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 – so wird eine gute praktische Ausbildung ermöglicht. 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
- Untersuchung der gleichförmigen linearen Bewegung.
- Bestimmung des Reibungskoeffizienten.
- Bestimmung der Federenergie und der Federkonstante.
- Untersuchung der gleichmäßig beschleunigten linearen Bewegung (Newton´sche Gesetze, ...).
- Bestimmung der potentiellen Energie.
- Untersuchung der Umwandlung von potentieller in kinetische Energie (Wirkungsgrad, ...).
- Untersuchung des elastischen Stoßes (Energie- und Impulserhaltungssatz).
- Untersuchung des inelastischen Stoßes (Energie- und Impulserhaltungssatz).
- Messfehler und Messfehlerfortpflanzung.
Physikalische Größen
- s = Weg
- t = Zeit
- m = Masse
- l = Länge
- g = Erdbeschleunigung
- k = Federkonstante
- μ = Reibungskoeffizient
- h = Wirkungsgrad
- F = Kraft
Labor
Geräte
- Fahrbahn mit Startvorrichtung, Lichtschranken und Zeitmessgerät 4-4 (Komplettsystem von Phywe, Artikel Nr.: P1198805)
Handhabung
- Messreihen aufnehmen
Auswertung
Aufgabenstellung
- Qualitative Untersuchung auf der Grundlage der Beobachtung (v (t), s (t)) von linearen Bewegungen.
- Bestimmung des Reibungskoeffizienten, der Federenergie und der Federkonstante.
- Bestimmung der Effizienz der Energieumwandlung.
- Bestimmung der Geschwindigkeiten vor und nach einem elastischen Stoß.
- Bestimmung der Gesamtenergie und des Gesamtimpulses vor und nach einem inelastischen Stoß.
- Alle Analysen werden unter Berücksichtigung von Messfehlern durchgeführt.
Graphische Darstellung
v(t), s(t) mit Messfehlerbalken
Ergebnisdiskussion
- Vergleich mit dem Literaturwert unter Berücksichtigung von Messfehlern.
- Vergleich Theorie/Experiment unter Berücksichtigung von Messfehlern.
Theorie
Schwerpunkte
- Untersuchung der Drehmomentwirkung bei Drehbewegungen.
- Untersuchung des Steiner-Satzes.
- Untersuchung der Wirkung des Trägheitsmoments bei Drehbewegungen.
- Messung des Trägheitsmoments von verschiedenen Körpern.
- Untersuchung der Auswirkung der Drehachse eines Körpers in einer Drehbewegung.
- Messfehler und Messfehlerfortpflanzung.
Physikalische Größen
- α = Winkelbeschleunigung
- mZ = Zugmasse
- DW/RW= Wickeltrommeldurchmesser/-radius
- g = Erdbeschleunigung
- M = Drehmoment
- J = Trägheitsmoment
- A = Abstand der Zusatzmassen zur Drehachse am Dreharm
Labor
Geräte
- Rotationsversuch (Pasco, Artikel Nr.: ME-8950A)
- Messtechnik (Eigenentwicklung, Odroid XU4 Linux Mini-PC)
Handhabung
- Grafische Darstellung des Winkel-Zeit-Diagramms mit automatischem Anpassungsprogramm und Ausgabe der Anpassungsparameter.
Auswertung
Aufgabenstellung
- Quantitative Untersuchung der Drehmomentwirkung.
- Qualitative und quantitative Untersuchung des Steiner-Satzes.
- Messung und Berechnung des Trägheitsmoments von verschiedenen Körpern.
- Messung und Berechnung des Trägheitsmoments eines Körpers in Abhängigkeit von seinen Drehachsen.
- Alle Analysen werden unter Berücksichtigung von Messfehlern durchgeführt.
Graphische Darstellung
α(mZ), α(RW), J(A) mit Messfehlerbalken
Ergebnisdiskussion
- Vergleich Theorie/Experiment unter Berücksichtigung von Messfehlern.
Theorie
Schwerpunkte
- Untersuchung freier, gedämpfter und erzwungener Schwingungen.
- Untersuchung der viskosen und erzwungenen Dämpfung.
- Messfehler und Messfehlerfortpflanzung.
