B 1a Basisgrößen. Physikalisches Praktikum für Maschinenbauer. Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik

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1 Physikalisches Praktikum für Maschinenbauer Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik Lehrstuhl für Messtechnik & Sensorik Prof. Dr.-Ing. Jörg Seewig

2 Aufgabenstellung Der Versuch soll mit den SI-Basiseinheiten und Naturkonstanten, deren Entstehung und Entwicklung, vertraut machen. Er soll Sie in verschiedenen Versuchen an die Größen heranführen. Messtechnik & Sensorik Technische Universität Kaiserslautern 2

3 Literatur 1. Demtröder: Experimentalphysik 2. Schrüfer: Elektrische Messtechnik 3. Moeller: Grundlagen der Elektrotechnik Messtechnik & Sensorik Technische Universität Kaiserslautern 3

4 Aufgabe 1 Versuchsdurchführung Bestimmen Sie mit Hilfe der Wahren-Zeit-Uhr die momentane Wahre Ortszeit für Kaiserslautern und einen Ort Ihrer Wahl(siehe Rückseite Wahre-Zeit-Uhr) und geben Sie die Differenz zur MEZ/MESZ an. Geben Sie für zwei weitere Tage im Jahr (einen selbstgewählten Tag im Juli und einen Tag im November) die Wahre Ortszeit für Kaiserslautern und einen Ort Ihrer Wahl an. Auswertung Berechnen Sie die Wahre Ortszeit mit der Näherungsformel für alle drei Tage und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den in Ihrem Experiment bestimmten. Berechnen Sie weiterhin die Deklination, die Zeitgleichung, den Sonnenaufgang und Sonnenuntergang in MOZ und MEZ/MESZ. Messtechnik & Sensorik Technische Universität Kaiserslautern 4

5 Formeln für Aufgabe 1: Zeitgleichung in Stunden = 0,171 sin 0,0337 T + 0,465 0,1299 sin 0,01787 T 0,168 WOZ = MEZ + 1 L 15 ort L bezug + Zeitgleichung Deklination in Bogenmaß = 0,4095 sin 0, T 80,086 Zeitdifferenz in Stunden = 12 π h sin 0,0145 rad sin b sin Deklination cos 1 cos b cos Deklination Aufgang MOZ = 12h Zeitdifferenz Zeitgleichung Untergang MOZ = 12h + Zeitdifferenz Zeitgleichung Aufgang MEZ = Aufgang MOZ 1 h L 15 ort + Zeitzone Untergang MEZ = Untergang MOZ 1 h L 15 ort + Zeitzone Kaiserslautern: Geografische Breite: 49,45 Messtechnik & Sensorik Technische Universität Kaiserslautern 5

6 Aufgabe 2 Versuchsdurchführung Bestimmen Sie das Volumen von drei Gegenständen ohne technische Hilfsmittel. Wiederholen Sie Ihre Messung mit der Elle. Bestimmen Sie π. Auswertung Führen Sie eine Abweichungsfortpflanzung durch. Beurteilen Sie das Messverfahren. Welche Maßverkörperung würden Sie für welchen Gegenstand verwenden? Messtechnik & Sensorik Technische Universität Kaiserslautern 6

7 Aufgabe 3 Versuchsdurchführung Bestimmen Sie mit Hilfe des Pendels die Erdbeschleunigung. Messen Sie die Zeit für jeweils 1, 5 und 10 Schwingungsperioden. Verändern Sie die Länge des Pendels (0,5m, 1m, 1,5m). Führen Sie jeweils mindestens 4 Messungen durch. Auswertung Führen Sie eine Abweichungsfortpflanzung durch. Beurteilen Sie Ihr Ergebnis und berechnen Sie die Gravitationskonstante mit Ihrer errechneten Erdbeschleunigung. Welches Ergebnis der Erdbeschleunigung sollten Sie hierfür wählen? Berechnen Sie den Erdradius nach dem Verfahren von Eratosthenes und die Masse der Erde unter der Annahme, die Erde sei eine homogene Kugel, die aus Eisenoxid (70% Eisen) besteht. Messtechnik & Sensorik Technische Universität Kaiserslautern 7

8 Aufgabe 4 Versuchsdurchführung Machen Sie sich mit dem Prisma vertraut. Schauen Sie sich die Kärtchen durch das Prisma an. Zeichnen Sie Ihre Beobachtungen qualitativ auf. Auswertung Vergleichen Sie die Farbenlehren von Newton und Goethe in Bezug auf die Zusammensetzung des Lichtes, Farbentstehung, Dekomponierung und Refraktion. Welche Theorie wird durch Ihr Experiment gestützt? Messtechnik & Sensorik Technische Universität Kaiserslautern 8

9 Aufgabe 5 Versuchsdurchführung Bauen Sie den Schwingkreis aus Abb. 1 auf. Stauchen und dehnen Sie die Spule. Für welche Spulengeometrie erreicht die LED ihre maximale Helligkeit? Schieben Sie einen Kugelschreiber in die Spule. Entfernen Sie den Kondensator C 3. Was beobachten Sie jeweils? Auswertung Erklären Sie Ihre Beobachtungen. Berechnen Sie die Induktivität der Spule L aus der ermittelten Spulengeometrie. Welche Resonanzfrequenz des idealen Schwingkreises ergibt sich daraus? Vergleichen Sie das Ergebnis mit der Arbeitsfrequenz. Wie lässt sich der Unterschied erklären? Welchen ohmschen Widerstand R L muss der reale Schwingkreis daher aufweisen? Welcher Resonanzwiderstand ergibt sich daraus? Messtechnik & Sensorik Technische Universität Kaiserslautern 9

10 13,56 MHz R 1 C 2 R 2 9 V C 1 BC547 LED L C 3 Abb. 1: Schaltplan Legende Widerstand: R 1 = 1kΩ (braun, schwarz, schwarz, braun),r 2 = 100 kω (braun, schwarz, schwarz, orange) Scheibenkondensator:C 1 = 33 pf (Aufdruck: 33),C 2 = 150 pf (Aufdruck: 150) Messtechnik & Sensorik Technische Universität Kaiserslautern 10

11 Leuchtdiode: +A -K +A -K Transistoranschlüsse: NPN-Transistor BC547C NPN C PNP C B B E E Messtechnik & Sensorik Technische Universität Kaiserslautern 11