Coulomb Oersted Ampére Ohm Kirchhoff Gauß Faraday Maxwell

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1 FO chwerpnkfach Elekroechnik in der Fachoberschle Klasse Organisaionsform B Heinrich-Emanel-Merck-chle Darmsad Fachoberschle Didakisches Konzep Technik komm ohne Physik as, wie der Filmsar ohne Lehrzei nd der faschisische aasmann ohne Bildng. (Max Horkheimer) Colomb Oersed Ampére Ohm Kirchhoff Gaß Faraday Maxwell Themenfeld ET : Elekrisches römngsfeld nd G-ezwerke A. Mechanik B. Elekrische Ladng C. Elekrisches Feld D. Poenial nd pannng E. Kapaziä nd Kondensaor F. Laden nd Enladen G. römngsfeld H. Gleichsrom-ezwerke Themenfeld ET : Magneisches Feld A. Magneische Kraf B. Grndgrößen des Magnefeldes C. offe im Magnefeld D. Magneischer Kreis Themenfeld ET 3 : ndkion nd Wechselsrom A. ndkionsvorgänge nd B. elbsindkion nd C. insförmige deren Geseze RL-chalvorgänge Wechselgrößen D. Mahemaischer Exkrs: E. Komplexe Komplexe Zahlen Wechselsromkreise Themenfeld ET 4 : Elekrische Messechnik A. Oszilloskop B. rom- nd pannngsmesser C. Leisngsmesser FO_ET-Konzep_B_Tielbla.Doc sicars@hems.de Jochen icars

2 Heinrich-Emanel-Merck-chle Darmsad Fachoberschle chwerpnk Elekroechnik Zr didakischen Konzepion des Faches»Elekroechnik«für die Organisaionsform B Didakische orbemerkng n der folgenden hemaischen Krzdarsellng einiger Themenfelder soll sichworarig das derzei an der Fachoberschle der Heinrich-Emanel-Merck-chle prakiziere didakische rkrkonzep des chwerpnkfaches»elekroechnik«skizzier werden. Es wrde enwickel af der Grndlage des von der zsändigen Fachkonferenz im Jahre 8 nach Themenfeldern modifizieren nd modlarisieren Krssrkrplanes für die schwerpnkbezogenen Fächer der Fachoberschle nd is darüberhinas konzepioneller Besandeil des chlprogramms der Heinrich-Emanel-Merck-chle. chülerinnen nd chüler, die eine Fachoberschle mi dem chwerpnk»elekroechnik«in der Form B beschen, haben in der Regel eine mindesens dreijährige Berfsasbildng in einem anerkannen Elekroberf mi dem Gesellen- oder Facharbeierbrief abgeschlossen. Daher kann bei diesen chülern ein Grndversändnis elekroechnischer Zsammenhänge vorasgesez werden. Was die Grndlagen der Elekroechnik anbelang, kann angenommen werden, daß im Berfsschlnerrich die Begriffe rom, pannng, Widersand, elekrische Leisng nd Arbei sowie die Kirchhoffschen Geseze, die Grndschalngen der Elekroechnik, Grndlegngen zm magneischen Feld, die elekromagneische ndkion sowie die Grndlagen der Wechselsromlehre erarbeie worden sind. Af diesen orassezngen ba das folgende Unerrichskonzep für die Fom B der Fachoberschle af. Drch eilweise inensive Wiederholngen einzelner Themen nd ergänzende eriefngen sollen Unerschiede in den orassezngen weigehend kompensier werden. Das Konzep kann sowohl hinsichlich der zeilichen chwerpnksezngen einzelner Themenseqenzen als ach im Hinblick af die hemaische Abfolge so flexibel variier werden, dass ach chüler as vollschlischen Berfsbildngsgängen mi Assisenenabschlß (wie z.b. as zweijährigen Berfsfachschlen für nformaionsechnik oder verwanden Fachrichngen) drchas ohne besonderen zsäzlichen Lernafwand das chwerpnkfach»elekroechnik«erfolgreich bewäligen können. m Hinblick af die erknüpfng von allgemeiner nd berflicher Bildng handel es sich m ein inegrieres Konzep, das sowohl in den Organisaionsformen A nd B der Fachoberschle als ach mi einigen nwesenlichen Änderngen in der Grndsfe der Berfsschle mehrere Jahre erprob nd weierenwickel wrde, dies allerdings nr in einer Zei, als es in der Berfsschle noch m die wissenschafsorieniere ermilng sysemaischen Grndlagenwissens ging. Bekannlich is diese Zielsezng inzwischen der Lernfeld-Didakik geopfer worden. Gleichwohl bleib es seiner didakischen nenion nach schlformnabhängig, kann also immer dor Anwendng finden, wo es m die ermilng der Grndlagen der Elekroechnik geh nd darm geh es zmindes in rdimenärer Form nd pnkell ach bei lernfeldsrkrieren Lehrplänen. Das Konzep is zgleich ach wissenschafsorienier, denn es is in seiner sysemaischen rkrierng drch die Prinzipien der Theorie der Elekrodynamik von Faraday nd Maxwell besimm. Für die Fachoberschle is es im Hinblick af die angesrebe dierfähigkei zgleich ach insowei propädeisch, als es sich von den Themengebieen her an dem orienier, was im Grndsdim des dienganges»elekroechnik«an der Fachhochschle vermiel wird. owei es für das ersändnis insbesondere so zenraler Grndbegriffe wie»bewegng«,»kraf«,»feld«,»pannng«nd»rom«von Bedeng is, greif das folgende Konzep ach af Elemene einer hisorisch-geneischen Darsellng zrück. owei es für das ersändnis insbesondere so zenraler Grndbegriffe wie»bewegng«,»kraf«,»feld«,»pannng«nd»rom«von Bedeng is, greif das folgende Konzep ach af Elemene einer hisorischgeneischen Darsellng zrück. Dami is es zgleich ach prinzipiell fachübergreifend angeleg. o erforder beispielsweise ein mfassendes ersändnis der Enwicklng der Elekrodynamik nd ihrer Begriffssysemaik sei den ersen sysemaischen, drch fernwirkngsheoreische Modelle geprägen Bemühngen von Colomb gegen Ende des 8. Jahrhnders neben solidem Grndlagenwissen in der Mechanik sowohl Kennnisse über die philosophischen Grndlagen ewa der Faradayschen ahewirkngsheorie (Dynamisms) als ach über die gesellschaflich-poliischen nd ökonomischen eränderngen in der Epoche der ndsrialisierng. ET-Konzep-Form_B.DOC -.5. ic eie von

3 Heinrich-Emanel-Merck-chle Darmsad Fachoberschle Modlarisierer rkrplan für das chwerpnkfach Elekroechnik in der Fachoberschle Beschlß der Fachkonferenz»Elekroechnik«der Fachoberschle vom 9..8 Klasse : Elekroechnik Klasse Themen- nd Afgabenfelder d. Modlbezogene Praxiskrse d.. Modl..: Elekrisches römngsfeld nd Grndschalngen der Elekroechnik. Modl..: Gleichsrom-ezwerke (Kreissrom-, Helmholz- nd Ersazqellenverfahren) Modl..3: Grndbegriffe des elekrischen Feldes (Feldsärke, Erregng, Feldflß ec.) Klasse : Organisaionsform A 8..: ET-Laborkrs : Einführng in die Praxis der elekroechnischen Laborarbei 5..: ET-Laborkrs : Grndlegende Übngen zr elekrischen Messechnik 3 Gesamsnden 6 Gesamsnden 4 Wochensnden 4 Wochensnden Klasse Themen- nd Afgabenfelder d. Wahlpflichfach: E-Modle d.. Modl..: Kondensaor (Kapaziä, Baformen, Ladevorgänge) Modl..: Magneisches Feld Grndbegriffe Modl..3: Elekrische Meßechnik ). Modl..: Magneisches Feld Anwendngen (Leier, Hohlleier, magneischer Kreis) Modl..: ndkion, Grndlagen der Wechselsromechnik Klasse : Organisaionsform B Modl..4: Grndlagen der Hableierechnik nd Halbleierbaelemene 4 Modl..3: Analoge chalngen mi Hableierbaelemenen 8 Gesamsnden 4 Gesamsnden Wochensnden 6 Wochensnden 3 Klasse Themen- nd Afgabenfelder d. Wahlpflichfach: E-Modle d.. Modl..: Elekrisches Feld Modl..: Gleichsrom-ezwerke Modl..3: Grndlagen der Hableierechnik nd Halbleierbaelemene. Modl..: Magneisches Feld 6 Modl..3: Analoge chalngen mi Hableierbaelemenen Modl..: 5 ndkion nd Wechselsromkreise Modl..3: Elekrische Meßechnik ) Gesamsnden 4 Gesamsnden Wochensnden 6 Wochensnden 3 ) Kann bedarfsweise halbjahres- nd modlübergreifend gesale werden (z.b. Oszilloskop:. Hj Elekromagn. Meßwerke:. Hj) nd/oder in andere Lehrgänge inegrier werden (z.b. Meßbrücken) FO-ET~3.DOC sic - Anhang zm Prookoll vom 9..8

