Grundpraktikumsversuche mit erweiterten Lerninhalten

Transkript

1 Grundpraktikumsversuche mit erweiterten Lerninhalten Ilja Rückmann Universität Bremen Bad Honnef 2009 Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

2 Gliederung 1 Übersicht über die Praktika in Bremen 2 Klassische GP-Versuche 3 Idee Optische Taupunktmessung Drei weitere Versuche Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

3 Übersicht über die Praktika in Bremen Gliederung 1 Übersicht über die Praktika in Bremen 2 Klassische GP-Versuche 3 Idee Optische Taupunktmessung Drei weitere Versuche Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

4 Übersicht über die Praktika in Bremen Übersicht über die Praktika in Bremen GP über 4 Semester (bei Physik VF, HF, NF) Semester Versuche (VF, HF) Versuche (NF) FP Semester Versuche (VF, HF) PP* 2 2 PP Versuche (NF) *Projektpraktikum Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

5 Klassische GP-Versuche Gliederung 1 Übersicht über die Praktika in Bremen 2 Klassische GP-Versuche 3 Idee Optische Taupunktmessung Drei weitere Versuche Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

6 Klassische GP-Versuche Klassische GP-Versuche GP Versuche oft fertig konguriert (auÿer E-Dynamik, 3. Semester) Nur geringe Variation möglich Untersuchung eines physikalischen Zusammenhangs Kennenlernen von Messtechniken (Stoppuhr,..., Oszilloskop,...,Videoanalyse,..., PC- Messwerterfassung,...) Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

7 Klassische GP-Versuche Probleme Experimentelle und handwerkliche Fähigkeiten kaum oder immer weniger entwickelt Hilosigkeit bei oenen Aufgabenstellungen Überprüfen Sie mit der Luftkissenschiene oder der Atwoodschen Fallmaschine das 2. Newtonsche Gesetz Führen Sie Messungen mit geeigneten Massenkombinationen durch Zeigen Sie den Zusammenhang in geeigneten graschen Darstellungen Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

8 Gliederung 1 Übersicht über die Praktika in Bremen 2 Klassische GP-Versuche 3 Idee Optische Taupunktmessung Drei weitere Versuche Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

9 Kompletter Aufbau der Messapparatur durch Studierende Anwendung von bisher Gelerntem aus verschiedenen Gebieten Die eigentliche Messung geht relativ schnell 2. Semester: Optik und Thermodynamik Taupunktbestimmung Anwendung von Optik, Thermodynamik und Grundkenntnissen der Elektrik Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

10 Optische Taupunktmessung Bestimmung der absoluten und relativen Luftfeuchtigkeit f und ϕ f = m D /V = ρ D ϕ = f /f m (T ) Abkühlung eines Spiegels bis zum Taupunkt τ f f max (τ) p SD (τ)v = f max (τ)vrτ Sättigungsdampfdruck als Funktion der Temperatur ist tabelliert Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

11 Korrektur Abkühlung bei p=const. = Volumenabnahme = Anstieg der Dichte von Luft und von Wasserdampf Masse Dampf ist konstant: Zustandsgleichungen Korrektur m D = f T V T = f max (τ)v τ pv T = f T V T RT pv τ = f max (τ)v τ T τ f T = f max (τ) τ T f muss zu kleineren Werten hin korrigiert werden Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

12 Geräte und Teile Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

13 Optischer Aufbau Lampe, Lochblende, Spiegel, Linse, groÿächiger Detektor (Solarzelle) Keine Zeichnung, aber Hinweise: Spiegel groÿächig ausleuchten Einfallswinkel Spiegel 30 bis 45 Wendel auf Spiegel und Lochblende scharf auf Detektor abbilden Detektorspannung unterhalb der Sättigungsspannung Deutliche Signaländerung beim Anhauchen Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

14 Anschluss Temperatursensor Dünnschicht-Platinwiderstand PT1000 (1000 Ω bei 273 K, linearer Koezient 3,85 Ω/K) Betrieb nur mit kleiner Spannung (Erwärmung!) Anschluss an CASSY, Schaltung vorgegeben: I PT = U B1 R 1 U PT + U 1 = U Poti Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

15 Anschluss Temperatursensor an CASSY T = R PT (T ) R PT (273 K) 3,85 Ω K K + Oset Oset ist mittels CASSY zu kalibrieren (Raumtemperatur) Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

16 Anschluss Peltierelement Schaltung gegeben Kennenlernen der Konstantstromfunktion des Netzgeräts Kurzfristige Einschaltung über Morsetaster Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

17 Der zusammengebaute Versuch Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

18 Messung und Auswertung Temperatur des Spiegels Detektorsignal Grasche Extrapolation zur genauen Taupunktbestimmung Vergleich des Wertes mit denen anderer Gruppen zur Gröÿtfehlerabschätzung Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

19 Versuch 1 CD-Spektrometer Bestimmung der Lumineszenzmaxima von drei Leuchtdioden CD-Gitter in Reexionsanordnung Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

20 Versuch 2 Aufnahme der Kennlinien von Si- und Ge-Diode Geräte: Frequenzgenerator, Oszilloskop und/oder Multimeter Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

21 Lorentzkraftgetriebene schwingende Saite Transversale Seilschwingungen Konzept der stehenden Wellen Erzwungene Schwingungen, Phasenverschiebung im Resonanzfall Lissajousguren Lorentzkraft Umgang mit Oszilloskop und Frequenzgenerator Beobachtung von Harmonischen mit dem Auge und durch Verschiebung des Magneten (ohne Stroboskop) Frequenzanalyse: harmonische und anharmonische Anregung Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

22 Lorentzkraftgetriebene schwingende Saite 5. Harmonische Saitenlänge: 90 cm Knotenabstand: 18 cm Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

23 Lorentzkraftgetriebene schwingende Saite Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24

24 Anhang Danksagung Dank an die Techniker im Praktikum: Waltraud Homann Silke Glüge Peter Kruse Christoph Windzio Versuche unter: Ilja Rückmann (Universität Bremen) Versuche mit erweiterten Lerninhalten Bad Honnef / 24