Hallo! In den letzten Jahren haben sich bei mir doch das eine oder andere Physikprojekt für die Schule (z.B. Abschlussarbeit) angehäuft. Vielleicht ist es auch für euch von Interesse. Thematisch sind sie recht breit gestreut. Schwerpunkt liegt aber eher im Bereich Hochspannung, Radioaktivität und Sensoren für unterschiedliche physikalische Größen. Hier mein YouTube-Kanal mit einigen Beispielen: https://www.youtube.com/user/stopperl16/videos Lg aus Österreich, stoppi
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Christoph E. schrieb: > Thematisch sind sie recht breit gestreut. Schwerpunkt liegt aber eher im > Bereich Hochspannung, Radioaktivität und Sensoren für unterschiedliche > physikalische Größen. > Hast du vielleicht auch ein 'Experiment' auf Lager wie man aus irgendeinen wertlosen Pulfer Gold machen könnte? Das interessiert bestimmt nicht nur mich :-) Bei den künstlichen Diamanten hat man die Herstellung ja auch hinbekommen.
@Goldmann Sachse (Gast) >Hast du vielleicht auch ein 'Experiment' auf Lager wie man aus >irgendeinen wertlosen Pulfer Gold machen könnte? Nennt sich Leerverkäufe und Investment Banking! Dass DU das nicht weißt!!
Falk B. schrieb: > Nennt sich Leerverkäufe und Investment Banking! Genau das ist ja das Problem, deshalb sind wir ja auf der Suche nach etwas " Realen", um unsere Vorhaben zu unterfüttern. Du weißt ja Kostendruck und Eigenkapitalquote ist halt ein riesen Thema, das ist ja auch der Grund warum wir hier das Forum scannen. Nirgend wo sonst in den Foren gibt es solch kluge Köpfe für reale Dinge wie hier und zudem finanziell noch so genügsam. Auf Grund der monetären Möglichkeiten die uns zugeschrieben sind, kaufen wir halt was wir nicht besitzen. (Wenn's denn sein muss auch dich ;-) Wir befinden uns halt ganz oben auf der Finanz-Nahrungskette :)
Mein neuester Versuch zum Thema Ramsauer-Townsend-Effekt, welcher die quantenmechanische Streuung von Elektronen an Edelgasatomen beschreibt. Theoretisch kann dies etwa mittels Streuung an einem Potentialtopf gezeigt werden. Die Streuung der Elektronen ist immer dann gering, wenn die Länge des Potentialtopfs ein ganzzahliges Vielfaches der halben de Broglie Wellenlänge des Elektrons ist. Mit zunehmender Anodenspannung erhöht sich der Impuls der Elektronen und vermindert sich deren Wellenlänge. So kommt es bei geringen Elektronenenergien zu einer verminderten Streuung, sprich der Anodenstrom besitzt ein Maximum...
Hallo Christoph, die Versuche sehen interessant aus. Schade, dass sie mir vor zwei Jahren entgangen sind. Mich würden Deine Beweggründe interessieren, warum Du die Projekte bei Youtube einstellst. Ich habe vor ein paar Jahren auch überlegt/versucht, meine Projekte per Video zu beschreiben (Beweggrund waren klar Reichweite und die Aussicht auf ein paar Euro mehr in der Hobbykasse), dann aber festgestellt, dass Videos grob die zehnfache Arbeit wie die klassischen Text+Bilder sind, dabei aber massiv die Genauigkeit der Beschreibung leidet. Und dass mir selbst Projekt-Beschreibungen über Video massiv auf die Nerven gehen, weil das Tempo eigentlich immer unpassend ist (meist zu langsam). Ich bin dann reumütig zum klassischen "meine-Homepage"-Konzept zurückgekehrt. Bei Dir sehe ich jetzt 70 Videos aus 6 Jahren. Was ist da Deine Erfahrung? Viele Grüße W.T.
Hallo! Also verdient habe ich mit meinen Videos noch keinen Cent... Höchstens damit schon mal bei Wettbewerben etwas gewonnen. Mein Antrieb ist die Neugierde und die Herausforderung, physikalische Dinge experimentell mit möglichst einfachen Mitteln umzusetzen. Ich dokumentiere meine Projekte eigentlich immer recht genau mittels Videos und Photos. Dies auch deshalb, damit meine Schüler zukünftig (falls sie eines meiner Projekte als Thema für ihre Abschlussarbeit ausgewählt haben) eine gute Anleitung vorfinden. Denn ohne genaue Vorgabe sind sie in der Regel heillos überfordert. Andererseits möchte ich ihnen auch keine 0815-Themen, die zumeist dann auch nur theoretisch abgehandelt werden, anbieten. Gerade die Kombination Theorie-Experiment macht es mMn aus... Steckt aber alles in allem schon sehr viel Zeit und ein wenig Geld in meinen Projekten. Gehe aber deshalb nicht auf Betteltour über patreon wie etliche andere youtuber, die dann trotzdem nur Müll mit gekaufter Ware produzieren. 2018 habe ich z.B. nur für meine Experimente 1750 Euro ausgegeben. Und das, obwohl ich eigentlich über eBay oder aliexpress extrem günstig einkaufe. Die Arbeitszeit rechne ich am liebsten nicht dazu ;-) Aber als Hobby und Leidenschaft darf/soll man das ohnedies nicht tun... Hier noch das Video zum Ramsauer-Townsend-Effekt: https://www.youtube.com/watch?v=oGhBZ8oLPBA&t=9s
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Zum Ramsauer-Townsend-Effekt. Sehr cool. Aber, wie kommt das Edelgas in die Roehre ?
Ah. Vielen Dank, das entging mir. Ich habe auch den Film nicht gesehen. Fuer mich waren Thyratrone Schaltroehren, um Radarpulse zu erzeugen, im MW Bereich.. Zum Film. Zielpublikum sind Physiker mit Elektronik Hintergrund, resp die verstehen was abgeht. Bei Nur-Physikern kommt an, dass man einen teuren Versuchsaufbau auch guenstiger machen kann.
Mit dem Flammenwerfer wäre ich vorsichtig, sowas könnte in Deutschland als verbotene Waffe durchgehen und wenn irgendein Kommissar Langeweile hat, kippt Dir morgens um 5 die Haustür in den Flur.
Auf der Suche nach einer sinnvollen Anwendung meines Arduino-Barometers habe ich einen einfachen Versuch zum Thema Gasgesetze unternommen. Nach Gay-Lussac gilt bei isochorer Zustandsänderung ja p/T = konstant. Trägt man nun den Innendruck in Abhängigkeit von der Temperatur T (in °C) auf, so kann man durch Extrapolation den absoluten Temperaturnullpunkt bestimmen. Hat eigentlich nicht so schlecht funktioniert. Umgesetzt habe ich dies, indem ich die mit dem Barometer verbundene Messingkugel in einem geheizten Wasserbad versenkt habe. Materialien: * Messingkugel: https://www.ebay.com/itm/Wall-1mm-H62-Brass-Sphere-Polishing-Hollow-Ball-Home-Garden-Ornament/392194173742?_trkparms=aid%3D111001%26algo%3DREC.SEED%26ao%3D1%26asc%3D20160908105057%26meid%3D2da2d006d8564836ba7f2b2b0f0493c3%26pid%3D100675%26rk%3D4%26rkt%3D15%26mehot%3Dnone%26sd%3D264916080139%26itm%3D392194173742%26pmt%3D0%26noa%3D1%26pg%3D2380057%26brand%3DUnbranded&_trksid=p2380057.c100675.m4236&_trkparms=pageci%3A66651a84-1b8e-11eb-88c9-2e11d779fd0d%7Cparentrq%3A7f4a9ed61750aaee8c00004bfff59368%7Ciid%3A1 * Schlauchtüllen: https://www.ebay.com/itm/5pcs-Hose-Barb-I-D-4mm-x-M5-Male-Brass-Coupler-Splicer-Pipe-Fitting-Adapters/173407833621?_trkparms=aid%3D111001%26algo%3DREC.SEED%26ao%3D1%26asc%3D20160908105057%26meid%3D2da2d006d8564836ba7f2b2b0f0493c3%26pid%3D100675%26rk%3D3%26rkt%3D15%26mehot%3Dnone%26sd%3D264916080139%26itm%3D173407833621%26pmt%3D1%26noa%3D1%26pg%3D2380057%26brand%3DUnbranded&_trksid=p2380057.c100675.m4236&_trkparms=pageci%3A66651a84-1b8e-11eb-88c9-2e11d779fd0d%7Cparentrq%3A7f4a9ed61750aaee8c00004bfff59368%7Ciid%3A1 Als Drucksensor kommt der BMP085 zum Einsatz. Dieser ist aber eigentlich kaum mehr zu erwerben. Stattdessen gibt es seinen Nachfolger BMP180 vielerorts für wenige Euro. Nachteil ist die nicht mehr zentral angeordnete Sensoröffnung. Dadurch wird es schwieriger, eine Schlauchtülle mit dem Sensor luftdicht zu verkleben. Auch muss man aufpassen, dass der Innendruck nicht merklich über 1100 mbar ansteigt. In meinem Fall musste ich bei 60°C Wassertemperatur stoppen.
Du musst ja auch nicht bei Normaldruck beginnen. zB mal auf 120 Grad Vorheizen. Dann Drucksensor anstecken und Abkuehlen.
So, bin jetzt eigentlich fertig mit meiner Homepage rund um spannende Physikexperimente: https://stoppi-homemade-physics.de/ Hoffentlich bin ich damit kein Kandidat für den aktuellen DSDSS-Bewerb (Deutschland sucht die schlimmste Seite)... Großes Danke nochmals an Kolja für seine großartige Starthilfe.
Das ist gut geworden mit den Physikexperimenten. Wenn jetzt anstelle des Toilettenpapieres die Steichhölzer knapp werden sollten, wissen wir nun warum. ;o)
Einen kleinen Van de Graaff Generator wollte ich schon immer einmal bauen. Klein deshalb, weil ich nicht der Gigantomanie verfallen bin und zudem meine Wohnung schon aus allen Nähten platzt aufgrund meiner Physikexperimente. Der Aufbau ist sehr simpel und besteht aus einem 32mm PVC-Rohr, einem 12V Motor, einem 12V-Netzteil mit step-down-converter, Fitnessband und einer Kugelelektrode mit Loch. Die beiden Bürsten oben und unten habe ich aus Kupferblech ausgeschnitten. Die Funkenschlagweite beträgt ca. 4 cm, womit ich eigentlich mehr als zufrieden bin. Gekostet hat mich alles zusammen so um die 45 Euro... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/van-de-graaff-generator/
Zuletzt habe ich mich dann auch noch nebenbei mit dem Phänomen der sog. light whiskers - branched flow beschäftigt. Dieser Effekt wurde für sichtbares Licht erst 2020 von einem israelischen Forscherteam entdeckt worden. Zwei deutsche Schüler haben sich auch im Rahmen von Jugend forscht mit diesem Effekt beschäftigt: https://www.jugend-forscht.de/projektdatenbank/lightwhiskersbranched-flow-of-light.html Es gibt zwei unterschiedliche experimentelle Vorgangsweisen: Einmal wird Laserlicht über einen Lichtleiter in eine Seifenblasenhaut injiziert oder einfach mit einem tangential zur Seifenblase ausgerichteten Laserstrahl. Es zeigen sich mit etwas Geduld schöne Lichtverästelungen. Diese sind aber aus 4 Gründen sehr schwer photographisch zu erfassen: Erstens weil die Seifenblasen relativ rasch wieder platzen, zweitens weil die Verästelungen sehr lichtschwach sind, drittens weil der Laserstrahl wirklich sehr genau ausgerichtet werden muss und viertens weil die Kamera Probleme mit dem Autofokus hat. Deshalb tritt auf meinen Photos der Effekt nicht so schön in Erscheinung wie etwa auf den im Internet präsentierten Bildern. Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/light-whiskers-branched-flow/
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Hallo Christoph, Deine Arbeiten und Interesse finde ich echt inspirierend und toll. Mir geht es ähnlich. Zur Zeit beschäftige ich mit der Physik des Pendels um eine brauchbare Pendeluhr eigener Konzeption zu entwickeln. In meiner Kindheit fand ich das Technische Museum in Wien und in München extrem interessant und inspirierend. In München hatten sie tolle Demos in Vitrinen die z.B. funktionierende Wilson Kammer zum Nachweis gewisser radioaktiver Strahlung oder eine animierte 400MHz Lecherleitung zur Demonstration von Stehenden Wellen, Antenne. Es war damals echt toll. Leider ist das nun alles weg. Das technische Museum in Wien wurde in den 90er Jahren saniert, ehm, ich meine verschlimmbessert, weil viele tolle Zeitzeugen der elektrischen Geschichte entfernt wurden. In den 60er Jahren gab es dort so viel authentische Überbleibsel der elektrischen Entwicklung. Sogar einen Quecksilbergleichrichter hatten sie in einer Vitrine im Betrieb. Das bläuliche Leuchten und das Geräusch war schon urig. Bin froh, daß ich nicht der Einzige bin der sich mit solchen Sachen beschäftigt. Ein verstorbener Arbeitskollege, vor vielen Jahren, baute ähnlich wie Du Physik Demo Anordnungen speziell auf dem Gebiet der Elektrostatik. Es war faszinierend zu sehen wie z.B. Fallende Wassertropfen durch offene Konservendosen Neon Lampen zum Erleuchten bringen. Besuche dort waren immer sehr inspirierend. Seine Aufbauten sahen im Stil ähnlich aus wie Deine. Er hatte auch interessante Demos z.B. zum Wirbelstromeffekt. Leider konnte ich damals keine Bilder davon machen. Und nun ist er ja schon so lange tot. Wahrscheinlich wurde alles entsorgt. Und ja, er besuchte von Zeit zu Zeit Schulen um dort diese Sachen zu demonstrieren. Gruß, Gerhard
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Wo, so einen Lehrer hätte ich auch gerne gehabt. Deine Schüler müssen dich lieben!
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Den klassichen Versuch zum Hallwachs- bzw. Photoeffekt musste ich natürlich auch einmal machen. Das Elektroskop habe ich mir aus einem Nutellaglas und einer Alufolie selbst gebastelt. Der Plastikstab zum Aufladen kommt aus China, ebenso wie die Zinkplatte und die UV-C Lampe. Der Pullover stammt aus dem Kleiderschrank ;-) Funktioniert eigentlich recht gut. Mit UV-C Lampe erfolgt die Entladung innerhalb ca. 1 Sekunde. Mit der 365 nm UV-Taschenlampe passiert wie zu erwarten war gar nichts. Die Grenzwellenlänge zur Ionisierung des Zinks liegt bei 286 nm, also über den 254 nm der UV-C Lampe und unter den 365 nm der Taschenlampe. Mittels der Teilchentheorie von Licht konnte der Photoeffekt erstmalig erklärt werden. Die Wellentheorie scheiterte daran. Albert Einstein bekam 1921 den Nobelpreis in Physik nicht etwa für seine revolutionären Relativitätstheorien, sondern für seinen Beitrag zum lichtelektrischen Effekt. Link zu meiner Homepage mit mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/photoeffekt/
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Ich habe mir Deine Homepage direkt gebookmarkt - falls ich mal Langeweile habe ;-) Wirklich sehr schön gemacht.
Zum Thema Optik haben mir noch der elektro-optische (Pockels- bzw. Kerr-Effekt) und der magneto-optische Effekt (Faraday-Effekt) gefehlt. Nun habe ich mich einmal dem elektrooptischen Effekt zugewandt. Grundlage dieses Effekts ist die Abhängigkeit des Brechungsindex n von der elektrischen Feldstärke. Beim Pockelseffekt ist diese Abhängigkeit linear, also n(E) = n_0 + S_1 * E, beim Kerr-Effekt hingegen quadratisch, also n(E) = n_0 + S_2 * E². Normalerweise wird dieser Effekt mit nicht gerade ungefährlichen Flüssigkeiten wie Nitrobenzol durchgeführt und ist zudem noch schweineteuer (https://www.leybold-shop.at/physik/versuche-sek-ii-universitaet/optik/polarisation/kerr-effekt/untersuchung-des-kerr-effekts-an-nitrobenzol/vp5-4-4-1.html). Die dafür notwendigen elektrischen Spannungen liegen im BEreich von 10-20 kV, also auch nicht gerade gebräuchlich... Ich habe mich deshalb für Lithium-Niobat entschieden. Die entsprechende Pockels-Zelle gibt es für rund 60 Euro auf ebay.com aus Russland. Die hier notwendigen Spannungen liegen deutlich angenehmer im Bereich um die 500 V. Hierfür hatte ich bereits ein regelbares Netzteil mit CCFL-Inverter in meinem Fundus. Der Aufbau ist nun folgender: Der Laserstrahl trifft auf einen Polaisationsfilter. Dieser sorgt für linear polarisiertes Licht, welches auf die Pockelszelle trifft. Liegt dort keine Spannung U an, so laufen ordentlicher und außerordentlicher Strahl im doppelbrechenden Kristall gleich schnell und der Polarisationszustand ändert sich nicht. Dadurch kann der Laserstrahl einen hinter der Pockelszelle postierten und um 90° gedrehten Polarisationsfilter nicht passieren. Legt man nun aber eine Spannung an die Pockelszelle an, so laufen ordentlicher und außerordentlicher Strahl durch den unterschiedlichen Brechungsindex n unterschiedlich schnell. Am Ende der Pockelszelle besitzen sie daher in der Regel einen Phasenunterschied. Bei der Überlagerung ergibt sich daher im allgemeinen elliptisch polarisiertes Licht. Dieses kann aber nun den zweiten Polarisationsfilter passieren und am Schirm wird der Laserstrahl wieder sichtbar. Auf diese Weise steht einem ein sehr schneller, elektrisch steuerbarer Lichtschalter zur Verfügung. Mehr zu diesem Thema auf meiner Homepage: https://stoppi-homemade-physics.de/elektrooptischer-effekt-pockels-bzw-kerrzelle/ Den magneto-optischen bzw. Faraday-Effekt gehe ich als nächstes an. Hier wird die Polarisationsebene des Lichts in einem in Richtung der Lichtausbreitung orientierten Magnetfeld gedreht...
Zur Vervollständigung hier noch mein Versuch zum magneto-optischen Effekt bzw. Faraday-Effekt. Läuft linear polarisiertes Licht durch ein in Ausbreitungsrichtung orientiertes Magnetfeld, so dreht sich die Polarisationsebene abhängig von der Stärke des Magnetfelds. Mein Magnetfeld erzeuge ich mittels einer Zylinderspule mit rund 560 Windungen. Bei 20V beträgt die Stromstärke rund 5A. Als Medium verwende ich Olivenöl. Vor und hinter der Spule unter Öl befindet sich ein Polarisationsfilter. Kreuzt man beide und schaltet dann den Spulenstrom ein, so kommt es zu einer geringen Veränderung der Helligkeit, da sich ja die Polarisationsebene leicht gedreht hat. Der Effekt ist nicht gerade überwältigend, aber man erkennt zumindest eine Veränderung. Mehr Informationen hier: https://stoppi-homemade-physics.de/magnetooptischer-effekt-faradayeffekt/
Vor einigen Tagen habe ich wieder versucht, Astronomie mit Smartphone und Fernglas zu betreiben. Ausgesucht habe ich mir die Andromedagalaxie M31. Trotz der äußerst einfachen Ausrüstung und der alles andere als idealen Rahmenbedingungen, ich fotografierte mitten in einer Stadt mit 290.000 Einwohnern mit dementsprechend starker Himmelsaufhellung, bin ich mit dem Ergebnis mehr als zufrieden. Man erkennt nicht nur die Begleitgalaxien M32 und M110, sondern auch ansatzweise Staubbänder in der Andromedagalaxie. Insgesamt habe ich 255 Bilder mit einer Gesamtbelichtung von 12min 45sek aufgenommen und mit DeepSkyStacker gestackt. Die Nachbearbeitung erfolgte mit Gimp. Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/astrofotografie-mit-smartphone-fernglas/
Christoph E. schrieb: > Vor einigen Tagen habe ich wieder versucht, Astronomie mit Smartphone > und Fernglas zu betreiben. Ausgesucht habe ich mir die Andromedagalaxie > M31. Trotz der äußerst einfachen Ausrüstung und der alles andere als > idealen Rahmenbedingungen, ich fotografierte mitten in einer Stadt mit > 290.000 Einwohnern mit dementsprechend starker Himmelsaufhellung, bin > ich mit dem Ergebnis mehr als zufrieden. Man erkennt nicht nur die > Begleitgalaxien M32 und M110, sondern auch ansatzweise Staubbänder in > der Andromedagalaxie. Hätte nicht gedacht dass man das in der Stadt hinbekommt. Aber Andromeda und Orion sind ja die welche man relativ gut finden kann. Was ich auch immer sehr schön finde sind diese Kugelsternhaufen, früher hatte ich mal einen Dobson, aber mit viel Straßenbeleuchtung im Garten natürlich schwachsinnig, und da hatte ich keinen Führerschein weil jung. Ich weiß auch leider den Namen der Kugelsternhaufen nicht, die immer irgendwo in der Milchstraße immer so gut zu sehen waren.
>Ich weiß auch leider den Namen der Kugelsternhaufen nicht, die immer >irgendwo in der Milchstraße immer so gut zu sehen waren. Der bekannteste Kugelsternhaufen ist wohl M13 im Sternbild Herkules. Daneben findet man gleich den wie ich finde sehr schönen M92, dann M3 im Sternbild Bootes oder M15 im Sternbild Pegasus. M3 habe ich auch schon mit Smartphone + Feldstecher aufgenommen. Durch die Kleinheit ist das Ergebnis aber eher unscheinbar. Offene Sternhaufen wie die Plejaden gehen dann sicher wieder besser mit dieser Ausrüstung. Ich habe mir auch noch eine gebrauchte Montierung mit Nachführung in Rektaszension gekauft. Hat mich nur 70 Euro gekostet. Dazu dann noch eine Digitalkamera Canos EOS 1100d und etwas Zubehör (Intervallauslöser usw.). In Summe waren dies inkl. Kamera nicht einmal 280 Euro. Damit möchte ich in den nächsten Tagen mein Glück probieren. Hierfür fahre ich aber an einen verhältnismäßig dunklen Standort...
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Christoph E. schrieb: > Der bekannteste Kugelsternhaufen ist wohl M13 im Sternbild Herkules. > Daneben findet man gleich den wie ich finde sehr schönen M92, dann M3 im > Sternbild Bootes oder M15 im Sternbild Pegasus. Ich glaube das war der M3 weil es nämlich ein offener war, also auch im Zentrum waren alle Sterne einzeln zu erkennen. Die Plejaden sind natürlich gut zu finden da mit bloßem Auge sichtbar. Momentan habe ich nur einen ganz billigen Refraktor 70/900 auf extrem Wackeliger EQ1 montierung. Das war mal so ein vergünstigtes Ausstellungsstück für wirklich sehr wenig Geld. Damit schaue ich von der Dachterrasse aus ab und zu auf Jupiter und Saturn. Aber der Balkon besteht aus diesen Steinplatten und da runter sind Gummimatten. Alles sehr ungünstig aber ab und zu muss man sich doch mal die Sterne ansehen. Wenn ich mal wieder zu Geld komme, werde ich mir erstmal ein ordentliches lichtstarkes Fernglas kaufen. Einfach nur Milchstraße ansehen ist schon verdammt cool. Du machst es richtig, die Montierung ist echt das Wichtigste!
Bevor ich experimentell etwas kürzer trete, "arbeite" ich noch meine Projektliste ab. Darauf befand sich auch die Umsetzung einer günstigen Raman-Spektroskopie. Zur Theorie habe ich hier alles umfangreicher zusammengefasst: https://stoppi-homemade-physics.de/raman-streuung/ Gleich vorweg: Die Raman-Streustrahlung ist äußerst schwach. Ich musste mit meinem Smartphone bzw. meiner Digitalkamera zwischen 20-30 Sekunden belichten. Vor allem das Spektrum ist dann noch einmal eine Stufe schwächer, da das Beugungsgitter das Licht natürlich in mehrere Spektren aufspaltet. Zuerst machte ich den Fehler, die Fluoreszenzstrahlung des Küvetten-Plastiks mit der Ramanstrahlung zu verwechseln. Erstere liefert ein kontinuierliches Spektrum ist um einiges heller. Dieser Fehler geschah, da ich den Laserstrahl nicht gut auf die Küvette ausrichtete und dieser dann durch die Frontfläche der Küvette verlief. Heute habe ich dann den Laserstrahl wirklich mittig ausgerichtet, sodass er schön durch das Propanol verlief... Bei wie gesagt Belichtungszeiten bis zu 30 Sekunden wurde dann das Ramanspektrum sichtbar. Mit der Freeware ImageJ habe ich dann das Intensitätsprofil für das Spektrum aufgenommen. Zuvor musste ich mein Smartphone-Spektroskop natürlich mittels Lichtquellen bekannter Wellenlänge (3 Laser mit lambda = 405 nm, 532 nm und 650 nm) kalibrieren. Das ist nicht extrem genau aber es geht einigermaßen. Dann habe ich aus den Abständen der Pixel zum Ort des Maximums 0-ter Ordung und dem Kalibrierfaktor (0.3122 nm/Pixel) die Wellenlänge des Spektrums berechnet und dann noch die Raman-Verschiebung 1/450nm - 1/lambda. Das erhaltene Spektrum ist jetzt nicht gerade berauschend und genau, aber man erkennt zumindest die beiden größten peaks bei rund 950 cm^-1 und 2600 cm^-1. Angesichts meines sehr einfachen und günstigen Aufbau bin ich mit den Ergebnissen aber zufrieden. Alleine der Raman-Filter kostet normalerweise über 250 Euro, meiner hat nur 19 USD gekostet. Auch verwende ich als Spektroskop mein Smartphone. Normalerweise benötigt man ein sehr sensibles Liniensensor-Spektroskop, was auch erst ab ca. 300-400 Euro zu haben ist. Aber wie immer ging es mir um eine simple und vor allem kostengünstige Umsetzung...
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Nach dem vom Ergebnis her wenig erfolgreichen Einstein-de Haas Versuch waren meine beiden Experimente zum Zeemaneffekt leider auch nicht von Erfolg gekrönt. Im ersten Experiment versuchte ich den Zeemaneffekt mit meinem Fabry-Perot-Interferometer darzustellen. Leider war mein Magnetfeld zu schwach und die Auflösung des Interferometers zu gering. Beim zweiten Experiment ging es darum, eine Veränderung des Schattens einer Natriumflamme im Licht einer Natriumdampflampe festzustellen, wenn die Flamme einem Magnetfeld ausgesetzt wird. Während andere mit einem sehr starken Elektromagneten Erfolg hatten, versuchte ich es auf eine einfachere Art mittels Permanentmagneten. Leider konnte ich nicht wirklich viel beobachten, wenn ich die Natriumflamme ins Magnetfeld brachte. Vielleicht gehe ich diesen Versuch doch noch mit einem Elektromagneten an. Einen selber zu bauen scheidet aber aufgrund mangelnder Möglichkeiten zur Metallbearbeitung aber fast aus... https://stoppi-homemade-physics.de/zeeman-effekt/ Danach habe ich meinen Rutherford-Streuversuch herausgekramt, da ich ja mittlerweile eine Vakuumpumpe besitze. Mit dieser nahm ich dann die Zählrate in Abhängigkeit vom Streuwinkel auf. Ich erhalte ähnliche Ergebnisse wie eine Quelle im Internet. Auch bei mir sinkt die Zählrate für Winkel >= 10° massiv ab. Darüber beläuft sich die Zählrate auf nur rund 0.3 cpm. https://stoppi-homemade-physics.de/rutherford-streuexperiment/ Mein neuestes Projekt behandelt den Bau eines einfachen Fluorimeters. Dabei beziehe ich mich weitestgehend auf einen bei AATiS erschienenen Artikel im aktuellen Praxisheft 32 von Oliver Happel: https://www.aatis.de/content/bausatz/AS662_Fluorimeter Als Lichtdetektor kommt bei mir der Sensor TSL252R zum Einsatz, da ich diesen noch in meiner Bastelkiste habe und er sehr einfach angesteuert und ausgelesen werden kann. Untersuchen werde ich Fluorescein und Chinin und zumindest bei ersterem die Fluoreszenzintensität in Abhängigkeit von der Konzentration aufnehmen... https://stoppi-homemade-physics.de/fluorimeter/ Was steht weiters noch an? Für meinen Selbstbau-Piranisensor warte ich noch auf ein analoges 5mA-Amperemeter, für mein Spektroskop mit Lichtleitereinkopplung auf das Metallgehäuse und für meinen longitudinalen Stickstofflaser auf das Vakuumventil zum Einstellen des gewünschten Drucks (rund 10 mbar).
Den Versuch werden eventuell schon einige kennen, aber ich finde ihn einfach genial. Denn wer kommt schon auf die Idee, die Lichtgeschwindigkeit mit einer Mikrowelle und einer Schokolade zu bestimmen. Funktioniert aber wirklich nur sollte man erstens besser eine Kochschokolade verwenden und zweitens die Mikrowelle nicht lange einschalten. Denn das gibt wie bei mir eine ordentliche Sauerei...
Christoph E. schrieb: > Denn das gibt wie bei mir eine ordentliche Sauerei... Den gleichen Versuch kann man auch mit einer Scheibe Käse machen. Das Ergebnis ist das Gleiche, aber die Sauerei ist geringer. 🙂
Heute testete ich erstmalig meinen longitudinalen Stickstofflaser. Und siehe da, bei rund 5-15 mbar und einer Spannung von um die 18 kV fing er auch an zu lasern. Damit die Funkenstrecke nicht zu laut ist, habe ich ihr ein Verhüterli aus einem Schlauchstück verpasst. Der negative Pol des Diodensplittrafos muss natürlich geerdet werden, sonst gibt es intern am Trafo Überschläge! Der Laserpunkt ist schön rund aber nicht extrem hell. Im abgedunkelten Raum sieht man ihn aber sehr deutlich. Den passenden Druck stelle ich mit einem billigen Ventil aus der Aquariumabteilung ein... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/stickstofflaser-longitudinal/
Christoph E. schrieb: > Der Laserpunkt ist schön rund aber nicht extrem hell. Wenn man die Einschussstelle stark vergrößert und mehr Kontrast drauf gibt, dann sieht es so aus, als ob der Laser bei der Deutschen Bank eine 200mm starke Tresortür aus Stahl zum Schmelzen bringt.
Hier noch mein Protactiniumgenerator fürs Schulphysiklabor zur Bestimmung der angenehm kurzen Halbwertszeit (70 sek) von Pa-234. Benötigt werden folgende Substanzen/Teile: * 1-2 g Uranylnitrat * 33%ige Salzsäure * Methylisobutylketon oder Isoamylacetat * (destilliertes) Wasser * einen Geigerzähler Link: https://stoppi-homemade-physics.de/protactiniumgenerator/
Hallo stoppi,ich habe noch ein schönes Experiment für dich. Messung des Photonenspins. http://theorie.physik.uni-konstanz.de/lsfuchs/lectures/ik405/blatt3.pdf (ab Seite 2) Im Netz findet man recht wenig dazu. Das Experiment wurde von Richard Beth 1936 durchgeführt. https://vixra.org/pdf/0703.0039v1.pdf Die praktische Umsetzung dürfte mal wieder schwierig werden. Aber mit Torsionspendeln hast du ja mittlerweile Erfahrung ;-) Vielleicht könntest du für den Versuch einen zirkularen Polaristionstfilter aus der Phototechnik nutzen? Der praktischerweise aus einem linearen Polfilter mit einer um 45 Grad verdrehtem Lamda/4-Platte besteht. https://de.wikipedia.org/wiki/Polarisationsfilter#Zirkulare_Polarisationsfilter
Danke Peter für den Vorschlag. Muß ich mir genauer anschauen und abwägen, ob es für mich mit vertretbaren Aufwand machbar ist oder nicht ;-) In den letzten Wochen habe ich mich mit Radioastronomie beschäftigt und meine Wohnung dank einer Satellitenschüssel noch voller gemacht als sie ohnehin schon war. Mit einer solchen Schüssel + Satellitenfinder + Arduino habe ich dann das wohl einfachste Projekt zur Radioastronomie umgesetzt. Auf die Sonne ausgerichtet erhöht sich der Pegel und ich kann auf diese Weise ohne nachgeführter Montierung einen Sonnentransit beobachten. Dies ist mir auch gelungen und mein Graph weist sogar eine Besonderheit in Form einer Beule auf. Ob dies durch eine kurzfristig veränderte Sonnenaktivität bedingt ist, kann ich nicht mit Bestimmtheit sagen. Die Sonnenaktivitätsverläufe im Internet betrachtend war zur gegebenen Zeit wirklich eine geringe Steigerung verzeichnet. Da ich wie gesagt keine Montierung verwende, konnte ich die Satellitenschüssel nur dermaßen auf die Sonne ausrichten, dass der Pegel maximal wurde. Danach habe ich die Stellung nicht mehr verändert und den schwächer werdenden Pegel aufgezeichnet. Da mich dieses doch sehr profane Ergebnis natürlich nicht gerade vom Hocker haut, habe ich mich nach weiteren Radioastronomieprojekten umgeschaut und bin sehr schnell auf die Detektion der 21cm-Strahlung des Wasserstoffs gestoßen. Genau dies möchte ich auch umsetzen und zwar mit einer 2.4 GHz-Wlan-Antenne, einem LNA und einem RTL-SDR-USB-Stick. Die Antenne befindet sich bereits bei mir im Schlafzimmer (wie gesagt sind alle anderen Räume mittlerweile besetzt) und der speziell auf die 1420 MHz abgestimmte Verstärker ist auch schon auf dem Weg zu mir. Den RTL-SDR-USB-Stick habe ich über ebay-kleinanzeigen um 40 Euro gekauft. Die WLAN-Antenne hat mich 35 Euro gekostet und der LNA + USB-Kabel kostet 65 Euro. Dazu noch einige SMA-Adapter, welche in Summe um die 8 Euro kosten. Macht zusammen etwa 150 Euro für dieses Projekt. Hier die Seite, welche mich zu diesem Projekt inspiriert hat bzw. eine Anleitung dafür liefert: https://www.rtl-sdr.com/cheap-and-easy-hydrogen-line-radio-astronomy-with-a-rtl-sdr-wifi-parabolic-grid-dish-lna-and-sdrsharp/ Ich habe die einzelnen Schritte auf meiner Homepage auch dokumentiert: https://stoppi-homemade-physics.de/radioastronomie/ Link zum LNA (low noise amplifier): https://www.amazon.de/Nooelec-SAWbird-H1-Premium-S%C3%A4gefilter-Wasserstoffleitungsanwendungen/dp/B07XPV9RX2/ref=pd_sbs_sccl_2_2/259-0157837-0331545?pd_rd_w=qnhqX&pf_rd_p=dd7cdb0d-7d18-43ba-a06d-a9f4cc6bae51&pf_rd_r=V9NWWX5VG0X6WQ8JJBVP&pd_rd_r=1a460188-8c8d-4f70-b338-c800c1bdc437&pd_rd_wg=AZXyb&pd_rd_i=B07XPV9RX2&psc=1 Als SDR-Software verwende ich SDRSharp und zur Ausrichtung der Antenne die Astronomiesoftware Stellarium. Wenn die Adapter aus China eingetroffen sind und ich erste Messungen machen kann, dokumentiere ich es natürlich hier...
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Der LNA und die WLAN-Antenne sind bereits angekommen. Jetzt warte ich eigentlich nur noch auf diverse SMA-Adapter aus China, dann kann ich versuchen dem Milchstraßen-Wasserstoff auf die Schliche zu kommen... Dann habe ich mich auch noch einer einfachen Gaschromatographie gewidmet. Von AATiS (Arbeitskreis Amateurfunk und Telekommunikation in der Schule) gibt es den leider vergriffenen Bausatz AS656 (https://www.aatis.de/content/bausatz/AS656_Gaschromatograph). Dankenswerterweise hat mir der Entwickler dieses tollen Geräts, Dr. Oliver Happel, eine Trennsäule auf Basis Kieselgur und weitere Teile zukommen lassen. So musste ich eigentlich nicht mehr allzuviel tun. Anstelle der Messbox AS646 (https://www.aatis.de/content/bausatz/AS646_Messbox) verwende ich einen im Prinzip gleichen Aufbau mit dem HX711 und einem Arduino Nano. Der Sensor zur Detektion der einzelnen Gase besteht aus einer kaputten Glühbirne (6V/40mA). Diese ist Teil einer Wheatstonebrücke und durch die unterschiedliche Wärmeabfuhr der einzelnen Gase und demzufolge unterschiedliche Temperatur der Glühwendel verstimmt sich die Brücke mehr oder weniger. Testen werde ich sie in den nächsten Tagen mit Feuerzeuggas. Link: https://stoppi-homemade-physics.de/gaschromatographie/
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Ein erster Testlauf des Gaschromatographen mit Feuerzeuggas (Butan) ist absolviert. Zwar bekomme ich nicht so schöne "Spektren" wie Dr. Happel, aber ich kann scheinbar zumindest schon einmal i-Butan und n-Butan trennen...
Heute habe ich einen ersten Test draußen im Hof mit der WLAN-Antenne unternommen, um eben die 21cm-Wasserstoffstrahlung unserer Milchstraße aufzunehmen. Und ich denke, ich habe die "Linie" wirklich detektiert. Wenn ich mein Frequenzprofil mit einem aus dem Internet für annähernd die gleiche galaktische Stelle (https://physicsopenlab.org/2020/09/08/milky-way-structure-detected-with-the-21-cm-neutral-hydrogen-emission/) vergleiche, so erkenne ich einige Übereinstimmungen. Gegen eine Mauer gerichtet verschwindet wieder der Wasserstoff-Peak in meinem Spektrum. Die im Internet zugänglichen Wasserstoffprofile für die jeweiligen galaktischen Positionen sind gegen die Fluchtgeschwindigkeit aufgetragen und zwar nach links blauverschoben und nach rechts rotverschoben. Mein Profil ist ja gegen die Frequenz aufgetragen, nach rechts mit steigender Frequenz. Deshalb habe ich zum Vergleich mein Profil spiegeln müssen. Da ich die Antenne nicht parallaktisch montiere und nachführe, sondern nur auf den Zenit ausrichte, muss ich für eine Messung einer anderen Stelle unserer Milchstrasse (Sternbild Schwan) noch einige Zeit warten, wenn ich die Messung nicht mitten in der Nacht durchführen möchte.
Der Zeemaneffekt mag mich nicht... Jetzt habe ich den dritten, leider erfolglosen Versuch gestartet, ihn experimentell nachzuweisen. Zuerst hatte ich versucht ihm mittels HeNe-Laser, Spule um den Laser und meinem Fabry-Perot-Interferometer auf die Schliche zu kommen. Aber das war bei der bescheidenen Auflösung meines Interferometers und dem schwachen Magnetfeld eigentlich aussichtslos. Daher habe ich eine weitere Methode versucht und zwar die Resonanzabsorption einer Natriumflamme im Licht einer Natriumdampflampe. Befindet sich nämlich die Natriumflamme in einem (starken) Magnetfeld, verschwindet aufgrund des Zeemaneffekts diese Resoanzabsorption und die Flamme dürfte keinen Schatten mehr liefern. In meiner ersten Variante habe ich es mit zwei großen Permanentmagneten versucht, in derern Zwischenraum sich die Flamme befindet. Die auf diese Weise erzeugten Flussdichten lagen bei nur 0.15-0.2 T. Weiterer Nachteil dieser Methode ist natürlich der Umstand, dass ich die Magneten über die Flamme heben muss und daher den Effekt nicht abrupt ein- und ausschalten kann. Der Schatten der Flamme zeigte leider keine Veränderungen im Magnetfeld. Deshalb habe ich zuguterletzt es noch mit einem Elektromagneten probiert und mir dafür einen 120 x 80 x 20 mm Ferritring besorgt und diesen mit rund 300 Windungen umwickelt. Damit erzielte ich aufgrund der bald eintretenden magnetischen Sättigung bescheidene 0.12T bei immerhin 30V und 19 A an der Spule. Aufgrund dieser geringen Flussdichte hatte ich keinerlei Hoffnung, den Zeemaneffekt sichtbar zu machen und so war es dann auch leider. Ich konnte nach dem Ein- und Ausschalten den Magnetfelds keinerlei Veränderungen im Schatten feststellen. Auf youtube gibt es ein ausgezeichnetes Video zu einem erfolgreichen Versuch dieser Art: https://www.youtube.com/watch?v=iyBjPiRlxzg Der Autor verwendet einen großen umgebauten 3 Phasentrafo und erzielt damit bei 12V und 48A immerhin beachtliche 0.55T. Damit kann er den Schatten deutlich erhellen. Vielleicht hat ja jemand von euch eine Idee bzw. einen Vorschlag, was ich noch probieren könnte. Das Problem ist auch, dass ich über keine Werkstatt verfüge und eigentlich alles in der Wohnung mache. Diverse Maschinen wie Winkelschleifer o.ä. besitze ich auch nicht. Von daher kann ich Metalle/Trafos nur sehr eingeschränkt bearbeiten... link: https://stoppi-homemade-physics.de/zeeman-effekt/
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Damit meine Küche auch als Chemielabor herhalten muss, habe ich mich am Züchten von Piezokristallen versucht und zwar aus Kaliumnatriumtartrat. Dazu ist wiefolgt vorzugehen: * Man erhitzt 250 ml destilliertes Wasser in einem hitzebeständigen Glasgefäß (Fassungsvermögen ca. 500 ml) auf ca. 80°C im Wasserbad * Dann gibt man 200 g Kaliumhydrogentartrat (sog. cream of tatar) hinzu und rührt gut um * Jetzt fügt man Löffel für Löffel Natriumcarbonat (Waschsoda, Soda, Na2CO3 [Achtung: nicht verwechseln mit Natron/Natriumhydrogencarbonat!]) in das Glasgefäß im Wasserbad. Es müsste jedesmal sehr stark aufschäumen bzw. sich viele Blasen bilden * Dies wiederholt man so lange, bis die Flüssigkeit klar wird und es bei Zutun von Soda auch nicht mehr blubbert * Dann filtriert man die klare Flüssigkeit mit einem gewöhnlichen Kaffeefilter in ein weiteres Gefäß und leert dieses dann noch einmal um in ein flaches Plastikgefäß * dieses Plastikgefäß deckt man mit einem Blatt Küchenrolle ab und stellt es an einen kühleren Ort. * Jetzt wartet man. Nach einiger Zeit sollten sich die ersten kleinen Kristalle aus Kaliumnatriumtartrat bilden. Um den Kristall auf Piezoelektrizität zu testen, wählt man einen schönen aus und klemmt diesen zwischen 2 Alufolien mit einer Wäschekluppe. Schließt man die beiden Alufolien an ein Oszilloskop und schlägt mit einem Kugelschreiber auf den Piezokristall, müsste man am Bildschirm einen Spannungspuls sehen. Ist dies der Fall, hat man erfolgreich Piezokristalle gezüchtet, voila... Link: https://stoppi-homemade-physics.de/piezokristalle/
Für einen Wettbewerb (https://www.instructables.com/contest/gobig/) habe ich den NE555 diskret mit 24 bipolaren Transistoren, 2 Dioden und einigen Widerständen gebaut. Funktioniert auch gleich wie sein kleiner, originaler Bruder. Und dann habe ich noch die Chladnischen Klangfiguren mit einem Breitbandlautsprecher umgesetzt. Es bilden sich wie erhofft sehr schöne Muster auf der vibrierenden Platte. Als Funktionsgenerator verwende ich den OPA549 in Kombination mit einer FG-App. link: https://stoppi-homemade-physics.de/chladnische-klangfiguren/
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Ein toller, einfacher Versuch aus der Quantenmechanik, der quantisierte Leitwert eines Nanodrahts. Der Leitwert (reziproker Widerstand) eines makroskopischen Drahts hängt ja vom Material (spezifischer Widerstand) und seiner Geometrie ab (Länge, Querschnittsfläche). Bei eindimensionalen Nanodrähten ist dies anders. Hier zeigt sich quantenmechanisch, dass der Leitwert G gequantelt ist und mit der "Einheit" 2*e²/h (e...Elementarladung, h...Plancksches Wirkungsquantum). Dies entspricht einem Leitwert von 1/12.9 kOhm^-1. Wie kann man diesen durchaus großen Wert experimentell nachweisen? Man benötigt dazu eigentlich nur dünnen Golddraht (ich habe einen mit 0.1 mm Durchmesser bestellt), eine Batterie, 2 Widerstände und ein Speicheroszilloskop. Berühren sich nämlich die beiden Golddrähte und sorgt man für eine Erschütterung, so trennen sie sich voneinander. Genau wärend dieses Trennvorgangs entstehen solche 1 dimensionalen Brücken, deren Anzahl bei fortschreitender Trennung natürlich abnimmt. Der Widerstand der Brücken ist also durch 12.9 kOhm/Anzahl der Brücken gegeben. Da dieser beim Abreißen der Brücken/Nanodrähten sprunghaft abnimmt, nimmt auch die Spannung am Messwiderstand sprunghaft ab. Mit einem Oszilloskop sollten dann Sprünge bemerkbar sein. Bei den gewählten Widerständen (10 kOhm, 100 Ohm) und einer Batterie (1.5V) sollten die Stufen bei wenigen mV liegen, wenn sich die Golddrähte voneinander trennen. Es gibt auch noch einen zweiten Aufbau mit Operationsverstärker (TIA) und einem gewöhnlichen Relais, welches man öffnet und zwischen dessen Kontakten sich eben wieder Nanodrähte ausbilden. Der sprunghaft abnehmende Strom wird 10^5-fach verstärkt und am Oszilloskop wieder beobachtet. Das Leitwertquant von der Größe 1/12.9 kOhm^-1 sollte bei einer Spannung von 10 mV für Sprünge im Bereich von 77 mV sorgen. Durch I = U/R = U * 1/R = U * G und der Quantelung von G sollte auch der Strom und demnach auch die Ausgangsspannung gequantelt sein und sich sprunghaft der Nulllinie nähern. Wenn die Teile (OPA354, Golddraht usw.) eingetroffen sind, geht es hier weiter. Links: https://physicsopenlab.org/2020/03/18/observing-quantized-conductance-in-a-normal-relay/ https://docplayer.org/41378856-Quantisierung-des-leitwerts-in-eindimensionalen-goldkontakten.html https://stoppi-homemade-physics.de/quantisierte-leitfaehigkeit/
Schön langsam neigt sich mein Experiment-Repertoire seinem Ende entgegen. Auf der Liste stand noch die Kirlianfotographie, benannt nach dem sowjetisch-armenischen Ehepaar Semjon Kirlian und Walentina Kirliana, welches diese Technik um 1937 herum entwickelt hat. Benötigt wird zum Betrieb eine 15-20 kV AC-Hochspannung. Im Moment verwende ich ein kleines AC-Hochspannungsmodul. Das Testobjekt befindet sich unter der Glasplatte und wird mit einem Pol der HV-Quelle verbunden. Das andere Ende legt man in eine mit Salzwasser gefüllte Wanne auf der Glasplatte. Erstes Testobjekt: eine 2-Euro-Münze. Als nächstes kommt dann meine Aura noch an die Reihe ;-)
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Christoph E. schrieb: > Für einen Wettbewerb (https://www.instructables.com/contest/gobig/) habe > ich den NE555 diskret mit 24 bipolaren Transistoren, 2 Dioden und > einigen Widerständen gebaut. Funktioniert auch gleich wie sein kleiner, > originaler Bruder. Ich habe überall nach einem passenden Stecksockel gesucht ... hat jemand einen Tip? ;)
Für einige meiner Experimente (z.B. Lifter, Stickstofflaser) benötige ich ein HV-Netzteil mit bis zu 35 kV. Mit einem alten AC-Zeilentrafo + TV-Kaskade lässt sich das relativ einfach umsetzen. Beim Arcen ist mir leider die Kaskade abgeraucht. Daher habe ich dem Netzteil am Ausgang zwei 1 MOhm-HV-Widerstände in Serie spendiert. Link: https://stoppi-homemade-physics.de/hv-netzteile/ Mein diskreter NE555 hat überraschenderweise auf instructables den Hauptpreis (300 Dollar Gutschein) erzielt: https://www.instructables.com/The-Famous-NE555-Timer-IC-Original-and-a-Bit-Large/ Bei einem anderen Wettbewerb mache ich gerade mit meiner Planck'schen Strahlungskurve mit: https://www.instructables.com/Experimental-Determination-of-the-Planckian-Radiat/ Obwohl dieses Projekt viel umfangreicher als jenes mit dem NE555 ist, wurde es nicht einmal "gefeatured" und wird demnach mit ziemlicher Sicherheit auch keinen Preis gewinnen. Fragt mich nicht, wie die Leute auf instructables urteilen, ich erkenne keinen wirklichen Plan dahinter...
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Christoph E. schrieb: > Obwohl dieses Projekt viel umfangreicher als jenes mit dem NE555 ist, > wurde es nicht einmal "gefeatured" und wird demnach mit ziemlicher > Sicherheit auch keinen Preis gewinnen. Fragt mich nicht, wie die Leute > auf instructables urteilen, ich erkenne keinen wirklichen Plan > dahinter... Verrückt. Den diskreten 555 kann man sogar schon als Bausatz kaufen: https://shop.evilmadscientist.com/productsmenu/652 Deine anderen Projekte dürften deutlich einzigartiger sein.
Die OPA354 aus China sind eingetroffen und so konnte ich den zweiten Versuch zur quanitisierten Leitfähigkeit mittels Relais machen. So richtig zufriedenstellend sind die Ergebnisse aber nicht. Ich erhalte zwar hin und wieder Sprünge in der abfallenden Flanke, aber das ist mehr Glückssache und mehr die Suche nach etwas, wovon man weiß wie es auszusehen hat und so lange probiert, bis sich das Ergebnis einigermaßen mit der Vorgabe deckt. Habe es auch noch anstelle des Relais mit den beiden sich berührenden Golddrähten probiert mit ähnlichen Ergebnissen. Anbei die "besten" Screenshots vom Oszi. Der OPA steckt im SOT23-Gehäuse, da war ich schon am Limit mit meinen Löt"künsten". Zum Abschluss habe ich es noch einmal mit dem anderen Versuchsaufbau (zwei Golddrähte und dann einfacher Spannungsteiler an Batterie) probiert, dieses mal aber nur mit einer einzelnen AA-Batterie (ca. 1.6V). Da sollten die Stufen bei 6.8, 9.5, 11, 11.9, 12.5 mV usw. liegen. Diese sind bei einigen Versuchen auch mehr oder weniger sichtbar geworden. Aber wie schon gesagt, ist es mehr ein Herumprobieren bis die Ergebnisse passen...
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Laut Quantenmechanik ist ja alles quantitisierbar. Bestimmt auch der Widerstand. Zu dem Experiment habe ich bis jetzt nur das hier gefunden. https://uol.de/f/5/inst/physik/ag/vlex/download/fga_golddraht.pdf Zitat:"...Durch leichtes Klopfen auf den Tisch..." Ich verstehe das ganze Experiment nicht. Es geht ja hier nicht ums Kontaktprellen. Wenn die Goldkontakte sich trennen und es währendessen zu irgendwelche Stromschwankungen kommt, wird sich das im Subnanosekundenbereich abspielen. Christoph E. schrieb: > OPA354 Damit kommst du dann nicht weit.
Danke Peter für den link, den kannte ich noch nicht. Ich klopfe auch auf den Boden, um die beiden golddrähte zu trennen. Komischerweise geschieht die Trennung in diesem Fall deutlich langsamer als bei mir (20 mikrosekunden/div im verlinkten Experiment gegenüber 400ns/div bei mir). Meine beiden 0.1 mm golddrähte sollten eigentlich auch hochrein sein. Ich werde mich der Sache nochmals annehmen und die Spannung am 10 kOhm vorwiderstand abgreifen (bisher am 100 ohm vorwiderstand bei mir). Auch die Orientierung der beiden golddrähte werde ich noch ändern. Bei mir sind sie eher horizontal ausgerichtet, im link hingegen vertikal... Beim trennen der golddrähte bilden sich nanokanäle ähnlich dem in die Länge gezogenen Käse, wenn du dir ein pizzaeck aus einer Pizza nimmst. Und in diesen Fällen ist der leitwert nicht mehr von der Geometrie (Länge, Querschnitt) abhängig sondern ist quantisiert und besitzt den leitwert 1/12900 ohm^-1. Bei mehreren solcher Kanäle parallel halt dann n/12900 ohm^-1...
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Hier nun einige Ergebnisse mit der am 10 kOhm abgenommenen Spannung und den beiden Golddrähten. Die Stufen treten bei vertikaler Ausrichtung der Drähte etwas häufiger auf gefühlsmäßig und müssten bei 669 mV, 934 mV, 1076 mV usw. liegen. Dies ist zum Teil auch der Fall... Werde aber noch weiter probieren, ob Verbesserungen möglich sind und wenn ja, wie diese experimentell zu erzielen sind.
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Ich denk für ns Auflösung ist der OPA leider immer noch zu langsam. Bei 10^5 bleiben da gerade mal 25kHz übrig, also ca 40µs. Der Trennvorgang muss also langsamer ablaufen. 10^5 Für eine Stufe ist schon verdammt viel. Das macht man eigentlich nicht. Eventuell wäre es besser die Verstärkung auf zwei Stufen zu verteilen, die Phasenverschiebung / Verzögerung sollte hier ja eigentlich nicht so sehr stören.
Der OPA855 wäre schneller, aber noch ne Stufe schwieriger bei der Verarbeitung :-)
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Danke für deine Tipps, Andreas. Bei der zweiten Messvariante verwende ich ja keinen OPV, sondern nur einen gewöhnlichen shunt + Oszi. Wie man anhand der Internetquellen sehen kann, spielen sich dort die Stufen in µsek ab. Bei meinen letzten Oszibildern habe ich ja auch 4 µsek/div zum Beispiel... Anbei noch ein in plus lucis 2/1997 veröffentlichter Verlauf ebenfalls mit gemächlicher Zeitauflösung.
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Christoph E. schrieb: > Bei der zweiten Messvariante verwende ich ja keinen OPV, sondern nur > einen gewöhnlichen shunt + Oszi. Was der richtige Ansatz ist, wozu will man da etwas verstärken? So ein Golddraht sollte ja fast ein idealer Schalter sein. Bis auf die quantenmechanischen Effekte... An deiner Stelle würde ich mir auch noch ein gutes gebrauchtes analoges Oszilloskop zulegen.
Ganze drei Projekte sind noch ausständig, meine Kondensatorbank testen (Stichwort disc launcher), einfache Astrofotografie mit DSLR-Kamera und Zoomobjektiv betreiben und eine Wimshurst-Influenzmaschine bauen. Letzteres steht gerade an und ich habe schon einige Teile dafür besorgt. Die beiden Kunststoffscheiben mit den Alufoliesegmenten und die zwei Leydenerflaschen entnehme ich dem Bausatz von Astromedia (https://astromedia.de/Die-Wimshurst-Maschine). Den Rest baue ich selbst. Gestern habe ich mich im Baumarkt mit einigen Teilen (Alustangen, Alurohre, Messingstäbe, Ringkabelschuhe, Gewindestangen, Einschlagkrallen, Muttern und Beilagscheiben usw.) eingedeckt. Hat in Summe 33 Euro gekostet. Die Wimshurstmaschine von Astromedia gibt es um rund 45 Euro. Auf aliexpress bin ich auch fündig geworden und habe dort Feststellringe, Madenschrauben, Messingkugelmuttern und Laufrollen bestellt. Diese Teile sind noch unterwegs und kosteten insgesamt rund 25 euro. Bei Matador (https://www.matador.at/Produkte/Explorer-5/Einzelteile-Ersatzteile/Raeder:::1_3_55_61.html?MODsid=1c677e020a7300c1b09cb292270224f6), einem beliebten Holzspielzeug aus Österreich und Teil meiner Kindheit, habe ich Laufrollen aus Holz und Kautschukriemen besorgt. Machte in Summe rund 28 Euro aus. Für das Geld bekommt man zwar schon fix und fertige Wimshurstmaschinen auf aliexpress oder amazon zu kaufen, aber worin liegt dann die Herausforderung und der Bastelspaß? Rekordfunkenweiten erwarte ich von meiner Maschine nicht, sie soll einfach nur ordentlich funktionieren und einigermaßen stabil sein. Deshalb verwende ich auch die restlichen Kartonteile des Bausatzes von Astromedia nicht. Wenn es Neuigkeiten gibt, geht es hier weiter...
Leydenerflaschen habe ich nun doch auch selbst gefertigt. Zufällig habe ich ein passendes Plexiglasrohr (50 mm Durchmesser) und Aluklebeband noch in meinem Fundus entdeckt. Die Achse des Kondensators besteht aus einer M4 Gewindestange. Zur besseren Isolation von der Grundplatte wird die Gewindestange in einen Polyamidzylinder geschraubt. Dieser wird dann mit Polyamidschrauben auf der Grundplatte fixiert. Die Kapazität einer einzelnen Flasche beträgt rund 80 pF. Die Elektrodenhalterungen sind auch schon fertig. Die 12mm Messingkugeln werden ans Ende der 4mm-Messingstäbe geschraubt. Außengewinde habe ich bereits geschnitten. Vom Astromediabausatz verwende ich eigentlich nur die beiden Scheiben inkl. der Alusegmente. Diese wären wohl einzeln günstiger als 45 Euro zu haben gewesen ;-) Jetzt warte ich auf die aus China kommenden Teile. Werde über Fortschritte natürlich berichten...
Hier kommt ja fast täglich ein neues Projekt zu Tage. Musst du eigentlich gar nicht mehr arbeiten gehen? Kannst du von morgens bis abends nach Lust und Laune einfach alles das bauen, wozu du Lust hast? Wenn das wirklich so ist, dann ist dieser Zustand natürlich beneidenswert. 😃👍
Christoph E. schrieb: > Beispielen: > https://www.youtube.com/user/stopperl16/videos Da sind ja schöne Experimente dabei! Teils Sachen, wo ich nicht gedacht hätte, daß so was mit 'Hausmitteln' zu realisieren ist. Eine optische Bank aus Lochplatte, Gewindestangen, Muttern, etc. - das ist clever. Besonders fasziniert haben mich das Michelson- und das Fabry-Perot-Interferometer. Zum Michelson habe ich kein Video gefunden (übersehen?). Auf jeden Fall große Klasse! Die Schüler sollten doch auch begeistert sein, bei solchen Experimenten 'zum Anfassen'.
Mit meinem Webcamspektroskop konnte ich ja die Natrium-D-Doppellinie (589 nm und 589.6 nm) nicht trennen. Nun habe ich es mit meiner digitalen Spiegelreflexkamera probiert. Das Beugungsgitter hat 1000 Linien/mm und das Objektiv war auf 55 mm Brennweite eingestellt. Meine Niederdrucknatriumdampflampe habe ich aus einer Dunkelkammerleuchte von Osram ausgebaut... Mit einem eher fliegenden Aufbau konnte ich die beiden Linien sehr gut trennen. Link zu mehr Informationen rund um meine Spektroskope: https://stoppi-homemade-physics.de/spektroskopie/
Ja, es gibt halt doch noch einen Unterschied zwischen Handy-Kamera und Spiegelreflex. Als Physiklehrer sollten Dir ja Auflösungsvermögen und numerische Apertur ein Begriff sein. Vielleicht wäre das auch mal ein lohnenswertes Thema für einen Schülerversuch: "warum zeigt die Spiegelreflex mit ihrer großen Optik mehr Details, obwohl doch das iPhone viel mehr Megapixel hat?".