4 FO chwerpnkfach Elekroechnik in der Fachoberschle Klassen + Organisaionsform A Heinrich-Emanel-Merck-chle Darmsad Fachoberschle Didakisches Konzep ww.hems.de Technik komm ohne Physik as, wie der Filmsar ohne Lehrzei nd der faschisische aasmann ohne Bildng. (Max Horkheimer) Colomb Oersed Ampére Ohm Kirchhoff Gaß Faraday Maxwell Themenfeld ET : Elekrisches römngsfeld nd G-ezwerke A. Mechanik B. Elekrische Ladng C. Poenial nd pannng D. römngsfeld E. Arbei nd Leisng F. Grndschalngen G. Gleichsrom-ezwerke Laborübngen Themenfeld ET : Elekrisches nd magneisches Feld A. Elekrisches Feld B. Kapaziä nd Kondensaor C. Laden nd Enladen D. Magneische Kraf E. Grndgrößen des Magnefeldes F. offe im Magnefeld G. Magneischer Kreis Themenfeld ET 3 : ndkion nd Wechselsrom A. ndkionsvorgänge nd B. elbsindkion nd C. insförmige deren Geseze RL-chalvorgänge Wechselgrößen D. Mahemaischer Exkrs: E. Komplexe Komplexe Zahlen Wechselsromkreise Themenfeld ET 4 : Elekrische Messechnik A. Oszilloskop B. rom- nd pannngsmesser C. Leisngsmesser FO_ET-Konzep_A.pdf sicars@hems.de Jochen icars

5 Heinrich-Emanel-Merck-chle Darmsad Fachoberschle chwerpnk Elekroechnik Themenfelder des chwerpnkfaches»elekroechnik«für die Organisaionsform A Themenfeld»Elekroechnik 4«: Einführng in die Elekrische Messechnik Das Themenfeld»Einführng in die elekrische Messechnik is in der im folgenden dargesellen Form nr für die Organisaionsform A der Fachoberschle enwickel worden nd grndsäzlich jahrgangsübergreifend konzipier. ach der Behandlng der ersen Grndlegngen zm elekrischen Feld in der Jahrgangssfe sind die physikalischen orassezngen zm ersändnis des Oszilloskops geschaffen. Dami kann bereis im. Halbjahr der Klasse mi der Behandlng dieses Messgeräes begonnen werden. Die Laborübngen zm Oszilloskop lassen sich dann anschließend im. Halbjahr der Jahrgangssfe drchführen. achdem gegen Ende des. Halbjahres im Rahmen des Themenfeldes»Elekroechnik «die Grndbegriffe des magneischen Feldes erarbeie worden sind, kann ewa z Beginn des. Halbjahres die Behandlng der elekromagneischen Messwerke in Angriff genommen werden. A. Elekronensrahl-Oszilloskop. Elekronensrahl-Oszilloskopröhre (Arbeisbla r. ). Zeiablenkng im Oszilloskop (Arbeisbla r. ) 3. Blockschalbild des Oszilloskops (Ein- nd Zweikanal-Oszilloskop Arbeisbla r. 3) 4. Bedienngselemene eines Zweikanal-Oszilloskops (HAMEG 3-5 Arbeisbla r. 4) 5. Messverfahren mi dem Oszilloskop (Arbeisbla r. 5) pannngsmessng nd absole Freqenzmessng Relaive Freqenzmessng mi Hilfe von Lissajos-Figren Phasenwinkelmessng mi Zweikanal- nd Einkanal-Oszilloskop (Lissajos-Figren) 6. Laborübngen mi dem Oszilloskop (Arbeisbla r. 6) Erse pannngs- nd Freqenzmessngen Afnahme der Lade- nd Enladekrven eines Kondensaors RC-chalngen als negrier- nd Differenzierglied B. Elekromagneische rom- nd pannngsmesser 7. Das Magnenadelgalvanomeer Ein hisorisches Messgerä (Arbeisbla r. 7) 8. Das Drehmagnemesswerk (Arbeisbla r. 8) Afba nd Wirkngsweise innbilder nd chalzeichen für Meßgeräe 9. Das Drehsplmeßwerk (Arbeisbla r. 9) romdrchflossene Drehsple im Magnefeld Afba nd Wirkngsweise des Drehsplmesswerks Lagerng, Dämpfng nd Eigenschafen von Drehsplmesswerken. Das Dreheisenmesswerk (Arbeisbla r. ) orversch: Zwei Eisenkörper im Magnefeld einer ple Afba, Wirkngsweise nd Eigenschafen des Dreheisenmesswerkes C. Elekromagneische Leisngssmesser. Das Elekrodynamische Messwerk als Leisngsmesser (Arbeisbla r. ). Das ndkionsmesswerk als Wechselsromzähler 3. Blindleisngsmessng mi dem elekrodynamischen Messwerk Die Arbeisbläer r. nd 3 sind noch nich digialisier. ie werden demnächs nachgereich. ET4-Konzep-FormA.DOC ic eie von

6 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-L.DOC Arbeisbla r. : Elekronensrahl-Oszilloskopröhre (Bransche Röhre). Afba der Oszilloskopröhre (schemaische Darsellng) Heizwendel Kaode (negaiv) Wehnelzylinder Anode (posiiv) Bündelngsanoden (Fokssierng) y Lechschirm mi Zinkslfid-chich 6 ~ E -Ablenkplaen -Ablenkplaen Elekronen- srahl x y Helligkei (nensiy) chärfe (Focs). erikal-ablenkng (-Ablenkng) nd Horizonal-Ablenkng (-Ablenkng) des Elekronensrahls Leg man an die Ablenkplaen eine pannng, so enseh zwischen den Plaen ein elekrisches Feld. on diesem Feld wird der negaiv geladene Elekronensrahl gegen die Feldrichng abgelenk. Die Feldsärke E nd dami ach die Ablenkweie läß sich mi der pannng U an den Ablenkplaen seern. y abgelenker Elekronensrahx Lechfleck Elekronensrahl x x -Ablenkng U U Lechfleck y bei U = U = -Ablenkng (Massepoenial) Bild : Ablenkplaen Bild : Bildschirmraser Bild 3: chalzeichen 3. Ablenkng des Elekronensrahls bei verschiedenen Gleichspannngen an den Ablenkplaen Der an dem Drehschaler "OLT/D." einsellbare Ablenkfakor A gib an, welche pannng an den - oder - Eingang geleg werden mß, m af dem Bildschirm eine Ablenkweie von cm z bewirken. a) A = /cm U = + b) A = /cm U = + 3 c) A = /cm U = + 4 A = /cm U = A = /cm U = A = 5 /cm U = + 5

