A3 Franck-Hertz-Versuch

Praktikum p905
Physik
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A3 Franck-Hertz-Versuch
Ziel:
Das Anregungspotential von Quecksilberatomen ist durch Elektronenstoss zu bestimmen. Daraus kann dann das Verhältnis h/e berechnet werden
Methoden:
In einer mit Quecksilberdampf gefüllten Triode wird der Anodenstrom bei Erreichen von ganz
bestimmten Anodenspannungswerten plötzlich absinken, weil in diesem Fall die zur Anode fliegenden Elektronen gerade jene Energie besitzen, welche nötig ist, um eine Quecksilberatom anzuregen. Die Elektronen geben ihre kinetische Energie an die Quecksiberatome ab. Dadurch wird
aber der Elektronenfluss, also der Anodenstrom vermindert.
Erläuterungen:
Damit Quecksilberatome angeregt werden können, muss das Quecksilber gasförmig sein
(Quecksilberdampf). Im Experiment wird dies bei einer Temperatur von ca 200°C erreicht. Bei
der Aufnahme der Strom-Spannungs-Kurve erhält man mehrere Stromminima, weil bei höheren
Spannungen der Anregungsprozess durch ein Elektron mehrmals stattfinden kann.
Literatur:
Metzler Physik: S. 400 ff.
Kontrollfragen
Welchen Einfluss haben Heizstrom und Temperatur auf die Kurve?
Werden die Hg-Atome in der Nähe des Gitters durch Elektronenstoss angeregt, wenn die Kurve
ein Maximum oder ein Minimum aufweist?
Mit welcher Genauigkeit kann der Abstand zwischen zwei Minima gemessen werden?
W2 Gasthermometer
Ziel:
Mit dem Gasthermometer soll die allgemeine Gasgleichung für das ideale Gas überprüft werden.
Es ist der absolute Nullpunkt der Temperatur zu bestimmen.
Methoden:
Durch die allgemeine Gasgleichung wird der Zusammenhang zwischen Druck, Temperatur und
Volumen eines abgeschlossenen Gases beschrieben. Im ersten Teil wird bei konstantem Druck
die indirekte Proportionalität zwischen Druck p und Volumen V nachgewiesen (Boyle-Mariotte).
Im zweiten Teil wird bei konstantem Volumen die Proportionalität zwischen absoluter
Temperatur T und Druck p gezeigt (Amontons). Es wird dabei auch der absolute Temperaturnullpunkt bestimmt. Die Temperaturmessung stützt sich dann auf das Amontons'sche Gesetz.
Erläuterungen:
Im Expeeriment wird als Gas Luft verwendet. Luft ist zwar kein ideales Gas, jedoch ist bei der
gegebenen Genauigkeit der Unterschied unerheblich.
Literatur:
Lehrbuch: Metzler Physik, S. 146 ff.
Physikalisches Praktikum: Walcher, S. 111 ff., Westphal, S. 97 ff.
H. KNOLL
5/13/2016
Praktikum p905
Physik
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Kontrollfragen:
Warum kann eine Temperatur unterhalb von 0 K nicht erreicht werden?
Welche Geschwindigkeit haben Gasmoleküle beim absuluten Temperaturnullpunkt?
M4 Kundt'sches Rohr
Ziel:
Mit dem Kundt'schen Rohr soll die Schallgeschwindigkeit in Luft ermittelt werden.
Methoden:
In einem Glasrohr werden stehende Wellen erzeugt. Mit Korkpulver können diese stehenden
Wellen sichtbargemacht werden. Somit kann man auch die Wellenlänge messen. Die Frequenz
des Wellenerregers kann aus den Schwingungsdaten des Tonerzeugers bestimmt werden.
Erläuterungen:
Das Kundt'sche Rohr eignet sich auch zur Schallgeschwindigkeitsbestimmung in anderen Gasen
als Luft. Dazu wird das Rohr mit dem jeweiligen Gas gefüllt (z.B. CO2, Erdgas, …)
Literatur:
Physikalisches Praktikum: Westphal S. 104 ff., Walcher S. 88 ff.
Kontrollfragen:
Über wie viele Wellenbäuche wird eine Wellenlänge gemessen?
Wie verteilt sich die Energie in der stehenden Welle? (Energiedichte)
Warum ist die Schallgeschwindigkeit in einem Metall wesentlich grösser als in Luft?
M7 Monochord
Ziel:
Mit dem Monochord soll der Zusammenhang zwischen Frequenz und Saitenlänge und Spannung
der Saite untersucht werden.
