf Forschungsfragen, die offen geblieben sind und dementsprechend den Ausgangspunkt für weitere Studien darstellen.

Nowadays, reactions on surfaces are attaining great scientific interest because of their diverse applications. Some well known examples are production of ammonia on metal surfaces for fertilizers and reduction of poisonous gases from automobiles using catalytic converters. More recently, also photoinduced reactions at surfaces, useful, textit{e.g.}, for photocatalysis, were studied in detail. Often, very short laser pulses are used for this purpose. Some of these reactions are occurring on femtosecond (1 fs=$10^{-15}$ s) time scales since the motion of atoms (which leads to bond breaking and new bond formation) belongs to this time range. This thesis investigates the femtosecond laser induced associative photodesorption of hydrogen, H$_2$, and deuterium, D$_2$, from a ruthenium metal surface. Many interesting features of this reaction were explored by experimentalists: (i) a huge isotope effect in the desorption probability of H$_2$ and D$_2$, (ii) the desorption yield increases non-linearly with the applied visible (vis) laser fluence, and (iii) unequal energy partitioning to different degrees of freedom. These peculiarities are due to the fact that an ultrashort vis pulse creates hot electrons in the metal. These hot electrons then transfer energy to adsorbate vibrations which leads to desorption. In fact, adsorbate vibrations are strongly coupled to metal electrons, textit{i.e.}, through non-adiabatic couplings. This means that, surfaces introduce additional channels for energy exchange which makes the control of surface reactions more difficult than the control of reactions in the gas phase. In fact, the quantum yield of surface photochemical reactions is often notoriously small. One of the goals of the present thesis is to suggest, on the basis of theoretical simulations, strategies to control/enhance the photodesorption yield of H$_2$ and D$_2$ from Ru(0001). For this purpose, we suggest a textit{hybrid scheme} to control the reaction, where the adsorbate vibrations are initially excited by an infrared (IR) pulse, prior to the vis pulse. Both textit{adiabatic} and textit{non-adiabatic} representations for photoinduced desorption problems are employed here. The textit{adiabatic} representation is realized within the classical picture using Molecular Dynamics (MD) with electronic frictions. In a quantum mechanical description, textit{non-adiabatic} representations are employed within open-system density matrix theory. The time evolution of the desorption process is studied using a two-mode reduced dimensionality model with one vibrational coordinate and one translational coordinate of the adsorbate. The ground and excited electronic state potentials, and dipole function for the IR excitation are taken from first principles. The IR driven vibrational excitation of adsorbate modes with moderate efficiency is achieved by (modified) $pi$-pulses or/and optimal control theory. The fluence dependence of the desorption reaction is computed by including the electronic temperature of the metal calculated from the two-temperature model. Here, our theoretical results show a good agreement with experimental and previous theoretical findings. We then employed the IR+vis strategy in both models. Here, we found that vibrational excitation indeed promotes the desorption of hydrogen and deuterium. To summarize, we conclude that photocontrol of this surface reaction can be achieved by our IR+vis scheme. / Heutzutage werden Reaktionen auf Oberflächen wegen ihrer vielfältigen Anwendungen intensiv untersucht. Einige der bekannten Beispiele