7 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-F.DOC Arbeisbla r. : Zeiablenkng im Oszilloskop eie. Zeiverlaf einer ägezahnspannng (als»zeiablenkspannng«an den -Plaen eines Oszilloskops) Hinlaf-Zei des Elekronensrahls Rücklaf -Zei 3,,, -, T ms -, -3,. Einflß einer ägezahnspannng an den -Plaen af die Posiion des Lechflecks Leg man die oben dargeselle ägezahnspannng an die -Plaen eines Oszilloskop, so veränder sich die Posiion des Lechflecks in Abhängigkei von der Zei in der im folgenden angegebenen Weise. Wegen dieser Zeiabhängigkei wird die ägezahnspannng ach als»zeiablenkspannng«bezeichne. Zr Erinnerng: Der an dem Drehschaler "OLT/D." einsellbare Ablenkfakor A gib an, welche pannng an den - oder -Eingang geleg werden mß, m af dem Bildschirm eine Ablenkweie von cm z bewirken. Annahme: Der Ablenkfakor sei A x =,5 /cm. x s ms -,5-5 cm ms -,5-3 cm x y cm Posion des Lechflecks nach... ms 4 ms 6 ms 8 ms x 4 ms -,5 - cm 6 ms +,5 + cm 8 ms +,5 +3 cm ms +,5 +5 cm... Zei in ms x... pannng an den -Plaen in s... Ablenkweie des Elekronensrahls in cm = ms Maßsab : x y Polariä der pannng an den -Plaen bei posiiven Momenanweren Polariä der pannng an den -Plaen bei negaiven Momenanweren Fazi: Drch die gleichförmig sich ändernde ägezahnspannng an den -Plaen wird der negaive Elekronensrahl in der Hinlafphase gleichmäßig von links nach rechs abgelenk; dadrch wander der Lechfleck mi konsaner Geschwindigkei vom linken zm rechen Bildschirmrand. Die Geschwindigkei des Lechfleckes is abhängig von der Periodendaer T nd somi von der Freqenz f x der ägezahnspannng. Bei hohen Freqenzen beweg sich der Fleck so schnell, daß dessen Bewegng wegen der Träghei des menschlichen Ages nr noch als waagereche Lechlinie wahrgenommen werden kann. Während des sehr schnellen Rücklafs zm linken Bildschirmrand wird der Elekronensrahl drch eine negaive pannng am Wehnelzylinder abgeschale, m sörende Rücklaflinien z vermeiden.

8 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-L.DOC Arbeisbla r. : Zeiablenkng im Oszilloskop eie 3. Darsellng des Zeiverlafs von Wechselspannngen mi dem Oszilloskop Mi der folgenden Afgabe soll gezeig werden, welche Bedeng die an die -Ablenkplaen eines Oszilloskops angeschlossene ägezahnspannng für die Bildschirm-Darsellng einer an die -Ablenkplaen angeschlossene Wechselspannng ha. Dabei wird angenommen, daß an die -Plaen eines Oszilloskops eine ins-wechselspannng (im folgenden krz insspannng genann) gemäß Bild angeschlossen sei. Bezüglich der pannng an den -Plaen sollen zwei Fälle nersch werden (siehe Bild 3). Fall a): Znächs soll angenommen werden, an die -Plaen sei eine ägezahn-wechselspannng mi gleicher Freqenz angeschlossen. Fall b): Anschließend soll davon asgegangen werden, daß an die -Plaen ebenfalls eine ins- Wechselspannng mi gleicher Freqenz nd Amplide angeschlossen sei. Afgabe: Konsrieren ie für beide Fälle das af dem Bildschirm sich jeweils ergebende Oszillogramm. Bild : Oszillogramme af dem Bildschirm Bild : pannng an den -Plaen a),,5, b),5 -,5 T 5 5 ms -, -,5 -, -, -,5 -, -,5,5,,5, Überlagerng zweier senkrech zeinander verlafender Wechselspannngen mi g l e i c h e r Freqenz f = 5 Hz f = 5 Hz a) 5 b) Bild 4 : chalplan inswechselspannng an den -Plaen Fall a) : ägezahnspannng an den -Plaen Fall b) : insspannng an den -Plaen 5 G mi f mi f G G ms T A =,5 /D A =,5 /D Bild 3: pannng an den -Plaen Fazi: r wenn an den -Plaen eine ägezahnspannng angeschlossen is, wird af dem Bildschirm der Zeiverlaf der an die -Plaen angeschlossenen Wechselspannng (z.b. insspannng, Dreieckspannng, Recheckspannng sw.) dargesell.

9 Das Einkanal-Oszilloskop -Eingang (erical np) Masse-Bchse (Grond) ynchronisaion ET. (Trigger np) AC DC GD ET. T. -Ablenkfakor OLT/D. (/cm) -Eingangseiler Trigger- LEEL ynchronisaion (Triggersfe) -Posiion (verikale rahlverschiebng) -ersärker (erical Amplifier) Zeiablenkfakor TME/D. (ms/cm) Zeiablenkng (ägezahngeneraor) -Plaen Masse -Plaen (verikal) (horizonal) Arbeisbla r. 3 : Blockschalbild des Oszilloskops Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame : Masse ~ -Eingang (Horizonal np) ME3-F.DOC x-y-berieb (Hor. ex.) y--berieb (Hor. in.) -Ablenkfakor OLT/D. (/cm) -Eingangseiler -Posiion (horizonale rahlverschiebng) -ersärker (Horizonal Amplifier) 3 ~ Helligkei (TE.) chärfe (FOCU) Amplifier Grond np Division Time Trigger ynchronisaion horizonal verical : ersärker : Masse : Eingang : Teilng : Zei : Aslöser : Gleichlafhersellng : waagerech : senkrech eie

10 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME3-.DOC Arbeisbla r. 3 : Blockschalbild des Oszilloskops eie. Das Zweikanal Oszilloskop Ein Einsrahl Oszilloskop mi elekronischem Umschaler Eingang y Kanal (Ch. ) Elekronischer Umschaler y Eingang Kanal (Ch. ) Triggerng exern T. TRG. / chop. alern. y-- Berieb x-y- Berieb / / Eingang ET. Trigger Zeiablenkng Bild : Zweikanal - Oszilloskop Die preiswerese Lösng, m zwei ignale synchron abbilden z können, biee ein Einsrahl-Oszilloskop mi zwei Eingangskanälen nd einem schnellen elekronischen Umschaler (Bild ). Die beiden ignale an den Kanal-Eingängen nd werden von dem Umschaler in raschem Wechsel nacheinander über den erikalversärker an die - Plaen angeschlossen. Drch den sehr schnellen Ablaf der Umschalvorgänge nd den achlecheffek des chirmes nimm das menschliche Age afgrnd seiner Träghei den ignalwechsel nich wahr. Es wird der Eindrck erweck, als ob die beiden ignale gleichzeiig drch zwei Elekronensrahlen dargesell würden. n der Beriebsar "Alernaed" (= abwechselnd, siehe Bild a)) wird abwechselnd von jedem ignal ein voller chirmdrchlaf dargesell. Der elekronische Umschaler nd der Zeiablenkgeneraor arbeien also synchron. Bei niedriger Zeiablenkgeschwindigkei mach sich der sändige Wechsel drch särkeres Blinken bemerkbar (bei geringer achlechdaer des chirmes). Daher is diese Beriebsar insbesondere für hohe Freqenzen geeigne. n der Beriebsar "Chopped" (= zerhackend, siehe Bild b)) wird mi gleichbleibender hoher Freqenz zwischen den beiden Kanälen hin- nd hergeschale. Bei geringer Ablenkgeschwindigkei ri hierbei kein särkeres Blinken als im Einkanalberieb af. Bei höherer Ablenkgeschwindigkei werden die fehlenden Krvensücke sichbar, die Linien sind zerhack. Daher is diese Beriebsar insbesondere für niedrige Freqenzen geeigne. y a) Alernaed-Berieb ("Abwechsler"-Berieb) y b) Chopper-Berieb ("Zerhacker"-Berieb) pannng an Kanal y y pannng an Kanal ägezahnspannng an den -Plaen x x Bild Bild Oszillogramm af dem chirm Bild : Zweikanal-Berieb mi den Beriebsaren a) "alernaed" nd b) "chopped". Das "eche" Zweisrahl Oszilloskop Das Zweisrahl-Oszilloskop, ach "eches" Zweisrahl-Oszilloskop genann, besiz eine spezielle Elekronensrahlröhre mi zwei gerennen Elekronensrahlsysemen. Lediglich die Horizonalablenkng erfolg für beide rahlen gemeinsam. Ach die erikalversärker sind in doppeler Asführng vorhanden. Dieses eere Oszilloskop biee vor allem bei der Unerschng hochfreqener orgänge enscheidende oreile.