Mit meiner Wimshurst-Maschine bin ich auch schon auf der Zielgerade, nachdem die Laufrollen aus China eingetroffen sind. Funktioniert soweit alles bestens, so wie ich es mir im Vorfeld ausgemalt habe. Jetzt muss ich nur noch den Aufbau inklusive der beiden Kondensatoren auf eine Grundplatte verfrachten, dann kann der erste Test stattfinden. Bin schon gespannt, ob meine Maschine auch Funken schlägt... Für die low budget Astrofotografie habe ich mir auf Amazon einen 90mm/500mm Achromaten gegönnt. Kann mit Sicherheit durch die starke chromatische Aberration nicht ansatzweise mit Apochromaten mithalten, dafür hat dieser nur sensationelle 107 Euro inkl. Versand gekostet (https://www.amazon.de/Bresser-Refraktor-Teleskop-Messier-optischer/dp/B06XD5BWDB/). Auf der Herstellerseite von Bresser kostet dieser im Moment immerhin 169 Euro. Meine gebrauchte Canon EOS 1100D hänge ich dann mittels Adapter an den 1.25" Okularauszug. Ziel ist es, die Messierobjekte damit aufzunehmen, wobei ich erst einmal schauen muss, ob meine motorisierte Montierung überhaupt schön nachführt. Diese habe ich auch gebraucht um 80 Euro letzten Sommer gekauft. Mein ganzes Astrosetup kommt also inkl. DSLR und Refraktor auf rund 400 Euro, was ich als sensationell günstig erachte. Eines meiner Ziele ist es ja immer, die Projekte auch möglichst günstig umzusetzen, denn nicht jeder Schüler hat 1000 Euro alleine für einen Apochromaten übrig...
So, die Wimshurst-Maschine ist fertig. Von der erzielbaren Funkenlänge bin ich aber ziemlich enttäuscht. Ich schaffe gerade einmal 2 cm... Eine Frage hätte ich: Müssen die beiden Neutralisatoren eigentlich gegenseitig isoliert angebracht werden? Bei mir befinden sie sich ja beide auf der Metallgewindestange und sind somit elektrisch miteinander verbunden. Fall sie isoliert voneinander montiert gehören, muss ich sie noch umbauen.
In einem Buch von mir fand ich die beiden Seiten über Wimhurst Maschinen im Anhang. Dort wird vorgeschlagen einen Kondensator mit (interner) Funkenstrecke parallel zu schalten. Das Buch heißt: "Electrostatics" Handbook von Charles Green. Die anderen Bilder zeigen einen Kelvin Wassertropfen Generator.
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Vielen Dank Gerhard für die Informationen... Ich werde die beiden Neutralisatoren einmal isoliert voneinander aufbauen und dann schauen, ob die Funkenlänge zunimmt. Es kann auch daran liegen, dass der Abstand meiner beiden Scheiben voneinander zu groß ist. Diesen werde ich auch noch versuchen zu reduzieren.
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Christoph E. schrieb: > In den letzten Jahren haben sich bei mir doch das eine oder andere > Physikprojekt für die Schule (z.B. Abschlussarbeit) angehäuft. > Vielleicht ist es auch für euch von Interesse. Sehr interessant. Ich komme aus dem Staunen nicht heraus. Bitte weiter so! Michael M. schrieb: > Musst du eigentlich gar nicht mehr arbeiten gehen? > Kannst du von morgens bis > abends nach Lust und Laune einfach alles das bauen, wozu du Lust hast? > Wenn das wirklich so ist, dann ist dieser Zustand natürlich > beneidenswert. Das IST Teil seiner Arbeit. Da hat jemand anscheinend eine intelligente Berufswahl getroffen und macht was daraus. Das darf eigentlich jeder. :-)
Habe meine Wimshurstmaschine noch etwas optimiert (strafferer Gummiriemen) und jetzt erziele ich etwas mehr als 3 cm. Damit kann ich (gut) leben... Der 90/500 mm Achromat von Bresser ist auch heute angekommen. Gut, die Verarbeitung ist zum Teil sehr billig (Plastikteile), aber in Anbetracht des Preises (105 Euro inkl. Versand) finde ich den erhaltenen Gegenwert dennoch mehr als beeindruckend. Wie gesagt, um dieses Geld kaufen sich andere einen Sucher oder 1/3 eines Okulars. Ich möchte damit ja (sehr) günstige Astrofotografie betreiben. Beim nächsten Neumond und entsprechend klarem Himmel geht es zu meiner Lieblingsbeobachtungsstelle unweit von Graz...
Moin, Möchte interessierten Lesern auf ein interessantes Buch über alte Meßtechnik hinweisen das mir über den Weg gelaufen ist: Es heißt: "Elektrische Meßgeräte und Meßeinrichtungen", Von A. Palm Oberingenieur, 1937 https://nanopdf.com/download/i-d-rehspul-m-e-ger-te_pdf Gruß, Gerhard
In den letzten Tagen habe ich versucht, die Solarkonstante, also die Strahlungsintensität der Sonne am Ort der Erde, experimentell zu ermitteln. Hierzu verwendete ich einen 80g schweren Alublock mit einer Fläche von 36 cm², welchen ich mit Kerzenruß beschichtete. In die Sonne gehalten erwärmt sich dieser. Aus der Temperaturerhöhung lässt sich dann die Strahlungsintensität ermitteln. Diese Messung wiederholt man für verschiedene Sonnenstände und trägt dann ln(I) gegen 1/sin(alpha) auf. Extrapoliert man die Gerade, so entspricht der Ordinatenabschnitt genau dem Logarithmus der Sokarkonstante. In meinem Fall erhielt ich einen Wert von 1408 W/m², welcher sehr nahe am Tabellenwert von 1370 W/m² liegt. Mehr Informationen gibt es hier: https://stoppi-homemade-physics.de/solarkonstante/
Gerhard O. schrieb: > Möchte interessierten Lesern auf ein interessantes Buch über alte > Meßtechnik hinweisen das mir über den Weg gelaufen ist: Danke Dir Gerhard für den Tip, ist ein schönes Buch wenn man mal wieder einige Abende in alter Meßtechnik schwelgen mag.
Moin, "Die Physik der Schwingungen und Wellen" von Th. Altmeyer ist sehr lesenswert. Es lohnt sich, es wieder durchzugehen: https://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/didaktik_physik/materialien/materialaltmeyer/schwingungen_wellen.pdf https://oar.ptb.de/files/download/59ef10144c918497222d9bb7 https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/ptb_mitteilungen/mitt2012/Heft1/PTB-Mitteilungen_2012_Heft_1_en.pdf Gerhard
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Für das Physiklabor habe ich auch eine verstellbare Kugelrollbahn gebastelt. Ziel ist es, die Bahn bei gegebenen Startpunkt (0/0.2m) und Zielpunkt (0.8m/0) so zu verändern, dass die Kugel die kürzest mögliche Laufzeit besitzt. Zuerst geschieht dieser Versuch experimentell und dann auch noch rechnerisch mit meinem einfachen und uralten Visual Basic Programm. Hierfür werden die Koeffizienten eines Polynoms 4ten Grades innerhalb einzugebeneder Grenzen variiert und für jedes Polynom dann die Laufzeit theoretisch berechnet. Am Ende werden dann die Koeffizienten der schnellsten Bahn ausgegeben und diese Bahn gezeichnet. Die Koeffizienten a und e sind nicht frei wählbar, da ja die Bahn durch den Start- und Endpunkt verlaufen muss. Der Koeffizient a ist daher 0.2 und e ergibt sich aus b, c und d. Diese theroetisch ermittelte "beste" Bahn wird dann in das gleiche Diagramm wie die experimentell ermittelte Bahn eingetragen. Im Idealfall unterscheiden sich beide Bahnen nur geringfügig voneinander... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/schnellste-bahn/
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Eine Versuchsidee zum Thema Welle-Teilchen habe ich noch und zwar die Messung des Lichtimpulses p. Nach de Broglie ist ja die typische Wellengröße Wellenlänge lambda mit der typischen Teilchengröße Impuls p nach der Gleichung lambda = h / p (h...Plancksches Wirkungsquantum) verknüpft. Ein Photon besitzt trotz der Ruhemasse 0 einen Impuls p und zwar hängt dieser wiefolgt mit der Photonenenergie E zusammen: p = h / lambda = h * f / c = E / c. Höherfrequentes blaues Licht besitzt nach E = h * f nicht nur eine größere Energie, sondern auch einen größeren Impuls. Einen einfachen Versuch zum Lichtimpuls habe ich bereits umgesetzt, die Laserlevitation: https://stoppi-homemade-physics.de/laserlevitation/ Der Impulserhaltungssatz führt zusammen mit dem Impuls der Photonen dazu, dass ein sehr kleiner Diamant im Laserlichtstrahl schwebt. Nun möchte ich noch einen weiteren Versuch zur Untermauerung des Photonenimpulses starten. Ich habe ja eine selbstgebaute µg-Waage in meinem Fundus. Mit dieser bin ich in der Lage, µg zu messen. Ein 1x1 mm Papierquadrat mit einer Masse von 70 µg lieferte eine Ausgangsspannung von 9 mV. Demnach beträgt die Empfindlichkeit meiner µg-Waage 0.13 mV/µg. Ich habe mir nun gedacht, mit einem sehr starken Laser (10W) auf die Waage zu leuchten und zu schauen, ob sie eine Kraft/Masse anzeigt. Ein 10W-Laser müsste bei Reflexion des Strahls eine Kraft von 6.67*10^-8 N erzeugen. Dies entspricht einer Masse von 6.67 µg. Dies müsste eine Ausgangsspannung von 0.8671 mV bewirken, also durchaus messbar. Für eine genauere Messung der Ausgangsspannung möchte ich einen ADS1115 AD-Wandler und einen Arduino verwenden. Ich dachte mir, ich mittel die gemessene Ausgangsspannung über z.B. 10000 Werte und betrachte dann den Mittelwert mit und ohne Laserstrahl. Damit könnte ich auch geringste Spannungsunterschiede erfassen. Jetzt muss ich erst einmal einen 10W-Laser auf aliexpress bestellen. Die µg-Waage habe ich wie gesagt bereits. Die große Frage wird dann aber sein, ob nicht andere Effekte (Erwärmung, Konvektion usw.) meinen Photoneneffekt zunichte machen. Ich denke da an den Versuch mit einer Lichtmühle (https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtm%C3%BChle), welche ja auch nicht mittels Strahlungsdruck funktioniert, sondern durch stärkere Erwärmung der dunklen Seite. Wenn bei einem Versuch aber zum Beispiel Konvektion auch eine Rolle spielen sollte, so würde diese aber mMn zu einer Reduzierung der angezeigten Masse führen. Der Photonenimpuls bei von oben auf die Waage gerichtetem Laser müsste aber eine Massenerhöhung bewirken. Mal schauen, was ich dann messe...
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Nach einer längeren Pause habe ich nun doch noch einige weitere Projekte aufspüren können, die ich umsetzen möchte. 1.) Pyranometer: Damit kann man die Bestrahlungsintensität in W/m² messen. Der Aufbau ist total simpel und besteht lediglich aus Solarzelle, Potentiometer und Panel-Voltmeter. Da der Kurzschlussstrom einer Solarzelle direkt proportional zur Bestrahlungsintensität ist, muss das Potentiometer auf einen möglichst niedrigen Wert eingestellt werden. Zusätzlich muß bei 1000 W/m² eine Spannung von 100 mV am Widerstand abfallen. Erste Versuche im Sonnenlicht sind sehr vielversprechend. 2.) Bandabstand von Germanium Bei PHYWE (https://www.phywe.de/versuche-sets/hochschulversuche/bandabstand-von-germanium_10967_12000/) gibt es ein komplettes Set für die Schule zu kaufen um läppische 1900 Euro. Meine Version ist natürlich spottbillig im Vergleich. Den flachen Germaniumquader habe ich um 40€ auf ebay.com aus den USA bestellt, den Rest (Thermometer, Heizmodul, Wärmeleitkleber usw.) fand ich auf aliexpress. Zur Messung: Es wird der Widerstand des Germaniums in Abhängigkeit von der Temperatur bestimmt. Dazu schicke ich einen konstanten Strom von 10 mA durchs Germanium und messe den Spannungsabfall in Abhängigkeit von T. Daraus lässt sich der Bandabstand (sollten 0.67 eV sein) bestimmen. 3.) Tunneleffekt bei einer Tunneldiode Hier möchte ich die für Tunneldioden typische Kennlinie erfassen. Diese besitzt vor dem typischen Diodenanstieg bei noch geringerer Spannung einen Hügel, der vom Tunneleffekt herrührt. Die Tunneldiode 1I308I habe ich über ebay erstanden und ist auf dem Weg zu mir (https://www.ebay.com/itm/154709927066?var=455395183770). 4.) Elektronen im elektrischen Feld Auf aliexpress gibt es sehr günstige Kathodenstrahlröhren. Ich habe mir eine mit Ablenkelektroden um 60 Euro gegönnt (https://de.aliexpress.com/item/4000376086482.html). Damit bestimme ich den Ablenkwinkel der Elektronen in Abhängigkeit von der Ablenkspannung bei gegebener Beschleunigungsspannung und vergleiche Theorie und Experiment. Die spezifische Elektronenladung e/m lässt sich mit diesem Versuch allerdings nicht ermitteln. Hierfür bräuchte man ein Magnetfeld zur Ablenkung. 5.) Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mittels LEDs Obwohl ich diesen Versuch schon gemacht habe, möchte ich ein kompaktes Gerät mit 6-7 verschiedenfärbigen LEDs basteln, damit die Versuchsdurchführung einfacher vonstatten geht. Im Lehrmittelhandel bezahlt man dafür rund 150 Euro. Bei mir gibt es das Ganze natürlich deutlich günstiger 6.) Brownsche Molekularbewegung Ich werde mir eine Rauchkammer per 3D-Drucker drucken lassen und dann die Brownsche Molekularbewegung mittels Rauch unter dem Mikroskop meiner Tochter beobachten. Kleine Randnotiz: Albert Einstein leistete einen bedeutenden Beitrag zur Quantisierung dieses Effekts. 7.) NMR im Erdmagnetfeld Auf Youtube bin ich auf einen sehr simplen Aufbau zur Nuklearmagnetresonanz gestoßen (https://www.youtube.com/watch?v=zSnJietN4OM). Normalerweise sind die NMR-Aufbauten deutlich komplexer (mehrere Spulen, kompliziertere elektronische Ansteuerung und Auswertung). Teile für meinen simplen Aufbau habe ich bereits bestellt, zum Beispiel LT1115 für den Verstärker. Dieser ist ein ultra low noise audioamplifier und müsste daher für die auftretenden Frequenzen (Lamorfrequenz nur ca. 2.1 kHz) und meinen Verwendungszweck hoffentlich gut passen.
Das Pyrnometer ist soweit fertig. Ich habe die angezeigten Werte mittels der Sonnenstrahlung einmal kalibriert. Als nächstes werde ich mit einer 100W-Glühbirne das Abstandsgesetz 1/r² überprüfen und die experimentellen Werte den theoretischen gegenüberstellen...
Christoph E. schrieb: > Das Pyrnometer ist soweit fertig. Ich habe die angezeigten Werte mittels > der Sonnenstrahlung einmal kalibriert. Als nächstes werde ich mit einer > 100W-Glühbirne das Abstandsgesetz 1/r² überprüfen und die > experimentellen Werte den theoretischen gegenüberstellen... Wie bringst du die Zellen während der Messung stabil auf die Temperatur, bei der kalibriert wurde? Oder wird der Wirkungsgrad der Zellen über einen Temperaturfaktor bei der Auswertung mit berücksichtigt?
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Hallo Thomas! Der jetzige Aufbau verfügt über keinerlei Temperaturkorrektur, da ich das Pyranometer so einfach wie möglich für meine Schüler bauen wollte. Das wäre dann ein schöner Ansatz für die Version 2 ;-)
Hallo Christoph, Ich baute mir vor einigen Jahren das hier Beschriebene Pyranometer, mit kritischen Bauteilen von Dave bereitgestellt. Kannst es Dir mal ansehen: https://instesre.org/construction/pyranometer/pyranometer.htm Die am Ausgangs R abfallende Spannung stimmt mit den Publizierten Werten ziemlich gut überein. Auch mit Werten einer Internetwetterstation in der Stadt von Campbell Scientific vergleicht ziemlich gut.
@Gerhard: Vielen Dank für die Informationen ;-) Das Gerät zur Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mittels der Flussspannung verschiedenfärbiger LEDs ist fertig. Das damit berechnete Ergebnis für h ist besorgniserregend gut. Die beiden HV-Netzteile für die Kathodenstrahlröhre sind auch bereit für den Einsatz. Der 1g Germaniumbarren ist auch schon aus den USA eingetroffen. Da warte ich aber noch auf Wärmeleitkleber aus China
Christoph E. schrieb: > Das Pyrnometer ist soweit fertig. Ich habe die angezeigten Werte mittels > der Sonnenstrahlung einmal kalibriert. Als nächstes werde ich mit einer > 100W-Glühbirne das Abstandsgesetz 1/r² überprüfen und die > experimentellen Werte den theoretischen gegenüberstellen... Ein kleiner Tip (weil, genau sowas habe ich 1977 auch mal gebaut): Die Solarzelle auf konstanter Temperatur halten. Sonst siehst Du ggfs. deutlich abweichende Ergebnisse wenn Du an verschiedenen Tagen misst. Auch das aufheizen mit einer 100W Glühbirne bewirkt da einen merkbaren Fehler. Ich habe "damals" die Zelle auf eine Aluplatte geklebt, die mit einem Heizer (BD435 mit NTC Rückführung) auf ca. 28 Grad gehalten wurde. Damit war die Anordnung für'S Hobby gut reproduzierbar.
So, der Aufbau zur Bestimmung des Bandabstands von Germanium ist auch schon fertig. Eine erste Messreihe ergab einen Bandabstand von 0.63 eV. Das stimmt sehr gut mit den Tabellenwerten 0.75 eV bei 0 Kelvin bzw. 0.67 eV bei 300 K überein. Meine Temperaturen lagen ja zwischen 293 K (20 °C) und 416 K (143 °C), von daher passt mein Wert sehr gut ;-) link: https://stoppi-homemade-physics.de/bandabstand-germanium/ Die 3D-Druckteile für die Brownsche Molekularbewegung sind auch schon eingetroffen. Insgesamt habe ich nur 11 Euro inkl. Versand dafür bezahlt. Ein wie ich finde extrem günstiges Angebot. Hatte schon für meinen Windkanal bzw. die Elektronenspinresonanz auf diese Quelle für 3D-Druckteile zurückgegriffen.
Der Versuch zur Brownschen Molekularbewegung konnte erfolgreich durchgeführt werden. War aber gar nicht so einfach, die Rauchpartikel im Mikroskop sichtbar zu machen, da ich auch Probleme mit der Fokusebene hatte. Mit einem Laser ging es dann aber doch... Und übrigens: Dies war die erste Zigarette seit 35 Jahren. Rauchen ist zwar überhaupt nicht meins, aber was macht man nicht alles für die eigenen Physikprojekte ;-) Link zum ausführlichen Artikel: https://stoppi-homemade-physics.de/brownsche-molekularbewegung/ Youtube-Video: https://www.youtube.com/watch?v=4UrB1fsreFY
Christoph E. schrieb: > Eine erste Messreihe ergab einen Bandabstand von 0.63 eV. (293K) > Das stimmt sehr gut mit den Tabellenwerten .. > 0.67 eV bei 300 K überein. Nein. Da solltest Du bitte nochmals intensiver in deinen Aufbau gehen. 10% Abweichung bei nur 7K Temperatur-Differenz deuten auf einen Fehler hin, der entweder im Aufbau, der Kontaktierung oder der Messtechnik liegt.
@Andrew: Ich messe ja meinen Bandabstand nicht bei (einer) Raumtemperatur sondern mittels Widerstand bei Temperaturen ZWISCHEN 293 K und 416 K!
Christoph E. schrieb: > @Andrew: Ich messe ja meinen Bandabstand nicht bei (einer) > Raumtemperatur sondern mittels Widerstand bei Temperaturen ZWISCHEN 293 > K und 416 K! Ja, und selbst dann sind 10% Fehler ein Kriterium, das den sorgfältigen Physiker zum kritischen Prüfen der nicht plausiblen Ergebnisse bringen sollte. Sprich: Da ist noch etwas im Argen. Oder um dich noch näher ans Problem zu bringen: du werdet mit der Ausgleichsgeraden zwischnew 293K und 333K (nicht 416K) aus, und hast da schon eine zu niedrige Bandgap. Das wollte ich Dir nahebringen.
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@Andrew: Du schreibst, die Ausgleichsgerade bezieht sich auf Temperaturen zwischen 293 K und 333 K. Das stimmt nicht. Meine Ausgleichsgerade berücksichtigt Temperaturen zwischen 345 K und 400 K. Von daher ist mein erhaltener Wert von 0.63 eV für die Bandlücke sehr wohl nicht so übel, wenn diese bei 300 K eben 0.67 eV beträgt.... Inzwischen habe ich die Spule für die NMR im Erdmagnetfeld gewickelt. Sie besitzt einen ohmschen Widerstand von 6.4 Ohm und eine Induktivität von 11.28 mH. Pro Volt Spannungsversorgung erziele ich eine Flussdichte von 2.2 mT, also etwa bei Verwendung einer 12V Batterie 26.4 mT. Ich hoffe dies reicht erstens für eine gute Polarisation der magnetischen Momente und zweitens ist die Wicklungszahl hoch genug für eine ausreichende Induktionsspannung. Der Verstärker bestehend aus zwei Stufen LT1115 ist auch bereits fertig...
Inzwischen ist die russische Tunneldiode aus Litauen und die Kathodenstrahlröhre von aliexpress eingetroffen. Letztere ist mein diesjähriges Weihnachtsgeschenk an mich, denn niemand kennt die eigenen Bedürfnisse so gut wie man selbst ;-) Die Aufnahme der Kennlinie der Tunneldiode war etwas trickreich, da die Spannung sehr oft und schnell fortspringt im Bereich mit negativen differentiellen Widerstand. Aber ich konnte die typische Form mit dem Esaki-peak bei nur rund 0.09 V nachstellen. Link: https://stoppi-homemade-physics.de/tunneleffekt/ Die Kathodenstrahlröhre musste ich natürlich auch gleich testen, zu groß war die Vorfreude. Die Verpackung aus China war wirklich vorbildlich. Hatte schon Befürchtungen, dass sie nicht heil in Österreich ankommen wird. Hier der Link zum Verkaufsangebot (werde nicht gesponsert): https://de.aliexpress.com/item/4000376086482.html Mit Versand kostet sie um die 60 Euro, also verglichen mit den bei Phywe oder Leybold ausgerufenen Preisen ein Witz. Für die nächste Zeit nehme ich mir vor, den gesamten Aufbau auf einer Holzplatte zu finalisieren. Link: https://stoppi-homemade-physics.de/kathodenstrahlroehre/
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Christoph E. schrieb: > Das Pyrnometer ist soweit fertig. Ich habe die angezeigten Werte mittels > der Sonnenstrahlung einmal kalibriert. Als nächstes werde ich mit einer > 100W-Glühbirne das Abstandsgesetz 1/r² überprüfen und die > experimentellen Werte den theoretischen gegenüberstellen... Da bin ich auch gerade dabei, leider ist fast Winter und die Sonne versteckt sich immer hinter dem Horizont.... Wie bekommt man 1000W/m² sonst her?
Der Aufbau zur Kathodenstrahlröhre ist fertig. Eigenartigerweise bekomme ich jetzt bei gleicher Spannung am Kondensator eine geringere Ablenkung als bei meinen ersten Messungen. Um bei diesen ersten Messungen eine gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Theorie zu erhalten, musste ich bei 4 kV Beschleunigungsspannung eine Spannung von nur 1.5 kV in die Formel einsetzen. Dies ist auch nachvollziehbar, da ja die Elektronen im Bereich der Ablenkung noch nicht ihre komplette kinetische Energie besitzen...
Für den Versuch zur NMR muss ich noch mit meinem Sohn bzw. meiner Tochter die Spulen wickeln. Das mache ich in den nächsten Tagen. Inzwischen habe ich mich nach längerer Pause wieder an den Bau einer DRSSTC (dual resonant solid state tesla coil) gemacht. Diese verfügt über ein Sekundärkreisfeedback. Obwohl dies nicht mehr ganz Stand der Technik ist, hoffe ich damit erfolgreich Funken zu erzeugen. Was deren Länge betrifft bin ich eher bescheiden und wäre mit 30-40 cm schon mehr als zufrieden. Die Elektronik und die Teslaspule selbst inkl. Topload sind eigentlich schon fertig. Jetzt muss ich nur noch einen Stelltransformator besorgen, dann kann ich den ersten Test starten. Vermessen habe ich die Sekundärspule auch bereits mit meinem XR2206 Signalgenerator. Dabei komme ich auf eine Resonanzfrequenz von 314 kHz. Danach habe ich dann meinen Primärschwingkreis abgestimmt. Dieser besteht aus 3 Stück WIMA FKP1 220 nF Kondensatoren in Serie, also 73 nF gesamt, und eben der Primärspule mit nur noch 3-4 Windungen. Wenn die Ströme zu groß werden, werde ich die Primärkapazität reduzieren und die Induktivität der Primärspule erhöhen. Als Interrupter verwende ich die Schaltung von Steve Ward mit den NE555...
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Heute konnte ich die Messungen zur Bestimmung der spezifischen Elektronenladung e/m mittels einer magic eye Röhre durchführen. Für vernünftige Bahnradien muss die Stromstärke durch die Spule zwischen 0 und 1 A betragen. Dies ergibt konkret Spulenspannungen im Bereich 0-6 V, was sehr angenehm ist im Schülerlabor. Der so bestimmte Wert für e/m weicht allerdings deutlicher vom Sollwert ab. Ich kann damit aber leben. Vor allem dann, wenn man den günstigen Aufbau (Gesamtkosten < 100 Euro) mit sündteuren kommerziellen Fadenstrahlröhren vergleicht, welche oftmals über 2000 Euro kosten... Link zu mehr Informationen dazu: https://stoppi-homemade-physics.de/e-m-bestimmung/
Für die Teslaspule habe ich mir einen Stelltrafo mit 2000W gegönnt. Diesen und meine DRSSTC habe ich heute zum ersten Mal getestet. Gute Nachricht: Ich erhalte Funken. Schlechte Nachricht: Ich habe mir schon 2 IGBT's zerschossen und der Variac gibt schon bei niedrigen Spannungen (ca. 30-40V) ein besorgniserregendes Brummen von sich. Bei 40 V zieht die Teslaspule im Moment 1.6 A. Ist dies normal? Den Interrupter habe ich auf 50 µs on-time und nur 150 Hz eingestellt. Von daher belaste ich die Vollbrücke nicht wirklich stark. Traue mich aber ob der Geräusche und weil ich schon bei 60V mir eben zwei IGBT's zerschossen habe nicht höher zu gehen. Werde mir jetzt einmal die Gate-Signale anschauen...
Christoph E. schrieb: > Ich habe mir schon 2 > IGBT's zerschossen Naja. Die Schaltung ist schon sehr einfach gehalten. Das sind nur 4 Sekundärwicklungen auf einem Ringkern. Damit werden alle vier IGBTs gleichzeitg geschaltet. Und das bei DEN Frequenzen von 314kHz? Das halte ich für SEHR gewagt. Erstens gibt es keinerlei Schaltung, um eine Totzeit der Brücken zu garantieren, das basiert alles auf gut Glück der unsymmetrischen Ein/Aus Zeiten der IGBTs. Aber die schalten schneller ein als aus, man braucht es eigentlich anders herum! Außerdem sind 314 kHz für die meisten IGBTs zuviel, auch für die relativ neuen Typen. MOSFET sind hier deutlich besser, weil schneller, vor allem beim Abschalten. Die höheren Leitverluste sind nebensächlich. Und zweitens ist dein Aufbau teilweise nicht so ganz HF-tauglich. Verdrillte Kabel vom Ringkern zu den IGBTs sind zwar gut, aber erstens zu lang und zweitens ist die Schleife der beiden Kabel am IGBT zu groß. Und warum in aller Welt nimmst du als Gatewiderstand diese Monster? Die sind erstens mechanisch zu groß, wodurch die Einkoppelschleife vergrößert wird und zweitens sind das gewickelte Widerstände, die einige (Dutzend?) uH Induktivität haben. Gerade DIE willst du dort nicht haben. Nimm normale 1W, ggf. 2W Widerstände, die reichen locker.
@Falk: Danke für deine Hinweise... Ich habe mir ja vor einigen Tagen einmal die Gatesignale angeschaut und musste feststellen, dass einer der beiden Treiber-ICs (UCC37321 bzw. UCC37322) scheinbar nicht richtig arbeitet. Da ich diese Chips vor längerer Zeit günstig über ebay oder aliexpress gekauft habe, vermutete ich natürlich gleich fake-ICs. Habe mir deshalb auf TME (https://www.tme.eu/at/) originale für rund 34 Euro inkl. Versand (2 x 4 Stück) gekauft. Diese habe ich heute per Blitzversand bekommen und gleich getestet. Nun sieht das Signal nach den UCC's so aus wie erwartet. Bekomme ein schönes Rechteck mit +/-12V. Dann habe ich mir die Gate-Signale angeschaut. Diese sehen eigentlich auch recht brauchbar aus mit einer rise-time der Flanken von rund 300 ns. Deshalb startete ich voller Neugierde gleich einen Testlauf. Die Stromaufnahme bleibt bei geringer on-time und geringer interrupter-Frequenz überschaubar (rund 0.6A bei 60V) und die Kühlkörper der Vollbrücke werden nur handwarm. Einziger Wehrmutstropfen: Die Blitze sind noch sehr bescheiden. Vermutlich ist die Teslaspule noch nicht richtig abgestimmt. Werde deshalb in den nächsten Tagen eine Primärspule mit mehreren Abgriffen ausprobieren und dann bei jedem Abgriff den Output überprüfen. Aber ich bin einmal fürs Erste sehr zufrieden, dass die DRSSTC stabil zu laufen scheint. Wenn es Neuigkeiten gibt, geht es hier weiter... ;-) P.S.: Übrigens hat das neue Jahr leider eine schlechte Nachricht für mich parat. Über Aliexpress kann ich seit 1.1.2023 keine Bestellungen mehr nach Österreich aufgeben. Die Händler versenden im Moment nicht nach Österreich. Schuld ist vermutlich eine mit Jahresbeginn eingeführte neue Verpackungsverordnung die jeden Händler verpflichtet, einen Verpackungs/Entsorgungspartner in Österreich anzugeben.
Ich habe mich heute noch einmal der Teslaspule gewidmet und es gibt folgende Probleme: 1.) Im "normalen" Interrupter-mode bei geringer on-time (rund 100 µs) und geringer interrupter-Frequenz bleibt der Stromverbrauch extrem moderat, nur ca. 0.7A bei 55V vom Stelltrafo. Problem ist die extreme Lautstärke. In meiner kleinen Wohnung betrieben kann ich da nicht wirklich weiter hochregeln. Ich bekomme in diesem Modus auch sehr dünne, stark verästelte Blitze. 2.) Im Burst-Modus erhalte ich ein komplett anderes Funkenbild. Die Blitze sind nun viel intensiver, aber die Vollbrücke zieht selbst bei nur 30V bereits 10A und mehr über den Stelltrafo. Eigenartigerweise ist die Lautstärke in diesem Modus aber gefühlt deutlich geringer und erträglich. Aber ich kann hier natürlich aufgrund des sehr hohen Strombedarfs nicht noch weiter mit der Spannung gehen. Das Funkenbild ist aber auch eigenartig und erinnert mich eher an eine VTTC und nicht an eine DRSSTC. Ist alles noch nicht wirklich befriedigend. Hätte meine DRSSTC halt schon sehr gerne direkt am Netz betrieben, aber das kann ich mir so komplett abschminken. Blitzerekorde erhoffe ich mir aber eh keine und ich würde die Teslaspule auch stark gedrosselt betreiben wollen. Aber so wie es jetzt sich darstellt ist der Stromverbrauch in Ordnung, dafür die Blitze (logischerweise) mickrig und die Lautstärke aber extrem oder es geht von der Lautstärke und der Blitzlänge, dafür ist der Stromverbrauch indiskutabel. Da ich absolut nicht der Teslaspulenprofi bin, hätte vielleicht jemand Tipps für mich? Abgestimmt habe ich eigentlich die Spule jetzt soweit. Am Oszilloskop war aber im Betrieb eine Schwingung mit 340 kHz zu messen. Für die Sekundärspule habe ich eigentlich 314 kHz mit Funktionsgenerator gemessen. Ich werde noch überprüfen, ob diese Frequenz vom Primärkreis kommt. Falls ja, müsste ich die Anzahl der Primärwindungen noch erhöhen, um f zu senken. Danke im voraus für eure Hilfe...
Christoph E. schrieb: > längerer Zeit günstig über ebay oder aliexpress gekauft habe, vermutete > ich natürlich gleich fake-ICs. Naja, nicht alle defekten ICs sind gleich gefälscht. Du hast schon IGBGs geschrottet, das kann ein Nebeneffekt sein. > Dann habe ich mir die Gate-Signale angeschaut. Diese sehen eigentlich > auch recht brauchbar aus mit einer rise-time der Flanken von rund 300 > ns. Naja. Warum ballerst du mit fast +/-25V auf die Gates? Geht's noch? ;-) +/-10 bis +/-15 reichen locker. Christoph E. schrieb: > 1.) Im "normalen" Interrupter-mode bei geringer on-time (rund 100 µs) > und geringer interrupter-Frequenz bleibt der Stromverbrauch extrem > moderat, nur ca. 0.7A bei 55V vom Stelltrafo. Problem ist die extreme > Lautstärke. In meiner kleinen Wohnung betrieben kann ich da nicht > wirklich weiter hochregeln. Ich bekomme in diesem Modus auch sehr dünne, > stark verästelte Blitze. Einzelentladungen. > 2.) Im Burst-Modus erhalte ich ein komplett anderes Funkenbild. Die > Blitze sind nun viel intensiver, Coronaentladungen, die lange genug nachleuchten, bis die nächste Entladung kommt. Das ist mehr ein gleichmäßiges Funkeln, deswegen knallt es nicht so laut, weil das Plasma noch da ist. > aber die Vollbrücke zieht selbst bei > nur 30V bereits 10A und mehr über den Stelltrafo. Und was sagen deine Kühlkörper? Ich vermute mal, daß deine Vollbrücke ordenliche Querströme beim Umschalten fließen läßt, die nur sinnlos Wärme machen und immer kurz davor sind, deine Halbbrücken zu killen. Ich wiederhole mich. Die Ansteuerung der IGBTs hat mehr mit Glück als Verstand zu tun. > ist aber auch eigenartig und erinnert mich eher an eine VTTC und nicht > an eine DRSSTC. Was bedeuten diese tollen Abkürzungen? > Blitze (logischerweise) mickrig und die Lautstärke aber extrem oder es > geht von der Lautstärke und der Blitzlänge, dafür ist der Stromverbrauch > indiskutabel. Ich würde an der IGBT-Ansteuerung arbeiten. Erstens IGBTs raus und MOSFETs rein, die schalten schneller ab. Zweitens eine Ansteuerung der Halbbrücken mit Totzeit, ich sag mal 100-200ns. Und mit deutlich weniger Anstiegszeit. 300ns ist schnachlangsam, da müssen eher 20-50ns rauskommen. Muss man aber unter Last messen. Vorsicht dabei! > Da ich absolut nicht der Teslaspulenprofi bin, hätte vielleicht jemand > Tipps für mich? Abgestimmt habe ich eigentlich die Spule jetzt soweit. > Am Oszilloskop war aber im Betrieb eine Schwingung mit 340 kHz zu > messen. Für die Sekundärspule habe ich eigentlich 314 kHz mit > Funktionsgenerator gemessen. Naja, da ist noch Verbesserungspotential drin.
Danke Falk für deine Anmerkungen... VTTC steht für vacuum tube tesla coil. Hier siehst du eine für VTTCs typische Entladung: https://www.hackster.io/mircemk/vttc-gu81-tesla-coil-with-40cm-sparks-detailed-instructions-44b66c Meine im Burst-mode ähneln eher dieser als einer richtigen DRSSTC (dual resonant solid state tesla coil). Hier ein für DRSSTCs typisches Entladungsmuster: https://en.m.wikipedia.org/wiki/File:OneTeslaTS_DRSSTC_Tesla_Coil_closeup.jpg Bei DRSSTCs sind IGBTs eigentlich Standard. Bei meiner SSTC (solid state tesla coil) verwende ich aber Mosfets (IRFP460). Die bleibt auch sehr zahm und ruhig bei Blitzen um die 25 cm, was mir aber völlig reicht. Meine alten UCC37321/22 waren aber in der Tat defekt, das erkennt man am Signal in der Abbildung DRSSTC5_165. Da liegt ein Plateau nur auf -5V anstatt auf -12V. Mit den neuen schaut es so aus wie es sein soll (Abb. DRSSTC5_179). Die Temperatur der Kühlkörper kontrolliere ich morgen noch einmal. Hier noch ein Video der gleichen DRSSTC wie meine, also gleicher Schaltplan: https://www.youtube.com/watch?v=tMgiKXQgvtY Die zieht laut Erbauer bei 230V um die 7A...
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Christoph E. schrieb: > Bei DRSSTCs sind IGBTs eigentlich Standard. Hmm, naja. Die Schaltung arbeitet ja mit einem Stromwandler und schaltet nahe dem Stromnulldurchgang der Sekundärwicklung. Damit ist das praktisch ein Resonanzwandler, steckt ja im Namen. Allerding kann es sein, daß der hier etwas empfindlich auf die Resonanzen von primär- und Sekundärwicklung reagiert. Kann sein, daß die enger toleriert sein müssen. Man sollte sich auch mal das Rückkoppelsignal anschauen. Kann man den Stromwandler verpolen oder ist das egal?
Hallo! Vor einigen Tagen traf der 2W/450nm Laser aus China bei mir ein und so konnte ich den Versuch zum "Impuls von Photonen" mit meiner µg-Waage machen. Diese Waage liefert mir ja eine Ausgangsspannung, deren Wert zum Gewicht proportional ist. Bei 70µg zeigt sie 9mV an. Ich bemerkte, dass die Ausgangsspannung aber trotz der Mittelwertbildung (n = 1000) zu stark schwankte. Daher habe ich noch einen low-pass-Filter eingebaut. Danach ging es... Wenn ich mit dem 2W Laser auf die Waage-Pfanne strahle, erhöhte sich tatsächlich die Ausgangsspannung um ca. 0.16 mV. Bei einem 1.5W Laser habe ich eine Spannungserhöhung von 0.13 mV errechnet. Dies würde sehr gut zum Messergebnis passen. Nachdem ich den Laser wieder ausgeschaltet habe, ging die Ausgangsspannung auch wieder zurück. Ich muss aber anmerken, dass die Ausgangsspannung der µg-Waage auch ganz ohne Laser zum Teil in diesem Bereich schwankte. Also zu 100% kann ich jetzt nicht sagen, dass es der Photonenimpuls war, der die Ausgangsspannung erhöhte. Aber die gezeigte Messung im Youtube-Video würde halt schon sehr gut zu den Erwartungen passen. Ich lasse es jetzt einmal so um mir nicht die Illusion zu nehmen, dass es der Lichtimpuls gewesen ist ;-) Youtube-Video: https://www.youtube.com/watch?v=5pjz2Aj0IZ4 Homepage: https://stoppi-homemade-physics.de/lichtimpuls/
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So, ein Projekt habe ich noch auf Lager und zwar zum Debye-Sears-Effekt. Dabei erzeugt man mit einem hochfrequenten Ultraschallsender in Wasser stehende Wellen. Diese wirken dann wie ein Beugungsgitter. Strahlt man mit einem Laser senkrecht durch diese stehende Welle erzeugt man Beugungsmaxima. Aus deren Abstand lässt sich die Gitterkonstante d, welche in diesem Fall genau der Wellenlänge des Ultraschalls entspricht, bestimmen. In weiterer Folge kann man aus lambda und der bekannten US-Frequenz die Schallgeschwindigkeit im Medium/Wasser sehr genau ermitteln. Als Ultraschallquelle kommt ein US-Vernebler zum Einsatz. Diesen habe ich mir gerade eben günstig gebraucht gekauft. Wenn dieser eingetroffen ist und ich das Experiment gemacht habe, geht es hier weiter. Bei einer Frequenz von 1.7 MHz beträgt der Abstand der Interferenzmaxima bei einem Abstand Gitter-Schirm von 6 m nur 3.7 mm. Deshalb benötigt man einen möglichst großen Abstand zwischen Ultraschallgitter und Schirm. Ich baue deshalb den Versuch im weitläufigen Nordflügel meiner Residenz auf ;-) Da sich nun aber mein Repertoire an Experimenten endgültig dem Ende neigt meine Frage an euch, ob ihr vielleicht noch eine Anregung für ein fortgeschrittenes Physikprojekt habt. Aber es muss sich in einer kleinen Wohnung umsetzen lassen...
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Vielen Dank Mike für den Vorschlag... "Leider" habe ich den Millikan-Versuch bereits umgesetzt: https://www.youtube.com/watch?v=NXQO0ABI1s8 Das einzige Problem dass ich dabei hatte war der Umstand, dass ich keine Teilchen mit nur einfacher Elementarladung entdecken konnte. Welche mit 2*e oder 3*e hatte ich schon beobachtet. Deshalb habe ich mir vor rund 2 Jahren noch extra aus den USA eine Latexkügelchen-Emulsion speziell für den Millikan-Versuch gekauft. Diese müsste ich einmal beim Versuch verwenden bzw. überprüfen... Ich habe so gut wie jedes Physikprojekt für Fortgeschrittene hinter mir. Es fehlt im Moment eigentlich nur noch: * Nuclear magnetic resonance: Da bin ich aber gerade dabei, siehe Beitrag "Nuclear magnetic resonance (NMR) im Erdmagnetfeld" * DRSSTC Teslaspule: Auch mit dieser beschäftige ich mich gerade * disc launcher mit Kondensatorbank: Die steht auch schon seit 1.5 Jahren fix fertig in der Küche und wartet auf ihren Einsatz im Hof. Da brauche ich aber aus Sicherheitsgründen eine weitere Person (Söhne oder Tochter) dabei * einfache Astrofotografie: Hierfür habe ich mir im Sommer ja den 90mm Refraktor gekauft. Damit werde ich dann im wärmeren Frühjahr erste Fotografieversuche starten * Video vom Spirometer machen. Da benötige ich auch eine weitere Person dazu, die hineinbläst... Ein Kollege versucht sich gerade am Stern-Gerlach-Versuch: https://www.youtube.com/watch?v=kCwCOfc1Sqo Das ist mir dann aber ehrlich gesagt doch zu komplex. Alleine die Vakuumanlage wäre bei mir in der Wohnung nicht mehr umsetzbar.
Dann noch die Youtube-Beiträge zu folgenden Themen anfertigen (sind experimentell soweit alle fertig): * Rastertunnelmikroskop: Hier ist der Aufbau auch bereits fix und fertig. Habe das Ganze vor ca. 4 Jahren auf Arduino umgebaut. Jetzt fehlen eigentlich nur noch die Messungen damit * Erzwungene Schwingung mit Federpendel als Resonator (Simulation & Experiment) * Coilgun * Michelson-Interferometer * Lissajous-Projektor mit zwei Lautsprechern * Induktionsheizer * Levitation * TEA-Laser * Kartoffelkanone * schnellste Bahn (Simulation und Experiment) * Laserleistumgsmessgerät * ballistisches Pendel mit Armbrust * ...
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Die Definition Physikprojekte für Fortgeschrittene ist mir nicht geläufig. Möglicherweise wäre also der "Magnetische Barkhausen-Effekt" oder die "Barkhausen-Kurz-Schwingung" zu einfach dafür. Wenn möglich würde ich vorher andere Versuche abschließen, damits nicht zuviel auf einmal wird.
Wie wäre es mit der Wasserstandsmessung in einem langen Rohr über Schallresonanzen der Luftsäule über dem Wasserspiegel? Vielleicht läßt sich das auch noch mit Hochfrequenz lösen. Das wäre mal keine besonders schweren Experimente. Ein Versuch zur Massenzunahme beim Laden eines Akkus fällt wegen viel zu kleiner Massenänderungen leider aus. Vielleicht lassen sich dort noch einige Ideen finden: https://www.b-kainka.de/Buch.htm Und zwar in dem Buch: https://www.b-kainka.de/Ph%C3%A4nomene.html Es gibt auch kleine nette Versuche zu Überspannungen.
1 | D1 D2 |
2 | --S1--L1(1H)-->|--+--L2(8H)-->|-+ |
3 | | | |
4 | C1(20µF) C2(5µF) |
5 | | | |
6 | ------------------+-------------+ |
Wenn S1 geschlossen wird, steigt bei C2 die Spannung auf 240V bei Uin von 100V.
Danke für eure Tipps. @Dieter: Den Barkhauseneffekt hatte ich bereits bei mir als Ordner mit einem Video dazu angelegt. Nun werde ich ihn auch experimentell umsetzen, da er mir sehr gut gefällt und in den Bereich Atomphysik hineinspielt. Den Debye-Sears-Effekt konnte ich bereits nachweisen, da Anfang der Woche der gebrauchte Ultraschallvernebler eingetroffen ist. Er besitzt eine Frequenz von 1.7 MHz. Wenn ich ihn aktiviere, ändert sich das Laserbild auf der Wand und man kann das horizontale Interferenzmuster erkennen. Der Abstand Ultraschallnebler-Schirm betrug rund 9 m. Da meine Küche nicht so groß ist, musste ich einen Oberflächenspiegel auf das Balkonfenster kleben. 10 Beugungsminima haben auf dem Bild eine Länge von 160 Pixel. 144 Pixel im Bild entsprechen einer Strecke von 5 cm. Daraus errechnet sich ein Abstand y für das erste Beugungsmaximum von 5.56 mm. Mit diesen Werten ergibt sich eine Schallgeschwindigkeit von 1470 m/s. Der Tabellenwert liegt laut Wikipedia bei 1484 m/s. Da liege ich ja fast genau richtig ;-) Den Versuch zum Debye-Sears-Effekt gibt es auch im Schulmittelhandel zu kaufen. Beim Blick auf den Preis (9147 USD) hat es mich fast aus den Socken gehoben. Die Kosten meines Aufbaus beliefen sich auf: * grüner Laser: 15 Euro * Ultraschallvernebler: 16 Euro * Glasgefäß: 5 Euro * Oberflächenspiegel: 5 Euro Gesamt: 41 Euro
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Mit meinem alten Peltierkühler-Projekt mache ich gerade bei einem instructables-Wettbewerb mit: https://www.instructables.com/How-Cold-Can-I-Go-Low-Temperatures-With-a-Peltier-/ Mit einem Peltier-Stack bestehend aus 3-4 Peltierelementen und einem leistugsfähigen CPU-Kühler (be quiet! dark rock pro 3 mit 250W TDP) komme ich auf -64°C. Leider funktioniert meine Wasserkühlung von corsair nicht mehr. Damit ginge es vermutlich noch ein wenig tiefer. Vielleicht kaufe ich mir noch eine gebrauchte... Link: https://stoppi-homemade-physics.de/hoch-und-tieftemperaturen/
Christoph E. schrieb: > Heute testete ich erstmalig meinen longitudinalen Stickstofflaser. Tolles Ergebnis. Vor über 40 Jahren hat das Mal ein DDR Magazin veröffentlicht. Damals hätte ich es gerne gebaut, aber ich war zu jung und hatte kein Geld und das zweite Problem war vor allem an die Komponentenbeschaffung. Das kann ich jetzt ja nachholen. Nachtrag: Es stand im „Praktiker“
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@Dieter P.: Aufgrund deiner Anregung habe ich den Barkhausen-Effekt experimentell umgesetzt, danke nochmals für den Tipp. Hier das Youtube-Video: https://www.youtube.com/watch?v=2YuBOrCMlPw Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/barkhausen-effekt/ Ich bin auf ein weiteres Physikprojekt gestoßen, welches ich noch in Angriff nehmen möchte und zwar das Torsionspendel von Cavendish zur Bestimmung der Gravitationskonstante G. Wird mit Sicherheit ein hartes Stück Arbeit. Die beiden Metallkugeln für die "Hantel" und die großen Massen habe ich bereits besorgt. Hier kommen meine 3.1 kg Gegengewichte von der Fernrohrmontierung zum Einsatz. Die Hantelmassen wiegen 107 g. Damit beträgt die Gravitationskraft zwischen ihnen bei einem angenommenen Abstand von 8 cm bescheidene 5.6 * 10^-9 N. Mal schauen ob das Torsionspendel sich dadurch dreht. Zur Bestimmung des Richtmoments muss ich ja die Periodendauer des Drehpendels ermitteln. Hier dachte ich mir kommt der Time-of-flight-Sensor VL53L0X mit dem Arduino zum Einsatz. Ob ich diesen dann bei der finalen Bestimmung der Ablenkung des Drehpendels auch verwende oder dann auf einen abgelenkten Laserstrahl zurückgreife wird sich noch zeigen. Mit dem ToF-Sensor kann ich halt die Bewegung sehr schön automatisiert auswerten. Beim Laserstrahl auf einer Skala müsste ich dies wohl visuell bewerkstelligen. Für das Torsionspendel verwende ich den Holzaufbau zum Einstein-de Haas-Effekt. Als Torsionsdraht werde ich 0.3 mm Kupferlackdraht probieren... Im Zuge meiner Recherche zum Experiment habe ich auch einiges über Henry Cavendish erfahren. Der scheint ja noch ein viel größerer Eigenbrödler gewesen zu sein als ich es bin ;-)
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Es freut mich, dass der Barkhausen-Effekt umsetzbar war.So schnell hätte ich gar nicht damit gerechnet.Selber konnte ich das auch nachweisen.Mit einer Spule mit Trafoblechen ist der Effekt nachweisbar, wenn ein Magnet darüber bewegt wird.Der Effekt ist hörbar stärker wenn die Eisenbleche liegend sind, bei der Schmalseite, wenn die Bleche stehend sind, ist der Effekt deutlich schwächer warnehmbar. Ein anderer Effekt sollte sich noch beobachten lassen, wenn der Eisenkern mit einem Schraubenzieher "gekratzt" wird.Es sollte ein "metallisches Kratzen" deutlich hörbar sein.Welcher Effekt dies sein könnte, ist mir nicht bekannt.Schraubenzieher aus Vanadium dürften ungeeignet sein. Zum Torsionspendel von Cavendish, zur Bestimmung der Gravitationskonstante. Es erinnert mich daran, das vor langer Zeit ein Lehrer damals mit der erzielten Genauigkeit nicht zufrieden war.Behalten habe ich, das es möglichst erschütterungsfrei aufgehängt werden sollte, wegen dem Lichtzeiger. Einen Gedanken hätte ich noch zum Erdmagnetfeld.Es gibt einmal den starken Vertikalen Anteil, neben dem Horizontalen Anteil.Jemand hat mal erwähnt, das moderne Digitalvoltmeter ( mit z.B. 24 bit Wandler ) derart empfindlich sein können, das eine Bewegung einer Kabelschleife reicht um eine Spannung zu messen. Es wäre quasi eine Leiterschaukel, wobei der sonst starke Magnet durch das Erdmagnetfeld ersetzt wird, und eine Bewegung der Schaukel eine Gleichspannung bzw. Strom im Leiter erzeugt. Die erzeute Spannung dürfte nur sehr gering sein, und auch mit Vorverstärker an einem Digitalvoltmeter wohl nur ein zappeln erzeugen, weil ja nicht konstant vorhanden. Das Ganze vorher durchzurechnen übersteigt meine Fähigkeiten. https://de.wikipedia.org/wiki/Leiterschaukel https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Induktion https://de.wikipedia.org/wiki/Erdmagnetfeld IGRF Declination Calculator http://isdc.gfz-potsdam.de/igrf-declination-calculator/ Als Nachtrag noch diese Seite, wenn nicht bekannt.Ich befürchte noch weitere Anregungen für Versuche, auf eigene Gefahr. http://www.sauerampfer-online.de/rauschen/Barkhausen.html
Christoph E. schrieb: > Für das Torsionspendel verwende ich den Holzaufbau zum Einstein-de > Haas-Effekt. Als Torsionsdraht werde ich 0.3 mm Kupferlackdraht > probieren... Das wird sportlich. Ich habe mal dem Torsionswinkel überschlagen (Drahtlänge 2m, Pendelstange 50cm). Bei einem 0.3mm Kupferdraht kommst du bei einer Lichtzeigerlänge von 10m auf eine Auslenkung von 2.22mm. Nimmt man die dünnste Gitarrensaite (e-Saite) kommt man auf eine Auslenkung von 8.34mm.
Vielen Dank euch zwei für eure Beiträge/Bemühungen... @Joe: Buuuuh, das wäre dann experimentell nicht machbar für mich. Ich habe gerade in meinen Aufzeichnungen zum Einstein-de Haas-Effekt nachgeschaut. Da habe ich beim Richtmoment R für einen frei hängenden, wenig belastenden Draht einen Wert von 10^-6 Nm/rad notiert. Das wäre dann schon machbarer. Bei einem Drehmoment von 2 * 5.6 * 10^-9 N * 0.3 m (angenommene Hantellänge = 0.6 m) = 3.4 * 10^-9 Nm würde ich bei diesem Richtmoment auf einen Drehwinkel von phi = 3.4 * 10^-9 / 10^-6 = 3.4 * 10^-3 rad = 0.195° kommen. Das würde am Ende der Hantelstange eine Verdrehung von 1.02 mm bedeuten und am Ende eines 2 m Laserstrahls auf der Wand dann immerhin 13.6 mm. Dies hört sich schon bedeutend motivierender an. Und ich denke mir, dass ich mit einem noch dünneren Draht (z.B. 0.1 mm) noch ein geringeres Richtmoment R erhalte und damit größere Drehwinkel. Die kommerziellen Cavendish-Aufbauten haben geringere Massen und auch geringere Längen (Fadenlänge, Hantellänge) und es scheint auch zu funktionieren. Ich werde als erstes einmal das Richtmoment mit verschiedenen Drähten bestimmen. Dazu brauche ich aber noch eine 6mm Messingstange für die Hantel. Die muss ich mir erst im Baumarkt besorgen...
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Hier noch zwei Spielereien zwischendurch, ein LED-Stroboskop mit einstellbarer Blitzfrequenz (15-1200 Hz) und Blitzdauer (5-100 µs). Die Frequenz erfasse ich mit einem Arduino mittels interrupt, also ganz simpel... Und ein Versuch zur adiabatischen Kompression/Zündung. Habe ich mir über Amazon bestellt und funktioniert besser als erwartet. Erwartungshaltung war nämlich: Kaputt nach nur einem Versuch ;-)
Christoph E. schrieb: > Für das Torsionspendel verwende ich den Holzaufbau zum Einstein-de > Haas-Effekt. Als Torsionsdraht werde ich 0.3 mm Kupferlackdraht > probieren... Du schwebst mit deinen Versuchen natürlich in höheren Sphären. Aber sollte man, so ganz grundlegend, bei einem Torsionspendel nicht ein Material einsetzen, dass sich nicht so leicht im plastischen Bereich verformen lässt? Warum nimmst du keinen Federstahldraht, den gibt es auch in klein.
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Peter F. schrieb: > Warum nimmst du keinen Federstahldraht, den gibt es auch in klein. Man könnte meinen der Federstahldraht kehrt nach der vollbrachten Torsion in die Ausgangsposition zurück. Bei dem geringen Drehwinkel macht das jeder andere Draht genauso gut. In unserem damaligen Unterrichtsraum haben wir für den Versuch einen reinen Bronzedraht verwendet, weil er bei einer Verdrehung mit dem geringsten Widerstand entgegenwirkt. Die Apparatur war erschütterungsfrei direkt an die Betonwand des Gebäudes geschraubt und der Laserstrahl schoss mit maximaler Hebelkraft durch die gesamte Längsseite des Klassenraumes. Nach wenigen Minuten Beschleunigungszeit wanderte der Laserstrahlaufprallpunkt, wie von Geisterhand, um einige Zentimeter an der Wand entlang.
Jetzt könnte man sogar noch zwei Versuche miteinander Verknüpfen. Nämlich die Lichtdruckwaage mit der Gravitationsdrehwaage. Wenn man schon eine Apparatur mit Laserstrahl und Bronzedraht hat, dann könnte man die beiden Bleikugeln durch einen kleinen Spiegel (mit Gegengewicht) ersetzen und sich die Photonenaufprallkraft direkt mit dem Lichtzeiger an der Wand Anzeigen lassen.
Vielen Dank für eure Anregungen und Hinweise! Weil es sehr gut noch zum Barkhauseneffekt passt, habe ich mit der Spule und dem Weicheisenstab die Hysteresekurve aufgenommen. Der ohmsche Widerstand der Spule beträgt 83 Ohm und die Induktivität rund 430 mH. Damit konnte ich die Spule direkt an 230VAC betreiben. Die maximale Stromstärke belief sich auf 2A. Viel mehr hätte ich der Spule auch nicht zugetraut. Den Strom durch die Spule messe ich über einen 1 Ohm-Shunt. Die Stromstärke ist ja direkt proportional zur Magnetfeldstärke H. Die Flussdichte B messe ich mit einem Hallsensor vom Typ CYSJ362A. Dieser geht bis 3T. Den Hallsensor postiere ich außen am Ende des Weicheisenstabs. Damit komme ich bei 2A Spulenstrom auf eine gemessene Flussdichte von 0.43 T. Man erkennt schön die allmähliche Sättigung durch die abflachende Hysteresekurve. Und auf einem Einzelbild des Videos ist auch die Neukurve zu sehen. Für die Cavendish-Drehwaage habe ich ein 6mm Messingrohr mit 1 mm Wandstärke bestellt. Im Baumarkt gab es leider nur eines mit 0.5 mm Wandstärke. Da ich aber ein Gewinde zur Befestigung der beiden Metallkugeln reinschneiden muss, war dies zu wenig. Wenn dieses eingetroffen ist, kann ich erste Messungen zum Richtmoment verschiedener Drähte und Fäden durchführen...
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Bei den Abmessungen von Cavendish_58.jpg (25µm Wolframdraht) komme ich auch einen Torsionswinkel von ca. 2 Grad. Das Geheimnis liegt wohl in einem stabilen, sehr dünnen Draht.
Vielen Dank, Joe. Die Angabe mit denm 25 µm hatte ich noch gar nicht bemerkt. Ich probiere es einmal mit Kupferlackdraht (0.3 mm, 0.1 mm), sonst bestelle ich auf ebay Wolframdraht mit 80 µm Durchmesser (https://www.ebay.com/itm/323779628049). Die beiden Kugeln der Cavendishwaage mit dem 25 µm Draht wiegen nur je 15 g, meine immerhin je 107 g. Damit der Draht damit klar kommt, dachte ich mir, dass 80 µm (ca. 10-fache Fläche gegenüber dem 25 µm Draht) bei meiner Anordnung passen könnte... Das Messingrohr ist auch schon eingetroffen und ich konnte die M6 Gewinde bereits schneiden. Zwischen Rohr und Metallkugel platziere ich noch eine M6-Mutter, damit ich bei einer instabilen Lage das Ungleichgewicht ausgleichen und eine Kugel geringfügig weiter außen oder innen fest montieren kann. Wenn ich erste Ergebnisse für das Richtmoment habe, melde ich mich wieder...