sind die Herstellung von Ammoniak auf Metalloberflächen für die Kunstdüngerproduktion und die Reduktion giftiger Abgase in Autokatalysatoren. In letzter Zeit wurden auch photoinduzierte Reaktionen an Oberflächen eingehender untersucht, die z.B. für die Photokatalyse verwandt werden können. Häufig werden in diesen Untersuchungen sehr kurze Laserpulse benutzt. Einige der Reaktionen finden auf einer Femtosekunden-Zeitskala mbox{(1 fs =10$^{-15}$ s)} statt, da die Bewegungen einzelner Atome in derart kurzen Zeitspannen ablaufen (durch die der Bindungsbruch und das Knüpfen neuer Bindungen verursacht wird). Diese Arbeit untersucht die femtosekunden-laserinduzierte assoziative Photodesorption von Wasserstoff, H$_2$, und Deuterium, D$_2$, von einer Rutheniumoberfläche. Viele interessante Eigenschaften dieser Reaktion wurden in Experimenten entdeckt: (i) ein großer Isotopeneffekt in der Desorptionswahrscheinlichkeit von H$_2$ und D$_2$, (ii) die Desorptionsausbeute steigt nicht-linear mit der (vis) Laserfluenz an und (iii) eine Nicht-Gleichverteilung der Energie auf die einzelnen Freiheitsgrade. Diese Auffälligkeiten sind durch den Umstand verursacht, dass der ultrakurze vis-Laserpuls heiße Elektronen im Metall erzeugt. Die heißen Elektronen transferieren dann Energie in die Schwingungen des Adsorbats, was zur Desorption führt. Tatsächlich sind die Adsorbatschwingungen stark an die Elektronen gekoppelt, nämlich durch nicht-adiabatische Kopplungen. Dies bedeutet, dass durch Oberflächen neue Kanäle für den Energietransfer geöffnet werden, was die Kontrolle von Oberflächenreaktionen im Vergleich zu solchen in der Gasphase erschwert. In der Tat sind die Quantenausbeuten von photochemischen Oberflächenreaktionen bekannterweise klein. Eines der Ziele in der vorliegenden Arbeit ist es auf der Basis von theoretischen Simulationen Strategien vorzuschlagen, um die Photodesorptionsausbeute von H$_2$ und D$_2$ von Ru(0001) zu kontrollieren bzw. zu verbessern. Zu diesem Zweck schlagen wir ein gemischtes Kontrollschema für die Reaktion vor, bei dem zunächst die Adsorbatschwingungen vor dem vis-Puls durch einen infraroten (IR) Puls angeregt werden. Sowohl adiabatische als auch nicht-adiabatische Repräsentationen für photoinduzierte Desorptionsprozesse werden dabei benutzt. Die adiabatische Repräsentation ist in klassischen Molekulardynamik-Simulationen mit elektronischer Reibung verwirklicht. In einer quantenmechanischen Beschreibung werden nicht-adiabatische Repräsentationen innerhalb der Dichtematrixtheorie für offene Quantensysteme verwandt. Die zeitliche Entwicklung des Desorptionsprozesses wird in einem Zwei-Modenmodell reduzierter Dimensionalität mit einer Schwingungs- und einer Translationskoordinate des Adsorbats beschrieben. Die Potentiale für den elektronische Grundzustand und den angeregten Zustand sind abgeleitet aus quantenchemischen Rechnungen (textsl{first principles}). Die IR-getriebene Schwingungsanregung der Adsorbatmoden mit moderatem Wirkungsgrad wird mit (modifizierten) $pi$-Pulsen und/oder der Theorie der optimalen Kontrolle erreicht. Die Abhängigkeit der Desorption von der Fluenz wird mit Hilfe der elektronischen Temperatur des Metalls berechnet, welche im Rahmen des Zwei-Temperatur-Modells bestimmt wird. Dabei weisen unsere Ergebnisse eine gute Übereinstimmung mit experimentellen und früheren theoretischen Arbeiten auf. Daraufhin wandten wir die IR+vis Strategie in beiden Modellen an. Dadurch konnten wir zeigen, dass Schwingungsanregung in der Tat die Desorption von Wasserstoff und Deuterium begünstigt. Zusammenfassend stellen wir fest, dass die Photokontrolle dieser Oberflächenreaktion durch unser IR+vis Schema erreichbar ist.

