Versuche

Filtert, welche Eigenschaften durchsucht werden sollen
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Beschreibung
Schlagworte

E | E-Lehre

M | Mechanik

Eine Masse m am Faden, welcher über einen Drehsensor läuft, versetzt eine oder beide Scheiben des arretierten Kreisels, in eine beschleunigte Drehbewegung.
Das computerunterstützte Messwerterfassungssystem zeichnet die Winkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit auf.
Ziel des Versuchs kann auch die Bestimmung des Trägheitsmoments

I

sein.
Drehmoment

\vec{M} = I \cdot \vec{α} \Rightarrow

Winkelbeschleunigung

\vec{α} = \frac{\vec{r} \times \vec{F}}{I}

mit dem Spulenradius

\vec{r}

=22,5mm und der Gewichtskraft

\vec{F}

der beschleunigenden Masse m.

M.F.1.3 | Beschleunigte Drehbewegung (257)

= M.H.7.5 Variante A
Zwei Stimmgabeln:

f_{1} u n d f_{2} = f_{1} + Δ f

Δ f

variabel.
Die Schwebung ist hörbar und sichtbar auf dem Oszilloskop.

M.J.8.2 | Überlagerung zweier Wellen mit nahezu gleicher Frequenz (385)

Wellenwanne: Bei Wellenlängen, die mehr als 20 Mal so groß wie die Wassertiefe sind, spricht man von Flachwasserwellen. Bei ihnen hängt die Ausbreitungsgeschwindigkeit

c

nur von der Wassertiefe

H

ab, nicht jedoch von der Wellenlänge.

c \approx \sqrt{g \cdot H}

Man beobachtet die einlaufende ebene Welle und die gebrochene Welle. Zur Brechung wird die gelbe Glasplatte in die Wellenwanne gelegt. Sie verringert die Wassertiefe.

M.J.11.4 | Brechung von Wasserwellen (Wellenwanne) (392)

O | Optik und Atomphysik

M = K o n s t . \cdot T^{4}

Untersucht wird die Strahlung einer Wolframwendel (Autoglühlampe).
Mit einem Strahlungsempfänger wird die Strahlungsleistung M der Glühwendel gemessen.

Neuere Fassung siehe O.F.2.3

O.F.2.2 | Stefan-Boltzmann’sches Strahlungsgesetz (alt) (804)

= W.D.9.9
Die Wärmestrahlung P einer Bremsleuchte wird als Funktion der Temperatur gemessen. Die Temperatur kann aus der Eichkurve T(U) entnommen werden. Die Lampe wird mit einer Dreiecksspannung betrieben. Eine Thermosäule misst die Strahlungsleistung. Das Signal (mV) wird verstärkt und über ein Interface mit dem PC registriert. Aufgetragen wird

P (T)

P (T^{4})

P (T)

auf, so kann man aus dem Fit

P = A \cdot T^{n} + B

den Exponenten n bestimmen. Übliche Werte sind 4<n<5. (Der Exponent ist meist größer als 4, da der Glaskolben selbst Wärmestrahlung nicht durchlässt und man damit bei niedrigen Temperaturen zu kleine Leistungen misst.)

O.F.2.3 | Stefan-Boltzmann’sches Strahlungsgesetz (neu) (805)

W | Wärmelehre

W.A | Grundlagen

W.A.1 | Temperatur

= W.A.6.7
Ein Glaskolben wird evakuiert und gewogen. Nach Öffnen des Ventils wird er nochmals gewogen. Bei bekanntem Volumen kann die Dichte der Luft ausgerechnet werden.

ρ_{L u f t} = 1, 2 \frac{g}{l}

W.A.1.13 | Dichte von Luft (13)

W.A.2 | Thermische Ausdehnung

W.A.3 | Thermospannung

W.A.4 | Kinetische Theorie der Gase (Ideales Gas)

W.A.5 | Maxwell’sche Geschwindigkeitsverteilung

W.A.6 | Barometrische Höhenformel

Druckabhängigkeit in der Erdatmosphäre, barometrische Höhenformel.
Senkrecht stehende Küvette mit motorgetriebenem Exzenterkolben; Stahl- und Holzkügelchen als schwirrende Gasatome.

W.A.6.1 | Modellgas (35)

Druckverteilung von verschiedenen Gasen.
An den Enden eines 1,2 m langen Glasrohres brennen kleine Gasflammen. In waagerechter Lage des Rohres sind beide Flammen gleich hoch, in geneigter Lage ist die höher gelegene Flamme deutlich
a) größer für Erdgas (CH₄): ρ_Methan < ρ_Luft
b) kleiner für Propangas (C₃H₈): ρ_Propan > ρ_Luft
Der Versuch wird meist nur mit Erdgas gezeigt. Die Vorführung mit Propangas muss extra bestellt werden.

W.A.6.3 | Behn’sches Rohr (37)

Ein Plastik-Sack wird mit Helium aus der Heliumleitung gefüllt. Der Ballon schwebt zur Hörsaaldecke. Der Auftrieb hält ihn für mehrere Minuten dort oben, auch dann, wenn der Sack am unteren Ende nicht verschlossen ist.
Um das offene Ende des Sacks nach unten zu orientieren, hängt man ein Gewicht (Schweinchen) an das untere Ende des Ballons.