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Mit 2x107 g und 25 µm liegst du an der Grenze der zulässigen Normalspannung (4200 N/mm²). Mit 80 µm haut du tatsächlich nur 1/10 der zulässigen Spannung (417.5 N/mm²). Sollte also prima funktionieren. Jetzt bin ich tatsächlich auf das Richtmoment gespannt :-)
So, gestern konnte ich erste Messungen durchführen. Als Stativ verwende ich jetzt nicht wie geplant den Holzaufbau vom Einstein-de Haas-Experiment sondern ein gewöhnliches Fotostativ. Dies hat am Boden zwischen den Stativbeinen genügend Platz für das sich drehende Pendel. Ich habe bewusst nach einem Messingrohr für die Hantelstange Ausschau gehalten, weil ich den Kupferdraht dort anlöten wollte. Dies funktioniert auch recht gut. Das Richtmoment habe ich einmal mit 0.2 mm Kupferlackdraht und dann mit 0.1 mm CuL-Draht ermittelt. Ergebnisse: 0.2 mm CuL-Draht: Tau = 128 sek ---> R = 5.7 * 10^-5 Nm/rad 0.1 mm CuL-Draht: Tau = 365 sek ---> R = 7 * 10^-6 Nm/rad Bei einer zu erwartenden Kraft von nur 3.5 * 10^-9 N (Achtung: Weiter oben im Faden hatte ich die Kraft aufgrund eines Zahlendrehers falsch berechnet) ergibt dies mit dem 0.1mm Draht einen Ablenkwinkel von lediglich 0.0171°. Der Laserstrahl sollte daher auf einer 3 m entfernten Wand um nur 1.8 mm weiter wandern. Buuuh, das ist natürlich experimentell kaum machbar. Ich werde daher einen noch dünneren Wolframdraht auf ebay.com kaufen. Gibt ein Angebot aus der Ukraine. Jetzt ist nur die Frage, welchen Durchmesser ich nehmen soll, 0.08 mm oder 0.065 mm. Link: https://www.ebay.com/itm/323779628049 @Joe: Hält der 0.065 mm Wolframdraht den insgesamt 290 g Gewicht der Hantelstange stand? Ich muss zur eindeutigen Nachweisbarkeit mit dem Durchmesser so weit wie möglich runter, damit das Richtmoment noch kleiner wird. 1.8 mm Verschiebung des Laserpunkts ist mit Sicherheit so nicht machbar, zumal ja das Pendel auch noch (viel stärker) schwingt. Beim Einstein-de Haas-Experiment hatte ich ja ein Richtmoment von R = 10^-6 notiert. Leider weiß ich nicht mehr, mit welchem Draht ich auf diesen Wert kam. Ein so dünner war es aber auf jedem Fall nicht. Und nur ausgedacht habe ich mir den Wert wohl auch nicht. Wäre es gegebenenfalls sinnvoll, auf einen Kunststoffdraht zu wechseln? Zur längeren Beobachtung des Laserpunkts kaufe ich mir eine gebrauchte Logitech-Webcam mit 2 Megapixel. Die hole ich morgen in Graz ab...
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Nachtrag: Ich habe mir gerade die Werte für die Zugfestigkeit von Kupfer bzw. Wolfram angeschaut. Ergebnisse: Kupfer: Zugfestigkeit 250 MPa = 250 N/mm² Wolfram: Zugfestigkeit 550 - 1920 N/mm² Bei Verwendung des 0.1 mm Kupferdrahts (A = 0.00785 mm²) und einer Belastung mit 290 g (= 2.9 N) komme ich bereits auf eine Spannung von 369 N/mm². Da bin ich schon über der Zugfestigkeit von Kupfer... Wenn ich nun einen Wolframdraht mit 2.9 N belaste, komme ich auf folgende Spannungen: 0.08 mm Wolframdraht: Spannung = 577 N/mm² 0.065 mm Wolframdraht: Spannung = 874 N/mm² Da bin ich ggf. auch schon über der Zugfestigkeit... Ich werde daher wohl beide Drähte bestellen und schauen, wie es funktioniert.
Christoph E. schrieb: > 0.08 mm Wolframdraht: Spannung = 577 N/mm² > 0.065 mm Wolframdraht: Spannung = 874 N/mm² Ja, auf diese Werte komme ich auch. So richtige Werte für die Normalspannung findet man jedoch nicht. Die Angaben sind sehr weit gestreut :-( "Zugfestigkeit 550–620 N/mm2 bis 1920 N/mm2" laut Wikipedia. Versuch macht klug :-)
Ich habe jetzt einmal die beiden Wolframdrähte mit 80 µm und 65 µm Durchmesser aus der Ukraine bestellt. Bin gespannt, ob sie überhaupt ankommen. Schwer vorstellbar, wie so alltägliche Sachen wie Postverkehr in einem Land im Krieg bewerkstelligt werden... Da man Wolframdraht nicht mit dem normalen Lötkolben verlöten kann, habe ich mir eine einfache Klemmung ausgedacht. Dazu habe ich einfach 2 dünne Messingplatten auf das Messingrohr gelötet. Dazwischen spanne ich dann den Wolframdraht ein. Getestet habe ich die Konstruktion mit dem 0.1 mm Kupferlackdraht und es funktioniert sehr gut. Für die Ablenkung des Laserstrahls verwende ich kleine Oberflächenspiegel. Diese habe ich auf ein Innenteil einer Lüsterklemme geklebt. Nachtrag: Ich habe gerade nachgeschaut, mit welchem "Draht" ich beim Einstein-de Haas-Versuch ein Richtmoment von 10^-6 Nm/rad erhalten habe. Es war meine 0.3 mm Nylonschnur. Mit dieser werde ich es also auch noch versuchen und das Richtmoment R bestimmen. Vielleicht liegt es ja wirklich unterhalb der Werte mit Metalldraht.
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Ich konnte heute die Periodendauer mit der 0.3 mm Nylonschnur bestimmen. Sie lag bei rund 902 Sekunden. Damit ergibt sich ein Richtmoment von 1.145 * 10^-6 Nm/rad. Weil dies doch erheblich kleiner ist als jenes mit dem 0.1 mm Kupferlackdraht, startete ich einen ersten Versuch zur Messung der Gravitationskonstante. Die Webcam war die ganze Zeit auf die Skala ausgerichtet und ich beobachtete vom Nebenraum aus. Leider ruhte das Pendel auch nach mehreren Stunden nicht wirlich. Da ich ja auch noch den Laserstrahl auf das Papier bringen musste, bedurfte es immer wieder einmal einer Neuausrichtung des Stativs. Nach dieser musste ich wieder gut eine Stunde warten mit dem Ergebnis, dass wie schon gesagt das Pendel einfach nicht zur Ruhe kam und die verbleibenden Schwingungen noch viel stärker waren als die 30 cm auf dem Blatt Papier. Ganz schön frustrierend... Ich habe mir schon gedacht, die Schwingung etwa mit einer in ein Wasserbad ragenden Finne zu dämpfen. Aber damit handel ich mir vermutlich andere Probleme stattdessen ein. Ich habe jetzt gut 8 Stunden damit verbracht, das Pendel in eine Ruhelage zu bringen, leider eben erfolglos. Ich probiere es jetzt noch am Abend in der Hoffnung, dass etwaige Störungen geringer werden. Große Hoffnung habe ich allerdings nicht. Ich befürchte, dass dieser Versuch so wie ich ihn aufgebaut habe, nicht erfolgreich durchführbar ist. Vielleicht geht es ja mit dem dünnen Wolframdraht besser als mit der Nylonschnur, mal sehen. Also erstmals leider keine guten Nachrichten...
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Christoph E. schrieb: > Ich habe jetzt gut 8 Stunden damit verbracht, das Pendel in eine > Ruhelage zu bringen, leider eben erfolglos. Ich probiere es jetzt noch > am Abend in der Hoffnung, dass etwaige Störungen geringer werden. Große > Hoffnung habe ich allerdings nicht. > Du bewegst dich im Raum? Das könnten Luftbewegungen sein. die das Pendel anregen. Vielleicht einen Ring aus Plexiglas um das Pendel errichten, um Strömungen zu vermeiden und den Laser durchzulassen?
@Thomas: Während der Messung bin ich nicht im Raum. Aber spätestens wenn ich die beiden großen Massen zum Pendel schiebe, muss ich mich dem Pendel nähern. Wie gesagt, ich beobachte alles über die Webcam vom Nebenraum aus. Das Problem sind die Schwingungen. Bei einer Periodendauer von ca. 10 min und einer sehr geringen Dämpfung müsste ich schon mehrere Stunden warten. Und selbst dann kommt es eigentlich zu keinem absoluten Ruhezustand des Pendels. Das merke ich in der Früh, wenn ich mich ganz vorsichtig dem Pendel nähere. Es schwingt dann noch immer um ca. 20 grad hin und her. Ich bräuchte eben einen wirklichen Ruhezustand, bevor ich die beiden Massen hinzufüge. Die würden dann die Schwingung eh eingrenzen, da das Pendel dann mit ihnen zusammenstößt. Dann müsste ich auf die neuerliche Ruhelage warten. Ich glaube, ich probiere es doch noch mit der Finne im Wasserbad. Das dämpft mir die Schwingung sehr stark, aber die Ruhelage dürfte durch die Dämpfung nicht verändert werden. Als Profil dachte ich an ein doppel-T. So werden auch Schwingungen hinaus und hinein unterdrückt.
Eine lange Nylonschnur reagiert empfindlich auf Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsunterschiede. Schon beim Ausatmen von warm feuchter Luft, fängt der Nylonfaden an sich zu verdrehen. Ein kurzer Bronzedraht (30 bis 50cm Länge) ist an dieser Stelle unempfindlicher gegen Störgrößen: Michael M. schrieb: > In unserem damaligen Unterrichtsraum haben wir für den Versuch einen > reinen Bronzedraht verwendet, weil er bei einer Verdrehung mit dem > geringsten Widerstand entgegenwirkt.
Ich glaube das Problem liegt in der sehr sehr tiefen Eigenfrequenz des Gesamtsystems. Störungen über Bodenschwingungen sind tieffrequent und regen das System immer wieder an. Günstiger ist ein Kompromiss aus einer höheren Eigenfrequenz einem leider geringeren Ausschlag.
Danke für eure Bemerkungen... Bei diesem Experiment beißt sich die Schlange wirklich selbst in den Schwanz. Einerseits benötigt man ein dermaßen niedriges Richtmoment, damit man überhaupt die Chance hat die dann größeren aber immer noch winzigen Drehwinkel zu messen. Andererseits macht das geringe Richtmoment und damit einhergehend die große Periodendauer das ganze extrem störanfällig. Auf Youtube sieht man sowieso viel zu große Ablenkungen, wenn dann die schweren Massen hinzugefügt werden. Wie schon gesagt, der Effekt ist selbst bei kleinem R extrem gering. Da dreht sich deren Pendel ja um mehrere Grad gleich... Ich frage mich aber auch, wie es kommerzielle Geräte hinbekommen, dass sie scheinbar nicht zu sehr schwingen. Die Kammer lässt ja gar keine starken Schwingungen zu. Normalerweise müssten die Massen der Hantelstange ja andauernd gegen das Gehäuse krachen. Andererseits steht bei dem einen Modell, dass es eine Winkelauflösung von nur 25 µrad (= 0.0014°) besitzt. Mit einer solchen Auflösung kann das Richtmoment natürlich wieder um einiges größer sein und damit die Störungen geringer. Ich habe jetzt die Finne an die Hantelstange gelötet und das Ganze dann in Rapsöl getaucht. Die Schwingungen sind jetzt zwar um einiges gedämpfter (langsamer und mit geringerer Amplitude), aber von einem annähernd ruhenden Laserpunkt bin ich dennoch weit entfernt. Ich werde es daher noch mit Honig probieren, danach gebe ich wohl auf ;-)
Christoph E. schrieb: > Ich habe jetzt einmal die beiden Wolframdrähte mit 80 µm und 65 µm > Durchmesser aus der Ukraine bestellt. Falls das nicht klappt, kannst du auch einen alten Halogenstab(500W 230V) sezieren. Ich habe mal einen der Wissenschaft geopfert. Ungefähr 50um. Praktischerweise sogar schon als Torsionsfeder gewickelt. Wolfram ist eine gute Idee. E-Modul ca. 400.
Gestern am Abend konnte ich eine Messreihe ohne und mit Massen aufnehmen. Die Beobachtungszeiten betrugen zwischen 30 min und 90 min. Resultat: Das Torsionspendel folgt sehr schön den hinzugefügten Massen in beide Richtungen. Problem: Der Effekt ist viel, viel zu stark.... Ich konnte eine Winkeländerung von ganzen 6° ermitteln bei einem Abstand der Massen von 5 cm. Damit komme ich auf eine Gravitationskonstante G = 8.7 * 10^-9 m³/kg*s². Der Sollwert ist rund 100mal kleiner und beträgt 6.67 * 10^-11 m³/kg*s². Warum die Anziehung dermaßen stark erfolgt ist mir nicht ganz klar. Eventuell spielen elektrische Aufladungen eine Rolle. In vielen Youtube-Videos zur Cavendish Drehwaage erkennt man aber auch eine viel zu große Gravitationswirkung. Dies ist natürlich ein Wermutstropfen bei der ganzen Geschichte aber immerhin konnte ich die Massenanziehung nachweisen und keine Massenabstoßung ;-) Wenn der Wolframdraht aus der Ukraine angekommen ist, werde ich noch eine Messung starten... Hier gibt es mehr Informationen zum Versuch: https://stoppi-homemade-physics.de/gravitationskonstante-cavendish/
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Zwei Projekte hätte ich da noch und zwar zum Thema Charles Augustin de Coulomb. Einmal das Coulombsche Gesetz und zweitens ein einfaches Coulombmeter. Beides gibt es wie fast immer im Schulmittelhandel aber selber basteln ist einfach viel spannender. Für das Coulombgesetz habe ich mir aus China zwei Konduktorenkugeln auf Stiel für kleines Geld gekauft. Die kommen aber erst in ein paar Wochen an. Bei Conatex wird die Coulombkraft mit einem Torsionspendel bestimmt. Von Torsionspendel habe ich aber nach dem Cavendish-Experiment einmal die Nase voll und so wird es ein Kraftsensor auf Basis einer 100g Wägezelle in Kombination mit dem Arduino. Damit kann ich 1/10 Millinewton auflösen. Dies müsste eigentlich reichen, denn laut Conatex (https://www.conatex.com/catalog/physik_lehrmittel/fundamentale_konstanten/gravitation_coulomb_sches_gesetz_lichtgeschwindigkeit/product-torsionsdrehwaage_zum_nachweis_des_coulomb_schen_gesetzes/sku-1041409#.Y_EI6R-ZOM8) besitzt ihr Torsionspendel eine Sensibilität von 10 µN/Winkelgrad und die erzielten Ablenkungen belaufen sich teilweise auf mehr als 200° (https://www.pasco.com/products/lab-apparatus/fundamental-constants/es-9070). Geladen werden die beiden Konduktorenkugeln mit einem meiner Hochspannungsnetzgeräte. Ich werde wohl jenes mit CCFL-Inverter + nachgeschalteter Kaskade verwenden. Damit kann ich Gleichspannungen bis rund 15 kV erzeugen. Für das Coulombmeter gibt es hier eine tolle Anleitung: http://www.dicks-website.eu/coulombmeter/enindex.htm Den OPV dafür (CA3140) musste ich auch erst bestellen, wie auch den Überspannungsableiter zum Schutz des OPV-Eingangs. Und für meine Tochter bastel ich zu ihrem Geburtstag noch eine Nixieuhr auf Basis der IN-9 Nixieröhren. Anzeigen lasse ich mir nur die Stunden und Minuten. Bestellt habe ich die Röhren über ebay wieder aus der Ukraine. Mal schauen, ob sie ankommen...
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Wenn ich mir den Mittelwert aus jeweils 40 Messungen anzeigen lasse, dann komme ich sogar auf eine recht stabile 10 µN Anzeige für mein Newtonmeter. Dies entspricht dann ja dem Gewicht von 1 mg. Auf Amazon (https://www.amazon.de/gp/product/B082VX5TTY) bin ich bzgl. Konduktorkugeln auch noch fündig geworden, denn jene aus China treffen wohl erst in einem Monat bei mir ein und so lange will ich nicht warten... Die Elektronik für die Nixieuhr mit den beiden IN-9 Röhren ist eigentlich auch schon fertig. Es fehlen nur noch die MJE340 Transistoren. Die Schaltung für das Coulombmeter wartet ebenfalls nur noch auf den CA3140 und den Überspannungsableiter. Haben eigentlich Überspannungsableiter eine zu beachtende Polung? Mit dem Aufbau zum Coulombgesetz werde ich nicht nur die 1/r² Abhängigkeit überprüfen sondern auch die Q1*Q2-Abhängigkeit. Dafür werde ich die Kugeln mit verschiedenen Hochspannungen "laden" und dann jeweils die Kraft messen. Die aufgebrachte Ladung sollte dann proportional zur Spannung sein.
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Die Messungen zum Coulombgesetz sind gemacht. Es gab aber folgendes Problem: Die Kugeln verlieren sehr schnell innerhalb von wenigen Sekunden stark an Ladung. Das Newtonmeter zeigt dann zu Beginn deutlich höhere Werte an, die dann aber schnell sinken. Ich musste nach der Berührung der Kugeln mit dem HV-Kabel aber immer erst eine Zeit lang warten, bis sich keine Störungen mehr bemerkbar machen. Die Messzeiten durch die Mittelwertbildung lagen zudem auch noch im Sekundenbereich. Ich musste also eine zeitlang mit der Messung warten aber sollte so kurz wie möglich warten... Die beiden Messreihen bestanden einerseits in der Messung der Kraft in Abhängigkeit von der Distanz d bei konstanter "Ladespannung" U und andererseits in der Messung der Kraft bei konstantem Abstand in Abhängigkeit von der "Ladespannung". Im ersten Fall sollte ich eine 1/d² Abhängigkeit erzielen, im zweiten Fall eine U²-Abhängigkeit. Dies war auch annähernd der Fall (siehe beide Diagramme). Mit der bekannten Kapazität C der Kugeln konnte ich auch die wirkende Kraft theoretisch berechnen. Bei U = 14600 V, Kugelradius r = 9.25 mm und Abstand d = 40 mm sollte die Kraft zwischen den Kugeln 1.26 mN betragen. Ich habe 0.66 mN gemessen. Dies aber eben dadurch, dass ich zu lange mit der Messung warten musste und die Kugeln dann schon einiges an Ladung verloren haben. Das Newtonmeter zeigte unmittelbar vor meinen Messungen auch immer um einiges höhere Werte an. Warum die Kugeln so schnell Ladung verlieren, konnte ich nicht verifizieren. Geht vermutlich über Entladungen in der Luft... Wenn die Kugelelektroden aus China eingetroffen sind, werde ich den Versuch nochmals wiederholen. Vielleicht verlieren diese dann langsamer ihre Ladung als die selbst gebastelten.
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Christoph E. schrieb: > Warum die Kugeln so > schnell Ladung verlieren, konnte ich nicht verifizieren. Geht vermutlich > über Entladungen in der Luft... Feuchtigkeit, Staub und Verunreinigungen (sauer, alkalisch) verursachen höhere Entladungsgeschwindigkeiten.
Christoph E. schrieb: > Zwei Projekte hätte ich da noch... Bist du dir sicher, das du weißt was du da tust? Werde doch erstmal mit einem Projekt widerspruchfrei fertig. Hast du das mit dem Torsionspendel denn verstanden? Mit Dämpfungsfaktor usw...? Also das man sehr kleine Messwerte erst "aufschaukeln" muss um sie zu vermessen.
> Bist du dir sicher, das du weißt was du da tust? Wie meinst du das genau, Peter? Beziehst du dich dabei auf mein Coulombgesetz-Experiment und das Coulombmeter? Das Coulombgesetz konnte ich eigentlich recht brauchbar nachvollziehen bis auf die schnelle Selbstentladung der Kugelelektroden. Da kommt aber noch ein Paar aus China erst an, welches ich dann testen kann... > Hast du das mit dem Torsionspendel denn verstanden? Mit Dämpfungsfaktor > usw...? Also das man sehr kleine Messwerte erst "aufschaukeln" muss um > sie zu vermessen. Beziehst du dich mit dem "aufschaukeln" auf das Cavendish-Experiment zur Bestimmung der Gravitationskonstante? Da hatte ich leider eben mit viel zu starken Schwingungen zu kämpfen. Gedämpfte Schwingungen sind mit eigentlich theoretisch wie praktisch recht gut bekannt. Bin aber für alle Verbesserungsvorschläge offen und dankbar... Die experimentelle Überprüfung der Fresnel-Gleichungen habe ich hier noch nicht vorgestellt. Dabei wird linear polarisiertes Laserlicht auf eine Glasfläche gestrahlt und dann der Reflexionsgrad in Abhängigkeit vom Einfallswinkel ermittelt. Beim senkrecht zur Einfallsebene polarisierten Licht nimmt der Reflexionsgrad beginnend mit ca. 4% bei senkrechten Einfall kontinuierlich zu, bis er bei 90° Einfallswinkel (streifender Einfall) 100% betragen soll. Bei parallel zur Einfallsebene polarisierten Licht fängt der Reflexionsgrad bei senkrechtem Einfall auch bei ca. 4% an, nimmt dann aber ab und beträgt im Brewsterwinkel (ca. 55°) 0%. Danach nimmt er wieder bis auf 100% bei 90° Einfallswinkel zu. Die Abnahme bis zum Brewsterwinkel konnte ich sehr gut experimentell nachweisen. Nur ist die Sensorfläche des Lichtsensors TSL252R relativ klein und der reflektierte Laserstrahl traf den Sensor bei Veränderung des Einfallwinkels nicht immer gleich. Von daher musste die Sensorhöhe teilweise während der Drehung geringfügig angepasst werden.
Heute gibt es leider keine guten Nachrichten zu verkünden. Zwar sind die Wolframdrähte ohne Probleme aus der Ukraine angekommen, aber das Cavendish-Experiment funktionierte mit ihnen schlechter als mit dem 0.1 mm Kupferlackdraht. Der 65 µm Wolframdraht riss mir jedesmal schon beim Aufhängen des Pendels. Mir dem 80 µm Wolframdraht klappte dies zwar, aber die Schwingungen waren um einiges stärker als mit dem dünnen Kupferdraht. Selbst nach einer Stunde fand das Torsionspendel nicht wirklich zur Ruhe und nachdem ich die beiden Massen hinzufügte, stieß das Pendel mit diesen immer zusammen bzw. folgte ihnen. Also alles viel instabiler als bei den Versuchen zuvor. Damit muss ich wohl das Cavendish-Experiment so abhaken... Das Coulombmeter nach diesem Schaltplan (http://www.dicks-website.eu/coulombmeter/enindex.htm) funktioniert leider auch nicht wirklich. Der Ausgang folgt zwar wie erwartet der Eingangsspannung (Verstärkung ist ja 1), aber die Ausgangsspannung driftet sehr schnell gegen -2V, nachdem ich etwa einen geladenen Kondensator mit der Eingangselektrode/platte verbunden habe. Das 4k7-Potentiometer für den Nullabgleich liefert auch nur eine minimale Veränderung des offsets von 1-2 mV. Dick Kleijer schreibt auf seiner Homepage, dass bei ihm das Potentiometer einen Verstellbereich von -13 mV bis +7mV hat. Ich habe schon eine höhere Versorgungsspannung ausprobiert und die Kupferlötaugen der Platine um den Eingangspfad herum entfernt in der Hoffnung, eine bessere Isolation/Konstanz der Spannung zu erzielen. Dem war aber leider nicht so. Jetzt werde ich nur noch probieren, den IC kopfüber auf einer Platine zu postieren (dead bug) und die Verbindungen fliegend zu verlöten. Mal schauen, ob dann die Spannung besser gehalten werden kann. Oder hat jemand von euch noch einen Tipp? Auf der österreichischen Verkaufsplattform "Willhaben" bin ich zufällig auf ein Hologramm-Set gestoßen. Dieses habe ich natürlich gleich um nur 23 Euro inkl. Versand gekauft. Dabei sind 10 Filme, welche zur Entwicklung keinerlei Chemikalien benötigen. Der Film sättigt nach rund 5 min Belichtungszeit von selbst und entwickelt sich dabei. Enthalten ist neben den Filmen noch der Diodenlaser, Batteriebox, Plastikhalterungen, blaue LED für die "Dunkelkammer" und selbst ein Testobjekt (Metallauto) war dabei. Firmenlink: https://www.litiholo.com/hologram-kits.html Für einen stabileren Aufbau habe ich noch eine passende Granitplatte gekauft und einen Luftschlauch. Dieser kommt dann halb voll zwischen Granitplatte und Untergrund, um störende Schwingungen zu unterbinden. Mit Holografie wollte ich mich immer schon beschäftigen. Habe mir vor 15 Jahren extra einen HeNe-Laser dafür besorgt und einen einstellbaren Shutter gelötet. Für die Schule eignen sich auch die sog. Scratch-Hologramme (https://stoppi-homemade-physics.de/scratch-hologramm/).
Kurzer Zwischenbericht: Holografie-Aufbau ist dank der eingetroffenen Granitplatte und dem besorgten Luftschlauch eigentlich fertig. In den nächsten Tagen werde ich mich dann am ersten Hologramm versuchen und hier dann berichten. Ich hoffe, die Filme sind noch brauchbar. Produktion ist nämlich von 2015... Die Bilder von der Spannungsdoppelbrechung kann ich auch noch gleich zeigen. Ist finde ich ein toller Versuch für das Physik-/naturwissenschaftliche Labor und macht den Schülern Spaß. Finde es sowieso sehr wichtig, dass Schüler auch handwerklich tätig werden und dies nicht nur in Fächern wie Kunst oder Werken.
Gestern konnte ich einen ersten Hologramm-Versuch starten und er war zum Glück erfolgreich. Auf den Bildern sieht das Hologramm aber nicht so gut aus wie in natura. Die insgesamt 50 Euro für Hologramm-Set, Luftschlauch und Granitplatte haben sich ausgezahlt. Jetzt muss ich mich nach neuen Motiven umschauen...
Christoph, du hast immer so fantastische Projekte am Laufen, ich bin echt extremst beeindruckt. Deine Schüler sind möglicherweise nicht immer genau so gebührend glücklich, so einen tollen Lehrer zu haben. Beim Lesen eines Berichts musste ich unwillkürlich an dich denken "das wär doch mal was für Stoppi, so McGyver mäßig die Pyramiden zu untersuchen" ;-) na, bei den etwas kleineren Dimensionen, in denen du üblicherweise experimentierst, wirds wohl der Inhalt deines Kühlschranks sein, der mit Myonen gescannt wird ;-) https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/zahi-hawass-vermutet-cheops-grab-unterhalb-der-neuentdeckten-kammer20230309/ http://www.scanpyramids.org/
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@wegstabenverbuchsler: Danke für die netten Worte und den Tipp mit den Myonen ;-) Den Artikel mit den Pyramiden kannte ich schon. Zum Thema Myonen habe ich zwei Experimente durchgeführt. Einmal einen Aufbau mit Blechdose und Photomultiplier, der die Cherenkovstrahlung der Myonen bei ihrer Passage durch das Wasser in der Dose erfasst und einen Aufbau mit mehreren Geigerzählern in einer Koinzidenzschaltung. Damit kann ich schön die Zählrate in Abhängigkeit vom Einfallswinkel erfassen und zeigen, dass die allermeisten Myonen von senkrecht oben kommen...
Bisschen Werbung für mein neues Youtube-Video zum Thema "Piezokristalle züchten"... Funktioniert eigentlich recht gut. Benötigt werden nur folgende Dinge: 250 ml destilliertes Wasser 200 g Weinstein (Cream of Tartar) ca. 200 g Natriumcarbonat Na2CO3 (Soda) einen Ofen bzw. Herd Kaffeefilter hitzebeständiges Glasgefäß Genaue Anleitung: https://stoppi-homemade-physics.de/piezokristalle/ Hier geht's zum Video: https://www.youtube.com/watch?v=AORxKzk0eXQ Würde mich über einen Daumen nach oben sehr freuen... Und wer einen einfachen Blitzdetektor basteln möchte, dem kann ich diese Schaltung empfehlen: http://techlib.com/electronics/lightning.html Getestet habe ich sie mit meinem spark gap switch.
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Ich habe ja einen physikalischen Themenkatalog für vorwissenschaftliche Arbeiten. Dies ist in Österreich eine verpflichtende schriftliche Arbeit in der letzten Schulstufe vor der Matura/Abitur in einem der Gegenstände. Das Thema ist frei wählbar. Beim Durchstöbern des Katalogs ist mir aufgefallen, dass ich das eine oder andere Projekt experimentell noch nicht umgesetzt habe. Eines davon war der Bau einer Vakuumkanone. Dies möchte ich jetzt noch nachholen. Der Aufbau ist eigentlich sehr simpel. Ein Rohr wird an beiden Enden mittels einer dünnen Folie (in meinem Fall Rettungsfolie) luftdicht verschlossen. Im Rohr befindet sich ein Tischtennisball. Nun exakuiert man das Rohr mit einer Vakuumpumpe. Beträgt der Innendruck nahezu 0 bar wird die Folie beim Tischtennisball durchstochen. Durch den einseitigen Lufteintritt beschleunigt dieser und durchstößt mit hoher Geschwindigkeit die zweite Folie. Als Rohr kommt bei mir ein 50/40 mm Plexiglasrohr zum Einsatz mit einer Länge von 1 m. Dieses gibt es günstig auf Amazon: https://www.amazon.de/dp/B0089ALPDO Für die Folien verwende ich wie schon gesagt gewöhnliche Rettungsfolie. Tischtennisbälle mit einem Durchmesser von 40 mm bzw. knapp darunter habe ich auch schon besorgt. Eine Vakuumpumpe besitze ich zum Glück auch schon. Zum Abdichten der beiden Folien habe ich zwei 73/50 mm Gummiadapter (https://haustechnik-binder.de/de/installation/crassus-verbindungen/innenliegende-adapter/gummiadapter/crassus-gummiadapter-cga-73-50-cra10005?gclid=Cj0KCQjwtsCgBhDEARIsAE7RYh1elAyiqkCPklUoIhs9TNiF4qUCqiNLyI2YJN6re848tkKI6y07niQaAjdXEALw_wcB) bestellt. Ich hoffe, diese passen gut über das Plexiglasrohr und die Folie. Eine erste Überschlagsrechnung liefert eine Endgeschwindigkeit von über 1000 km/h. Ich wäre natürlich schon mit deutlich weniger zufrieden. Den Schuss werde ich dann mit meiner Casio-High-Speed-Kamera aufnehmen. Die schafft bis zu 1000 fps, aber dann mit sehr bescheidener Auflösung. Die Kamera bekommt man gebraucht oft für sehr wenig Geld. Meine hat inkl. Versand nur um die 20 Euro gekostet. Wenn die Teile eingetroffen sind, geht es hier weiter... Ich hänge noch die Bilder meiner simplen Überdruckkanone und meiner Bazooka an. Beide funktionieren auch sehr gut.
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Für die Vakuumkanone habe ich eine Rettungsfolie und noch weitere Tischtennisbälle besorgt mit einem Durchmesser von exakt 40 mm. Mal schauen, ob sie im Rohr nicht stecken bleiben. Jene Bälle vom TEDI haben einen Durchmesser von 39.5 mm,was mir im Moment als ideal erscheint. Auf Amazon gibt es noch welche mit 38 mm Durchmesser. Aber diesbezüglich werde ich nur durch den Versuch klug... Die beiden Gummiadapter für die luftdichte Fixierung der Rettungsfolie sind auch schon eingetroffen. Haben 24 Euro inkl. Versand aus Deutschland gekostet. Auf der österreichischen Verkaufsplattform WILLHABEN bin ich heute zufällig über einige von einer Schule ausrangierte Physikmaterialien gestoßen, u.a. ein Funkeninduktor und ein großer Transformator mit wohl 30x30mm Kern und aufschiebbaren Spulen. Den Trafo werde ich für den Zeeman-Effekt verwenden. Hoffentlich erziele ich mit diesem ein stärkeres Magnetfeld als mit dem deutlich kleineren Ferritring... Der Funkeninduktor funktioniert hoffentlich noch. Alles zusammen war aber spottbillig, da konnte ich einfach nicht widerstehen... Vor einiger Zeit habe ich mir meine eigene Radionuklidbatterie gebastelt. Benötigt werden nur zwei kleine Solarzellen (aus einem Taschenrechner) und mehrere Tritium-Lichter. Diese liefern umschlossen von den beiden Solarzellen eine beachtliche Leistung von 70 nW. Ich wollte damit eigentlich irgendein elektronisches Teil mit LCD antreiben. Leider brauchen aber selbst die sparsamsten Geräte deutlich mehr Strom im Bereich von µA. Aber es ging mir eigentlich wieder einmal nur um die prinzipielle Umsetzung. Autark bin ich dank der Radionuklidbatterie nicht wirklich ;-)
Christoph E. schrieb: > Vor einiger Zeit habe ich mir meine eigene Radionuklidbatterie > gebastelt. Für die Energiewende? ;-) > Benötigt werden nur zwei kleine Solarzellen (aus einem > Taschenrechner) und mehrere Tritium-Lichter. Diese liefern umschlossen > von den beiden Solarzellen eine beachtliche Leistung von 70 nW. OMG! Selbst Husten erzeugt mehr Leistung! Fehlt da ein Smiley? > Ich > wollte damit eigentlich irgendein elektronisches Teil mit LCD antreiben. > Leider brauchen aber selbst die sparsamsten Geräte deutlich mehr Strom > im Bereich von µA. AHA! Und was lernen wir daraus? Nicht jedes Prinzip läßt sich auch praktisch sinnvoll umsetzen.
Christoph E. schrieb: > Diese liefern umschlossen > von den beiden Solarzellen eine beachtliche Leistung von 70 nW. > ... > Aber es ging mir eigentlich wieder einmal nur um die prinzipielle > Umsetzung. Autark bin ich dank der Radionuklidbatterie nicht wirklich > ;-) immerhin beträgt die Halbwertzeit von Tritium 12 Jahre. Wenn du jetzt etwas findest, was nur 20 nW benötigt, dann kannst du das ca. 1/2 Jahrhundert ohne Batteriewechsel betreiben! ;-) Ansonsten: Wie immer "großes Lob" für deine interessanten Beiträge
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So, die Nixieuhr für meine Tochter zum Geburtstag ist auch fertig. In Summe mit insgesamt 6 Stück IN-9 Nixieröhren, von denen aber zwei nicht wie gewünscht funktionieren und mir eine bei der Montage leider kaputt wurde, hat mich der Spaß rund 115 Euro inkl. Gehäuse und Netzteil gekostet. Ich hoffe, sie freut sich darüber...
Christoph E. schrieb: > So, die Nixieuhr für meine Tochter zum Geburtstag ist auch fertig. In > Summe mit insgesamt 6 Stück IN-9 Nixieröhren, Häää?? Wo ist dann das eine UHR? Wie kann man denn da die Zeit ablesen? Fehlt da nicht mindestens noch ein Skala? > Ich hoffe, sie freut sich darüber... Naja, sie weiß ja, daß ihr Papa ein Nerd ist. Sprüh wenigstens das Gehäuse Pink an, dann ist es mädchentauglicher. ;-)
Falk B. schrieb: > Häää?? Wo ist dann das eine UHR? Wie kann man denn da die Zeit ablesen? du musst nur die Pünktchen abzählen. Eine Stange ist für den Tag seit 2000, und eine für die Minuten des Tages. Der Rest ist Kopfrechnen ;-)
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Kurzer Zwischenbericht zur Vakuumkanone: Das Plexiglasrohr ist eingetroffen. Die bereits besorgten Tischtennisbälle mit d = 39.5 mm bzw. 40 mm passten leider nicht ins Rohr. Habe deshalb auf Amazon Bälle mit d = 38 mm bestellt. Diese sind auch bereits angekommen und passen sehr gut ins Rohr. Die beiden Gummiadapter fixieren wie erhofft die Rettungsfolie und der ganze Aufbau ist soweit auch dicht. Damit die Adapter aber nicht zu verrutschen beginnen, habe ich an den Rohrenden mehrere Lagen dünnes Isolierband aufbringen müssen. Jetzt steht einem ersten Schuss eigentlich nichts mehr im Weg. Ich werde hier berichten... Zur Nixie-Uhr: Das soll eine "Designer-Uhr" sein, also gibt es bei der Anzeige und beim Ablesen künstlerische Freiheiten ;-) Ich zeige rechts die Minuten an und links die Stunden von 0-11 Uhr bzw. 12-23 Uhr. Mit ein wenig Übung dürfte das einigermaßen korrekte Ablesen gelingen. Wie gesagt, es soll mehr Design als exakte Uhr sein...
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Christoph E. schrieb: > Zur Nixie-Uhr: Das soll eine "Designer-Uhr" sein, also gibt es bei der > Anzeige und beim Ablesen künstlerische Freiheiten ;-) OHje. Jede Sonnenuhr ist genauer und einfacher ablesbar ;-) > gesagt, es soll mehr Design als exakte Uhr sein... Ziel erreicht!
Das Physik-Konvolut ist diese Woche bei mir angekommen. Bezahlt habe ich dafür sehr wenig. Dabei war ein Funkeninduktor, ein großer Trafo, ein Federpendel mit Spule für erzwungene Schwingungen und noch andere Dinge. Den Funkeninduktor musste ich natürlich gleich testen. Er funktioniert, aber die Funkenlänge ist eher bescheiden. Bei rund 6W Eingangsleistung auch nicht verwunderlich... Den großen Trafo möchte ich für meinen Zeeman-Effekt-Versuch verwenden. Da erlitt ich ja bereits Schiffbruch mit meinem Fabry-Perot-Interferometer bzw. der Natriumflamme und einem schwächeren Elektromagneten bzw. mit Permanentmagneten (siehe weiter oben). Mit dem großen Ferritring erzielte ich nämlich nur Flussdichten im Bereich um die 0.12 T bei immerhin 20 A Stromstärke. Deutlich zu wenig für den Nachweis des Zeemaneffekts mit der Natriumflamme im Licht der Natriumdampflampe. Das Joch werde ich bei einer Schlosserei absägen lassen um zulaufende Polschuhe zu erhalten. Einen Schnitt mit der Säge habe ich bereits selbst getätigt, das ist mir aber deutlich zu anstrengend. Zur Fixierung der Polschuhe habe ich auf Amazon günstige Miniklemmen gekauft. Diese habe ich dann für meine Zwecke umgebaut.
Das Trafojoch habe ich bei einer Spenglerei abgegeben, um mir daraus Polschuhe machen zu lassen. Mal schauen, wie das wird... Zum Thema Mikroskope habe ich auch noch etwas. Zuerst ein einfaches Lasermikroskop. Man benötigt lediglich einen Laser und eine Pipette bzw. Spritze. Der Laserstrahl wird durch den Wassertropfen stark aufgeweitet. Dadurch kann man die im Wassertropfen befindlichen Kleinstlebewesen stark vergrößert beobachten. Mit dem Smartphone und einer Linse für Laserdioden lässt sich ebenfalls ein Mikroskop basteln. Die Linse wird einfach auf das Objektiv der Kamera montiert. Ein erster Test mit einem Maßstab mit 0.1 mm Skalierung ergab eine Auflösung von immerhin 2.44 µm/Pixel. Für DSLR-Kameras gibt es auch Mikroskopaufsätze. Einen solchen habe ich mir auf ebay bestellt. Wenn er aus China eingetroffen ist, kann ich ihn testen...
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Christoph E. schrieb: > Der Laserstrahl wird durch den Wassertropfen stark aufgeweitet. > Dadurch kann man die im Wassertropfen befindlichen Kleinstlebewesen > stark vergrößert beobachten. Interessante Experimente! Sind diese Wellen um die Partikel herum Interferenzmuster?
@Jonny: Ja, sind die Beugungsringe... Ersten Test meiner Vakuumkanone absolviert. Hat ordentlich Wumms. Für die Bestimmung der Geschwindigkeit lade ich gerade den Akku meiner Casio-High-Speed-Kamera auf. Hier einmal das Video mit der normalen Kamera (50 fps).
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Die Geschwindigkeit des Tischtennisballs habe ich mit meinem Arduino-Geschwindigkeitsmesser ermittelt. Damit komme ich auf 92 m/s. Um das Ganze noch zu optimieren habe ich die Vakuumkanone umgedreht, sodass sich der Ansaugstutzen bei der Austrittsöffnung befindet und nicht am Start. Mit der Software TRACKER konnte ich die mit 1000 fps aufgenommene Bewegung analysieren. Die Maximalgeschwindigkeit innerhalb des Rohrs beträgt ganze 175 m/s = 630 km/h. Ausserhalb des Rohrs nach Durchstoßen der Rettungsfolie sinkt die Geschwindigkeit auf 110.7 m/s = 400 km/h. Damit bin ich vorerst zufrieden ;-) Link zum Artikel auf meiner Homepage: https://stoppi-homemade-physics.de/vakuumkanone/
Christoph E. schrieb: > Die Maximalgeschwindigkeit innerhalb des Rohrs beträgt ganze 175 m/s = > 630 km/h. Außerhalb des Rohres kannst du statt der Rettungsfolie auch einen Tischtennisschläger montieren und deinen Schülern demonstrieren wie dieser vom Tischtennisball zerfetzt wird. So ist es in der Sendung "Wer weiß denn sowas" mit Elton und Bernhard Hoëcker passiert.
Für die experimentelle Überprüfung des Seebeck-Effekts habe ich mir einige Metalldrähte (Kupfer, Eisen, Konstantan und Nickelchrom) bestellt. Heute konnte ich die Messungen durchführen. Eine der beiden Kontaktstellen lag in der Luft, während die andere mit meinem Wasserkocher erhitzt wurde. Die Thermospannung wurde mit meinem µV-Meter gemessen. Für die Kombinationen Kupfer-Nickelchrom und Kupfer-Eisen erhielt ich nach Recherche im Internet brauchbare Ergebnisse. Jener Wert für Kupfer-Nickelchrom lag zwar deutlich unter dem Tabellenwert, jedoch fand ich im Internet einen Artikel (https://ap.physik.uni-konstanz.de/projektpraktikum/PP2012/Bericht-SeebeckEffekt.pdf), welcher einen ähnlichen Wert wie meinen veröffentlicht hat. Bei der Kombination Kupfer-Konstantan erhielt ich aber einen komplett anderen Wert als in der Tabelle für die Seebeck-Koeffizienten angegeben. Ich habe für S_Kupfer - S_Konstantan = 3.2 µV/K erhalten während laut Tabelle der Wert bei 41.5 µV/K liegen sollte. Warum dies so ist, ist mir völlig schleierhaft. Ich habe die Messungen mit einem anderen Kupferdraht wiederholt und ein vergleichbares Ergebnis erhalten. Vielleicht besitzt ja jemand von euch einen Konstantan- und Kupferdraht und kann die Messungen mit einem Multimeter durchführen. Bei einer Temperaturdifferenz von 80°C müsste laut Tabelle die Thermospannung bei 3.32 mV liegen und somit mit einem gewöhnlichen Multimeter erfasst werden können. Würde mich wirklich interessieren, ob jemand meine Messwerte bestätigen kann...
Um der Sache mit dem Seebeck-Effekt und der Metallpaarung Konstantan-Kupfer nachzugehen, habe ich nochmals Konstantandraht über ebay aus Bulgarien bestellt. Bin schon gespannt, ob ich meine Messergebnisse bestätigen kann oder ich ein Ergebnis erhalte, welches deutlich besser zu den Tabellenwerten passt. Diese Woche ist auch der Mikroskopadapter für meine Canon-DSLR angekommen. Ich bin aber vom Ergebnis ziemlich enttäuscht. Die Auflösung liegt nur bei 8.62 µm/Pixel. Mit dem deutlich simpleren Smartphone-Mikroskop mit Laserdiodenlinse erziele ich immerhin 2.44 µm/Pixel, also mehr als die 3-fache Auflösung. Naja, jetzt bin ich wenigstens um eine Erfahrung reicher. Mit dem Smartphone-Mikroskop habe ich dann auch noch das Bein einer Hausfliege und die Zellstruktur von Zwiebel unter die Lupe genommen. Bin mit den Ergebnissen eigentlich sehr zufrieden. Zumal der Aufbau ja nur 2 Euro kostet, wenn man bereits ein Smartphone besitzt.
Christoph E. schrieb: > das Bein einer Hausfliege Jetzt wo du das Bein einer Hausfliege schon hast, kannst du nebenbei sogar noch den Versuch von Luigi Galvani nachstellen. Eine Batterie aus Kupfer und Eisen sind dafür zwar authentisch, aber eine normale 1,5V Zelle tut's auch. 🔋🐜
@ Michael: Haha, gleich die Anregung für den nächsten Versuch... In meinem Optik-Fundus befand sich noch eine Webcam-Linse. Diese habe ich nun mit dem Mikroskop-Aufsatz für meine Canon-DSLR-Kamera kombiniert, indem ich sie vorne in die Öffnung des Mikroskopobjektivs gesteckt habe. Damit hat sich die Auflösung deutlich erhöht und liegt nun bei 468 nm/Pixel. Damit entspricht also ein Pixel der Wellenlänge von blauem Licht, beeindruckend :-)
Christoph E. schrieb: > habe ich nochmals Konstantandraht über > ebay aus Bulgarien bestellt. Koenntest Du mir verraten, wo es den Kd. gibt? Link?
@Joachim: https://www.ebay.com/itm/263244230528 Aber Achtung, der hat eine Lackschicht. Den ohne Lackschicht habe ich bei NTL gekauft. Link: https://www.winlab.de/schule/physik-ntl/ntl-systeme/compact-system/demo-elektrik-elektronik/konstantandraht-d-0-2-mm-rolle-blau
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Auf ebay bin ich über Laserdioden mit 488 nm Wellenlänge (Cyan) gestoßen. Eine solche Farbe fehlte mir noch in meiner Lasersammlung. Hat mich rund 24 Euro inkl. Versand gekostet. Die Leistung der Laserdiode ist mit 55 mW angegeben. ebay-Link: https://www.ebay.com/itm/144967674631 Ich betreibe meine Laserdioden eigentlich fast ausschließlich einfach nur mit einem Vorwiderstand an meinen Netzteilen. Bis jetzt habe ich auf diese Weise noch keine der Dioden zerstört. Reize sie aber was den Strom angeht auch nicht aus... Der Konstantandraht aus Bulgarien ist auch schon angekommen. Die Ergebnisse damit zum Seebeck-Effekt reiche ich noch nach. Hier (https://www.youtube.com/watch?v=wXclTi-5z_c) bin ich auf ein schönes Experiment zur Erzeugung eines Plasmatoroids gestoßen. Als Basis dient eine HFSSTC-Schaltung. Das werde ich natürlich auch probieren. Die Teile bei Reichelt sind schon bestellt. Für das Plasma habe ich diese "Glühbirne" gekauft: https://www.ebay.com/itm/325470027345 Und dann werde ich noch einen Versuch zum Biot-Savart-Gesetz machen und zwar das axiale Magnetfeld einer schmalen Spule bzw. in Helmholtz-Anordnung. Für diesen Zweck lasse ich mir 2 Spulenhalterungen per 3D-Druck erstellen...
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Hallo! Ich konnte gestern noch die Messung der Thermospannung für die Kombination Konstantan-Kupfer wiederholen. Laut Tabelle sollte der Seebeck-Koeffizient bei 41.5 µV/K liegen. Bei meiner ersten Messung lag ich ja deutlich daneben mit 3.2 µV/K. Nun mit dem anderen Konstantandraht liege ich zwar noch immer nicht optimal aber schon besser. Der erhaltene Wert beträgt 51.5 µV/K. Man muss aber auch berücksichtigen, dass die Seebeck-Koeffizienten keine Konstanten sind, sondern ebenfalls von der Temperatur abhängen. Sie wachsen auch mit zunehmender Temperatur(differenz). Die angegebenen 41.5 µV/K gelten für 273 K, also 0°C. Meine Temperaturen lagen ja zwischen 20 und 100°C. Die Spulenhalterungen für die Helmholtzspulen sind auch bereits im Entstehen. Laut Simulation darf ich axiale Flussdichten im Bereich von 10 mT erwarten. Dafür habe ich sehr geeignete Hallsensoren...
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Die HFSSTC-Schaltung für den Plasmatoroid habe ich heute dank der schnellen Reichelt-Lieferung gelötet und gleich mit einer Neonspektralröhre getestet. Sie funktioniert scheinbar, nur muss man beim Einstellen des Potentiometers aufpassen. Erhöht man nämlich damit die Gatespannung zu sehr, steuert der Mosfet natürlich dauerhaft durch und die Stromstärke steigt sehr stark an. Die Frequenz liegt momentan bei 10.23 MHz. Mal schauen, ob ich diese noch drücken muss. Jetzt warte ich nur noch auf die "Glühbirne" aus China... Anbei auch noch ein Bild meiner Laserdioden, welche eine Wellenlänge von 405 nm, 450 nm, 488 nm, 520 nm, 532 nm und 650 nm besitzen.
In der Zwischenzeit sind die ausgedruckten Spulenhalterungen angekommen. Ich habe pro Spule 250 Windungen bei einem mittleren Radius von 5 cm aufgebracht. Jetzt stehen die Messungen der axialen Flussdichte einer einzelnen Spule bzw. des Spulenpaars (u.a. in Helmholtzanordnung mit d = R) an. Die Ergebnisse liefere ich nach...
So, die Messungen zum Biot-Savart-Gesetz sind auch im Kasten und die Übereinstimmung Theorie-Experiment extrem gut. Dies ist ja nicht bei allen meinen Experimenten so. Als Negativbeispiel kann ich etwas den Lande-Faktor (gyromagnetischer Faktor) nennen. Dieser liegt ja fürs Elektron bei 2. Mit dem Einstein-de Haas-Experiment kam ich mittels dreier unterschliedlicher Arten auf Werte zwischen 0.019 und 0.05 ;-) Aber auch das ist Physik, vor allem dann, wenn man nicht bloß über physikalische Dinge palavert, sondern auch zur Tat sprich zum Experiment schreitet. Das tun aber die Wenigsten... Viele Experimente stehen jetzt aber wirklich nicht mehr an. Den Plasmatorus möchte ich noch umsetzen, da sind 2 Spezialglühbirnen noch auf dem Weg von China zu mir. Dann habe ich bei einer Metallfirma konische Polschuhe für meinen Elektromagneten in Auftrag gegeben. Die werden gerade gefräst. Viel Hoffnung damit den Zeemaneffekt zu zeigen habe ich allerdings nicht, denn die damit erzielte Flussdichte im Zwischenraum der Polschuhe wird wohl zu gering sein. Womit wir wieder beim Scheitern wären ;-) Die Kondensatorbank möchte ich noch für den "disc-launcher"-Versuch im Hof zum Einsatz bringen. Es wäre alles bereits fertig. Warte aber, bis mein Sohn Zeit hat, denn alleine möchte ich den Versuch auch nicht machen bzw. den Aufbau auch nur für kurze Zeit unbeaufsichtigt im Hof stehen lassen, wenn ich etwas holen müsste. Dazu ist er viel zu gefährlich. Und dann wäre noch der Versuch zur Nuclear Magnetic Resonance, den ich im Wald fernab von elektromagnetischen Störungen und Magnetfeldinhomogenitäten durchführen möchte. Achja, einfache Astrofotografie mit meiner uralten DSLR und dem 90mm-Refraktor habe ich ja auch noch vor. Aber vielleicht hat ja jemand von euch noch einen Vorschlag für ein durchführbares Experiment für Fortgeschrittene parat? Danke im voraus dafür...
Christoph E. schrieb: > Aber vielleicht hat ja jemand von euch noch einen Vorschlag für ein > durchführbares Experiment für Fortgeschrittene parat? Danke im voraus > dafür... Ein total relaxter Urlaub auf Korfu oder Grand Canaria soll auch ganz schön sein, hab ich gehört . . .
Christoph E. schrieb: > In den letzten Jahren haben sich bei mir doch das eine oder andere > Physikprojekt für die Schule (z.B. Abschlussarbeit) angehäuft. Ich biete 50,- für den Flammenwerfer!
Bei meiner Wasserrakete möchte ich einige Daten während des Flugs aufzeichnen, um diese dann später mit Schülern auszuwerten. Konkret wird der Luftdruck und die Zeit auf eine SD-card geschrieben. Dazu wird unmittelbar vor dem Start ein Taster betätigt. Dies startet die Aufzeichnung für eine einstellbare Zeit (z.B. 30 sek), damit die Speicherkarte nicht unnötig beschrieben wird. Es gilt ja für den Luftdruck näherungsweise die barometrische Höhenformel: p = p_0 * exp(-h/8000). Demnach nimmt in einer Seehöhe von 375 m der Luftdruck um 0.1214 mbar pro Meter ab. Auf diese Weise hoffe ich, die momentane Höhe der Wasserrakete bestimmen zu können. Ich habe auch die Datenübertragung per Funk mit den NRF24L01-Modulen umgesetzt. Nur bezweifle ich, dass die Sendeleistung für die Übertragung über gut 25 m ausreicht. Mal schauen... Ich warte jetzt noch auf die ATmega328 Arduino Nanos, die ich bestellt habe. Denn meine Atmega168 hatten zu wenig Speicher für das Arduino-Programm.
Christoph E. schrieb: > Ich habe auch die Datenübertragung per Funk mit den NRF24L01-Modulen > umgesetzt. Nur bezweifle ich, dass die Sendeleistung für die Übertragung > über gut 25 m ausreicht. Mal schauen... Wir machten das auch hier vor rund 20 Jahren. Damals verwendeten wir einen PIC mit einem LINX 433MHz 10mW TX-Modul und zugehörigen RX Modul in ASK. Eine CR2032 war für die Stromversorgung zuständig. SDCards waren damals schwieriger umsetzbar mit PIC als heute mit fertigen FAT Bibliotheken. Wir sendeten nur den Druck und Temperatur als Datenstream um mit Teraterm am Laptop geloggt zu werden. Die Rakete erreichte einige hundert m Höhe bis zum Apogee. Die Radioverbindung klappte aber über die ganze Distanz einwandfrei. Wegen der hohen Geschwindigkeit müssen die Sensoren schnell ausgelesen und gesendet werden. War alles ziemlich primitiv, ein Wochenend-Projekt, aber es funktionierte.
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Vor rund einem Monat habe ich mir auf der österreichischen Verkaufsplattform WILLHABEN ein Physik-Konvolut gekauft. Dabei war unter anderem ein Federpendel mit Elektromagnet zur Untersuchung erzwungener Schwingungen. Den Metallzylinder habe ich gegen Permanentmagnete mit Loch getauscht, damit nicht nur Anziehung, sondern auch Abstoßung erfolgt. Im Zuge dessen musste ich auch den magnetischen Träger für die Feder durch einen aus Aluminium austauschen, da sonst die Magnete vom Stahlträger angezogen worden wären. Angesteuert wird der Elektromagnet mittels Leistungsoperationsverstärker OPA549 + Funktionsgenerator-App. Das funktioniert prima und hat sich schon bei einigen meiner Experimente (Chladni-Figuren, Einstein-de Haas-Versuch) bewährt. Die Periodendauer des Resonators habe ich mittels a.) Videoanalyse bzw. b.) Berechnung über die Federkonstante k und der Masse m zu 4.1 Hz bestimmt. Das Experiment bestand nun darin, die Amplitude des Resonators in Abhängigkeit von der Erregerfrequenz zu ermitteln. Wie zu erwarten war, besitzt der Graph bei der Eigenfrequenz des Resonators ein spitzes Maximum. Die Dämpfung ist sehr gering, daher auch das ausgeprägte Maximum. Eine Simulations mittels EXCEL habe ich auch noch angehängt. Da kann man alle entscheidenden Parameter einstellen und auch schön die verschiedenen Phasenverschiebungen zwischen Erreger und Resonator untersuchen...
So, die Arduino Nanos mit ATmega328 sind angekommen und das Programm macht, was es soll. Ich kann pro Sekunde 19 Datenpaare (Zeit, Luftdruck) speichern, das müsste eigentlich für die Wasserrakete reichen. Leider gibt es nicht mehr diese stärkeren Mehrweg-PET-Flaschen, welche ich sonst immer für meine Wasserraketen eingesetzt habe. Denen traue ich eher über den Weg als den dünnen, zumal ich ja bei Fernauslösung schon bis ca. 6 bar Innendruck gehe... Ich bin noch über einen weiteren Physikversuch gestolpert und zwar zur Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung. Das gibt es ja auch fix und fertig zu kaufen (z.B. Phywe https://www.phywe.de/versuche-sets/hochschulversuche/maxwellsche-geschwindigkeitsverteilung_10674_11605/). Wie immer nicht gerade günstig. Ich möchte von den Materialien her einen neuen Weg bestreiten und das Ganze mit LEGO + 3D-Druck bauen. Für die Rüttelplatte habe ich deshalb auf ebay LEGO-Motoren gekauft und auf Bricklink meine ersten Bestellungen aufgegeben. Ich schließe den Motor an ein Zahnrad, welches mir einen Kolben nach oben und unten antreibt. Die Grundplatte ist dann mit dem Kolben verbunden. Für den einsichtigen "Gasraum" habe ich transparente LEGO-panels bestellt. Die Kugeln kommen von Amazon. Da habe ich mich einmal für Kugellagerkugeln mit 1 mm Durchmesser entschieden. Diese verlassen den Gasraum über einen seitlichen Schlitz und fallen dann je nach Geschwindigkeit in einen von mehreren Auffangspalten. Diesen Bereich werde ich wohl mit einem 3D-Drucker anfertigen lassen. Mal schauen... Ich werde wenn gewünscht von meinen Fortschritten hier berichten ;-)
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>Vorschlag für ein durchführbares Experiment für Fortgeschrittene
Den Level kann ich nicht beurteilen.
Galtonbrett?
Die Kugeln vom Versuch "Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung"
werden vermutlich zu klein sein.
Danke, Dieter... Einen netten kurzen Versuch hätte ich noch und zwar die Bestimmung des Erdmagnetfelds mittels der sog. Tangentenbussole. Hierzu benötigt man nur eine etwas längere Spule, an deren Ende man einen Kompass postiert. Die Spule richtet man in Ost-West-Richtung aus. Nun dreht man den Strom so weit hoch, bis die Kompassnadel genau nach NW bzw. NO zeigt. Dann besitzt die horizontale Komponente des Erdmagnetfelds die gleiche Größe wie das Spulenmagnetfeld. Für dieses gilt am Ende einer längeren Spule: H = 1/2 n I / L (n...Anzahl der Windungen, I...Stromstärke, L...Länge der Spule). Ich habe es einmal grob für meine Spule überschlagen und komme auf einen notwendigen Strom von 40 mA. Diesen stelle ich mittels LM317-Stromregler zur Verfügung. Die genaue experimentelle Messung liefere ich noch nach...