Box-Simulationen von rotierender Magnetokonvektion im flüssigen Erdkern Numerische Simulationen der 3D-MHD Gleichungen sind mit Hilfe des Codes NIRVANA durchgeführt worden. Die Gleichungen für kompressible rotierende Magnetokonvektion wurden für erdähnliche Bedingungen numerisch in einer kartesischen Box gelöst. Charakteristische Eigenschaften mittlerer Größen, wie der Turbulenz-Intensität oder der turbulente Wärmefluss, die durch die kombinierte Wirkung kleinskaliger Fluktuationen entstehen, wurden bestimmt. Die Korrelationslänge der Turbulenz hängt signifikant von der Stärke und der Orientierung des Magnetfeldes ab, und das anisotrope Verhalten der Turbulenz aufgrund von Coriolis- und Lorentzkraft ist für schnellere Rotation wesentlich stärker ausgeprägt. Die Ausbildung eines isotropen Verhaltens auf kleinen Skalen unter dem Einfluss von Rotation alleine wird bereits durch ein schwaches Magnetfeld verhindert. Dies resultiert in einer turbulenten Strömung, die durch die vertikale Komponente dominiert wird. In Gegenwart eines horizontalen Magnetfeldes nimmt der vertikale turbulente Wärmefluss leicht mit zunehmender Feldstärke zu, so dass die Kühlung eines rotierenden Systems verbessert wird. Der horizontale Wärmetransport ist stets westwärts und in Richtung der Pole orientiert. Letzteres kann unter Umständen die Quelle für eine großskalige meridionale Strömung darstellen, während erstes in globalen Simulationen mit nicht axialsymmetrischen Randbedingungen für den Wärmefluss von Bedeutung ist. Die mittlere elektromotorische Kraft, die die Erzeugung von magnetischem Fluss durch die Turbulenz beschreibt, wurde unmittelbar aus den Lösungen für Geschwindigkeit und Magnetfeld berechnet. Hieraus konnten die entsprechenden α-Koeffizienten hergeleitet werden. Aufgrund der sehr schwachen Dichtestratifizierung ändert der α-Effekt sein Vorzeichen nahezu exakt in der Mitte der Box. Der α-Effekt ist positiv in der oberen Hälfte und negativ in der unteren Hälfte einer auf der Nordhalbkugel rotierenden Box. Für ein starkes Magnetfeld ergibt sich zudem eine deutliche abwärts orientierte Advektion von magnetischem Fluss. Ein Mean-Field Modell des Geodynamos wurde konstruiert, das auf dem α-Effekt basiert, wie er aus den Box-Simulationen berechnet wurde. Für eine äußerst beschränkte Klasse von radialen α-Profilen weist das lineare α^2-Modell Oszillationen auf einer Zeitskala auf, die durch die turbulente Diffusionszeit bestimmt wird. Die wesentlichen Eigenschaften der periodischen Lösungen werden präsentiert, und der Einfluss der Größe des inneren Kerns auf die Charakteristiken des kritischen Bereichs, innerhalb dessen oszillierende Lösungen auftreten, wurden untersucht. Reversals werden als eine halbe Oszillation interpretiert. Sie sind ein recht seltenes Ereignis, da sie lediglich dann stattfinden können, wenn das α-Profil ausreichend lange in dem periodische Lösungen erlaubenden Bereich liegt. Aufgrund starker Fluktuationen auf der konvektiven Zeitskala ist die Wahrscheinlichkeit eines solchen Reversals relativ klein. In einem einfachen nicht-linearen Mean-Field Modell mit realistischen Eingabeparametern, die auf den Box-Simulationen beruhen, konnte die Plausibilität des Reversal-Modells anhand von Langzeitsimulationen belegt werden. / Box-simulations of rotating magnetoconvection in the Earth's fluid core. Simulations of the 3D MHD-equations have been performed using the code NIRVANA. The equations for compressible rotating magnetoconvection are numerically solved in a Cartesian box assuming conditions roughly suitable for the geodynamo. The characteristics of averaged quantities like the turbulence intensity and the turbulent heat flux that are caused by the combined action of the small-scale fluctuations are computed. The correlation length of the turbulence significantly depends on the strength and orientation of the magnetic field and the anisotropic behavior of the turbulence intensity induced by Coriolis and Lorentz force is considerably more pronounced for faster rotation. The development of an isotropic behavior on the small scales -- as it is observed in pure rotating convection -- vanishes even for weak magnetic fields, which results in a turbulent flow that is dominated by the vertical component. In the presence of a horizontal magnetic field the vertical turbulent heat flux slightly increases with increasing field strength, so that cooling of the rotating system is facilitated. Horizontal transport of heat is always directed westwards and towards the poles. The latter might be a source of a large-scale meridional flow whereas the first would be important in global simulations in case of non-axisymmetric boundary conditions for the heat flux. The mean electromotive force describing the generation of mean magnetic flux by turbulence in the rotating fluid is directly calculated from the simulations and the corresponding α-coefficients are derived. Due to the very weak density stratification, the α-effect changes its sign in the middle of the box. It is positive at the top and negative at the bottom of the convective instable layer. For strong magnetic fields we also find a clear downward advection of the mean magnetic field. Finally the quenching behavior of the α-effect in dependence of the imposed magnetic field strength is presented. A geodynamo-model is constructed, which is based on an α-effect that has been computed from the box simulations. For a highly restricted class of radial α-profiles the linear α^2-model exhibits oscillating solutions on a timescale given by the turbulent diffusion time. The basic properties of the periodic solutions are presented and the influence of the inner core size on the characteristics of the critical range that allows for oscillating solutions is shown. Reversals are interpreted as half of such an oscillation. They are rather seldom events because they can only occur if the α-profile exists long enough within the small critical range that allows for periodic solutions. Due to strong fluctuations on the convective timescale the probability of such a reversal is very small. Finally, a simple non-linear mean-field model with reasonable input parameters based on the box-simulations demonstrates the plausibility of the presented theory with a long-time series of a (geo-)dynamo reversal sequence.

