Erinnerung: Hinweise zur Versuchsdurchführung und zur Protokollführung

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1 3 Carl vn Ossietzky Universität Oldenburg - Fakultät V- Institut für Physik Mdul Grundpraktikum Physik Teil II Erinnerung: Hinweise zur Versuchsdurchführung und zur Prtkllführung Zur Erinnerung werden auf den flgenden Seiten einige Passagen wiederhlt aus dem Kapitel Allgemeine Hinweise zum Mdul Grundpraktikum Physik und zur Prtkllführung des Skriptes zum Grundpraktikum Physik Teil I im Wintersemester. 1 Durchführung des Praktikums 1.1 Gruppenarbeit Zu Beginn des Semesters bilden die Studierenden Zweiergruppen (Teams), die bis zum Semesterende bestehen bleiben. Innerhalb der Teams muss eine gemeinsame Vrbereitung auf das Praktikum stattfinden, geflgt vn einer gemeinsamen Durchführung der Versuche, einer gemeinsamen Auswertung der Messergebnisse und einer gemeinsamen Prtkllierung. Für jeden Teil des Prtklls sind beide Studierende verantwrtlich. 1.2 Versuchsvrbereitung Die Vrbereitung auf einen Versuch muss vr dem Praktikumstermin anhand der Versuchsanleitung und durch Teilnahme am Begleitseminar geschehen. Die Versuchsanleitungen werden zu Beginn des Semesters ausgehändigt und stehen darüber hinaus als PDF-Dateien auf den Internetseiten des Praktikums zur Verfügung. Es genügt möglicherweise nicht immer, nur die Anleitung durchzulesen. Bei Verständnisprblemen sllte auch die angegebene Literatur swie die Vrlesungsmitschrift zur Vrbereitung mit herangezgen werden. Ohne gründliche Vrbereitung ist eine Durchführung der Versuche weder sinnvll nch möglich. In den Praktikumsräumen steht eine Büchersammlung zur Nutzung durch die Studierenden vr Ort zur Verfügung. Die Bücher werden grundsätzlich nicht ausgeliehen. Sie können während der Öffnungszeiten der Praktikumsräume jedch jederzeit benutzt werden. Die Sammlung enthält neben der in den Anleitungen angegebenen Literatur weitere Lehrbücher, Frmelsammlungen und Tabellenwerke, die für die Auswertung der Versuche hilfreich sind. Eine gründliche Versuchsvrbereitung schließt die Vrbereitung vn Tabellen mit ein, in die während des Praktikums die Messergebnisse mit dkumentenechtem Stift eingetragen werden. Die vrbereiteten Messwerttabellen werden zu Beginn des Praktikums vn den BetreuerInnen abgestempelt und müssen später dem Prtkll beigefügt werden. 1 Mit der Vrbereitung vn Tabellen wird vr allem erreicht, dass man sich bereits vr Beginn der Experimente klar macht, welche Messreihen durchzuführen sind und welche Messgrößen für die Auswertung der Experimente zusätzlich benötigt werden. Außerdem wird bei vrbereiteten Messwerttabellen vn vrnherein vermieden, dass Messergebnisse während des Versuchs zunächst auf Schmierzetteln ntiert werden, um anschließend ins Reine übertragen zu werden. Ein slches Vrgehen ist erstens unöknmisch, schafft zweitens die Gefahr vn Übertragungsfehlern und führt möglicherweise auch zur Versuchung, Messdaten nachträglich zu bereinigen. Öknmisches Arbeiten bei der Vrbereitung, der Durchführung und der Auswertung der Praktikumsversuche setzt auch vraus, dass die Studierenden über flgende Hilfsmittel verfügen: Versuchsanleitung, Lehrbuch, mathematische Frmelsammlung, Taschenrechner mit technisch-wissenschaftlichen Funktinen, Zugang zu Cmputern (ist für alle Studierenden im Grundpraktikum und im CIP-Raum des Instituts für Physik gewährleistet). 1 Für Versuchsteile, in denen Messdaten mit dem PC erfasst, der direkt in Origin-Tabellen eingetragen werden sllen, sind keine vrbereiteten Tabellen erfrderlich.