Es gibt Neuigkeiten: Den Versuch mit der Tangentenbussole habe ich gestern durchführen können. Ich komme auf eine horizontale Komponente des Erdmagnetfelds von 34.5 µT. Das passt recht gut für meinen Standort (Graz)... Und dann sind noch die beiden LEGO-Lieferungen eingetroffen. Habe sie über Bricklink erstmalig bestellt. Funktioniert ohne Probleme und ist preislich auch attraktiv. Habe aber viel mehr bestellt, als ich eigentlich benötigte. Aber die notwendigen Steine rein gedanklich abzuschätzen ist gar nicht so einfach. Der Turm mit der Rüttelplatte ist soweit fertig. Die Auffangkammern lasse ich gerade 3D-drucken. Da habe ich mich für ein Design mit einer Rampe nach außen entschieden. Das war in meinen Augen das naheliegendste. LEGO-Elektromotoren habe ich über ebay in China bestellt. Werde aber auch noch welche gebraucht in Österreich besorgen. Die Neugierde ist einfach zu groß ;-) Werbung in eigener Sache: Hie kommt auf Youtube morgen mein neues Video zur 21cm-Wasserstoffstrahlung unserer Milchstrasse heraus Link: https://www.youtube.com/watch?v=89B_C0x3-xI
Der Versuch zur Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung nimmt schön langsam Form an, nachdem heute die LEGO-Motoren (bzw. deren günstige Nachbauten) und die 2 mm Stahlkugeln angekommen sind. Die Anbindung des Motors an die Kurbel erfolgt nun über eine 1:3 Übersetzung, da sich sonst die Rüttelplatte zu langsam bewegt hätte. Nun springen die Kugeln im Gasraum ausreichend hoch/schnell. Den Motor steuere ich nicht über die LEGO-Batteriebox an, sondern über ein regelbares Netzteil. So kann ich die beste Geschwindigkeit genau einstellen und ich verbrauche nicht Unmengen an Batterien, wenn der Versuch mehrere Minuten läuft. Video gibt es auf meinem Instagram-Account zu sehen: stoppi_homemade_physics
Wer kein Instagram hat bzw. dieses meidet kann sich das Video auch auf meiner Homepage anschauen: https://stoppi-homemade-physics.de/maxwell-boltzmann-verteilung/ Anbei auch noch die beiden Verkaufsanzeigen für LEGO-Motor und Stahlkugeln... https://www.amazon.de/dp/B07MZRX7TT https://www.amazon.de/dp/B099DWSYFD Ich frage mich allerdings wieder einmal, wer sich einen solchen Versuch um stolze 4760 Euro im Schulmittelhandel kauft...
Ein netter kleiner/kurzer Versuch für Zwischendurch zum Thema dünne Schichten. Benötigt werden nur Stahlplättchen mit Zinkbeschichtung, Salzsäure und eine Waage. Das simple Experiment geht wiefolgt vonstatten: Man bestimmt zuerst einmal die Seitenfläche des Plättchens. Bei mir betrug der Radius 1.23 cm und demnach eine Seitenfläche 4.753 cm². Dann wiegt man ein oder mehrere Plättchen ab, in meinem Fall waren es 3 Stück und diese ergaben eine Masse von 2.97 g. Jetzt gibt man diese Plättchen in die Salzsäure und wartet ca. 1/2 Stunde, bis die Säure das Zink mit Sicherheit vollständig aufgelöst hat. Im Anschluss wiegt man die Plättchen noch einmal. Die Messung ergab nun eine Masse von nur noch 2.75 g. Aus der Massenabnahme 0.22 g kann man die Massenabnahme pro Seitenfläche errechnen. Diese beträgt 0.22/6 = 0.0367 g. Kennt man die Dichte von Zink (7.14 g/cm³), so kann man das entfernte Zinkvolumen pro Seite berechnen. Dieses betrug bei mir 0.0367/7.14 = 0.0051 cm³ Man kennt aber auch die Seitenfläche A. Daher ergibt sich schlussendlich für die Dicke der Zinkschicht: d = 0.0051 / 4.753 = 0.00108 cm = 10.8 µm...
Gestern habe ich die gefräßten Polschuhe für meinen Transformator abgeholt. Ist sehr schön geworden, hat allerdings auch 80 Euro gekostet. Damit habe ich dann heute gleich eine Testreihe gestartet. Bei einer Stromstärke von 3,56 A durch die Spule mit 600 Windungen erhalte ich eine Flussdichte im Spalt von 0,24 T. Das ist nicht so schlecht aber wird wohl nicht reichen, um damit den Zeeman-Effekt mit meiner Natriumflamme im Natriumlicht nachzuweisen. Deshalb habe ich gleich noch einen weiteren 3D-Druckauftrag aufgegeben und zwar eine Spulenhalterung für den Elektromagnet. So habe ich dann zwei Spulen auf dem Kern in der Hoffnung, dass ich die Flussdichte steigern/verdoppeln kann. Sättigung scheint bei 0.24 T dem Graph nach noch nicht eingetreten zu sein. Der 3D-Druck meines Kugelauffangmoduls für die Maxwell-Boltzmann-Verteilung wird auch gerade gedruckt. Bin schon auf die ersten Messergebnisse gespannt. Die 2 mm Stahlkugeln scheinen die richtige Größe zu haben. Hätte vermutlich gar nicht jene mit 1/1.5/2.5/3 mm bestellen müssen. Aber das weiß man beim Experimentieren ja meistens nicht im vorhinein.
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Mich zeizt ja auch alles was irgendwie kracht und auf hohe Geschwindigkeit gebracht wird. Daher darf der Thomsonsche Ringversuch natürlich nicht fehlen. Im Physiksaal schließe ich hierfür die Spule einfach ans 230V-Netz und lass den Aluring hochfliegen. Nun möchte ich noch eine mobile Version basteln. Daher kommt anstelle des Netzanschlusses eine kleinere Kondensatorbank zum Einsatz. Hierfür eignen sich die Blitzelkos von pollin (https://www.pollin.de/p/camion-photo-flash-100-f-330-v-10-stueck-210686) bestens. Ich werde jeweils 2 in Serie und dann 20 parallel verschalten. So komme ich auf eine Gesamtkapazität von 1000 µF bei einer Spannungsfestigkeit von 660V. Geladen werden die Kondensatoren über einen CCFL-Inverter + Diode. Die Eingangsspannung stelle ich mittels LM317 so ein, dass die Ladespannung ca. 500V beträgt. Entladen wird die Kondensatorbank über Thyristoren BT145-800R, wobei ich schon 6-7 davon parallel verschalte. So dürften sie dann einen kurzzeitigen Strom von 1800-2100A aushalten. Eine Frage habe ich aber zur Lenz'schen Regel hier: Angenommen der Stromverlauf durch die Spule folgt einem Sinus zwischen 0° und 180°. Dann ist ja das aufbauende Magnetfeld immer gleichgerichtet. Der magnetische Fluss durch den Ring nimmt aber innerhalb 0° und 90° zu und zwischen 90° und 180° ab. Daher wechselt die im Ring induzierte Spannung ja nach 90° ihre Richtung und das Ringmagnetfeld müsste bei 90° auch seine Polung umkehren. Daher, so mein Schluss, müsste der Ring während 0° und 90° abgestoßen und zwischen 90° und 180° angezogen werden. Wenn dies stimmt, muss der Ring für maximale Geschwindigkeit den ferromagnetischen Führungsstab bereits nach spätestens 90° verlassen haben, da er sonst wieder angezogen wird. Warum funktioniert dann aber der Thomson'sche Ringversuch auch mit Wechselspannung, wenn der Ring nach einer Viertelperiode den Führungsstab zum Beispiel noch nicht verlassen hat? Oder ist er so schnell und hat ihn bereits vor der Umkehrung des Ringmagnetfelds verlassen? Danke im voraus für eure Antworten...
Wenn du das Vertikal anordnest, brauchst du eine Steuerung um eine gute Schwingung zu erzeugen, weil sonst immer die Graviationsparabel wirkt. Es ist einfacher, das in der Vertikalen zu probieren.
@Georg: Redest du von meinem Maxwellverteilung-Experiment? Werde nicht genau schlau aus deinem Kommentar... Die einfache Ladeschaltung für den Thomsonring-Versuch bestehend aus einem step-down-converter + CCFL-Inverter ist fertig. Von den pollin-Blitzelkos hatte ich leider nur 10 Stück bereits zuhause, aber da sind ja gerade 100 Stück auf dem Weg zu mir neben den Thyristoren. Gestern habe ich auch noch das 25/22 mm Alurohr für die Projektile und das 20 mm PVC-Rohr für den Kern besorgt. Die Projektile wiegen so zwischen 2 und 3 g. Im Buch von Thomas Rapp wird der Wirkungsgrad für den Thomsonschen Ringversuch leider nur mit weniger als 1 % angegeben. Von daher darf ich mir bei einer Kondensatorenergie von rund 130 J nicht viel erwarten. Dies ergäbe nämlich nur Geschwindigkeiten im Bereich von ca. 30 m/s. Alurrundrohr: https://www.hornbach.at/p/rundrohr-aluminium-o-25x1-5-mm-1-m/8829155/ PVC-Rohr: https://www.hornbach.at/p/installationsrohr-m20-starr-lichtgrau-3m/5715556/?sourceArt=10547867&trackArticleCrossType=vb&url=5715556 Für den Kern habe ich auf ebay isolierte, dünne Steckdrähte aus dem Blumenhandel besorgt. Damit fülle ich das 20 mm PVC-Rohr. Die Isolierung soll verlustreiche Wirbelströme vermeiden... ebay-link Steckdraht: https://www.ebay.de/itm/373542999693 Die 3D-Druckteile für den Maxwell-Boltzmannverteilung-Versuch (Auffangbox) und den Elektromagneten (Spulenhalterung) kommen nächste Woche an.
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Christoph E. schrieb: > Warum funktioniert dann aber der Thomson'sche Ringversuch auch mit > Wechselspannung, wenn der Ring nach einer Viertelperiode den > Führungsstab zum Beispiel noch nicht verlassen hat? Weil die Lenzsch'e Regel immer wirkt, d.h. der Ring wird polaritätunabhängig abgestoßen. Die meisten Relais ziehen den Anker auch polaritätsunabhängig an.
Es sind einige Teile angekommen, so der Steckdraht (500 Stück) für den Kern des Thomsonschen Ringversuchs. Die Spulenhalterung habe ich auch aus einer Platte geschnitten. Ich denke mir es macht physikalisch Sinn, diese recht schmal zu wählen, damit die Spule ein möglichst starkes Magnetfeld erzeugt. Ich werde es einmal mit 50-100 Windungen probieren. Habe mir dafür extra 1.4 mm Kupferlackdraht auf willhaben bestellt. Der müsste auch diese Woche ankommen... Die 3D-Druckteile konnte ich gestern auch schon in Empfang nehmen. Die Spulenhalterungen für den Elektromagneten (für den Zeeman-Effekt-Versuch) passen perfekt und sind bereits verklebt. Bewickeln werde ich sie mit 0.6 mm Kupferlackdraht und zwar 500 Windungen. Das Kugelauffangmodul sieht auch perfekt aus, wie geplant. Einzig das Gefälle der Rampe für die Kugeln ist wohl etwas zu steil. Denn die Kugeln haben zum Teil so viel Schwung am Ende, dass sie aus der Rinne herausfliegen. Auch bei den Einlässen/Schlitzen oben kann es vorkommen, dass Kugeln vom dünnen Rand abprallen und dann in einen anderen Schlitz erst fallen. Ob dies ein großes Problem ist, muss ich experimentell erst herausfinden...
Gestern konnte ich noch die Spule mit n = 600 Windungen fertigstellen und gleich eine Messserie mit dem Elektromagneten aufnehmen. Dazu habe ich die beiden Spulen parallel an mein 32V/30A Netzteil angeschlossen. Bei 31.7 V (= U_max) fließt immerhin ein Strom von 15.4 A, was einer Leistung von beachtlichen 488 W entspricht. Die Flussdichte B beträgt dabei dann 0.44 T. Die Kurve B(I) flacht aber wie zu erwarten war stark ab. Aber mit dem Ergebnis bin ich einmal zufrieden und werde als nächstes dann mit dem Elektromagneten neuerlich versuchen, den Zeeman-Effekt zu beweisen.
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Den Versuch zur Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung konnte ich gestern durchführen. Etwas mühsam ist dann das Aufsammeln der herausgefallenen Kugeln. Mit den erhaltenen Verteilungen bin ich aber einigermaßen zufrieden. Zuerst steigen diese stark an um dann etwas langsamer wieder gegen hohe Geschwindigkeiten abzufallen. Gekostet hat mich der Spaß 100 Euro (Legosteine), 20 Euro (Legomotoren), 30 Euro (3D-Druck), 12 Euro (Stahlkugeln), also in Summe 162 Euro, wobei ich jetzt sehr viele Legosteine übrig habe und auch noch einen zweiten Motor in Reserve. Wie schon gesagt, im Schulmittelhandel kostet der Versuch 4700 Euro...
Der Aufbau zum Thomsonschen Ringversuch nimmt auch schön langsam Form an. Die Kondensatorbank und das Thyristormodul sind soweit fertig. Ich habe 8 Stück der BT145-800R Thyristoren parallel geschaltet, um nun für Pulssträme bis 2400 A gewappnet zu sein. Die Spule habe ich auch schon gewickelt und mich für 66 Windungen aus 1.4 mm Kupferlackdraht entschieden. Jetzt warte ich nur noch auf die Taster von ebay. Da habe ich mich für welche von der Firma Multimech entschieden, da ich schon einmal was das Nicht-Prellen anbelangt sehr gute Erfahrung mit diesen Modellen gemacht habe. Link: https://www.ebay.com/itm/373037986137 Und als running gag: Ich habe doch tatsächlich noch einen kurzen weiteren Versuch aufgespürt, den ich noch machen werde und zwar zum Hagen-Poiseuille-Gesetz. Da werde ich den Volumsfluss V/t für zwei unterschiedlich dicke Schläuche (ID 1 mm bzw. 1.5 mm) bestimmen. Diese müssten sich dann um den Faktor 1.5^4 = 5.06 unterscheiden...
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Mein Elektromagnet war ja nun soweit fertig und wartete nur auf seinen Einsatz im Versuch zum Zeemaneffekt. Diesen versuchte ich heute nachzuweisen. Dazu beleuchtete ich den Spalt des Elektromagneten mit einer Natriumdampflampe. Im Spalt befand sich auch noch eine mit Kochsalz gefärbte Gasflamme. Ohne Magnetfeld erfolgte Resonanz und das Licht der Natriumdampflampe wurde durch die Natriumatome in der Flamme in alle Richtungen gestreut. Dadurch warf die Flamme einen dunklen Schatten auf einer Wand hinter dem gesamten Aufbau. Schaltete ich aber nun den Elektromagneten ein, so befanden sich die Energieniveaus der Natriumatome durch den Zeemaneffekt an einer geringfügig anderen Energie. Deshalb erfolgte keine Resonanzabsorption des Natriumlichts mehr und der Flammenschatten erhellte sich ein wenig. Dies konnte ich tatsächlich auch beobachten. Der Effekt ist aber sehr gering, trotz der 0.45 T Flussdichte im Spalt zwischen den Polschuhen. Um den Zeemaneffekt also auf diese Art nachzuweisen, benötigt man wirklich starke Magnetfelder > 0.45 T. Ich bin aber sehr zufrieden mit dem Ergebnis. Heureka... Hier auf meiner Homepage kann man das Video ganz am Seitenende auch sehen: https://stoppi-homemade-physics.de/zeeman-effekt/
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Die nicht prellenden Schalter aus Frankreich sind angekommen und so konnte ich den gesamten Aufbau zum Thomsonring-Versuch fertigstellen und testen. Und die Ergebnisse waren ernüchternd. Bei einer Ladespannung von 200 V komme ich auf eine berauschende Geschwindigkeit von 4.5 m/s und bei 600 V waren es 14.82 m/s = 53.4 km/h. Damit bekomme ich im Stadtgebiet nicht einmal einen Strafzettel ;-) Aber ich habe noch einmal nachgeschaut: Beim Betrieb des Versuchs mit Netzspannung hatte der zugegebenermaßen deutlich schwerere Aluring auch nur eine Geschwindigkeit von 15 m/s. Der Wirkungsgrad ist grottenschlecht und liegt bei nicht einmal 0.1 %. Einzig Positives: Der Aufbau fliegt nicht auseinander und die Thyristoren verrichten klaglos ihren Dienst. Jetzt werde ich das Ganze einmal schön ins Kunststoffgehäuse verfrachten und mich vom Schock der hohen Geschwindigkeit erholen. Eine zumindest doppelt so große Geschwindigkeit wäre halt schon schön gewesen. Vielleicht kann ich ja am Aufbau noch etwas optimieren. Mit der Ladespannung kann ich aber nicht viel höher als 620 V gehen, denn die Spannungsfestigkeit der Kondensatoren liegt bei 2 x 330 V = 660 V. P.S.: Den CCFL-Inverter habe ich auch gegen ein anderes HV-Modul getauscht, da er mit einer so geringen Spannung (ca.2-3 V) betrieben mit der Kondensatorbank überfordert war. Jetzt geht das Laden eigentlich problemlos vonstatten...
So, der Aufbau hat seinen Platz in dem Gehäuse (Abmessungen 180 x 205 x 70 mm) gefunden, er hätte aber keinen Millimeter größer sein dürfen. Mit dem Ergebnis/der Ringgeschwindigkeit bin ich so halbwegs zufrieden. Der Ring schießt schön bis zur Zimmerdecke. Abdruck wie im Physiksaal mit dem massiveren Ring hinterlässt er dort aber nicht... ;-) Das Video wurde mit meiner Casio-High-Speed-Kamera mit 420 fps aufgenommen. Was hat mich der ganze Spaß gekostet? Die Pollin-Bestellung hat 35 Euro ausgemacht, der Steckdraht ca. 20 Euro, das Gehäuse 13 Euro, das HV-Modul 7 Euro, Alu- und Plastikrohr nochmals 10 Euro, Schalter 10 Euro, Platine 2 Euro, in Summe also 97 Euro. Das war es mir auf jeden Fall wert, immerhin vereint der Versuch ziemlich viel an anschaulicher Physik. Bzgl. Hagen-Poiseuille-Gesetz warte ich noch auf weitere dünne Schläuche, der Rest ist eigentlich fertig. Und dann möchte ich noch einen Versuch zum Halleffekt machen und zwar mit einer dünnen Kupferschicht (Hallkonstante nur -53 * 10^−12 m³/C) inkl. Verstärker und dann noch mit Bismut (Hallkonstante immerhin -500 000 * 10^−12 m³/C). Habe hierfür 100 g Bismut auf ebay.com bestellt. Das hat einen Schmelzpunkt von lediglich 271 °C, sodass ich es schmelzen und dann zu einem dünnen Plättchen formen kann. Die Hallspannung ist ja umgekehrt proportional zur Dicke des Körpers...
Christoph E. schrieb: > Vielleicht hat ja jemand von euch eine Idee bzw. einen Vorschlag, was > ich noch probieren könnte. Das Problem ist auch, dass ich über keine > Werkstatt verfüge und eigentlich alles in der Wohnung mache. Vielleicht ließe sich noch eine akustische Wärmepumpe bauen. Prinzip siehe hier: https://www.forschung-burgenland.at/projekte/projekt/thermoacoustic-hp/ Wenn man das mit einem Abflussrohr machen sollte, müßte mit einem IR-Meter außen entlanggefahren, der schwankenden Temperaturverlauf gemessen werden können.
Walter T. schrieb: > Und dass mir > selbst Projekt-Beschreibungen über Video massiv auf die Nerven gehen, > weil das Tempo eigentlich immer unpassend ist (meist zu langsam). ... mithin ein Grund warum ich kaum Videos schaue: Das Tempo passt nicht. Wirklich anspruchsvolle Dinge zu präsentieren erfordert einen gleichen Wissenstand bei den Zuhörern. Das klappt in Schulen und Unis, wo alle langsam kontinuierlich hochgezogen werden. Das breite Publikum ist sehr heterogen informiert und hat daher verteilte Lücken. D.h. jeder hat eine andere Stelle, an der es bei ihm klemmt. Daher sind Texte besser, die man 3-4 mal langsam lesen kann, Seiten verblättern und hin- und herschauen kann. Videos dudeln mit dem Tempo, mit dem der Präsentator eben spricht. Das ist zu 90% nicht passend- oft ist es zu langsam und an den wenigen interessanten Stellen zu schnell und zu oberflächlich. Meistens sind sie auch schlecht vorbereitet, es gibt kein Script, die Macher bringen viel zu viel Redundanz, produzieren trotzdem Lücken und hüpfen didaktisch hin und her. Das taugt nur, um die Bedienung von Staubsaugern zu erklären :-) (Ich werte das aus meiner Erfahrung mit Tonaufnahmen für Hörbücher und der Arbeit mit Synchronsprechern und Schauspielern bei TV-Produktionen).
Ich möchte ja den Halleffekt mit Kupfer und mit Bismut überprüfen. Als Kupferplättchen verwende ich einfach eine einseitige Kupferplatine. Deren Kupferschicht dürfte wohl rund 35 µm dick sein. Da Kupfer aber eine sehr niedrige Hallkonstante hat und die Hallspannungen daher nur im niedrigen µV-Bereich liegen, benötige ich einen starken Verstärker. Auf der Seite Elektronik-Labor von Burkhard Kainka bin ich auf eben diesen Versuch und den Schaltplan eines Verstärkers mit dem LM358 gestoßen. Link: https://www.elektronik-labor.de/Notizen/Halleffekt.html Die Schaltung habe ich gleich nachgebaut und schon getestet. Leider ist das Ganze weit komplizierter als erhofft. Stelle ich mit dem Potentiometer eine niedrige Ausgangsspannung ein, so schwankt diese stärker (im 10 mV-Bereich) bzw. driftet. Bei höher eingestellter Ausgangsspannung ist diese dann "ruhiger", aber die Hallsonde spricht nicht wirklich auf einen Magneten unterhalb dieser an. Es sollte bei 1A durch die Hallsonde und einer 6667-fachen Verstärkung ein Spannungsunterschied von ca. 7 mV zu messen sein, wenn man den Magneten umdreht (reine Hallspannung also 3.5 mV). Damit die Ausgangsspannung noch stabiler ist, lese ich sie mit einem Arduino + ADS1115 ADC ein und bilde den Mittelwert aus 1000 Messungen. Aber irgendwie passen die Messwerte nicht bzw. zeigen keine richtige Abhängigkeit vom Magneten. Dessen Flussdichte habe ich mit 0.36 T bestimmt. Problem ist, dass die Störeinflüsse (Thermospannungen, Induktionsspannungen usw.) deutlich größer als die Hallspannung sind. Ich habe schon B. Kainka kontaktiert und dieser hat mir netterweise auch schon geantwortet. Auch er berichtet von Schwierigkeiten mit der Schaltung. Ich werde der Sache aber noch weiter nachgehen. Bismut hat eine 10000 mal größere Hallkonstante. Bei einer angenommenen Dicke des Bismutplättchens von 1 mm (gegenüber 35 µm vom Kupfer), müsste die Hallspannung trotzdem ca. 333 mal größer sein und somit schon ohne Verstärkung im mV-Bereich liegen. Vielleicht möchte ja einer von euch sich auch an dem Kupfer-Hallelement versuchen und dann hier berichten ;-) Lötplan hänge ich an...
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Der LM358 hat recht viel Input Offset Voltage im mV Bereich und Drift (7µV/Grad). Diese Spannungen werden ja mit verstärkt. Für Verstärkung kleiner DC Spannungen wären besser Offset-arme OPVs wie z.B. OP27 u.ä. zu verwenden.
Das geht mit starken Magneten, die so etwas können: https://www.diktieren24.de/Loeschmagnet-fuer-alle-Mini-und-Mikrokassetten Um den DC-Offset auszutricksen, gibt es das Prinzip des Chopper-Verstärkers. Das bedeutet den Srom durch den Hallsensorstreifen polst Du mehrfach um. Du verstärkst dann nur die Wechselspannung in der ersten Stufe. Je größer die Hallspannung wird, desto größer wird auch die Wechselspannung.
Danke für eure Hinweise, Bernhard & Dieter Ich habe es jetzt einmal mit meinem µV-Meter probiert. Dieses verwendet einen AD8551 bzw. MAX4238. Beide haben eine extrem niedrige input offset voltage von nur rund 1 µV. An den Ausgang des Verstärkers hängte ich meinen ADS1115 + Arduino. Mit diesem lese ich 1000 Spannungswerte ein und bilde den Mittelwert. Das beruhigt die Messung noch zusätzlich und erhöht die Genauigkeit. Mit dieser Methode konnte ich dann tatsächlich den Halleffekt bei Kupfer messen. Durch Umdrehen des Magneten änderte sich meine Ausgangsspannung um ca. 4 mV. Laut Theorie sollten es 6 mV sein. Das passt also schon ziemlich gut. Jetzt warte ich noch auf das Bismut, um damit ebenfalls die Hallspannung zu messen. Damit dürften die Probleme aber deutlich geringer sein, da viel höhere Spannungen zu erwarten sind. Das Bismut werde ich schmelzen und dann ein dünnes Plättchen formen. Bin schon gespannt, wie gut mir dies glückt... Die Teile für das Hagen-Poiseuille-Gesetz sind auch schon alle eingetroffen. Die Ergebnisse dazu liefere ich noch nach.
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Christoph E. schrieb: > Jetzt warte ich noch auf das Bismut, Was auch noch ginge, wäre eine Platine vorzubereiten und die Strombahn auf das Pertinax mit Leitsilber aufzutragen. Die Leitfläche wäre dann noch wesentlich dünner als die 35µ des Kupfers.
Danke für den Tipp, Dieter. Du meinst die mit Leitsilber aufgetragene Schicht ist dann dünner als 35 µm? Hier noch mein einfacher Versuch zum Hagen-Poiseuille-Gesetz, welches besagt, dass der Volumsfluss V/t proportional zum Radius hoch 4 des Rohrs ist. Bei meinem Aufbau mit dem Y-Stück ist ja der zeitliche Druckverlauf p(t) und auch die Durchflussdauer t für beide Rohre gleich und daher auch die Volumina V proportional zu r^4. Bei den verwendeten Rohrdurchmesser von 2 bzw. 3 mm würde man also ein Verhältnis von 1.5^4 = ca. 5 erwarten. Ich habe 55 ml zu 12 ml experimentell ermittelt, also ein Verhältnis von 4.58. Es ist gar nicht so einfach bei so dünnen Schläuchen einen ungehinderten Wasserfluss zu garantieren. Musste dafür manchmal einen der beiden Schläuche kurz zuhalten bzw. daran saugen. Hier auf meiner Homepage gibt es mehr Informationen dazu und auch eine kurze Herleitung des Hagen-Poiseuille-Gesetzes, die mich an meine Prüfung in Experimentalphysik 1 vor mehr als 30 Jahren erinnert: https://stoppi-homemade-physics.de/hagen-poiseuille-gesetz/ Wer sich noch das Video zum Thomsonringversuch anschauen möchte, dieses habe ich heute online gestellt: https://www.youtube.com/watch?v=Mj3Ne8xF-l8 Der Wirkungsgrad ist aber wie schon erwähnt grottenschlecht und daher die erzielte Ringgeschwindigkeit mit 54 km/h mehr als bescheiden. Jetzt warte ich noch auf meine "Edison-vintage-Glühbirnen" mit geringer Neonfüllung für den Plasmatoroid-Versuch. Da habe ich mittlerweile die 3te Glühbirne bestellt, da die beiden ersten aus China scheinbar bei mir nicht ankommen wollen... Link: https://www.amazon.de/gp/product/B08182GPH7/
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Christoph E. schrieb: > Du meinst die mit Leitsilber aufgetragene > Schicht ist dann dünner als 35 µm? Genau. Setzt aber voraus es wird nicht mehrmals zu dick aufgetragen.
Gestern sind die bestellten Teile für die Wasserrakete(n) von der Firma Klima angekommen. Beim Auspacken hatte ich tatkräftige Unterstützung vom Hund der Tochter... Hat mich inkl. Versand nur 21 Euro gekostet. Bei dem Preis wäre es total unwirtschaftlich, mir eigene Teile auszudrucken bzw. zu basteln. Praktisch sind auch die Schaumgummispitzen, welche erstens einen Schutz beim Aufprall bieten und zudem aerodynamisch eine Verbesserung darstellen. Link: https://www.raketenmodellbau-klima.de/AquaStarParty.htm?shop=raketenklima&SessionId=&a=article&ProdNr=6044%5FPP&t=23&c=34&p=34 Ich habe ja mit meinen Schülern den Flug der Wasserrakete mit der Software Vimps analysiert. Dabei kommt man auf eine Startgeschwindigkeit von immerhin 190 km/h. Ich werde im Keller noch nach einem Bremsgriff und einem Lenker suchen, damit die Auslösung des Starts bequem über einen Handgriff erfolgt. Beim Innendruck werde ich bis ca. 6-7 bar gehen. Damit bleibe ich hoffentlich noch auf der sicheren Seite. Ich habe noch ein weiteres Wasserraketenset von Rokit aus England. Dieses löst aber automatisch bei einem bestimmten Innendruck aus, wenn der Schlauchanschluss aus dem Gummi gedrückt wird. Die so erzielbaren Höhen werden wohl geringer sein. Link: https://www.getdigital.de/rokit-flaschenraketen-set.html Wenn ich erste Starts durchgeführt habe, kann ich ja davon berichten...
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So, ich war im Keller und bin auch fündig geworden. Habe den Schaltbremshebel und den Lenker mit der Säge bearbeitet. Die Auslösung der Rakete funktioniert aber (scheinbar) reibungslos und bequem ohne störende Seitenkräfte... Durch Erinnerung an meine Experimentalphysikvorlesungen ist mir wieder das Wiedemann-Franzsche-Gesetz eingefallen. Es verknüpft die Wärmeleitfähigkeit lambda mit der elektrischen Leitfähigkeit sigma. Beide Größen sind direkt proportional, was ja auch einleuchtet. Ein guter elektrischer Leiter wie z.B. Metalle ist auch ein guter Wärmeleiter und vice versa. Ich habe mir auch schon Gedanken zum Versuchsaufbau gemacht. Die elektrische Leitfähigkeit bestimme ich wie gewohnt mit einer Konstantstromquelle (1 A), wobei ich den Spannungsabfall U am Aluminiumstab messe. Dieser ist dann gleich dem elektrischen Widerstand R. Durch Messung vonn Querschnitt A und Länge L komme ich auf den spezifischen Widerstand ro bzw. die elektrische Leitfähigkeit sigma = 1 / ro. Die Wärmeleitfähigkeit messe ich mit einer auf den Aluminiumstab aufgebrachten Heizplatte. Das andere Ende taucht in ein Wasserbad. Für die zugeführte elektrische Leistung P gilt dann: P = U * I = lambda * A * (T1 - T2) / L mit der Querschnittsfläche A und dem Temperaturunterschied T1 - T2 entlang der Länge L. Jetzt hängt laut Wiedemann-Franz-Gesetz sigma/lambda von der Temperatur T ab und lambda bestimme ich über einen Temperaturgradienten. Da werde ich dann wohl eine mittlere Temperatur in die Formel einsetzen. Ziel ist es, den Proportionalitätsfaktor L (keine Länge jetzt) zwischen lambda und sigma * T, die sog. Lorenzzahl experimentell zu ermitteln. In dieser steckt die Elementarladung e und die Boltzmannkonstante k_B. Ich weiß, dass dieser experimentelle Aufbau zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit lambda Schwächen hat, aber es geht mir wie immer mehr ums Prinzip als um die letzte Genauigkeit. Wenn aber jemand von euch einen anderen Vorschlag hat, um die Wärmeleitfähigkeit zu bestimmen, nur her damit und danke dafür... Heizplatte habe ich bereits über ebay bestellt und die Alurundstange (15 mm Durchmesser) werde ich im Baumarkt besorgen. Wärmeleitkleber müsste ich noch von meinem Versuch zur Bestimmung der Bandlücke von Germanium haben. So nutze ich meine bereits getätigten Physikeinkäufe ideal aus ;-)
Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium konnte ich mittlerweile zu 3.71 * 10^7 1/Ohm*m bestimmen. Der Sollwert liegt bei 3.77 * 10^7, also wirklich sehr knapp daneben. Ich musste aber für die Messung der geringen Spannung mein µV-Meter (gain = 1000) nehmen, mein Multimeter war mit seiner 0.1 mV-Auflösung zu ungenau. Der Widerstand des 4 mm dicken und 40 cm langen Aluminiumstabs lag bei 0.858 mOhm. Entsprechend lag die bei 1 A abfallende Spannung ebenso bei 0.858 mV. Jetzt warte ich auf die Heizplatte aus China, dann kann ich die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium bestimmen. In der Zwischenzeit ist auch die Retro-Glühbirne mit geringer Edelgasfüllung heil angekommen. Diese bildet ja das Herzstück meines simplen Plasmatoroids. Den Versuch dazu werde ich wohl am Wochenende durchführen...
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Heute habe ich den Alu-4-Kantstab mit 12 mm Seitenlänge und ein Isolierrohr im Baumarkt für die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Aluminium besorgt. Und dann habe ich noch einen ersten Versuch mit meiner Neon-Glühbirne zum Experiment "Plasmatoroid" unternommen. Die Schaltung hat sich als etwas zickig herausgestellt. Nur wenn ich die Primärspule verbiege und verstelle, erscheint dann hin und wieder das ringförmige Plasma. Bei zwei Versuchen hatte ich sogar einen ziemlich kräftigen, eher weißen Ring. Leider konnte ich diesen bisher nicht mehr reproduzieren. Ich werde mich aber noch mit der Schaltung spielen und verschiedene Spulen probieren. Gegebenenfalls erhöhe ich auch noch die Schwingkreiskapazität (derzeit 150 pF), um die Frequenz zu drücken. Über 10 MHz sind halt kein Pappenstiel für die IRFP260...
Dieter D. schrieb: > Das geht mit starken Magneten, die so etwas können: Wenn benötigt, würde ich zu den Neodym-Magneten raten, die auf EBAY vertickt werden. Ich habe da einige mit 30mm x 30mm x 10mm. Die haben gewaltige Felder und halten sie auch! Wenn sich zwei von den "geküsst" haben, kriegt man die praktisch nicht mehr auseinander.
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Da Schüler (und ich) ja gerne mit Sachen schießen hier noch ein Vorschlag für das Physiklabor zum Thema "schiefer Wurf". Benötigt werden nur wenige Legoteile wie spring shooter (15400), passende Pfeile (15303), eine hinge plate 2x4 (3149c01) und ein gewöhnlicher 2x4 brick (3001). Deshalb kann dieser Schussapparat auch mehrfach günstig fürs Labor angeschafft werden. Die Schussweite hat mich positiv überrascht. Aufgabe ist es, die Schussweite für verschiedene Abschusswinkel zu bestimmen. Am besten, man wiederholt pro Abschusswinkel den Abschuss 5x und bildet dann den Mittelwert. Zuletzt zeichnet man den Graphen w(alpha) und bestimmt das Maximum. Wer noch möchte, kann ja dann aus der Schussweite noch die Abschussgeschwindigkeit v berechnen mittels der simplen Formel w = v²/g. Während die Legoteile für den Physiksaal geeignet sind, muss man die Trinkhalmrakete draußen im Freien starten. Denn mit dieser erzielt man Flugweiten von bis zu 30 m und mehr. Auch für diese Rakete benötigt man nicht viel. Nur eine Fahrradpumpe, ein Messingrohr welches gut in die Pumpenöffnung passt und vom Gummi dort abgedichtet wird, ein dicker Trinkhalm wie jener von Mc Donalds, Papier für die Leitwerke und etwas Plastilin/Knetmasse. Die Knetmasse kommt oben in die Spitze des Trinkhalms. Dann stülpt man die Rakete über das Messingrohr und drückt die Knetmasse fest ins Rohr. Wenn man jetzt die Pumpe sehr schnell komprimiert, löst sich bei einem bestimmten Druck die Rakete und saust schnell davon. Auch hier sollen die Schüler wieder die Flugweite in Abhängigkeit vom Abschusswinkel bestimmen und dann den optimalen Abschusswinkel bzw. die maximale Schussweite ermitteln. Zum Schluss noch zwei EXCEL-Simulationen zum schiefen Wurf ohne und mit Luftwiderstand...
Einen Versuch zum Magnus-Effekt hätte ich noch und zwar den Flettnerrotor. Dabei wird ein rotierender Zylinder in eine Luftströmung gebracht und erfährt eine Querkraft zur Luftströmung. Grund ist der geringere dynamische Druck und der höhere statische Druck auf der der Seite, wo die Zylinderoberfläche sich genau gegen die Luftströmung bewegt. Bewegt sie sich mit dieser mit (andere Seite), so sind dynamischer Druck groß und entsprechend der statische Druck klein. Die Teile habe ich über ebay.com zusammengetragen bzw. beim (letzten) Elektronikgeschäft vor Ort (Neuhold-Elektronik: https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/) besorgt. Für die Luftströmung verwende ich meinen "Windmacher", welcher bisher bei meinem Windkanal zur cw-Bestimmung zum Einsatz kam. Damit kann ich Windgeschwindigkeiten bis ca. 85 km/h erzeugen. Den gesamten Aufbau des Flettnerrotors stelle ich auf eine Waage und bestimme die Gewichtszunahme bzw. -abnahme. Da muss ich aber noch experimentell ermitteln, ob mir der reine Luftwiderstand und ein daraus resultierendes Drehmoment noch einen Strich durch die Rechnung macht. Falls ja, muss ich mir etwas anderes überlegen. Ich bin vor Jahren einmal über eine Jugend-Forscht-Arbeit genau zu diesem Thema gestoßen. Soweit ich mich noch erinnere, war der Magnuseffekt am größten, wenn die Zylindergeschwindigkeit der 4-fachen Windgeschwindigkeit entsprach. Mal schauen, ob ich dies bestätigen kann. Hat jemand von euch vielleicht noch diese Jugend-forscht-Arbeit zum Flettnerrotor? Danke im voraus...
Nachdem die k-type Thermofühler und die Heizplatte zuletzt angekommen sind, konnte ich den Aufbau zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Aluminium fertigstellen. Wärmeisoliert habe ich das ganze noch mit Moosgummi bzw. Isolierrohr. Wenn ich erste Messresultate für lambda habe, reiche ich diese nach. Zum Aufbau des Flettnerrotors: Wenn ich zuerst die Windmaschine auf die gewünschte Geschwindigkeit einschalte, dann die Waage auf Null setze und erst zum Schluss den Zylinder in Drehung versetze, müsste ich eigentlich den reinen Magnus-Effekt mit der Waage messen können. Mal schauen, ob das so klappt...
Heute am Tag des Herren konnte ich den Versuch zur Wärmeleitfähigkeit von Aluminium durchführen. Bei einer Leistung der Heizplatte von rund 20 W schmolz mir der Mossgummi. Zudem hatte ich bei dieser hohen Temperatur logischerweise die größten Wärmeverluste an die Umgebung und daher wich die experimentell bestimmte Wärmeleitfähigkeit lambda am deutlichsten vom Sollwert ab. Ich erhielt bei 20W Heizleistung ein lambda = 516 W/m*K. Der Sollwert für Aluminium liegt bei nur 236 W/m*K. Daher reduzierte ich die Heizleistung in mehreren Schritten bis runter auf 0.46 W. Die ermittelten Wärmeleitfähigkeiten passten aufgrund der geringer werdenden Wärmeverluste immer besser mit dem theoretischen Wert überein. Obwohl ich letztendlich dennoch eine erhebliche Abweichung hatte: Experiment: lambda = 372.7 W/m*K Theorie: lambda = 236 W/m*K Noch weiter runter kann ich nicht wirklich mit der Heizleistung. Vielleicht überlege ich mir noch einen anderen experimentellen Ansatz. Die von mir experimentell bestimmte Lorenzzahl L liegt bei 3.43 * 10^-8 V²/K². Der Sollwert liegt zwischen 2.1 - 2.9 * 10^-8 V²/K². Das Wiedermann-Franz-Gesetz (https://de.wikipedia.org/wiki/Wiedemann-Franzsches_Gesetz) lautet: lambda / sigma = L * T lambda.... Wärmeleitfähigkeit, sigma.... elektrische Leitfähigkeit, L....Lorenzzahl, T....Temperatur Abschließend kann ich aber sagen, dass mir dieser Versuch eine Freude bereitet hat. Man sieht aber wieder einmal, dass sich Theorie experimentell nicht ganz einfach beweisen lässt. Was hat mich dieser Spaß gekostet? Für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit gab ich inkl. µV-Meter um die 25 Euro aus, die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit kostete mich 55 Euro, also in Summe 80 Euro...
Für den Flettnerrotor habe ich Zylinder zum 3d-drucken in Auftrag gegeben. Die Motorhalterung werde ich mit Matador-Holzelementen basteln (https://www.matador.at/Produkte/Explorer-5/Einzelteile-Ersatzteile:::1_3_55.html). Zum Thema physikalische Extremwertaufgabe habe ich noch einen schönen und einfachen Versuch. Dieser benötigt eine Matador-Holzleiste mit 19 Löchern (https://www.matador.at/Produkte/Explorer-5/Einzelteile-Ersatzteile/Streben/19er-Streben::72.html). Von den Schülern ist die Periodendauer dieses physikalischen Pendels für verschiedene Aufhängepunkte zu bestimmen. Bei einem bestimmten Abstand s = Wurzel(I_S/m) ist die Periodendauer minimal und das physikalische Pendel schwingt am schnellsten. Im konkreten Experiment ist dies für s = 11.4 cm der Fall. Das Trägheitsmoment I_S um den Schwerpunkt kann sowohl experimentell über die Periodendauer, als auch theoretisch mittels der Formel für eine dünne Holzleiste bestimmt und verglichen werden. In meinem Fall erhalte ich fast identische Werte im Bereich von 0.0003 kg*m².
Lustig, in einem anderen Beitrag hier im Forum wurde gerade nach Bismut gesucht. Für meinen Halleffekt-Versuch benötige ich auch Bismut und dieses ist diese Woche auch bei mir eingetroffen. Bekommt man auf Amazon günstig zu kaufen: https://www.amazon.de/Bismut-Wismut-Kristall-Kristalle-Angelk%C3%B6der/dp/B07BLS5JHK/ Die Hallkonstante von Bismut ist mit 5 * 10^-7 m³/C extrem groß. Zum Vergleich: Jene von Kupfer beträgt nur 5.3 * 10^-11 m³/C. Daher benötigt man zum Nachweis des Halleffekts nur ein gewöhnliches Multimeter und keinen Verstärker. Das Bismutplättchen habe ich mittels zweier Glasbecher geformt, indem das geschmolzene Bismuut mit beiden Glasböden zusammengedrückt wird. Leider gingen mir dabei beide Trinkgläser zu Bruch. Also: Unbedingt hitzebeständiges Borosilikatglas verwenden! Die Dicke meines Plättchens beträgt rund 2 mm, ist also verhältnismäßig dick. Daher ist die zu erwartende Hallspannung gering und sollte bei einer Stromstärke von 2 A und einer Flussdichte von 0.36 T nur bei 0.18 mV liegen. Gerade groß genug für ein Multimeter. Ich konnte tatsächlich eine Spannungsänderung von +/- 0.1 mV feststellen, wenn ich den Magneten dem Bismutplättchen näherte bzw. umgedreht näherte. Eventuell besorge ich mir aber noch 250 ml Bechergläser, damit ich deutlich dünnere Plättchen herstellen kann. Denn Trinkgläser sind mir zuhause wie oben erwähnt ausgegangen ;-)
Christoph E. schrieb: > Also: Unbedingt > hitzebeständiges Borosilikatglas verwenden! Auch das wird dir zerspringen, wenn du es an einer recht scharf abgegrenzten Stelle mit der Temperatur geschmolzenen Bismuts beaufschlagst.
@Jack: Mal schauen, hitzebeständige Bechergläser für den Chemieunterricht müssen ja auch Bunsenbrennerflammen aushalten. Jetzt habe ich zumindest einen angebrannten Fleck auf meinem Küchenboden als kleine Erinnerung an den Versuch... Habe gestern den Versuch zum Halleffekt mit dem Bismutplättchen und meinem µV-Meter wiederholt, da ja die zu erwartenden Hallspannungen im Bereich der Multimeter-Auflösung liegen. Eingestellt habe ich eine Verstärkung von 1000. Bei Annäherung des Magneten mit B = ca. 0.36 T und einer Stromstärke von 1 A erhalte ich eine Änderung der Spannung (= Hallspannung) im Bereich von 0.2-0.25 V entsprechend also 0.2-0.25 mV. Ich habe die Dicke des Bismutplättchens nocheinmal gemessen und komme auf rund 1 mm. Daher sollte die Hallspannung bei +/- 0.18 mV liegen. Das passt also ziemlich perfekt, Heureka :-) Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/halleffekt/
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Die 3D-gedruckten Zylinder und Matador-Holzteile sind angekommen und so konnte ich den Aufbau für den Flettnerrotor fertigstellen. Jetzt stehen dann erste Messungen aus. Den Windkanal habe ich nicht zuhause bei mir, sondern nur einen BURG-Lüfter. Mal schauen, ob es mit dem auch funktioniert und die Waage eine kleine Veränderung anzeigt...
Kurzer Zwischenbericht: Mit dem BURG-Heizlüfter messe ich keine Gewichtserhöhung oder -reduzierung. Ich muss aber das Stativ auf der Waage mit doppelseitigen Klebeband fixieren und die Waage mit der Hand festhalten, damit nicht alles davonwandert durch die Vibrationen. Nächster Schritt: Föhn ;-) Eventuell muss ich auch eine feiner auflösende Waage verwenden, denn diese hat eine Auflösung von 1 g.
Für den Flettnerrotor habe ich mir vor Ort einen starken Elektromotor gekauft und Propeller inkl. passender Mitnehmer bestellt. Die Teile müssten in den nächsten Tagen ankommen. Damit hoffe ich mit meiner Küchenwaage je nach Rotationsrichtung des Flettnerrotors eine Veränderung festzustellen... Vor gut 18 Jahren habe ich einmal für ein Schulprojekt einen Strömungsmesser gebastelt. Dieser besteht aus zwei Propeller, einem Kegelrad und einem Fahrradtacho. Durch die Wasserströmung werden die Propeller in Bewegung versetzt und der Tacho liefert eine Geschwindigkeit auf seiner Anzeige. Damit diese mit einer Strömungsgeschwindigkeit verknüpft werden kann, muss der Aufbau zuerst kalibriert werden. Hierfür haben wir (Dank noch an Herbert und Christoph ;-)) in einem Schwimmbad den Strömungsmesser mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch das Wasser gezogen und dann die angezeigte Tachogeschwindigkeit notiert. Auf diese Weise haben wir einen schön linearen Zusammenhang erhalten mit dem Geradenanstieg k als Proportionalitätsfaktor zwischen v_Tacho und v_Strömung. In der Praxis getestet wurde der Strömungsmesser in der Obersteiermark. Dank fast bis zum Hals hinaufragender Gummistiefel und großem Wagemut konnte Herbert ein Tiefen- und Geschwindigkeitsprofoil mehrerer Bäche erstellen. Daraus lässt sich dann der Volumsfluss V/t berechnen. So flossen beim Erzbach zum Beispiel pro Sekunde 5800 Liter talwärts. Auf der Suche nach einem kompakteren Strömungsmesser bin ich auf den Durchflusssensor YF-S201 gestoßen. Diesen möchte ich als Strömungsmesser missbrauchen. Die ausgegebene Pulsrate hängt dann hoffentlich wieder linear mit der Strömungsgeschwindigkeit zusammen. Kalibriert wird dieser Sensor gleich wie der erste in einem Schwimmbad. Den simplen Arduino-Code habe ich angehängt...
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Das Experiment zum Flettnerrotor konnte ich heute mit dem Propeller durchführen. Da ich zuhause kein Anemometer und keinen Drehzahlmesser habe, musste ich mich zunächst mit Spannungsangaben begnügen. Für eine Spannung von 5.0 V bzw. 7.5 V am Propellermotor, also für zwei unterschiedliche Windgeschwindigkeiten, nahm ich die Gewichtsreduzierung in Abhängigkeit von der Zylindermotorspannung auf. Ich erhalte einen eher degressiven Verlauf. Die bei einem Jugend-forscht-Beitrag geäußerte These, dass im Optiomalfall die Zylindergeschwindigkeit der 4-fachen Windgeschwindigkeit entspricht, konnte ich so aber nicht bestätigen. Mein Verlauf besitzt zumindest in den beobachteten Spannungsgrenzen kein Extremum... Aber genauere Untersuchungen können ja dann interessierte Schüler durchführen. Ich möchte Ihnen ja nicht alles vorwegnehmen ;-) Heute habe ich auch das Video zum Coulombmeter auf Youtube hochgeladen, vielleicht interessiert es ja jemanden unter euch: https://www.youtube.com/watch?v=RcT73S51_JA
Im Moment sind sehr viele Sonnenflecken zu beobachten, darunter ein ziemlich großer. Aber ja nicht auf den Sonnenfilter vergessen und niemals ohne diesen durchs Teleskop oder Fernglas blicken!
Hallo Christoph, In Anbetracht aller Deiner tollen Physikexperimente möchte ich vorschlagen, sie in einem zukünftigen Buch mit Bauhinweisen zu verewigen. Als Schüler hätte mich das damals sehr fasziniert, inspiriert und angespornt, auf eigene Faust mich selber zu engagieren. Damals verschlang ich ähnliche Literatur. Im Forum geht das vielleicht alles doch im "Noise" der Welt unter. VG, Gerhard
@Gerhard: Ich habe ja eine sehr ausführliche Homepage (https://stoppi-homemade-physics.de/) und einen Youtube-Kanal (https://www.youtube.com/@stoppi/videos). Dort präsentiere ich bereits meine Projekte inkl. der benötigten Bauteile. Ein Buch/Bücher wären für mich schon reizvoll nur kann ich nicht abschätzen, wie groß die Nachfrage wäre und ob sich dann die Mühe lohnt. Wenn ich aber Bücher schreibe, dann müsste ich meine Homepage beschneiden, denn sonst wäre ich zweigleisig unterwegs und niemand würde die Bücher kaufen. Mal schauen... Es können mich aber jetzt schon Leute über mein Paypal-Konto freiwillig unterstützen. Da kommt aber nahezu kein Geld rein. Die Menschen sind scheinbar nicht bereit, 5 Euro für meine interessanten Physikprojekte zu spenden. Andererseits geben sie 1000 Euro für das neueste Smartphone jedes Jahr aus. Kann man verstehen, muss man aber nicht... Für den Flettnerrotor würde ich ja einen Drehzahlmesser benötigen. Diesen habe ich mir mittels IR-Abstandsensor + Arduino gebastelt. Funktioniert eigentlich recht gut, nur steigt der Messer bei Frequenzen > 60 Hz im Moment aus. Da muss ich noch überprüfen, woran dies liegt. Ich hänge einmal zwei leicht unterschiedliche Arduinoprogramme für den Drehzahlmesser an.
Von einem Forumsmitglied habe ich für meine Versuche ein Hitzdrahtanemometer geschenkt bekommen. Habe mich riesig darüber gefreut, vielen lieben Dank dafür! Zum Thema Schall mache ich gerade noch einige Versuche und zwar * Bestimmung der Schallgeschwindigkeit * konstruktive/destruktive Interferenz * Schwebung Für die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit schließe ich zwei Mikrofone an die Line-IN Buchse meiner externen Soundcard. Mit der Software Audacity bestimme ich sodann die Zeitverzögerung des Schallsignals, wenn die beiden Mikrofone einen unterschiedlichen Abstand zur Schallquelle haben. Auf diese Weise konnte ich die Schallgeschwindigkeit zu c = 342 m/s bestimmen. Für die konstruktive/destruktive Interferenz schließe ich zwei Lautsprecher an ein kleines NE555-Frequenzmodul an. Dessen Ausgang steuert über einen IRL510 die beiden Lautsprecher. Das einzelne Mikrofon platziere ich dann so zwischen den beiden Lautsprechern, dass ich eine konstruktive/destruktive Interferenz erhalte. Bei dem Versuch mit der Schwebung schließe ich an zwei dieser NE555-Frequenzmodule einen Lautsprecher und stelle leicht unterschiedliche Frequenzen ein. Die Schwebung erfasse ich dann wieder mit einem einzelnen Mikrofon in der Mitte der beiden Lautsprecher...
Einen netten Versuch zur Tribolumineszenz habe ich noch. Normalerweise fixiert man dazu ein Stück Würfelzucker auf einem Hammer und schlägt dann auf einen harten Boden. Dabei sollte man im völlig dunklen Raum und dunkeladaptierten Augen ein schwaches bläuliches Licht sehen. Hier bin ich auf die Information gestoßen, dass wint o green Bonbons der Firme life savers gut für den Versuch geeignet sind: http://www.chemie.uni-jena.de/institute/oc/weiss/Tribolumineszenz.htm Bildquelle: http://www.chemie.uni-jena.de/institute/oc/weiss/Tribolumineszenz.htm Ich habe mir deshalb einmal solche Süßigkeiten über ebay (https://www.ebay.com/itm/134173291840) gekauft. Ist nicht gerade billig gewesen, aber was macht man nicht alles, um seine Forscherneugierde zu befriedigen. Eine passende Kaffeemühle habe ich dann auch gleich geordert (https://www.amazon.de/gp/product/B07XMD25RT/). Wenn ich erste Versuche damit gemacht habe, melde ich mich wieder. P.S.: Spannend ist mit Sicherheit auch der Versuch zur Tribolumineszenz mit dem Tixoklebeband, welches man schnell abzieht. Erfolgt dies in einer Vakuumkammer, so kann man sogar weiche Röntgenstrahlung erzeugen... https://sciencev1.orf.at/news/153064.html
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Guenstiger wäre vermutlich ein selbstklebender Briefumschlag gewesen. Da kann man die Lumineszenz beim Aufreißen im abgedunkelten Raum schon sehr gut erkennen. Probiere es mal aus.
Vielen Dank für deinen Hinweis, Ove. Werde ich natürlich ausprobieren... Heute ist ein Brief aus den USA bei mir eingetroffen mit für mich wertvollen Inhalt und zwar einer Unterschrift von Arno Penzias. Zusammen mit Robert Wilson hat er 1964 mehr oder weniger zufällig die kosmische Hintergrundstrahlung entdeckt. Beide bekamen dafür 1978 den Nobelpreis für Physik zugesprochen. Penzias sagte einmal sinngemäß: Die meisten Physiker bekommen einen Nobelpreis für etwas, dass sie suchen. Wir bekamen einen für etwas, was wir los werden wollten. Gemeint ist das störende Signalrauschen, welches sich dann als kosmische Hintergrundstrahlung entpuppte ;-) Bildquelle: https://www.bell-labs.com/about/awards/1978-nobel-prize-physics/#gref
Einen netten Optikversuch hätte ich noch und zwar das Fettfleckphotometer. Dabei strahlen zwei Lichtquellen (z.B. LEDs) von beiden Seiten auf ein Blatt Papier, auf dem sich ein Ölfleck befindet. Sind die beiden Beleuchtungsstärken gleich, verschwindet der Fettfleck. Dann gilt für die Distanzen d und Leuchtstärken L: L1/d1² = L2/d2². Kennt man eine der beiden Leuchtstärken, so kann man über die eingestellten Distanzen die unbekannte Leuchtstärke ermitteln. Ich habe mir für diesen Versuch weiße LEDs mit 15000 mcd bei 20mA bestellt. Damit möchte ich die Leuchtstärken in Abhängigkeit von der elektrischen Leistung ermitteln und schauen, ob sich ein linearer Zusammenhang ergibt. Auch möchte ich die die Effektivität von Glühbirnen verglichen mit LEDs bestimmen, indem ich die Leuchtstärken durch die elektrische Leistung dividiere. Der mechanische Aufbau ist soweit fertig, jetzt warte ich nur noch auf die Conrad-Lieferung. Bei dieser sind dann auch Ferritstäbe für meinen Blitzdetektor dabei... Die elektrische Kaffeemühle ist auch bereits eingetroffen und ich konnte erste Versuche zur Tribolumineszenz mit gewöhnlichen Würfelzucker machen. Das sehr schwache blaue Licht konnte ich mit meiner Smartphonekamera gerade so einfangen. Ich werde aber für weitere Versuche auf eine Night-vision-camera-app zurückgreifen: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.white_night.nightvisioncamera&hl=de_AT&gl=US&pli=1 Die Süßigkeiten aus den USA müssten auch bald bei mir eintreffen. Ich hoffe, dass dann die Tribolumineszenz deutlich stärker ist als beim Würfelzucker. Übrigens: Die Besucherzahl meiner Homepage hat gerade die 500 000-Marke überschritten und das innerhalb von 2.5 Jahren. Damit bin ich mehr als zufrieden für eine Homepage mit physikalischen Inhalt ;-)
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Apropro "Triboxxxxxxxx". Triboelektrizität kann uns Meßtechnikern auch hin und wieder viel Kummer bereiten. Z.B. Kabelverbundene empfindliche HF Detektoren. Wenn man da bei der Kabelwahl nicht aufpasst, kann es passieren, daß bei stärkerer Bewegung oder biegen des Kabels beachtliche Störspannungen durch Reibung der Kabeladern entstehen können. Hewlett Packard konnte in den Anfangsjahren ihrer Detektorentwicklung ein Lied davon singen. https://en.wikipedia.org/wiki/Triboelectric_effect https://clearpathmedical.com/medical-cables-and-wires-triboelectric-noise/#:~:text=Triboelectric%20noise%20results%20when%20two,of%20the%20cable%20or%20leadwire https://www.molex.com/en-us/blog/triboelectric-noise-in-medical-cables-and-wires https://www.newenglandwire.com/product/low-noise-cables/ https://www.pcb.com/contentstore/MktgContent/WhitePapers/WPL_43_-Accelerometer-Signals.pdf https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20220011241/downloads/Lesson%20Learned%20-%20Controlling%20Triboelectrification%20Effects%20on%20Spacecraft%20Ethernet%20Cabling.pdf Verschiedenes: http://www.seismo.ethz.ch/de/about-us/archive-news/2021/ https://www.noe.gv.at/noe/Katastrophenschutz/Vortrag_Kat8_2011_Lenhardt_ZAMG_Erdbeben.pdf https://gfzpublic.gfz-potsdam.de/rest/items/item_124266_6/component/file_143257/content Ich hoffe es interessiert Dich auch, falls Du Dir diesbezüglich einen Versuch und Experiment ausdenken möchtest. VG, Gerhard P.S.: Glückwunsch zur gelungen Webseite. Mir gefällt sie auch sehr. Ist Einmalig!
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Ich stolperte zufällig über diese Schrift: https://mundo.schule/api/mundo/download/SODIX-0001008881 Sehr schön zu lesen. Es geht um historische Experimente und Entdeckungen für den Chemieunterricht. Auch interessant: https://www.dwd.de/DE/leistungen/pbfb_verlag_promet/pdf_promethefte/31_2_4_pdf.pdf?__blob=publicationFile&v=3
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@Gerhard: Danke für die Informationen und Quellen Bei der Conrad-Bestellung waren auch Teile für einen Blitzdetektor dabei (Ferritstab, Mittelwellenempfänger TA7642). Quelle: https://fkainka.de/blitzduino-blitzwarner/ Diesen konnte ich gestern finalisieren und auch schon während eines Gewitters testen. Funktioniert sehr gut... Die USA-Süßigkeiten sind auch schon eingetroffen. Am Wochenende werde ich sie in die Kaffeemühle geben und mit der night-vision-app filmen.