11 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-4-L.DOC Arbeisbla r. 4 : Das Zweikanal-Oszilloskop HAMEG 3-5 Bedienngselemene des HAMEG POWER TME / D. AT / ORM. TE. FOCU TR -PO. TRGGER ELECTOR AC DC HF LF LE LOPE + / - ms.5.. µs LEEL TRG.P..5 p-p max. ms µs CAL. ET. -PO. OLT / D. OLT / D. -PO. HAMEG MHz Oscilloscope HM 3-5 -MAG. CAL.. COMPOET TETER CH. DC AC GD M Ω 3 pf 5 4 p-p max m CH / TRG. / AR..5: CAL. 5 DUAL.5. 5 ADD CHOP.. 5 m 4 p-p max. HOR. P. CH. DC AC GD M Ω 3 pf Elemen Fnkion (Krzbeschreibng) POWER on/off (Drckase nd LED-Anzeige) ezschaler; Lechdiode zeig den Beriebszsand an TE. (Drehknopf) Helligkeiseinsellng für den Kahodensrahl. 3 FOCU (Drehknopf) chärfeeinsellng für den Kahodensrahl. (Mß bei veränderer Helligkeiseinsellng nachgesell werden). 4 TR Trimmpoeniomeer (Eins. m. chrabenzieher) Trace Roaion (rahldrehng). Dien zr Kompensaion des Erdmagnefeldes. Der horizonale rahl wird dami waagerech gesell. 5 -PO. (Drehknopf) Zr rahlverschiebng in horizonaler Richng. 6 - (Drckase) -Berieb. Bei gedrücker Tase - wird die inerne Zeiablenkng abgeschale. Die exerne Horizonalablenkng erfolg über CH -Eingang. Achng! Bei fehlender Zeiablenkng Einbrenngefahr. 7 LOPE+/ (Drckase) ignaldarsellng beginn mi seigender Flanke (Tase nich gedrück) oder mi fallender Flanke (Tase gedrück). 8 TRG. AC-DC-HF-LF-LE (chiebeschaler) Triggerankopplng: AC nd DC bis MHz, HF oberhalb MHz, LF nerhalb khz, LE mi ezfreqenz. 9 TME/D. (8sfiger Drehschaler) Besimm Zeikoeffizienen (Zeiablenkgeschwindigkei) der Zeibasis von.5 µs/cm bis ms/cm. ariable Zeibasiseinsellng (Drehknopf) Feineinsellng der Zeibasis. Für calibriere Zeimessngen af CAL. (Linksanschlag) sellen. ET. (Drckase) Triggerng über exernes ignal. ignalzführng über Bchse TRG.P. TRG.P. (BC-Bchse) Eingang für exernes Triggersignal. Tase ET. gedrück. 3 AT/ORM. (Drckase) Aomaische Triggerng (Tase nich gedrück) oder ormal-triggerng (Tase gedrück). 4 LEEL (Drehknopf) Einsellen des Triggerpnkes bei gedrücker Tase AT/ORM. 5 -MAG.. (Drckase) Dehnng der -Achse m den Fakor. Max. Aflösng = 5 ns/cm. 6 CALBRATOR.- Recheckspannng. pp bzw. pp zm Kalibrieren 7 COMPOET TETER (Drckase) Komponeneneser. Das z prüfende Baeil wird an die Tesbchse nd eine Massebchse angeschlossen. 8 -PO., -PO. (Drehknöpfe) Einsellng der verikalen Posiion des rahles für Kanal l nd. 9 CH. l DC, AC, GD (chiebeschaler) Eingangssignalankopplng: Kanal l nd. DC = direke Ankopplng, AC = Ankopplng über einen Kondensaor, GD = Oszilloskop-Eingang krzgeschlossen; Eingangssignal offen. CH. l, CH. (BC-Bchsen. Massebchsen) ignaleingänge: Kanal l (links) bzw. Kanal oder horizonaler -Eingang (rechs). Eingangsimpedanz MΩ 3pF. -ersärkng (sfig. Drehschaler) -Eingangseiler. Besimm den -ersärkngsfakor in 5 chrien nd gib den Umrechnngsfakor an (/cm, m/cm). ariable -ersärkng (Drehknopf) Feineinsellng der -Amplide (Kanal l bzw. ). Erhöh die ersärkng max. m den Fakor,5 (Rechsanschlag). Mß für Amplidenmessngen in ellng CAL. sehen (Linksanschlag) 3. (Drckase) Bei gedrücker Tase wird die Polariä von Kanal l mgedreh. (n erbindng mi ADD-Tase = Differenzdarsellng). 4 CH /-TRG. / (Drckase) Einkanalberieb (Tase DUAL nich gedrück): Tase nich gedrück = Darsellng von Kanal l. Tase gedrück = Darsellng von Kanal. Gleichzeiig Umschalng der inernen Triggerng. 5 DUAL (Drckase) Besimm die Beriebsar EKAAL (Tase nich gedrück) oder ZWEKAAL (Tase gedrück). 6 ADD-CHOP. (Drckase) Wenn ADD allein gedrück: mme ( + ). Wenn ADD nd. gedrück: Differenz ( + ). CHOP. nich nd DUAL gedrück: alern. Kanalmschalng. CHOP. nd DUAL gedrück: Chopper-Kanalmschalng.

12 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-5A.DOC Arbeisbla r. 5 a) : pannngs- nd Freqenzmessng mi dem Oszilloskop Afgabenbeispiele zr pannngs-, rom- nd Freqenzbesimmng mi dem Oszilloskop. Af dem Bildschirm eines Oszilloskops erschein im Zeiablenkberieb ein Oszillogramm nach Bild. Der Ablenkkoeffizien A is af 5 /cm eingesell, der Zeikoeffizien A af ms/cm. a) Wie groß is der Effekivwer der ins-wechselspannng? b) Besimmen ie die Freqenz f. Bild. An den Eingang eines Oszilloskops is die pannng an einem kω Widersand angeschlossen. Af dem Bildschirm erschein das in Bild angegebene Oszillogramm. Der Ablenkkoeffizien A is af /cm eingesell, der Zeikoeffizien A af µs/cm. a) Wie groß is der cheielwer des romes drch den Widersand? b) Besimmen ie die Freqenz f. Bild 3. Bei der Messng mi einem Oszilloskop erschein af dem Bildschirm das in Bild 3 angegebene Oszillogramm. Der Ablenkkoeffizien A is af m/cm eingesell, der Zeikoeffizien A af µs/cm. a) Wie groß is der cheielwer des Recheckspannng? b) Besimmen ie die Freqenz f. 4. Bei der Unerschng einer RC-Reihenschalng mi dem Oszilloskop is die pannng an dem Widersand R = kω an den Eingang angeschlossen. Af dem Bildschirm erschein das in Bild 4 angegebene Oszillogramm. Der Ablenkkoeffizien A is af,5 /cm eingesell, der Zeikoeffizien A af 5 µs/cm. a) Wie groß is die Kapaziä C des Kondensaors? b) Welche Form ha die Eingangsspannng an der RC-chalng? Begründen ie hre Anwor! c) Besimmen ie den cheielwer nd die Freqenz dieser Eingangsspannng. Bild 3 Bild 4 d) Wie würde sich die Form der pannng an dem Widersand R ändern, wenn die Freqenz der Eingangsspannng m das ierfache erhöh würde?

13 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-5BF.DOC Arbeisbla r. 5 b) : Relaive Freqenzmessng mi Hilfe von Lissajos-Figren eie. Ensehng einer Lissajos-Figr af dem Oszilloskop-Bildschirm (Jles A. Lissajos, franz. Physiker, 8 88) 3,, 3 ^ pannng an den -Plaen ^ ms T -, -, T T -, -,,, T Bild Überlagerng zweier senkrech zeinander verlafender Wechselspannngen, deren Freqenzen in einem ganzzahligen erhälnis zeinander sehen 5 ^ Beispiel: pannng an den -Plaen: f pannng an den -Plaen: f = 5 Hz = 5 Hz f f = 5 3 pannng an den -Plaen G mi f mi f G 35 A =,5 /D A =,5 /D T 4 ms Meßschalng mi Oszilloskop im --Berieb ofern die Freqenzen der pannngen an den - nd -Plaen des Oszilloskops in einem ganzzahligen erhälnis zeinander sehen (z.b. 4: oder :3 sw.), läß sich dieses Freqenzverhälnis as dem erhälnis der Anzahl der Berührngspnke der Lissajos-Linie mi einer waagerechen nd senkrechen Tangene an die Lissajos-Figr ermieln. Denn die Anzahl m der Berührngspnke an der waagerechen Tangene wird besimm drch die Anzahl der Maximalwere û, die im Zeiverlaf der pannng an den -Plaen gemäß ihrer Freqenz f während einer Zei T afreen, die ihrerseis ein ganzzahliges ielfaches der Periodendaer T x der pannng an den -Plaen is (d.h.: T = n T x ). Hingegen wird die Anzahl n der Berührngspnke an der senkrechen Tangene besimm von der Anzahl der Maximalwere û, die in der selben Zei T im Zeiverlaf der pannng an den -Plaen gemäß deren Freqenz f erscheinen. Berührngspnke mi der waagerechen Tangene: m = Freqenzverhälnis Berührngspnke mi der senkrechen Tangene : n = f f = m n m... Anzahl der Berührngspnke an der waagerechen Tangene n... Anzahl der Berührngspnke an der senkrechen Tangene f... Freqenz der pannng an den -Plaen f... Freqenz der pannng an den -Plaen