2 4 1.3 Versuchsdurchführung Während der Versuchsdurchführung müssen die Messergebnisse direkt in die vrbereiteten Messwerttabellen eingetragen werden. Die Ablesegenauigkeit der Messgeräte muss für die später zu erflgende Fehleranalyse ebenfalls ntiert werden. Schließlich müssen all die Gerätespezifikatinen und snstigen Parameter (z. B. Umgebungstemperatur) ntiert werden, die für eine vllständige Versuchsdkumentatin und -auswertung im Prtkll erfrderlich sind. 2 Prtkllführung 2.1 Bedeutung des Prtklls Das Versuchsprtkll hat die Aufgabe, das gesamte Experiment vn der Fragestellung über die Durchführung bis hin zur Auswertung dkumentarisch festzuhalten. Es muss hinsichtlich Inhalt und Frm eine Einheit bilden. Es muss vn einer fremden, mit der Materie insgesamt vertrauten Persn gelesen und verstanden werden können und es muss diese Persn prinzipiell in die Lage versetzen, hne Einhlen zusätzlicher Infrmatinen das gleiche Experiment mit den gleichen Geräten jederzeit nachmachen zu können. Das Führen und Archivieren eines Prtkllbuchs gehört unabdingbar zum Alltag des wissenschaftlichen Arbeitens. Im Zweifelsfall muss ein Prtkllbuch als Beleg für erzielte Messergebnisse dienen. Die Fälschungsskandale in der Wissenschaft aus der Vergangenheit, z.b. der Fall des Physikers JAN HENDRIK SCHÖN aus dem Jahre 2 2, haben Wissenschaftsrganisatinen wie die Deutsche Frschungsgemeinschaft (DFG) dazu veranlasst, nchmals mit Nachdruck an die Verpflichtung zur Führung vn Prtkllbüchern und deren Bedeutung zu erinnern Inhalt und Aufbau eines Prtklls Ein Praktikumsprtkll muss in übersichtlicher Gliederung, mit nummerierten Kapitelüberschriften, auf nummerierten Seiten enthalten: 1. Namen, Praktikumsgruppe und Datum der Versuchsdurchführung. 2. Titel des Versuchs. 3. Ein Inhaltsverzeichnis ist nicht erfrderlich. 4. Kurze Darstellung des Versuchsgegenstandes in einer Einleitung: was ist Ziel des Versuches, was sll gemessen werden? Dieser Teil des Prtklls sllte nicht länger als ¼ Seite sein. Das Versuchsprtkll wird in der Regel im Präsens verfasst. Daran anschließend flgt für jeden Versuchsteil eine Prtkllierung gemäß der Punkte 5-10: 5. Eine kurze Nennung der Aufgabenstellung und Beschreibung der Versuchsdurchführung mit einer Darstellung des Versuchsaufbaus in Frm einer Prinzipskizze mit kurzer Erläuterung. Skizzen können z. B. auch aus der Versuchsanleitung der aus anderen Quellen übernmmen werden. In diesem Fall muss die Quelle krrekt zitiert werden, s. Kap Skizzen werden wie andere Grafiken nummeriert und beschriftet (siehe Punkt 8). Beispiel: Abb. xx: Anrdnung zur Messung der Oberflächenspannung mit der Blasendruckmethde. 6. Bei Bedarf Dkumentatin derjenigen äußeren Versuchsbedingungen, die die Versuchsergebnisse beeinflussen können (z.b. Temperatur bei den Versuchen zur Oberflächenspannung und Visksität) swie Dkumentatin möglicher Fehlerquellen (z.b. Ablesegenauigkeit vn Messgeräten). 7. Tabellarische Darstellung der Ergebnisse vn Messreihen. Bei der Spalten- bzw. Zeilenbeschriftung muss die Frm physikalische Größe / Einheit der Größe gewählt werden, als z.b. U / V für eine Spannung, I / A für einen Strm, t / s für die Zeit usw. Zur Begründung für diese Ntatin siehe Kap. 2.3, Punkt 1. Tabellen müssen innerhalb des Prtklls frtlaufend nummeriert und mit kurzen erläuternden Beschriftungen versehen werden, aus denen hervrgeht, was in der Tabelle dargestellt ist. Hier ein Beispiel: 2 Siehe z.b. S. Jrda, PHYSIK JOURNAL 1.11 (2) DFG: Vrschläge zur Sicherung guter wissenschaftlicher Praxis, Bnn, 1998.