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Heute führte ich den Versuch zur Tribolumineszenz mit den Süßigkeiten aus den USA durch. Die Leuchterscheinungen sind heller als mit reinen Würfelzucker, aber nach wie vor sehr schwach. Dank der night vision app konnte ich aber die blauen Blitze in Videos erkennen. Das Bild mit dem bläulichen Leuchten mit Würfelzucker wurde 5 Sekunden lang belichtet und dann auch noch graphisch bearbeitet, damit es stärker in Erscheinung tritt. Deshalb darf man sich vom Video nicht zu viel erwarten... Jetzt habe ich noch gut 1 kg von den Zuckerln übrig, welche mich vom Geschmack her übrigens an Hallenbaddesinfektion erinnern ;-)
Christoph E. schrieb: > Jetzt habe ich noch gut 1 kg von den Zuckerln übrig, welche mich vom > Geschmack her übrigens an Hallenbaddesinfektion erinnern ;-) Dieser Wintergreen Geschmack ist in den USA+Kanada deutlich populärer als hierzulande. Es ist auch das Hauptaroma von "Root Beer" das man dort bekommt.
Das Fettfleckphotometer ist fertig und wurde auch schon getestet. Die 15000 mcd LED ist aber zu hell, sodass die Einstellung (Fettfleck verschwindet) des Fettfleckphotometers nicht gerade einfach ist. Eventuell wiederhole ich das ganze nochmals mit einer schwächeren Norm-LED. Ich habe eine weiße LED unter Normbedingungen betrieben (20 mA, L1 = 15000 mcd) und bei der zweiten weißen LED die Stromstärke zwischen 2 und 20 mA variiert. Deren reduzierte Leuchtstärke L2 habe ich dann über die Abstände d1 und d2 ermittelt und zum Schluss L2 gegen die elektrische Leistung P aufgetragen. Ich erhalte einen annähernd linearen Zusammenhang...
Da ich ja für einige Versuche zwei regelbare Netzteile benötige und ich dann nicht das schwere und unhandliche 30V/30A-Monster verwenden möchte, bastel ich mir gerade ein zweites Netzteil bestehend aus einem Laptopnetzteil (konkret HP-Netzteil mit 19V und 6A). So eines habe ich bereits und liebe es. Und die Kosten dafür sind auch sehr überschaubar. Gebrauchtes Laptopnetzteil: 10 Euro 10A Step down converter: 8 Euro Gehäuse: 10 Euro Lüfter: 2 Euro Potentiometer: 2 Euro U/I-Meter: 4 Euro Rest: 2 Euro Gesamt: 38 Euro Auf willhaben habe ich mir dann noch einen Windsensor gekauft. Dieser scheint mit Reed-Schalter zu funktionieren. Prellen eigentlich Reed-Schalter? Die Auswertung übernimmt ein Arduino. Kalibrieren werde ich den Sensor mit dem Hitzdrahtanemometer, welches ich vor kurzer Zeit aus Berlin geschenkt bekommen habe...
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Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie werden durch das auslösende Magnetfeld gehalten. Mit abnehmenden Kontaktabstand werden die Kräfte der Zungen aufeinander zu immer größer. Sie haben eher die Tendenz zum kleben.
>Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie werden durch das
auslösende Magnetfeld gehalten...
So die Theorie. Bei mir prellt sowohl ein Reed-Kontakt mit
Magnetbetätigung als auch ein Reed-Relais (SIL05 MEDER).
Danke, euch beiden. Falls der Reedkontakt prellt, löse ich das einfach in der Software, indem ich zu kurz hintereinander erfolgte interrupts ignoriere... Mit meinem Propellermotor möchte ich noch den Auftrieb eines Tragflügels in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit ermitteln. Sollte ja eine v²-Abhängigkeit zeigen. Für das Experiment lasse ich mir gerade einen Tragflügel + Halterung 3d-drucken. Die Auftriebskraft erfasse ich mit einem HX711-Waagesensor + 1 kg Biegebalken. Damit kann ich die Kraft in mN bestimmen, das müsste genau genug sein. Sonst wechsle ich einfach auf einen anderen Biegebalken...
Hier (https://iitr.ac.in/Academics/static/Department/Physics/BTech%201st%20year%20lab/11_Plancks_Constant.pdf) bin ich noch auf einen schönen Versuch zur Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mittels einer Solarzelle gestoßen. Man benötigt für das Experiment lediglich eine Glühbirne an einem verstellbaren Netzgerät, einen Schmalbandfilter und dann noch eine Solarzelle und ein Amperemeter. Man stellt mit dem Netzgerät eine bestimmte Spannung U ein und bestimmt dann den aktuellen Widerstand R des Glühfadens. Daraus und dem Widerstand bei Raumtemperatur lässt sich die Temperatur T des Glühfadens ermitteln. Zwischen Glühbirne und Solarzelle befindet sich der Schmalbandfilter. Meinen für lambda = 650 nm habe ich günstig auf ebay.com gekauft: https://www.ebay.com/itm/275733102726 Nun misst man den Kurzschlussstrom I der Solarzelle. Dies wiederholt man für verschiedene Temperaturen des Glühfadens. Zum Schluss trägt man ln(Kurzschlussstrom) gegen 1/T auf und müsste eine fallende Gerade erhalten. Für den Anstieg dieser Geraden gilt: k_Gerade = - h * c / (lambda_0 * k_B) lambda_0 ist dabei die Zentralwellenlänge des Schmalbandfilters. Bis auf h kennt man alle Größen und so kann man aus der Geradensteigung das Plancksche Wirkungsquantum h bestimmen. Man kann aber auch von einem bekannten h ausgehen und dann die Boltzmannkonstante k_B experimentell auf diese Weise bestimmen. Also ein Versuch für zwei Naturkonstanten :-) Link zu mehr Information: https://stoppi-homemade-physics.de/wirkungsquantum/ Wenn der Rotfilter angekommen ist, melde ich mich wieder...
Christoph E. schrieb: > Plancksches Wirkungsquantum Finde ich schon erstaunlich, mit welcher Präzision sich das Wirkungsquantum mit vergleichsweise simplen Experimenten ermitteln läßt!
Christoph E. schrieb: > k_Gerade = - h * c / (lambda_0 * k_B) Seit der SI-Revision 2019 und der damaligen Neudefinition des Kilogramms hat h einen fest definierten Wert. Siehe uum Beispiel: https://de.wikipedia.org/wiki/Planck-Konstante#Wert_und_Zeichen Dito für k_B (ebenfalls seit 2019) und für c (seit 1983): https://de.wikipedia.org/wiki/Boltzmann-Konstante#Wert https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit#Wert Der einzige unbekannte Faktor in der Steigung der Geraden ist daher λ_0, welches nur zu einer gewissen Genauigkeit bekannt ist. Geht man von einem exakt bekannten λ_0 aus, dann bringt jede Messung einen Datenpunkt P_n mit Koordinaten ln(I_n) und 1 / T_n, der irgendwo in der Nähe der Geraden liegt. Kennt man also die Genauigkeit der Strommessung so kann man also auf die Genauigkeit der Temperaturmessung zurückschließen und vice versa. Die Messung macht also (nur) eine Aussage über die Genauigkeit des Versuchsaufbaus :-)
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Michael B. schrieb: > Ove M. schrieb: >> Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie > > Falsch erinnert. Das hab ich bereits mit dem Beitrag von K.M. (kmj) gelesen und in meinem Hirn gerade gebogen! Dankeschön! Nennt sich auch gelernt! Wundern tut es mich trotzdem und das darf es auch. Hier passen Theorie und Praxis offensichtlich nicht so ganz zusammen. Fazit: Deine Antwort kommt spät und ist wenig bis Null hilfreich!
Christoph E. schrieb: >… Die Auftriebskraft erfasse ich mit > einem HX711-Waagesensor + 1 kg Biegebalken. Damit kann ich die Kraft in > mN bestimmen, das müsste genau genug sein. Sonst wechsle ich einfach auf > einen anderen Biegebalken... Sag bitte, bist du dir sicher, das so klappt? Überschlag: 1kg entspr. 10N 1mN sind dann Faktor 10.000. Ohne weitere Störgrößen leicht vorstellbar. Nun braucht es aber locker nochmal den Faktor 10 drauf, um irgendwie mit den Störgrößen umzugehen. Man kann zwar viel Auflösung von ADC holen, aber die physikalisch reproduzierbare Auflösung deines Biegebalken passt nur unter besonderen Umständen. Dazu kommt Rauschen, Temperatur, das Rauschen deines Flügels im Luftstrom und die resultierende Querkaft. Ich lasse mich gerne eines besseren belehren, aber ich vermute stark, dass das mit den mN nicht klappt. Just my two cents! Viele Grüße Ove
@Ove: Das Experiment wird zeigen, wie sehr die Kraftanzeige schwankt. Ich müsste auch einmal ausrechnen, in welchem Kraftbereich der dynamische Auftrieb ca. liegen wird. Danke aber für deinen Kommentar... Der Windsensor ist mittlerweile angekommen und so konnte ich ihn kalibrieren. Ich erhalte folgenden linearen Zusammenhang zwischen Pulsfrequenz f und Windgeschwindigkeit v: v = 0,2361 * f + 1,1557. Bei f = 0 gebe ich aber aus verständlichen Gründen die Geschwindigkeit 0 aus.
und wie misst Du f = 0 Hz ? ;) :D Bei einer Updaterate von ? 10s? Nicht ganz ernst gemeint (schreib's mal besser dazu) Bei dem gezeigtem Aufbau wird die Strömung aber alles andere als laminar sein .. Ein paar Kartons und Strohhalme für einen kleinen Windkanal?
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@Henrik: Ich messe die innerhalb einer Sekunde ankommenden Pulse, von daher ist f = 0 Hz kein Problem, wenn eben nix ankommt. Bei meinem ersten Programm habe ich die Zeit zwischen zwei Interrupts gemessen und daraus die Frequenz berechnet. Da gab es dann nur eine geänderte Anzeige, wenn das Interrupt ausgelöst wurde. Bei Windstille eben ein Problem... Und zudem waren bei dieser Variante die Zahlenwerte durch die schnelle Änderung kaum ablesbar auf dem Display. Also wechselte ich zum Zählen der innerhalb 1 Sekunde ankommenden Pulse... Windkanäle habe ich zwei bereits gebastelt. Einen ausgelegt auf hohe Windgeschwindigkeiten für die Messung des cw-Werts und einen mit niedrigen Windgeschwindigkeiten zur Sichtbarmachung der Strömungslinien. Jetzt für dieses Experiment wollte ich mir ähnliches nicht schon wieder antun und habe den Propellermotor einfach ohne Trinkhalme etc. betrieben.
Hier bin ich über ein Arduino-Projekt mit dem Farbsensor TCS34725 gestoßen: https://www.makerblog.at/2015/01/farben-erkennen-mit-dem-rgb-sensor-tcs34725-und-dem-arduino/ Den Sensor gibt es um ca. 7 Euro auf Amazon: https://www.amazon.de/SEAFRONT-Farbsensor-Modul-TCS34725-RGB/dp/B07XRQ42MR Die Farberkennung habe ich mit färbigen Süßigkeiten überprüft. Funktioniert teilweise recht gut, teilweise tut sich der Sensor sehr schwer, da die RGB-Intensitäten zum Beispiel bei Orange und Gelb und Rot nur sehr wenig voneinander abweichen. Aber eine nette Spielerei ist es zweifelsohne... Einen simplen Farbmischapparat mit Arduino und einer RGB-LED habe ich auch umgesetzt. Auf diese Weise können die Schüler die additive Farbmischung erfahren und sich ein wenig spielen.
Hallo Christoph, falls Du diesen Bericht noch nicht kennen solltest: https://www.rapp-instruments.de/Radioaktivitaet/cloud-chambers/wehrmeister/wehrmeister.htm https://www.rapp-instruments.de/Elektronik/modell/chamber/cham.htm Mfg, Gerhard
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Vielen Dank Gerhard für deine Tipps. Nebelkammern habe ich mittlerweile in 3 verschiedenen Ausführungen umgesetzt. Einmal eine Diffusionsnebelkammer mit Peltierelementen und dann noch 2 nach Wilson durch Expansion. Eine ganz einfache (wohl die simpelste Nebelkammer die es gibt) und dann noch eine etwas aufwendigere mit Hochspannung zum Absaugen der entstandenen Ladungsträger... Links: https://www.youtube.com/watch?v=Dzdx0UdHCs8 https://www.youtube.com/watch?v=fefuESvisGI https://www.youtube.com/watch?v=fUYhM6hw148 Die 3d-Druckteile für meinen Tragflügelversuch und das Malusgesetz müssten heute oder morgen ankommen. Beim Malusgesetz bestimmt man einfach die durch einen zweiten Polarisationsfilter durchkommende Intensität in Abhängigkeit von dessen Drehwinkel. Müsste eine cos²(phi)-Abhängigkeit zeigen.
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Die 3D-Druckteile sind heute angekommen. Ein erster kurzer Test mit dem Tragflügel ergab tatsächlich eine geringe Auftriebskraft. Da werde ich in den nächsten Tagen eine Messreihe durchführen. Die beiden Zylinder mit Stiel für das Malusgesetz haben auch schon ihren Platz in der Halterung gefunden. Zum Glück hatte ich noch Polarisationsfolie von meinen letzten Experimenten übrig. Die kaufe ich immer bei AstroMedia um kleines Geld (https://astromedia.de/Die-Polarisations-Filterfolie). Als Laser für das Malusgesetz werde ich einen mit nur 5 mW nehmen, das dürfte locker reichen. Denn sonst übersteuert der TSL252R Lichtdetektor eh nur. Die Messergebnisse reiche ich dann hier nach...
So, die erste Messreihe mit dem Tragflügel bei keinem/sehr geringem Anstellwinkel ist im Kasten. Ich erhalte tatsächlich eine annähernde v²-Abhängigkeit der Auftriebskraft (siehe letzte Spalte in der Exceltabelle). Konkret gilt für meinen Versuchsaufbau: F_Auftrieb = 0.36 * 0.001 * v². Daraus lässt sich dann der Auftriebsbeiwert c_a berechnen. Ich erhalte einen Wert von c_a = 0.165. Eine kurze Recherche im Internet ergab, dass dieser Wert durchaus plausibel ist. Quelle: https://www.mb.uni-siegen.de/lfst/lehre/dokumente/maschinenlabor.pdf Auf Seite 31 sind die Auftriebsbeiwerte c_a für einen NACA-0015-Tragflügel bei verschiedenen Anstellwinkel angeführt. Bei geringem Anstellwinkel liegen die Werte im Bereich meines Messwerts. Von daher ist wohl meine Messung nicht komplett verkehrt, Heureka... Link zu mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/tragfluegel-auftrieb/
Es gibt im Netz Rechner, mit denen sich so Profile und Tragflächen berechnen lassen. Manche Leute nutzen sie, um damit RC-Flugmodelle zu erstellen, die sie dann drucken – und anschließend fliegen.
Danke, Jack. Sonst findet man aber im Internet nicht gerade viele c_a/c_w-Graphen zu angegebenen Profilen. Ich habe mich noch einmal schlau gemacht. Das von mir zitierte Profil NACA-0015 ist leider ein völlig symmetrisches. Von daher hinkt ein Bezug darauf, denn bei meinem Profil handelt es sich um ein nicht-symmetrisches. Ich habe hier (https://www.thuro.at/index.php/11-aerodynamik/52-aerodynamik4) zum Beispiel auch einen c_a-c_w-Graphen entdeckt. Bei 0° Anstellwinkel beträgt der c_a-Wert ca. 0.1. Ob es sich bei dem Graphen um einen tatsächlich aufgenommenen handelt oder er rein symbolisch zu betrachten ist, weiß ich leider nicht. Ein Tragflügelprofil dazu ist auch nicht angegeben. Ansonsten liegen die c_a-Werte durchaus höher als mein Wert mit 0.165. Man muss aber berücksichtigen, dass mein Ergebnis für einen Anstellwinkel 0° gilt. Und der c_a-Wert wächst linear in bestimmten Grenzen mit dem Anstellwinkel. Daher werde ich wohl noch eine zweite Messreihe aufnehmen mit größerem Anstellwinkel... Die beiden Bandpassfilter für die Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mit Solarzelle sind heute eingetroffen. Ich werde mit einem meiner Spektrographen eine Absorptionskurve von ihnen aufnehmen. Die Halbwertsbreite sollte bei 40 nm (für den 650 nm-Filter) bzw. nur 10 nm (für den 785 nm-Filter) liegen. Der schmalbandigere erfüllt natürlich besser die Versuchsbedingungen. Solarzelle hatte ich noch in meiner Experimentierkiste. Wenn ich Messungen zum Planckschen Wirkungsquantum damit gemacht habe, kann ich ja wieder berichten...
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So, das Malusgesetz konnte ich heute experimentell überprüfen. Die Übereinstimmung zwischen Theorie (cos²(phi)) und Experiment ist recht gut. Damit der Lichtsensor aber nicht in Sättigung ging, musste ich den Laser gehörig drosseln... Mehr Informationen zum Experiment: https://stoppi-homemade-physics.de/malusgesetz/
Gestern konnte ich eine Messung zum Planckschen Wirkungsquantum mittels Solarzelle und Schmalbandfilter durchführen. Dies muss natürlich im Dunkeln vonstatten gehen, denn sonst reagiert ja die Solarzelle auch auf das Umgebungslicht. Die Spannung der Glühbirne variierte zwischen 1V und 14V, der Kurzschlussstrom zwischen 100nA und 420µA. Der Graph ln(I_Kurzschluss) in Abhängigkeit von 1/T ist schön gerade. Mittels der Steigung kann dann das Plancksche Wirkungsquantum berechnet werden. Ich erhalte 4.04 * 10^-34 Js, der Sollwert liegt bei 6.63 * 10^-34 Js. Damit bin ich eigentlich zufrieden. Ich werde heute aber den Versuch noch mit dem 785nm-Filter durchführen, der ist schmalbandiger als der rote 650nm-Filter. Dessen Absorptionsspektrum habe ich mit meinem Webcamspektroskop aufgenommen. Dazu dividiere ich den Intensitätsverlauf mit Filter durch jenen ohne Filter. Das Ergebnis deckt sich mit dem Verlauf vom Verkäufer...
Ich habe den Versuch zur Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums noch mit dem 785nm-Schmalbandfilter durchgeführt. Wie zu erwarten war, liegt nun der Wert für h näher am Sollwert, da dieser Filter eine geringere Halbwertsbreite (nur 10 nm) hat als der rote 650nm von zuletzt. Die Kurzschlussströme habe ich mit meinem µA-Meter gemessen, da mein Multimeter dafür zu ungenau gewesen wäre. Das experimentelle Ergebnis für h könnte zwar etwas besser sein aber ich freue mich, einen weiteren Versuch zur Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums entdeckt zu haben. Jetzt sind es bereits drei verschiedene Ansätze: Einmal über die Schwellspannung einer LED, dann über den Photoeffekt und jetzt noch mittels Solarzelle... Link: https://stoppi-homemade-physics.de/wirkungsquantum/ P.S.: Das eigentliche Experiment habe ich natürlich im Dunkeln durchgeführt, damit nicht schon das Umgebungslicht für einen Kurzschlussstrom sorgt.
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Hier gibt es das Youtube-Video zum Planckschen Wirkungsquantum mit Solarzelle: https://www.youtube.com/watch?v=fyHDlteTDNw Ein noch ausständiges Experiment ist das Kundtsche Rohr zur Sichtbarmachung stehender Wellen. Einige Teile dafür (Pfeife, Plexiglasrohr) sind schon eingetroffen, auf den Rest (Lautsprecher, Korkmehl) warte ich noch. Die Frequenz der Trillerpfeife konnte ich mit Audacity zu ca. 2600 Hz ermitteln. Damit sollten die Korkmehlhaufen einen Abstand von ca. 6.6 cm (= Lambda/2) haben.
>Christoph E. (stoppi) Du bist auf Hackaday: https://hackaday.com/2023/08/18/measuring-plancks-constant-again/ Gratulation :-)
Danke Christoph für den Hinweis. Und ich habe mich schon gewundert, warum ich an dem Tag so viele Zugriffe auf meine Homepage hatte ;-) Auf Amazon (https://www.amazon.de/Fun-Trading-Pathfinders-Leonardo-Holzbaukasten/dp/B0791HNB86/) bin ich neulich über ein Leonardo da Vinci Katapult gestoßen. Mit meinen Schülern hatte ich ja schon einmal mit eher bescheidenen Erfolg ein Trebuchet gebaut. Da das da Vinci Katapult nur 22 Euro kostet, habe ich es mir natürlich gleich besorgt. Der Zusammenbau macht Spaß und das Ding funktioniert eigentlich sehr gut. Mit der Freeware Tracker (https://physlets.org/tracker/) habe ich dann die Bewegung analysiert und komme auf eine Geschwindigkeit von rund 58 km/h, ganz schön beachtlich. Die Tonkugel wird auf jedem Fall sehr ordentlich durch die Küche geschleudert, ähm ich meinte katapultiert... Hier sieht man auch die High Speed Videos: https://stoppi-homemade-physics.de/katapult/ Dort findet man auch meinen Versuch, die Bewegung des Trebuchets mit Excel zu simulieren. Das wurde extrem aufwendig und das Resultat ist noch gelinde gesagt verbesserungswürdig.
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Was mich betrifft, hätte ich Dich gerne als meinen Physiklehrer gehabt. Das wäre bestimmt spannend gewesen. Deine Web Präsenz ist übrigens auch nicht ganz Ohne. Echt toll gemacht! Vg, Gerhard
Für den Versuch mit dem Kundtschen Rohr verwende ich meinen OPA549 Leistungsverstärker. Der kann bis zu 6A liefern. Gespeist wird er von meinen beiden Laptop-Netzteilen dann mit +/-19V. Das Eingangssignal generiere ich mit einer Smartphone-Funktionsgenerator-App. Da der Verkäufer des Korkmehls Lieferschwierigkeiten hat und die Ware erst im September versenden kann habe ich mich auf Amazon umgesehen und kleine Styroporkugeln bestellt. Link: https://www.amazon.de/dp/B00MX3PQ7E. Die haben einen maximalen Durchmesser von 3 mm. Mal schauen, ob es mit denen im Kundtschen Rohr klappt. Müssten morgen ankommen... Und dann habe ich noch mit meiner Tochter eine neue Sekundärspule für meine DRSSTC gewickelt. Basis ist ein 7.5 cm PVC-Rohr, welches auf 50 cm Länge bewickelt ist. Bei der alten Spule gab es leider Lichtbögen zwischen einzelnen Windungen. Jetzt isoliere ich sie noch mehrmals mit Lack und dann werde ich sie testen.
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Christoph E. schrieb: > Die Frequenz der Trillerpfeife konnte ich mit Audacity zu ca. 2600 Hz > ermitteln. Leider heute nicht mehr so vielseitig verwendbar ;) https://de.wikipedia.org/wiki/John_T._Draper aka Captain Crunch
Nix für ungut, aber 8MB für einen verrauschten Screenshot sind dann doch leicht übertrieben …
@Henrik: Danke für den Link, kannte ich noch nicht ;-) @Jack: Ich habe versehentlich das Bild mit der hohen Auflösung hochgeladen. Verkleinere ja all meine Bilder für hier bzw. meine Homepage auf ca. 1000x750 Pixel. Als ich es dann bemerkt habe, war es schon zu spät... Die Styroporkügelchen sind gestern bereits angekommen. Mit rund 3-4 mm Durchmesser waren sie aber ein wenig zu groß für das Experiment. Also bin ich die wohl dämlichste Arbeit die es gibt angegangen und habe ca. 600 Kugeln mit der Nagelschere geviertelt. Das tue ich mir bestimmt nicht noch einmal an. Jetzt bekomme ich schöne stehende Wellen für die Grundschwingung (lambda = 2*L, f = 250 Hz) und die erste Oberschwingung (lambda = L, f = 500 Hz). Bei 750 Hz ist dann die Ausbildung der Schwingungsbäuche nur noch sehr gering. Mein 5W Lautsprecher ist zu schwach dafür. Betreibe ihn an meinen Leistungsverstärker eh schon total über dem Limit (0.75A bei 19V Amplitude). Deshalb wird er nach wenigen Sekunden auch brennheiß und ich muss ihn wieder abkühlen lassen. Vielleicht hole ich mir noch einen leistungsstärkeren Lautsprecher und lasse dann eine Verjüngung zur Ankopplung ans Rohr 3d-drucken. Die Schallgeschwindigkeit habe ich auch bestimmt. Bei der ersten Oberschwingung bei f = 503 Hz betrug der Abstand der beiden Schwingungsbäuche 35 cm (= lambda/2). Daher ergibt sich die Schallgeschwindigkeit zu c = 503 * 0.7 = ca. 350 m/s. Lustig zu beobachten sind auch die sich bildenden Rippel im Abstand von ca. 2 cm. Sind das einfach nur Oberwellen oder hat es eine andere Bewandtnis mit ihnen?
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Christoph E. schrieb: > 600 Kugeln mit der Nagelschere geviertelt Respekt. DAS nenne ich Motivation. Christoph E. schrieb: > Sind das einfach nur Oberwellen oder hat es eine andere > Bewandtnis mit ihnen? Vielleicht ein elektrostatisches Phänomen? Du könntest prüfen, ob sich das bei erhöhter Luftfeuchtigkeit ändert. Oder das Rohr antistatisch auswischen.
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Mechanische Resonanz des Rohrs? (c von Plexiglas?) Mit Mik und Audacity oder Mobilapp mal Spektrum ansehen? Amplitude ist ja zu erwarten.
Danke für eure Kommentare zum Kundtschen Rohr... Im Buch "15 dangerously mad projects for the evil genius" von Simon Monk bin ich unlängst auf zwei einfache Schaltungen zur Sprachmodulation eines Lasers gestoßen. Die Schaltpläne habe ich etwas auf meine Bedürfnisse abgestimmt und dann gleich die Teile dafür besorgt, z.b. ein Audioverstärkermodul (https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/product_info.php?cPath=222_361&products_id=5337). Bei Neuhold-Elektronik in Graz gibt es zum Glück fast alles und auch noch verbleites Lötzinn. Das Experiment funktioniert recht gut und man kann mit dem schwachen 5mW-Laser entweder ein über Klinke eingespeistes Audiosignal oder die über ein Elektretmikrofon eingespeiste Stimme übertragen. Für größere Distanzen muss dann natürlich auf einen stärkeren Laser zurückgegriffen werden. Hier auf meiner Homepage findet man jetzt 4 verschiedene Schaltungen zur Laser/LED-Modulation: https://stoppi-homemade-physics.de/lasermodulation/
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Eine Spielerei hätte ich noch und zwar die Bestimmung der Erdbeschleunigung mittels Arduino. Basis bildet die Formel für den freien Fall: s = 1/2 g t². Mit Potentiometer und Taster wird die Fallhöhe s eingegeben. Eine Metallkugel wird mit einem Elektromagneten (Solenoid) zunächst in Position gehalten und dann freigelassen. Dabei wird die Startzeit t1 ermittelt. Die frei fallende Kugel trifft auf eine Waage und löst die Stoppzeit t2 aus. Daraus lässt sich dann g berechnen und der Wert wird am Display angezeigt. Das Solenoid und die Wägezelle (100 g damit die Waage sensibel genug ist) habe ich auf Amazon bestellt. Der Elektromagnet wird aber sehr warm, sodass ich ihn im Experiment so kurz wie möglich eingeschaltet lasse. Hoffentlich hält er die Metallkugel stabil genug, wenn er diese gegen einen Metallwinkel drückt. Mal schauen...
Christoph E. schrieb: > Eine Metallkugel wird mit einem Elektromagneten > (Solenoid) zunächst in Position gehalten und dann freigelassen. Dabei > wird die Startzeit t1 ermittelt. Die frei fallende Kugel trifft auf eine > Waage und löst die Stoppzeit t2 aus. Meine Lösung wären zwei Lichtschranken gewesen. Je nach Genauigkeitsanspruch vermiesen dir hier zwei Effekte die Messung: das Magnetfeld des Elektromagneten ist beim Abschalten nicht schlagartig Null, und beim Aufprall der Kugel auf die Wägezelle spielt Massenträgheit eine Rolle.
Jack V. schrieb: > beim Aufprall der Kugel auf die Wägezelle spielt Massenträgheit eine Rolle. Die Waage, genauer der Biegebalken mit Dehnmesstreifen für die Verformung, misst doch eine Kraft (Stoßkraft). Welche Massenträgheit sollte hier eine Rolle spielen?
Christoph E. schrieb: > Die frei fallende Kugel trifft auf eine > Waage und löst die Stoppzeit t2 aus. Den Aufprall auf der Waage kann auch mit dem Oszi dargestellt werden. Es lassen sich so auch unterschiedliche Dämpfungseigenschaften von Stoffen auf die die Kugel fällt, untersucht werden.
Joe G. schrieb: > Die Waage, genauer der Biegebalken mit Dehnmesstreifen für die > Verformung, misst doch eine Kraft (Stoßkraft). Welche Massenträgheit > sollte hier eine Rolle spielen? Der Träger des Messstreifens verformt sich nicht direkt beim ersten Kontakt mit der Kugel so, dass es registriert wird; er muss sich selbst erstmal in Bewegung setzen. Das setzt einen gewissen Energieübergang voraus, der nicht in Nullzeit stattfinden kann. In welchem Maß sich das auswirkt, weiß ich nicht – dass es aber eine Auswirkung haben muss, halte ich für einigermaßen feststehend. Deswegen die Einschränkung „je nach Genauigkeitsanspruch“ – mag sein, dass es für Christophs Zielpräzision völlig ausreichend ist.
Joe G. schrieb: > Die Waage, genauer der Biegebalken mit Dehnmesstreifen für die > Verformung, misst doch eine Kraft (Stoßkraft). Welche Massenträgheit > sollte hier eine Rolle spielen? Die Verformung bis zu einem registrierbaren Signal geschieht in der Realität während einer bestimmten Zeit und während dessen mird Masse des Dehnungsmessstreifens bewegt, also beschleunigt. Die Frage ist, wie stark die dabei auftretende Verzögerung des Signals durch die Trägheit ins Gewicht fällt. PS:Jack war schneller :-)
Für kurze Kraftstöße ist der HX711 ungeeignet, da er maximal nur 80 Messungen pro Sekunde durchführen kann. Zur Aufzeichnung solcher verwende ich eine Schaltung mit Operationsverstärker, dessen Ausgang dann direkt mit einem Oszilloskop verbunden ist. Wie man am Graphen sehen kann ist etwa der Aufprall eines Tennisballs nach 5 ms schon wieder vorbei. Das kann man auch sehr schön mit meiner Casio Exilim High Speed Kamera überprüfen... Lichtschranken wollte ich dieses mal bei der Bestimmung von g nicht einsetzen und auf eine andere Methode setzen. Ich habe natürlich einige Einflüsse, die mir die Messgenauigkeit versalzen wie Auslösegeschwindigkeit des Hubmagneten, Reaktionszeit der Wägezelle, Startzeitpunkt vor dem Auslösen des Magneten oder nach dem Befehl, Luftwiderstand usw. Die Genauigkeit muss jetzt nicht enorm hoch sein, mit g = 10 m/s² wäre ich schon zufrieden ;-)
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Christoph E. schrieb: > Die Genauigkeit muss jetzt nicht enorm hoch sein, mit g = 10 m/s² wäre > ich schon zufrieden ;-) g=9,5 m/s² wäre ein nicht geschummelter Wert bei dem Versuch. ;-) Der Ball fällt ja nicht im Vakuum.
Nachdem die Halterung für den Hubmagneten fertig ist, konnte ich eine erste Messreihe durchführen. Ergebnis: g = ca. 9.50 m/s². Die Schaltung spinnt manchmal aus unerklärlichen Grund, dem werde ich noch nachgehen. Ansonsten sind die Ergebnisse reproduzierbar und einigermaßen zufriedenstellend. War ja auch nur eine Spielerei zwischendurch ;-)
Das nenne ich Physik in Aktion! Echt toll wie so Vieles mit bescheidenen Mitteln von Dir realisiert wurde. Ich hoffe, Deine Schüler schätzen so einen Lehrer wie Du es bist. Ich bin begeistert von den vielen Berichten und Deiner Webpräsenz. Wie schwer war es den ADC Spitzenwert beim Aufprall zu erfassen? Sollte die externe Erfassung zu langsam sein, könnte man vielleicht einen Instrumentverstärker mit folgender Analog Spitzenwert Schaltung dem internen AVR ADC vorschalten. Dann kann sich der ADC Zeit lassen. Da der interne AVR ADC viel schneller ist, wäre es möglicherweise auch ausreichend den Instrumentverstärker einfach dem AVR vorzuschalten und die Spitzenwerterkennung in FW machen. 10-bit sollten da schon ausreichend sein. Vielleicht kommst Du dann auf g +/- 1-2%, oder besser. Es wäre auch interessant, das Experiment in einer dichten Plexiglass Röhre zu wiederholen und so gut es geht evakuieren. Ich habe aus der Bucht einige Diaphgrampumpen. Damit komme ich auf -0.3 Bar Vakuum. Das könnte schon einen meßbaren Unterschied bewirken. VG, Gerhard
Ich habe den freien Fall noch mit Excel mit und ohne Luftwiderstand simuliert. Ohne Luftwiderstand komme ich logischweise auf eine Erdbeschleunigung von g = 9.81 m/s². Mit Luftwiderstand (c_w = 0.45 für eine Kugel, m = 4.10 g, A = 78.5 mm², Luftdichte = 1.25 kg/m³) erhalte ich eine Erdbeschleunigung von 9.796 m/s². Meine doch recht deutliche Abweichung mit g = 9.50 m/s² liegt also nicht am Luftwiderstand, sondern anderen Messeinflüssen...
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Ca. im Jahr 2007 habe ich schon einmal einen grünen DPSS-Laser (diode pumped solid state) gebastelt. Die Basis bildete eine 808nm-IR-Laserdiode und ein Nd:YVO4-KTP-Kristall. Der Nd:YVO4-Kristall wandelt die 808 nm in 1064 nm um. Der KTP-Kristall verdoppelt dann die Frequenz, sodass grünes Laserlicht mit 532 nm ensteht. DPSS-Laser werden zunehmend von reinen Diodenlaser abgelöst, aber ich finde die 532 nm nach wie vor als das schönste grün. Neulich bin ich dann bei ebay.com über einen günstigen Nd:YVO4-KTP-Kristall gestolpert. Den musste ich natürlich gleich kaufen. Die passenden 808nm-IR-Laserdioden mit 500 mW Leistung wurden gleich mitgeordert. Der Aufbau ist aber alles andere als einfach und nichts für Ungeduldige. Der IR-Laserstrahl muss ganz genau auf den Eintritt des Nd:YVO4-KTP-Kristalls fokussiert werden. Erst dann kann man mit Geduld dem Kristall grünes Laserlicht entlocken. Der Wirkungsgrad liegt bei nur 20%. Das heißt, bei 500 mW Pumpleistung kann bestenfalls mit 100 mW grünem Laserlicht gerechnet werden. In meinem Fall sind es viel, viel weniger. Aber wenn man nach etlichen Versuchen dann das erste grüne Laserlicht erblickt, freut man sich sehr. Wirtschaftlich ist der gesamte Aufbau natürlich nicht. Fix und fertige grüne DPSS-Laser bekommt man für kleines Geld nachgeworfen. Link zu mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/dpss-laser/
Vor mehr als 15 Jahren habe ich teilweise mit aus einem DVD-Brenner ausgeschlachteten Teilen (halbdurchlässiger Spiegel, Laserdiode) ein Michelson-Interferometer gebastelt. Das hat auch sehr gut funktioniert und ich kann mich noch gut an die Freude erinnern, als ich die ersten Interferenzstreifen sehen konnte. Nun bin ich im Phywe-Katalog (https://www.phywe.de/physik/licht-und-optik/beugung-und-interferenz/magnetostriktion-mit-dem-michelson-interferometer_27239_29252/) auf eine Anwendung des Michelson-Interferometers gestoßen und zwar die Magnetostriktion. Ferromagnetische Stoffe ändern dabei ihre Länge, wenn sie einem magnetischen Feld ausgesetzt werden. Diese Längenänderung spielt sich im µm-Bereich ab. Dies lässt sich aber mit einem Interferometer "leicht" nachweisen. Der sog. Magnetostriktionskoeffizient delta_L/L_0 = (L - L0)/L0 gibt die relative Längenänderung an. Jetzt könnte man natürlich behaupten, da fehlt ja komplett die Magnetfeldabhängigkeit dieser relativen Längenänderung. Und in der Tat wächst zunächst diese Längenänderung mit zunehmenden Magnetfeld H an. Sie erreicht dann aber einen bestimmten konstanten Wert, den man eben in Tabellen wiederfindet. Für Nickel beträgt dieser ca. -50 * 10^-6 ab magnetischen Feldstärken um die 60000 A/m. Ein 1 m langer Nickelstab ändert also bei H > 60000 A/m seine Länge um -50 µm, er wird also konkret kürzer. Für das Experiment habe ich mir einen 10 cm langen Nickelstab günstig bestellt. Demnach erwarte ich eine Längenänderung von rund 5 µm. Die Auflösung mit dem Michelson-Interferometer beträgt ja ca. lambda/4, also bei roten Laserlicht 160 nm. Dürfte also kein wirkliches Problem sein, die Interferenzringe wandern zu sehen, wenn der Nickelstab einem ändernden Magnetfeld ausgesetzt wird. Oberflächenspiegel von Astromedia habe ich hier bestellt: https://pgi-shop.de/astromedia/lenses-mirrors-foils/mirror/ Die Aluminiumteile für den mechanischen Aufbau (5 mm starke Grundplatte mit den Abmessungen 30 x 20 cm) kommen von https://www.cncshop.at/Aluminium-Platte-AlMg45Mn-H111-5-mm-x-200-mm-x-300-mm-mm-Alu-je-Stk Druckfedern hatte ich noch im Fundus, genauso wie einen roten 100 mW Laser. Passende M3 Schrauben mit Inbuskopf habe ich bei Amazon geordert. Einen halbdurchlässigen Spiegel hatte ich zum Glück auch noch von meinen vorangegangenen Optikprojekten. Weiterführende Links zum Thema Magnetostriktion: https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetostriktion https://www.spektrum.de/lexikon/physik/magnetostriktion/9390 https://www.researchgate.net/figure/Magnetostriction-curves-characteristic-of-Ni-thick-and-Fe-thin_fig3_321387980 https://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Magnetostriction Wenn die bestellten Teile angekommen sind und ich weiterbasteln konnte, berichte ich von meinen Fortschritten. Und wenn ich wo nicht weiterkomme habe ich zumindest tatkräftige Unterstützung von shady, dem Hund meiner Tochter ;-)
Da das feine Korkmehl aus Portugal eingetroffen ist, konnte ich noch weitere Versuche mit meinem Kundtschen Rohr machen. Mit Trillerpfeife funktionierte es leider nicht und ich konnte keine Schwingungsbäuche und -knoten ausmachen. Mit Leistungsverstärker + Lautsprecher klappte es aber dann. Bei f = 600 Hz (Grundschwingung), 1216 Hz (erster Oberton) und 1740 Hz (zweiter Oberton) konnte ich schöne stehende Wellen beobachten. Für 1740 Hz waren insgesamt 3 Schwingungsbäuche zu beobachten mit einem Abstand von jeweils 10 cm = lambda/2. Daraus ergibt sich die Schallgeschwindigkeit zu c = lambda * f = 0.2 * 1740 = 348 m/s, was sehr gut passen würde. Der Versuch mit dem Kundt'schen Rohr ist somit abgeschlossen...
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Der Bau des Michelson-Interferometers schreitet voran, nachdem diese Woche die Aluteile eingetroffen sind. Die Platten mit den M3-Gewinde musste ich aber zweimal schneiden, nachdem die Schrauben beim ersten Mal nicht im Gewinde hielten. Jetzt warte ich noch auf die Oberflächenspiegel und den Nickelstab... Unter einem der Oberflächenspiegel werde ich einen Piezosummer montieren, damit ich dessen Position elektrisch verändern kann. Also quasi der Versuch zur Elektrostriktion.
So, die simple Piezoansteuerung mittels Spannungsteilerpotentiometer ist fertig. Aus Versuchen mit meinem Fabry-Perot-Interferometer weiß ich, dass die Längenänderung pro Volt ca. im Bereich von 400 nm liegt. Mit der 9V Batterie kann ich also einen größeren Bereich abdecken... Die Grundplatte hat nun Füße und die ersten Komponenten sind darauf festgeschraubt. Die Spule für die Magnetostriktion ist auch schon fertig. Ihr ohmscher Widerstand beträgt 6.4 Ohm und die Flussdichte B beträgt 2.2 mT pro Volt. Das entspricht einer magnetischen Feldstärke von 1751 A/m pro Volt. Gehe ich also mit der Spannung bis auf 30 V rauf, erziele ich damit eine Feldstärke von 52530 A/m. Damit komme ich in die Gegend der gesättigten Magnetostriktion bei Nickel (siehe obiger Graph Michelson-Interferometer_45). Das würde also auch einigermaßen passen, mal schauen...
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Der 10 cm lange Nickelstab (Durchmesser 8 mm) ist angekommen und ich konnte axial vorsichtig ein M3-Gewinde hineinschneiden. Damit fixiere ich die Spiegelhalterung. Jetzt warte ich eigentlich nur noch auf die Oberflächenspiegel von Astromedia, dann kann ich schön langsam den Aufbau finalisieren... Auf Amazon habe ich mir noch 8 mm und 12 mm Wellenhalterungen bestellt für den Nickelstab bzw. die Aufweitungslinse am Ausgang des Michelson-Interferometers. Links: https://www.amazon.de/dp/B086TYFVK7 https://www.amazon.de/gp/product/B07QDHMXCK
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Die Oberflächenspiegel von Astromedia sind angekommen. Ganz perfekt ist ihre Oberfläche leider nicht. Mal schauen, ob dies einen negativen Einfluss auf die Ergebnisse hat. Jetzt fehlen nur noch die beiden Wellenhalterungen. Die sollten morgen und am Samstag ankommen... Und dann habe ich meinen Mini-Marxgenerator angeworfen. Gespeist wird er von einem 3kV/DC HV-Modul. Gibt dann am Ausgang schöne Entladungen von ca. 15 mm Länge. Einen deutlich größeren Marxgenerator mit ca. 150 kV am Ausgang habe ich ja schon vor längerer Zeit gebastelt. Hier der Link dazu: https://stoppi-homemade-physics.de/marxgenerator/
um es nochmal zu erwähnen: Ich finde das absolut großartig, wie du McGyver mäßig aus "fast nix" wundervolle Experimente zusammen baust und dokumentierst!
Vielen Dank für deinen netten Kommentar, Wegstabenverbuchsler. Das ist eigentlich die Intention meiner Physikprojekte. Mit wenig Geld und einfachen Werkzeug anspruchsvollere Experimente umzusetzen... Heute ist die 8 mm Wellenhalterung angekommen und so konnte ich den Aufbau fortsetzen und erstmals testen. Es sind schöne Interferenzstreifen zu sehen, Heureka... Jetzt muss ich nur noch die Halterung für die Aufweitungslinse montieren, dann kann ich die Magnetostriktion überprüfen. Die Elektrostriktion mit dem Piezoelement habe ich bereits durchgeführt. Ich erhalte bei 0-8V so ziemlich genau eine vollständige Wanderung der Interferenzstreifen, also eine Wegänderung von lambda/2 = ca. 325 nm. Das ist weniger als gedacht. Ich werde die Piezoscheibe noch mit mehr Spannung ansteuern und die Wanderung der Streifen kontrollieren...
Ich habe heute den Versuch zur Elektrostriktion mit der Piezoscheibe für Spannungen von 0-24V wiederholt und das Interferenzmuster wandert dabei um 3 vollständige Ringe, was einer Wegänderung von 3 * lambda/2 = ca. 1000 nm entspricht. Die Piezoscheibe verändert also ihre Dicke um 1000/24 = ca. 40 nm/Volt. Das ist wie schon gesagt weniger als gedacht. Soweit ich das richtig in Erinnerung habe, hat sich der Piezo im Fabry-Perot-Interferometer um ca. 325 nm/V gedehnt. Müsste es aber noch einmal überprüfen. Wundert mich aber, wenn dermaßen große Unterschiede zwischen den Piezos bestehen würde... Und dann habe ich noch den Versuch zur Magnetostriktion durchgeführt. Ich konnte eine schöne Wanderung der Interferenzstreifen beim Anlegen des Magnetfelds beobachten. Diese rührt eindeutig vom Magnetfeld her und nicht von einer eventuellen Erwärmung des Nickelstabs in der Spule, da ich die Richtung der Wanderung durch Reduzierung des Magnetfelds wieder gleich umkehren konnte. Wenn ich die Spannung an der Spule von 1.4 V auf 3.4 V erhöhe, wandert das Interferenzmuster um 1 kompletten Ring, was einer Wegänderung von Lambda/2 = 325 nm entspricht. Das Magnetfeld der Spule beträgt im Inneren 1751 A/m pro Volt. Ich gehe von einem mittleren Magnetfeld von 1500 A/m pro Volt aus. Also hat sich das Magnetfeld bei einer Spannungserhöhung um 2 V um 3000 A/m gesteigert. Die Länge des Nickelstabs innerhalb der Spule betrug ca. 7 cm. Also ergibt dies eine relative Längenänderung von 325 nm/0.07 m bei einer Magnetfeldsteigerung um 3000 A/m. Die Steigung macht also 1.55 * 10^-9 1/A/m aus. Ich habe dann die Anfangssteigungen der relativen Längenänderung anhand mehrerer Graphen bestimmt. Bei einer Abbildung komme ich auf eine relative Längenänderung von 1.68 * 10^-9 pro A/m. Das würde sehr gut passen. In einem anderen Graphen beträgt die Anfangssteigung allerdings 5 * 10^-9 pro A/m. Also unterscheiden sich auch die Internetquellen gehörig...
Moin, Ist es möglich, daß die Piezoscheibe in so einer Weise ungünstig montiert ist, so dass die freie Bewegung der Zentralregion der Scheine etwas behindert wird? Vielleicht montiere die Piezoscheibe so, daß sie in 120 Grad Abständen nur an den Seiten gehalten wird. Dann kann sich der Transducer frei bewegen. Auch ein kleiner Lautsprecher (Hörkapsel) ließe sich dafür verwenden. Dann brauchst Du halt stabile Stromeinstellung für die Bewegung der Membrane. Die Sensecomp Series 6500 Transducer dürften sich auch dafür gebrauchen lassen; allerdings wird dazu eine viel grössere Spannung notwendig sein. Ich verwendete vor Jahren als Experiment auch so ein Verfahren um einen DRO auf 10GHz in einer PLL als "Abstimmdiode" missbraucht, abzustimmen. Das ist für mich übrigens eines Deiner tollsten Experimente. Hätte selber Lust es im Winter nachzuvollziehen. Gerhard
Möchte man anstelle der Interferenzstreifen Ringe erhalten, muss man eine Sammellinse (Anm.: Meine stammt wieder von Astromedia und besitzt eine Brennweite von f = 26.5 mm) in einen der beiden Michelson-Arme einbauen. Anhand der Interferenzringe sieht man eine Wanderung des Interferenzbilds etwas besser als bei den Streifen. Ich habe aber nach wie vor leichte Probleme mit der Elektrostriktion und Magnetostriktion. Bei der Elektrostriktion wandert das Muster einigermaßen kontinuierlich, wenn ich die Piezospannung verstelle. Allerdings nur um ca. 1 Ring bei 8 V, was mMn deutlich zu wenig ist. Dies wären nämlich nur ca. 40 nm/V. Ich habe deshalb neue Piezoscheiben bestellt. Wenn diese angekommen sind, teste ich sie gleich… Bei der Magnetostriktion wandern zwar mehr Ringe, aber es ist keine so schöne stetige Veränderung des Musters feststellbar. Vielmehr scheint das Muster bei Veränderung des Magnetfelds zu springen. So kann ich dann nur schwer sagen, wieviele Ringe es weitergewandert ist. Auch darum werde ich mich noch kümmern. Wenn ich die Spiegel mit der Hand bewege, wandert das Muster aber wie zu erwarten ist, sehr stark. Von daher scheint es einmal prinzipiell mit den Interferenzen zu passen.
Eine sehr einfache Schaltung zum Thema magnetische Levitation habe ich noch im Köcher. Benötigt wird ein Hallsensor SS495, ein Operationsverstärker, paar Widerstände und Kondensatoren, ein IRF4905 und eine Spule Kupferlackdraht. Mit dem Potentiometer kann der optimale Arbeitspunkt eingestellt werden...
Meinen Induktionsheizer basierend auf der bekannten ZVS-Schaltung (Mazzilli-Konverter) habe ich noch nicht gezeigt. Bei 16 V Eingangsspannung zieht die Schaltung knapp 5.5 A. Als Testobjekt habe ich eine Schraube genommen. Diese bringt man nach einiger Zeit zur Rotglut... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/induktionsheizer/
Nach zweimonatiger Absenz melde ich mich mit einigen abschließenden neuen Projekten zurück. 1.) Bragg-Reflexion von 60 keV Gammastrahlung an LiF-Einkristall: Dankenswerterweise bekam ich von der Firma Korth Kristalle (https://www.korth.de/) kostenlos einen Lithiumfluorid-Einkristall zugesandt. Vielen lieben Dank dafür, ich habe mich riesig darüber gefreut. In meinem Briefkasten befanden sich aber auch 5 NaCl-Einkristalle der Firma FIAS (http://www.fias.at/). Auch darüber habe ich mich sehr gefreut, vielen Dank dafür an Frau Elisabeth Firsching... Ich werde aber aufgrund der geringeren Gitterkonstante den LiF-Kristall ausprobieren. Anstelle von Röntgenstrahlung versuche ich es mit der 60 keV Gammastrahlung von Americium-241. Da deren Energie verglichen mit Röntgenstrahlung sehr hoch ist, benötige ich für ausreichend große Bragg-Winkel eben eine möglichst geringe Gitterkonstante des Einkristalls. Für den mechanischen Aufbau habe ich über willhaben.at gebrauchtes Matador-Holzspielzeug und über ebay Winkelschablonen bestellt. Als Detektor dient mein Geiger-Müller-Zählrohr. 2.) Kugelpendel Lässt man eine Metallkugel auf einem sphärischen Hohlspiegel los, so vollführt diese Schwingungen. Die Periodendauer der Schwingung ist gleich 2*Pi*Wurzel(R/g). Durch Messung dieser kann also der Krümmungsradius R und daraus die Brennweite f = R/2 des Hohlspiegels bestimmt werden. 3.) Pulsmesser mit IR-LED und IR-Fototransistor Hier werde ich die relativ einfache Schaltung mit einer IR-LED und einem IR-Fototransistor umsetzen. 4.) Newtonsche Ringe Auf aliexpress wird ein Apparat zur Erzeugung Newtonscher Ringe sehr günstig angeboten. Diesen bestellte mir ein netter Forumskollege aus der Schweiz für mich, da ja aliexpress seit 2023 weitestgehend nicht mehr nach Österreich versendet. Beleuchtet wird der Apparat mit einem grünen DPSS-Laser und Aufweitungsoptik. Für die Radien der Newtonschen Ringe gilt dann die Beziehung r² = k * n (n...Zählvariable). Diese Formel werde ich dann mittels der Software "Tracker" überprüfen. 5.) Da ich mir leider einen der beiden Lautsprecher meines Lissajous-Laserprojektors zerstört habe, musste ich mir neue Lautsprecher über ebay besorgen. Zur Erzeugung der Lissajous-Figuren werde ich einen Lautsprecher an einen 4V/50Hz Trafo hängen und den zweiten Lautsprecher mit meinem Leistungsverstärker und Funktionsgenerator-App ansteuern. 6.) Kennlinie einer Solarzelle und Experiment mit Solarzelle Zur Aufnahme der Kennlinie einer Solarzelle habe ich mir über Amazon eine Widerstandsdekade besorgt. Damit kann ich stufenweise Widerstände zwischen 0 und 9.999999 Megaohm einstellen. Weiters werde ich überprüfen, ob zwischen Kurzschlussstrom und Beleuchtungsintensität ein linearer Zusammenhang besteht. Bei einem schönen Experiment werde ich dann die Solarzelle mit einer 12V/50W Halogenlampe unter verschiedenen Winkeln und Entfernungen beleuchten. Der Kurzschlussstrom müsste dann ein Maximum aufweisen... 7.) Elastizitätsmodul Das Elastizitätsmodul von verschiedenen Materialien werde ich einmal mittels Drahtdehnung und dann mittels Biegung einer Metallleiste bestimmen. Zur Ermittlung der Kraft F zur Verbiegung der Metallleiste habe ich mir günstig über Amazon eine Kofferwaage besorgt. 8.) Elektrochemische Spannungsreihe Zur Aufstellung der elektrochemischen Spannungsreihe habe ich mir einige Metalle besorgt. Konkret Nickel, Kupfer, Aluminium, Eisen, Zink, Silber, Titan, Wolfram und Blei. Diese werde ich in eine Zitrone stecken und die Spannung messen. 9.) Regel von Dulong-Petit Die Regel von Dulong-Petit besagt, dass die molare spezifische Wärmekapazität von Festkörpern 3 * Gaskonstante R betragen soll. Daher werde ich die spezifische Wärmekapazitäten von Kupfer, Aluminium und Eisen bestimmen. Hierzu erwärme ich die Metallwürfel in einem kochenden Wasserbad und bestimme dann die Mischungstemperatur mit kalten Wasser. Zum Schluss rechne ich die spezifischen Wärmekapazitäten in J/kg*°C ind J/mol*°C um und hoffe 3R für alle Metalle zu erhalten. 10.) Bestimmung des Adiabatenkoeffizienten von Luft nach Clement-Desormes Mit der Methode nach Clement-Desormes lässt sich einfach der Adiabatenkoeffizient von Gasen/Luft bestimmen. Hierfür pumpe ich einen Behälter auf einen bestimmten Überdruck auf und lasse dann die Luft schnell aus. Bei dieser adiabatischen Zustandsänderung kühlt die Luft ab. Danach verschließt man das Ventil und der Innendruck beginnt dann durch die langsame Erwärmung wieder zu steigen. Aus dem erzielten Endüberdruck und den Überdruck zu Beginn lässt sich der Adiabatenkoeffizient berechnen. Für Luft sollte dieser bei 1.4 (5 Freiheitsgrade) liegen. Als Drucksensor kommt der Adafruit MPRLS zum Einsatz. Diesen habe ich auch über Amazon (https://www.amazon.de/dp/B07Q5TCTBZ) bestellt.
Da ich heute die Solarzelle und die 12V-Halogenlampe besorgt habe, konnte ich den Kurzschlussstrom I der Solarzelle in Abhängigkeit von der Lampenleistung P aufzeichnen. Eigentlich hätte ich mit einem schön linearen Zusammenhang gerechnet. Der Graph weicht davon aber "leicht" ab. Warum dies so ist, ist mir im Moment schleierhaft. Als nächstes werde ich mit meiner gekauften Widerstandsdekade die Kennlinie I(U) der Solarzelle aufnehmen. Und dann habe ich noch einen schönen Versuch mit der Solarzelle vor, bei dem es theoretisch um eine Extremwertaufgabe geht...
Christoph E. schrieb: > Der Graph weicht davon aber "leicht" > ab. Warum dies so ist, ist mir im Moment schleierhaft. Vlt deswegen, weil bei geringerer Lampenleistung mehr Rot-Anteile im Lampenlicht sind und die Solarzelle dort weniger empfindlich ist?
Vielen Dank Johannes für deinen wertvollen Kommentar, das wird wohl der Grund sein. Habe mir die spektrale Empfindlichkeit von Solarzellen angeschaut und die steigt bei Wellenlängen < 1200 nm bzw. < 900 nm stark an. Von daher liegt die Plankkurve der Halogenlampe bei niedrigen Leistungen noch viel zu weit im Infraroten 😉 Danke also nochmals...
Das Extremwert-Experiment mit der Solarzelle konnte ich auch schon durchführen. Dabei befindet sich die Solarzelle im horizontalen Abstand a = 30 cm vom Lampenstativ. Die Höhe h der Lampe über der Solarzelle wurde zwischen 100 cm und 0 cm variiert. Laut Theorie sollte der Kurzschlussstrom bei a/Wurzel(2) = 30/Wurzel(2) = 21.2 cm ein Maximum aufweisen. Mein experimenteller Graph weist bei rund 20 cm sein Extremum auf, was sehr gut zur Theorie passt...
Nachtrag zu meinen Versuchen mit einer Solarzelle: Kennlinie I(U) und abgenommene Leistung P in Abhängigkeit vom Lastwiderstand R. Da die Leistung dann maximal wird, wenn der Lastwiderstand gleich groß wie der Innenwiderstand ist, beträgt letzterer bei der Solarzelle rund 300 Ohm. R_i kann man sich auch aus Leerlaufspannung (rund 2 V) und Kurzschlussstrom (6 mA) ausrechnen...
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Christoph E. schrieb: > Von daher liegt die Plankkurve der Halogenlampe bei niedrigen > Leistungen noch viel zu weit im Infraroten ... Statt dessen versuche das Gleiche mit weißen LED. Oder variere die Intensität der Halogenlampe über den Abstand.
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Der Versuch Solarzelle und 12V-Halogenlampe würde mich noch auf eine weitere Idee bringen.Eine Halogenlampe erzeugt nicht nur sichtbares Licht, sondern soweit mir noch in Erinnerung auch breitbandiges Rauschen im HF-Bereich.Dies sollte mit einem klassischen Radio mit eingebauter Ferritantenne auf Langwelle oder Mittelwelle in der Nähe der Halogenlampe nachweisbar sein. Ob eine Spule und ein NF-Verstärker auch reichen, weis ich nicht. Mangels Halogenlampe hier auch nicht probierbar.Vor langer Zeit gab es dazu mal die Idee, eine Halogenlampe als Rauschgenerator zu verwenden.Das war vor der Internet-Zeit, eine Internetsuche danach hat hier nur Müll geliefert.
Versuch zum Kugelpendel: Lässt man eine Kugel auf einem sphärischen Hohlspiegel ohne Seitwärtsbewegung los, so vollführt sie harmonische Schwingungen. Aus deren Periodendauer tau lässt sich der Krümmungsradius R und damit die Brennweite f = R/2 bestimmen. Ein Optikversuch also rein mit Stoppuhr... Den Hohlspiegel mit möglichst geringer Brennweite habe ich auf ebay.com gekauft. Die Überprüfung der so ermittelten Brennweite erfolgte dann noch optisch mittels zweier parallel ausgerichteter Lasermodule. Während ich für die Brennweite mittels Stoppuhr einen Wert von f = 16.7 cm erhielt, lag das Ergebnis mit den beiden Lasern bei rund 13 cm... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/kugelpendel/
Versuch zur Regel nach Dulong-Petit: Die molare spezifische Wärmekapazität von Metallen soll gleich 3*R (R...Gaskonstante) = 3 * 8.3 = 25 J/mol*°C betragen. Also habe ich die spezifischen Wärmekapazitäten von Kupfer, Aluminium und Eisen bestimmt, indem ich zuerst die Metallwürfel im Wasserkocher auf 100°C erhitzt habe und dann die Würfel in ein mit Wasser gefülltes Gefäß gab. Aus der Temperaturerhöhung, den Massen (Wasser und Metallwürfel) und der bekannten spezifischen Wärmekapazität von Wasser konnte dann c_Metall in J/kg*°C bestimmt werden. Mit der Molmasse der drei Metalle folgt dann die molare spezifische Wärmekapazität. Meine Ergebnisse: Aluminium: c = 968 J/kg*°C, c_mol = 26.1 J/mol*°C Kupfer: c = 393 J/kg*°C, c_mol = 24.9 J/mol*°C Eisen: c = 494 J/kg*°C, c_mol = 27.6 J/mol*°C Mit den Ergebnissen bin ich eigentlich mehr als zufrieden, Heureka...