Physikalische Größen
- mZ = Zugmasse
- M = Drehmoment
- j = Drehfederauslenkung, Amplitude
- D = Drehfedersteife
- f, ω, T = Frequenz, Kreisfrequenz, Schwingungsdauer/Periode
- δ = Dämpfungskonstante
- I = Wirbelstrom
Labor
Geräte
- Pohl'sches Pendel (3B Scientific, Artikel Nr.: 1002956 [U15040])
- Messtechnik (Eigenentwicklung, Hall-Sensor für Winkelmessung + Schrittmotor für erzwungene Schwingungen).
- Datenerfassung: Oszilloskop Keysight MSO-X 2022A (200 MHz, 2 GSa/s, 2 Kanäle).
Handhabung
- Aufnahme von Messreihen.
Auswertung
Aufgabenstellung
- Auslenkung:
- Bestimmung der Federsteifigkeit, der Eigenfrequenz, der Periode und der Winkelfrequenz.
- Untersuchung der Links-Rechts-Asymmetrie der Auslenkung.
- Freie Schwingungen:
- Messung der Eigenfrequenz, der Periode und der Winkelfrequenz.
- Untersuchung der Links-Rechts-Asymmetrie der Schwingungen.
- Untersuchung der viskosen Dämpfung.
- Gedämpfte Schwingungen mittels der Wirbelstrombremse
- Messung der Eigenfrequenz, der Periode und der Winkelfrequenz.
- Untersuchung der erzwungenen und aperiodischen Dämpfung.
- Erzwungene Schwingungen
- Aufnahme der Resonanzkurven und Bestimmung der Eigenfrequenz.
- Alle Analysen werden unter Berücksichtigung von Messfehlern durchgeführt.
Graphische Darstellung
M (j), j (t), I (δ), j (f) mit Messfehlerbalken
Ergebnisdiskussion
- Vergleich Theorie/Experiment unter Berücksichtigung von Messfehlern.
Theorie
Schwerpunkte
- Messung der Massendichte verschiedener Körper aus unterschiedlichen Materialien und Aggregatzuständen.
- Volumenmessung von komplexen Körpern.
- Massendichte von trockener Luft.
- Untersuchung des idealen Gasverhaltens von trockener Luft.
- Messfehler und Messfehlerfortpflanzung.
Physikalische Größen
- m = Masse
- L, B, H, D = Länge, Breite, Höhe, Durchmesser
- V = Volumen
- p = Druck
Labor
Geräte
- Verschiedene Körper mit unterschiedlichen Materialien, Formen und Aggregatzuständen.
- Hochpräzise Messschieber und Waagen.
- Druckluft und Manometer.
Handhabung
- Aufnahme von Messreihen.
Auswertung
Aufgabenstellung
- Wägen, Messen und Berechnen der Massendichte von symmetrischen Festkörpern.
- Messen des Volumens und Berechnen der Massendichte von komplexen Körpern.
- Wiegen und Berechnen der Massendichte von trockener Luft.
- Untersuchung des Verhaltens von Luft im Vergleich zum Verhalten eines idealen Gases.
- Alle Analysen werden unter Berücksichtigung von Messfehlern durchgeführt.
Graphische Darstellung
- Ideale Gas- und experimentelle m (p)-Kurven für trockene Luft mit Messfehlerbalken
Ergebnisdiskussion
- Vergleich Theorie/Experiment unter Berücksichtigung von Messfehlern.
Theorie
Schwerpunkte
- Untersuchung gedämpfter und erzwungener Schwingungen
- Verhalten von Amplituden
- Dämpfungen
- Phasenwinkel
- Messfehler und Messfehlerfortpflanzung.
Physikalische Größen
- F = Kraft
- Δx= Federauslenkung, Amplitude
- c = Federsteife
- f, ω, T = Frequenz, Kreisfrequenz, Schwingungsdauer/Periode
- φ = Phasenwinkel
- δ = Dämpfungskonstante
- μ = Reibungskoeffizient
Labor
Geräte
- Vertikale Schwingungssysteme mit einer Wendelfeder (Eigenentwicklung).
- Messtechnik (Eigenentwicklung, Odroid XU4 Linux Mini-PC)
Handhabung
- Aufnahme von Messreihen.
