Muster

Grundlagen des
Versuchsprotokollschreibens
Torben Karrock
25.10.2016
• Ohne eine schlüssige Beweisführung
sind Ihre Aussagen nicht viel mehr als
heiße Luft.
 Jede Behauptung/Aussage, die Sie
in Ihrem Protokoll treffen, muss mit
Messdaten und logischen
Schlussfolgerungen begründet sein!
2
Warum sollen Sie Protokolle schreiben?
• Das Vorgehen und die Ergebnisse sollen auch mit etwas zeitlichem
Abstand von Ihnen nachvollzogen werden können.
• Sie sollen lernen, einen Text zu verfassen, in dem Sie einer
außenstehenden Person vermitteln, was Ihr Ziel war, wie Sie
vorgegangen sind, welche Ergebnisse Sie erzielt haben und wie Sie
diese interpretieren.
• Praktikumsprotokolle sind in Ihrem Studium eine der sehr wenigen
Gelegenheiten, bei denen Sie das Verfassen solcher Texte üben
können, bevor Sie diese Fähigkeiten für Ihre Bachelor- und auch
Masterarbeit dringend brauchen!
3
Beispielversuch
4
Beispielversuch
Strom-Spannungs-Kennlinie eines ohmschen Widerstandes
Ziel:
Im folgenden Versuch soll die Strom-Spannungs-Kennlinie eines ohmschen Widerstandes
vermessen werden und die Gültigkeit des ohmschen Gesetzes überprüft werden.
Materialien:
Widerstand 10 Ω
Einstellbare Stromquelle
Multimeter
Kabel
5
Beispielversuch
Durchführung:
•
Schließen Sie den Widerstand und das Multimeter mit Hilfe der Kabel entsprechend Abb. 1
an die Stromquelle an, um die Spannung über dem Widerstand zu messen.
•
Bevor Sie die Stromquelle einschalten, lassen Sie Ihren Betreuer die Schaltung überprüfen.
•
Messen Sie für einen Stromfluss von 0 bis 1 A die Spannung über dem Widerstand.
Nehmen Sie zehn gleichmäßig verteilte, sinnvolle Messwerte im angegebenen Intervall auf
und notieren Sie die entsprechenden Strom- und Spannungswerte.
•
Erstellen Sie ein Protokoll für diesen Versuch.
Abb.1: Schaltung zum Vermessen der
Strom-/Spannungskennline eines
Widerstandes
6
Beispielversuch
Messung
Strom
[A]
(Abweichend zur Anleitung:
hier 3 Messdurchgänge)
Spannung
(1) [V]
Spannung
(2) [V]
1
0,1
1,179
1,128
1,159
2
0,2
2,247
2,180
2,204
3
0,3
3,292
3,123
3,392
4
0,4
4,049
4,003
4,448
5
6
0,5
5,438
5,427
4,983
0,6
6,017
6,086
6,514
7
0,7
7,068
7,128
7,641
8
0,8
8,915
8,170
8,237
9
0,9
9,555
9,778
8,932
10
1
9,795
10,024
10
Spannung
(3) [V]
10,892
Spannung [V]
• Messung:
12
8
6
4
Messung 1
Messung 2
2
Messung 3
0
0
0.2
0.4
0.6
Strom [A]
0.8
1
1.2
7
Beispielprotokoll
8
Protokoll erstellen - Allgemein
• Ein Protokoll muss nicht lang sein!
– Es muss alle nötigen Informationen, Erklärungen, Analysen und
Schlussfolgerungen enthalten, sollte aber nicht künstlich gestreckt werden.
 Dokumentlänge ist kein Qualitätsmerkmal!
• Ein Unbeteiligter mit gleichem Ausbildungsstand wie Sie, der nichts über
diesen Versuch weiß, muss ihn vollständig nachvollziehen und Ihre
Diskussion und Schlussfolgerung verstehen können.
• Betrachten Sie das, was Sie geschrieben haben, immer unter diesem
Blickwinkel, sowohl was den Detailgrad Ihrer Beschreibung als auch die
Reihenfolge/„den roten Faden“ Ihres Protokolls angeht.
