Praktikum Der Physik

ISBN-13: 9783519430162 / Niemiecki / Miękka / 1985 / 428 str.

Wilhelm Walcher

Opis

Die Entwicklung der Physik in den letzten Jahrzehnten und erst recht in der jungeren Vergangenheit ist durch eine ungeheure Ausweitung der Erkenntnisse und deren immer starkere Mathematisierung gekennzeichnet. Das hat dazu gefuhrt - und diese Tendenz greift von Jahr zu Jahr mehr und mehr um sich - dass schon in den Anfangervorlesungen ein wesentliches Element der naturwissenschaftlichen Methode, namlich das induktive Erfassen der Phanomene und Vorgange, vernachlassigt wird gegenuber der beschreibenden Vermittlung eines "fertigen Lehrgebaudes" und der Deduktion der Zusammenhange aus der Theorie. Damit geht ein entscheidender Bestandteil der Naturwissenschaft in der Ausbildung des kunftigen Naturwissen schaftlers - gleich ob Lehrer oder Forscher - verloren: die Beruhrung mit dem Gegenstand der Physik, den greifbaren und greifbar zu machenden Dingen unserer Umwelt von Anfang an. Auf diese Weise erhalt der Student eine schiefe Vorstellung von Inhalt und Aufgabe der Naturwissenschaft. Insbesondere demjenigen, dessen spatere Tatigkeit auf neuen Erkenntnissen der Physik fusst - das gilt fur den Mediziner und Ingenieur ebenso wie fur jeden Naturwissenschaftler - wird der Zugang zu den Realitaten erschwert. Um so notwendiger ist es heute, den Kontakt zu den realen Objekten durch ein "Praktikum" herzustellen und diesem Praktikum im Rahmen der Ausbildung den angemessenen Platz zu belassen. Viele Versuche in den letzten Jahren, das Physikalische Praktikum in anderer Weise als der althergebrachten in den Physikunterricht einzuordnen, seine Inhalte und Formen neu zu bestimmen, haben keine entscheidenden Veranderungen am klassischen Kanon der Praktikumsversuche gebracht."