Auswertung
Aufgabenstellung
- Gedämpfte Schwingungen:
- Bestimmung der Federsteife.
- Untersuchung der wegabhängigen Reibung
- Untersuchung der geschwindigkeitsabhängigen Luftreibung.
- Erzwungene Schwingungen:
- Bestimmung der Federsteife.
- Aufnahme der Resonanzkurven.
- Untersuchung der viskosen Dämpfung.
- Alle Analysen werden unter Berücksichtigung von Messfehlern durchgeführt.
Graphische Darstellung
- Überprüfung des exponentiellen Abfalls der Amplitude durch Auftragung des Amplitudenverlaufs.
- ω (t)-Kurven und eine φ (ω)-Kurve, alle mit Messfehlerbalken
Ergebnisdiskussion
- Vergleich Theorie/Experiment unter Berücksichtigung von Messfehlern.
Planung
- Bestimmung der Fallbeschleunigung g.
- Untersuchung des Newton´schen Gesetzes
- Bestimmung des Luftreibungskoeffizienten
- Neue Messtechnik auf der Basis von Videodatenverarbeitung.
Planung
- Bestimmung des Trägheitsmoments des Motors
- Bestimmung des Reibungskoeffizienten
- Bestimmung der Motorleistung (elektr., mechan.) und des Wirkungsgrades.
Versuche: Labor 2
Theorie
Schwerpunkte
- Brechungsindex
- Konvexlinsen (Sammellinsen)
- Konkavlinsen (Zerstreuungslinsen)
- Brennweitenbestimmung
- Bessel-Methode
Physikalische Größen
- f = Brennweite
- a = Objektweite
- a' = Bildweite
- n = Brechungsindex
- r = Krümmungsradius
Labor
Geräte
- Optische Bank (Phywe, Eigenentwicklung)
- Laser
Handhabung
- Messreihen aufnehmen
- Optische Justierung
Auswertung
Aufgabenstellung
- Messung der Reflektions- und Brechungswinkel.
- Bestimmung des Brechungsindexes
- Brennweitenbestimmung von Konvexlinsen
- Bestimmung der Brechzahl von Konvexlinsen
- Alle Analysen werden unter Berücksichtigung von Messfehlern durchgeführt.
Graphische Darstellung
- Ausfallswinkel = f (Einfallswinkel)
- Brennweite f = (Wellenlänge)
Ergebnisdiskussion
- Vergleich Theorie/Experiment unter Berücksichtigung von Messfehlern.
Theorie
Schwerpunkte
- Fixpunkte der Celcius-Temperaturskala.
- Aggregatzustandsänderungen
- Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität von Wasser und einigen Metallen.
- 1. Hauptsatz der Thermodynamik
Physikalische Größen
- cF = spezifische Wärmekapazität der Flüssigkeit
- CK = Wärmekapazität des Kalorimeters
- mw = Wasserwert des Kalorimeters
- Q = Wärme
- T = Temperatur
- m = Masse
- Wel = elektrische Energie, elektrische Arbeit
- U = elektrische Spannung
- I = elektrischer Strom
- t = Zeit
Labor
Geräte
- Kalorimeter (Phywe, Artikel-Nr 04401-00)
- Volt- und Amperemeter
- Messtechnik (Eigenentwicklung, Odroid XU4 Linux Mini-PC)
Handhabung
- Elektrische Verschaltung
- Aufnehmen von Messreihen
- Korrektes Ermitteln der Wassermassen
- Vermeiden von Temperaturunterschieden durch Umrühren
Auswertung
Aufgabenstellung
- Herleitung der Gleichung für cF und Berechnung der spezifischen Wärmekapazität von Wasser
- Bestimmung der Wärmekapazität einiger Festkörpers cFK
- Alle Analysen werden unter Berücksichtigung von Messfehlern durchgeführt.
Graphische Darstellung
- T (t): Darstellung des Temperaturverlaufs des Wassers/Festkörpers über die Zeit
Ergebnisdiskussion
- Vergleich der ermittelten c-Werte mit den Literaturwerten unter Berücksichtigung von Messfehlern.
Theorie
Schwerpunkte
- Grundlagen elektronischer Schaltungen unter Gleichstrombedingungen.