In der vorliegenden Arbeit werden die Eigenschaften geschlossener fluider Membranen, sogenannter Vesikeln, bei endlichen Temperaturen untersucht. Dies beinhaltet Betrachtungen zur Form freier Vesikeln, eine Untersuchung des Adhäsionsverhaltens von Vesikeln an planaren Substraten sowie eine Untersuchung der Eigenschaften fluider Vesikeln in eingeschränkten Geometrien. Diese Untersuchungen fanden mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen einer triangulierten Vesikeloberfläche statt. Die statistischen Eigenschaften der fluktuierenden fluiden Vesikeln wurden zum Teil mittels Freier-Energie-Profile analysiert. In diesem Zusammenhang wurde eine neuartige Histogrammethode entwickelt.<br><BR> Die Form für eine freie fluide Vesikel mit frei veränderlichem Volumen, die das Konfigurationsenergie-Funktional minimiert, ist im Falle verschwindender Temperatur eine Kugel. Mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen sowie einem analytisch behandelbaren Modellsystem konnte gezeigt werden, daß sich dieses Ergebnis nicht auf endliche Temperaturen verallgemeinern lässt und statt dessen leicht prolate und oblate Vesikelformen gegenüber der Kugelgestalt überwiegen. Dabei ist die Wahrscheinlichkeit für eine prolate Form ein wenig gröoßer als für eine oblate. Diese spontane Asphärizität ist entropischen Ursprungs und tritt nicht bei zweidimensionalen Vesikeln auf. Durch osmotische Drücke in der Vesikel, die größer sind als in der umgebenden Flüssigkeit, lässt sich die Asphärizität reduzieren oder sogar kompensieren. Die Übergänge zwischen den beobachteten prolaten und oblaten Formen erfolgen im Bereich von Millisekunden in Abwesenheit osmotisch aktiver Partikel. Bei Vorhandensein derartiger Partikel ergeben sich Übergangszeiten im Bereich von Sekunden.<br><br> Im Rahmen der Untersuchung des Adhäsionsverhaltens fluider Vesikeln an planaren, homogenen Substraten konnte mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen festgestellt werden, dass die Eigenschaften der Kontaktfläche der Vesikeln stark davon abhängen, welche Kräfte den Kontakt bewirken. Für eine dominierende attraktive Wechselwirkung zwischen Substrat und Vesikelmembran sowie im Falle eines Massendichteunterschieds der Flüssigkeiten innerhalb und außerhalb der Vesikel, der die Vesikel auf das Substrat sinken lässt, ndet man innerhalb der Kontakt ache eine ortsunabhangige Verteilung des Abstands zwischen Vesikelmembran und Substrat. Drückt die Vesikel ohne Berücksichtigung osmotischer Effekte auf Grund einer Differenz der Massendichten der Membran und der umgebenden Flüssigkeit gegen das Substrat, so erhält man eine Abstandsverteilung zwischen Vesikelmembran und Substrat, die mit dem Abstand vom Rand der Kontaktfläche variiert. Dieser Effekt ist zudem temperaturabhängig.<br><br> Ferner wurde die Adhäsion fluider Vesikeln an chemisch strukturierten planaren Substraten untersucht. Durch das Wechselspiel von entropischen Eekten und Konfigurationsenergien entsteht eine komplexe Abhängigkeit der Vesikelform von Biegesteifigkeit, osmotischen Bedingungen und der Geometrie der attraktiven Domänen.<br><br> Für die Bestimmung der Biegesteifigkeit der Vesikelmembranen liefern die existierenden Verfahren stark voneinander abweichende Ergebnisse. In der vorliegenden Arbeit konnte mittels Monte-Carlo-Simulationen zur Bestimmung der Biegesteifigkeit anhand des Mikropipettenverfahrens von Evans gezeigt werden, dass dieses Verfahren die <i>a priori</i> für die Simulation vorgegebene Biegesteifigkeit im wesentlichen reproduzieren kann.