Spis treści

1 Einleitung.- 1.1 Physikalische Größen und ihre Einheiten.- 1.1.1 Messung und Physikalische Größe.- 1.1.2 Physikalische Größen- und Begriffs-Systeme.- 1.1.3 Einheitensysteme.- 1.1.4 Stoffmenge als Physikalische Größe.- 1.1.5 Formulierung physikalischer Aussagen und physikalischer Zusammenhänge.- 1.2 Auswertung von Messungen. Meßunsicherheit.- 1.2.1 Aufgabenstellung.- 1.2.2 Systematische Meßabweichungen.- 1.2.3 Zufällige oder statistische Meßabweichungen.- 1.2.4 Fehlergrenzen.- 1.2.5 Auswertung direkter Messungen.- 1.2.6 Meßergebnis.- 1.2.7 Normalverteilung.- 1.2.8 Auswertung bei indirekten Messungen. Fortpflanzung von Unsicherheiten.- 1.2.9 Gewogener Mittelwert.- 1.2.10 Ausgleichende Auswertung. Ausgleichsgerade. Lineare Regression. Methode der kleinsten (Abweichungs-)quadrate.- 1.2.11 Praktische Hinweise.- 1.3 Regeln für das Arbeiten im Praktikum und Laboratorium.- 1.3.1 Hilfsmittel.- 1.3.2 Vorbereitung.- 1.3.3 Durchführung.- 1.3.4 Protokoll.- 1.3.5 Auswertung.- 2 Mechanik und Akustik.- 2.1 Längenmessung.- 2.1.0 Grundlagen.- 2.1.1 Schieblehre.- 2.1.2 Schraubenmikrometer.- 2.1.3 Kathetometer.- 2.1.4 Elektrische Messung von Längen und Längenänderungen.- 2.2 Massenmessung.- 2.2.0 Grundlagen.- 2.2.1 Die herkömmliche Analysenwaage.- 2.2.2 Moderne Formen der Analysenwaage.- 2.3 Dichtemessung.- 2.3.0 Grundlagen.- 2.3.1 Hydrostatische Waage.- 2.3.2 Bestimmung der relativen Dichte von Flüssigkeiten.- 2.3.3 Bestimmung der Dichte der Luft.- 2.3.4 Bestimmung relativer Gasdichten mit dem Bunsenschen Effusiometer.- 2.4 Elastizität.- 2.4.0 Grundlagen.- 2.4.1 Bestimmung des Elastizitätsmoduls durch Dehnung.- 2.4.2 Bestimmung der Dehnung durch Widerstandsmessung. Modellversuch zum Dehnungsmeßstreifen.- 2.4.3 Bestimmung des Schubmoduls durch statische Verdrillung.- 2.4.4 Bestimmung des Schubmoduls aus Drehschwingungen.- 2.4.5 Bestimmung des Trägheitsmoments aus Drehschwingungen.- 2.4.6 Bestimmung des Elastizitätsmoduls aus der Biegung eines Balkens.- 2.5 Oberflächenspannung. Grenzflächenspannung.- 2.5.0 Grundlagen.- 2.5.1 Bestimmung der Oberflächenspannung nach der Abreißmethode.- 2.5.2 Bestimmung der Oberflächenspannung aus der kapillaren Steighöhe.- 2.6 Dynamische Viskosität.- 2.6.0 Grundlagen.- 2.6.1 Messung der dynamischen Viskosität nach Hagen-Poiseuille.- 2.6.2 Messung der dynamischen Viskosität nach Stokes.- 2.7 Schwingungen.- 2.7.0 Grundlagen.- 2.7.1 Bestimmung der Schwerefeldstärke mit dem mathematischen Pendel.- 2.7.2 Das physische Pendel bei großen Amplituden.- 2.7.3 Federpendel.- 2.7.4 Erzwungene Schwingungen eines Drehpendels. Resonanzverhalten.- 2.7.5 Gekoppelte Pendel.- 2.8 Schall.- 2.8.0 Grundlagen.- 2.8.1 Bestimmung der Schallgeschwindigkeit mit der Kundtschen Röhre.- 2.8.2 Messung der Schallgeschwindigkeit in Gasen und Bestimmung des Adiabatenexponenten.- 2.8.3 Messung der Frequenz mit dem Quinckeschen Resonanzrohr.- 3 Wärmelehre.- 3.0 Vorbemerkung.- 3.1 Spezifische Wärmekapazität.- 3.1.0 Grundlagen.- 3.1.1 Wärmekapazität eines Kalorimetergefäßes.- 3.1.2 Spezifische Wärmekapazität fester Körper.- 3.1.3 Spezifische Wärmekapazität des Wassers.- 3.2 Latente Wärmen.- 3.2.0 Grundlagen.- 3.2.1 Schmelzwärme des Eises.- 3.2.2 Verdampfungswärme des Wassers nach der Kondensationsmethode.- 3.3 Gase und Dämpfe.- 3.3.0 Grundlagen.- 3.3.1 Gasthermometer.- 3.3.2 Bestimmung des Adiabatenexponenten ?0 (Polytropenexponenten ?) der Luft nach Clément-Desormes.- 3.3.3 Bestimmung des Adiabatenexponenten ?0 (Polytropenexponenten ?) der Luft nach Rüchardt.- 3.3.4 Dampfdruck des Wassers.- 3.3.5 Bestimmung der Luftfeuchtigkeit.- 3.4 Relative Molekülmasse (Molekulargewicht).- 3.4.0 Grundlagen.- 3.4.1 Bestimmung der Molaren Masse nach Viktor Meyer.- 3.4.2 Bestimmung der Molaren Masse nach Dumas.- 4 Optik.- 4.0 Optische Versuchsaufbauten. Lichtquellen.- 4.1 Linsen.- 4.1.0 Grundlagen und technische Vorbemerkungen.- 4.1.1 Brennweite dünner Linsen.- 4.1.2 Linsenfehler.- 4.1.3 Dicke Linsen und Linsensysteme.- 4.2 Optische Instrumente.- 4.2.0 Grundlagen.- 4.2.1 Fernrohr.- 4.2.2 Lupe und Mikroskop.- 4.3 Spektrometer.- 4.3.0 Grundlagen und technische Vorbemerkungen.- 4.3.1 Wellenlängenmessung.- 4.3.2 Auflösungsvermögen.- 4.4 Brechung, Reflexion, Extinktion.- 4.4.0 Grundlagen.