9
Protokoll erstellen - Format
• Ein guter Anfang ist es, sich einen Rahmen zu schaffen:
– Entweder ein Dokument selbst entsprechend der Formatierungsbedingungen, die vorgegeben wurden (zum Beispiel durch die
Praktikumsordnung oder den Betreuer), erstellen und schon einmal in
Abschnitte wie Inhaltsverzeichnis, Einleitung, Versuch etc. unterteilen.
– Eine andere Möglichkeit ist es, sich z.B. die Formatvorlage für die
Praktikumsversuche herunterzuladen und diese zu verwenden (das
Beispielprotokoll).
• Dieser Rahmen kann dann nach und nach mit Inhalt gefüllt werden und
man steht nicht mit einer Schreibblockade vor einem leeren Dokument.
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Protokoll erstellen - Grundlegender Aufbau
• Einleitung
– Die Motivation, warum diese Arbeit durchgeführt wird, und Hintergrundinformationen
• Der Versuch / die Arbeit
– Versuchsaufbau und Durchführung
• Auswertung
– Notwendige Messergebnisse, Aufbereitung und Diskussion der Ergebnisse
• Anhang
– Alles, was zur Vollständigkeit der Arbeit gehört, aber für deren Verständnis
nicht zwingend notwendig ist (z.B. weitere Messungen, Nebenrechnungen)
• Verzeichnisse
– Vor allem das Literaturverzeichnis für die Quellenangaben
11
Protokoll erstellen - Format
• Minimale Formatvorschriften für die Protokolle dieses Praktikums:
–
–
–
–
–
–
Schriftgröße 12
1,5-facher Zeilenabstand
Schriftart: Times New Roman oder vergleichbare Serifenschrift
Seitenrand min. 3 cm (zwecks Korrekturplatz)
Seitenzahl entweder in Kopf oder Fußzeile
Deckblatt mit Versuchsbezeichnung, Gruppenmitgliedern, Betreuer und
Datum
12
Beispielprotokoll
• Beispielprotokoll:
Versuchsbezeichnung
Beteiligte Personen
Datum
Inhaltsverzeichnis
(kann hier beginnen
oder auf der nächsten
Seite)
E000 Ohmscher Widerstand
Gruppe A:
Collin Bo Urbon, Klara Fall, Karlo Rien
Betreut von Elektromaster
Am 02.11.2112
Inhalt
I. Einleitung
A. Widerstand und ohmsches Gesetz
B. Aufgabenstellung
II. Versuch: Strom-Spannungs-Kennline
…
13
Beispielprotokoll
A.
I. Einleitung
Widerstand und ohmsches Gesetz
Der ohmsche Widerstand gehört zu den Grundzweipolen der Elektrotechnik. Der Strom
und die Spannung sind hier proportional zu einander. Dieser Zusammenhang wird durch
das
ohmsche
Gesetz
beschrieben.
Ohmsche
Widerstände
gibt
es
in
den
unterschiedlichsten Bauformen. Zudem besitzt jeder elektrische Leiter einen Widerstand.
B. Aufgabenstellung
Bei angelegtem Strom soll die jeweilige Spannung an einem bekannten Widerstand
gemessen werden, um den theoretisch linearen Zusammenhang zwischen beiden Größen
14
an diesem Bauteil nachzuweisen.
Beispielprotokoll
II.
A.
Versuchsaufbau
1)
Eingesetzte Geräte:
Versuch: Strom-Spannungs-Kennlinie
Für den Versuch wurden ein 10-Ω-Widerstand [1], eine einstellbare Stromquelle [2], ein
Multimeter [3] und einige Kabel verwendet.
2)
Versuchsaufbau:
Der Versuch wurde entsprechend der Versuchsanleitung [4] aufgebaut. Hierfür wurde
die Stromquelle an die Pole des Widerstandes angeschlossen und das Multimeter als
Spannungsmessgerät parallel zu diesem.