<br><br> Im Hinblick auf medizinisch-pharmazeutische Anwendungen ist der Durchgang fluider Vesikeln durch enge Poren relevant. In Monte-Carlo-Simulationen konnte gezeigt werden, dass ein spontaner Transport der Vesikel durch ein Konzentrationsgefälle osmotisch aktiver Substanzen, das den physiologischen Bedingungen entspricht, induziert werden kann. Es konnten die hierfür notwendigen osmotischen Bedingungen sowie die charakteristischen Zeitskalen abgeschätzt werden. Im realen Experiment sind Eindringzeiten in eine enge Pore im Bereich weniger Minuten zu erwarten. Ferner konnte beobachtet werden, dass bei Vesikeln mit einer homogenen, positiven spontanen Krümmung Deformationen hin zu prolaten Formen leichter erfolgen als bei Vesikeln ohne spontane Krümmung. Mit diesem Effekt ist eine Verringerung der Energiebarriere für das Eindringen in eine Pore verbunden, deren Radius nur wenig kleiner als der Vesikelradius ist. / In this thesis, the properties of closed fluid membranes or vesicles are studied at finite temperatures. The work contains investigations of the shape of free vesicles, studies of the adhesion behavior of vesicles to planar substrates, and investigations of the properties of fluid vesicles in confined geometries. The investigations have been performed with Monte Carlo simulations of triangulated vesicles. The statistical properties of fluctuating vesicles have been analyzed in detail by means of free energy profiles. In this context, a new histogram method was developed. <br><br> The shape of minimum configurational energy for a free vesicle without volume constraint at zero temperature is a sphere. It is shown by means of Monte Carlo simulations and a model which can be analyzed analytically, that this result does not apply to finite temperatures. Instead, prolate and oblate shapes prevail and the probability for a prolate shape is slightly larger than that for an oblate shape. This spontaneous asphericity is of entropic origin and cannot be observed in two dimensions. Osmotic pressures inside the vesicle that are larger than in the surrounding liquid may reduce or even compensate the asphericity. The transitions between the observed prolate and oblate states occur on the time scale of milliseconds in the absence of osmotically active particles and on the time scale of seconds in the presence of osmotically active particles. <br><br> As far as the adhesion behavior of fluid vesicles to planar homogeneous substrates is concerned, Monte Carlo simulations reveal a strong dependence of the properties of the contact area on its driving force. In the case of a dominating attractive interaction between vesicle membran and substrate as well as for a mass density difference of the liquids inside and outside the vesicle, which push the vesicle against the substrate, the distribution of the distance between the vesicle membrane and the substrate is homogenous. If the vesicle is pushed against the substrate by a difference of the mass densities of the membrane and the surrounding liquid, neglecting all osmotic effects, one gets a distance distribution between the vesicle membrane and the substrate which varies with the distance from the rim of the contact area. Moreover, this effect is temperature-dependent. <br><br> Furthermore, the adhesion of fluid vesicles to chemically structured planar substrates has been studied. The interplay between entropic effects and configurational energies causes a complex dependence of the vesicle shape on the bending rigidity, osmotic conditions, and the geometry of the attractive domains. <br><br> There are several experimental methods for measuring the bending rigidity of vesicle membranes which lead to rather different results for the numerical value. Monte Carlo simulations of Evans' micropipette method show that the difference between the measured bending rigidity and the a priori chosen bending rigidity is small. <br><br> The passage of fluid vesicles through narrow pores has some relevance to medical/pharmaceutical applications. In Monte Carlo simulations it is shown that a spontaneous transport of vesicles can be induced by a concentration gradient of osmotically active particles which corresponds to the physiological conditions. The necessary osmotic conditions and the charateristic time scales are calculated. For real experiments, penetration into the pore should occur within a few minutes. Moreover, it was observed that vesicles with a homogeneous positive spontaneous curvature can be deformed more easily into prolate shapes than vesicles with zero spontaneous curvature. This effect leads to a decrease of the energy barrier for the penetration into a wide pore, which has a radius slightly smaller than that of the vesicle.