- 4.4.1 Brechzahl eines Prismas mit dem Spektrometer.- 4.4.2 Abbe-Refraktometer.- 4.4.3 Lichtschwächung. Reflexion. Extinktion.- 4.5 Messung lichttechnischer Größen (Photometrie).- 4.5.0 Grundlagen.- 4.5.1 Objektive Photometrie. Belichtungsmesser.- 4.5.2 Optische Pyrometrie.- 4.6 Interferenz.- 4.6.0 Grundlagen.- 4.6.1 Newtonsche Ringe.- 4.7 Beugung.- 4.7.0 Grundlagen.- 4.7.1 Beugung am (Einzel-)Spalt.- 4.7.2 Beugung am Doppelspalt.- 4.7.3 Beugungsgitter.- 4.8 Polarisation.- 4.8.0 Grundlagen.- 4.8.1 Drehung der Schwingungsebene polarisierten Lichts durch Zukkerlösungen („Saccharimetrie“).- 4.8.2 Drehsinn und Drehvermögen von Quarz. Rotationsdispersion.- 5 Elektrizitätslehre.- 5.0 Vorbemerkungen.- 5.0.1 Elektrische Schaltzeichen.- 5.0.2 Grundlagen.- 5.0.3 Meßinstrumente. Hilfsgeräte.- 5.1 Widerstand. Leitwert.- 5.1.1 Innerer Widerstand von Meßinstrumenten. Widerstandsmessung durch Strom- und Spannungsmessung.- 5.1.2 Temperaturkoeffizient von Leitern.- 5.1.3 Kennlinien von Leitern.- 5.1.4 Messung des (Wirk-)Widerstandes (Gleichstromwiderstand) mit der Wheatstone-Brücke.- 5.1.5 Wechselstromwiderstand (Impedanz). Messung von Kapazitäten und Induktivitäten. Frequenzabhängige Spannungsteiler.- 5.1.6 Messungen mit dem Elektronenstrahl-Oszillographen.- 5.2 Spannungsquellen.- 5.2.0 Grundlagen.- 5.2.1 Messung von Quellenspannung und innerem Widerstand bei einem Trockenelement.- 5.2.2 Messung von Quellenspannung und innerem Widerstand beim Bleiakkumulator.- 5.2.3 Messung der Ausgangscharakteristik eines spannungsstabilisierten Netzgeräts.- 5.2.4 Messung der Thermospannung eines Thermoelements nach der Kompensationsmethode.- 5.3 Elektrolyse.- 5.3.0 Grundlagen.- 5.3.1 Messung der Faraday-Konstante durch Elektrolyse von Schwefelsäure (Wasserzersetzung).- 5.3.2 Messung der Faraday-Konstante durch Elektrolyse einer Kupfersulfatlösung.- 5.4 Magnetfelder.- 5.4.0 Grundlagen.- 5.4.1 Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule.- 5.4.2 Messung von Gegeninduktivitäten.- 5.5 Aktive elektronische Bauelemente.- 5.5.0 Grundlagen.- 5.5.1 Anlaufstrom-Kennlinie einer Hochvakuum-Diode.- 5.5.2 Raumladungs- und Sättigungskennlinie einer Hochvakuum-Diode.- 5.5.3 Kennlinienfeld einer Triode.- 5.5.4 Kennlinie einer Halbleiterdiode und ihre Abhängigkeit von der Temperatur.- 5.5.5 Kennlinien eines npn-Transistors.- 5.5.6 Transistorverstärker in Emitterschaltung.- 5.5.7 Operationsverstärker.- 5.6 Aperiodische und periodische Vorgänge.- 5.6.1 Schaltvorgänge. Zeitkonstanten.- 5.6.2 Elektrische Schwingungen.- 6 Atomphysik.- 6.1 Elementarladung und spezifische Ladung des Elektrons.- 6.1.0 Grundlagen.- 6.1.1 Bestimmung der elektrischen Elementarladung nach Millikan.- 6.1.2 Bestimmung der spezifischen Elektronenladung nach Busch.- 6.2 Planck-Konstante.- 6.2.0 Grundlagen.- 6.2.1 Bestimmung von h/e und ? aus dem lichtelektrischen Effekt.- 6.3 Röntgenlicht.- 6.3.0 Grundlagen.- 6.3.1 Absorption von Röntgenlicht.- 6.4 Radioaktivität.- 6.4.0 Grundlagen.- 6.4.1 Halbwertszeit von Thoriumemanation.- 6.4.2 Ionisierung der Luft durch radioaktive Strahlung.- 6.4.3 Reichweite von ?-Strahlen.- 6.4.4 Absorption von ?- und ?-Strahlung.- 7 Elementare Behandlung von Schwingungsgleichungen.- 7.1 Die ungedämpfte, freie, harmonische Schwingung.- 7.2 Die gedämpfte Schwingung.- 7.3 Die erzwungene Schwingung.- 7.4 Gekoppelte Schwingungen.- 7.5 Aufgaben.- 8 Digitale Elektronik. Schaltalgebra.- 8.0 Grundlagen.- 8.0.1 Allgemeine Vorbemerkungen.- 8.0.2 Logische Verknüpfungen.- 8.0.3 Axiome und Rechenregeln für die Boolesche Algebra.- 8.0.4 Positive und negative Logik.- 8.1 Torschaltungen (Gatter).- 8.1.0 Vorbemerkungen.- 8.1.1 Untersuchung eines NAND-NOR-Gatters.- 8.1.2 Vereinfachung einer logischen Schaltung.- 8.1.3 Äquivalenz. Wechselschaltung.- 8.2 Kippstufen (Multivibratoren).- 8.2.0 Grundlagen.- 8.2.1 Astabile Kippstufe. Multivibrator.- 8.2.2 Monostabile Kippstufe. Univibrator.- 8.2.3 Bistabile Kippstufe. Flip-Flop.- 8.2.4 Schmitt-Trigger.- 8 3 Zähler, Untersetzer, Frequenzteiler.- 8.3.0 Grundlagen.- 8.3.1 Gang des Versuchs und Auswertung.- 9 Anmerkungen.- 10 Erweiterungen.- Tabellen-Anhang.- Periodensystem der Elemente.

O autorze

Prof. em. Dr. Wilhelm Walcher ist tätig an der Universität in Marburg am Institut für experimentelle Physik.