Gebrauchsanweisung 585 510

086/08-W97-Wie
Gebrauchsanweisung 585 510
Experimentierkit MEE
(585 510)
Beschreibung
Versorgung
Das Experimentierkit MEE (Magnetismus, Elektrik, Elektronik)
ist eine Gerätesammlung zum Experimentieren in der Oberstufe des Gymnasiums.
Es werden dabei unter anderem folgende Themenbereiche
behandelt:
Serien- und Parallelschaltung von Widerständen
Serien- und Parallelschaltung von Kondensatoren
Auf- und Entladung von Kondensatoren,
Resonanzkreise
Transformator
elektromagnetische Induktion
Kraft im Magnetfeld
Messung des Erdmagnetfeldes
Feld einer stromdurchflossenen Spule
Kennlinie einer Diode
Kennlinie einer Solarzelle
Kapazität eines Plattenkondensators
Dielektrizitätskonstanten
Die elektrische Versorgung der Experimente wird zentral am
Messverstärker eingespeist. Dieser besitzt dazu links oben
zwei verschiedene Möglichkeiten um über Steckernetzteil
562 791 oder 4 mm Buchsen eine Spannung von 12 V~ AC
einzuspeisen. Gleichspannung funktioniert nicht. Die gleichgerichtete Spannung wird zur internen Versorgung des Messverstärkers verwendet und steht auch am 6-poligen Steckverbinder oben rechts zur Verfügung, über den der Funktionsgenerator angeschlossen wird.
Hauptkomponenten des Systems sind:
- Widerstände
585 551
- Kondensatoren
585 552
- Messverstärker / Stromversorgung
585 553
- Funktionsgenerator
585 554
- Magnete
- Magnetfeldsensor
- Spulen
- Stativmaterial
Eine genaue Auflistung findet sich auf der folgenden Seite.
Gebrauchsanweisung 585 510
Seite 2/2
Lieferumfang
Im Experimentierset MEE 585 510 sind enthalten:
Pos.
Anzahl Artikel
ErsatzteilNr (*)
1
2
Stativfuß
301 215
2
2
Spule, 1000 Windungen
563 116
3
1
Stativstab AL, 30cm
300 472
4
1
Stativrohr MS, 15cm
300 891
5
1
Stativstab AL, 12cm mit Schraube
300 473
6
3
Experimentierkabel 15cm schwarz
aus 571 237 ET5
7
2
Experimentierkabel 30cm rot
aus 571 248 ET5
8
2
Experimentierkabel 30cm blau
aus 571 24
9
1
Adapterkabel 2/4 30cm rot
aus 571 262 ET5
10
1
Adapterkabel 2/4 30cm blau
aus 571 26
11
1
Seidengarn
aus 686 56 ET2
12
1
Konstantandraht, 1 m, d=0,3mm
aus 550 361
13
1
Platine Widerstände
585 551
14
1
Platine Kondensatoren
585 552
15
1
Platine Messverstärker
585 553
16
1
Platine Funktionsgenerator
585 554
17
1
Magnetfeldsensor
585 555
18
1
Motor mit Magnet
585 5701
19
1
Satz Magnete
585 5702
20
1
Satz Kondensatorplatten mit Dielektrikum
585 5703
21
2
Eisenkern, massiv
590 852
22
1
Digitalstoppuhr
LDS00001
23
1
Stabmagnet
aus 510 50 ET2
24
1
Winkelskala mit Einräumplan
585 5704
(*) bitte beachten Sie, dass die genannten Ersatzteilnummern teilweise andere Stückzahlen enthalten.
LD Didactic GmbH . Leyboldstrasse 1 . D-50354 Huerth / Germany . Phone (02233) 604-0 . Fax (02233) 604-222 . e-mail: [email protected]
©by LD Didactic GmbH
Printed in the Federal Republic of Germany
Technical alterations reserved
086/08-W97-Wie
Gebrauchsanweisung 585 551
Experimentierboard Widerstände
2
(585 551)
1
5
4
3
Beschreibung
Die Platine ist Teil des Experimentierkits MEE (Magnetismus,
Elektrik, Elektronik), einer Gerätesammlung zum Experimentieren in der Oberstufe des Gymnasiums.
Experimentierboard Widerstände
Auf dem Experimentierboard Widerstände sind auf der linken
Seite (3) diverse Widerstände im Kilo- und Mega-Ohm Bereich
angeordnet, rechts dagegen relativ niederohmige Widerstände
zur Strombegrenzung (4) und Strommessung (5).