Christoph E. schrieb: > Während > ich für die Brennweite mittels Stoppuhr einen Wert von f = 16.7 cm > erhielt, lag das Ergebnis mit den beiden Lasern bei rund 13 cm... Ich glaube, der Fehler liegt in der sehr vereinfachten Dgl.(Pendel). Nutzt man den Energieerhaltungssatz (siehe Anlage) konsequent (Rotationsenergie + Translationsenergie + potentielle Energie), dann kommt man bei realen Werten für eine Kugel auf die von dir ermittelten 13 cm.
@Joe: Danke für deinen Input. Warum rechnest du aber mit R = f/2? Es gilt ja f = R/2. Deine periodendauer stimmt daher auch nicht...
Christoph E. schrieb: > Meine Ergebnisse: > Aluminium: c = 968 J/kg*°C, c_mol = 26.1 J/mol*°C > Kupfer: c = 393 J/kg*°C, c_mol = 24.9 J/mol*°C > Eisen: c = 494 J/kg*°C, c_mol = 27.6 J/mol*°C Faszinierende Ergebnisse! Interessant ist auch der Zusammenhang von Dichte und spezifischer Wärmekapazität der Metalle. Je höher die Dichte, desto geringer die Wärmekapazität. Ist ja auch logisch, denn es stehen bei höherer Dichte weniger Atome bei gleicher Masse zum "Herumzappeln" zur Verfügung. Was mich erstaunt ist, dass die c_mol Werte der drei so unterschiedlichen Metalle so ähnlich sind. Müssten schwerere Atome nicht mehr Wärmeenergie speichern können? die kinetische Energie ist ja E = 1/2mv². Die Energie also proportional zur sich bewegenden Masse. Dichte: Aluminium: 2,7 g/cm³ Eisen: 7,9 g/cm³ Kupfer: 8,9 g/cm³
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Christoph E. schrieb: > Deine periodendauer stimmt daher auch nicht. Weil ich mich vertan habe, einfach nochmals mit f=R/2 durchrechnen. Das Prinzip bleibt ja gleich. Die Kugel wird durch den zusatzlichen Drehimpuls langsamer.
Vor etlichen Jahren habe ich einen einfachen Lissajous-Laserprojektor gebastelt. Leider habe ich mir unlängst einen Lautsprecher durchgeschossen. Also musste Ersatz her und ich habe auf ebay.com zwei Lautsprecher bestellt. Diese sind nun angekommen und so konnte ich den Projektor reparieren. Im Gegensatz zur Schule stehen mir hier leider keine zwei Leistungsfunktionsgeneratoren zur Verfügung. Also musste ich improvisieren und hänge an einen der beiden Lautsprecher einen 4VAC/50Hz Trafo. Der zweite Lautsprecher wird dann von meinem Leistungsoperationsverstärker angesteuert. Dazu verwende ich eine Funktionsgenerator-App. Die Ergebnisse waren leider nicht so schön wie mit den beiden FG in der Schule. Die Figuren waren verformt und zudem hatte ich eine wandernde Phasenverschiebung. Aber man erkennt die verschiedenen Figuren in Abhängigkeit vom Frequenzverhältnis...
Danke für deinen Tipp, Henrik. Ich werde mir beim lokalen Elektronikhändler (https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/) einen 2x15W Verstärker besorgen und den dann mit einer Smartphone-Funktionsgenerator-App ansteuern. So hoffe ich, dass der Lissajous-Projektor bei höheren Frequenzen als 50 Hz schönere Figuren zeichnet... Und dann hätte ich noch ein einfaches Experiment zur Lorentzkraft, die sog. Stromwaage. Dabei wird die Kraft auf einen stromdurchflossenen Draht im homogenen Magnetfeld ermittelt, welche ja laut der Formel F = I L B sein sollte. Schulmittelhandel: https://www.phywe.de/versuche-sets/hochschulversuche/stromwaage-kraft-auf-stromdurchflossene-leiter-im-magnetfeld-mit-dem-strommessgeraet_9520_10451/ Mein Experiment liefert eine Kraft von 7.97 mN pro Ampere. Laut Theorie sollten es um die 8.55 mN/A sein, was also recht gut passen würde... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/lorentzkraft-stromwaage/
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Beim letzten lokalen Elektronikladen habe ich gestern noch ein 2x10W Verstärkermodul für den Lissajous-Laserprojektor gekauft. Gespeist wird das Modul von einem sehr günstigen Frequenzgenerator mit dem XR2206. Die damit erzielten Figuren waren schöner/glatter als mit dem 4 VAC-Trafo. Damit ist dieses Projekt auch beendet...
Experiment nach Clément und Désormes zur Ermittlung des Adiabatenkoeffizienten. Da ich das Nutellaglas nicht luftdicht bekam, habe ich mich für eine 1.5 Liter Getränkeflasche entschieden und das Ventil bzw. den Schlauchstutzen eingeklebt. Leider ist die zweite Druckzunahme nach erfolgter adiabatischer Expansion geringer als erhofft. Der so ermittelte Adiabatenkoeffizient liegt damit mit 1.22 deutlich niedriger als der Sollwert 1.4 für zweiatomige Gase wie Luft. In den meisten Fällen lag der isochore Druckanstieg noch einmal niedriger und daher der bestimmte Adiabatenkoeffizent bei nur etwa 1.1. Man muss aber auch sagen, dass der erste Überdruck vor der adiabatischen Expansion nur wenige mbar beträgt und daher die nachfolgende adiabatische Temperaturabnahme sehr gering ist. Die adiabatische Druckabnahme erfolgt bei mir durch das dünne Fahrradventil wohl auch deutlich zu langsam. Aber es kann eben nicht jedes Experiment so laufen wie man sich das gerne wünscht ;-) Ich wünsche Euch ein frohes Weihnachtsfest mit dem einen oder anderen erhofften Packerl unterm Weihnachtsbaum...
Du bist ein total krankes Genie, ich würde dir empfehlen dich bei einer Rüstungsfirma oder Geheimdienst zu bewerben, oder besser gesagt, zeig denen diese Sachen und die werben dich an ;-D Soviel Talent muss sinnvoll genutzt werden. Ziehe Hut
Was vielleicht in Richtung der Kraftmessung am stromdurchflossenen Leiter geht: Ich überlege schon die ganze Zeit, wie ich die Kraft eines Elektromagneten messen könnte. Den Elektromagneten habe ich noch nicht und müsste mir einen bauen. Meine erste Idee ist: - M8 Schraube aus dem Baumarkt - Spulenkörper drucken - N-Windungen Wickeln Es gibt verschiedene Herausforderungen: Ist eine Baumarktschraube ein geeigneter Magnetkern? Was soll als Eisenstück das der Elektromagnet anziehen sollte? Die Idee wäre: - Eisengegenstück auf ein Gewicht kleben - das ganze auf eine Briefwaage legen - Magnet mit Konstantstrom darüber Habt ihr bessere Ideen?
@ Christoph M.: Ich würde sagen, Versuch macht klug. So mache ich es bei meinen Experimenten auch immer ;-) Zuletzt habe ich die unterschiedlichen Experimente zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls E von Metallen zusammengetragen. Ich komme auf 3 sehr einfache Experimente: 1.) Bestimmung des Elastizitätsmoduls E mittels Drahtdehnung. Hier verwendet man die Beziehung Sigma = F/A = E * delta_L / L. Als Draht kam bei mir ein 0.2 mm Kupferdraht zum Einsatz. Zuerst wollte ich den Draht mit unterschiedlichen Gewichten belasten. Dabei riss mir immer der dünne Kupferdraht. Daher habe ich ein Ende mit der Kofferwaage verbunden und am anderen Ende zunehmend mit der Hand gezogen. Ich komme auf eine Dehnung von 3 mm bei einer "Kraft" von 1.26 kg. Das so ermittelte Elastizitätsmodul E liegt sehr nahe am Sollwert. 2.) Bestimmung von E mittels Biegung einer Metallleiste Belastet man das Ende einer einseitig eingespannten Metallleiste mit der Kraft F, so biegt sich diese um die Strecke h durch. Es sollte eine lineare Beziehung F = k * h bestehen. Die beiden Metallleisten (4 mm Stahl, 2 mm Aluminium) habe ich von meinem jüngsten Sohn zu Weihnachten geschenkt bekommen. Das sind dann immer die tollsten Geschenke für mich ;-) Die "Federkonstante" von Stahl betrug rund 552 N/m, jene von Aluminium nur 55.2 N/m. Die auf diese Weise erhaltenen Werte fürs Elastizitätsmodul passen auch recht gut. 3.) Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Festkörpern Vor langer Zeit habe ich einmal eine Simulations zur Wellenausbreitung in Festkörpern programmiert. Hierzu habe ich einfach Teilchen der Masse m über Federn mit der Federkonstante k mit ihren Nachbarn verbunden. Lenkt man das erste Teilchen ganz links einmalig aus, so breitet sich die Welle schön nach rechts aus. Deren Geschwindigkeit v habe ich dann in Abhängigkeit von k und m ermittelt und erhalte als Beziehung v = Wurzel(k/m). Sucht man in der Literatur nach einer Formel für v, so findet man v = Wurzel(E/ro). Die Übereinstimmung ist verblüffend. Anstelle der Federkonstante k tritt das Elastizitätsmodul E und anstelle der Masse m befindet sich in der Formel die Dichte ro. Zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit habe ich einfach zwei Mikrofone mit der Stahlleiste im Abstand von 0.9 m gekoppelt und dann auf ein Ende der Leiste geschlagen. Die beiden Audiosignale werden mit der Software Audicity aufgezeichnet. Ich komme auf diese Weise auf eine Schallgeschwindigkeit von mehr als 5500 m/s. Damit ergibt sich ebenfalls ein recht guter Wert für das Elastizitätsmodul E... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/elastizitaetsmodul/
Christoph M. schrieb: > Ist eine Baumarktschraube ein geeigneter Magnetkern? Nein. Weil ihr Material hartmagnetische Eigenschaften hat, es wird nach erstmaliger Bestromung als selbstgebauter Elektromagnet zum Dauermagneten. Gerade die Eigenschaft "elektrisch steuerbarer Magnet" wird mit diesem Kern also nicht erfüllt.
Heinrich K. schrieb: > selbstgebauter Elektromagnet zum > Dauermagneten. Kann man aber auch wieder ummagnetisieren.(?)
Christoph E. schrieb: > Sucht man in der Literatur nach einer Formel für v, so findet man v = > Wurzel(E/ro). Die Übereinstimmung ist verblüffend. Die Formel ist nicht verblüffend, sondern die Lösung der zugehörigen Dgl. Wenn Du einen diskreten einfachen Schwinger von globalen Größen auf lokale Größen überführst, dann erhält du den von dir angewendeten Zusammenhang. Dabei wirst du auch bemerken, dass v=sqrt(c/m) oder bei dir v= sqrt(k/m) von den Einheiten her nicht stimmen kann. Es fehlt die lokale Bezugslänge. Ich habe dir mal die Herleitung ausführlich aufgeschrieben.
@ Jürgen S. Nimm doch einfach einen alten Trafo oder Drossel mit EI Kern. Lässt sich leicht demontieren und die Wicklung ist auch schon da, besser als Du sie selbst machen kannst. Und Christoph, toll Dein Engagement für anschauliche, nachbaubare Experimente. Solche Physiklehrer wünsche ich mir Flächendeckend, das würde unserem Bildungswesen sehr gut tun.
Vielen Dank für eure Kommentare bzw. physikalischen Hinweise... Ich muss mein Engagement aber auch einmal ins rechte Licht rücken. Natürlich würde man sich so einen Einsatz von sämtlichen Berufsgruppen wünschen nur wer ist so "wahnsinnig" wie ich, täglich rund 3 Stunden (wenn nicht mehr) und im Jahr rund 2000 Euro aus der eigenen Tasche nur für die bessere Ausübung seines Berufs aufbringen? Ich denke, dass kann man auch nicht von jedem verlangen. Oder macht ihr es in euren Berufen auch so? Wohl kaum... Ich mache es aber aus reiner Leidenschaft für die Physik und "nur" solch ein Antrieb ist dafür auch notwendig... Ich habe auf instructables eine Anleitung für einen Photoplethysmogrammsensor (PPG) gefunden, das musste ich natürlich auch gleich umsetzen: https://www.instructables.com/ECG-With-PPG-Using-Arduino/ Durch die Absorptionsänderungen des Gewebes/der Adern je nach Sauerstoffgehalt kann man u.a. mit einem PPG den Puls messen und noch einiges mehr. Die Schaltung ist recht einfach und funktionierte zum Glück von Anfang an. Den Verlauf zeichne ich graphisch mit dem Arduino-Serialplotter auf. Wenn man genauer schaut, erkennt man im Verlauf auch einzelne Nebenmaxima bzw. Hügel. Die genauere Analyse können dann die Schüler vornehmen. ;-)
Christoph E. schrieb: > Ich mache es aber aus reiner Leidenschaft für die Physik und "nur" solch > ein Antrieb ist dafür auch notwendig... und Wertvoll! Mein Physiklehrer Peukert damals in Leipzig hatte einen ähnlichen Antrieb und kümmerte sich darum aus den, zum Teil recht alten, Lehrmitteln viel rauszuholen und hielt die in Stand. Gründete eine Physik AG, wo auch neue Experimente vorbereitet wurden. Hat mir viel gegeben der Mann Weis leider nicht was er heute macht und ob er noch lebt. Hab ihn nur mal Ende der 90er getroffen und er war sehr traurig das man nach der Wende das meiste der Lehrmittel weggeschmissen hat und nun alles nur noch theoretisch abhandelt. Mich freut es daher um so mehr das auch Heute noch Menschen sich so engagieren. Dein neustes Projekt lässt sich ja Fachbereichsübergreifend auch im Bio-Unterricht gut einsetzen. Daumen hoch, weiter so.
Einen schönen Versuch zum Faradayschen Induktionsgesetz habe ich noch durchgeführt. Und zwar lasse ich einen Magneten in einem Kunststoffrohr durch eine Spule frei fallen und zeichne den zeitlichen Verlauf U(t) der Induktionsspannung mit dem Oszilloskop auf. Mittels Integral U(t)*dt kann man die (mittlere) Flussdichte des Magneten berechnen. Da mein Oszilloskop über keine Integralfunktion verfügt bin ich einen anderen/unkonventionellen Weg gegangen und habe das Integral quasi gewogen. Ein Kästchen besitzt die Einheit 500 mV * 2 ms = 1 mVs. Ich habe davon 9 abgewogen und dann die Masse von einem Kästchen ausgerechnet. Danach habe ich die beiden Spannungsverläufe ausgeschnitten und ebenso auf Karton geklebt und abgewogen. Auf diese Weise erhalte ich das Integral U(t)*dt mittels Waage. Einmal habe ich den Magneten aus größerer Höhe durch die Spule fallen lassen, beim zweiten Versuch besaß der Magnet eine geringere Geschwindigkeit. Die Fläche U(t)*dt sollte aber in beiden Fällen gleich sein, was auch der Fall war. Beide Kartons wogen rund 1.24 g. Mit dieser Methode komme ich auf eine "mittlere" Flussdichte des Magneten von 0.19T. Mit dem Teslameter habe ich dann sogleich die Flussdichte direkt bestimmt. In der Mitte des Magneten komme ich mit anliegenden Sensor auf rund 0.41 T. Am Rand sind es nur noch ca. 0.16T und knapp neben dem Magneten lediglich 0.03 T. Also passt mein Mittelwert mit 0.19 T eigentlich sehr gut, Heureka...
So, welche Projekte habe ich noch für 2024 vor? Viel ist es nicht mehr... 1.) Elektrochemische Spannungsreihe: Da habe ich mir einige Metalle (Nickel, Zink, Kupfer, Wolfram, Titan, Aluminium, Stahl, Silber, Blei) besorgt. Ein erster Testlauf ergab aber, dass die erhaltenen Spannungen nur kaum jenen Potentialen in der elektrochemischen Spannungsreihe entsprechen. 2.) Bragg-Reflexion von 60 keV Gammastrahlung am Lithiumfluoridkristall: Die Winkelschablonen von ebay haben sich hier zusammen mit den Matador Holzteilen hoffentlich als Glücksgriff erwiesen. Damit kann ich die beiden Winkel (phi vom Kristall und 2*phi vom Geigerzähler) wohl relativ gut einstellen. Zuerst dachte ich an eine Mechanik, welche die beiden Winkel gleichzeitig und automatisch einstellt. Davon bin ich aber mittlerweile ob der Komplexität abgekommen und habe nun vor, beide Winkel von Hand einzustellen. Holzplatte für die Grundplatte habe ich auch bereits im Baumarkt gekauft... 3.) Amperesches Gesetz: Dieses möchte ich mittels Magnetfeld B(r) eines langen, geraden Leiters in Abhängigkeit vom Abstand r zeigen. Es sollte ja gelten: B(r) = µ0*I/(2*Pi*r). Zudem leite ich das Ergebnis auch mittels Biot-Savart-Gesetz her... 4.) Raketenteststand: Hierfür werde ich mein Newtonmeter mit 480x320 Pixel Display verwenden. Bei Klima-Raketen habe ich bereits schöne Treibsätze mit 2N Schub und 5sek Schubdauer bestellt. Diese sind gestern auch schon angekommen. 5.) Newtonsche Ringe: Eigentlich war angedacht, den Apparat mit Laserlicht zu bestrahlen, damit die Interferenzringe schön zur Geltung kommen. Das hat aber bisher mehr schlecht als recht funktioniert. Unter Tageslicht sieht man die Ringe aber sehr schön. Mal schauen, ob ich mir da noch etwas überlege. Habe extra eine Lupe gekauft, damit ich das monochromatische Laserlicht kollimiere... 6.) Spirometer mit Arduino: Das habe ich eigentlich schon fertig gebastelt, da fehlt mir nur noch ein Video, was ich schlecht alleine machen kann ;-) Das Signal vom Drucksensor ist stark verrauscht. Vielleicht hänge ich da noch einen Tiefpassfilter dran. 7.) Einfache Astrofotografie mit meinem 90mm Refraktor: Der wartet zusammen mit meiner alten Canon DSLR auch noch auf seinen Einsatz. Die motorisierte Montierung habe ich auch noch nie getestet. Vielleicht wird es ja im Frühling etwas. 8.) Mein mit Abstand langwierigster Versuch: Die Aufnahme der Zerfallskurve von Polonium. Dieses hat ja eine "relativ" kurze Halbwertszeit von 138 Tagen. Seit Jänner 2021 läuft dieser Versuch... 9.) Wasserraketen: Die warten auch noch darauf, in die Luft geschossen zu werden. Habe für die Höhenmessung ja eine kleine Arduino-Schaltung mit Barometer und SD-Card gebastelt, wo auf Knopfdruck die Zeit und der Luftdruck für 30 sek gespeichert werden. 10.) Aufnahme der Dampfdruckkurve von Wasser - Clausius-Clapeyron-Gleichung: Da habe ich vor gut 20 Jahren einmal einen Versuch dazu gemacht, den ich jetzt wiederholen möchte. Zusätzlich werde ich die Dampfdruckkurve über die verschiedenen Siedetemperaturen in Abhängigkeit von der Wassertemperatur bestimmen. Habe mir dazu gerade auf Amazon eine Handvakuumpumpe gekauft. Die geht hoffentlich so ca. bis 150 mbar runter. Meine Drehschieberpumpe möchte ich ehrlich gesagt nicht dranhängen, da mir wohl der ganze Wasserdampf dann mein Öl/meine Pumpe ruiniert. 11.) Einfache Nuklearmagnetresonanz (NMR): Die Schaltung(en) dazu sind bereits fertig und auch die beiden Spulen sind gewickelt. Da fehlt mir irgendwie nur die Zeit, damit in den Wald zu fahren und zu hoffen, über Lautsprecher ein "Ping" zu hören... 12.) Ballistisches Pendel: Diesen Versuch mache ich im Physiklabor in der Schule. Jetzt habe ich mir für zuhause eine zweite Armbrust mit 50 lbs bestellt. Styrodurplatte für das Ziel habe ich bereits letzte Woche gekauft. Da muss ich mir nur noch einen schönen Würfel mit Holzbeschwerung kleben... Das war es eigentlich. Ich wünsche euch einen guten Rutsch ins neue Jahr und für 2024 vor allem Gesundheit, denn im Gegensatz zu Mikrocontrollern kann man sich diese nicht unbedingt kaufen ;-)
Hallo Christoph, May the force be with you! Wünsche Dir alles Beste fürs nächste Jahr und "Gut Gelingen" bei allen geplanten neuen Unternehmungen. VG aus Kanada, Gerhard Bezüglich Exp. 2, ginge es vielleicht mit einem Mikrostepper Motor. Trinamic hat da gute Steuer ICs, mit denen man sehr hohe Auflösungen erreichen kann. Das sollte ziemlich reproduzierbar sein, solange die Drehmomentbelastung niedrig genug ist.
Christoph E. schrieb: > So, welche Projekte habe ich noch für 2024 vor? Viel ist es nicht > mehr... Hallo Christoph, wahrscheinlich kennst Du auch den Foucault-Test bzw. das https://de.wikipedia.org/wiki/Foucaultsches_Schneidenverfahren . Das wäre meiner Meinung nach auch noch ein interessanter Versuch. Weitere Links zum Foucault-Test: https://stellafane.org/tm/atm/test/understanding.html https://telescope-optics.net/foucault_test.htm https://web.archive.org/web/19980629142016/http://www.jlc.net/~force5/Astro/ATM/Foucault/FoucaultTester.html https://wp.optics.arizona.edu/visualopticslab/wp-content/uploads/sites/52/2016/08/noninterferometric.pdf Eine alternative Methode ist der Ronchi Test https://telescope-optics.net/ronchi_test.htm P.S. Ich habe vor längerer Zeit versucht einen kleinen 6" (150 mm) Spiegel selber zu schleifen und habe ihn dabei mit dem Foucault Test getestet.
Danke für die Kommentare bzw. den Tipp mit dem Foucaultschen Test. Da ich auch an Astronomie/Teleskopen interessiert bin, kannte ich den schon. Vom Aufbau her ähnelt er extrem jenem zum Sichtbarmachen von Schlieren mit einem Teleskopspiegel. Anbei ein Photo von diesem Experiment... Den Versuch zur elektrochemischen Spannungreihe konnte ich gestern durchführen. Als Bezugselektrode habe ich Blei ausgewählt, da es auch in der elektrochemischen Spannungsreihe nahe bei 0V liegt. Meine erhaltenen Spannungen weichen aber zum Teil gehörig von den Potentialen in der Spannungsreihe ab. Zum Beispiel sollte die Paarung Titan-Blei eine Spannung von -1.63 -(-0.13) = -1.5 V ergeben. Ich messe hingegen +0.136 V. Lediglich bei Kupfer und Zink passen die Werte gut. Deren Paarung ergibt zum Beispiel eine Spannung von ca. 1 V (Sollwert 1.1 V). Dies liegt aber daran, dass ich ja keine Normal-Wasserstoffelektrode bei meinem Experiment verwende, so wie es in der elektrochemischen Spannungsreihe eigentlich vorgesehen ist... Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrochemische_Spannungsreihe
Mittlerweile sind einige meiner bestellten Sachen (vorwiegend vom Amazon) angekommen. Für das Dampfdruck-Experiment sind dies: * Gummistopfen und Spritzen für die Vakuumkammer * 16 x 160 mm Reagenzgläser * Handvakuumpumpe: Zufällig ist da auch eine kleine Vakuumkammer mitenthalten, die ich sehr gut anstelle der Spritzen verwenden kann. Diese besitzt auch einen zweiten Ausgang für das Arduino-Manometer. Damit bestimme ich den Druck (= Dampfdruck), bei der das Wasser bekannter Temperatur zu sieden beginnt. Dies mache ich dann für verschiedene Temperaturen. Scheinbar komme ich mit der Handvakuumpumpe auf ca. 150 mbar runter * Sortiment mit Schlauchverbindungen und T-Stücken (kann man sonst auch immer wieder gebrauchen, wenn ich Versuche mit Vakuum mache) Unterwegs ist noch der Laborständer für den Dampfdruckversuch und dann eine "P*e*n*i*s*pumpe" von aliexpresse :-) Die hatte ich bestellt, weil ich nicht weiß wie sich die Handvakuumpumpe von Amazon schlägt. Stimmt wirklich, ist keine Ausrede ;-) Für das ballistische Pendel sind dies: * 50 lbs Armbrust inkl. Pfeile * Styrodurplatte, mit der ich den "Zielwürfel" gebastelt/geklebt habe Und dann habe ich noch einen weiteren Versuch zur Anomalie des Wassers entdeckt und zwar die Dichtebestimmung von Wasser im Bereich 0 bis 15°C. Dazu habe ich mir auf aliexpress ein Glasgefäß mit zwei Hälsen bestellt. In einen der Hälse kommt ein Thermometer und in den anderen ein Stopfen für das dünne Plexiglasrohr mit 3 mm Innendurchmesser. Ich werde das Wasser dann beginnend mit Raumtemperatur mittels Eiswürfel sukzessive abkühlen und mittels der variierenden Steighöhe in der "Kapillare" die Dichte berechnen. Sollte ja bei 4°C ein Maximum besitzen...
Den einen Versuch zur Bestimmung des Dampfdrucks von Wasser mit der Handvakuumpumpe hat eigentlich sehr gut funktioniert. Als Drucksensor kommt der Adafruit MPRLS + Arduino zum Einsatz. Dieser geht scheinbar bis 0 mbar hinunter. Mit der Handvakuumpumpe erreiche ich minimal ca. 80 mbar. Auch das überrascht mich positiv. Wenn man bedenkt, dass diese nicht einmal 20 Euro gekostet hat... Das bei der Handvakuumpumpe inkludierte Gefäß entpuppte sich auch als ideal für diesen Versuch, da ich erstens das Wasser sehr leicht nachfüllen und zweitens das Manometer sehr bequem anschließen kann. Hätte mir den Spritzenkauf daher ersparen können. Ich reduziere den Druck so lange, bis das Wasser zu sieden beginnt. Diesen Druck notiere ich mir zur gegebenen Wassertemperatur. Die so erhaltene Dampfdruckkurve passt sehr gut zu den Sollwerten, Heureka. Ich komme halt mit der Vakuumpumpe nicht unter 80 mbar, deshalb endet dieser Versuch bei Wassertemperaturen < 40°C. Mit meiner Drehschieberpumpe möchte ich den Versuch aber auch nicht machen, da ich mir nicht Wasser in die Pumpe ziehen möchte. Wenn das Laborstativ von Amazon angekommen ist, mache ich noch einen weiteren Versuch zur Bestimmung der Dampfdruckkurve. Von diesem erwarte ich aber nicht so gute Ergebnisse... Mein Newtonmeter für die Erfassung des Raketenschubs habe ich auch angepasst, indem ich die Messrate des HX711 auf 80 Hz erhöht habe. Danach musste ich natürlich die Zeitachse anpassen. Diese geht jetzt bis rund 8 Sekunden. Die Schubdauer der gekauften Klima-Treibsätze soll 5 Sekunden betragen, von daher passt das recht gut. Die maximale Schubkraft beträgt zu Beginn rund 4 N. Meine y-Achse reicht von 0 bis 10 N, auch das müsste passen...
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Mann, Du legst hier eine Schlagzahl vor... :D Schläfst Du irgendwann auch? Und Du isst am Experimentierplatz, oder? ;)
@Johannes: Ich schlafe leider viel zu viel ;-) Und ja, aufgrund der engen Wohnverhältnisse und der vielen Projekte in meiner Wohnung mache ich die meisten meiner Experimente in der Küche, da ich im Wohnzimmer keinen Platz mehr dafür habe... Der Versuch zum Ampereschen Gesetz ist fertig. Als Magnetfeldsensor musste ich den HMC5883L nehmen, da die erzeugten Magnetfelder doch im Bereich < 100 µT lagen. Nach dem Ampereschen Gesetz ist die Flussdichte B um einen stromdurchflossenen Draht gleich B(I,r) = µ0 * I / (2*Pi*r). Zuerst habe ich den Strom konstant gehalten (3.42 A) und den Abstand r variiert und dann den Abstand konstant gelassen (r = 2 cm) und die Stromstärke verändert. Trage ich B zu 1/r und B zu I auf, erhalte ich schöne Geraden wie es zu erwarten ist. Die Steigungen beider Geraden stimmen einigermaßen mit den Sollwerten überein, beim B(I) sogar sehr gut...
Was sagt denn die XYL dazu, von wegen Küchenbeschlagnahme und so... Sonst: Hut ab!
@Gerhard: Es gibt keine XYL, bin voll und ganz mit der Physik verheiratet ;-) Das zweite Experiment zur Dampfdruckkurve ist auch fertig. Dazu habe ich ein Laborstativ und Reagenzgläser auf Amazon bestellt. Zum Versuchablauf: Das umgedrehte Reagenzglas wird ins Wasser getaucht und mit Wasser fast vollständig befüllt. Nur am oberen Ende soll sich eine kleine Luftblase befinden. Nun erhitzt man das Wasser langsam und notiert die Größe der Luftblase. Der Druck innerhalb der Luftblase bildet sich einmal durch die eingeschlossene Luft und dann durch den Dampfdruck. Zu Beginn bei 15°C Raumtemperartur geht man davon aus, dass der Druck alleine durch die Luft zustande kommt. Dann kann man die Mole ausrechnen und in weiterer Folge dann für die jeweilige Temperatur und das jeweilige Volumen den Luftdruck ausrechnen. Zusammen mit dem Dampfdruck muss sich dann der Gesamtdruck ergeben. Dieser Gesamtdruck ist gleich dem äußeren Luftdruck abzüglich dem hydrostatischen Druck der Wassersäule (pro cm Wassersäule 1 mbar). Auf diese Weise kann man dann den Dampfdruck in Abhängigkeit von der Temperatur bestimmen. Mit zunehmender Temperatur vergrößert sich das Volumen der Luftblase. Der Gesamtdruck bleibt aber in etwa gleich. Vergrößert sich aber die Luftblase, so sinkt der Luftdruck darin. Zum Ausgleich erhöht sich der Dampfdruck innerhalb der Luftblase. Soweit die Theorie. Problem ist, dass ich einen gehörigen Temperaturgradienten innerhalb des Reagenzglases habe. Während unten im Kochtopf das Wasser bereits kocht, habe ich oben im Reagenzglas wohl so um die 85°C. Daher bildet sich in der Luftblase auch nur der Dampfdruck entsprechend den 85°C aus und nicht den 100°C. Deshalb sieht meine so erhaltene Dampfdruckkurve gegen Ende hin nicht sonderlich schön aus bzw. ist unvollständig. Da fand ich die Ergebnisse mit der Handvakuumpumpe und der Siedetemperatur besser...
Beim Experiment zur Braggreflexion am LiF-Kristall bin ich auch weiter gekommen. Der mechanische Aufbau ist soweit fertig. Habe alles mit Matador-Holzbausteinen so gebaut, dass man die Einzelteile noch immer verdrehen/justieren kann, zum Beispiel den Aufsatz mit dem Lithiumfluoridkristall. Jetzt werde ich mich dann an die Messungen machen, obwohl ich ehrlich gesagt nicht glaube, die Glanzwinkel von nur 3° auflösen zu können. Denn bei einem so geringen Winkel bekommt ja das Zählrohr trotz Blenden noch Teile der nicht reflektierten/direkten Gammaquanten ab. Die Lochblenden zum Kollimieren sind 2 mm groß/klein...
Christoph E. schrieb: > Angehängte Dateien: > Arduino_Drehzahlmesser_01.ino (1,63 KB) > Arduino_Drehzahlmesser_02.ino (1,83 KB) Falls es noch niemand erwähnt hat: Der Zugriff auf die von der Interrupt-Routine ständig veränderten Variablen müssen bei Verwendung außerhalb eines Interrupt-Service-Kontext, also z.B. in loop(), durch eine noInterrupts()-interrupts()-Klammer geschützt werden, wenn sie größer als ein atomarer Lesebefehl des Prozessors sind. Das könnte die Probleme bei höheren Frequenzen erklären. LG, Sebastian
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Zum Thema Fluoreszenz und Phosphoreszenz habe ich noch einiges zusammengetragen. Hier der ausführlichere Bericht: https://stoppi-homemade-physics.de/fluoreszenz-phosphoreszenz/ Von Fluorescein habe ich das Emissionsspektrum mit meinem Webcamspektroskop aufgenommen. Angeregt habe ich das Fluorescein mit meinem 488 nm Laser. Dann habe ich noch die Nachleuchtdauer meines Rubinstabs mittels Lichtdetektor und Oszilloskop erfasst, welche rund 3 ms dauert. Dies ist eigentlich extrem lange. Aufgrund dieser großen Zeitunschärfe delta_t ist die Energieunschärfe delta_E nach der Heisenbergschen Unschärferelation gering und das emittierte, rote Fluoreszenzlicht fast monochromatisch (siehe Spektrum). Auf Aliexpress habe ich mir dann noch Phosphorpulver besorgt. Dieses leuchtet über viele Minuten nach. Die zugehörige Leuchterscheinung fällt also in die Phosphoreszenz... Und dann habe ich mir noch über willhaben.at einen Aragonit/Eisenblüte besorgt, in der Hoffnung auf Phosphoreszenzerscheinungen. Leider leuchtet das Mineral überhaupt nicht nach. Dafür fluoreszieren meine Uranhältigen Mineralien (Autunit, Uranocircit) sehr schön.
Ich habe mir auf der österreichischen Verkaufsplattform willhaben unlängst ein Sortiment Gummibälle gekauft. Damit lassen sich schöne Physikversuche machen. 1.) Hüpfender Gummiball: Ein Gummiball wird aus einer bestimmten Starthöhe fallen gelassen und per Videoanalyse die jeweiligen Maximalhöhen h_i ermittelt. Daraus lassen sich dann die einzelnen "Flugzeiten" t_i berechnen. Gut, die könnte man auch gleich direkt aus dem Video extrahieren... Ich habe eine mittlere prozentuelle Abnahme der Flughöhen um 13% festgestellt. Es gilt also: h_i+1 = h_i * 0.87. Für die Flugzeiten gilt daher: t_i+1 = t_i * Wurzel(0.87) = t_i * 0.933. Die Gesamtfallzeit t_ges ist nun die Summe der Teilzeiten t_i. Jetzt könnte man vermuten, dass durch die unendliche Summation von zwar immer kleiner werdenden Zeiten der Gummiball niemals zur Ruhe kommt.Dem ist natürlich nicht so. Wir haben es hier um eine geometrische Reihe zu tun: Summe_i q^i = 1 / (1 - q). Konkret für q = 0.933 folgt für die Summe 14.93 * t_1 + t_0 (erster Fall nach unten nach dem Start). Ich komme auf t_ges = 13 sek, was realistisch ist... 2.) Superspringball Lässt man zwei Gummibälle übereinander fallen, wobei der untere ein großer Gummiball sein muss und der obere ein deutlich kleinerer, so fliegt der kleinere nach dem Aufprall mit großer Geschwindigkeit nach oben. Wie kann man dies erklären? Beide Bälle kommen mit v am Boden an. Der untere, schwere Gummiball wird mit v nach oben reflektiert. Vom großen Gummiball aus betrachtet, kommt ihm der kleinere Ball mit 2*v entgegen. Da er kleine deutlich leichter ist als der schwere, wird dieser vom schweren Ball aus betrachtet mit 2*v nach oben reflektiert. Wechselt man nun wieder das Bezugssystem, so fliegt der leichte Gummiball mit 2*v + v = 3*v nach oben und kommt demnach 9-mal so hoch wie die Ausgangshöhe. In Wirklichkeit schafft er das natürlich nicht ganz, der Effekt ist aber beeindruckend... Link mit mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/gummiball-experimente/
Christoph E. schrieb: > Beide Bälle kommen mit v am Boden an. Ja. > Der untere, schwere Gummiball wird mit v nach oben reflektiert. Nein, der untere hat eine um die (durch Verformung des Gummi) Verluste deutlich reduzierte Geschwindigkeit v', somit v + v' als "entgegenkommende Geschwindigkeit". Mit Stahlkugeln, die dem idealen Stoff näher kommen als das verformbare Gummi, auf SEHR hartem Untergrund hättest Du richtig: näherungsweise 2x v
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Hier (Beitrag "[S] Transmission-Gate für Sinussignal") habe ich nach einem Transmissionsgatter gefragt und als Antwort den IC4066 erhalten. Diesen benötige ich für einen Versuch zur Heisenbergschen Unschärferelation. Ein Sinussignal vom Frequenzgenerator durchläuft ein Transmissionsgatter, welches von einem NE555 getaktet wird und immer kürzere Sinuspulse durchlässt. Schaut man sich dann das Fourierspektrum mit dem Oszilloskop an, so bemerkt man bei einem unbeschnittenen Sinus (Ortsunschärfe delta_x groß) einen schmalen peak im Frequenzspektrum (schmales f bzw. lambda und daher auch nach de Broglie schmales delta_p). Bei immer kürzeren Sinuspulsen (kleiner werdende Ortsunschärfe delta_x) wird das Fourierspektrum immer breiter (größeres delta_f bzw. delta_lambda und daher größeres delta_p). Die Heisenbergsche Unschärferelation delta_x * delta_p > h / 4*Pi besagt ja, dass nicht beide Größen (Ort x und Impuls p) beliebig genau messen kann. Kennt man eine Größe genauer, so steigt die Unschärfe der anderen... Inspiration: https://www.experimente.physik.uni-freiburg.de/H_Atom_und_Kernphysik/versuchemitelektronenundmateriestrahlen/heisenbergakustikanalogie
Vor einigen Wochen hat ja ein sehr nettes Forumsmitglied aus der Schweiz mir einen Newtonsche-Ringe-Apparat von aliexpress gekauft, da kein Versand nach Österreich angeboten wurde. Vielen herzlichen Dank nochmals dafür. Mittlerweile beliefern wieder deutlich mehr Händler von Aliexpress Österreich... Unter Sonnenlicht sieht man die Interfenzringe recht deutlich, nur fächern diese durch das nicht monochromatische Licht zusehends auf. Daher wollte ich zuerst den Apparat mit einem Laser beleuchten, damit die Ringe wieder scharf werden. Aber dies glückte leider nicht. Daher beschloss ich einfach einen Filter (konkret 600 nm Rotfilter) zu verwenden. Blickt man durch diesen auf die Interferenzringe, so werden sie deutlich schärfer und es sind mehr Ordnungen zu beobachten als ohne Filter. Für die Radien r(n) gilt der Zusammenhang mit der Ordnung n: r²(n) = k * n. Trägt man also r² gegen n auf, so müsste man eine Gerade erhalten. Dies war dann auch der Fall bei mir. Aus dem Anstieg k lässt sich der Krümmungsradius der plankonvexen Linse bestimmen. Dies ergabe bei mir einen Wert von R = ca. 17 m. Die Teile für den Versuch zur Bestimmung der Wasserdichte in Abhängigkeit von der Temperatur sind eigentlich auch alle bereits angekommen. Die 500 ml Zweihalsflasche dichte ich mit zwei Gummistopfen ab. In einen kommt das Thermometer, in den anderen das 5/3mm Plexiglasrohr. Die Dichte bestimme ich dann durch Messen der unterschiedlichen Steighöhe des gefärbten Wassers im dünnen Plexiglasrohr. Ich muss mir nur noch Eiswürfeln besorgen. Hoffentlich bekommt man diese bei Spar oder Billa, mal schauen... P.S.: Die P*e*n*i*s*pumpe ist auch schon angekommen. Sie funktioniert aber deutlich schlechter als jene Pumpe von Amazon für die Bremsflüssigkeit. Das mit ihr erzielte Vakuum ist laut Manometer deutlich schlechter (ca. 350 mbar)
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Gestern konnte ich mit meiner Tochter den Raketenteststand im Hof testen. Beim ersten Versuch kippte dieser durch den doch zu großen Schub um. Beim zweiten Durchgang konnte ich dann schön den zeitlichen Kraftverlauf aufzeichnen. Dieser deckt sich sehr gut mit den Angaben des Herstellers (Klima Raketentechnik), Heureka...
mchris: >>Was vielleicht in Richtung der Kraftmessung am stromdurchflossenen >>Leiter geht: Ich überlege schon die ganze Zeit, wie ich die Kraft eines >>Elektromagneten messen könnte. stoppi: >@ Christoph M.: Ich würde sagen, Versuch macht klug. So mache ich es bei >meinen Experimenten auch immer ;-) Du hast recht. Hier die erste Näherung: Beitrag "Re: Elektromagnet bauen"
Die Abhängigkeit des elektrischen Felds einer Punktladung vom Abstand r kennen wir ja in Form des Coulombgesetzes und zwar E(r) = 1/r². Doch wie sieht es mit dem Magnetfeld B(r) eines Magneten aus? Dieser Frage ging ich heute nach. Ich bestimmte die Flussdichte B eines starken Würfelmagneten in Abhängigkeit von der Entfernung r. Damit ich auf die Potenz der r-Abhängigkeit komme, trage ich einfach ln(B) gegen ln(r) auf. Die Steigung k der erhaltenen Gerade entspricht dann genau der gesuchten Potenz n. Ich komme auf eine Steigung von k = -n = -2.63. Demzufolge lautet die r-Abhängigkeit des Magnetfelds B(r) = 1/r^2.63. Bei einer Leiterschleife beträgt die axiale Fernabhängigkeit des Felds B(r) = 1/r³.
Ich habe mich neulich darüber informiert, wie ich Messdaten vom Arduino auf mein Smartphone senden kann und bin im Zuge dessen auf dieses Video gestoßen: https://www.youtube.com/watch?v=jVy6Z5qA_h0 Darin wird gezeigt, wie man mittels Bluetooth-Modul HC-05 und der App "Arduino Bluetooth Terminal" (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.frederikhauke.ArduTooth&hl=de&gl=US&pli=1) bis zu 6 Sensorwerte auf einfachste Weise übertragen kann. Zum Glück besaß ich noch einige Bluetoothmodule in meinem Fundus und so konnte ich die Übertragung gleich experimentell testen. Als physikalische Anwendung werde ich eine kleine Zentrifuge basteln und die Zentripetal/fugalbeschleunigung in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit omega und dem Bahnradius r ermitteln. Als Sensor drängt sich hierfür der MPU6050 geradezu auf. Er besitzt einen 3-Achsen Beschleunigungssensor und ein Gyroskop zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit in 3 Achsen. Durch das integrierte Gyroskop benötige ich zur Erfassung der Rotation nicht einmal eine Lichtschranke oder ähnliches. Es sollte sich folgende Abhängigkeit zeigen: a_zp = omega² * r.
Die Zentrifuge für die Bestimmung der Zentripetalbeschleunigung in Abhängigkeit vom Bahnradius r und der Winkelgeschwindigkeit omega ist soweit fertig. Die Messungen dazu werde ich wohl am Wochenende durchführen... Dann möchte ich noch eine Nebelkammer zur Sichtbarmachung radioaktiver Strahlung mittels Trockeneis umsetzen. Nebelkammern habe ich schon 3 verschiedene umgesetzt, die mit Trockeneis fehlte mir noch in der Sammlung. Plastikgehäuse mit schwarzem Boden ist bereits auf Amazon gekauft. Das gefrorene CO2 bekomme ich direkt bei Linde in Graz. Und dann habe ich noch einen spannenden Versuch zum Thema Oberflächenplasmonen. Plasmonen sind ja quantisierte Schwankungen der Ladungsträgerdichte in Festkörpern. Link: https://physicsopenlab.org/2019/07/21/surface-plasmon-resonance/ Mit einem Laser wird unter verschiedenen Winkel ein Glasprisma bestrahlt. An dessen Hypothenuse befindet sich ein Glasobjektträger mit sehr dünner Goldbeschichtung (rund 50 nm dünn). Unter bestimmten Winkeln werden Oberflächenplasmonen angeregt und der Reflexionsgrad des Lasers sinkt. Ich habe mich in den letzten Tagen u.a. darum gekümmert, solch einen Goldbedampften Objektträger zu besorgen. Es gibt einige Anbieter aus Übersee, nur die Verlangen 60-90 Euro alleine für den Versand. Mit Zoll würde mir ein einzelner Objektträger auf 120-150 Euro kommen. Das ist selbst mir zuviel. Daher habe ich meinen italienischen Kollegen Lodovico von physicsopenlab.org angeschrieben, ob er eventuell noch eine Goldprobe hat und diese an mich verkaufen würde. So wie es ausschaut, hat er eine ;-) Und eine Gausskanone möchte ich mir auch noch basteln. Habe zwar schon eine in der Schule, aber für zuhause fehlte mir noch eine. Die dafür benötigten Kugeln und Würfelmagnete habe ich über Amazon bestellt. Die Winkelleiste aus Stahl besorge ich im Baumarkt...
Christoph E. schrieb: > Ich habe mich in den letzten Tagen u.a. darum gekümmert, solch einen > Goldbedampften Objektträger zu besorgen. Es gibt einige Anbieter aus > Übersee, nur die Verlangen 60-90 Euro alleine für den Versand. Mit Zoll > würde mir ein einzelner Objektträger auf 120-150 Euro kommen. Für 75 Euro plus Versand gibt es einen vergoldeten Objektträger, 75 x 25 x 1 mm, 50 nm Au von Nano-Tec aus den Niederlanden https://www.microtonano.com/de/Nano-Tec-Gold-beschichtete-Objekttraeger.php Naja, so viel günstiger als aus Übersee ist der aber auch nicht.
@ alesi: Vielen Dank für den Link, kannte ich noch nicht. Da käme ich auf rund 93 Euro inkl. Versand und das ohne Zoll, schon einmal besser als die Angebote aus Übersee. Aber wie gesagt hoffe ich, dass ich von einem Kollegen aus Italien einen goldbeschichteten Objektträger günstiger bekomme ;-) Die Messungen mkt der Zentrifuge konnte ich wie geplant gestern durchführen. Theorie und Experiment stimmen eigentlich sehr gut überein. Die Beschleunigungswerte a_x sprangen bei der Messung aber stärker herum, die Winkelgeschwindigkeiten g_z waren leichter zum Ablesen...
Die Gausskanone habe ich jetzt zuhause auch umgesetzt, nachdem ich mit meinem jüngeren Sohn die Stahlwinkelleiste vom Baumarkt besorgt habe und die Stahlkugeln und Magnete von Amazon angekommen sind. Ich komme auf eine Geschwindigkeit von max. 7 m/s, also 25.2 km/h...
Das Experiment zur Anomalie von Wasser ist auch im Kasten. Dabei habe ich experimentell die Wasserdichte in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt. Damit ich die geringen Dichteunterschiede überhaupt messen kann, verwende ich ein dünnes Steigrohr mit 3 mm Innendurchmesser. Der Glaskolben, welcher mittels Eiswürfel abgekühlt wird, fasst 500 ml. Schlussendlich betrug die Änderung der Steighöhe von 15.1°C nach 4°C genau 6.1 cm. Unterhalb von 4°C nimmt die Steighöhe h wieder langsam zu, da ja Wasser bei 4°C ein Dichtemaximum besitzt. Dieses Extremum konnte ich experimentell auch dank zweier Tiefkühlpizzen sehr schön nachweisen, Heureka... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/wasserdichte-anomalie-von-wasser/
Christoph E. schrieb: > Wie kann man dies erklären? Der Impuls ist dabei nicht alles. Der größere Gummiball verformt sich bei dem Aufprall. Dabei wird eine "Gummiefeder" gespannt die dann den kleinen Ball nach oben zusätzlich beschleunigt. Als Modell würde sich ein Gummiball eignen mit unten einer vorgespannten Feder auf die er fällt. Die vorgaspannte Feder wäre der untere große Ball, der gerade seinen Punkt der maximalen Verformung überschreitet. Wenn der untere Ball zu groß wird, so dass der obere Gummiball bereits wieder weggeflogen ist, läuft es asymptotisch auf den normalen Wegprall hinaus. Es gibt aber noch eine Schockwelle, die durch den unteren Ball läuft. Die ist dafür verantwortlich, dass die Abprallgeschwindigkeit, also des Beschleunigung des oberen Balls von der Theorie abweicht, wann dafür gesorgt würde, dass der obere Ball zeitlich verzögert aufprallt. Wenn allso der untere Ball so groß wäre, dass der Vorgang 100ms dauere, die Schockwelle durch den Ball 10ms brauchen würde und man in mit unterschiedlicher Verzögerung (Schritte kleiner 0,5ms) den Ball aufschlagen ließe, wären Buckel im Verlauf des Diagramms über die Höhe des kleinen Balls.
Zum Thema Diamagnetismus hätte ich noch einen Versuch. Wasser ist ja diamagnetisch. Postiert man nun einen starken Magneten unterhalb einer sehr dünnen Wasserschicht, so bildet sich aufgrund des Diamagnetismus eine leichte Mulde. Richtet man einen Laser auf die Wasseroberfläche, so wird der Strahl durch die Mulde unterschiedlich abgelenkt, wenn man den Magneten darunter vorbeischiebt. Aus der Ablenkung x des Laserpunkts auf einer Skala in der Höhe H über dem Wasser kann der Steigungswinkel alpha der Mulde bestimmt werden. Integriert man die Steigungen auf, so erhält man das Tiefenprofil der Mulde. In meinem Fall war die Mulde an ihrer tiefsten Stelle 34 µm tief. Auf ebay.com habe ich mir noch pyrolytischen Graphit bestellt für die diamagnetische Levitation. Dazu braucht man nur noch 4 starke Würfelmagnete, um das Graphitplättchen schweben zu lassen...
Der goldbeschichtete Glasträger (Schichtdicke nur 50 nm) ist aus Italien angekommen. Jetzt warte ich nur noch auf das rechtwinkelige Glasprisma aus China, dann kann ich den Versuch zu den Oberflächen-Plasmonen machen. Das Silikonfett zum Ankoppeln des Glasträgers ist bereits angekommen... Das ballistische Pendel ist soweit auch fertig und wartet auf seinen Einsatz bei mir im Hof aufgehängt an der Teppichstange/Klopfstange. Die Masse des Pendels beträgt 1045 g, die eines Pfeils nur 5.3 g. Ende Februar/Anfang März werde ich noch von meinem kleinen Balkon aus den Bedeckungsveränderlichen Stern Algol im Sternbild Perseus photografieren. In Abständen von etwa 2 Tagen 20 Stunden sinkt dessen Helligkeit aufgrund der Bedeckung durch einen Begleitstern innerhalb von knapp 5 Stunden von 2.2 mag auf 3.4 mag ab. Vor mehr als 30 Jahren habe ich bereits Algol auf Film gebannt, nun werde ich das mit Digitalkamera wiederholen. Damals hatte ich auch ein Programm zur Simulation der Bedeckung in Turbo Pascal geschrieben. Die Auswertung der Sternhelligkeit erfolgt mit der Software IRIS. Die Nebelkammer wartet auch nur noch auf das Trockeneis. Diesen Versuch werde ich gemeinsam mit meinem jüngsten Sohn durchführen. Als Reservoire für den Alkohol habe ich mir noch einen Schwamm besorgt. Am Boden der Nebelkammer befindet sich nun eine schwarz eloxiertes Aluminiumplatte. Diese kann dann schön durch das Trockeneis abgekühlt werden...
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Vor einem Monat habe ich die magnetische Flussdichte B(r) in Abhängigkeit vom Abstand r zum Magneten bestimmt und eine 1/r^2.63 Funktion erhalten. Nun habe ich noch die Kraft F(r) zwischen zwei Magneten in Abhängigkeit vom Abstand r ermittelt. Ich erhalte eine 1/r^3.78 Funktion. Die Kraft nimmt also deutlich schneller ab als beim Coulombgesetz für zwei Punktladungen, wo ja F(r) = 1/r² gilt...
Bei magnetischen Punktladungen müßte doch eigentlich auch eine 1/r^2 Proportionalität auftreten. Hast du mal versucht viele kleine Magnetwürfel zu einem Stab aufzuschichten und dann den Versuch zu machen? Je länger der Stab wird, um so mehr müßte sich die Polstärke ja einer magnetischen Punktladung annähern.
Vielen Dank für deinen Kommentar, Joe... Ich habe mich der Sache mit dem Abstandsgesetz der Magnetkraft noch einmal angenommen. Gehen wir von zwei Magnetdipolen (Dipollänge d) im Abstand x zueinander aus und weiters von einem 1/r² Kraftgesetz zwischen den einzelnen Polen. Dann lautet die Gesamtkraft auf den Magneten/Dipol: F(x) = 1/(x-d)² - 2/x² + 1/(x+d)². Mache ich eine Taylorentwicklung für große Abstände, also kleine d/x-Werte, so erhalte ich eine 1/x^4 Abhängigkeit q.e.d Diese 4-te Potenz lässt sich auch mittels Excel herleiten, wenn ich für obige Kraftformel ln(F) gegen ln(x) auftrage. Der Anstieg der so erhaltenen Gerade ist dann -4, also wieder genau diese Potenz des Kraftgesetzes. Somit liege ich mit meinen experimentellen 1/x^3.78 gar nicht so weit weg von der Theorie, Heureka...
In der Tat eine gute Herleitung und natürlich auch Erklärung für die Kraftwirkung magnetischer Dipole. Bei Monopolen kommt als Grenzwert auch wieder prima 1/r^2 raus.
F~1/r⁴ ist ein interessantes Ergebnis und erklärt die gefühlsmäßig so schnelle Abnahme der Kraftwirkung zweier Magneten. Ich denke, dass F~Phi=AxB ist. Phi: magnetischer Fluss A: Fläche B: magnetische Flussdichte Man könnte vielleicht ein Münze bekannter Fläche an den Kopf eines 3D-Druckers montieren, die Balkenwaage auf das Druckbett stellen und die Krafwirkung in Z-Richtung mit der Münze "abrastern". Dann würde man sogar eine 3-dimensionalle Darstellung bekommen.
Geigerzähler auf Arduino-Basis mit dem Endfensterzählrohr Philips ZP1400, welches auch für Alphastrahlung sensibel ist.
In der Zwischenzeit habe ich den Plasmonen-Versuch durchführen können. Vom Experiment zur Bragg-Reflexion hatte ich noch einen Winkelmesser übrig. Dieser eignete sich wunderbar für diesen Versuch. Mit einem Laser (ich probierte es mit einem roten Laserpointer und einem HeNe-Laser) zielt man auf ein Glasprisma, an dessen Hypothenuse der goldbeschichtete Glasträger mittels Silikon angebracht ist. Jetzt sollte die Intensität des total reflektierten Laserstrahls bei einem bestimmten Winkel aufgrund der Plasmonenanregung deutlich abnehmen. Leider konnte ich diese Abnahme (bis jetzt) experimentell nicht erfassen. Ich drehte zuerst das Prisma sehr langsam und verfolgte die Helligkeit des Laserpunkts auf dem Schirm. Dabei fiel mir eben kein Helligkeitseinbruch auf. Die Winkelauflösung betrug hier um die 0.5°. Normalerweise (siehe https://physicsopenlab.org/2019/07/21/surface-plasmon-resonance/) sollte das Minimum eine Breite von 5° haben, also müsste ich es ohne Probleme auflösen können. Dann drehte ich das Prisma schnell hin und her, um eine dunkle Stelle in der so auf dem Schirm erzeugten Laserlinie zu entdecken. Auch hier war leider nichts zu erkennen. Der Intensitätseinbruch müsste laut physicsopenlab rund 75% betragen, also doch auch visuell deutlich erkennbar oder? Zur Kopplung des goldbeschichteten Glasträgers mit dem Prisma habe ich Silikonfett, Silikonöl und dann Silikon zur Kopplung von Szintillatoren an Photomultiplier ausprobiert. Mit keinem dieser drei konnte ich aber die Helligkeitsabnahme beobachten. Ehrlich gesagt weiß ich im Moment nicht wirklich, was ich nun noch ausprobieren soll bzw. wo der "Fehler" liegt. Hat vielleicht jemand von euch noch einen Tipp für mich? Danke im voraus...
Vor einiger Zeit machte ich Versuche zum Thema Schlierenfotographie. Dazu benutzte ich die Foucault-Methode mit einem Hohlspiegel, einer punktförmigen Lichtquelle und einer Rasierklinge. Das klappte ganz gut... Es gibt aber noch eine weitere Methode zur Sichtbarmachung von Wärmeströmungen/Schlieren und zwar mittels Moiré-Effekt. Man benötigt für dieses Experiment lediglich ein auf Papier ausgedrucktes feines Gitter (bei mir betrug die Gitterkonstante 1 mm und die Linienstärke 0.5 mm), eine Digitalkamera mit Zoomobjektiv, eine Wärmequelle (z.B. Lötkolben oder Kerze) und eine Bildbearbeitungssoftware (z.B. Gimp). Man macht aus einiger Entfernung nun je ein Photo des Gitters mit und ohne Wärmequelle. Die Ausrichtung der Kamera und die Objektiveinstellungen (Brennweite) dürfen sich dabei ja nicht mehr ändern. Diese beiden Bilder werden in der Software hochgeladen und voneinander abgezogen/subtrahiert. Hat man alles richtig gemacht, müssten die Schlieren sichtbar werden... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/schlierenphotographie/
Am Wochenende konnte ich Messungen zur Bragg-Reflexion von Gammastrahlen am Lithiumfluorid-Einkristall durchführen. Zu erwarten/erhoffen wäre ein Anstieg der Zählraten im Bereich der Glanzwinkel bei 3°, 6°, 9° usw. Leider lagen die Zählraten nur minimal über dem Background. Ich bräuchte also eine deutlich stärkere Quelle. Diese hätte dann aber wohl auch eine größere Fläche und der Effekt wäre wieder zunichte gemacht. Die Wellenlänge der 60 keV Gammastrahlen ist für dieses Experiment auch zu gering. Daher liegen die Glanzwinkel bei Vielfachen von nur 3°, was die Messung auch nicht gerade erleichtert. Dieses Experiment wird ja in der Regel mit Röntgenstrahlung durchgeführt. Ich habe zwar schon erfolgreich Röntgenversuche unter strenger Beachtung der Sicherheit durchgeführt, hier für diesen Versuch möchte ich aber von Röntgenstrahlung Abstand nehmen. Zudem würde eine Dentalröntgenröhre aus Indien mit rund 300 Euro inkl. Zoll zu Buche schlagen, deutlich zu viel für mich... Mit sehr viel Fantasie kann man in meinem Graphen die minimale Erhöhung der Zählraten bei den Glanzwinkeln erkennen. Alles in allem verhindern aber die oben angeführten Punkte eine erfolgreiche Messung. Wichtiger Hinweis: Bei Experimenten mit radioaktiven Proben ist allergrößte Sorgfalt und Vorsicht geboten. Ein Kontakt der Probe mit der Umgebung bzw. dem menschlichen Körper ist gänzlich zu vermeiden!!! Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/bragg-reflexion/
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Für den Sohn meines Cousins habe ich eine einfache Coladosen-Boombox mit zwei LM386 Audioverstärkern gebastelt. Für Zimmerlautstärke reicht es. Als Spannungsquelle dienen im Moment zwei 18650 Liion-Zellen. Die Lautsprecher müssen einen Durchmesser von 50 mm besitzen. Davon hatte ich noch zwei Stück in meiner Bastelkiste... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/coladosen-boombox/
Christoph E. schrieb: > Für den Sohn meines Cousins habe ich eine einfache Coladosen-Boombox mit > zwei LM386 Audioverstärkern gebastelt. Nettes Projekt, die heutige Jugend (meine) ist leider recht perfektionistisch und kommt mit sowas gar nicht klar. Das ist so wie selbstgestrickter Pulli, voll peinlich ;-)
Christian M. schrieb: > ettes Projekt, die heutige Jugend (meine) ist leider recht > perfektionistisch und kommt mit sowas gar nicht klar. Das ist so wie > selbstgestrickter Pulli, voll peinlich ;-) Natürlich kann man heute verprügelt werden, mindestens aber ausgelacht, wenn man mit ner alten Dose als Boombox aufm Pausenhof aufschlägt. Nur Boomer finden sowas cool. Dann haben die meisten Smartphones heute keinen Kopfhöreranschluss mehr. Externe Lautsprecher u.ä. werden über Bluetooth angebunden. Schon seit ewig. Also Leute, eure Altherren-Basteleien sind ja lustig, aber last eure Kinder damit in Ruhe. Die leben in der Gegenwart. Ganz anders als ihr.