- Korrekte Verwendung des Multimeters mit Ableitung systematischer Messfehler.
- Gesetze der Reihen- und Parallelschaltung verschiedener Komponenten.
- Funktionsweise von Dioden/LEDs.
- Ohm'sches Gesetz: Theorie und Experiment.
- Kirchhoffsche Gesetze.
- Laden und Entladen von Kondensatoren.
Physikalische Größen
- U = elektrische Spannung
- I = elektrischer Strom
- R = Widerstand
- C = Kondensatorkapazität
Labor
Geräte
- Steckboard
- 5 Multimeter/Arbeitsplatz (Fluke 115).
- Widerstände, Kondensatoren, Dioden, LEDs.
Handhabung
- Elektrische Verbindungen
- Aufzeichnen von Messreihen
- Korrekte Messung von Strom und Spannung
Auswertung
Aufgabenstellung
- Untersuchung von passiven Bauteilen (Widerstände, Kondensatoren) in Parallel- und Reihenschaltung
- Herleitung des Ohm'schen Gesetzes.
- Untersuchung von Parallel- und Reihenschaltungen von passiven Bauteilen.
- Analyse der Funktionsweise einer LED.
- Untersuchung der Ladung und Entladung eines Kondensators.
- Alle Analysen werden unter Berücksichtigung von Messfehlern durchgeführt.
Graphische Darstellung
- U (I), U (t), I (T)
Ergebnisdiskussion
- Vergleich Theorie/Experiment unter Berücksichtigung von Messfehlern.
Theorie
Schwerpunkte
- Grundkenntnisse der Materie (Atomphysik).
- Grundkenntnisse über nachhaltige Energien.
- Grundkenntnisse über einige Energieumwandlungsprozesse.
- Untersuchung einer PV-Zelle (PVZ).
- Untersuchung der Leistung der Komponenten einer Produktions- und Speicherkette für Strom aus Photovoltaikzellen, z. B.:
- Untersuchung des Wirkungsgrades neuartiger Kondensatoren (Supercap, …).
- Untersuchung des Wirkungsgrades der Wasserstofferzeugung im Elektrolyseur.
- Untersuchung des Wirkungsgrades von Brennstoffzellen.
Physikalische Größen
- VOC = Leerlaufspannung
- ICC= Kurzschlussstrom
- MPP = Punkt der maximalen Leistung
- PMPP= Maximale elektrische Leistung
- VMPP= Optimale Spannung
- IMPP= Optimaler Strom
- U = elektrische Spannung
- I = elektrischer Strom
- t = Zeit
- P= Leistung
- h = Wirkungsgrad
- R = Gesamtwiderstand der Verbraucher
- …
Labor
Geräte
- PVZ+Elektrolyseur+Brennstoffzellen (Heliocentris-Academia, Dr. FuelCell – Professional)
- Messtechnik (Eigenentwicklung, Odroid XU4 Linux Mini-PC, H2-Produktionsmessung)
Handhabung
- Elektrische Verschaltung
- Aufnehmen von Messreihen
Auswertung
Aufgabenstellung
- Charakterisierung einer PVZ.
- Untersuchung eines auf PVZ-Kondensatoren basierenden Stromkraftwerks
- Untersuchung eines auf PVZ-Elektrolyseur-Brennstoffzellen basierenden Stromkraftwerks.
Graphische Darstellung
- U (I), P (R)
Ergebnisdiskussion
- Vergleich der erzielten Leistungen und Wirkungsgrade.
Planung
- Untersuchung der faseroptischen Effekte bei Laserübertragung.
- Messtechnik (Eigenentwicklung).
Planung
- Untersuchung der Eigenschaften der Ausbreitung von Ultraschallwellen in der Luft und in Medien.
- Messtechnik (Eigenentwicklung).
Planung
- Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit von Baumaterialien (Glas, Holz, ...).
- Messtechnik (Eigenentwicklung).
Planung
- Untersuchung der Eigenschaften einer Wärmepumpe.
- Messtechnik (Eigenentwicklung).
Planung
- Untersuchung der Eigenschaften von Gleichstrommotoren.
- Messtechnik (Eigenentwicklung).
Ansprechpartner