3 5 Tab. xx: Spannung U und Strm I als Funktin der Eintauchtiefe d vn Kupferelektrden in einen Elektrlyten. ± 10-3 m U / V ± 10-2 V I / ma ± 10-1 ma 0,050 1,74 14,8 0,045 1,77 14,2 0,040 1,81 13,4 0,035 1,85 12,6 0,030 1,89 11,8 0,025 1,94 10,8 0,020 2,01 9,8 Zu jeder Tabelle muss ein Verweis im laufenden Text erflgen, z.b. in der Frm: Die Messdaten finden sich in Tab. xx. 8. Grafische Darstellung der Ergebnisse vn Messreihen. Jede Grafik muss neben einer frtlaufenden Nummer eine kurze erläuternde Beschriftung enthalten, aus der hervrgeht, was in der Grafik dargestellt ist. Die unabhängige Variable, d.h. die vrgegebene Größe (d in der. a. Mustertabelle), wird auf der Abszisse dargestellt, die abhängige Größe auf der Ordinate. Die Skaleneinteilung und die Lage der Achsen-Nullpunkte muss s gewählt werden, dass der interessierende Kurvenverlauf gut zu erkennen ist. Die Krdinatenachsen müssen vllständig beschriftet sein. Bei der Achsenbeschriftung gilt das Gleiche wie bei der Spalten- und Zeilenbeschriftung vn Tabellen: sie muss in der Frm "physikalische Größe / Einheit der Größe" erflgen. Falls gefrdert, müssen Ausgleichskurven und / der Fehlerbalken eingezeichnet sein. Auch hierzu ein Beispiel: Messdaten Ausgleichsgerade 0,02 0,03 0,04 0, d -1 / m -1 Abb. xx: Ohmscher Widerstand R eines Elektrlyten als Funktin der Elektrden-Eintauchtiefe d. Links R über d, rechts linearisierte Darstellung R über 1/d. Die Abstände zwischen den Werten der unabhängigen Variablen müssen s gewählt sein, dass der Verlauf der Messwerte der abhängigen Variablen gut zu erkennen ist. Sie sllen als drt besnders dicht liegen, w sich im Diagramm etwas tut. Das flgende Beispiel der Amplitudenresnanzkurve eines gedämpften harmnischen Oszillatrs verdeutlicht dies. In der Umgebung der Eigenkreisfrequenz vn ω 0 4,5 Hz wurden die Abstände der unabhängigen Variablen ω 1 deutlich kleiner gewählt als außerhalb dieses Bereichs, s dass der Verlauf der Amplitude x 0 in der Umgebung vn ω 0 gut zu erkennen ist: 0,2 x 0 / m 0,1 0, ω 1 / Hz Abb. xx: Amplitudenresnanzkurve eines gedämpften harmnischen Oszillatrs. Die Messpunkte dürfen in der Regel nicht miteinander verbunden werden. Eine gerade Verbindung würde z.b. einen linearen Zusammenhang zwischen den dargestellten Größen in dem vn zwei Messwerten begrenzten Bereich suggerieren. Sllte eine Verbindung nötig sein, um den Verlauf der Messwerte besser