Mit den im Experimentierset verfügbaren Leistungen können
die Widerstände nicht zerstört werden.
Mittels der Klemmschrauben (2) können Drahtstücke eingesetzt werden, für ohmschen Widerstand oder auch Lorenzkraft.
Die Leuchtdiode mit Vorwiderstand (1) wird zum einen als
Halbleiterbauteil untersucht, kann auch zur Beleuchtung der
Photodiode auf dem Experimentierboard Kondensatoren verwendet werden.
Zu beachten ist hierbei, dass die Diode wegen der Betriebssicherheit nur über einen Vorwiderstand von 470 angeschlossen
werden kann. Der Spannungsabfall über dem Widerstand ist im
Experiment dann jeweils über R*I abzuziehen.
Der Widerstand (5) ist in Reihe mit einer selbstrückstellenden
Sicherung geschaltet, die beim Einsatz einer externen Spannungsquelle den Widerstand schützt, sich dabei aber erhitzt.
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Gebrauchsanweisung 585 552
Experimentierboard Kondensatoren (585 552)
2
4
4
3
1
4
4
Beschreibung
Die Platine ist Teil des Experimentierkits MEE (Magnetismus,
Elektrik, Elektronik), eine Gerätesammlung zum Experimentieren in der Oberstufe des Gymnasiums.
Experimentierboard Kondensatoren
Auf dem Experimentierboard Kondensatoren sind zentral vier
große Elektrolytkondensatoren (1) angeordnet. Aufgrund der
Eigenschaften der Kondensatoren sind diese jeweils mit einer
Schutzschaltung (4) umgeben, die den Kondensator gegen
Verpolung schützt. Diese Schutzschaltung besteht aus einer
parallel zum Kondensator angeordneten Diode, die eine verpolte Spannung kurzschließt und einer selbstrückstellenden Sicherung in Serie, die dann auslöst. Die Kondensatoren sind
nicht explizit gegen Überspannung geschützt, allerdings mit 35
Volt ausreichend dimensioniert für die mit dem Experimentierkit
erreichbaren Spannungen.
Im rechten Teil (3) sind deutlich kleinere Kondensatoren angeordnet, die als Teil von Schwingkreisen oder Hoch/Tiefpässen
Verwendung finden.
Zusätzlich steht noch eine Silizium Photodiode (2) mit Schutzwiderstand zur Verfügung, die zum einen als Halbleiterdiode
untersucht werden kann, zum anderen auch als Solarzelle und
letztlich im Experiment als steuerbare Konstantstromquelle
eingesetzt werden kann.
Zu beachten ist hierbei, dass die Diode wegen der Betriebssicherheit nur über einen Vorwiderstand von 470 angeschlossen
werden kann. Bei Aufnahme einer Diodenkennlinie ist der
Spannungsabfall über dem Widerstand im Experiment dann
jeweils über R*I abzuziehen.
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Gebrauchsanweisung 585 553
Messverstärker
2
(585 553)
1
6
7
3
8
4
9
5
10
Beschreibung
Die Platine ist Teil des Experimentierkits MEE (Magnetismus,
Elektrik,
Elektronik),
einer
Gerätesammlung
zum
Experimentieren in der Oberstufe des Gymnasiums.
Messverstärker
Das Eingangssignal des Messverstärkers wird an den beiden
2 mm Buchsen links (3) angeschlossen. Der Eingang ist massefrei und hochohmig, kann also beliebig in der Schaltung
verwendet werden. Die Eingangsspannung wird wahlweise um
den Faktor 1 oder 10 verstärkt. Dies wird über die beiden oberen Schalter (4) eingestellt. Das Signal steht am Ausgang (7)
massebezogen (8) zur Verfügung. Das angeschlossene Multimeter wird meist auf Gleichspannungsmessung eingestellt
sein.
Eine Wechselspannungsmessung kann im Prinzip durch ein
auf Wechselspannung eingestelltes Multimeter am Ausgang
erfolgen, allerdings ist bei einfachen Multimetern die Wechselspannungsmessung nur im Bereich um 50 Hz Sinus genau. Die
Messung bei hohen Frequenzen im kHz Bereich erfolgt besser
über den im Messverstärker eingebauten SpitzenwertGleichrichter, dessen Ausgangsspannung am Anschluss (10)
verfügbar ist. Da nur der positive Spitzenwert gemessen wird,
ist je nach Kurvenform eine Skalierung auf den Effektivwert
nötig.