14 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-5BF.DOC Arbeisbla r. 5 b) : Relaive Freqenzmessng mi Hilfe von Lissajos-Figren eie. Besimmng einer nbekannen Freqenz drch Freqenzvergleich mi Hilfe von Lissajos-Figren Zr Ermilng der Freqenz einer Wechselspannng drch relaive Freqenzmessng mß die nbekanne Freqenz mi einer bekannen Freqenz verglichen werden. Daz wird die pannng mi der nbekannen Freqenz beispielsweise an die -Plaen des Oszilloskops angeschlossen, während die pannng mi der einsellbaren bekannen Freqenz an die -Plaen geleg wird (siehe Meßschalng af eie ). Dadrch enseh af dem Bildschirm eine Lissajos-Figr. Um z gewährleisen, daß die ergleichsfreqenz f in einem ganzzahligen erhälnis z der nbekannen Freqenz f seh, mß znächs die ergleichsfreqenz solange variier werden, bis die Lissajos- Figr rhig seh. Ers ner dieser orassezng kann wie bereis af eie beschrieben as der Anzahl der Berührngspnke an der wagerechen nd senkrechen Tangene das Freqenzverhälnis besimm nd daras die nbekanne Freqenz f der pannng an den -Plaen berechne werden. Daz einige Beispiele, bei denen wir annehmen wollen, daß die ergleichsfreqenz jeweils f = 5 Hz berage. Beispiel a): f = 5 Hz n = m = f f m m = n f = f = 5 Hz f = Hz n Übrigens: Die nebensehende Lissajos-Figr nerscheide sich von der des Beispiels af eie, obwohl das Freqenzverhälnis gleich is. Dies lieg darin begründe, daß hier die pannng an den -Plaen der pannng an den -Plaen m einen Phasenwinkel von ϕ = 3 voraseil. Beispiel b): f = 5 Hz n = m = 3 f f m m 3 = f = f = Hz f = Hz n 5 5 n Übrigens: Bei diesem Beispiel eil die pannng an den -Plaen der pannng an den -Plaen m einen Phasenwinkel von ϕ = 45 voras. Beispiel c): f = 5 Hz n = m = 3 f f m m 3 = f = f = Hz f = Hz n 5 75 n Übrigens: Bei diesem Beispiel eil die pannng an den -Plaen der pannng an den -Plaen m einen Phasenwinkel von ϕ = 9 voras. Beispiel d): f = 5 Hz n = m = 5 f f m m 5 = f = f = Hz f = Hz n 5 5 n Übrigens: Bei diesem Beispiel verläf die pannng an den -Plaen phasengleich mi der pannng an den -Plaen, d.h. der Phasenwinkel beräg ϕ =.

15 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-5CL.DOC Arbeisbla r. 5 c) : Messng der Phasenverschiebng mi dem Oszilloskop eie. Besimmng der Phasenverschiebng mi dem Zweikanal-Oszilloskop Die beiden ins-wechselspannngen, deren Phasenverschiebng besimm werden soll, sind über die Kanäle nd an die -Plaen des Oszilloskops anzschließen (Bild ). Znächs müssen as dem Oszillogramm (Bild ) die Längen nd T besimm werden. Die Länge ensprich dem Phasenwinkel j nd die Länge der Periodendaer T nd dami einem ollwinkel von 36. Diese Längen verhalen sich wie der Phasenwinkel j z einem ollwinkel von 36. Es gil demnach folgende erhälnisgleichng: ϕ 36 = T Daras folg für die Berechnng des Phasenwinkels: Phasenverschobene insspannng an den -Plaen über Kanal G mi f ins-wechselspannng an den -Plaen über Kanal mi f f = 5 Hz f = f Bild : Meßschalng mi Zweikanal-Oszilloskop o G ϕ = 36 T Für das in Bild angegebene Beispiel gil : = cm T = 8 cm ϕ cm = 36 ϕ = 45 8cm T T Bild : Oszillogramm der phasenverschobenen pannngen. Besimmng der Phasenverschiebng mi dem Einkanal-Oszilloskop chließ man an die -Plaen eines Oszilloskops eine sinsförmige Wechselspannng an nd leg bei abgeschaleer Zeiablenkng (--Berieb) an die -Plaen ebenfalls eine sinsförmige, aber m den Winkel j phasenverschobene Wechselspannng gleicher Freqenz, so enseh af dem Lechschirm als Lissajos-Figr eine Ellipse, deren Form von der Größe des Phasenwinkels abhängig is (Die Konsrkion dieser Lissajos-Figr is af der eie dieses Arbeisblaes dargesell.). Das erhälnis der as dem Oszillogramm (Bild 4) z ennehmenden Längen y o nd ŷ is der inswer des Phasenwinkels. Für den Phasenwinkel gil demnach: y sinϕ = y bzw. ϕ = arcsin y y Phasenverschobene insspannng an den -Plaen G mi f f = 5 Hz ins-wechselspannng an den -Plaen mi f f = f Bild 3 :Meßschalng mi Einkanal-Oszilloskop G onderfälle: Bei j = ergib sich ses eine Gerade drch den Ursprng (Denn in diesem Fall mß ja y o = sein.) nd bei j = 9 eine Ellipse mi waagerecher Hapachse (Denn in diesem Fall mß ja y o = ŷ sein.). Bei j = 9 erschein af dem chirm ein Kreis, sofern die Ampliden gleich sind nd gleiche Ablenkfakoren eingesell sind. Bei allen anderen Winkeln zwischen nd 9 enseh eine Ellipse mi schräg verlafender Hapachse. y y Für das in Bild 4 angegebene Beispiel gil: y = 4 cm ŷ = 8 cm ϕ = arcsin 4 cm ϕ = 3 8cm Bild 4 : Liegen zwei phasenverschobene ins-pannngen an den - nd -Plaen eines Einkanal-Oszilloskops, so enseh als Lissajos-Figr das Bild eines af einer Ellipse mlafenden Lechpnkes.

16 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-5CL.DOC Arbeisbla r. 5 c) : Messng der Phasenverschiebng mi dem Oszilloskop eie 3. Erzegng einer Lissajos-Figr drch zwei phasenverschobene Wechselspannngen Leg man an die m 9 versez angeordneen nd Plaen eines Einkanal-Oszilloskops (im Mods) zwei phasenverschobene ins-pannngen gleicher Freqenz, so enseh af dem Lechschirm das Bild eines af einer Ellipse mlafenden Lechpnkes. Wie diese Lissajos-Figr drch Überlagerng erzeg wird, soll mi dieser Afgabe gezeig werden. Daz wird exemplarisch angenommen, daß die Freqenz 5 Hz berage nd die phasenverschobene pannng an den -Plaen gegenüber der an den -Plaen m den Phasenwinkel j = 45 voraseile. Afgabe: Konsrieren ie das af dem Lechschirm sich ergebende Oszillogramm. Bild : Oszillogramm af dem Lechschirm Bild : pannng an den -Plaen j, 3 3,5 4 4, y y,5 T 5 5 ms -,5 -, -,5 -, Berechnng des Phasenwinkels (siehe ach nen) * -, -,5 -, -,5,5,,5, Bild 4 : Meßschalng wobei y ϕ = arcsin y = ŷ ŷ = û Phasenverschobene insspannng an den -Plaen inswechselspannng an den -Plaen 5 G mi f mi f G Bild 3: ms T pannng an den -Plaen A =,5 /D f = 5 Hz j = 45 A =,5 /D f = f * Daß die Berechnng des Phasenwinkels über eine insfnkion erfolg, lieg in der Beziehng zwischen Zeigernd Liniendiagramm begründe (siehe Bild 5). n dem rechwinkligen Zeiger- Dreieck is der Agenblickswer o im Zeipnk o = die Gegenkahee z dem Phasenwinkel ϕ nd der Maximalwer û sell die Hypoense dar. Bild 5: Zeiger- nd Liniendiagramm einer phasenverschobenen ins-wechselspannng roierender Zeiger im Zeipnk ϕ = sin û ϕ û w Phasenwinkel 3 - ϕ - -3 Liniendiagramm û (Zeidiagramm) /4 T / T 3/4 T T π/ p 3π/ p α