Zu meinem Versuch mit dem diamagnetischen Wasser passt die diamagnetische Levitation von pyrolytischen Graphit. Diesen bekommt man für rund 12 Euro auf ebay.com. Starke Würfelmagnete hatte ich noch... link: https://www.ebay.com/itm/222356120031
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Cyblord -. schrieb: > Natürlich kann man heute verprügelt werden, mindestens aber ausgelacht, > wenn man mit ner alten Dose als Boombox aufm Pausenhof aufschlägt. Wir wissen aus Deinen bisherigen Posts, dass Du der erste sein wirst der lacht und dann das verpruegeln anstiften wuerdest, wenn es nicht von selbst datu kommt.
Die Lichtgeschwindigkeit habe ich bereits auf mehrere Arten bestimmt. Nun kommt noch eine Variante mit Lichtleiterkabel dazu. Ich beleuchte eine Photodiode mit sehr kurzen Lichtpulsen (ca. 160 ns Länge) und eine weitere über ein 50 m langes Lichtleiterkabel. Bei einem Brechungsindex von 1.5 liegt die Lichtgeschwindigkeit bei 200000 km/s. Demnach sollte es zu einer Verzögerung des zweiten Pulses von 250 ns kommen. Den Lichtleiter habe ich um nur 6 Euro auf aliexpress bestellt. Dieser ist gerade unterwegs zu mir. Die elektronische Schaltung (NE555 astabil, 74121 Monoflop, 7667-Mosfettreiber, Photodioden SFH203) läuft bereits so wie erwünscht. Und dann setze ich noch ein Wellenpendel um. Dazu habe ich mir 4 Stück Newtonsche Kugelpendel günstig gekauft. Von diesen werde ich nur die Kugeln mit Öse verwenden. Die dazu passende Nylonschnur ist bereits angekommen. Jetzt geht es an den mechanischen Aufbau des Wellenpendels...
Christoph E. schrieb: > Die elektronische Schaltung (NE555 astabil,..... Ist für den Versuch jetzt nicht unbedingt notwendig, aber falls du mal mit einfachen Mitteln ultrakurze Impulse erzeugen willst, such mal nach "Avalanche Transistor".(Geht auch mit normalen Transistoren z.B. BC548 ca. 200V) 1-2 Nanosekunden Rechteckimpulse sind mit der Koaxkabelvariante kein Problem.
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Peter F. schrieb: > Christoph E. schrieb: >> Die elektronische Schaltung (NE555 astabil,..... > > Ist für den Versuch jetzt nicht unbedingt notwendig, aber falls du mal > mit einfachen Mitteln ultrakurze Impulse erzeugen willst, such mal nach > "Avalanche Transistor".(Geht auch mit normalen Transistoren z.B. BC548 > ca. 200V) > 1-2 Nanosekunden Rechteckimpulse sind mit der Koaxkabelvariante kein > Problem. Tektronix schaffte es übrigens auch in den 60ern mit ausgewählten Exemplaren von 2N3904 und sachgerechten Transmission-Line Aufbau bis auf 350ps Flankensteilheit herunterzukommen. Die Avalanchespannung war da auch um die 200V. Das stand in irgendeiner Tek. Publikation mit Schaltungseinzelheiten. War damals übrigens schon eine tolle Zeit exotischer Halbleiter. Tunneldioden, SRDs, Sampling Schaltdioden besonderer Bauart. Da konnte man schon tolle Sampling Schaltungen aller Arten konstruieren. Wenn man die alten App Notes und Journals wie HP-Journal u.ä. Studiert, findet man allerhand Faszinierendes.
Vor langer, langer Zeit habe ich einmal ein Turbo-Pascal-Programm zur Simulation der Lichtkurve von bedeckungsveränderlichen Sternen wie etwa Algol im Sternbild Perseus geschrieben. Dazu habe ich jetzt dann Bilder von ihm aufgenommen und seine Helligkeit mit der Astrosoftware IRIS bestimmt. Dazu ermittelt man die Pixelintensitäten von Sternen bekannter Helligkeit und eben vom Veränderlichen. Dann fertigt man einen Graphen, legt eine Ausgleichsgerade rein und liest die unbekannte Helligkeit des Veränderlichen ab. Wiederholt man dies für sehr viele unterschiedliche Zeiten und normiert alle Ergebnisse auf eine einzelne Periode, so erhält man die Lichtkurve des Veränderlichen. Meine Aufnahmen machte ich vom Balkon aus inmitten einer Stadt. Astronomie kann man also auch an ungünstigsten Orten betreiben... ;-) Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/veraenderliche-sterne/
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Christoph E. schrieb: > Dazu habe ich jetzt dann Bilder > von ihm aufgenommen und seine Helligkeit mit der Astrosoftware IRIS > bestimmt. Dazu ermittelt man die Pixelintensitäten von Sternen bekannter > Helligkeit und eben vom Veränderlichen. Mann, was Du alles für Sachen machst. Toll!!! :)
In den letzten Tagen sind einige Sachen aus China für meine Physikprojekte eingetroffen. 1.) Plexiglasröhre und Polarisationsfilter für ein Zauberexperiment: Man gibt zwei Polarisationsfilter um 90% verdreht ins Innere des Plexiglasrohrs. Dadurch hat man den Eindruck als befände sich ein Boden in der Mitte des Rohrs. Dann lässt man wie durch Zauberei einen Ball oder anderen Gegenstand durch das Rohr fallen, ohne dass dieser vom Boden aufgehalten wird... Leider waren die China-Polarisationsfolien mit einer Klebeschicht versehen und ich konnte sie nicht ganz ins Rohr stecken. Zudem war der Polfilter nicht parallel zu den Schnittkanten ausgerichtet sondern im Winkel von 45°. Daher verdunkelten die zu einem Kreis gebogenen Filter bereits einzeln für sich das Licht. Auf Amazon habe ich mir deshalb neue, nicht klebende und richtig ausgerichtete Polfilterfolie bestellt. 2.) Versuche zur Oberflächenspannung: Einmal möchte ich die Oberflächenspannung von Wasser mit der Ringmethode und meinem Arduino-Newtonmeter bestimmen und dann die Steighöhe des Wassers in einem Keil. Dazu habe ich mir gebrauchte Objektträger aus Glas auf willhaben besorgt. Durch die Oberflächenspannung steigt das Wasser in der Kapillare/dem Keil hoch und zwar mit 1/d. Die Minimaloberfläche einer Seifenblase zwischen zwei Ringen aus Draht habe ich theoretisch und experimentell ermittelt. Dazu habe ich die Oberfläche von Paraboloiden berechnet und das Minimum bestimmt. Funktioniert sehr gut... 3.) Versuche zur Reibung: Hier werde ich die Haft- und Gleitreibung ebenfalls mit meinem Arduino-Newtonmeter bestimmen. Dazu habe ich mir aus Holz ein Reibungsobjekt gebastelt. Auf einer Fläche habe ich für einen unterschiedlichen Reibungskoeffizienten Moosgummi aufgeklebt. Und dann gibt es noch einen schönen Versuch zur Reibung mit einem Besen. Man legt diesen auf die beiden Zeigefinger und bewegt dann die beiden Finger aufeinander zu. Wie von Zauberhand bewegt sich einmal der eine Finger und dann wieder der andere und beide treffen sich immer beim Schwerpunkt des Besens. Dies kann man schön mit Gleit- und Haftreibung erklären. Den Versuch mit der schiefen Ebene zur Bestimmung des Haftreibungskoeffizienten µ mit µ = tan(alpha) habe ich bereits durchgeführt...
Die Versuche zur Oberflächenspannung sind im Kasten. 1.) Einmal das Experiment "Wasserkeil" zur Veranschaulichung des Kapillareffekts. Laut meiner Herleitung sollte die Steighöhe h indirekt proportional zur lokalen Plattendicke d sein. Konkret lautet die Formel: h = (2*Sigma/ro*g)*1/d. Die Auswertung des Meniskus erfolgt mit der kostenlosen Software Tracker. Ich erhalte eine schöne Gerade, wenn ich h gegen 1/d auftrage. Die aus deren Steigung ermittelte Oberflächenspannung Sigma von Wasser weicht mit 21 mN/m aber deutlich vom Sollwert 75 mN/m ab. Warum, kann ich im Moment nicht sagen. Vielleicht stimmt auch "meine" Formel nicht... 2.) Bestimmung der Oberflächenspannung von Wasser mit der Ringmethode: Man taucht einen Metallring in Wasser ein und zieht ihn dann langsam heraus. Kurz vorm Abreißen des Wasserfilms zeigt die Waage/Newtonmeter dann Gewicht plus Oberflächenspannung an. Es gilt: Sigma = F/(2*2*r*Pi). In meinem Fall betrug die Kraft unmittelbar vor dem Abriss des Wasserfilms 0.2020 N und das Gewicht des Metallrings 0.1744 N. Mit dem Durchmesser d = 57.9 mm des Rings ergibt sich eine Oberflächenspannung Sigma = 75.9 mN/m. Dies stimmt sehr gut mit den Tabellenwerten (67.9 mN/m bei 50°C, 72.75 mN/m bei 20°C) überein, Heureka... 3.) Minimaloberfläche: Ich spanne eine Seifenhaut zwischen zwei Kreisringen mit dem Radius R und den Abstand H. Die Seifenhaut folgt nicht der Zylinderoberfläche, sondern ist eingebuchtet. Dadurch reduziert sich die gebildete Oberfläche. Diese Verminderung habe ich auch theoretisch hergeleitet, indem ich die Oberfläche eines Paraboloids in Abhängigkeit von R, H und der Einbuchtung T hergeleitet habe. Bei R = H = 50 mm erhalte ich etwa bei T = 8 mm die minimale Oberfläche. Dies deckt sich recht gut mit dem Experiment... Link zu mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/oberflaechenspannung/
Steffen W. schrieb: > @ Jürgen S. > Nimm doch einfach einen alten Trafo oder Drossel mit EI Kern. Als Ersatz für den diskutierten Neodym-Magneten? Christoph E. schrieb: > Aber ja nicht auf den Sonnenfilter vergessen .. und zuvor auf kleine Fehlstellen und Löcher kontrollieren! Die SB-ALU Folien-Filter, die Viele benutzen, sind dabei kritisch zu sehen. Gute Filter gibt es z.B. von Baader, wer es braucht. Zum Thema Physikexperimente (hier mi Astro-Bezug) arbeite ich gerade an einer BV zur Verbesserung des optischen Seeings. Kommt gfs auch hier als Bereicht. Momentan wird meine neue Errungenschaft verwurstet:
Zwei Versuche zur Haft- bzw. Gleitreibung habe ich jetzt durchgeführt. Einmal die schiefe Ebene, welche man so lange neigt, bis die darauf befindlichen Gegenstände zu rutschen beginnen. Es besteht dann folgender Zusammenhang zwischen Haftreibungskoeffizienten und Neigungswinkel: µ = tan(alpha). Und dann habe ich noch den Haft- und Gleitreibungskoeffizienten mit meinem Holzblock und dem Arduino-Newtonmeter bestimmt. Einfach den Gegenstand so lange ziehen, bis er sich in Bewegung setzt und die Haftreibung überwunden hat und dann beim Gleiten die Überwindung der kleineren Gleitreibung. Der Unterschied zwischen Haft- und Gleitreibung war jetzt nicht so groß aber messbar... Zum Schluss noch ein kleiner Zaubertrick mit zwei Polarisationsfolien, welche man gekreuzt in einem Plexiglasrohr postiert. Dadurch wird in der Mitte der Eindruck erweckt, im Rohr befände sich ein schwarzer Boden. Dann lässt man einen Tischtennisball durchs Rohr fallen und wie durch Zauberhand fliegt dieser durch den Boden...
Hier (https://www.instructables.com/Optically-Measure-Nanometer-Distances-on-the-Dinne/) bin ich auf ein sehr schönes Experiment zum Thema "Interferenz an dünnen Schichten" gestoßen. Das musste ich natürlich auch gleich durchführen. Man benötigt dazu eine Weißlichtquelle (in meinem Fall eine gewöhnliche Glühbirne), zwei teildurchlässige Spiegel (bekommt man günstig bei PGI oder Astromedia) und ein Spektroskop mit Lichtleiteranschluss. Letzteres habe ich mir vor rund 1 Jahr gebastelt. Zwischen den Spiegelschichten befindet sich ein enger Zwischenraum aus Luft der Länge L. Wenn der Wegunterschied der Lichtstrahlen 2*L genau ein Vielfaches der Wellenlänge lambda ist, transmittiert diese Wellenlänge durch das Interferometer. Es muss also für Transmission gelten: 2*L = n*lambda. Diese Bedingung ist nur für bestimmte Wellenlängen erfüllt. Nimmt man also mit dem Spektroskop das Transmissionsspektrum auf, so müsste man einzelne Peaks beobachten können. Genau dies war bei mir der Fall... Man kann auch die Position der Peaks theoretisch berechnen eben mit der Gleichung 2*L = n*lambda. Die Übereinstimmung Theorie-Experiment ist recht gut. Ein sehr nützliches online-tool zur Berechnung des Transmissionsspektrums: https://www.filmetrics.com/reflectance-calculator?wmin=400&wmax=700&wstep=1&angle=0&pol=s&units=nm&mat[]=SiO2&d[]=0&mat[]=Al&d[]=15&mat[]=Air&d[]=1600&mat[]=Al&d[]=15&mat[]=SiO2&d[]=0&sptype=t
Zwei "Zaubertricks" habe ich noch zum Thema Polarisationsfilter. Zum einen das 3-Filter-Paradoxon und dann das magische Klebeband. Beim 3-Filter-Paradoxon strahlt man zunächst einen Laser durch einen Polarisationsfilter. Dann kommt ein zweiter Filter senkrecht dazu. Die Intensität sinkt nahezu auf 0. Nun postiert man einen dritten um 45° geneigten Filter zwischen den beiden anderen und siehe da, es kommt wieder wider Erwarten Licht durch. Wenn die Intensität durch den ersten Filter I0 beträgt, dann kommt bei 3 Filter I0/4 durch... Für den Klebeband-Versuch benötigt man zwei Polarisationsfilter, eine Overhead-Folie und Klebeband (Tixo). Dieses klebt man regellos und zum Teil auch mehrfach übereinander auf die Overheadfolie. Gibt man das Ganze nun zwischen zwei Polarisationsfilter, so entsteht ein wunderschönes Farbenspiel...
Was macht man am Ostersonntag? Richtig, experimentieren... Habe das Experiment zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit durchgeführt, nachdem am Freitag das 50 m lange Lichtleiterkabel angekommen ist. Ich messe eine Zeitverzögerung von 250 ns, was einer Lichtgeschwindigkeit im Glasfaserkabel von 2*10^8 m/s und demnach einem Brechungsindex n = 1.5 entspricht. Dies deckt sich ausgezeichnet mit den Tabellenwerten zwischen 1.47 und 1.55, Heureka... Ich habe den Aufbau aber ein wenig abändern müssen, nachdem das Signal durch das Glasfaserkabel nicht nachweisbar war, wenn ich den Laserstrahl über die Kollimatorlinse einkoppelte und der Abstand Laser-Fasereintritt einige cm betrug. Also musste ich die Idee mit den zwei Photodioden verwerfen. Jetzt leuchte ich mit der Laserdiode ohne Kollimatorlinse einmal direkt auf die Photodiode und dann über das Lichtleiterkabel. Dabei halte ich den Fasereintritt direkt auf das Glas der Laserdiode. So erhalte ich zumindest Signale im Bereich 50-100 mV (siehe angehängtes Oszibild). Hier kann man sich einen ähnlichen Aufbau kaufen: https://i-fiberoptics.com/educational-detail.php?id=13200 Schönen Ostersonntag noch ;-)
Das axiale Magnetfeld einer unendlich langen Zylinderspule beträgt H = n*I/L bzw.B = µ0*n*I/L. Bei einer endlich langen Spule ist dies nicht mehr ganz so. Dem bin ich auf die Spur gegangen und habe das Magnetfeld einer Spule der Länge L mit N Windungen theoretisch bzw. experimentell bestimmt. Die Übereinstimmung ist sehr gut...
Christoph E. schrieb: > Ich komme auf > eine Geschwindigkeit von max. 7 m/s, also 25.2 km/h... 7,111111111111 * 36
Das gebrauchte Maxwellrad ist inzwischen gut angekommen und so konnte ich das Experiment gleich durchführen. Mit der Software "Tracker" habe ich die langsame Beschleunigung aufgezeichnet und a bestimmt. Ich komme auf einen Wert von a = 0.1071 m/s². Damit konnte ich das Trägheitsmoment um den Schwerpunkt zu I_S = 0.00043 kg*m² ermitteln. Dieses Trägheitsmoment habe ich dann auch noch mittels der Gesamtmasse m = 530 g und den Abmessungend es Rotationskörpers berechnet und erhalte I_S = 0.00049 kg*m². Mit der Abweichung beider Ergebnisse bin ich aber zufrieden... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/maxwellrad/
Vor zwei Jahren habe ich ein Modell eines Teilchenbeschleunigers mit Spulen und Lichtschranken gebastelt. Jetzt fertige ich gerade ein weiteres Modell an, welches mit Hochspannung betrieben wird. In einer großen Plastikschale befinden sich abwechselnd mehrere Elektroden, an die das DC-HV-Netzteil angeschlossen wird. Ein mit Graphitlack besprühter Tischtennisball wird nun in die Schale gegeben. Aufgrund der Abstoßung gleichnamiger Ladungen bewegt sich dieser dann im Kreis. Ich warte eigentlich nur noch auf den Graphitlack von Reichelt, dann kann ich den Teilchenbeschleuniger hochfahren ;-) Vor 30 Jahren habe ich in Turbo-Pascal ein Teilchenbeschleuniger-Spiel programmiert. Es geht darum, ein Elektron mittels Beschleunigungsstecken auf möglichst hohe Geschwindigkeit zu bringen. Dazu müssen die Elektroden immer möglichst zeitgerecht per Tastatur umgepolt werden...
Das Maxwell-Rad ist ein sehr schönes Beispiel für die transformatorische Kopplung zwischen translatorischen und rotatorischen Systemen. Ich habe es mal in LTSpice nachgebaut ;-) Jetzt kann man sich sehr schön den zurückgelegten Weg, die Drehzahl oder die konstante Beschleunigung in Abhängigkeit der mechanischen und geometrischen Parameter ansehen.
>Ich habe es mal in LTSpice nachgebaut ;-)
Nett. Könntest du die Funktionsblöcke P,I und 4 Pol anhängen, sonst
läuft es nicht.
Vielen Dank Joe für deinen sehr spannenden Beitrag... Nachdem inzwischen der Graphitlack von Reichelt angekommen ist, konnte ich meinen elektrostatischen Teilchenbeschleuniger (klingt beeindruckender als er ist ;-)) testen. Zuerst betrug der Elektrodenabstand nur 30° und ich erhielt schon bei sehr niedriger Spannung Überschläge über die nun leitfähige Kugel. Deshalb habe ich den Elektrodenabstand zuerst auf 45° und in der finalen Version auf 90° erhöht. Im letzteren Fall konnte ich mein HV-Netzteil mit 14.5 kV voll ausschöpfen ohne Überschläge. Die Geschwindigkeit ist einigermaßen zufriedenstellend. Vielleicht hänge ich ja alles noch an mein 35kV-Netzteil, mal schauen... Auf meiner Homepage gibt es ganz unten ein Video davon zu sehen: https://stoppi-homemade-physics.de/teilchenbeschleuniger/
Christoph M. schrieb: > Könntest du die Funktionsblöcke P,I und 4 Pol anhängen, sonst > läuft es nicht. gerne https://github.com/Feinmechaniker/Mechatronik/tree/Mechatronik/00%20AB/99%20Tools/01%20LTSpice
Jetzt habe ich noch mein altes Michelson-Interferometer weitestgehend bestehend aus Teilen eines alten DVD-Brenners dokumentiert. Link: https://stoppi-homemade-physics.de/michelson-interferometer/ Verwendung fanden die rote Laserdiode, ein halbdurchlässiger Spiegel, eine Linse für den Kollimator und die Aufweitungsoptik und schließlich noch Druckfedern für die Spiegelhalterungen. Eines meiner wohl schönsten Projekte vor allem wegen der Wiederverwendung alter Teile... Funktionieren tut es anstandslos, auch nach vielen Jahren der Nichtnutzung ist die Justage nach einer Minute erledigt. Es reagiert sehr fein auf kleinste Berührungen der Spiegelhalter mit einem Finger.
Beim Wellenpendel komme ich auch schön langsam weiter. Ich werde die Kugeln nur noch mit M10-Muttern beschweren, da sonst die Nylonschnur nicht wirklich straff gespannt ist. Habe mich für 14 Pendeln und eine Wiederholungszeit von 40 sek entschieden... Von Opitec habe ich mir zwei Schiffsmodelle gekauft (Katamaran und Kielboot). Damit werde ich das rücktreibende Drehmoment in Abhängigkeit vom Krängungswinkel bestimmen und zeigen, dass der Katamaran teilweise bei starkem Wind zu instabilen Situationen bzw. zum Kentern führen kann. Link: https://www.opitec.at/katamaran-easy-line.html Ebenfalls von Opitec habe ich mir einen Reed-Relais-Motor und einen einfachen Elektromotor kommen lassen. Da werde ich ein Video zu besonders einfachen bzw. ausgefallenen Motoren machen. Link: https://www.opitec.at/opitec-reedkontakt-motor.html?pgNr=49 Und dann konnte ich noch zwei Experimente zum Thema Widerstände durchführen. Einmal ein quasi unendlich großes Widerstandsnetzwerk mit einem schönen Grenzwert und dann die Bestimmung des Widerstands eines dünnen Widerstandskeils. Diesen habe ich mit dem kürzlich gekauften Graphitlack erzeugt. Eine gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment konnte ich bei einer Graphitschichtdicke von nur 6 nm erzielen. Dies ist natürlich viel zu wenig. Daher muss der spezifische Widerstand meines Graphitlacks deutlich über jenem reinen Graphits liegen. Ansonsten stimmen die beiden Kurven sehr gut überein...
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Zwei einfache Elektromotoren habe ich inzwischen umgesetzt. Einmal den Reed-Kontakt-Motor und dann einen, bei dem ich als Kommutator den Kupferlackdraht an den Enden nur an einer Seite abisoliert habe. Einen solchen basteln auch die Schüler im Physiklabor... Zwei Varianten von homopolaren Motoren kommen noch dazu. Dafür habe ich gerade Batterien Typ D und Zylindermagnete auf Amazon bestellt. Die müssten am Montag ankommen. Die beiden Schiffsmodelle (Katamaran und Kielboot) sind auch schon fertig verleimt. Habe heute noch kleine Ringschrauben und eine Wanne fürs Wasser besorgt. An den Ringschrauben fixiere ich die Boote dann mit Schnüren. Die zum Neigen der Schiffe notwendige Kraft bestimme ich abermals mit meinem Arduino-Newtonmeter. Da kann ich bis hinab zu 0.1 mN messen, falls notwendig. Die Neigung der Schiffe erfasse ich mit einer gewöhnlichen Winkelskala + Lot.
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Inzwischen sind die Magnete und die Batterien für die zwei Varianten eines homopolaren Motors angekommen, funktionieren sehr gut... Und mit den ebenfalls eingetrudelten NTC-Widerständen konnte ich die Kennlinien eines ohmschen, PTC- und NTC-Widerstands aufnehmen. Beim NTC-Widerstand liegt ja bei der Messung eine instabile Lage vor. Durch den Strom erwärmt sich der NTC-Widerstand, seine Temperatur T steigt und sein Widerstand R sinkt. Dadurch erhöht sich die Stromstärke weiter und sein Widerstand fällt sukzessive. Daher kann man seine Kennlinie nur bedingt aufnehmen...
Gestern konnte ich den Versuch "Katamaran vs. Kielboot" durchführen. Beim Kielboot steigt die Kraft/das Drehmoment mit zunehmenden Krängungswinkel stetig an, was zu einer Stabilisierung führt. Beim Katamaran ist dies anders. Da durchläuft die Kraft/das Drehmoment bei geringen Krängungswinkel ein Maximum um danach wieder deutlich abzufallen. Genau in diesem Bereich ist der Katamaran instabil. Reicht bei heftigen Wind bei einem bestimmten Winkel alpha dort das rücktreibende Drehmoment nicht aus, so kippt der Katamaran...
Kleiner Zwischenbericht über die noch ausständigen Projekte: 1.) Wellenwanne: Den Vibrator setze ich mit Lego-Technik um. Für die Wanne habe ich mir eine aus Kunststoff bestellt. Leider besitzt diese einen milchigen Boden und kann daher nicht verwendet werden. Ich brauche für die Projektion nämlich einen komplett klaren Boden. Die Beleuchtung übernimmt dann mein Arduino-Stroboskop oder eines mit Xenon-Blitzlampe (ist bereits gekauft und auf dem Weg zu mir). 2.) Flux-gate-Magnetometer: Hier halte ich mich an die Vorlage von B. Kainka (https://www.elektronik-labor.de/Notizen/Fluxgate.html). Als Leistungsfunktionsgenerator benutze ich die eben angekommenen NF-Verstärker mit dem TDA7297. Dieser gibt im Gegensatz zu einem class-D-Verstärker ein schönes analoges Signal aus. 3.) Gyro-car: Eine kleine Spielerei zwischendurch zum Thema Kreisel. Die Laufrollen sind bereits angekommen und der Kreisel, den ich dann auf eine Motorachse setze, sollte heute kommen. 4.) Experimente rund um die Sonne: Hier möchte ich die Granulation der Sonnenoberfläche nachbilden. Basis bildet die sog. Rayleigh-Benard-Konvektion. Benötigt werden nur ein mit kochendem Wasser gefülltes Glasgefäß, eine Petrischale und in Öl aufgelöstes Graphitpulver. Die Sachen sind bereits vorhanden und warten auf ihren Einsatz. Link: https://www.youtube.com/watch?v=72tV6LDPE5I 5.) Hitzdrahtanemometer: Mit einer kaputten Glühbirne und einer Wheatstonebrücke lässt sich ein Anemometer für geringste Luftströmungen basteln. Kalibrieren werde ich das Ganze mit einer Modelleisenbahn. Das Anemometer kommt dann auf einen Güterwagon und dann bestimme ich die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Zuggeschwindigkeit. 6.) Bestimmung der Geschwindigkeit mittels Doppler-Effekt: Hierzu lasse ich meinen Sohn oder meine Tochter mit einer lauten Schallquelle (Piezotöner) an mir vorbeilaufen und ich nehme das Audiospektrum auf. Aus dem Frequenzsprung bei Annäherung und Entfernung lässt sich dann die Laufgeschwindigkeit ermitteln. Diesen Versuch habe ich mit meinen Schülern bereits umgesetzt. Dabei saßen dann rund 7 Schüler dichtgedrängt in einem Auto, welches bei der Vorbeifahrt am Mikrofon die Hupe betätigt hat...
Ich habe noch einen oben nicht angeführten mMn wunderschönen Versuch und zwar die experimentelle Bestimmung der magnetischen Feldkonstante µ0. Dazu verwende ich eine kleine Zylinderspule mit n=100 und A = ca. 8.85 cm², welche sich in der Mitte einer Helmholtzspule befindet. Diese Helmholtzspule steuere ich mit einem Dreieckssignal an, welches von einem billigen Funktionsgenerator stammt. Zur Verstärkung dient ein analoger Audioverstärker. Das Magnetfeld B ist direkt proportional zur Stromstärke I. Die Stromstärke I(t) bestimme ich mittels 1 Ohm-shunt und meinem Oszilloskop. Auf Kanal 2 wird die Induktionsspannung abgebildet. Aus dU/dt kann dI/dt und daraus dB/dt ermittelt werden. Eingesetzt in das Faraday'sche Induktionsgesetz U_ind wird nach der magnetischen Feldkonstante µ0 aufgelöst und diese berechnet. Ich komme experimentell auf einen Wert von µ0 = 1.24 * 10^-6 N/A². Damit beträgt die Abweichung vom Sollwert (4*Pi*10^-7) nur 1.24%. Heureka... ;-)
Mit dem Arduino habe ich den Widerstandstemperaturkoeffizient von Kupfer bestimmt. Die Formel für die Temperaturabhängigkeit des Widerstands lautet: R(delta_T) = R0 * (1 + alpha * delta_T). Diese lineare Formel gilt aber nur für einen relativ kleinen Temperaturbereich. Denn der Graph R(T) wächst eigentlich nicht linear sondern exponentiell... Als Draht verwende ich eine komplette Rolle 0.15 mm Kupferlackdraht, welcher dann in einen Wasserkocher gehängt wird. Den Widerstand ermittle ich mit dem Arduino ganz einfach mittels Spannungsteiler und einem analogen Eingang. Für die Temperatur verwende ich einen DS18B20. Ich erhalte einen Temperaturkoeffizienten von 0.0039 1/°C. Damit liege ich nur 0.76% vom Sollwert (0.00393) entfernt. Heureka... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/widerstand-arduino/
Diese Woche habe ich meine Bricklink-Legobestellung für die Wellenwanne abgeholt und damit den Wellenerreger gebaut. Er besitzt für ebene Wellen eine breite Leiste und für die Erzeugung von Kreiswellen 1 bzw. 2 Einzelerreger. Leider funktioniert die Wellenwanne nicht so wie erhofft. Ich bekomme keine idealen Muster zustande und so erkennt man zum Beispiel bei zwei Einzelerregern nur schwer die Richtungen konstruktiver bzw. destruktiver Interferenz. Auch habe ich es mit zwei verschiedenen Stroboskopen (kommerziell bzw. Arduino) probiert. Die Sichtbarkeit war nicht unbedingt besser damit verglichen mit der Dauerbeleuchtung. Ich werde daher einen anderen Erreger ausprobieren und zwar mit einem auf einer Holzleiste montierten Vibrationsmotor. Hoffentlich erhalte ich dann damit schönere Wellenmuster... Und weil ein nicht geglücktes Experiment nicht reicht, habe ich auch mit meinem Gyrocar Probleme. Ich habe den Kreisel mit 2-Komponenten-Kleber auf die Motorenachse geklebt. Leider saß der Kreisel nicht exakt gerade bzw. mittig auf der Achse und so erhielt ich eine Unwucht. Diese führte dann dazu, dass sich der Kreisel nach kurzer Zeit von der Achse löste. Auch der Motor quietschte durch die Unwucht recht stark. Jetzt werde ich zwei Messingrohre (6mm/4mm und 4mm/2mm) in die Kreiselachse kleben und dann mit Madenschrauben auf der Motorenachse fixieren. Eventuell muss ich das Gyrocar-Gehäuse (Fahrradtrinkflasche) auch noch in der Höhe so weit wie möglich kürzen, damit ich den Schwerpunkt näher zum Laufrad (Seilrolle) bekomme...
Nachweis der Corioliskraft mit einem Foucaultschen Pendel: Hier mal ein räumlich bewegliches Pendel mit einer Eisenkugel an einem 80cm langen Bindfaden. Die Pendelbewegung wird dadurch am "Leben" erhalten, dass der Bindfaden beim Durchpendeln der Ruheposition mit dem Hubmagneten ein Stück angehoben wird und vor erreichen eines der beiden möglichen Scheitelpunkte wieder abgelassen wird. Dadurch wird dem Pendel die Pendelenergie zugeführt. Beim Versuchsaufbau aus Fischertechnikbausteinen wird die Zufuhr der Pendelenergie im richtigen Moment noch mit einem Taster bewerkstelligt. Der Corioliskraftnachweis kann aber ein paar Stunden dauern, deshalb ist eine Automatisierung durch anbringen eines Induktivsensors mit nachgeschaltetem Monoflop an der Ruheposition erforderlich (noch nicht gebaut). Wahrscheinlich ist ein nur 80cm langes räumliches Pendel von zu vielen Fehlerquellen umgeben und der Standort in Deutschland ist auch nicht ganz so optimal. Die besten Bahnkurvenergebnisse erzielt man direkt am Nord- oder Südpol. Aber zumindest macht es Spass, zu versuchen das Pendel nur mit dem Taster am Leben zu erhalten. Für die Konstruktion ist statt eines Hubmagneten auch ein Schrittmotor mit Seilwinde oder Zahnstange vorstellbar.
Mechanisch könnte es besser gehen, wenn der Magnet unten ist: https://www.youtube.com/watch?v=1tXmuFA3F6I
Christoph M. schrieb: > Mechanisch könnte es besser gehen, wenn der Magnet unten ist Ja, rein mechanisch gesehen ist das zwar besser, aber für den Nachweis der Corioliskraft ist ein unten angebrachter E-Magnet eine zusätzliche Fehlerquelle. Je nachdem wie schräg der Permanentmagnet am Bindfaden in den E-Magneten reinpendelt, wird er um so schräger wieder raus gedrückt (räumliches Pendel). Am Ende entsteht keine gleichmäßige typische Bahnkurve, die von der Corioliskraft herrührt, sondern ein chaotisches Muster!
Christoph M. schrieb: > https://www.youtube.com/watch?v=1tXmuFA3F6I So ein Pendel mit Gegengewicht, um die Pendelfrequenz elegant zu verringern, habe ich auch mal entwickelt. Durch die Achsaufhängung wird das Pendel auf eine geradlinige Pendelbahn gezwungen. Hier ist der E-Magnet auch unten und hat auch nur zwei Anschlüsse, so wie im Video. Die Arbeitsspule wirkt hier aber gleichzeitig auch als Sensor und erkennt die Annäherung des am Pendel montierten Permanentmagneten. Dadurch entfällt der Reed-Kontakt!
Über ein Foucaultsches Pendel habe ich auch schon nachgedacht. Dieses aber mit Elektromagneten anzutreiben halte ich für gewagt. Denn da bekommt man wohl nur allzu leicht Bewegungen rein, welche die Schwingungsebene verändern und somit das Ergebnis verfälschen. Die Fadenaufhängung des Foucaultschen Pendel stelle ich mir auch nicht ganz simpel vor... Habe mir auf willhaben.at eine alte Zündspule gekauft und mit einer sehr einfachen Schaltung angesteuert. Ergbenis bei 19V Eingangsspannung: rund 1-1.5 cm lange Funken. Den Spannungsverlauf habe ich mir dann mittels 1000:1 Spannungsteiler am Oszilloskop angeschaut. Die Spitzen haben beachtliche 35 kV. Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/hv-netzteile/
Das Experiment zur Simulation der Sonnengranulation bzw. Rayleigh-Benard-Konvektion habe ich auch durchführen können. Es hinterlässt zwar eine mittelgroße Sauerei in der Küche aber zum Glück wohne ich alleine und keine bessere Hälfte rügt mich deshalb ;-) Nachdem das kochende Wasser in den Messbecher gegeben wird und die Petrischale mit dem Öl-Graphit-Gemisch oben draufgelegt wird, zeigen sich nach kurzer Zeit erste Konvektionsmuster. Diese werden noch feiner, wenn man die Petrischale vom Messbecher nimmt und auf den Küchenboden stellt. Die Ähnlichkeit mit der Sonnengranulation ist verblüffend... mehr Informationen inkl. Video: https://stoppi-homemade-physics.de/sonne/
Das wäre vielleicht auch eine Idee für ein Physikexperiment: https://de.wikipedia.org/wiki/Flettner-Rotor
Vielen lieben Dank Dieter für den guten Vorschlag. Leider habe ich ein Experiment mit dem Flettnerrotor bereits durchgeführt. Link: https://stoppi-homemade-physics.de/flettner-rotor/ Es gibt wirklich nicht mehr viele Experimente, die ich noch mit vertretbaren Aufwand durchführen könnte. So Experimente wie den Stern-Gerlach-Versuch fange ich aber gleich gar nicht an umzusetzen ;-) Von der Firma Scionix (https://scionix.nl/) habe ich dankenswerterweise einige Teile (Kopplungsgel für meinen Plasmonenversuch und einige CsI(Tl)- und BGO-Szintillatoren) zur Verfügung gestellt bekommen. Freue mich riesig darüber. Mit den Szintillatoren und einem SiPM (Siliziumphotomultiplier) könnte ich ein kompaktes Gammaspektroskop noch bauen... Meine Amazon-Bestellung für ein Monochord ist auch bereits angekommen. Da möchte ich die Frequenz einer Metallsaite in Abhängigkeit von der Saitenspannung (f sollte proportional zu Wurzel(F) sein) untersuchen. Und für meine Wellenwanne besorge ich mir diese Woche einen Vibrationsmotor, denn mit dem Lego-Vibrator habe ich keine guten Ergebnisse erzielt. Fad wird mir also noch nicht...
Auf der Seite von Burkhard Kainka bin ich auf ein sehr einfaches Fluxgate-Magnetometer gestoßen. Dieses musste ich natürlich ausprobieren. Benötigt werden zwei Drosseln mit je 3.9 mH, einen 1000 pF Kondensator, 0.2 mm Kupferlackdraht, einen Funktionsgenerator mit etwas Leistung und ein Oszilloskop. Link: https://www.elektronik-labor.de/Notizen/Fluxgate.html Treibt man die beiden Drosseln in Sättigung, so zeigt sich bei einem externen Magnetfeld ein Signal mit der doppelten Frequenz (also bei mir 40 kHz). Auf der Seite von B. Kainka wird auch noch auf eine andere Variante eines Fluxgate-Magnetometers verwiesen. Auch dieses habe ich umgesetzt. Benötigt werden hier eine 100 mH Drossel und eine Ferritperle. Auch dieses Fluxmeter reagiert sehr gut auf einen externen Magneten... Link: https://www.youtube.com/watch?v=pm_8xkX6a7g
Die CO2-Pumpe für den Joule-Thomson-Effekt ist diese Woche angekommen und so konnte ich den Versuch zur Bestimmung des Joule-Thomson-Koeffizienten µ_JT = dT/dp durchführen. µ_JT hängt mit den Van der Waals-Parametern a und b zusammen. b entspricht dem Volumen von einem Mol Molekülen. Dividiert man also b durch die Avogadrokonstante N_A = 6.023 * 10^23, so erhält man das Volumen eines Moleküls. Genau dies habe ich gemacht und komme auf einen Radius des CO2-Moleküls von 0.22 nm. Ich muss aber zugeben, dass die experimentelle Bestimmung der Werte sehr schwierig ist, da sich die CO2-Patrone während des Versuchs natürlich stark abkühlt und dies die Berechnung des Joule-Thomson-Koeffizienten dT/dp stark beeinflusst. Auch die Druckabnahme delta_p ist natürlich während des Experiments nicht konstant. Weiters muss in die Formel für die Van der Waalsparameter die Temperatur T eingesetzt werden. Welche nimmt man da genau, wenn die Temperatur so stark sinkt? Also alles nicht so einfach. Genauer wäre es natürlich, den Joule-Thomson-Effekt bei nur geringem Druckabfall und daher auch nur geringem Temperaturrückgang zu messen. Dann wüsste man besser, welche Werte man in die Formeln einsetzt. Ich bin daher von "mittleren" Werten ausgegangen ;-) Mehr Informationen: https://de.wikipedia.org/wiki/Joule-Thomson-Effekt https://www.unternehmensberatung-babel.de/industriegase-lexikon/industriegase-lexikon-a-bis-m/joule-thomson-effekt/van-der-waal.html https://www.chemie.de/lexikon/Liste_der_spezifischen_W%C3%A4rmekapazit%C3%A4ten.html https://stoppi-homemade-physics.de/joule-thomson-effekt/
Das bestellte Messingrohr für das Gyrocar ist am Freitag angekommen und so konnte ich dieses finalisieren. Das Ergebnis ist aber ein wenig ernüchternd. Das Gyrocar besitzt leider einen viel zu hohen Schwerpunkt und ist daher extrem instabil bzw. balanciert nicht auf der Monorail. Wenn ich den Batterieblock abnehme, geht es aber. Das ist aber auch nicht ganz zufriedenstellend. Deshalb werde ich zwei einzelne Batteriehalter besorgen und diese dann auf der Unterseite des Gyrocars montieren. Dann kann es hoffentlich völlig alleine balancieren... Link mit Video: https://stoppi-homemade-physics.de/gyrocar-kreisel/ Zum Thema Kreisel habe ich aber noch zwei schöne Versuche und zwar eine Balancier-CD von der Firma Winkler-Schulbedarf (https://www.winklerschulbedarf.com/de/i/anti-schwerkraftscheibe-per-stk-102242). Diese ist in 15 Minuten gebastelt und funktioniert sehr gut. Damit kann man denke ich Schüler schon beeindrucken. Die Physik hinter dem Kreisel ist aber alles andere als einfach ;-) Und dann noch den sog. Kollergang. Für diesen werde ich die zusätzliche Anpresskraft aufgrund des Kreiselmoments in Abhängigkeit von der Drehzahl bestimmen. Es sollte eine F = f² Abhängigkeit vorliegen. Gebastelt habe ich den Kollergang aus LEGO-Techniksteinen... Ich habe ja auch mehrere Spektroskope. Aber für die Aufnahme der Planckschen Strahlungskurve sind eigentlich (fast) alle nicht geeignet. Schuld sind u.a. die Bayerfilter der einzelnen Farben, welche die Intensitäten mehr oder weniger abschwächen, und auch der eingeschränkte Spektralbereich meiner Spektroskope von nur ca. 400 nm bis 700 nm. Daher habe ich mir eine monochrome Webcam auf Amazon gekauft. Diese spricht dann ohne Filter auf die einzelnen Intensitäten an und auch den erfassten Spektralbereich werde ich durch das Weitwinkelobjektiv auf hoffentlich fast 1000 nm ausweiten können. Empfindlich ist der Sensor zumindest schon einmal auf 940 nm LEDs... Amazon-Link: https://www.amazon.de/dp/B0B1DMPZNF
Christoph E. schrieb: > Zwei einfache Elektromotoren habe ich inzwischen umgesetzt. Einmal den > Reed-Kontakt-Motor und dann einen, bei dem ich als Kommutator den > Kupferlackdraht an den Enden nur an einer Seite abisoliert habe. Einen > solchen basteln auch die Schüler im Physiklabor... ...und dann gibt's da noch so eine Art BLDC-Variante, in dem man das Pendel von meiner Pendelkonstruktion weiter oben durch einen Rotor mit aufgeklebten Permanentmagneten ersetzt (provisorisch mit Tesafilm aufgeklebt). Die Steuerung vom Pendel kann für den Motor, ohne Umbauarbeiten direkt eingesetzt werden. Durch die Gegen-EMK arbeitet auch hier die Spule sowohl als Positionssensor als auch als Antriebsspule für den Rotor.
Die magnetische Feldkonstante µo habe ich ja vor kurzer Zeit mittels Faradayschen Induktionsgesetz und einer Helmholtzspule experimentell bestimmt. Hier soll es nun um die elektrische Feldkonstante epsilon_0 gehen. Basis zu deren Bestimmung bilden die verschiedenen Formeln rund um den Kondensator. 1.) Bestimmung über die Kapazität eines Plattenkondensators Für die Kapazität C eines Plattenkondensators in Luft gilt ja C = epsilon_0 * A / d. Kennt man also die Fläche A, den Plattenabstand d und die Kapazität C, so kann man die elektrische Feldkonstante berechnen. Mein Kondensator besteht aus 2 ALuminiumplatten mit den Abmessungen 12 cm x 12 cm. Mit einem billigen Komponententester habe ich dann dessen Kapazität in Abhängigkeit von d bestimmt. Trägt man C gegen 1/d auf, so erhält man eine ansteigende Gerade mit k = epsilon_0 * A. Mein Ergebnis für die elektrische Feldkonstante liegt nur 1.4% vom Sollwert 8.854 * 10^-12 A*s/V*m entfernt, Heureka... 2.) Bestimmung über die Ladung eines Kondensators Für die Ladung Q eines Kondensators gilt ja Q = C * U mit C = epsilon_0 * A / d. Bestimmt man also die Ladung Q in Abhängigkeit von U, so erhält man wieder eine Gerade mit dem Anstieg k = epsilon_0 * A / d. Für die Bestimmung von Q verwende ich mein Coulombmeter. Den Kondensator lade ich mit meinem CCFL-HV-Netzteil auf, welches Spannungen zwischen 30 und 1000 V liefert. Hier liegt mein experimentelles Ergebnis für epsilon_0 etwas weiter vom Sollwert entfernt. Berücksichtige ich allerdings nur Ladespannungen bis 200 V, so komme ich aber deutlich näher an den Sollwert. Meine Q(U)-Kurve flacht nämlich für höhere Spannungen deutlich ab, eventuell wegen Sprühverlusten... 3.) Bestimmung über die Kraft zwischen zwei Kondensatorplatten Für die Kraft zwischen zwei Kondensatorplatten gilt die Beziehung F = 1/2 epsilon_0 U² * A / d². Diese messe ich mit meiner 100g-Wägezelle, indem ich eine Platte auf dieser befestige und die zweite Platte im fixen Abstand d oberhalb postiere. Dann schließe ich an den Kondensator unterschiedliche Spannungen U und messe jeweils die (anziehende) Kraft F. Dieser Versuch ist noch ausständig... 4.) Bestimmung über das Coulombgesetz Für die Kraft zwischen zwei Ladungen gilt das berühmte Coulombgesetz F = 1/ 4*Pi*epsilon_0 Q1 Q2 / r². Zwei Konduktorkugeln werden auf eine Spannung U aufgeladen und dann die Kraft zwischen ihnen im Abstand r bestimmt. Für die Ladung Q einer Kugel gilt: Q = 4 Pi epsilon_0 * r * U. Mein so erhaltenen Ergebnis für die elektrische Feldkonstante epsilon_0 liegt bei 4.85 * 10^-12 A*s/V*m, also ca. bei der Hälfte des Sollwerts.
Nachtrag zur Bestimmung der elektrischen Feldkonstante: Ich habe nun die Kraft F zwischen den beiden Kondensatorplatten in Abhängigkeit von der Spannung U bestimmt und erhalte eine U²-Abhängigkeit so wie es sein soll. Der daraus ermittelte Wert für epsilon_0 liegt bei 1.02 * 10^-11 As/Vm und somit die Abweichung vom Sollwert bei 15%... Man darf aber nicht vergessen, dass in die Berechnung von epsilon_0 das Quadrat des Plattenabstands eingeht und dieser auch bei sorgfältiger Ausrichtung der Kondensatorplatten nicht überall gleich ist. Meinen Abstand von d = 3.76 mm habe ich per Photoanalyse ermittelt.
Ein nettes Experiment zum Thema Hausdämmung bzw. Wärmeleitfähigkeit von Holz. Dazu habe ich mir ein simples Holzhaus gebastelt und dann eine 50W-Halogenlampe im Inneren montiert. Wird diese mit Strom versorgt (Leistung P = U*I), so steigt die Innentemperatur zunächst schnell an um sich dann einem Endwert T_innen zu nähern. Aus der anfänglichen Temperaturerhöhung, so dachte ich es mir zumindest, kann man die spezifische Wärmekapazität von Luft (Sollwert ca. 1000 J/kg*°C) bestimmen. Aus der Endtempertur sollte sich die Wärmeleitfähigkeit des Holzhauses errechnen lassen. Ich komme auf eine Wärmeleitfähigkeit von 0.042 W/m*°C. Laut dieser Internetseite (https://www.energie-lexikon.info/waermeleitfaehigkeit.html) soll lambda für Holzfaserplatten bei 0.04 - 0.05 W/m*°C liegen. Das passt also sehr gut. Was nicht passt, ist mein ermittelter Wert für die spezifische Wärmekapazität von Luft. Ich erhalte einen Wert von c_Luft = ca. 49 kJ/kg*°C. Der Sollwert liegt wie schon erwähnt bei nur 1 kJ/kg*°C. Warum mein experimenteller Wert dermaßen weit vom Sollwert entfernt liegt ist mir ehrlich gesagt nicht ganz klar. In den ersten 20 Sekunden erwärme ich ja primär die Luft im Inneren meines Holzhauses... Gut, die Wärmestrahlung der Halogenlampe wird zu einem Teil vom Holz und nicht von der Luft absorbiert und die Wärmeabgabe an die Luft erfolgt primär durch das erhitzte Lampenglas, aber eine Abweichung um den Faktor 50?
>Ein nettes Experiment zum Thema Hausdämmung bzw. Wärmeleitfähigkeit von
Holz.
Genau dieses Experiment wollte ich auch schon seit ewigen Zeiten mal
machen. Aber wie heißt es so schön: Machen ist wie wollen, nur krasser.
Eine andere Frage, die mich schon lagen beschäftigt: Baut man über ein
Dach eine Abschattung ( wie z.B. hinterlüftete Solarzellen ), dann
müsste die Oberflächentemperatur des Daches eigentlich stark gesenkt
werden und das Klima im Haus angenehmer.
> Warum mein experimenteller Wert dermaßen weit vom Sollwert entfernt
liegt ist mir ehrlich gesagt nicht ganz klar.
Könnte es an der freien Konvektion der Luft und der dadurch entstehenden
Abkühlung liegen?
Die Energieabfuhr gegen Massenstrom geht mit Wurzel vier. Schon geringe
Wärmeunterschiede erzeugen einen leichten Luftstrom und der hat im
langsamen Strömungsbereich schon eine große Kühlwirkung.
Dazu musste ich spontan an https://what-if.xkcd.com/35/ denken :) Einen kleinen 12V Lüfter in die Box? Die Leistung des Lüfters wird ja auch Wärme und er wird mitgemessen.
Ich befürchte, dass du mit dieser Messung nicht die spezifische Wärmekapazität der Luft bestimmen kannst. Ich habe mal deinen Versuch in LTSpice nachgebaut. Mit den 22W Wärmestrom und dem thermischen Widerstand von Holz komme ich auf deine Messwerte. Wie du allerdings siehst, bestimmt die Wärmekapazität vom Holz die Zeitkonstante. Die geringe Masse der Luft spielt quasi keine Rolle. Oder anders ausgedrückt, die gespeicherte Wärmeenergie steckt nicht in der Luft, sondern im Holz.
Vielen Dank für eure Kommentare, vor allem Joe für die tolle Simulation. Wenn der Hauptteil der Energie/Leistung in der Holzwand steckt, erklärt dies natürlich meine viel zu große spezifische Wärmekapazität. Spielerei für zwischendurch, der magische Doppeltrichter, der sogar bergauf rollen kann ;-)
Christoph E. schrieb: > Spielerei für zwischendurch Mit einer vorgehaltenen Facettenlinse vor der Digitalkamera, kann man sich seine eigenen Bildkunstwerke erstellen. Das erinnert ein bisschen an das Kaleidoskop. Ein damaliges Kinderspielzeug.
Der Stehauf- Wendekreisel (Umkehrkreisel) versucht durch seine eigene "Willenskraft", aus der rotierenden Gesamtenergiemenge die nötige Portion Energie abzugreifen, um seinen niedrigen Anfangsschwerpunkt, durch Umkehrung der Pole, freiwillig auf ein höheres Niveau zu bringen. Wer den Kreisel aus Holz an einer Drehbank nachbauen möchte, sollte darauf achten, dass das Zapfensenkungsmaß von 11mm nicht überschritten wird, damit der Kreisel sich auch wirklich aufrichten kann! Die Zapfensenkung kann mit einem flachgeschliffenen Forstnerbohrer im Reitstock hergestellt werden. Auf YouTube gibt es auch einige Videos zum Umkehrkreisel.
Kann man mit einer Leuchtstoffröhre die Schallgeschwindigkeit bestimmen? Ja, man kann. Man muss dazu aber die Leuchtstoffröhre öffnen und die Enden abschneiden. Dies soll wenn möglich im Freien geschehen, denn in der Leuchtstoffröhre befindet sich eine kleine Menge Quecksilber. Danach gibt man ein kleines Stück eines Metallsiebs ins Innere der Röhre und hält diese über einen Bunsenbrenner o.ä. Dadurch entsteht ein schöner Ton (Grundton + Obertöne), mit dessen gemessener Frequenz und der Länge L der Röhre die Schallgeschwindigkeit c = lambda * f = 2 L f bestimmt werden kann. Ich komme bei meinen beiden Röhren auf eine Schallgeschwindigkeit um die 360 m/s... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/schallgeschwindigkeit/ Dann habe ich noch einen analogen Beschleunigungsmesser gebastelt. Dazu braucht man nur ein Gurkenglas, einen Korken, ein Stück Schnur und eine Heißklebepistole. Den Korken fixiert man an der Schnur, welche wiederum an den Deckel des Gurkenglases geklebt wird. Danach füllt man das Ganze vollständig mit Wasser, verschließt es und dreht das Gurkenglas um. Bewegt bzw. beschleunigt man nun das Glas, so bewegt sich der Korken immer in Richtung der Beschleunigung a. Eigentlich würde man ja aufgrund seiner Trägheit das Gegenteil erwarten. Damit kann man Schüler zunächst ganz schön aufs Glatteis führen. Grund ist die Trägheit des Wassers. Dieses erfährt eine Trägheitskraft entgegen der Beschleunigung. Dadurch kommt es zu einem Druckanstieg im Wasser entgegen der Beschleunigungsrichtung und in weiterer Folge zu einer Auftriebskraft auf den Korken in Richtung der Beschleunigung... Bei einer Kreisbewegung zeigt also der Korken immer nach innen! Link: https://stoppi-homemade-physics.de/freihandversuche/
Interferenzen spielen in der Physik eine wichtige Rolle und mit Begriffen wie konstruktiver und destruktiver Interferenz sollte eigentlich ein jeder Schüler etwas anfangen können. Hier ein schöner Versuch zu diesem Thema. Benötigt werden zwei Ultraschallsender (am besten schlachtet man HC-SR04 Module), ein US-Empfänger, ein L298N-Motortreiber, einen Arduino und ein Oszilloskop. Die beiden US-Sender steuert man mit einem 40 kHz-Signal an und postiert sie in einem Abstand d (bei mir waren es 3.5 cm) voneinander. Dann wandert man mit dem US-Empfänger um die beiden Sender herum und erfasst so schön die Stellen/Richtungen konstruktiver bzw. destruktiver Interferenz. Am Oszilloskop sieht man dann schön die 40 kHz-Schwingung mit unterschiedlicher Amplitude (nahe 0 bei destruktiver Interferenz bzw. maximal bei konstruktiver Interferenz). Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/interferenz/
Kleine Spielerei mit einer Slinky-Feder. Hängt diese frei, so wird sie bereits durch ihr eigenen Gewicht gedehnt. Die Dehnungen nehmen von unten nach oben linear zu, da ja weiter oben auch mehr Windungen unterhalb sich befinden, welche die Einzelwindung dehnen. Man erhält eine arithmetische Folge. Möchte man die Gesamteigendehnung bestimmen, muss man die Folgeglieder aufsummieren. Man erhält eine (n-1)*n = ca.n² Abhängigkeit der Gesamtdehnung bei n Einzelwindungen. Die theoretisch ermittelte Gesamtdehnung deckt sich bei mir gut mit dem Experiment (rund 85 cm Gesamtdehnung). Dann habe ich die Slinkyfeder noch zusätzlich mit einer Stahlmutter belastet und so aus der Dehnung die Gesamtfederkonstante k_ges ermittelt. Diese sollte ja bei n Windungen gleich k_Windung/n sein. Hier erhalte ich eine rund 10%ige Abweichung zwischen Theorie und Experiment. Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/hooksches-gesetz/
>Interferenzen spielen in der Physik eine wichtige Rolle und mit >Begriffen wie konstruktiver und destruktiver Interferenz sollte >eigentlich ein jeder Schüler etwas anfangen können. Hier ein schöner >Versuch zu diesem Thema. Ein sehr schöner Versuch. Ich habe vor kurzem mit meinem Bruder einen Versuch zur Interferenz mit noch einfacheren Mitteln gemacht. Man nimmt einfach einen Online-Funtkionsgenerator z.B. über das Handy und gibt diesen Ton auf einer Stereoanlage aus. Dann läuft man langsam im Abstand von z.B. 3 Metern an den Boxen von links nach rechts vorbei. Die Amplitudenunterschiede der Wellen und Täler der Interferenz sind deutlich zu hören. Ich meine, dass diese Experiment den Schülern auch gut hilft, die Akustik von Stereo-Hifi-Systemem besser zu verstehen. Online-Funktionsgenerator: https://onlinetonegenerator.com/
Hier noch zwei weitere spannende Freihandversuche: Einmal ein Versuch zur Optik/Wahrscheinlichkeitsrechnung und dann noch ein Experiment mit einer Nicht-Newtonschen Flüssigkeit. Schwärzer als Schwarz: Für diesen Versuch benötigt man lediglich eine Kaffeetasse und ein Stück schwarzes Papier mit einem kleinen Loch. Legt man das Papier auf die Tasse, welche auch eine weiße Innenseite besitzen kann, so erscheint das Loch deutlich dunkler als das schwarze Papier. Zur Erklärung zeichnet man einen Wahrscheinlichkeitsbaum auf und berechnet die mittlere wieder aus dem Loch tretende Lichtintensität. Dabei kommt man auf einen "Reflexionsgrad" von nur 0.2%. Zum Vergleich: Das schwarze Papier reflektiert das Licht etwa mit 5%. Deshalb erscheint das Loch schwärzer als schwarz... Nicht-Newtonsche Flüssigkeit: Dafür benötigt man Maizena Maisstärke und Wasser. Ich habe 170 g Maizena mit 130 g Wasser vermischt. Stößt man nun mit dem Finger langsam in die Mischung, so versinkt dieser und sie verhält sich wie eine gewöhnliche Flüssigkeit. Stößt man hingegen schnell in die Mischung, verhält sie sich komplett anders, eher wie ein Festkörper und blockiert die Bewegung. Diesen Versuch haben Schüler besonders gerne und jeder möchte einmal seinen Finger in die Maizena-Wasser-Mischung stecken ;-) Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/freihandversuche/
Prima Idee mit der Nicht-Newton Flüssigkeit! Da fällt mir spontan gleich ein Versuch dazu ein. Man lässt über einen Behälter (Eimer) am unteren Ende eine Newtonsche Flüssigkeit (Wasser) über ein Rohr auslaufen. Der Behälter (Kapazität) und das Rohr (linearer Widerstand) bilden ein RC-Glied, dessen Zeitkonstante man sehr einfach mit einer Stoppuhr bestimmen kann. Jetzt ersetzt man das Wasser durch die Nicht-Newton Flüssigkeit. Bei gleichem Füllstand (gleiche Kapazität) kann jetzt über den Versuch der nichtlineare Widerstand der Nicht-Newton Flüssigkeit bestimmt werden.