Kurvenform Sinus
Spitzenwert
Effektivwert
2
Dreieck
3
Rechteck
DC
1
1
Aufgrund der langen Haltezeit ist der Spitzenwertgleichrichter
auch zur Erfassung schneller Vorgänge geeignet, beispielsweise der geschwindigkeitsabhängigen Höhe des Spannungspeaks beim Einschieben eines Magneten in eine Spule.
Der dritte verfügbare Ausgang (9) liefert das Integral über die
Eingangsspannung mit einer Skalierung von -10 mVs / V, also
ein Volt Ausgangsspannung nach einem Spannungspuls von
10 mVs. Dies wird z.B. bei der Messung des magnetischen
Flusses beim Einschieben eines Magneten in eine Spule benötigt. Aufgrund unvermeidlicher Messfehler neigt die integrierte
Spannung stark zur Drift, hierbei ist schnelles und sorgfältiges
Arbeiten notwendig. Ein Druck auf den Taster „->0<-„ hält den
Integrator auf Null und loslassen gibt den Integrator frei.
Gebrauchsanweisung 585 553
Seite 2/2
Der Taster „->0<-„ schließt bündig mit der Frontplatte ab und
steht nicht vor. Deshalb muss beim Drücken etwas Druck auch
auf die Frontplatte ausgeübt werden.
Durch den hochohmigen Eingang erlaubt der Messverstärker
die Durchführung aller Versuche mit beliebigen Multimetern.
Preiswerte analoge Multimeter ohne eigenen Verstärker, wie
beispielsweise das LD Analog 10, sind relativ niederohmig. In
manchen Experimenten, z.B. zur Kondensatorentladung, würde
dies das Ergebnis völlig verfälschen, so dass dort immer über
den Messverstärker gearbeitet werden sollte. Mit einem hochohmigen Multimeter kann natürlich in vielen Fällen direkt gemessen werden, aber auch hier besteht das angesprochene
Problem der Messung von höherfrequenten Signalen, dass nur
Geräte mit RMS Messung können.
Die untere Hälfte des Schalters (4) und der Anschluss des
Magnetfeldsensors (5) werden beim Magnetfeldsensor 585 555
besprochen.
Versorgung
Die elektrische Versorgung der Experimente wird zentral am
Messverstärker eingespeist. Dieser besitzt dazu links oben
zwei verschiedene Möglichkeiten um über Steckernetzteil
562 791 (2) oder 4 mm Buchsen (1) eine Spannung von 12 V~
AC einzuspeisen. Es muss Wechselspannung sein, Gleichspannung funktioniert nicht. In Grenzen ist auch eine höhere
Wechselspannung bis hin zu 20 V AC möglich. Die gleichgerichtete Spannung wird zur internen Versorgung des Messverstärkers verwendet und steht auch am 6-poligen Steckverbinder oben rechts zur Verfügung, über den der Funktionsgenerator angeschlossen wird.
LD Didactic GmbH . Leyboldstrasse 1 . D-50354 Huerth / Germany . Phone (02233) 604-0 . Fax (02233) 604-222 . e-mail: [email protected]
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Gebrauchsanweisung 585 554
Funktionsgenerator
(585 554)
1
2
3
5
6
7
4
Beschreibung
Der Funktionsgenerator ist Teil des Experimentierkits MEE
(Magnetismus, Elektrik, Elektronik), einer Gerätesammlung
zum Experimentieren in der Oberstufe des Gymnasiums.
Funktionsgenerator
Der Funktionsgenerator wird über ein 6-poliges Kabel (6) vom
Messverstärker 585 553, Anschluss (6) mit Energie (+- 12V)
versorgt.
Die Einstellungen werden auf der linken Seite der Platine vorgenommen, es gibt hier einen Drehregler (2) für die Frequenz
und einen für die Amplitude (4). Die dazwischenliegenden
Miniaturschalter (3) erlauben die Auswahl des Frequenzberei-
8
ches und der Signalform. Ein nach rechts geschobener Schalter aktiviert die Funktion.
Das Ausgangssignal kann an Anschluss (7) entnommen werden, bezogen auf die Masse (8).
Auf der rechten Seite gibt es eine mit der angezeigten Frequenz blinkende Stroboskop Leuchtdiode (5), z.B. zur Drehzahlmessung am Motor.
Bei vielen Experimenten wird der Funktionsgenerator einfach
nur als Gleichspannungsquelle eingesetzt, wofür die Signalform Gleichspannung gedacht ist. Hierbei läuft trotzdem die
Frequenzanzeige weiter, entsprechend der blinken Stroboskop
LED. So kann der Motor mit einer einstellbaren Gleichspannung versorgt werden und über die einstellbare Frequenz der
LED die Drehzahl gemessen werden.