Magnetorotational instability (MRI) is one of the most important and most common instabilities in astrophysics. Today it is widely accepted that it serves as a major source of turbulent viscosity in accretion disks, the most energy efficient objects in the universe. The importance of the MRI for astrophysics has been realized only in recent fifteen years. However, originally it was discovered much earlier, in 1959, in a very different context. Theoretical flow of a conducting liquid confined between differentially rotating cylinders in the presence of an external magnetic field was analyzed. The central conclusion is that the additional magnetic field parallel to the axis of rotation can destabilize otherwise stable flow. Theory of non-magnetized fluid motion between rotating cylinders has much longer history, though. It has been studied already in 1888 and today such setup is usually referred as a Taylor-Couette flow. To prove experimentally the existence of MRI in a magnetized Taylor-Couette flow is a demanding task and different MHD groups around the world try to achieve it. The main problem lies in the fact that laboratory liquid metals which are used in such experiments are characterized by small magnetic Prandtl number. Consequently rotation rates of the cylinders must be extremely large and vast amount of technical problems emerge. One of the most important difficulties is an influence of plates enclosing the cylinders in any experiment. For fast rotation the plates tend to dominate the whole flow and the MRI can not be observed. In this thesis we discuss a special helical configuration of the applied magnetic field which allows the critical rotation rates to be much smaller. If only the axial magnetic field is present, the cylinders must rotate with angular velocities corresponding to Reynolds numbers of order Re ≈ 10^6. With the helical field this number is dramatically reduced to Re ≈ 10^3. The azimuthal component of the magnetic field can be easily generated by letting an electric current through the axis of rotation, In a Taylor-Couette flow the (primary) instability manifests itself as Taylor vortices. The specific geometry of the helical magnetic field leads to a traveling wave solution and the vortices are drifting in a direction determined by rotation and the magnetic field. In an idealized study for infinitely long cylinders this is not a problem. However, if the cylinders have finite length and are bounded vertically by the plates the situation is different. In this dissertation it is shown, with use of numerical methods, that the traveling wave solution also exists for MHD Taylor-Couette flow at finite aspect ratio H/D, H being height of the cylinders, D width of the gap between them. The nonlinear simulations provide amplitudes of fluid velocity which are helpful in designing an experiment. Although the plates disturb the flow, parameters like the drift velocity indicate that the helical MRI operates in this case. The idea of the helical MRI was implemented in a very recent experiment PROMISE. The results provided, for the first time, an evidence that the (helical) MRI indeed exists. Nevertheless, the influence of the vertical endplates was evident and the experiment can be, in principle, improved. Exemplary methods of reduction of the end-effect are here proposed. Near the vertical boundaries develops an Ekman-Hartmann layer. Study of this layer for the MHD Taylor-Couette system as well as its impact on the global flow properties is presented. It is shown that the plates, especially if they are conducting, can disturb the flow far more then previously thought also for relatively slow rotation rates. / Die magnetische Scherinstabilitaet (engl. MRI) ist eine sehr häufig in der Astrophysik anzutreffende Instabilität. Es wird heute weithin angenommen, dass sie die Ursache für die turbulente Viskosität in Akkretionsscheiben ist, den Objekten mit der höchsten Energieeffizienz im Kosmos. Die Bedeutung der MRI ist erst in den letzten fünfzehn Jahren klargeworden. Entdeckt wurde sie jedoch schon viel früher, im Jahre 1959 in einem völlig anderen physikalischen Kontext. Die Strömung in