Methoden:
Die Frequenz einer Saite wird mit einer Stimmgabel abgestimmt. Von dort ausgehend können
durch Unterteilung der Saite die Töne der Tonleiter eingestellt werden und ihre Frequenzen aus
dem Verhältnis Saitenlängen bestimmt werden.
Erläuterungen:
Das Monochord ist sehr gut geeignet, um die Zusammenhänge zwischen Wellenlänge und Frequenz sichtbar zu machen. Ebenso können die Eigenschwingungen einer Saite gut beobachtet
werden.
Literatur:
Ivar Veit: "Technische Akustik", Kamprath-Reihe kurz und bündig, Vogel-Verlag, Würzburg
Lehrbuch: Bergmann-Schäfer, S. 389 ff.
Kontrollfragen:
Musiker kennen verschiedene Stimmungen, z.B. die pythagoräischen, die wohltemperierten, die
gleichstufigen. Warum gibt es in der Musik überhaupt diese Stimmungsprobleme?
In welchem Frequenzverhältnis stehen zwwei Töne, welche zusammen eine Quart bzw. eine
kleine Terz bilden?
H. KNOLL
5/13/2016
Praktikum p905
Physik
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Bei Musikinstrumenten (Geige, Cello, usw.) werden heute in der Regel Metallsaiten aufgezogen.
Früher hatgte man Darmsaiten verwendet. Gibt es einen Unterschied iin der Frequenz des Tones
bei gleicher Saitenlänge und gleicher Spannkraft?
M9 Drehpendel
Ziel:
Es sollen die Zusammenhänge zwischen der Dämpfung und dem Schwingungsverhalten am
Drehpendel studiert werden. Ferner sollen die Resonanzphänomene bei der erzwungenen
Schwingung untersucht werden.
Methoden:
Zur Untersuchung von Schwingungen dient in erster Linie die Messung der Periodenlänge T, aus
welcher die Kreisfrequenz  bestimmt werden kann. Das Pendel wird mit einer Wirbelstrombremse gedämpft. Der Strom ist ein Mass für die Stärke der Dämpfung. Mit einem Gleichstrommotor, dessen Drehfrequenz direkt proportional zur Betriebsspannung ist, kann das Pendel
erzwungene Schwingungen ausführen. Wird die Amplitude bei verschiedenen Erregerfrequenzen
gemessen, kann die Resonanzkurve ermittelt werden.
Erläuterungen:
Bei der gedämften Schwingung sind drei Fälle von Bedeutung, nämlich der Fall der von schwacher Dämpfung, welcher zu einer Hin- und Herbwegung führt, der Fall von starker Dämpfung
(Kriechfall), bei dem das Pendel bei Rückbewegung die Nulllage nicht mehr überschreitet, und
der Grenzfall zwischen den beiden genannten Fällen (aperiodischer Grenzfall).
Literatur:
Physikalisches Praktikum: Becker; Walcher S. 88 ff.
Kontrollfragen:
Wodurch zeichnet sich der aperiodische Grenzfall beim gedämpften Pendel aus? Wie steht es
dabei mit der Zeit, bis das Pendel zur Ruhe kommt?
Woran wird sichtbar, dass die gedämpfte Schwingung nicht bei derselben Frequenz Resonanz
aufweist wie die ungedämpfte?
O2 Prismenspektrometer
Ziel:
Es soll die Dispersionskurve eines Prismas gemessen werden. Mit dieser Kurve kann dann die
Wellenlänge weiterer Spektrallinien bestimmt werden. Als Nebenprodukt wird der Brechungsindex des Prismenmaterials bei bestimmter Wellenlänge berechnet.
Methoden:
Die Messungen werden mit einem Spektrometer vorgenommen. Dabei wird jeweils der minimale Ablenkungswinkel beim Durchgang eines Lichtstrahls durch das Prisma ermittelt.
Erläuterungen:
Das Spektrometer muss vor den Messungen sehr sorgfältig und genau justiert werden. Der Justiervorgang ist zwar etwas langwierig, für genaue Resultate ist er aber unentbehrlich.
Literatur:
Physikalisches Praktikum: Ilberg S. 375 ff., Walcher S. 152 ff.
H. KNOLL
5/13/2016
Praktikum p905
Physik
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Kontrollfragen:
Welche Farbe wird beim Prisma stärker abgelenkt, rot oder blau?
Warum haben Spektrallinien (z.B. beim Hg-Spektrum) immer eine gewisse Breite?
Wie verläuft der Strahl durch das Prisma, wenn der Ablenkwinkell korrekt abgelesen wird?
H. KNOLL
5/13/2016