15
Beispielprotokoll
B.
Durchführung
Der Versuch wurde entsprechend der Versuchsanleitung [4] durchgeführt. Der Strom
wurde mit der regelbaren Stromquelle schrittweise erhöht und die Spannung auf dem
Multimeter abgelesen. Zu jeder Stufe wurden sowohl Strom als auch Spannung
festgehalten. Um für die Auswertung eine Mittelung und damit einhergehende
Minderung des Ablesefehlers zu ermöglichen, wurde die Messung – abweichend von der
Versuchsanleitung – dreimal durchgeführt. Die Messergebnisse sind in Tabelle 1
aufgeführt.
Tabelle 1: Messwerte für die Spannungsmessung am 10 Ω Widerstand bei
variiertem Strom für alle drei durchgeführten Messungen
Messung
Strom [A] Spannung (1) [V] Spannung (2) [V] Spannung (3) [V]
16
Beispielprotokoll
Tabelle 1: Messwerte für die Spannungsmessung am 10-Ω-Widerstand bei
variiertem Strom für alle drei durchgeführten Messungen
Messung
Strom [A]
Spannung (1) [V]
Spannung (2) [V]
Spannung (3) [V]
1
0,1
1,179
1,128
1,159
2
0,2
2,247
2,180
2,204
3
0,3
3,292
3,123
3,392
4
0,4
4,049
4,003
4,448
5
0,5
5,438
5,427
4,983
6
0,6
6,017
6,086
6,514
7
0,7
7,068
7,128
7,641
8
0,8
8,915
8,170
8,237
9
0,9
9,555
9,778
8,932
17
Beispielprotokoll
III. Auswertung
Es folgen eine Auswertung der Messwerte und die Bestimmung des Widerstandes R für
jeden einzelnen Messpunkt aus Tabelle 1 sowie eine Diskussion der Ergebnisse. Der
Widerstand R wird dabei über die Formel (1) bestimmt.
𝑈
(1)
𝑅=
𝐼
Die berechneten Widerstandswerte R für jeden einzelnen angelegten Strom und die
dazugehörige gemittelte Spannung über die drei Messdurchgänge sind der Tabelle 2 im
Anhang zu entnehmen. Im nächsten Schritt erfolgt eine Bestimmung des mittleren
Widerstandes mit Hilfe des arithmetischen Mittels mit Gleichung (2), N entspricht
hierbei der Anzahl der Messungen. Für I werden die angelegten Ströme und für U die
gemittelten Spannungen über die jeweils drei Messdurchgänge verwendet.
𝑈
𝑅∅ = 𝐼
𝑁
(2)
18
Beispielprotokoll
Für das arithmetische Mittel des Widerstandes ergibt sich für die drei Messdurchgänge
jeweils ein Wert von:
𝑅
= 10.668 Ω
𝑅∅1
∅1 = 10.668 Ω
𝑅
= 10.488 Ω
𝑅∅2
∅2 = 10.488 Ω
𝑅
= 10.789 Ω
𝑅∅3
∅3 = 10.789 Ω
diesen
Gesamtdurchschnitt
von
Und
aus
diesen
ein
Gesamtdurchschnitt
von
:: :
UndUnd
aus aus
diesen
ein ein
Gesamtdurchschnitt
von
𝑅
= 10.649 Ω
𝑅∅ges
∅ges = 10.649 Ω
19
Beispielprotokoll
A. Grafische Auswertung
Der Widerstand kann außerdem über die Steigung der I-U-Kennlinie ermittelt werden.
Abbildung 1 zeigt die mit Hilfe der automatischen Trendlinie von Excel interpolierte
I-U-Kennlinie, welche zum Mindern der Ablesefehler aus den gemittelten Messpunkten
der drei Einzelmessungen erstellt wurde. Der Widerstand wird über das Steigungsdreieck
𝛥𝑈
an der Ausgleichsgeraden in Abbildung 1 mit Gleichung
3 bestimmt.
