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Grundlegende Experimentiertechnik im Physikunterricht

Autor	Jan-Peter Meyn
Verlag	De Gruyter Oldenbourg
Erscheinungsjahr	2013
Seitenanzahl	167 Seiten
ISBN	9783486721249
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	29,80 EUR

geräte für Schülerexperimente und Demonstrationen im Physikunterricht werden in physikalischer Sicht ausführlich besprochen, um von rezeptartigen Anleitungen unabhängig zu werden. Technische Optimierung und die Einbeziehung moderner Komponenten werden an Beispielen aufgezeigt.
In der 2. Auflage wurden neben speziellen Themen wie der Messung der Lichtgeschwindigkeit auch Lösungen für Alltagsprobleme ergänzt.

Jan-Peter Meyn, Friedrich-Alexander Universität Erlangen.

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Inhaltsverzeichnis

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

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