17 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-5-D.DOC Arbeisbla r. 5 d) : Darsellng von Lissajos-Figren mi dem Oszilloskop ollzieh ein Massepnk (oder der Lechpnk af einem Oszilloskopschirm) gleichzeiig zwei senkrech zeinander verlafende chwingngen, so beweg sich der jeweilige Pnk af in sich geschlossenen Bahnkrven. Diese wrden 857 ersmal von dem französischen Mahemaiker nd Physiker Jles Anoine Lissajos erforsch nd beschrieben. hm z Ehren ha man die Bahnen des mlafenden Pnkes als Lissajos-Figren bezeichne. ie können af mechanischem Wege erzeg werden mi einem Doppelpendel gemäß Bild oder mi Hilfe elekrischer ins-wechselspannngen, die gemäß Bild an die m 9 versez angeordneen Ablenkplaen eines Oszilloskops anschließ (siehe daz ach die Arbeisbläer 4 b) nd 4 c)). Jles Anoine Lissajos 8 88 Mahemaisch lassen sich die einzelnen Pnke einer Lissajos-Figr mi Hilfe der folgenden Fnkionsgleichngen berechnen: x = a sin ( n α) x y = a sin ( m α + ϕ) y α = ω ω = π f wobei nd R Bild : Mechanisches Doppelpendel zr Darsellng von Lissajos-Figren l L Die Formen von Lissajos-Figren werden bei gleicher Amplide zm einen drch die Phasenverschiebng j zwischen den beiden chwingngen nd zm anderen drch das erhälnis m : n der Winkelfakoren, das dem Freqenzverhälnis f y : f x ensprich, denn bei einer zeiabhängigen Darsellng is der Winkel als Prodk as Kreisfreqenz nd Zei anzgeben (a = w ). Bei dem Doppelpendel in Bild läß sich das Freqenzverhälnis übrigens drch erschieben des Ringes R einsellen. gl. daz: L. Bergmann, Cl. chaefer, Lehrbch der Experimenalphysik, Berlin 96,. 57 ff. G mi f mi f Bild : chalng zr Darsellng von Lissajos- Figren mi dem Oszilloskop G m : n = : m : n = : m : n = 3 : m : n = 4 : 3 ϕ = ϕ = 45 bzw. ϕ = /4 p ϕ = 9 bzw. ϕ = / p ϕ = 35 bzw. ϕ = 3/4 p ϕ = 8 bzw. ϕ = p Bild : Lissajos-Figren bei verschiedenen Freqenzverhälnissen nd Phasenwinkeln

18 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-6-.DOC Arbeisbla r. 6 (Laborübng ) : Erse Messngen mi dem Oszilloskop eie. Beobachng der Zeiablenkng des Oszilloskops a) ellen ie das Oszilloskop so ein, daß der Lechfleck im Ursprng des Bildschirmrasers erschein. Beachen ie, daß die Lechschich der Oszilloskopröhre zersör wird, wenn der Elekronensrahl nich sändig abgelenk wird! ellen ie deshalb im --Berieb höchsens eine milere Helligkei ein! b) chalen ie die Zeiablenkng ein. ellen ie den Zeikoeffizienen mi Hilfe des Drehschalers TME/D. af ms nd beobachen ie den Lechfleck. Welche Zei benöig der Lechfleck für das einmalige Drchlafen der -Achse? c) Was läß sich beobachen, wenn der Zeikoeffizien z.b. af µs verringer wird? Begründen ie hre Beobachng.. Messng einer Gleichspannng Die Asgangsspannng U a des folgenden pannngseilers is nach drei erfahren z besimmen. a) ämliche Einsellngen nd Messngen sind znächs mi Hilfe des Oszilloskops vorznehmen. b) Wiederholen ie anschließend die Einsellngen nd Messngen mi einem ielfachmeßgerä. c) chließlich soll der Wer von U a drch eine ensprechende Rechnng heoreisch besimm werden. d) ergleichen ie die Ergebnisse. Abweichngen sind gegebenenfalls z begründen. Meßschalng Oszilloskop Messprookoll U _ ervollsändigen ie die Meßschalng! R k Ω R 5 k Ω U a TME / D. OLT / D. DC AC OLT / D. DC AC ms/cm µs/cm CH. /cm m/cm CH. /cm m/cm Trigger elecor AC DC HF LF LE CH CH. CH / DUAL ADD TRG. / CHOP. Oszillogramm: M : 3. Messng einer Wechselspannng Der pannngeiler soll jez mi einer sinsförmigen Wechselspannng (û = / f = 5 Hz) berieben werden. Als Wechselspannngsqelle soll der Fnkionsgeneraor dienen. Ach hier sind sämliche Einsellngen nd Messngen znächs mi Hilfe des Oszilloskops vorznehmen. a) Messen ie den cheielwer û a der Asgangsspannng des pannngseilers mi dem Oszilloskop. b) Messen ie anschließend die Asgangsspannng mi Hilfe eines ielfachmeßgeräs. Begründen ie die nerschiedlichen Meßergebnisse. Meßschalng Oszilloskop Messprookoll G û = f = 5 Hz ervollsändigen ie die Meßschalng! R k Ω R 5 k Ω a TME / D. OLT / D. DC AC OLT / D. DC AC ms/cm µs/cm CH. /cm m/cm CH. /cm m/cm Trigger elecor AC DC HF LF LE CH CH. CH / DUAL ADD TRG. / CHOP. Oszillogramm: M : Beachen ie bie: ämliche Meßschalngen müssen znächs vervollsändig werden. Bis af die Oszilloskop-Messprookolle sind die Meßergebnisse nd Anworen af einem gesonderen Bla feszhalen!

19 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-6-.DOC Arbeisbla r. 6 (Laborübng ) : pannngs- nd rommessng mi dem Oszilloskop eie Afnahme der Lade- nd Enladekrven eines Kondensaors mi dem Oszilloskop. ellen ie znächs mi Hilfe des Oszilloskops am Asgang des Fnkionsgeneraors die nen dargeselle Recheckspannng E ein. Baen ie anschließend die folgende RC- chalng (R = kω ; C = nf) af nd schließen ie die Recheckspannng E an.. Af dem Bildschirm des Oszilloskops sollen znächs die pannngen E (Kanal ) nd c (Kanal ) dargesell werden. ervollsändigen ie den chalplan (Bild ) nd baen ie anschließend die Meßschalng af. 3. Die Agenblickswere der pannng C sind in Zeiabsänden von µs mi Hilfe des Oszilloskops z messen nd in das folgende Zeidiagramm einzragen. Zeichnen ie mi Hilfe der eingeragenen Meßwere den pannngs-verlaf am Kondensaor während des Ladens nd Enladens. 4. ellen ie anschließend die pannngen E (Kanal ) nd R (Kanal ) af dem Bildschirm dar. ervollsändigen ie vorher den chalplan im Bild. Zeichnen ie af der Grndlage hrer Oszillogramme in das nensehende Zeidiagramm den romverlaf während des Ladens nd Enladens. G E i R R C Bild : Meßschalng zr Darsellng der Kondensaorspannng G E C C R Bild : Meßschalng zr Darsellng des Kondensaorsromes i C R Einsellwere am Oszilloskop: -Ablenkng (OLT/D.) Kanal : C E µs Kanal : 3 Zei-Ablenkng (TME/D.) i µs,3 ma Für die Agenblickswere des romes i gil in jedem Momen:,, i = R R -, µs -, -,3

20 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-6-.DOC Arbeisbla r. 6 (Laborübng ) : pannngs- nd rommessng mi dem Oszilloskop eie 3 mplsformer: RC-chalng als negrierglied i R G E R C C A Eingang E = R = 4,7 kω C = nf Asgang a) pannngszeidiagramme bei relaiv niedriger Freqenz (f = khz) f = khz T = T/ = E 5 = = A µs µs b) pannngszeidiagramme bei relaiv hoher Freqenz (f = khz) f = khz T = T/ = E 5 = = A µs, µs. Ermieln ie mi Hilfe des Oszilloskops die Zeidiagramme der Eingangs- nd Asgangsspannng des negriergliedes für die oben angegebenen Freqenzen.. Unerschen, beschreiben nd begründen ie den Einflß der Freqenz f, der Kapaziä C nd des Widersandes R af die Krvenform der Asgangsspannng A.