𝑅Graph = 𝛥𝑈
𝛥𝐼
𝑅Graph =
𝛥𝐼
Somit ergibt sich ein grafisch ermittelter Wert für den Widerstand von:
Somit ergibt
sichgrafisch
ein grafisch
ermittelter
Wertfür
fürden
den Widerstand
Widerstand von:
Somit ergibt
sich ein
ermittelter
Wert
von:
𝑅Graph = 10.202 Ω
𝑅Graph = 10.202 Ω
(3)
(1)
(1)
20
Beispielprotokoll
12
y = 10.202x + 0.1559
Spannung [V]
10
8
6
4
gemittelte Messwerte
aus 1-3
Ausgleichsgerade
2
0
0
0.2
0.4 0.6 0.8
Strom [A]
1
1.2
Abbildung 1: Versuchsgraph zu den Messwerten der durchgeführten Strom-Spannungs-Kennlinienermittlung
gemittelt über die drei Einzelmessungen und eine Ausgleichsgerade der Messwerte inklusive der
Geradenfunktion für die Ausgleichsgerade (für diese entspricht x dem angelegten Strom und y der gemessenen
Spannung).
21
Beispielprotokoll
B. Diskussion der Ergebnisse
Der Vergleich der rechnerischen und der grafischen Auswertung der Daten zeigt einen
Unterschied zwischen den Werten für den Widerstand. Dieser Unterschied kommt durch
die Ausgleichsgerade des Graphen zustande, welche ohne die Randbedingung erstellt
wurde, dass sie durch den Nullpunkt gehen müsste. Zudem liegen beide Werte über dem
vom Hersteller angegebenen Wert für den 10-Ω-Widerstand. Für diese Abweichung gibt
es verschiedene Erklärungsmöglichkeiten. Zum einen ist eine wirkliche Abweichung des
Widerstandswertes möglich, da bei der Herstellung die Werte der Bauteile nur in
gewissen Toleranzgrenzen garantiert werden [1].
Eine zweite Fehlerquelle könnte die Einstellgenauigkeit der Stromquelle sein. Diese
musste per Hand mittels eines Drehknopfes auf den gewünschten Wert gestellt werden,
wie exakt dieser erreicht wurde, konnte beim gegebenen Messaufbau nicht geprüft
werden. Hier wäre eine Erweiterung des Messaufbaus um ein zusätzliches
Strommessgerät sinnvoll.
22
Beispielprotokoll
Als dritte Fehlerquelle kommen die Mess- und Ablesegenauigkeit des Multimeters als
Spannungsmessgerät in Frage. Auch hier können Fehler direkt durch das Gerät, aber
auch durch die Ablesegenauigkeit entstehen. Es wurde versucht, einen Teil des
Ablesefehlers durch wiederholtes Messen und Mitteln über die Messdaten
auszugleichen.
Trotz der Abweichungen konnte durch den Versuch die Annahme eines linearen
Zusammenhangs bei einem ohmschen Widerstand zwischen Strom und Spannung im
Rahmen der Messgenauigkeit bestätigt und der Wert des Widerstandes ausreichend
genau ermittelt werden.
23
Beispielprotokoll
IV. Anhang
A. Messdaten und Widerstandswerte
Tabelle 2: Aufgenommene Messdaten und punktweise errechneter Widerstandswert über die Mittelung der drei
Messreihen.
Messung
Strom
[A]
Spannung (1)
[V]
Spannung (2)
[V]
Spannung (3)
[V]
Widerstand
Ø1-3 [Ohm]
1
0,1
1,179
1,128
1,159
11,557
2
0,2
2,247
2,180
2,204
11,053
3
0,3
3,292
3,123
3,392
10,896
4
0,4
4,049
4,003
4,448
10,417
5
0,5
5,438
5,427
4,983
10,565
6
0,6
6,017
6,086
6,514
10,343
7
24
Beispielprotokoll
V. Literaturverzeichnis
[1]
Musterdatenblatt 10Ω Widerstand,
www.Widerstand-und-co-kg.de/Datenblaetter/10.pdf , Widerstand und Co. KG,
Bielefeld, Aug. 2013
[2]
Musterdatenblatt einstellbare Stromquelle X1000ZOOM,
www.BuD.com/X1000.pdf
der Firma Blitz und Donner, Athen Griechenland, Jan. 1980
[3]
Musterdatenblatt Multimeter U12345, www.hp.tb/U12345.pdf, Hans und Peter,
Timbuktu Mali, Jun. 1995
[4]
R. Marsens, "Strom-Spannungs-Kennlinie eines ohmschen Widerstandes ,"
CAU Kiel, Tächnische Fakultät, Lehrstuhl für Datenfreiheit, 2013.
