Grundlegende Experimentiertechnik im Physikunterricht (eBook)

Vorworte 5
1 Elektrizitätsquellen 15
1.1 Innenwiderstand 15
1.2 Kurzschlussbetrieb 16
1.3 Universalnetzgerät 16
1.4 Glühlampe als Schutzwiderstand 18
1.5 Elektronisch stabilisiertes Netzgerät 18
1.6 Funktionsgenerator 19
1.7 Akkumulator 19
1.8 Kondensatoren 20
1.8.1 Folienkondensator 20
1.8.2 Elektrolytkondensator 21
1.8.3 Ultrakondensator 21
1.9 Netzgeräte für hohe Spannungen 21
1.10 Netzunabhängige Hochspannung 22
1.10.1 Reibungselektrizität mit Freihandgeräten 22
1.10.2 Historische Elektrisiermaschine 22
1.10.3 Van-de-Graaf-Generator 22
1.10.4 Influenzmaschine 23
1.10.5 Sauberkeit bei elektrostatischen Experimenten 23
1.11 Kabel 23
1.12 Schalter 25
1.13 Sicherheit im Umgang mit Elektrizität 26
1.13.1 Elektroinstallation 26
1.13.2 Berührungssicherheit 26
1.13.3 Reparaturen an Geräten für Netzspannung 27
1.13.4 Kondensatoren 28
1.13.5 Transformatorversuche 28
2 Elektrische Messtechnik 29
2.1 Einfache Messgeräte 29
2.1.1 Digitalvoltmeter(DVM) 29
2.1.2 Zeigerinstrumente 29
2.1.3 Stromzange 30
2.1.4 Widerstandsmessung 30
2.2 Oszilloskop 31
2.3 Elektronische Messwerterfassung 32
2.4 Rauschunterdrückung 32
2.5 Verstärker 33
2.5.1 Spannungsverstärker 34
2.5.2 Elektrometer-Verstärker 34
2.5.3 Stromverstärker 34
2.5.4 Leistungsverstärker 35
2.5.5 Operationsverstärker 35
2.6 Glimmlampe 38
3 Magnete 39
3.1 Permanentmagnet 39
3.2 Aufbewahrung 39
3.3 Kompassnadeln 39
3.4 Permanent magnetisierbarer Stahl 41
3.5 Reparatur von Permanentmagneten 41
3.6 Eisenfeilspäne 42
3.7 Entmagnetisierung 42
3.8 Eisenkerne 42
4 Akustik 43
4.1 Monochord 43
4.2 Chladni’sche Figuren 43
4.3 Orgelpfeifen 43
4.4 Mikrophon 44
4.5 Aufnahmegeräte 44
5 Optik 45
5.1 Fassungen und Aufbaumaterial 45
5.2 Linsen 45
5.2.1 Bikonvex-Linse 47
5.2.2 Plankonvex-Linse 47
5.2.3 Achromat 47
5.2.4 Objektiv 47
5.2.5 Okular 48
5.2.6 Linse mit variabler Brennweite 49
5.2.7 Auswahlkriterien für Linsen 49
5.3 Spiegel 49
5.3.1 Rückseitenspiegel 49
5.3.2 Oberflächenspiegel 49
5.3.3 Spiegel mit dielektrischer Beschichtung 50
5.3.4 Spiegelfassung 50
5.4 Lampen 51
5.4.1 Photometrische Größen 51
5.4.2 Halogenlampen 51
5.4.3 Gasentladungslampen 52
5.4.4 Spektrallampen 55
5.4.5 LED 56
5.4.6 Laser 57
5.4.7 Sicherheitsaspekte 57
5.5 Filter 58
5.5.1 Farbgläser 58
5.5.2 Farbfolien 59
5.5.3 Dichroitische Filter 60
5.5.4 Interferenzfilter 61
5.6 Mattglas 62
5.7 Polarisationsoptik 63
5.7.1 Polarisationsfolie 63
5.7.2 Polarisierende Strahlteiler 63
5.7.3 Verzögerungsplatten 63
5.7.4 Photographische Polarisationsfilter 63
5.7.5 Optisch aktive Materialien 64
5.7.6 Brillengläser 64
5.8 Prismen 64
5.9 Beugungsgitter 66
5.10 Flüssigkeiten mit höherer Brechzahl 66
5.11 Trübungsmittel 67
5.12 Reinigung von Optiken 67
5.13 Astronomisches Teleskop 68
6 Handwerk 73
6.1 Schrauben 73
6.2 Bohren 73
6.3 Werkzeugpflege 74
6.4 Styropor 74
6.5 Holzbearbeitung 75
6.6 Glasröhren biegen 77
6.7 Löten 78
6.8 Chemikalien und Hilfsmittel 80
6.9 Photographie 82
6.9.1 Beleuchtung 82
6.9.2 Perspektive 83