Eine kostengünstige Variante des Franck-Hertz-Versuch mit einer Thyratron-Röhre habe ich bereits umgesetzt. Jetzt bin ich in einem Buch auf eine noch etwas simplere Umsetzung gestoßen. Sie verwendet ebenfalls eine Thyratronröhre und zwar die 2D21. Diese ist, was wichtig ist, mit Xenon gefüllt. Genau dessen Anregung mit Elektronen wird bei diesem Versuch beobachtet. Man braucht neben der Röhre nur noch einen kleinen 6V-Trafo für die Heizung, ein 24V-Netzteil, einen Widerstand und ein Potentiometer und dann noch ein µA-Meter. Die I(U)-Kennlinie sollte im Bereich der Anregungsenergie von Xenon ein Maximum, gefolgt von einer Abnahme besitzen. Mal schauen, ob ich das auch beobachten kann. Und dann habe ich noch einen Schwung Cerberus GR17 Röhren bei mir im Keller wiederentdeckt. Diese enthalten Radium-226. Mein Geigerzähler spricht ganz schön auf diese an (ca. 300 cpm bei 30 cpm Hintergrund). Gebe einige von diesen für 18 Euro/Stück her. Wer eine möchte, kann sich gerne bei mir melden...
Zur Nicht-Newtonsche Flüssigkeit (NNF): Lautsprecher lackieren (oder mit Frischhaltefolie auskleiden?), mit der NNF füllen und mit Sinus beaufschlagen.
Ganz ohne Vakuumpumpe habe ich die Luftdichte bestimmt. Dazu benötigte ich nur eine Flasche mit Ventil, eine Fahrradpumpe und meine Arduino-Waage mit einer Auflösung von 0.01 g. Ich pumpe die Flasche auf und bestimme sodann die Masse m in Abhängigkeit vom Druck p. Aus der Steigung des linearen Graphen m(p) erhalte ich die Luftmasse m pro bar bei einem Flaschenvolumen V. Um zur Dichte zu gelangen, muss ich dann nur noch den Anstieg durch V dividieren. Ich erhalten auf diesem Weg eine Luftdichte von ro = 1.242 kg/m³*bar. Der Sollwert für 20°C liegt bei 1.204 kg/m³. Damit bin ich mehr als zufrieden... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/luftdichte-arduino/
Gestern konnte ich den Aufbau zum Franck-Hertz-Versuch vollenden und eine Messung durchführen. Der Anodenstrom steigt zunächst mit zunehmender Gitter-/Anodenspannung an, um dann durch inelastische Stöße der Elektronen mit den Xenon-Atomen wieder abzunehmen. Erst bei höherer Spannung steigt der Strom dann wieder an. Hier findet man mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/franck-hertz-versuch/
Zwei weitere schöne Freihandversuche hätte ich da und zwar zuerst die Spritzenpresse und dann die gekoppelten Kluppen. Für die Spritzenpresse benötigt man nur zwei unterschiedliche Spritzen, einen Schlauch und Wasser. Man fixiert den Schlauch an beiden Spritzen und befüllt dann alles komplett mit Wasser. Nun bittet man ein schwächlich erscheinendes Mädchen und einen selbstbewussten Burschen, seine Spritze reinzudrücken. Das Mädchen bekommt rein zufällig die kleine Spritze zugeteilt. Zur Verwunderung aller kann sie ihre Spritze hineindrücken, während der starke Bursche scheitert. Durch den gleichen Druck p = F/A im Wasser wird bei der kleinen Spritze mit kleinerer Fläche A eine kleinere Kraft F benötigt bzw. können mit der kleinen Spritze trotz etwas geringerer Kraft durch die deutlich kleinere Fläche höhere Drücke erzielt werden... Für den Versuch mit den gekoppelten Kluppen werden nur zwei Kluppen, ein breiteres Gummiband und ein Stativ benötigt. Fixiert man beide Kluppen nebeneinander auf dem gespannten Gummiband und stößt eine Kluppe an, so fängt diese zu schwingen an. Nach einiger Zeit nimmt aber deren Schwingung ab und zeitgleich beginnt die zweite Kluppe zu schwingen. Wenn diese dann maximal schwingt, hat die erste Kluppe aufgehört zu schwingen. Danach schwingt die zweite Kluppe wieder weniger, dafür die erste. Man hat es mit einer schönen gekoppelten Schwingung zu tun. Betrachtet man die beiden Einzelschwingungen, so liegt eine Schwebung vor... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/freihandversuche/
Aufnahme der Hysteresekurve B(H) mit einem 115V-Printtrafo, einem Variac und einem Oszilloskop im xy-Modus. Beim Anschluss des Oszilloskops an den Variac ist unbedingt darauf zu achten, dass GND vom Oszi mit dem Nullleiter N verbunden ist. Gegebenenfalls muss man den Netzstecker in der Steckdose umdrehen! Dies aber ohne dem angeschlossenen Oszi vorher mit einem Voltmeter überprüfen, indem man die Spannung zwischen "unterem" Variac-Ausgang und Schutzleiter misst. Diese sollte 0V betragen! Die x-Achse zeichnet die Stromstärke I primärseitig und damit die Stärke des Magnetfelds H auf. Die y-Achse zeichnet über den Kondensator + Potentiometer die integrierte Sekundärspannung auf, also das Integral U_ind dt. Dieses ist nach dem Faradayschen Induktionsgesetz proportional zur magnetischen Flussdichte B. Wir erhalten am Oszilloskop also eine B(H)-Darstellung... Warum meine Hysteresekurve über zwei eigenartige "Beulen" verfügt, kann ich nicht beantworten. Vielleicht weiß ja jemand von euch Bescheid. Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/barkhausen-effekt/
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Ein sehr schöner Versuch zum Thema Kreisel, der sog. Kollergang. Damit weist man das Kreiselmoment T = omega x L nach. Das rotierende Gestell habe ich aus LEGO gebastelt. Die beiden auf der Waage befindlichen Räder werden um die Vertikale rotiert. Durch das Kreiselmoment zeigt die Waage dann in Abhängigkeit von der Rotationsfrequenz f mehr an. Es müsste sich eine m = k * f² Abhängigkeit ergeben. Dies konnte ich experimentell bestätigen, Heureka... Die Drehzahl bestimme ich mit meinem Arduino-Drehzahlmesser auf Basis eines IR-Näherungsschalters. Funktionierte besser als der Laser-Drehzahlmesser von Amazon. Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/kreisel/
Ich bin ja eigentlich ein sehr sparsamer Mensch und wenn ich etwas ausgebe, dann zu 90% für meine Physikprojekte. Jetzt habe ich mir eine Cavendish-Drehwaage zur Bestimmung der Gravitationskonstante G gegönnt. Diese war auf Kleinanzeigen inseriert und ich bin zufällig auf sie gestoßen. Der Verkäufer machte mir ein unwiderstehliches Angebot, nur 100 Euro inkl. Versand. Den Cavendish-Versuch zur Bestimmung von G habe ich ja bereits durchgeführt mit nur bedingten Erfolg. Meine ermittelte Gravitationskonstante lag doch sehr deutlich von Sollwert entfernt. Mein Torsionspendel war auch kaum zur Ruhe zu bringen und schwingte sehr stark vor sich hin und her. Link: https://stoppi-homemade-physics.de/gravitationskonstante-cavendish/ Im Schulbedarfshandel bei Phywe, Leybold & Co kosten diese Cavendish-Drehwaagen 2000 Euro und mehr. Es fehlen lediglich die beiden schweren Bleikugeln. Dafür besorge ich mir wohl 1.5 - 2kg schwere Kugelstoßkugeln von Amazon... Und dann habe ich mir noch einen Rahmen für eine sog. Kugelschwebe 3d-drucken lassen. Die dafür benötigten Plexiglasscheiben habe ich bereits bestellt. In den Innenraum kommen dann zwei Kugeln unterschiedlicher Masse und dann wird der Körper in Rotation versetzt. Der sich einstellende Winkel alpha hängt dann von der Drehfrequenz f ab. Für sehr große f strebt alpha gegen 90°. Es gibt sogar eine kritische Untergrenze für die Frequenz f, unterhalb derer es eigentlich keinen stabilen Zustand gibt... Diese Kugelschwebe werde ich auch für ein Zentrifugenparaboloid verwenden, indem ich den Innenraum teilweise mit Wasser fülle. Es stellen sich abhängig von der Drehfrequenz f Wasserparaboloide ein der Form y = (2*Pi²*f²/g)*x². Dies werde ich experimentell überprüfen.
Christoph M. schrieb: > Eine andere Frage, die mich schon lagen beschäftigt: Baut man über ein > Dach eine Abschattung ( wie z.B. hinterlüftete Solarzellen ), dann > müsste die Oberflächentemperatur des Daches eigentlich stark gesenkt > werden und das Klima im Haus angenehmer. Uff, du hast das Kaltdach erfunden. War früher üblich als man noch nicht blöderweise die Dämmung direkt unters Dach (Flachdach oder Spitzdach) geklebt hat, sondern zumindest 10cm Luftschicht liess oder gleich den leeren Dachboden, und rundrum Traufe und oben (Firststeine, Giebelfentser des Dachbodens) Lüftungsöffnungen. Da muss man maximal Schattentemperatur zu Raumtemperatur dämmen, also hier 30 GradC zu 25 GradC, mithin 5K. Während beim Warmdach die in der Sonne aufgeheizte Oberfläche leicht mal 60 GradC hat, macht 35K, die Dämmung müsste 7 mal dicker sein, ist sie aber nicht.
Mein Versuch zur Braggreflexion mit Gammastrahlen am LiF-Einkristall lieferte ja aufgrund der viel zu geringen Aktivität meines radioaktiven Strahlers keine brauchbaren Ergebnisse. Hier (https://www.forphys.de/Website/qm/braggdual1.html) bin ich aber auf ein Experiment zur Braggreflexion mit Ultraschall gestoßen. Dies möchte ich nun auch umsetzen. Zum Einsatz kommen meine Ultraschallkapseln auf den Arduino-Modulen HC-SR04 und eine Ansteuerung über den L298N-Motortreiber. Dies funktionierte schon bei einigen meiner US-Versuche sehr gut. Zur Kollimierung habe ich mir auf Amazon zwei Solar-Zigarettenanzünderspiegel besorgt. Die US-Kapseln kommen dann genau in den Brennpunkt. Das Atomgitter besteht aus Schaschlikspießen und Holzkugeln. Deren Loch muss ich aber per Hand auf 3 mm aufbohren, damit sie über die Spieße geschoben werden können. Insgesamt sind es 8^3 = 512 Kugeln, die ich aufspießen und festkleben muss. Eine ziemliche Strafarbeit ;-)
Warum nicht nach passenden Stäben oder Fäden suchen? Endlos Dichtschnur ist im Durchmesser variabel.... Kugelpositionierschablone (Nut mit Senke pro Kugel) (Edit: oder der Deckel des Würfels) , dünnerer Stab und (Heiß)kleber/Leim?
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Interessant wäre vielleicht auch, das Gitter mit einem 3D-Drucker am Stück drucken zu lassen.
Da die Reflektion in einer Ebene gemessen wird, sollten auch Stäbe ohne Kugeln funktionieren.... sieht aber nicht so schön aus. Wenn man ein Wassserbecken mit Wellengenerator und Sumpf am anderen Ende nimmt, müsste mit US auch eine reflektive Braggzelle simulierbar sein... ob man da je nach Abstrahlordnung den Dopplershift mit einem einfachen Frequenzzähler noch messen kann? (Per Soundkarte mit Sinusfit machbar)
Danke für eure Kommentare ;-) Die Holzstangen mit den Kugeln für das Atomgitter sind fertig. Insgesamt sind es 64 Stäbe mit je 8 Kugeln. Habe jetzt dafür Blasen an den Händen... Die Kugelschwebe bzw. Zentrifugalküvette ist auch bereits fertig geklebt. Jetzt warte ich nur noch auf die bei Amazon bestellte Bohrmaschinenhalterung, dann kann ich die beiden Experimente mit zwei Kugeln bzw. Wasser durchführen. Und zuguterletzt habe ich noch einen Freihandversuch zu Wirbelströmen durchgeführt. Da lasse ich einmal eine normale Stahlkugel und dann eine Magnetkugel durch ein Aluminiumrohr fallen. Die Magnetkugel benötigt für die 50 cm etliche Sekunden aufgrund des bremsenden, induzierten Magnetfelds (Lenz'sche Regel). Das Alurohr hat einen Außendurchmesser von 16 mm (1 mm Wandstärke) und die Magnetkugel von www.supermagnete.de einen Durchmesser von 12.7 mm. Das passt perfekt...
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Nach dem Bau der Atomstäbe dachte ich schon, das schlimmste sei vorbei. Dem war aber nicht so, denn der Zusammenbau des Gitters erwies sich als viel herausfordernder als gedacht. Denn wenn man einen Stab in sein Loch geführt hatte, ging ein anderer Stab aus seinem Loch wieder heraus. Damit das Einfädeln überhaupt gelingt, habe ich die Schaschlikspieße stufenförmig abgelängt. So fing ich mit dem Einfädeln der ersten Reihe mit den längsten Spießen an und ging dann zur nächsten Reihe mit den ein wenig kürzeren Spießen. Nach 20 Minuten mehr als angestrengter Arbeit war dann das gesamte Gitter fertig zum Verkleben mit Holzleim. Noch einmal mache ich diese Arbeit aber bestimmt nicht. Ich habe mich bewusst für Holzperlen und Schaschlikspieße entschieden, weil diese sehr günstig zu haben sind. Die Spieße kosten 4 Euro und die 1500 Holzkugeln rund 10 Euro. Bei Conrad gibt es 1m Metallstäbe mit 2.5 mm Durchmesser. Aber alleine die 11 benötigten Stäbe würden mich 35 Euro kosten. Ich achte bei all meinen Projekten auch darauf, sie möglichst günstig umzusetzen... Die Halterungen für den Parabolspiegel und die Ultraschallkapseln lasse ich gerade auch 3d-drucken. Und die beiden 1.5 kg Eisenkugeln für die Cavendish-Gravitationswaage sind auch angekommen. Eine einzelne Kugel kostete nur 8 Euro, der Versand nach Österreich 15 Euro. Wie diese kompakte Cavendish-Gravitationswaage aber funktioniert, ist mir nach wie vor ein Rätsel. Denn die beiden kleineren Massen dürfen eigentlich nicht am begrenzenden Glas anstoßen. Damit sie aber nur eine derart geringe Pendelbewegung vollführen, muss das Richtmoment R des Torsionsfadens recht groß sein. Ein großes R bewirkt aber eine viel kleinere Auslenkung, wenn ich die großen Massen zu den kleinen bewege. Also mein Drehpendel pendelte fröhlich über fast Stunden vor sich hin und das mit größerer Amplitude. Aber ich lasse mich gerne angenehm überraschen...
Christoph E. schrieb: > Für die low budget Astrofotografie habe ich mir auf Amazon einen > 90mm/500mm Achromaten gegönnt. Kann mit Sicherheit durch die starke > chromatische Aberration nicht ansatzweise mit Apochromaten mithalten, > dafür hat dieser nur sensationelle 107 Euro inkl. Versand gekostet In der Tat sensationell, mein Setup tendiert inzwischen zum 20-fachen Kamera inklusive. > Meine gebrauchte Canon EOS 1100D hänge ich dann mittels Adapter an den > 1.25" Okularauszug. Bei mir Canon 600D, mit AstroMod (IR), bei visueller Beobachtung über einen Baader-Spiegel, der sperrt IR und UV weg. > wobei ich erst einmal schauen muss, ob meine motorisierte Montierung > überhaupt schön nachführt. Und, wie weit bist du damit gekommen?
@ J.S.: Meine Astromontierung habe ich leider noch nicht im Einsatz gehabt. Das möchte ich aber bis spätestens Herbst nachholen. Ich glaube, ich habe zu viele Physikprojekte am Laufen ;-) Die beiden Versuche zur Kugelschwebe bzw. Wasserzentrifuge habe ich heute durchführen können. Die experimentellen Ergebnisse liegen recht nahe bei den theoretischen Sollwerten. Wie zu erwarten war, gibt es bei der Kugelschwebe eine kritische niedrigste Drehzahl, bei der sich eine stabile Kugellage ergibt. Diese liegt bei rund 2 Hz. Den Positionswinkel alpha habe ich für verschiedene Drehzahlen f ermittelt und dann die experimentellen Ergebnisse in den Graphen alpha(f) eingetragen. Bei der Wasserzentrifuge habe ich für zwei unterschiedliche Drehfrequenzen f die Parabel mittels der Software Tracker bestimmt und den Faktor a = y/x² berechnet. Für f = 1.74 Hz erhalte ich Werte für a im Bereich zwischen 6.9 und 8.4. Der Sollwert beträgt 6.09. Für f = 2.98 Hz liegt experimentell mein a zwischen 16.3 und 20.7 bei einem Sollwert von 17.87. Damit kann ich leben... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/zentrifuge-kugelschwebe/
Inzwischen sind die 3d-Druckteile für das Experiment zur Braggreflexion von Ultraschall angekommen. Jetzt wartet eigentlich alles nur noch auf seinen finalen Einsatz... Und dann bin ich noch "zufällig" über ein sehr spannendes Angebot auf Kleinanzeigen gestoßen und zwar ein Feldelektronenmikroskop. Die evakuierte Röhre beinhaltet eine sehr feine Wolframspitze mit einem Krümmungsradius von ca. 100 nm. Legt man zwischen Spitze und Schirm eine Hochspannung (rund 5-7 kV) an, so werden die Elektronen aus der Spitze durch Feldemission herausgerissen und dann zum Bildschirm beschleunigt. Dort ergibt sich dann ein atomares Abbild der Metallspitze mit einer rund 500 000-fachen Vergrößerung. Noch habe ich die Röhre nicht, denn die Verkäuferin ist gerade Urlaub bei mir in Österreich. Ich hoffe aber sehr, dann den Zuschlag für eine der beiden Exemplare zu erhalten... Beim FEM werden Erinnerungen wach, denn während meines Studiums habe ich in einem Praktikum Wolframspitzen geätzt und dann ins FEM eingebaut und überprüft. Ist aber schon 30 Jahre her ;-)
Beim Schmökern im Physikkatalog der Firma Leybold/LD-Didactic bin ich auf ein Monochord gestoßen. Dabei wurde u.a. die Schwingungsfrequenz in Abhängigkeit von der Saitenspannung ermittelt. Genau dieses Experiment möchte ich ebenfalls umsetzen. Dazu habe ich mir auf Amazon bzw. im Baumarkt die notwendigen Dinge besorgt. Der Holzbalken besitzt einen Querschnitt von 10 x 6 cm und ist somit ausreichend stabil. Saiten, Stimmwirbel und Federwaage kommen wie gesagt von Amazon. Zum Bau des Monochords musste ich wieder meine Küche in eine Werkstatt umfunktionieren ;-) Heute bin ich mit dem Bau des simplen Musikinstruments fertig geworden. Die Messungen (Frequenz f in Abhängigkeit von der Spannkraft F) werde ich in den nächsten Tagen durchführen. Wie ich die Schwingungsfrequenz ermittle, weiß ich im Moment auch noch nicht genau. Eventuell ebenfalls mit einer Lichtschranke... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/monochord/
>Die Messungen (Frequenz f in Abhängigkeit von der Spannkraft F)
Apropos: Vor ein paar Tagen hatten wir eine Diskussion über Knoten und
Bäuche bei einer gespannten Seite. Eine Meinung war, dass sich die
Knoten abhängig von der Spannung verschieben. Meiner Vorstellung nach
bleiben die Knoten und Bäuche immer an der gleichen Stelle. Durch die
erhöhte Spannkraft ändert sich aber die Schwingfrequenz des Bauches.
Korrekt?
Hallo Christoph, Jetzt maße ich mir an Dir einen fetten Floh ins Ohr zu setzen: Im RPB Band 45/46 (UKW-Sender- und Empfänger-Baubuch" von H.F. Steinhauser wurde ein UKW (144MHz) Lecherleitungsfrequenzmeßsystem zur Erfassung der 144 MHz Amateurfunkbandgrenzen beschrieben. Das wäre für Dich auch ein interessantes Demonstrations Projekt mit relativ wenig Aufwand. Hier steht Näheres: https://ve6aqo.com/lecherleitung.htm Als ich noch Schüler war, konnte man im Deutschen Museum (sechziger Jahre) in einer langen Glasvitrine eine motorbetriebene Anordnung dieser Art bewundern, die auf einem hin und her gezogenen Schlitten mittels Glüh- und Glimmlampe die Spannungs- und Strombäuche beobachtungsmäßig ermöglichte. Als Generator diente ein UHF-Gegentaktoszillator mit einer QQE03/20, der vielleicht ein paar Watt an HF Energie produzierte. In der gleichen Vitrine befand sich auch eine Demonstration zur Wellenpolarisation. Ein ähnlicher Gegentaktoszillator erregte einen Halbwellendipol. In ungefähr 50cm Abstand befand sich ein gleichartiger Dipol mit einem Fahrradrücklichtglühlämpchen. Der Lämpchendipol wurde von einem Motor über Seilzug in seiner Achse gedreht und machte durch helles Aufleuchten die Übereinstimmung der Polarisation und Ausbleiben bei 90 Grad Abweichung sichtbar. Diese Museums Demos hatten damals meine Liebe zur UKW/UHF Technik vertieft. Für mich war dieses Museum damals schlichthin ein "Haus der Wunder". Dort konnte man leicht verlorengehen und tagelang Neues erforschen. Das sind für mich immer noch schöne Erinnerungen. Auch das Focaultpendel im Treppenhaus ist beeindruckend. https://www.deutsches-museum.de/museum/pressemappe/museumsinsel/ausstellungen/foucaultsches-pendel Es ist schade, daß diese Vitrinen schon vor so langer Zeit abgebaut wurden. Allerdings waren das wahrscheinlich auch ausserhalb der Museumsmauern beachtliche Störsender:-) (Von der Radiotechnik war bei meinem letzten Besuch in 1997 nur noch sehr wenig vorhanden. Eigentlich schade, daß die Geschichte der Radiotechnik in den Museen kaum noch gewürdigt wird. Man gab sich zumindest damals dort noch sehr viel Mühe. Das sah man an den mit viel Sorgfalt und Liebe erstellten Demonstrationsmodellen) In der Atomforschungsecke gab es auch eine funktionierende Wilsonsche Nebelkammer. Die Bahnen der sich ausbreitenden Teilchen konnte man in der verdunkelten Umgebung sehr schön verfolgen. (War das als Schüler alles herrlich zum Erleben). Duck und weg, Gerhard P.S. laß Dich von meinen Floh nicht stechen oder vom Funkmeßwagen der PTV*) erwischen:-) *) https://de.wikipedia.org/wiki/Post-_und_Telegraphenverwaltung
Christoph M. schrieb: > Meiner Vorstellung nach bleiben die Knoten und Bäuche immer an der > gleichen Stelle. Durch die erhöhte Spannkraft ändert sich aber die > Schwingfrequenz des Bauches. > Korrekt? Wir können ja kurz rechnen. Ich habe mal das tiefe E einer Gitarre (E2) als Beispiel gewählt. Da die Länge der Saite je nach Hersteller variiert (Gibson Les Paul: 24,75 Zoll, etwa 62,9 cm, Fender Stratocaster und Telecaster: 25,5 Zoll etwa 64,8 cm) habe ich fiktiv 64 cm angenommen. Richtig gestimmt benötigen wir 93.653 N und natürlich sind die Eigenvektoren (Schwingungsformen) nicht von der Zugkraft abhängig (siehe Lösung zur Wellengleichung).
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So, die Messungen zum Monochord sind im Kasten. Ich habe mich zur Frequenzmessung der Saitenschwingung für eine Lichtschranke entschieden und auf ein Arduino-Näherungsmodul zurückgegriffen. Damit dieses auch auf den roten Laser reagiert, musste ich die IR-Photodiode gegen eine für den sichtbaren Spektralbereich geeignete tauschen. Ich habe aber zur Frequenzbestimmung auch eine Smartphone-App (Spektralanalyzer) ausprobiert. Diese nimmt den Ton wahr und erstellt mittels Fourieranalyse ein Frequenzspektrum. Also wer auf die Lichtschranke verzichten möchte, findet hier mit der App eine noch einfachere Methode... Die Saitenfrequenz f sollte ja proportional zur Wurzel aus der Spannkraft F sein. Trägt man also f² gegen F auf, so müsste man eine ansteigende Gerade erhalten. Genau dies war mit meinen Messergebnissen der Fall, Heureka. Jetzt muss ich nur noch einen Platz in meiner Wohnung zum Verstauen des doch sperrigen Monochords finden, die wohl schwierigste Aufgabe ;-)
>Genau dies war mit meinen Messergebnissen der Fall, Heureka. "Heureka" wird Archimedes von Syrakus zugeschrieben. Pythagoras war 300 Jahre früher: https://de.wikipedia.org/wiki/Pythagoras_in_der_Schmiede Wobei da die Meinungen auseinandergehen, ob er das Monochord für seine Musiktheorie schon kannte .. Aber Du könntest ja das Experiment mit den Hämmern nachvollziehen :-)
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Danke für den Hinweis, Christoph. Ein kleines Experiment für Zwischendurch, Wasserschlauchschwingungen. Man befüllt ein U-Rohr mit Wasser der Masse m und saugt an einer Seite kurz an. Dadurch versetzt man das Wasser in Schwingung. Die Periodendauer tau hängt dabei von der Wurzel der Wassermasse m ab. Trägt man also tau² gegen m auf, so müsste man eine ansteigende Gerade erhalten. Dies war mit meinen Messwerten sehr gut erfüllt... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/wasserexperimente/
Christoph E. schrieb: > Wie ich die Schwingungsfrequenz ermittle, weiß ich im Moment > auch noch nicht genau. Eventuell ebenfalls mit einer Lichtschranke... Christoph E. schrieb: > Ich habe mich zur Frequenzmessung der Saitenschwingung für eine > Lichtschranke entschieden und auf ein Arduino-Näherungsmodul zurückgegriffen. Interessehalber: Einen Gitarren-Pickup hast Du wegen der möglichen Rückwirkung durch den Magneten verworfen? Das wäre ansonsten die naheliegendste Lösung, die auch fest montiert werden könnte.
@Martin: Ein E-Gitarren-Abnehmer wäre natürlich auch eine Möglichkeit gewesen. Nur ist dann das Ausgangssignal sehr schwach und ich hätte es wohl erst verstärken müssen. Wie schon erwähnt hat es auch mit einer App (Sound analyser) recht gut funktioniert. Da wird das Audiosignal in seine Frequenzanteile zerlegt und es zeigt mir dann die Hauptschwingungen der Saite im Frequenzspektrum an. Es führen halt zumeist mehrere Wege nach Rom ;-) Gestern habe ich dann noch das Braggreflexionsexperiment mit Ultraschall durchgeführt. Ich war ja sehr gespannt, ob sich meine Mühe beim Bau des Atomgitters ausgezahlt hat. Was soll ich sagen, ich erhalte bei den Glanzwinkeln (15°, 34° und 60°) eindeutig ein viel stärkeres Signal als bei anderen Winkel. Heureka... Für den Versuch habe ich auf meinem Küchenboden eine M5-Schraube als Achse für die beiden Ultraschallmodule festgeklebt. Danach stelle ich immer Einfallswinkel = Ausfallswinkel und notiere die Spannung am Multimeter. Bei den Glanzwinkel war diese deutlich erhöht. Damit habe ich wohl meine experimentelle Gesellenprüfung abgelegt ;-) Bin selbst sehr positiv überrascht, wie gut der Versuch funktioniert hat. Das ist aber bei weitem nicht immer so bei meinen Experimenten. Link für mehr Informationen und zwei kurze Videos: https://stoppi-homemade-physics.de/bragg-reflexion/
Vor einer Woche habe ich hier ja ein hübsches Wasserexperiment vorgestellt, die Wasserschlauchschwingungen. Heute habe ich dann ein weiteres zu diesem Thema durchgeführt und zwar die Löcherdose. Dazu benötigt man ein Rohr mit mehreren Löchern. Füllt man dieses mit Wasser, so strömt Wasser mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten v aus den Löchern und spritzt dann w weit. Zuerst habe ich die Geschwindigkeit v experimentell und theoretisch mittels Bernoulligleichung bestimmt. Es sollte v = Wurzel(2*g*h) gelten. Eine Wurzel(h)-Abhängigkeit konnte ich experimentell bestätigen, die Werte lagen jedoch um einiges neben den theoretischen Sollwerten. Und dann habe ich hergeleitet, bei welcher Höhe/Tiefe h das Wasser am weitesten spritzt. Dies sollte bei h = H/2 = konkret 24 cm der Fall sein. Dies konnte ich auch experimentell bestätigen, Heureka... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/wasserexperimente/
Heute ist das Feldelektronenmikroskop bei mir angekommen. Da ich schon sehr neugierig war, habe ich den Versuch gleich aufgebaut. Zuerst heizte ich die Wolframspitze mit rund 1.6 A für 60 sek auf. Danach legte ich die Anodenspannung an und erhöhte diese. Leider waren keinerlei Leuchterscheinungen am Bildschirm zu sehen. Deshalb habe ich mir die Anleitung nochmals genauer angesehen und stieß auf einen Absatz in dem stand, dass nach längerer Pause zur leitenden Verbindung des Leuchtschirms mit der Anode Barium verdampft werden muss. Dies habe ich dann auch getan: Bariumheizstrom 7.5 - 8 A, Dauer rund 90 sek. Jetzt habe ich zumindest Leuchterscheinungen, aber ein richtiges Bild der Kristallstruktur erhalte ich nicht. Die Leuchterscheinungen sind auch stark in Richtung Anodenanschluss verschoben und nicht mittig am Bildschirm. Hier sieht man ein kurzes Video davon: https://stoppi-homemade-physics.de/fem/ Es kann also gut sein, dass der Leuchtbildschirm unzureichend mit der Anode elektrisch leitend verbunden ist. Ob ich daher noch mehr Barium verdampfen muss, weiß ich nicht genau. Vielleicht hat ja jemand von euch bereits Erfahrungen mit einem FEM der Firma Leybold und kann mir einen Tipp geben. Vielen Dank im voraus... Ich werde mich aber noch ein wenig spielen mit dem Setup. Die Leuchterscheinungen treten auch erst bei Anodenspannungen um die 8 kV auf, also bei schon recht hoher Spannung. Eventuell ist dies auch schon ein Zeichen für eine defekte/unbrauchbare Spitze. Denn je abgeflachter sie ist, umso höher muss die Anodenspannung sein...
Zwei Experimente zum Thema stehende Wellen und zwar konkret Seilwellen. Einmal mit zwei kleinen Elektromotoren und dann mit nur einem stärkeren Motor und einem drehbar gelagerten Seilende. Schön sieht man die Grundschwingung bzw. die Oberschwingungen... Mehr Information: https://stoppi-homemade-physics.de/seilwellen/
Derzeit setze ich zwei Experimente um und zwar einmal die Bestimmung der Elementarladung mittels Elektrolyse und dann die Bestimmung von Trägheitsmomenten mittels Torsionspendel. Für den Elektrolyseversuch habe ich mir Kupfersulphat besorgt. An der Kathode wird dann Kupfer abgeschieden. Aus der Massenzunahme, der Molmasse von Kupfer und der geflossenen elektrischen Ladung (Stromstärke mal Zeit) lässt sich dann die Elementarladung e ermitteln. Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/elektrolyse-elementarladung/ Das Torsionspendel baue ich weitestgehend aus Teilen von Amazon auf. Der mechanische Aufbau ist eigentlich fertig. Jetzt benötige ich nur noch einen Kraftmesser zur Bestimmung des Richtmoments R = T/phi. Aus der Periodensauer tau der Torsionsschwingungen lässt sich dann das Trägheitsmoment I ermitteln... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/torsionspendel/
So, die beiden Experimente zum Torsionspendel sind im Kasten. Zuerst habe ich über das notwendige Drehmoment T das Richtmoment R des Torsionspendels bestimmt. Ich komme auf einen Wert von 0.055 Nm/rad. Danach bestimme ich die Periodendauer Tau der Schwingung in Abhängigkeit von der Position der beiden Bleikugeln. Mittels Tau und R kann ich das Trägheitsmoment I der beiden Kugeln experimentell bestimmen. Dieses sollte näherungsweise I_th = 2*m*d² sein. Zum Schluss vergleiche ich Experiment und Theorie. Die beiden Werte I_th und I_exp für das Trägheitsmoment der beiden Kugeln liegen sehr nahe beisammen, Heureka ;-) Mehr Informationen inkl. Videos: https://stoppi-homemade-physics.de/torsionspendel/
Gestern konnte ich den Versuch zur Bestimmung der Elementarladung mittels Elektrolyse durchführen. Dazu habe ich rund 130 g Kupfersulfat in 500 ml destillierten Wasser aufgelöst. Die beiden Kupferelektroden habe ich dann bei einer Stromstärke von I = 0.5 A für rund 1-3/4 Stunden in die Lösung getaucht. Die Elektroden habe ich mit meiner Milligrammwaage vor und nach dem Experiment gewogen. Die Kathode wurde rund 1 g schwerer, die Anode 1 g leichter. Damit konnte ich die Elementarladung e zu 1.63 * 10^-19 C bestimmen. Die Abweichung vom Sollwert 1.602 * 10^-19 C beträgt somit lediglich 1.7%, was mich mehr als erstaunt. In diesem Sinne wieder Heureka ;-) Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/elektrolyse-elementarladung/
Christoph E. schrieb: > Die Abweichung vom Sollwert 1.602 * 10^-19 C beträgt somit lediglich > 1.7%, was mich mehr als erstaunt. Kannst Du eine Fehlerabschätzung Deines ermittelten Wertes machen? Dann gäbe es auch eine Begründung dafür, ob die 1.7% tatsächlich gut oder schlecht sind ;-)
@Frank: Die Unsicherheiten der Einzelmessungen kann ich nur abschätzen. Gehe ich etwa von einer Stromstärke von 0.51 A statt 0.5 A, von 10 sek Zeitungenauigkeit und einer Massenungenauigkeit von ca. 0.05 g aus, erhalte ich einen ungünstigsten Wert für e von 1.77 * 10^-19 C. Im Moment bin ich gerade noch dabei, das Rubensrohr zur Sichtbarmachung stehender Wellen mittels Flammen umzusetzen. Ofenrohr, Butangas, Schlauch, Lautsprecher und Verstärker sind bereits besorgt. Im Moment lasse ich mir gerade die Rohrstopfen 3d-drucken. Besorgen muss ich mir noch ein Ventil für die Gasdose und die bestellten Messingadapter sind auch schon auf dem Weg zu mir...
Apropos Rohr. Da gibt's doch noch diesen Wirbelstrombremsversuch. Ich habe mir 10 Stück von diesen kräftigen Neodymmagnete bestellt und sie am Stück durch ein 1m langes Aluminiumrohr aus dem Baumarkt fallen gelassen. Man spürt deutlich eine Verzögerung von etwa 3 Sekunden, bevor die Permanentmagnete wie von Geisterhand unten aus dem Rohr wieder rausfallen. 👻
Ein einfacher Versuch für Zwischendurch: Siedepunkterhöhung durch Salz. Salz reduziert ja den Dampfdruck von Wasser. Daher liegt der Gefrierpunkt von Salzwasser tiefer als 0°C und der Siedepunkt höher als 100°C. Ich habe einfach mit einem Wasserkocher die Siedetemperatur in Abhängigkeit von der Salzkonzentration ermittelt. Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/dampfdruckkurve/
Christoph E. schrieb: > Siedepunkterhöhung durch Salz. Daher verkürzt Salz im Wasser die Kochzeit von Kartoffeln.
Ein kurzer Zwischenbericht über die aktuell anstehenden Projekte. Viele offene Baustellen habe ich ja nicht mehr, da mir ehrlich gesagt die Ideen für neue Experimente schön langsam ausgehen. 1.) Atwoodsche Fallmaschine: Diese besteht lediglich aus zwei Rollen und zwei über ein Seil miteinander verbundenen Massen M und m. Lässt man diese los, beschleunigen beide mit a = g * (M - m) / (M + m). Die gleichmäßig beschleunigte Bewegung werde ich mit der Software Tracker analysieren... 2.) Thermische Längenausdehnung: Bei diesem Experiment werde ich ein Messingrohr mittels heißem Wasser auf eine höhere Temperatur bringen und mit einer Messuhr (1/100 mm Auflösung) die Längenänderung erfassen. Daraus ergibt sich dann der Ausdehnungskoeffizient. Die dafür benötigten Teile sind gerade aus China zu mir unterwegs. 3.) Pronyscher Zaum: Damit lässt sich das Drehmoment eines Motors bestimmen. Eine Holzleiste klemmt die Motorenachse verschieden stark und mittels am Ende der Holzleiste befindlicher Federwaage bestimme ich die Kraft F bzw. das Drehmoment T in Abhängigkeit von der Drehzahl f. Zudem kann mittels T und f auch noch die Leistung P des Motors ermittelt werden.
Ich hatte vor einiger Zeit mal die Aufgabe Drehzahl- Drehmomentkennlinien zu messen. Das einfache Verfahren der Bremse über Holzbacken war nicht wirklich genau und reproduzierbar. Eine Aluscheibe auf der Achse, mit starken Neodym-Magneten als Wirbelstrombremse, war sehr viel genauer. Das Bremsmoment kann prima über den Abstand der Magnete zur Aluscheibe eingestellt werden.
>3.) Pronyscher Zaum: Damit lässt sich das Drehmoment eines Motors >bestimmen. Eine Holzleiste klemmt die Motorenachse verschieden stark und >mittels am Ende der Holzleiste befindlicher Federwaage bestimme ich die >Kraft F bzw. das Drehmoment T in Abhängigkeit von der Drehzahl f. Zudem >kann mittels T und f auch noch die Leistung P des Motors ermittelt >werden. Da könnte es ein Problem mit der Unwucht der Achse geben. Ich kenne eine professionelle Drehmomentmessmaschine für Kleinmotoren, bei der ein Faden einmal um die Achse gewickelt wird und dann der Faden so lange gespannt wird, bis der Motor steht. Aus dem Durchmesser der Achse und der Fadenspannung wird dann das Drehmoment berechnet.
@Joe: Wie misst du dann mit der Wirbelstrombremse das Drehmoment? Holzleisten aus Buche für den Pronyschen Zaum habe ich besorgt. Ich werde aber anstelle von Federwaagen einfach eine Waage verwenden. Das erleichtert die Sache um einiges... Die benötigten Teile für das Rubensrohr und die Atwoodsche Fallmaschine sind eigentlich auch alle jetzt vorhanden. Und dann habe ich in letzter Zeit immer wieder einmal physikalische Spielereien, welche günstig auf Amazon, aliexpress oder ebay erhältlich sind, gekauft. Konkret ein Newtonsches Pendel (habe gleich mehrere für mein Wellenpendel besorgt), Sublimation von Iod, schwebender Kugelschreiber, Plasmakugel, Tensegrity-Skulptur, Miniteslaspulen, Ultraschall-Levitation und Magdeburger Halbkugeln. Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/physik-gadgets/
Den Versuch zur Atwoodschen Fallmaschine konnte ich heute am Vormittag durchführen. Ich wählte eine Gesamtmasse von M + m von 300 g und steigerte die Differenz M - m. Mit der Software Tracker habe ich dann die beschleunigte Bewegung analysiert und aus den v(t)-Diagrammen jeweils die Beschleunigung a ermittelt. Diese liegt systematisch unter dem theoretischen Wert von a = g * (M - m) / (M + m). Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/atwoodsche-fallmaschine/
Am Tag des Herren konnte ich das Experiment zum Pronyschen Zaum durchführen. Dabei geht es ja, das Drehmoment T und die Leistung P eines Motors in Abhängigkeit von seiner Drehzahl f zu bestimmen. Klar war, dass bei zunehmender Klemmung des Holzbalkens die Drehzahl abnimmt und die Kraft bzw. das Drehmoment zunimmt. Die verschieden starke Klemmung war dann gar nicht so einfach zu realisieren, denn drehte ich die Flügelmutter zu stark an, blockierte der Motor komplett. Ganz niedrige Drehzahlen waren also recht schwer zu erzielen. Insgesamt bin ich aber mit den Ergebnissen zufrieden. Das Drehmoment steigt scheinbar linear mit abnehmender Frequenz an und die Leistungskurve besitzt ein ausgeprägtes Maximum bei ca. mittlerer Drehzahl. Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/pronyscher-zaum/
Christoph E. schrieb: > Und dann habe ich in letzter Zeit immer wieder einmal physikalische > Spielereien, welche günstig auf Amazon, aliexpress oder ebay erhältlich > sind, gekauft. Deine Anti-Gravity-Dynamic-Balance-LEGO-Creator-Skulptur für Euro 7,72 hat mich total geflasht. Diese Konstruktion habe ich mal im Rahmen meiner legotechnischen Möglichkeiten nachgebaut. Der Schwebeeffekt verstärkt sich sogar noch, wenn man statt Kettenglieder einfach nur schwarze dünne Bindfäden verwendet. Erstens habe ich keine Kettenglieder, zweitens sieht man die Bindfäden nicht so auffällig auf schwarzem Hintergrund und drittens können Bindfäden nur auf Zugkraft beansprucht werden. Kettenglieder könnte man ja mit Loctite verkleben und somit heimlich schummeln ;-) Ich kann sogar noch eine 100g Tafel Schokolade auf das schwebende Teil legen und es schwebt trotzdem automatisch noch weiter, aber viel mehr an Gewicht geht nicht! Die Schokolade habe ich jetzt gerade leider schon verzehrt, aber ich versuche die Schwebekonstruktion noch etwas mechanisch zu verstärken, damit auch noch eine 300g Milka Schokolade sicher schweben kann. Das sieht dann noch spektakulärer aus :-)
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Christoph E. (stoppi) >Insgesamt bin ich aber mit den Ergebnissen zufrieden. Das Drehmoment >steigt scheinbar linear mit abnehmender Frequenz an und die >Leistungskurve besitzt ein ausgeprägtes Maximum bei ca. mittlerer >Drehzahl. Ja, das entspricht ziemlich genau dem Motormodell eines Permantmagnet Gleichstrommotors und wird durch die zunehmende BEMF des Motors erzeugt. https://www.heise.de/select/make/2016/6/1482398401198797
@ Michael: Freut mich, dass ich dich mit einem meiner Beiträge zum Experimentieren animieren konnte... @mchris: Danke für den Link zum Drehmoment eines Elektromotors. Dann scheinen ja meine Messungen nicht komplett verkehrt zu sein ;-) Einfacher Versuch zur Bestimmung der Schmelzwärme von Wasser. Die dafür benötigten Dinge hat wohl fast ein jeder zuhause. Gefrorenes Wasser aus dem Tiefkühlfach, Waage, Thermometer und Wasserkocher. Ich komme auf einen Wert von 346 kJ/kg; der Sollwert liegt bei 333 kJ/kg. Für die Bestimmung der Verdampfungswärme von Wasser habe ich mir heute einen gebrauchten Tauchsieder mit 300 W gekauft. Die Verdampfungswärme von Wasser liegt ja bei beachtlichen 2260 kJ/kg. Damit könnte man hypothetisch 1 kg Wasser um 500°C erwärmen... Dann bastel ich mir gerade ein Osmometer zur Bestimmung des osmotischen Drucks. Als Diaphragma verwende ich Dialyseschlauch von Aliexpress für rund 7 Euro. Für die Kammer + Steigrohr kommen Plexiglasteile zum Einsatz. Für Elektrolyseversuche habe ich mir 15%ige Schwefelsäure bestellt. Die müsste auch bald ankommen. Grafitelektroden hatte ich bereits zuhause. Zum Auffangen des Wasserstoffs kaufte ich mir auf Amazon noch einen billigen Zersetzungsapparat. Mit dem gewonnenen Wasserstoff betreibe ich eine Brennstoffzelle. Diese konnte ich um 15 Euro auf der österreichischen Verkaufsplattform www.willhaben.at gebraucht ergattern. Und dann möchte ich noch das Experiment "Venturirohr - Bernoulligleichung" durchführen. Ebenfalls auf Aliexpress gibt es um nicht einmal 5 Euro Venturidüsen. An die klebe ich dann noch zwei Schlauchtüllen für 3 U-Rohr-Manometer an. Damit kann ich den Unterdruck am Ort der Engstelle anzeigen. Mit einer gebraucht gekauften Hot wheels Autobahn habe ich 3 Experimente durchführen können. Einmal die gleichförmige Bewegung (v = konstant), dann die gleichmäßig beschleunigte Bewegung mittels schiefer Ebene und zuletzt noch einen Versuch zum Looping mit der Frage, aus welcher Höhe h das Auto zumindest losgelassen werden muss, damit es den Looping mit dem Radius r vollständig durchfährt. Ohne Rotationsenergie liefert die Theorie einen Wert von h > 2.5 * r. In der Praxis war es deutlich höher... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/physik-mit-hot-wheels/
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Gestern kam der 300 W Tauchsieder bei mir an und so konnte ich damit unter Verwendung meiner Arduino-Waage die Verdampfungswärme von Wasser experimentell bestimmen. Der Masseverlust betrug rund 7 g/min. Dies ergibt dann eine Verdampfungswärme von 2 575 000 J/kg. Der Sollwert beträgt 2 260 000 J/kg und somit die prozentuelle Abweichung 14%. Das ist nicht gerade berauschend aber vielleicht erhält ja einer von euch ein wesentlich besseres Ergebnis ;-) P.S.: Das Display hat deshalb so einen dermaßen schlechten Kontrast, weil alle meine 9V-Batterien fast leer waren...
Thermoelektrischer Generator basierend auf dem Seebeckeffekt unter Verwendung eines Peltierelements. Dieses befindet sich zwischen zwei Aluminiumblechen, welche in Eiswasser bzw. heißes Wasser getaucht werden. Dadurch erzeugt das Peltierelement eine Spannung von ca. 0.5V welche gerade ausreicht, einen Solarmotor anzutreiben... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/seebeck-effekt/
> und somit die prozentuelle Abweichung 14%.
Hast Du die 300W als gegeben angenommen? Nachmessen!
In Dampf steckt unglaublich viel Energie!
Christoph E. schrieb: > Der Sollwert beträgt 2 260 000 > J/kg und somit die prozentuelle Abweichung 14%. Das ist nicht gerade > berauschend aber vielleicht erhält ja einer von euch ein wesentlich > besseres Ergebnis ;-) Die Einfachheit des Experiments hat mich motiviert, es mal selbst auszuprobieren :) Mit Wasserkocher, Energiekostenmessgerät und Küchenwaage habe ich nur 1% Abweichung erhalten. Ich habe den Wasserkocher vor und nach einer Minute sieden gewogen (währenddessen gibt es so starke Erschütterungen, dass die Waage Mist anzeigt). Ein Verlust von 46g mit 1745W Leistung ergibt 2276J/g. Das war aber sehr viel Glück, denn die Genauigkeit der Leistungsmessung und der Küchenwaage dürfte eher schlecht sein. Außerdem ist die Zeitmessung fehlerbehaftet, da es beim Einschalten noch eine sehr kurze Aufheizphase gibt. Leider habe ich keinen Tauchsieder, sonst könnte ich mal einen Versuch mit einer Thermosflasche machen, um anderweitige Wärmeverluste zu minimieren.
Mein Osmometer ist fertig und auch schon mittels Experiment getestet. Ich wollte ja ursprünglich die Steighöhe h in Abhängigkeit von der Zuckerkonzentration ermitteln und erwartete eine direkte Proportionalität. Eine Überschlagsrechnung zeigte aber, dass etwa bei einer Konzentration von einem Zuckerwürfel (m = 3.5 g) in der Osmometerkammer (V = ca. 75 ml) die Steighöhe bereits mehr als 30 Meter (!) betragen würde. Also konnte ich mir diese Messungen aufzeichnen. Stattdessen habe ich nun die Geschwindigkeit der Steighöhenzunahme bei unterschiedlicher Zuckerkonzentration experimentell überprüft. Zu erwarten war ein schnellerer Anstieg bei einer höheren Konzentration. Dies konnte ich auch messen, jedoch betrug die Steiggeschwindigkeit bei doppelter Konzentration NICHT das Doppelte... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/osmotischer-druck/
Das Venturirohr konnte ich bereits testen. Der Unterdruck am Ort der Rohrverjüngung lässt sich schön anzeigen. An der breiten Stelle konnte jedoch keinerlei Höhenunterschied im U-Rohr-Manometer festgestellt werden. Dazu ist dort die Geschwindigkeit bzw. der dynamische Druck einfach zu klein... Beim Stöbern nach Physikprojekten im Internet bin ich auf die Fickschen Gesetze zur Diffusion gestoßen. Einen Versuch dazu möchte ich noch umsetzen. Dazu fülle ich eine Küvette zuerst mit Wasser und füge dann vorsichtig oberhalb eine Schicht gefärbtes Wasser (z.B. Methylenblau) hinzu, sodass sich die Schichten noch nicht vermischen. Mit einem Laser und einer Photodiode montiert an einem DVD-Laufwerk scanne ich die Küvette von unten nach oben ab und bestimme jeweils die Abschwächung des Laserstrahls. Dies wiederhole ich beliebig oft. Auf diese Weise erhalte ich Konzentrationsprofile. Die anfängliche Stufenfunktion sollte sich dann in eine horizontale Gerade (= gleiche Konzentration überall) umwandeln. Die Ansteuerung des DVD-Laufwerks habe ich bereits umgesetzt und soweit funktioniert alles bestens. Jetzt fehlt nur noch der finale Aufbau und ein Testlauf mit einem Farbstoff.
So, der Diffusionsapparat ist fertig. Ich habe es einmal mit blauer Lebensmittelfarbe gemischt mit etwas Ahornsirup probiert. Das löst sich leider auch nach einem halben Tag nicht auf. Deshalb bin ich auf Kaliumpermanganat umgeschwenkt. Testweise habe ich einmal eine Küvette unten mit der Kaliumpermanganatlösung aufgefüllt. Jetzt kontrolliere ich den Auflösungsvorgang um später zu wissen, wie viele Scans ich mit welcher Pause dazwischen durchführen muss. Methylenblau habe ich aber zur Sicherheit auch noch auf ebay bestellt. Das kommt allerdings erst in ca. 3 Wochen an. Der Aufbau für die thermische Längenausdehnung ist eigentlich auch bereits fertig. Jetzt warte ich nur noch, bis der Wärmeleitkleber zum Befestigen des Thermosensors hart geworden ist bzw. auch der Holzleim zum Kleben der Rohrführung trocknet.
Am Tag des Herren sollst du ruh'n oder ein Experiment tun... Heute konnte ich den thermischen Längenausdehnungskoeffizienten von Messing bestimmen. Zunächst pumpte ich immer heißer werdendes Wasser durch das Messingrohr. Bei schließlich 88.4°C schaltete ich Pumpe und Wasserkocher aus und Begann mit der Messung der Länge in Abhängigkeit von der Temperatur. Trägt man L - L0 gegen T - T0 auf (wobei T0 = 30°C war), so erhalte ich einen annähernd linearen Verlauf. Aus der Steigung k = L0 * alpha lässt sich dann der Ausdehnungskoeffizient ermitteln. Ich komme auf einen Wert von 2.10 * 10^-5 1/°C. Der Literaturwert liegt bei 1.9 * 10^-5 1/°C. Mit der Abweichung von rund 10% kann ich mehr als leben, Heureka... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/laengenausdehnung/ P.S.: Es ist wirklich verblüffend wie wenig lesenswert meine Beiträge hier bewertet werden. Wenn ich das vergleiche mit vielen absoluten Schund hier, der auf mehr Resonanz stößt. Werde mir künftig sehr genau überlegen, hier im Forum noch weiter meine experimentellen Ergebnisse zu veröffentlichen...
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Christoph E. schrieb: > Werde mir künftig sehr genau > überlegen, hier im Forum noch weiter meine experimentellen Ergebnisse zu > veröffentlichen... Mach das bloß nicht. Finde es toll wie Du Dich für das anschauliche Physikerleben engagierst. Erinnert mich immer bissel an meine Schulzeit wo mein Physiklehrer auch immer an den Experimenten mit uns in der PhysikAG arbeitete und das dann auch in den Unterricht brachte. So was ist heute offenbar sehr selten. Um so wichtiger ist Deine Arbeit die hoffentlich manchen Mitleser inspiriert. Kann diesen Thread nur jeden Physikleher und den die es mal werden wollen empfehlen damit sie sich Anregungen für den Unterricht holen. >Wenn ich das vergleiche mit vielen absoluten >Schund hier, der auf mehr Resonanz stößt. Denke das sind oft 'Umkämpfte' Themen die entsprechend die Emotionen und so auch die Bewertungen hochbringen. Und bei manchen dieser sieht man das da einige gewaltig Nachholbedarf in Sachen Physik haben. Die Sachen die einfach gut sind werden als Normal betrachtet und gelesen und nicht so bewertet. Also las Dir nicht die Energie rauben, mach weiter.
Hallo Steffen, vielen Dank für deine netten Worte... >Die Sachen die einfach gut sind werden als Normal betrachtet und gelesen >und nicht so bewertet. Da stimme ich dir völlig zu. Dies führt dann aber leider dazu, dass fast nur emotionale Themen (ohne wirklichen Tiefgang oder Substanz) mehr (positives) Feedback erlangen als jene, die es eigentlich weitaus mehr verdienen würden. Man darf nicht vergessen, hinter (fast) jedem neuen Beitrag hier von mir stecken zig Stunden "Arbeit". Aber vermutlich tritt bei der Vielzahl an Beiträgen eine gewisse Gewöhnung ein und man vergisst eigentlich, dass der Aufwand meinerseits nach wie vor sehr hoch bleibt. Dann aber kaum positive Rückmeldung zu bekommen, frustriert halt mal mehr mal weniger. Und damit ich hier nicht auch nur schwafel, meine aktuellsten Ergebnisse zum Diffusions-Versuch und den Fick'schen Gesetzen. Im ersten Versuch habe ich die anfängliche Konzentration Kaliumpermanganat am Boden der wassergefüllten Küvette viel zu hoch gewählt. Dadurch erfasste die Photodiode selbst bei maximaler Verteilung/Diffusion keinerlei Laserlicht. Im zweiten Anlauf habe ich dann stark verdünnte Kaliumpermanganatlösung in die Küvette gegeben. Da war dann die Absorption des Laserstrahls deutlich geringer und ich erhielt ziemlich gut "Konzentrationsverläufe", wie sie eben von der Theorie her zu erwarten wären. Heureka...
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Ein kleiner 3D-Holografieprojektor für bewegte Bilder für's Smartphone lässt sich einfach aus einer durchsichtigen Schokoladendropsplastikschachtel basteln. Dazu zerschneidet man den durchsichtigen Deckel zu einer Projektionsfläche und klebt ihn im 45° Winkel in die durchsichtige Schachtel und erhält somit den 3D-Effekt-Projektor. Damit sich das Video im Smartphone gut auf der Projektionsfläche spiegeln kann, klebt man noch schwarzen Karton hinter die Projektionsfläche. Ein 10 sekündiges Beispielvideo mit einem schwimmenden Goldfisch auf schwarzem Hintergrund gibt's bei YouTube unter "goldfish black background": https://youtu.be/qUqYBXNyfLI?si=iA7PAVWTlinpEZ0j Damit das Video in einer Endlosschleife läuft, muss man unter zusätzliche Einstellungen (roter Kreis) auf "Video wiederholen" klicken! Das Smartphone sollte für eine gute Bildwiedergabe unter Einstellungen / Anzeige auf maximale Helligkeit gestellt werden! Wer ein Videoschneideprogramm hat, kann sich in der bevorstehenden Halloweenzeit seine eigenen Horrorgesichtervideos auf schwarzem Hintergrund selbst erzeugen ;-) 🎃
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Vielen lieben Dank für die Lesenswert-Bewertungen ;-) Einen netten Freihandversuch zum Thema Serien-/Reihenschaltung und elektrische Leistung hätte ich noch. Man benötigt nur drei 12V-Halogenlampen mit stark unterschiedlicher Leistung. Ich verwendete ein 5W-, 20W- und 50W-Modell. Normalerweise schließt man die drei Lampen ja parallel an die 12V an. Dann leuchtet die 50W-Birne logischerweise am hellsten. Was passiert aber, wenn man die 3 Lampen in Serie an 12V anschließt? Nun, bei einer Serienschaltung steigt der Spannungsabfall mit zunehmenden Widerstand. Die 5W-Lampe hat mit Abstand den größten Widerstand und daher fällt an ihr die meiste Spannung von den 12V ab. Sie leuchtet mittelhell, während die 20W- und 50W-Birnen dunkel bleiben. Dies lässt sich auch sehr schnell rechnerisch zeigen... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/freihandversuche/ Dann habe ich mich noch ein wenig mit Elektrolyse gespielt und für Versuche eine 15%ige Schwefelsäure besorgt (höher konzentrierte Schwefelsäure darf ja nicht mehr an Privatpersonen verkauft werden). Mit normalen Leitungswasser und Graphitelektroden ist die erzeugte Menge Wasserstoff und Sauerstoff sehr gering. Mit Schwefelsäure als Elektrolyt steigt die H2-Produktion aber deutlich an und auch die Stromstärke erhöht sich massiv. Über der Kathode sollte sich eigentlich doppelt so viel Wasserstoff bilden wie Sauerstoff über der Anode. Dies habe ich mit einem äußerst günstigen Elektrolyseapparat von Amazon überprüft und konnte es auch bestätigen. Mit dem erzeugten Wasserstoff möchte ich eine Brennstoffzelle betreiben. Dazu habe ich mir eine gebrauchte auf www.willhaben.at gekauft und eine weitere auf aliexpress bestellt. Damit möchte ich dann einen Solarmotor betreiben. Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/elektrolyse-brennstoffzelle/ Und zuguterletzt möchte ich die Geschwindigkeit von Alphateilchen bestimmen. Dazu schieße ich sie in ein elektrisches (vertikal) und magnetisches Feld (horizontal) ein. Bei einer bestimmten Spannung U an den Kondensatorplatten und einer bestimmten Flussdichte B innerhalb der Helmholtspulen sollten die Alphateilchen unabgelenkt den Geigerzähler erreichen. Aus der Spannung U an den Kondensatorplatten und dem Magnetfeld B der Helmholtzspulen lässt sich dann die Geschwindigkeit v ermitteln zu v = U / (d*B). Als Helmholtzspule habe ich eine vom Elektronenspinresonanz-Versuch genommen und an die Kondensatorplatten lege ich eine Spannung meines kleinen Hochspannungsnetzteils (mit CCFL-Inverter) an. Ein erster Test verlief aber ernüchternd. Der Abstand Alphastrahler-Endfensterzählrohr ist leider durch die Anordnung bedingt zu groß. Die Zählrate ist auch ohne E- und B-Feld nur noch sehr gering. Zudem besitzen die Alphateilchen durch den langen Weg in der Luft stark unterschiedliche Geschwindigkeiten. Ich werde es daher mit meiner großen Helmholtzspule probieren und nicht so langen Kondensatorplatten. Mal schauen, ob das dann funktioniert...
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