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Physiklabor

Das Physikalische Praktikum des Fachbereichs 2 vermittelt zwischen Experimentalvorlesungen und Übungen die praktische Anwendung des zuvor erlernten Stoffes. Die Durchführung der physikalischen Versuche findet in Zweiergruppen statt, was eine gute praktische Ausbildung zulässt. Es stehen zehn Versuche aus den Bereichen Mechanik, Schwingungen, Wellen, Optik und Thermodynamik zur Verfügung.

Standort

Gebäude 7,
Räume 301, 302, 312, 313

Versuche: Labor 1

Theorie

Schwerpunkte

  • Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität einer Flüssigkeit und eines Metalles
  • 1. Hauptsatz der Thermodynamik

Physikalische Größen

  • cFl = spezifische Wärmekapazität der Flüssigkeit
  • CK = Wärmekapazität des Kalorimeters
  • mw = Wasserwert des Kalorimeters
  • Q = Wärme
  • T = Temperatur
  • m = Masse
  • Wel = elektrische Energie, elektrische Arbeit
  • Uel = elektrische Spannung
  • I = elektrischer Strom
  • t = Zeit

Labor

Geräte

  • Kalorimeter
  • Flüssigkeits- und Digital-Thermometer
  • PC
  • Volt- und Amperemeter

Handhabung

  • Elektrische Verschaltung
  • Aufnehmen von Messreihen
  • korrektes Ermitteln der Wassermassen
  • Vermeiden von Temperaturunterschieden durch Umrühren

Auswertung

Aufgabenstellung

  • Herleitung der Gleichung für cFl und Berechnung der spezifischen Wärmekapazität von Wasser
  • Bestimmung der Wärmekapazität eines Festkörpers cFest

Graphische Darstellung

Darstellung des Temperaturverlaufs des Wassers mit der Zeit

Ergebnisdiskussion

Vergleich der ermittelten c-Werte mit dem Literaturwert

Theorie

Schwerpunkte

  • Brechungsindex
  • Konvexlinsen ( Sammellinsen)
  • Konkavlinsen (Zerstreuungslinsen)
  • Brennweitenbestimmung
  • Bessel-Methode
  • Linsenfehler: Sphärische Aberration

Physikalische Größen

  • f = Brennweite
  • a = Objektweite
  • a' = Bildweite
  • n = Brechungsindex
  • r = Krümmungsradius

Labor

Geräte

  • Optische Bank
  • Laser

Handhabung

  • Messreihen aufnehmen
  • optische Justierung

Auswertung

Aufgabenstellung

  1. Bestimmung des Brechungsindex
  2. Linsenfehler-Untersuchung mit
    a) Ringblenden bei der sphärische Aberration
    b) Farbfilter bei der chromatischen Aberration
  3. Brennweitenbestimmung von Konvex- und Konkavlinsen

Graphische Darstellung

zu 1. Ausfallswinkel = f (Einfallswinkel)
zu 2. lineare Darstellung
a) Brennweite f = (Ringblendendurchmesser s)
b) Brennweite f = (Wellenlänge)

Ergebnisdiskussion

zu 2. Bedeutung der Linsenfehler

Theorie

Schwerpunkte

  • Bestimmung der Fallbeschleunigung g auf zwei verschiedene Arten
  • Bestimmung des Reibungskoeffizienten
  1. Freier Fall
  2. Verzögerter Fall - Atwoodsche Fallmaschine
  3. Fahrbahnversuch

Physikalische Größen

  • s = Weg
  • t = Zeit
  • m = Masse
  • l = Länge
  • g = Erdbeschleunigung
  • μ = Reibungskoeffizient
  • F = Kraft

Labor

Geräte

Digitale Zeitmesser und elektromechanische Kontakte

Handhabung

  • Elektrische Verschaltung
  • Messreihen aufnehmen

Auswertung

Aufgabenstellung

Bestimmung von g

zu 1. aus der Steigung einer Ausgleichsgeraden
zu 2. aus dem Mittelwert der Zeitmessung
zu 3. Bestimmung des Reibungskoeffizienten