25
Hinweise zur Protokollerstellung
26
Anmerkungen
• Bedenken Sie: Sie haben genug Zeit, Ihr Protokoll vor der Abgabe
mehrfach in Ruhe durchzulesen und zu korrigieren.
 Es gibt keinen plausiblen Grund, Protokolle mit Ausdrucks-,
Rechtschreib- oder anderen Formfehlern abzugeben!
• Tipp: Drucken Sie Ihr Protokoll zum Korrigieren aus und korrigieren Sie
es auf Papier. Man findet deutlich mehr Fehler als am Bildschirm – egal,
ob am PC, Tablet oder gar auf dem Smartphone!
27
Diagramme
So geht‘s nicht:
So ist‘s besser:
12
12
10
Spannung [V]
10
8
4,166 V
6
4
2
gemittelte
Messwerte
aus 1-3
0
0
0.2
0.4
0.6 0.8
Strom
y = 10.202x + 0.1559
8
6
4
gemittelte Messwerte
aus 1-3
Ausgleichsgerade
2
0
1
Abbildung 1: Messwerte
1.2
1,2
0
0.2
0.4 0.6 0.8
1
1.2
Strom [A]
Abbildung 1: Gemittelte Strom-/
Spannungsmesswerte an einem Widerstand
mit Ausgleichsgerade.
• Unvollständige Beschriftungen führen zu Fehlinterpretationen
28
Diagramme
• Alle Parameter müssen so gewählt werden, dass die Informationen gut
erkennbar sind (hierzu gehören: Gesamtgröße, Schriftgrößen,
Achsenaufteilungen, Liniendicken, Linienfarben)
• Vollständige Achsenbeschriftung (Größe, Einheit, Skalierung)
• Vollständige Legende
• Eine Bildunterschrift mit ausreichender Erklärung, um den Inhalt des
Diagramms zu erfassen
• Nicht zu viele Informationen (Graphen) in einem Diagramm darstellen
29
Tabellen
• Auch Tabellen bekommen eine Beschriftung! Nach Möglichkeit kommt
die Beschriftung einer Tabelle im Gegensatz zur Beschriftung von
Diagrammen über die Tabelle anstatt darunter.
• Weniger Linien sind mehr! (häufig sind senkrechte Linien nicht
erforderlich und auch horizontale Linien sparsam verwenden)
30
Diagramme, Formeln, Bilder, Schemazeichnungen etc.
• Sowohl Diagramme als auch Tabellen, Bilder und Schemazeichnungen
bekommen die schon erwähnte Beschriftung und auch immer eine
Nummer passend zu ihrer Kategorie.
• Mit Hilfe der Nummer und Kategorie kann dann im Fließtext auf das
jeweilige Element verwiesen werden.
• Jedes Element, das im Protokoll gezeigt wird, muss zusätzlich zu seiner
Beschriftung auch einen Textbezug haben! Es muss also einen
informativen Zweck bei der Beschreibung, Erklärung oder der
Argumentation erfüllen und an geeigneter Stelle im Fließtext erwähnt
und ggf. beschrieben und erklärt werden.
31
Zitieren
• Kopieren und Zitieren sind zwei völlig unterschiedliche Dinge!
• Kopieren und Übernehmen von Informationen, Messdaten oder
Textpassagen aus jeglichen anderen Quellen (alte Protokolle, Bücher,
Internet) ist verboten!