Gebrauchsanweisung 585 554
Sinus mit einer Frequenz von 100 Hz bis 1 kHz
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Ein Dreiecksignal mit 1 bis 10 Hz
Der Ausgang liefert eine Gleichspannung, die Anzeige zeigt
Ein sehr schneller Sinus mit 1 kHz bis 10 kHz Frequenz, die aber weiterhin die Frequenz, in der die Stroboskop
oberen drei Schalter sind aus.
Leuchtdiode rechts blinkt, hier 10 bis 100 Hz
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Gebrauchsanweisung 585 555
Magnetfeldsensor
(585 555)
tangentialer Hallsensor
axialer Hallsensor
Magnetfeldsensor mit tangentialen und axialen Richtungen
2
1
6
3
7
8
4
9
5
10
Beschreibung
Der Magnetfeldsensor ist Teil des Experimentierkits MEE (Magnetismus, Elektrik, Elektronik), einer Gerätesammlung zum
Experimentieren in der Oberstufe des Gymnasiums.
Magnetfeldsensor
Der Magnetfeldsensor wird am Messverstärker (5) angeschlossen und wahlweise in der Hand gehalten, oder für präzisere
Messungen mit der Klemmschraube am Stativmaterial befestigt.
Auf der Platine sind zwei Sensoren befestigt. Der vorn an der
Spitze liegende Sensor misst damit tangentiale (t) Felder, also
Felder senkrecht zur Platine, wie Sie beim Eintauchen des
Sensors in einen Spalt zwischen zwei Eisenkernen auftreten.
Der weiter hinten auf der Platine stehend montierte Sensor
misst Felder in axialer (a) Richtung, wie beim Eintauchen entlang der Längsachse einer Spule.
Auf dem Messverstärker wird über zwei Schalter (4.1,2) der
tangentiale oder axiale Sensor ausgewählt. An den 2 mm
Buchsen des Messeingangs darf nichts angeschlossen sein.
Die Skalierung der Messung beträgt bei Stellung
x1 : 40 mT/Volt , äquivalent 25 mV/mT
x10 : 4 mT/Volt äquivalent 250 mV/mT
Die Ausgangspannung ist positiv, wenn die Spitze des Sensors
auf einen Nordpol zeigt (a) oder dieser unter dem Sensor liegt
(t).
086/08-W97-Wie
Gebrauchsanweisung 585 5701
Motor mit Magnet
Beschreibung
Der Motor mit Magnet ist Teil des Experimentierkits MEE (Magnetismus, Elektrik, Elektronik), einer Gerätesammlung zum
Experimentieren in der Oberstufe des Gymnasiums.
Motor mit Magnet
Der Motor wird im Experimentierkit typischerweise vom
Funktionsgenerator mit einer einstellbaren Gleichspannung
versorgt.
Montage über die 4 mm Stecker auf dem Stativfuß, mit Markierungspunkt für Stroboskopmessungen. Aus Gründen der Stabilität sollten beide Stativfüße mit dem Stativrohr Messing verbunden sein.
Der außermittig angebrachte Farbpunkt auf dem Magneten
erlaubt die Bestimmung der Drehzahl über die Stroboskop LED
des Funktionsgenerators.
Die LED des Funktionsgenerators blitzt mit der in der Anzeige
des Funktionsgenerators angezeigten Frequenz. Dreht der
Motor also beispielsweise mit 3600 Umdrehungen pro Minute =
60 Umdrehungen pro Sekunde, und blitz die LED ebenfalls mit
60 Hz so ergibt sich ein stehendes Bild, weil der Farbpunkt
immer an der gleichen Stelle angeblitzt wird.
Die Drehzahlbestimmung ist aber nur mit mehreren stehenden
Bildern eindeutig, denn im Beispiel würde auch eine eingestellte Frequenz von f/2 = 30 Hz ebenfalls ein stehendes Bild erzeugen, eine Frequenz von 120 Hz würde dagegen den Farbpunkt beidseitig zeigen. Die gesuchte Drehzahl ist die höchste
Frequenz, bei der nur ein Farbpunkt im stehenden Bild ist, am
besten arbeitet man also von hohen Frequenzen nach unten.
Die Spule 1000 Windungen 563 116 passt stehend neben den
Magneten, so dass hiermit Induktionsexperimente durchführbar
sind.
(585 5701)