einer leitfähigen Flüssigkeit zwischen differentiell rotierenden Zylindern unter dem Einfluss eines externen Magnetfeldes wurde theoretisch untersucht. Die Schlussfolgerung war, dass das zugesetzte Magnetfeld eine sonst stabile Strömung destabilisieren kann. Die Geschichte der Theorie von Strömungen zwischen Zylindern reicht bis ins Jahr 1888 zurück. Heute wird ein solcher Aufbau üblicherweise als Taylor-Couette-Strömung bezeichnet. Ein System rotierender Zylinder, zwischen denen sich flüssiges Metall befindet, war Gegenstand des kürzlich durchgeführten Experiments PROMISE. Die Ergebnisse belegen zum ersten Mal experimentell die Existenz der MRI. Um die notwendigen Drehzahlen gering zu halten, wurde ein spezielles, helikales Magnetfeld angelegt. Gegenstand dieser Dissertation ist die theoretische Behandlung der magnetohydrodynamischen Taylor-Couette-Strömung, ähnlich der des Experiments PROMISE. Insbesondere der Einfluss der vertikalen Ränder (Deckel) wird untersucht. Es wird gezeigt, dass die MRI auch in Zylindern mit endlicher Höhe und mit begrenzenden Deckeln einsetzt. In der Nähe der vertikalen Ränder bildet sich eine Ekman-Hartmann-Schicht. Die Untersuchung dieser Schicht im Zusammenhang mit dem MHD-Taylor-Couette-System sowie ihr Einfluss auf die globalen Strömungseigenschaften werden vorgestellt. Es wird gezeigt, dass die Deckel - insbesondere wenn sie elektrisch leitend sind - die Strömung stärker beeinflussen können als bisher angenommen, selbst bei den geringen Drehzahlen. Es werden Methoden zur Verringerung dieser unerwünschten Effekte vorgeschlagen.

Aus Punkt 1: "Neben der Funktionserfüllung und den Kosten ist der wirtschaftliche Erfolg eines Produktes nicht zuletzt dadurch gegeben, wie gut es den Wünschen, Bedürfnissen und Fähigkeiten seiner Nutzer entspricht. Zwischen Nutzer und Produkt existieren vielfältige Wechselwirkungen, die erfasst und verstanden werden müssen, um Produktkonzepte hinsichtlich der oben genannten Kriterien bewerten und optimieren zu können. Die Philosophie der menschzentrierten Produktentwicklung (MZP) besteht folglich darin, in allen Phasen der Produktentwicklung konsequent das Gesamtsystem bestehend aus Nutzer, Produkt und Umwelt zu betrachten."

We report a class of the mathematics in which an animation technology (calculating and plotting capabilities) of the software Mathematica is utilized. This class is taught for university students in a computer laboratory during a second semester. It is our purpose to make a student realize the usefulness and the importance of mathematics easily through visualization. In addition, we hope that students will acquire a new power of mathematics needed in the 21st century. For several years, we have continued this kind of class, and have continued to investigate the effectiveness that our teaching method (especially visualization) brings in the understanding of the mathematics. In this paper, we present some of this teaching method, which is performed in our class. From the questionnaire survey, it is found that our teaching method not only convinces students that the mathematics is useful or important but also deepens the mathematic understanding of students more.

We report a class of the mathematics in which an animation technology (calculating and plotting capabilities) of the software Mathematica is utilized. This class is taught for university students in a computer laboratory during a second semester. It is our purpose to make a student realize the usefulness and the importance of mathematics easily through visualization. In addition, we hope that students will acquire a new power of mathematics needed in the 21st century. For several years, we have continued this kind of class, and have continued to investigate the effectiveness that our teaching method (especially visualization) brings in the understanding of the mathematics. In this paper, we present some of this teaching method, which is performed in our class. From the questionnaire survey, it is found that our teaching method not only convinces students that the mathematics is useful or important but also deepens the mathematic understanding of students more.