W.A.6.4 | Helium-Ballon (38)

Motor mit senkrecht bewegtem Exzenterkolben;
Glaskügelchen als schwirrende Gasatome.

Demo: Abnahme der Gasdichte mit der Höhe.

W.A.6.5 | Modellgas (39)

= W.A.1.13
Ein Glaskolben wird evakuiert und gewogen. Nach Öffnen des Ventils wird er nochmals gewogen. Bei bekanntem Volumen kann die Dichte der Luft ausgerechnet werden.

ρ_{L u f t} = 1, 2 \frac{g}{l}

W.A.6.7 | Dichte von Luft (41)

Demonstration des Luftdrucks.
VARIANTE A:
Eine mit wenig Wasser gefüllte Cola-Dose wird auf einer Herdplatte oder in einer Flamme erwärmt, bis das Wasser siedet. Die heiße Dose wird umgedreht auf ein Wasserbad gestellt. Die Dose kracht in sich zusammen. Kann durch Übergießen mit Wasser beschleunigt werden.
VARIANTE B:
Ein offener Blechkanister oder Fass wird mit wenig Wasser gefüllt und auf eine Herdplatte gestellt. Das Wasser wird zum Sieden gebracht. Entweicht der Dampf aus der Öffnung wird nach kurzer Wartezeit das Fass von der heißen Herdplatte genommen und die Öffnung fest verschlossen. Nach ca. 20s-10min implodiert das Fass. Dies kann durch (Umdrehen und) Übergießen mit Wasser beschleunigt werden.

W.A.6.8 | Luftdruck (Blechkanister) (42)

Der Hohlraum aus zwei Halbkugeln wird mit einer Vakuumpumpe evakuiert.
Tragkraft bis 50 Kg.

W.A.6.9 | Magdeburger Halbkugeln (43)

Ein ca. 2m langes Rohr wird von beiden Seiten mit Alufolie luftdicht abgeschlossen. Im Rohr befindet sich ein Tischtennisball. Das Rohr wird evakuiert. Man hält es ein wenig schräg, damit der Ball auf die eine Seite rollt. Die untere Alufolie (am Ball) wird durchstochen. Der Druckanstieg im Rohr treibt den Ball mit fast Schallgeschwindigkeit durch das Rohr. Der Ball fliegt durch die obere Folie und durch den Hörsaal, wo er meist an der Wand deformiert wird.

W.A.6.10 | Luftdruckkanone (Bazooka) (44)

Einfache Freihandversuche
a) Ein Lineal wird über die Tischkante gelegt und auf das Lineal plan eine Zeitungsseite gelegt. Bewegt man das überstehende Teil des Lineals langsam nach unten, folgt die Zeitung der Bewegung. Schlägt man dagegen auf das Lineal, so zerreißt es die Zeitung oder ein dünnes Lineal (Holzleiste) bricht ab.
Erklärung: Beim Hochziehen entsteht unter der Zeitung ein Unterdruck, bzw. über der Zeitung ein Überdruck (Luftdruck).

b) Durch eine in der Mitte durchbohrte Holzscheibe/Metallscheibe ist eine Schnur durchgesteckt. Über diese Scheibe legt man symmetrisch eine Zeitungsseite. Die Schur wird durch die Mitte der Seite durchgezogen. Zieht man schnell an der Schnur, zerreißt das Papier, da der Luftdruck oben auf der Zeitung lastet.

W.A.6.11 | Demonstration des Luftdrucks (45)

W.A.7 | Boltzmann-Faktor

W.A.8 | Reale Gase

W.A.9 | Aggregatzustände

W.A.10 | Lösungen

W.B | 1. Hauptsatz

W.C | 2. Hauptsatz

W.D | Transportprozesse

= O.F.2.2
Neuere Fassung siehe O.F.2.3

M = K o n s t . \cdot T^{4}

Untersucht wird die Strahlung einer Wolframwendel (Autoglühlampe).
Mit einem Strahlungsempfänger wird die Strahlungsleistung M der Glühwendel gemessen.

W.D.9.5 | Stefan-Boltzmann’sches Strahlungsgesetz (alt) (115)

= O.F.2.3
Die Wärmestrahlung P einer Bremsleuchte wird als Funktion der Temperatur gemessen. Die Temperatur kann aus der Eichkurve T(U) entnommen werden.
Die Lampe wird mit einer Dreiecksspannung betrieben. Eine Thermosäule misst die Strahlungsleistung. Das Signal (mV) wird verstärkt und über ein Interface mit dem PC registriert.
Aufgetragen wird

P (T)

P (T^{4})

P (T)

auf, so kann man aus dem Fit

P = A \cdot T^{n} + B

den Exponenten n bestimmen. Übliche Werte sind 4<n<5. (Der Exponent ist meist größer als 4, da der Glaskolben selbst Wärmestrahlung nicht durchlässt und man damit bei niedrigen Temperaturen zu kleine Leistungen misst.)

W.D.9.9 | Stefan-Boltzmann’sches Strahlungsgesetz (II) (119)