Physikalisches Praktikum

Transkript

1 Dieter Geschke (Hrsg.) Physikalisches Praktikum Mit multimedialen Erganzungen 12., durchgesehene Auflage Begrundet von Waldemar llberg Weitergefuhrt von Manfred Krotzsch Bearbeitet von Horst Ernst, Dieter Geschke, Peter Kirsten und Wolfgang Schenk Teubner B. G.Teubner Stuttgart Leipzig Wiesbaden

2 Inhalt Einfiihrung GroBen und Einheiten Internationales Einheitensystem (SI) Erfassung von MeBwerten Sensoren und MeBgerate RechentechnischeMeBwerterfassung MeBwertdarstellung Verarbeitung von MeBwerten Ausgleichsrechnung RechnergestUUte Versuchsdurchfiihrung MeBgenauigkeit MeBabweichungen Systematische MeBabweichungen Zufallige MeBabweichungen MeBunsicherheit MeBunsicherheit einer Einzelmessung Direkte MeBgroBe Fehlerfortpflanzung(GroBtfehlergleichung) MeBunsicherheit von MeBreihen (statistische Theorie) Direkte Messungen Fehlerfortpflanzung fur GroBen mit zufalligen MeBabweichungen MeBunsicherheit beim linearen Ausgleich Angabe des MeBergebnisses Statistische Tests Ermittlung von Haufigkeitsverteilungen Verteilungen und Priifverfahren Regression und [Correlation Versuchsvorbereitung und Protokollfuhrung 36 Mechanik 1 Wagung und Dichte Allgemeine Grundlagen Mohr-Westphalsche Waage Pyknometer Schwingrohr Stimmgabeldichtemesser Dampfdichte nach Menzies 47 2 Schwingungen Allgemeine Grundlagen Bewegungsgleichungen Satz von Steiner Reduzierte Pendellange Fadenpendel 55

3 Inhalt Reversionspendel Gekoppelte Pendel Drehtisch 64 3 Deformationsverhalten Allgemeine Grundlagen Elastizitatsmodul Dehnung Biegung Torsionsmodul Statische MeBmethode Dynamische MeBmethode Schraubenfeder Poissonsche Zahl 78 4 Schall Allgemeine Grundlagen Wellengleichung Schallwandler Schallgeschwindigkeit in Festkorpern Schallgeschwindigkeit in Fltissigkeiten und Gasen Phasenbeziehungen Lichtbeugung(Debye-Sears-Effekt) 88 5 Oberflachenspannung Allgemeine Grundlagen AbreiBmethode Steighohenmethode 93 6 Viskositat und Stromung Allgemeine Grundlagen Bernoullische Gleichung Gesetz von Hagen und Poiseuille Kugelfallmethode nach Stokes //oppfer-viskosimeter Ubbelohde-WsYosimOia Stromung im Rohr (Reynoldssche Zahlen) 104 Warmelehre 1 Temperaturmessung Allgemeine Grundlagen Temperatur, MaBeinheit und Temperaturskalen Ausdehnungsthermometer Elektrische Temperatursensoren Strahlungsthermometrie Ausdehnungskoeffizient einer Fliissigkeit Gasthermometer Ill

4 10 Inhalt 1.3 Thermoelement Pyrometer Zustandsanderungen und Phasenumwandlungen Allgemeine Grundlagen Zustandsgleichungen Energiesatz und Adiabatengleichung Dampfdruck Isothermen eines Stoffes Adiabatenexponent Versuch von Clement und Desormes Schallgeschwindigkeit Resonanzmethode Dampfdruckkurve und Verdampfungswarme Warmepumpe Kalorimetrie Allgemeine Grundlagen Warmekapazitat eines Kalorimeters Spezifische Warmekapazitat von Festkorpern und Fliissigkeiten Spezifische Warmekapazitat fester Stoffe Spezifische Warmekapazitat von Flussigkeiten Umwandlungswarmen Spezifische Schmelzwarme des Eises Spezifische Kondensationswarme des Wassers Warmeleitung in Festkorpern Allgemeine Grundlagen Warmeleitfahigkeit 141 Elektrizitatslehre 1 Widerstande und Stromquellen Allgemeine Grundlagen Elektrischer Widerstand Spannungs- und Stromquelle Induktiver und kapazitiver Widerstand Widerstandsbestimmung durch Strom- und Spannungsmessung Wheatstonesche MeBbriicke Strom-Spannungs-Charakteristik einer Stromquelle Phasenbeziehungen zwischen Strom und Spannung Kapazitatsmessungen mit einer WechselstrommeBbrucke Elektrische und magnetische Felder Allgemeine Grundlagen Elektrisches Feld Magnetisches Feld 165

5 Inhalt Magnetismus Elektrostatische Felder Spulenfelder Hysteresekurve Hall-Effekt Transformator Frequenz- und Zeitverhalten passiver Schaltungen Allgemeine Grundlagen Komplexe Wechselstromrechnung und Laplace-Transformation RC-Filter und Schwingkreis Messungen an RC-Filtem Messungen am Schwingkreis Halbleiter - Bauelemente, elektronische Grundschaltungen Allgemeine Grundlagen Leitungsvorgange in Halbleitern pn-ubergang - Dioden und Transistoren Integrierte Schaltkreise - Operationsverstarker und logische Gatter Sperrschichtkapazitat eines pn-uberganges /-{/-Kennlinie einer Si- und Ge-Diode, Gleichrichtung /-{/-Kennlinie einer Z-Diode, Spannungsstabilisierung Kennlinie eines npn-transistors und Verstarkerschaltung Kennlinie eines n-kanal-sperrschichtfets und Verstarkerschaltung Operationsverstarker Halbaddierer Taktgesteuertes RS-Flip-Flop Digital-Analog-Umwandler 207 Optik und Atomphysik 1 Linsen und Linsensysteme Allgemeine Grundlagen Kriimmungsradius und Brennweite diinner Linsen Brennweite und Hauptebenen eines Linsensystems Lupe und Mikroskop Fernrohr Interferenz, Koharenz und Beugung Allgemeine Grundlagen Licht als elektromagnetische Welle Koharenz und Laser Beugung an Spalt, Doppelspalt und Gitter Interferenzen gleicher Dicke Beugung an Spalt und Doppelspalt Beugung am Gitter Michelson-Interferometer 232

6 12 Inhalt 3 Brechungsindex, Dispersion und Absorption Allgemeine Grundlagen Brechungsindex und Dispersion Extinktion und Absorption Refraktometer Prismenspektrometer Brechungsindex von Gasen Spektralphotometer Polarisation Allgemeine Grundlagen Polarisation durch Reflexion Polarisation durch Doppelbrechung Drehung der Polarisationsebene Flussigkristalle Polarisationswinkel und Reflexionsvermdgen Drehung der Schwingungsebene linear polarisierten Lichtes Doppelbrechung in Fliissigkristallen Lichtstrahlung und Photometrie Allgemeine Grundlagen Photozelle Plancksches Gesetz Photometrie Fundamentalkonstanten der Physik Allgemeine Grundlagen Elementarladung nach Millikan Spezifische Ladung des Elektrons Franck-Hertz-Versuch Rydberg-Konstante und Plancksches Wirkungsquantum Radiometrie Allgemeine Grundlagen Wechselwirkung von Strahlung und Stoff Strahlungsdetektoren Radioaktive Umwandlung Messungen mit dem Geiger-Muller-Zahlrohr Schwachung von y-strahlung Neutronenaktivierung Gammaspektrometrie 281 Tabellen 285 Sachverzeichnis 297