Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck

Ein kleiner Modellroboter fährt eine vorgegebene Bahnkurve ab. Diese Bewegung wird mit zwei Videokameras festgehalten. Nachdem die Videos in den Rechner eingelesen und digitalisiert sind, beginnt die Auswertung der Größen Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck - numerisch und analytisch. Welches Verfahren bringt wohl die besseren Ergebnisse?

Themen: Bahnkurve, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Ruck, Kurvenanpassung, Gradientenabstieg, numerisches und analytisches Differenzieren.


Kreiselpräzession und Massenträgheitsmoment

Die Präzessionsbewegung einer Fahrradfelge wird studiert. Aus den gemessenen Winkelgeschwindigkeiten wird das Massenträgheitsmoment des Kreisels bestimmt.

Themen: Kreisbewegung, Drehimpuls, Drehmoment, Präzession, Nutation, technische Fotografie, Massenträgheitsmoment, Satz von Steiner, Messfehler, Fehlerfortpflanzung.



Pohlsches Rad

Die gedämpfte Schwingung eines Drehpendels wird mit Hilfe eines Digitaloszilloskops aufgezeichnet. Die Daten werden in einer Tabellenkalkulation weiterverarbeitet. Die schnelle Fourier Transformation führt manchen Praktikanten zum ersten praktischen Kontakt mit dem Frequenzbereich.

Themen: Schwingungs-Differenzialgleichung, Amplitude, Frequenz, Phasenwinkel, logarithmisches Dekrement, Dämpfung, Messfehler, Fehlerfortpflanzung.


Stehende Wellen und Beugung am Doppelspalt

Mit einem Mikrowellensender erzeugen wir stehende Wellen und ermitteln so die Wellenlänge und Frequenz des Senders. Dann folgt ein Beugungsexperiment am Doppelspalt. Der experimentell ermittelte Intensitätsverlauf wird mit der Fourier-Transformierten der Aperturfunktion verglichen.

Themen: Überlagerung, stehende Wellen, Beugung, Wellenzahlvektor, Aperturfunktion, Fourier-Optik, FFT.


Spezifischer Widerstand und Hallbeweglichkeit

In diesem Experiment wird der spezifische Widerstand eines Silizumwafers nach L.J. van der Pauw gemessen. Mittels Halleffekt wird dann die Hallbeweglichkeit bestimmt. Daraus lässt sich der Ladungsträgertyp (p oder n) und die Dotierungskonzentration auswerten.

Themen: Energiebandschema, Dotierung, Schottky-Kontakt, spezifischer Widerstand, Widerstandsmessung, Vier-Spitzen-Methode, Hallbeweglichkeit.


pn-Dioden und Solarzellen

Hier geht es um pn-Universaldioden, Fotodioden und Solarzellen. Sie haben ein gemeinsames physikalisches Funktionsprinzip. Ein tiefgreifendes Verständnis des pn-Übergangs ist für jegliche Elektronik unverzichtbar. Er ist nicht nur in den zu untersuchenden Dioden sondern beispielsweise auch in Bipolartransistoren und Sperrschichtfeldeffekttransistoren von Bedeutung.

Themen: Energiebandschema, pn-Übergang, Diodenfunktion, Sperrschichtkapazität, Fotoeffekt, Ladungsträgertrennung, Kenndaten einer Solarzelle.


Wärmeleitung

Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion sind Mechanismen, die nicht nur in der Elektrotechnik die Erwärmung durch Verlustleistung in Grenzen halten können. Im diesem Versuch geht es um ein einfaches physikalisches Modell zur Messung der Wärmeleitfähigkeit. Es ist so praxisnah, dass die daraus abgeleiteten Formeln zur Auslegung von Kühlkörpern elektronischer Bauelemente verwendet werden können.

Themen: Wärmetransport, Modellierung physikalischer Zusammenhänge, Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, thermischer Widerstand, thermische Kapazität, Zeitkonstante, Lastminderungskurve.




Wärmestrahlung und Infrarotbildtechnik

Warum "sieht" eine Videokamera auch noch nahe Infrarotstrahlung? Welche Strahlung geht von einem Schornsteinfeger aus? Was sagen Planck, Wien und Boltzman dazu? Diesen Fragen gehen wir mit einem Quotientenpyrometer und verschiedenen Infrarotfiltern auf den Grund.

Themen: Plancksches Strahlungsgesetz, Wiensches Verschiebungsgesetz, Energiebandschema des Si-Kristalls, Grenzwellenlänge, Pyrometrie, Emissiongrad, Kantenfilter.


Kreisprozesse

In diesem Versuch geht es um theoretische und technische Kreisprozesse. Die Funktion einer Wärmekraftmaschine wird studiert. Mit selbst entwickelter, berührungsloser Messtechnik soll das pV-Diagramm der laufenden Maschine am Ozilloskop dargestellt und mittels Kurvenanpassung ausgewertet werden.

Themen: Zustands- und Prozessgrößen, Kreisprozesse, Oszilloskop, Leistungsmessung, Pronyscher Zaum, theoretische und praktische Wirkungsgrade.


Dünne Linsen und einfache optische Abbildungen

Ergänzend zur Physikvorlesung werden elementare Abbildungen der geometrischen Optik studiert, wie sie zum Beispiel in der Optoelektronik angewendet werden.

Themen: Linsen, Konstruktion optischer Abbildungen, Verfahren zu Bestimmung der Brennweite, Lupe, Messfehler, Fehlerfortpflanzung.




Prismenspektrometer

Mit einem Glasprisma und einem Goniometer wird ein Prismenspektrometer aufgebaut. Im ersten Versuchsteil wird der Aufbau durch das charakteristische Spektrum einer Hg-Lampe kalibriert. Im zweiten Teil wird die Strahlung von Leuchtdioden analysiert.

Themen: Frequenz, Wellenlänge, Phasengeschwindigkeit, Brechung, Dispersion, Winkelmessung, Kalibrierung, Leuchtdioden, Messfehler, Fehlerfortpflanzung.


Beugung am Gitter

Mit einem Gitter wird ein Laserstrahl gebeugt. Aus den Messdaten wird die Wellenlänge des Laserlichtes bestimmt. In einem weiteren Versuch wird die Gitterkonstante einer gepressten CD ermittelt.

Themen: Beugung am Gitter, Gitterkonstante, Wellenlängenbestimmung, Laser.