• Zitieren oder Referenzieren hingegen ist erlaubt und sinnvoll. Zitieren
bzw. Referenzieren bedeutet, Informationen aus anderen Quellen
wiederzugeben, welche die eigenen Aussagen und Schlussfolgerungen
untermauern, belegen oder anderweitig zum Verständnis beitragen und
die Zitate und Referenzen auch als solche zu kennzeichnen!
 Die Herkunft jeder Information (Bild, Daten, Text), die nicht aus Ihren
eigenen Messungen stammt oder von Ihnen entwickelt wurde, muss
angegeben werden.
32
Formelsatz
• Variablen und physikalische Größen: kursiv
– Fläche A, die Unbekannte x, Masse m
• Mathematische Konstanten: aufrecht
– Kreiszahl: π, eulersche Zahl: e, imaginäre Einheit: j
• Einheiten: aufrecht
– 1 V, 1 kg, 1 Ω, 1 µA ,1 m
• Vektoren: kursiv und fett oder mit Vektorpfeil
– Geschwindigkeit v oder v , elektrisches Feld E oder E
• Indizes: aufrecht, wenn sie Abkürzungen für Wörter sind, kursiv, wenn
sie für Formelzeichen stehen
– Gesamtlänge lges, das Folgenglied an
33
Was tun, wenn Messdaten offensichtlich falsch sind?
20
aber dies hier erwartet?
20
gemessene
Spannungwerte
Exponentielle
Näherung
16
12
Spannung [V]
Spannung [V]
• Was macht man,
wenn man dies hier misst,
y = 0.7348e3.0217x
8
4
0
gemittelte Messwerte
aus 1-3
16
y = 10.202x + 0.1559
12
8
4
0
0
0.2
0.4 0.6 0.8
Strom [A]
1
1.2
0
0.2
0.4 0.6 0.8
Strom [A]
1
1.2
• In diesem Fall wurden Messdaten aufgenommen, die sehr offensichtlich
nicht dem linearen Verlauf einer Strom-Spannungs-Kennlinie eines
ohmschen Widerstandes entsprechen.
34
Was tun, wenn Messdaten offensichtlich falsch sind?
• Falls der Versuch nicht erneut durchgeführt werden kann, um neue
Messdaten zu ermitteln, müssen die vorhandenen Messdaten im
Protokoll gezeigt werden.
• Es wird beschrieben, wie sie aufgenommen wurden, und dann kann
darauf eingegangen werden:
– Warum Ihnen auffällt, dass die Messdaten offensichtlich falsch sind
(Referenzen zu anderen Quellen, Erwartungen aus Formeln oder Angaben
in der Versuchsdurchführung)
– Erklärungsversuche, weshalb die Messdaten so aussehen wie sie
aussehen, ebenfalls logisch begründet und ggf. mit Referenzen belegt
35
Was tun, wenn Messdaten offensichtlich falsch sind?
• Hierdurch wird ein Protokoll nicht automatisch schlechter, es kommt
vielmehr darauf an, dass was vorhanden ist zu zeigen und schlüssig zu
erklären.
• Hierdurch zeigen Sie, dass Sie den Sachverhalt verstanden haben und
in der Lage sind, auch Ihre eigenen Messergebnisse kritisch zu
beurteilen und Fehler zu entdecken.
36
Ein Rat zum Schluss
• Die Fähigkeit gut mit mindestens einem Schreibprogramm umzugehen
(z.B. Word, OpenOffice, LaTeX), ist nicht nur für das Verfassen dieses
Protokolls nützlich, sondern kommt Ihnen auch im restlichen Studium,
bei Ihren Abschlussarbeiten und im Berufsleben zugute.
• Nutzen Sie das Protokollschreiben also auch, um den Umgang mit
einem solchen Programm zu üben. Arbeiten Sie sich in die einzelnen
Funktionen, die Ihr Programm bietet, ein und googlen Sie ggf. Lösungen
und Kniffe für Dinge, die Sie damit erreichen wollen. Es gibt für die
meisten Anwendungsprobleme gute Lösungen im Internet.
37