Graphische Darstellung

zu 1. s als Funktion von t

Ergebnisdiskussion

zu 1.- 2. Vergleich mit dem Literaturwert

Versuche: Labor 2

Theorie

Schwerpunkte

  • Bestimmung der Winkelrichtgröße D* (Gerätekonstante)
  • eines Massenträgheitsmoments J
  • eines Drahtdurchmessers d

Physikalische Größen

  • D* = Winkelrichtgröße
  • J = Massenträgheitsmoment
  • G = Schubmodul
  • s = Strecke
  • m = Masse
  • l = Länge
  • t = Zeit
  • T = Periodendauer

Labor

Geräte

  • Genaue Messung mittels eines Lichtzeigers
  • Zeitmessung mittels Handstoppuhren
  • Drahtdickenbestimmung mittels eines Lasers und einer Bügelmessschraube

Handhabung

  • Messreihen aufnehmen
  • mechanische Justierung

Auswertung

Aufgabenstellung

  1. Statische Bestimmung von D*
  2. Dynamische Bestimmung von D*
  3. Bestimmung des Trägheitsmoments J eines Körpers
  4. Berechnung eines Drahtdurchmessers d

Graphische Darstellung

Keine

Messunsicherheit

zu 1. Gaußsche Fortpflanzung der Messunsicherheiten
zu 2. Gaußsche Fortpflanzung der Messunsicherheiten
zu 3. Keine
zu 4. Gaußsche Fortpflanzung der Messunsicherheiten

Ergebnisdiskussion

zu 1.+ 2. Vergleich der Ergebnisse

Theorie

Schwerpunkte

  • Stehende Wellen
  • Polarisation
  • Totalreflexion

Physikalische Größen

  • λ = Wellenlänge
  • f = Frequenz
  • c = Lichtgeschwindigkeit

Labor

Geräte

  • Mikrowellensender
  • Mikrowellenempfänger
  • Michelson-Interferometer

Handhabung

  • Messreihen aufnehmen
  • elektrische Verdrahtung

Auswertung

Aufgabenstellung

Bestimmung

  1. der Polarisationsebene
  2. der Richtcharakteristik des Senders
  3. der Wellenlänge mit dem Michelson-Interferometer durch Überlagerung von Wellen
  4. der Wellenlänge aus einer stehenden Welle
  5. der Frequenz des Senders
  6. Untersuchung der Totalreflexion

Grafische Darstellung
zu 2. Richtcharakteristik in Polardarstellung
zu 6. Darstellung des Reflexionsverhaltens

Messunsicherheit
zu 3.+ 4. Standardabweichung des Mittelwertes
zu 5. Gaußsche Fortpflanzung der Messunsicherheiten

Ergebnisdiskussion
zu 1. Erklärung der Polarisationsrichtung

Theorie

Schwerpunkte

  • Bestimmung der Fallbeschleunigung g mit einem Reversionspendel
  • Bestimmung der Federsteife

Physikalische Größen

  • s = Weg
  • t = Zeit
  • m = Masse
  • l = Länge
  • g = Erdbeschleunigung
  • T = Periodendauer
  • D = Federsteife (Federkonstante)

Labor

Geräte

  • Digitale Zeitmesser
  • Lichtschranke

Handhabung

  • Elektrische Verschaltung
  • Aufnahme von Messreihen

Auswertung

Aufgabenstellung

  • Bestimmung von g aus dem Schnittpunkt zweier Messkurven
  • Ermittlung der Federkonstanten mit einem statischen und einem dynamischen Verfahren

Graphische Darstellung

TA und TB als Funktion von lAB Kraft als Funktion der Federauslenkung Periodendauer als Funktion der Masse

Ergebnisdiskussion

Vergleich der ermittelten Erdbeschleunigung mit dem Literaturwert

Theorie

Schwerpunkte

  • Longitudinalwellen
  • Reflexion
  • stehende Wellen
  • Phasenverschiebung
  • Kundtsches Rohr
  • Lissajous-Figuren