21 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-6-.DOC Arbeisbla r. 6 (Laborübng ) : pannngs- nd rommessng mi dem Oszilloskop eie 4 mplsformer: RC-chalng als Differenzierglied C G E C R R i A Eingang E = R = 4,7 kω C = nf Asgang a) pannngszeidiagramme bei relaiv niedriger Freqenz (f = khz) f = khz E T = T/ = 5 = = A µs µs - b) pannngszeidiagramme bei relaiv hoher Freqenz (f = khz) f = khz T = E T/ = 5 = = A µs µs -. Ermieln ie mi Hilfe des Oszilloskops die Zeidiagramme der Eingangs- nd Asgangsspannng des Differenziergliedes für die oben angegebenen Freqenzen.. Unerschen, beschreiben nd begründen ie den Einflß der Freqenz f, der Kapaziä C nd des Widersandes R af die Krvenform der Asgangsspannng A.

22 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-6L.DOC Arbeisbla r. 6 (Laborübng ) : Erse Messngen mi dem Oszilloskop eie. Beobachng der Zeiablenkng des Oszilloskops Lehrerexemplar mi Ergebnissen a) ellen ie das Oszilloskop so ein, daß der Lechfleck im Ursprng des Bildschirmrasers erschein. Beachen ie, daß die Lechschich der Oszilloskopröhre zersör wird, wenn der Elekronensrahl nich sändig abgelenk wird! ellen ie deshalb im --Berieb höchsens eine milere Helligkei ein! b) chalen ie die Zeiablenkng ein. ellen ie den Zeikoeffizienen mi Hilfe des Drehschalers TME/D. af ms nd beobachen ie den Lechfleck. Welche Zei benöig der Lechfleck für das einmalige Drchlafen der -Achse? c) Was läß sich beobachen, wenn der Zeikoeffizien z.b. af µs verringer wird? Begründen ie hre Beobachng.. Messng einer Gleichspannng Die Asgangsspannng U a des folgenden pannngseilers is nach drei erfahren z besimmen. a) ämliche Einsellngen nd Messngen sind znächs mi Hilfe des Oszilloskops vorznehmen. b) Wiederholen ie anschließend die Einsellngen nd Messngen mi einem ielfachmeßgerä. c) chließlich soll der Wer von U a drch eine ensprechende Rechnng heoreisch besimm werden. d) ergleichen ie die Ergebnisse. Abweichngen sind gegebenenfalls z begründen. Meßschalng Oszilloskop Messprookoll U _ ervollsändigen ie die Meßschalng! R k Ω R 5 k Ω U a TME / D. ms/cm OLT / D. /cm DC AC OLT / D. DC AC ms/cm µs/cm CH. /cm m/cm CH. /cm m/cm Trigger elecor AC DC HF LF LE CH CH. CH / DUAL ADD TRG. / CHOP. Oszillogramm: M : 3. Messng einer Wechselspannng Der pannngeiler soll jez mi einer sinsförmigen Wechselspannng (û = / f = 5 Hz) berieben werden. Als Wechselspannngsqelle soll der Fnkionsgeneraor dienen. Ach hier sind sämliche Einsellngen nd Messngen znächs mi Hilfe des Oszilloskops vorznehmen. a) Messen ie den cheielwer û a der Asgangsspannng des pannngseilers mi dem Oszilloskop. b) Messen ie anschließend die Asgangsspannng mi Hilfe eines ielfachmeßgeräs. Begründen ie die nerschiedlichen Meßergebnisse. Meßschalng Oszilloskop Messprookoll G û = f = 5 Hz ervollsändigen ie die Meßschalng! R k Ω R 5 k Ω a TME / D. ms/cm OLT / D. /cm DC AC OLT / D. DC AC ms/cm µs/cm CH. /cm m/cm CH. /cm m/cm Trigger elecor AC DC HF LF LE CH CH. CH / DUAL ADD TRG. / CHOP. Oszillogramm: M : Beachen ie bie: ämliche Meßschalngen müssen znächs vervollsändig werden. Bis af die Oszilloskop-Messprookolle sind die Meßergebnisse nd Anworen af einem gesonderen Bla feszhalen!

23 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-6L.DOC Arbeisbla r. 6 (Laborübng ) : pannngs- nd rommessng mi dem Oszilloskop eie Afnahme der Lade- nd Enladekrven eines Kondensaors mi dem Oszilloskop. ellen ie znächs mi Hilfe des Oszilloskops am Asgang des Fnkionsgeneraors die nen dargeselle Recheckspannng E ein. Baen ie anschließend die folgende RC- chalng (R = kω ; C = nf) af nd schließen ie die Recheckspannng E an.. Af dem Bildschirm des Oszilloskops sollen znächs die pannngen E (Kanal ) nd c (Kanal ) dargesell werden. ervollsändigen ie den chalplan (Bild ) nd baen ie anschließend die Meßschalng af. 3. Die Agenblickswere der pannng C sind in Zeiabsänden von µs mi Hilfe des Oszilloskops z messen nd in das folgende Zeidiagramm einzragen. Zeichnen ie mi Hilfe der eingeragenen Meßwere den pannngs-verlaf am Kondensaor während des Ladens nd Enladens. 4. ellen ie anschließend die pannngen E (Kanal ) nd R (Kanal ) af dem Bildschirm dar. ervollsändigen ie vorher den chalplan im Bild. Zeichnen ie af der Grndlage hrer Oszillogramme in das nensehende Zeidiagramm den romverlaf während des Ladens nd Enladens. G E i R R C Bild : Meßschalng zr Darsellng der Kondensaorspannng G E C Lehrerexemplar mi Ergebnissen C R Bild : Meßschalng zr Darsellng des Kondensaorsromes i C R Einsellwere am Oszilloskop: -Ablenkng (OLT/D.) Kanal : C E µs / cm Kanal : 3 / cm Zei-Ablenkng (TME/D.) µs / cm i,3 ma µs Für die Agenblickswere des romes i gil in jedem Momen: i = R R,, -, µs -, -,3

24 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-6L.DOC Arbeisbla r. 6 (Laborübng ) : pannngs- nd rommessng mi dem Oszilloskop eie 3 mplsformer: RC-chalng als negrierglied Lehrerexemplar mi Ergebnissen i R G E R C C A Eingang E = R = 4,7 kω C = nf Asgang a) pannngszeidiagramme bei relaiv niedriger Freqenz (f = khz) f = khz T = µs T/ = 5 µs E = 9,4 µs 5 = 47 µs T 5 τ A µs µs b) pannngszeidiagramme bei relaiv hoher Freqenz (f = khz) f = khz T = µs T/ = 5 µs E = 9,4 µs 5 = 47 µs T << 5 τ A, µs µs. Ermieln ie mi Hilfe des Oszilloskops die Zeidiagramme der Eingangs- nd Asgangsspannng des negriergliedes für die oben angegebenen Freqenzen.. Unerschen, beschreiben nd begründen ie den Einflß der Freqenz f, der Kapaziä C nd des Widersandes R af die Krvenform der Asgangsspannng A.