4 6 erkennen zu können, muss die Verbindungslinie an den Messwerten mit sichtbarer Lücke unterteilt werden: Abb. xx: Ohmscher Widerstand R eines Elektrlyten als Funktin der Elektrden-Eintauchtiefe d. Zu jeder Grafik muss ein Verweis im laufenden Text erflgen, z.b. in der Frm: Abb. xx zeigt die grafische Darstellung der Messdaten. 9. Berechnung vn Zahlenwerten für die zu messenden Größen. Für jeden Zahlenwert muss der Fehler (die Messunsicherheit) angegeben werden, der entweder berechnet der sinnvll abgeschätzt wird. Einzelheiten dazu und zur Rundung vn berechneten Zahlenwerten finden sich in der Anleitung zur Fehler- und Ausgleichsrechnung. 10. Interpretatin und Bewertung der Versuchsergebnisse anhand eines Vergleichs mit den nach der Therie erwarteten Ergebnissen bzw. mit Literaturwerten. Dabei ist eine realistische und kritische Bewertung der eigenen Messergebnisse deutlich wichtiger als ein möglichst genaues Treffen eines Zielwertes der eine möglichst genaue Reprduktin vn Literaturwerten. Auf eine Auflistung der benutzten Geräte kann verzichtet werden, da sie in der Anleitung unter Zubehör bei den jeweiligen Versuchen aufgeführt sind. Es reicht daher ein entsprechender Verweis. 2.3 Regeln bei der Abfassung vn Prtkllen Bei der Abfassung des Prtklls muss man sich vn vrnherein daran gewöhnen, bestimmte Nrmen und Gepflgenheiten einzuhalten, wie sie später im Studium auch für die Erstellung vn Examensarbeiten der anderen wissenschaftlichen Texten üblich sind: 1. Eine physikalische Größe G wird als Prdukt aus Zahlenwert {G} mal Einheit [G] dieser Größe angegeben, als (1) G = {G} [G] 0,02 0,03 0,04 0,05 Beispiel: eine elektrische Spannung U hat einen Wert vn 5 V, es ist als U = 5 V, mit {U} = 5 und [U] = V. Wegen der in Gl. (1) festgelegten Ntatin werden Tabellenspalten und zeilen swie die Achsen vn Grafiken in der Frm G / [G] beschriftet, als z.b. U / V, usw. Der Qutient G / [G] ergibt nämlich gerade den Zahlenwert {G}, der in die Tabelle eingetragen der an die Teilstriche der Achse geschrieben wird, wie z.b usw. Angaben der Art U [V] der d [m] sind frmal falsch! 4 2. Als Einheit [G] einer physikalischen Größe G muss immer die durch das Internatinale Einheitensystem (SI: Système Internatinale d'unités) vrgegebene Einheit verwendet werden. Neben den sieben SI-Basiseinheiten für die Länge (Meter, m), die Masse (Kilgramm, kg), die Zeit (Sekunde, s), die Strmstärke (Ampere, A), die Temperatur (Kelvin, K), die Stffmenge (Ml, ml) und die Lichtstärke (Candela, cd) gibt es abgeleitete SI-Einheiten, die sich immer als Prdukt der Basiseinheiten darstellen lassen, als a b c d e f g [ G ] = m kg s A K ml cd mit den zu bestimmenden Expnenten a, b, c, d, e, f und g. Für viele abgeleitete Einheiten sind 4 In Fachzeitschriften werden z.t. andere Arten der Beschriftung verlangt. Leider sind die Regeln nicht einheitlich. S wird z.b. in NATURE, PHYSICAL REVIEW LETTERS und im PHYSIK JOURNAL jeweils eine andere Ntatin verwendet.

