Grundpraktikumsversuche mit erweiterten Lerninhalten - UNI

Grundpraktikumsversuche mit erweiterten Lerninhalten
Ilja Rückmann
Universität Bremen
Bad Honnef 2009
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
1 / 24
Gliederung
1
Übersicht über die Praktika in Bremen
2
Klassische GP-Versuche
3
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Optische Taupunktmessung
Drei weitere Versuche
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
2 / 24
Übersicht über die Praktika in Bremen
Gliederung
1
Übersicht über die Praktika in Bremen
2
Klassische GP-Versuche
3
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Optische Taupunktmessung
Drei weitere Versuche
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
3 / 24
Übersicht über die Praktika in Bremen
Übersicht über die Praktika in Bremen
GP über 4 Semester (bei Physik VF, HF, NF)
1.
10
5
2.
12
6
3.
12
6
4.
8
4
Semester
Versuche (VF, HF)
Versuche (NF)
6.
2
2
7.
2
2
8.
2
PP
Semester
Versuche (VF, HF)
Versuche (NF)
FP
5.
2
PP*
*Projektpraktikum
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
4 / 24
Klassische GP-Versuche
Gliederung
1
Übersicht über die Praktika in Bremen
2
Klassische GP-Versuche
3
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Optische Taupunktmessung
Drei weitere Versuche
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
5 / 24
Klassische GP-Versuche
Klassische GP-Versuche
GP Versuche oft fertig konguriert
(auÿer E-Dynamik, 3. Semester)
Nur geringe Variation möglich
Untersuchung eines physikalischen Zusammenhangs
Kennenlernen von Messtechniken
(Stoppuhr,. . . , Oszilloskop,. . . ,Videoanalyse,..., PCMesswerterfassung,...)
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
6 / 24
Klassische GP-Versuche
Probleme
Experimentelle und handwerkliche Fähigkeiten kaum oder immer
weniger entwickelt
Hilosigkeit bei oenen Aufgabenstellungen
Überprüfen Sie mit der Luftkissenschiene oder der Atwoodschen
Fallmaschine das 2. Newtonsche Gesetz
Führen Sie Messungen mit geeigneten Massenkombinationen durch
Zeigen Sie den Zusammenhang in geeigneten graschen Darstellungen
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
7 / 24
Idee
Gliederung
1
Übersicht über die Praktika in Bremen
2
Klassische GP-Versuche
3
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Optische Taupunktmessung
Drei weitere Versuche
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
8 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Kompletter Aufbau der Messapparatur durch Studierende
Anwendung von bisher Gelerntem aus verschiedenen Gebieten
Die eigentliche Messung geht relativ schnell
2. Semester: Optik und Thermodynamik
Taupunktbestimmung
Anwendung von Optik, Thermodynamik und Grundkenntnissen der Elektrik
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
9 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Optische Taupunktmessung
Bestimmung der absoluten und relativen Luftfeuchtigkeit
f
f
und ϕ
= mD /V = ρD
ϕ = f /fm (T )
Abkühlung eines Spiegels bis zum Taupunkt τ
f
≈ fmax (τ )
SD (τ )V = fmax (τ )VR τ
p
Sättigungsdampfdruck als Funktion der Temperatur ist tabelliert
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
10 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Korrektur
Abkühlung bei p=const. =⇒ Volumenabnahme =⇒ Anstieg der Dichte
von Luft und von Wasserdampf
Masse Dampf ist konstant:
D = fT VT = fmax (τ )Vτ
m
Zustandsgleichungen
T = fT VT RT
= fmax (τ )Vτ T τ
pV
pVτ
Korrektur
f
T = fmax (τ ) Tτ
f
muss zu kleineren Werten hin korrigiert werden
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
11 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Geräte und Teile
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
12 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Optischer Aufbau
Lampe, Lochblende, Spiegel, Linse, groÿächiger Detektor (Solarzelle)
Keine Zeichnung, aber Hinweise:
Spiegel groÿächig ausleuchten
Einfallswinkel Spiegel 30 bis 45°
Wendel auf Spiegel und Lochblende scharf auf Detektor abbilden
Detektorspannung unterhalb der Sättigungsspannung
Deutliche Signaländerung beim Anhauchen
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
13 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Anschluss Temperatursensor
Dünnschicht-Platinwiderstand PT1000 (1000 Ω bei 273 K, linearer
Koezient 3,85 Ω/K)
Betrieb nur mit kleiner Spannung (Erwärmung!)
Anschluss an CASSY, Schaltung vorgegeben:
U
PT = RB11
UPT + U1 = UPoti
I
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
14 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Anschluss Temperatursensor an CASSY
T
RPT (273 K) + 273 K + Oset
= RPT (T )−
3,85 Ω
K
Oset ist mittels CASSY zu kalibrieren (Raumtemperatur)
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
15 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Anschluss Peltierelement
Schaltung gegeben
Kennenlernen der Konstantstromfunktion des Netzgeräts
Kurzfristige Einschaltung über Morsetaster
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
16 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Der zusammengebaute Versuch
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
17 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Messung und Auswertung
Temperatur des
Spiegels
Detektorsignal
Grasche Extrapolation zur genauen Taupunktbestimmung
Vergleich des Wertes mit denen anderer Gruppen zur
Gröÿtfehlerabschätzung
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
18 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Versuch 1
CD-Spektrometer Bestimmung der Lumineszenzmaxima von drei
Leuchtdioden
CD-Gitter in Reexionsanordnung
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
19 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Versuch 2
Aufnahme der Kennlinien von Si- und Ge-Diode
Geräte: Frequenzgenerator, Oszilloskop und/oder Multimeter
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
20 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Lorentzkraftgetriebene schwingende Saite
Transversale Seilschwingungen
Konzept der stehenden Wellen
Erzwungene Schwingungen, Phasenverschiebung im Resonanzfall
Lissajousguren
Lorentzkraft
Umgang mit Oszilloskop und Frequenzgenerator
Beobachtung von Harmonischen mit dem Auge und durch
Verschiebung des Magneten (ohne Stroboskop)
Frequenzanalyse: harmonische und anharmonische Anregung
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
21 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Lorentzkraftgetriebene schwingende Saite
5. Harmonische
Saitenlänge: 90 cm
Knotenabstand: 18 cm
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
22 / 24
Idee
Komplexer Versuch am Ende des Semesters
Lorentzkraftgetriebene schwingende Saite
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
23 / 24
Anhang
Danksagung
Dank an die Techniker im Praktikum:
Waltraud Homann
Silke Glüge
Peter Kruse
Christoph Windzio
Versuche unter:
www.praktikum.physik.uni-bremen.de
Ilja Rückmann (Universität Bremen)
Versuche mit erweiterten Lerninhalten
Bad Honnef 2009
24 / 24