Physikalische Größen

  • c = Schallgeschwindigkeit
  • λ = Wellenlänge
  • f = Frequenz
  • Δφ = Phasenverschiebung

Labor

Geräte

  • Messmikrofone
  • elektronische Zeitmessung
  • Niederfrequenz-Generator
  • Lautsprecher
  • Oszillograph

Handhabung

  • Manuelle Justierung
  • elektrische Verschaltung
  • Messreihen aufnehmen

Auswertung

Aufgabenstellung

Experimentelle Bestimmung der Schallgeschwindigkeit

  1. durch Temperaturmessung
  2. durch Laufzeitmessung
  3. über stehende Wellen
    a) geschlossenes Rohr und / oder
    b) offenes Rohr
  4. mit der Phasenverschiebung

Graphische Darstellung

Keine

Messunsicherheit

zu 1.+ 2. Gaußsche Fortpflanzung der Messunsicherheiten

Ergebnisdiskussion

Vergleich der c-Werte mit dem Literaturwert

Theorie

Schwerpunkte

Bestimmung der Drehfederkonstanten und Massenträgheitsmomenten

Physikalische Größen

  • J = Massenträgheitsmoment
  • M = Drehmoment
  • φ = Amplitude des Drehwinkels
  • ω = Kreisfrequenz bzw. Winkelgeschwindigkeit
  • f = Frequenz
  • T = Schwingungsdauer, Periode
  • D* = Drehfederkonstante oder Winkelrichtgröße

Labor

Geräte

  • Schwingsystem mit einer Spiralfeder
  • Stoppuhr
  • Federwaage
  • Winkelmesser

Handhabung

Messreihen aufnehmen

Aufgabenstellung

  1. Statische Bestimmung der Drehfederkonstante D*
  2. Dynamische Bestimmung der Drehfederkonstante D*
  3. Vergleich der experimentell und der theoretisch bestimmten Massenträgheitsmomente von Scheibe, Kugel, Voll- und Hohlzylinder, Stange

Grafische Darstellung

zu 4. T 2 = (s2)

Messunsicherheit

zu 1.-3. Gaußsche Fortpflanzung der Messunsicherheiten

Ergebnisdiskussion

Bei welchen Größen ist eine genauere Messung sinnvoll, um ein besseres Ergebnis zu erhalten?

Theorie

Schwerpunkte

  • Untersuchung gedämpfter und erzwungener Schwingungen
  • Verhalten von Amplituden
  • Dämpfungen
  • Phasenwinkeln

Physikalische Größen

  • F = Kraft
  • x^ = Federauslenkung, Amplitude
  • c = Federsteife
  • ω = Winkelgeschwindigkeit
  • φ = Phasenwinkel
  • f = Frequenz
  • T = Schwingdauer, Periode
  • δ = Dämpfungskonstante
  • μ = Reibungskoeffizient
  • Q = Güte des Schwingungssystems

Labor

Geräte

Vertikale Schwingsysteme mit einer Wendelfeder

  1. Gedämpfte Schwingung
  2. Erzwungene Schwingung

Handhabung

  • Mechanische Justierung
  • Aufnahme von Messreihen

Auswertung

Aufgabenstellung

  1. Gedämpfte Schwingungen
    a) Bestimmung der Federsteife
    b) Untersuchung der wegabhängigen Reibung
    c) Untersuchung der geschwindigkeitsabhängigen Luftreibung

  2. Erzwungene Schwingungen
    a) Bestimmung der Federsteife
    b) Aufnahme der Resonanzkurven

Graphische Darstellung

zu 1. c) Überprüfung des exponentiellen Abfalls der Amplitude durch Auftragung des Amplitudenverlaufs auf einfach-log. Papier.
zu 2. b) (ω)-Kurven und eine φ(ω)-Kurve

Messunsicherheit

zu 1. a) Berechnung der Unsicherheit der Ergebnisses

Ergebnisdiskussion

Deutung der Resonanz

Ansprechpartner

Prof. Dr. Faouzi AttallahID: 2091
letzte Änderung: 24.01.2019