25 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-6L.DOC Arbeisbla r. 6 (Laborübng ) : pannngs- nd rommessng mi dem Oszilloskop eie 4 mplsformer: RC-chalng als Differenzierglied Lehrerexemplar mi Ergebnissen C G E C R R i A Eingang E = R = 4,7 kω C = nf Asgang a) pannngszeidiagramme bei relaiv niedriger Freqenz (f = khz) f = khz T = µs T/ = 5 µs = 9,4 µs 5 = 47 µs E A µs T 5 τ µs - b) pannngszeidiagramme bei relaiv hoher Freqenz (f = khz) f = khz T = µs T/ = 5 µs = 9,4 µs 5 = 47 µs T << 5 τ E A µs µs. Ermieln ie mi Hilfe des Oszilloskops die Zeidiagramme der Eingangs- nd Asgangsspannng des Differenziergliedes für die oben angegebenen Freqenzen.. Unerschen, beschreiben nd begründen ie den Einflß der Freqenz f, der Kapaziä C nd des Widersandes R af die Krvenform der Asgangsspannng A.

26 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-7-L.DOC Arbeisbla r. 7 : Das Magnenadelgalvanomeer Ein hisorisches rom-meßgerä Baanleing eines Magnenadelgalvanomeers as dem Jahre 84 on zenraler Bedeng für die erse Enwicklngsphase der elekrischen Meßechnik (8 bis 88) waren Meßgeräe, die af der von H.Chr. Oersed im Jahre 8 endecken magneischen Wirkng des elekrischen romes af eine Kompaßnadel berhen. Daz gehöre ach der im Jahre 837 von dem französischen Physiker Cl..M. Poille konsriere rommesser. Er nanne ihn Tangenenbssole (Bssole = Kompaß), weil man die ärke des Meßsromes as dem Tangens des Ablenkwinkels der Kompaßnadel berechnen konne. Af der Grndlage der orarbeien von Poille enwickele drei Jahre späer der desche Physiker Wilhelm Weber den folgenden rommesser.. Fessehendes Teil: kreisförmiger Leier Magnefeld des Meßsromes Fig.. als ple mi = 3. Meßsrom. kala: Bewegliches Teil mi Zeiger: Kompaßnadel Kreiseilng Aszg as der Baanleing von Wilhelm Weber: Es is daz nr nöig, die beiden Teile, welche den rom znd ableien, rech nahe nebeneinander forzführen, wo ihre Wirkngen af die adel sich afheben. Das erse ück vom Ringe an wird der rom am besen drch zwei kpferne Röhren geleie, deren eine die andere mschließ, jedoch isolier von ihr gehalen wird, wie Fig. bis 4 darsell. Der Qerschni des kreisförmigen Leiers mß so groß sein, daß sein Widersand nmerklich is. ch habe ein nsrmen hiernach einrichen lassen, dessen Kpferring 98 ½ Millimeer Drchmesser hae nd dessen Qerschni 3 Qadramillimeer berg. Dieser Reif war nen afgeschnien, nd das eine Ende mi der einen Leingsröhre, das andere Ende mi der anderen Leingsröhre zsammengelöe. Diese ineinandergesecken, aber isolieren Röhren führen den rom Millimeer abwärs z zwei vier Millimeer dicken, ein Meer langen Leingsdrähen, welche dich nereinander z zwei Qecksilbernäpfchen gingen, die mi den beiden Plaen der galvanischen Kee in erbindng gesez werden konnen. Die Magnenadel sand in der Mie des Kreises af einer an dem Kreis befesigen Holzplae. Der Kreis selbs sand af einem hölzernen, mi ellschraben versehenen Dreifß. Die Länge der adel berg 5 Millimeer nd bewege sich af einem in Grade geeilen Kreisbogen. Fig. Ι Ι Fig. 3 Fig. 4 Ι Qelle: Wilhelm Weber, Messng sarker galvanischer röme nach absolem Maße, in: Reslae as den Beobachngen des magneischen ereins im Jahre 84, hrsg. von Carl Friedrich Gaß nd Wilhelm Weber, Leipzig 84, achdrck in: Wilhelm Weber / Rdolf Kohlasch, Über die Einführng absoler elekrischer Maße, Oswalds Klassiker der exaken Wissenschafen, Branschweig 968,.3 f. Wirkngsweise des Magnenadelgalvanomeers von Wilhelm Weber obald ein Meßsrom drch die fessehende Kreissple (Windngszahl = ) fließ, wird in deren Umgebng ein Magnefeld erzeg. Dadrch wird die bewegliche Magnenadel abgelenk. Die Größe des Asschlagwinkels is abhängig von der rom s ä r k e, die Asschlagrichng hingegen von der rom r i c h n g. Afgaben. Ergänzen ie die Abbildng (Fig. ) nd füllen ie den Lückenex über die Wirkngsweise as.. Uner welcher orassezng könne man mi dem oben beschriebenen Meßgerä einen elekrischen rom direk messen? Erklären ie daz znächs den Begriff des Messens. 3. Welche or- nd acheile ha das Magnenadelgalvanomeer von Wilhelm Weber? 4. Wäre dieses nsrmen ach für Wechselsrommessngen geeigne?

27 Lehrgang : ELEKTRCHE METECHK ame: ME-8-L.DOC Arbeisbla r. 8 : Das Drehmagnemeßwerk innbild :. Afba des Drehmagnemeßwerks. Messwerk:. kala 5. beweglicher Drehmagne mi Zeiger.Gehäse 3. fessehende Meßsplen.Eingebaes Zbehör Meßsrom R. Wirkngsweise obald ein Meßsrom drch die fessehenden Meßsplen fließ, enseh in deren Umgebng ein Magnefeld. Der beweglich gelagere Drehmagne wird in Richng des Magnefeldes abgelenk nd der Zeiger schläg as. Der Zeigerasschlag is abhängig von der ärke nd der Richng des Meßsromes. Fließ der rom in der angegeben en Richng, dann schläg der Zeiger nach rechs as. Wechselsrommessngen können mi dem Drehmagnemeßwerk nich drchgeführ werden, da ein Wechselsrom lafend seine Richng wechsel nd der Zeiger daher sändig hin- nd herpendeln würde. 3. Eigenschafen 4. Anwendng robs billig oreile keine bewegliche ple keine bewegliche romzführng hoch überlasbar keine Rücksellfeder direke Bereiche bis 6 A acheile hoher Eigenverbrach... W geringe Empfindlichkei geringe Genaigkei ± 5%... ±% fremdfeldempfindlich nr für Gleichsrom niedrigse Bereiche,5 ma bzw. 4 m ngleichmäßiger kalenverlaf Drehmagnemeßwerke werden hapsächlich eingeba in Ladekonrollgeräe, die der Überwachng der Ladevorgänge von Baerien in Fahrzegen nd Flgzegen dienen.

28 Lehrgang: ELEKTRCHE METECHK ame: ME-9F.DOC Arbeisbla r. 9 : romdrchflossene Drehsple im Magnefeld eie. romdrchflossene Drehsple im Magnefeld eines Daermagneen. Magnefeld der Pole des. Daermagneen (Polfeld) Magnefeld der sromdrchflossenen Drehsple (plenfeld) G G G G 3. Gesamfeld as Polfeld nd plenfeld Drehbewegng nach rechs 4. Gesamfeld bei mgekehrer romrichng Drehbewegng nach links. Kräfe nd Drehmomene af eine sromdrchflossene Drehsple im Magnefeld a) Magneische Kräfe af die Drehsple (senkrech zm Polfeld) G F = F = F = B l w l G α l l α G ' G' C l Kräfe nd Hebelarme an der Drehsple G α G b) n Drehrichng wirkende Krafkomponenen (senkrech zr Drehsple) : B magneische Feldsärke des F ' = F ' = F cos α c) Drehmomene af die Drehsple : M M = F ' l = F ' l d) Gesamdrehmomen : Mgesam = M + M Afgabenbeispiel: Eine Drehsple befinde sich in einem Magnefeld mi der Feldsärke B =,3 T. n der ple fließ ein rom von 5 A. hre wirksame Länge im Magnefeld beräg 4 cm, ihre Windngszahl is = nd ihr Drchmesser d = l + l = 6 cm. Welches Drehmomen wirk af die Drehsple bei einem Drehwinkel von 55? [M =,6 m] Polfeldes in T l w wirksame Länge der Drehsple in m Windngszahl der Drehsple rom in der Drehsple in A F,F magne. Kräfe in (senkrech zm Polfeld) F ',F ' Krafkomponenen der magne. Kräfe, die zr Drehbewegng beiragen (senkrech af den Hebelarmen l nd l ) in a Drehwinkel M, M l, l Drehmomene in m Hebelarmlängen in m