5 7 eigene Namen gebräuchlich, wie z.b. das Pascal (Pa) für den Druck (Pa = kg m -1 s -2 ), das Vlt (V) für die elektrische Spannung (V = kg m 2 s -3 A -1 ) der das Hertz (Hz) für die Frequenz (Hz = s -1 ). Zu den in Deutschland gesetzlich zugelassenen Namen abgeleiteter Einheiten siehe Skript zum WiSe. 3. Für die meisten physikalischen Größen gibt es etablierte Symble bzw. Frmelzeichen (z.b. F für die Kraft, ω für die Kreisfrequenz, U für die elektrische Spannung usw.), vn denen man nicht hne wichtigen Grund abweichen sllte. Zur Liste dieser Symble siehe Skript zum WiSe. 4. Die Symble physikalischer Größen, als z.b. F, ω und U werden kursiv gesetzt, die zugehörigen Einheiten, im Beispiel N, Hz und V, dagegen gerade. Man schreibt als z.b. F / N, ω / Hz und U / V. Zwischen den Zahlenwert der physikalischen Größe und die Einheit wird ein Leerzeichen gesetzt, als z.b. F = 1,5 N der U = 5 V. 5. Im Text verwendete Symble physikalischer Größen müssen grundsätzlich definiert werden. Es muss als z. B. heißen:...das elektrische Feld E ist durch die Spannung U und den Abstand d gegeben; es gilt: E = U/d. 6. Bei der Anfertigung vn Schaltskizzen sllte man sich an die Vrgaben des Deutschen Instituts für Nrmen (DIN) halten, die auch in den Versuchsanleitungen angewendet werden. Kpien der entsprechenden DIN-Nrmen 5 befinden sich im Bücherschrank. 7. Für eine Reihe vn Berechnungen benötigt man die Zahlenwerte physikalischer Knstanten. Zu den derzeitigen Bestwerten dieser Knstanten siehe Skript zum WiSe. Eine Auswahl davn findet sich auf der hinteren Umschlagseite dieses Skriptes. 8. Zu jeder Tabelle und jeder Abbildung muss es einen Hinweis im laufenden Text des Prtklls geben (siehe Hinweise unter Punkt 7 und 8 in Kap. 2.2). Beispiele: Den prinzipiellen Versuchsaufbau zeigt Abb. 2 der Die Messwerte sind in Tab. 3 aufgelistet und in Abb. 6 grafisch dargestellt. 9. Werden Grafiken, Tabellen der Textpassagen aus fremden Quellen (einschließlich Internetseiten!) in das Prtkll übernmmen, s muss die Quelle krrekt zitiert werden. Wird beispielsweise eine Abbildung aus dem Skript zum Mdul Grundpraktikum Physik, Teil I übernmmen, muss am Ende der Abbildungsbeschriftung der Hinweis (aus /1/) erflgen. Am Ende des Prtklls wird dann angefügt: Literatur /1/ Skript zum Grundpraktikum Physik, Teil II, CvO Universität Oldenburg, Institut für Physik, März 2018 Bei Verwendung vn Quellen aus dem Internet muss die Internetadresse in Frm der URL (Unifrm Resurce Lcatr) und das Datum der Seitenabfrage angegeben werden 6, als z.b.: /2/ Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB): Fragen zur Zeit, URL: Stand: Prtklle, die Grafiken, Tabellen der Textpassagen aus fremden Quellen enthalten, hne dass die Quellen zitiert werden, sind Fälschungen und werden mit mangelhaft bewertet. In diesem Zusammenhang wird nachdrücklich auf die Publikatin Gute wissenschaftliche Praxis der Carl vn Ossietzky Universität Oldenburg hingewiesen 7 swie auf einen Artikel in der ZEIT 8. Zu guter Letzt nch eine eiserne Regel zum Thema Prtklle: Der jeweils nächste Versuch kann erst durchgeführt werden, wenn das Prtkll vm vrherigen Versuch abgegeben wurde. 3 Literatur Jede Versuchsanleitung enthält eine eigene Literaturliste, in der die Bücher aufgelistet sind, die für die Vrbereitung auf die einzelnen Versuche besnders nützlich sind. Zum generellen Gebrauch im Praktikum sind weitere Bücher empfehlenswert, die auf der Internetseite zusammengestellt sind. 5 Z.B. DIN EN 60617: Grafische Symble für Schaltpläne ; siehe auch Text Zum Aufbau elektrischer Schaltungen.in diesem Skript. 6 Für alle URL-Angaben in diesem Skript gilt das Datum Suchmaschine gegen den Gedankenklau Universitäten rüsten sich gegen Plagiatren - und verhängen schwere Strafen. DIE ZEIT, ;