6.9.3 Kameraeinstellungen 83
6.9.4 Datenkompression 85
6.9.5 Videoaufnahmen 85
7 Mechanik und Hydrodynamik 87
7.1 Messgeräte 87
7.1.1 Maßstäbe 87
7.1.2 Uhren 87
7.1.3 Waagen und Kraftmesser 88
7.1.4 Stroboskop 88
7.1.5 Bewegungsanalyse durch Video 88
7.2 Aufbaumaterial 89
7.2.1 Stativmaterial 89
7.2.2 Labortisch mit Gewinderaster 89
7.2.3 Kugelbahn 90
7.2.4 Höhen- und Winkelverstellung 90
7.2.5 Fäden und Drähte 91
7.3 Vakuum 92
7.3.1 Membranpumpe 92
7.3.2 Wasserstrahlpumpe 93
7.3.3 Drehschieberpumpe 93
7.3.4 Scrollpumpe 93
7.4 Strömungen 94
7.4.1 Wasser markieren 94
7.4.2 Wasserbehälter entleeren 94
7.4.3 Konstanter Wasserdruck 94
7.5 Windkanal 94
8 Wärme 97
8.1 Thermometer 97
8.1.1 Thermoelement 97
8.1.2 Pt100 98
8.1.3 Halbleiter 98
8.2 Wärmequellen 99
8.2.1 Gasbrenner 99
8.2.2 Elektrische Heizungen 99
8.2.3 Spiritusbrenner 99
8.2.4 Brennstoffe 99
8.3 Behälter 100
8.3.1 Feuerfestes Glas 100
8.3.2 Isoliergefäße 100
8.3.3 Styroporkisten 100
8.4 Kältemittel 100
8.4.1 Eis 100
8.4.2 Kältemischung 100
8.4.3 Trockeneis 101
8.4.4 Flüssiger Stickstoff 101
8.5 Wärmekraftmaschinen 101
8.5.1 Stirlingmotor 101
8.5.2 Dampfmaschine 102
8.5.3 Dampfturbine 103
8.5.4 Peltier-Element 103
9 Experimente 105
9.1 Elektrizität 105
9.1.1 Schülerexperiment Kirchhoff-Gesetze 105
9.1.2 Anlaufstrom einer Halogenlampe 106
9.1.3 Elektromagnet 108
9.1.4 Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters 109
9.1.5 Thomson’scher Ringversuch 111
9.1.6 Induktion im Erdmagnetfeld 112
9.1.7 Schwingkreis 112
9.1.8 Hochspannungsfernleitung – berührungssicher 112
9.1.9 Elektroschweißen 114
9.1.10 Elementarladung nach Millikan 114
9.1.11 Franck-Hertz-Versuch 114
9.2 Optik 115
9.2.1 Didaktische Vorbemerkung 115
9.2.2 Optisches Justieren 115
9.2.3 Schattengrenze 116
9.2.4 Halbschatten 116
9.2.5 Diaprojektor 117
9.2.6 Tageslichtprojektor 120
9.2.7 Additive Farbmischung mit Lampen 120
9.2.8 Additive Farbmischung mit Farbkreisel 121
9.2.9 Fresnel-Beugung an Kanten 122
9.2.10 Fresnel-Beugung im Sonnenlicht 123
9.2.11 Doppelspalt-Versuch nach Young 123
9.2.12 Beugung ohne Kohärenzspalt 124
9.2.13 Fraunhofer-Beugung 125
9.2.14 Beugung mit eingebundenem Beobachter 125
9.2.15 Optimale Blende der Camera obscura 126
9.2.16 Michelson-Interferometer 126
9.2.17 Beobachtungen mit dem Prisma 127
9.2.18 Projektion des thermischen Spektrums 130
9.2.19 Sonnenspektrum nach Newton 131
9.2.20 Emissionsspektren 131
9.2.21 Beobachtung der Na-D-Linien-Dubletts 133
9.2.22 Resonanzfluoreszenz 134
9.2.23 UV-Spektrum des Quecksilbers 135
9.2.24 Fraunhofer’sche Linien im Sonnenspektrum 137
9.2.25 Ausleuchtung des Spektroskops 140
9.2.26 Lichtgeschwindigkeit 140
9.2.27 Hallwachs-Effekt 142
9.2.28 Bestimmung des Planck’schen Wirkungsquantums 143
9.3 Astronomische Beobachtungen 148
9.3.1 Beobachtungsbedingungen 148
9.3.2 Beobachtung mit dem bloßen Auge 148
9.3.3 Beobachtungen mit dem Teleskop 149
9.4 Wärme 150
9.4.1 Konvektion 150
9.4.2 Innentemperatur eines Hausmodells 150
9.4.3 Wärmetransport durch Licht 151
Literaturverzeichnis 153
Index 163