Martin Luther University Halle-Wittenberg

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Experimente

Themenkreise

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Themenkreise

Die Versuche, die Schülerinnen und Schüler im HaSP durchführen können, lassen sich grob drei Themenkreisen zuordnen: Nano - mikro - makro, Naturkonstanten und Photonik/Solartechnik.

Neben Versuchen aus diesen drei Themenkreisen können auch Experimente durchgeführt werden, welche sich nicht direkt in die oben genannten Kategorien einordnen lassen. Dazu gehören Versuche zur physikalischen Messtechnik (Statistische Auswertung, Kathodenstrahloszilloskop) sowie ein Versuch zur theoretischen Physik (Diffusionsbegrenztes Wachstum).

Versuche

Falls Sie Versuche im HaSP durchführen möchten, stöbern Sie bitte erstmal in den Versuchsbeschreibungen und in den Versuchsanleitungen (pdf).

Bei der Anmeldung nennen Sie uns bitte Ihre Wunschversuche oder Ihren Wunschthemenkreis.

Die Versuche lassen sich am besten in kleinen Teams durchführen, also zu zweit oder zu dritt. Vielleicht finden Sie MitstreiterInnen für Ihr Praktikum.


Rastertunnelmikroskop

Rastertunnelmikroskop

Rastertunnelmikroskop

V1 - Untersuchung von Oberflächen mit atomarer Auflösung mit dem Rastertunnelmikroskop

Mit dem Rastertunnelmikroskop lassen sich einzelne Atome von Festkörperoberflächen abbilden. Dabei wird der quantentheoretische Tunneleffekt genutzt. In diesem Versuch werden Graphen- und Goldoberflächen untersucht.

Themenkreis: Nano-mikro-makro.

Versuchsanleitung
Versuchsanleitung V1.pdf (5.5 MB)  vom 26.10.2018


Röntgenstrahlbeugung

Röntgenstrahlbeugung

Röntgenstrahlbeugung

V2 - Bestimmung von Kristallstrukturen mittels Röntgenstrahlbeugung

Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen mit sehr hoher Energie und kleiner Wellenlänge. Deshalb lässt sich mit ihnen der Aufbau von Kristallgittern (regelmäßigen Anordnungen von Atomen) genau untersuchen.

Themenkreis: Nano-mikro-makro.

Versuchsanleitung
v2-klein.pdf (662.7 KB)  vom 18.09.2017


Kritischer Punkt

Kritischer Punkt

Kritischer Punkt

V3 - Bestimmung des kritischen Punkts eines Gases

Senkt man die Temperatur T oder erhöht den Druck p, so wird ein Gas in der Regel flüssig; man spricht von einem Phasenübergang gasförmig-flüssig. Der kritische Punkt ist durch eine bestimmte Temperatur und einen bestimmten Druck definiert: In diesem Zustand sind die Agregatzustände (Phasen) gasförmig und flüssig nicht mehr voneinander zu unterscheiden.

In diesem Versuch wird der kritische Punkt aus den Isothemen im pV-Diagramm ermittelt.

Themenkreis: Naturkonstanten.

Versuchsanleitung
v3-klein.pdf (465.4 KB)  vom 18.09.2017


Wärmeleitung

Wärmeleitung

Wärmeleitung

V4 - Untersuchung der Wärmeleitung in Metallen

Erhitzt man einen Metallstab an einem Ende, so wird auch das andere Ende des Metallstabes mit der Zeit seine Temperatur erhöhen. Dieses Phänomen wird als Wärmeleitung bezeichnet und ist sehr stark materialabhängig.

In einem Experiment wird die Temperaturerhöhung in Abhängigkeit von der Zeit und des Abstandes von der Wärmequelle für verschiedene Materialien bestimmt.

Themenkreis: Naturkonstanten.

Versuchsanleitung
v4-klein.pdf (371.5 KB)  vom 18.09.2017


Optische Pinzette

Optische Pinzette

Optische Pinzette

V5 - Mikroteilchen mit Licht einfangen - die Optische Pinzette

Mikroskopisch kleine Teilchen können bequem unter einem Mikroskop sichtbar gemacht werden. Diese Teilchen lassen sich außerdem mit einer Optischen Pinzette "einfangen". Eine Optische Pinzette ist ein fokussierter Laserstrahl, mit dem die mikrometergroßen Teilchen wechselwirken. Diese können somit gefangen und sogar bewegt werden.

Themenkreis: Nano-mikro-makro.

Versuchsanleitung
v5-klein.pdf (495.8 KB)  vom 18.09.2017


Quantenradierer

Quantenradierer

Quantenradierer

V6 - Einblicke in die mysteriöse Welt der Quanten - der Quantenradierer

In der Welt des sehr Kleinen, also in der Quantenwelt, verhalten sich physikalische Objekte anders, als wir es gewohnt sind. Manchmal agieren sie wie Teilchen, manchmal wie Wellen: mysteriös!

In ersten Teil dieses Versuchs bauen wir ein legendäres Quantenexperiment nach, nämlich das Doppelspaltexperiment mit Elektronen, welche ein Interferenzmuster (eine typische Welleneigenschaft) aufzeigen. Hier verwenden wir allerdings polarisierte Laserstrahlen in einem Mach-Zehnder-Interferometer und lernen, wie man Quanteninformationen löschen, also ausradieren, kann.

Im zweiten Teil dieses Versuchs (Quantenradierer selbst gemacht) bauen wir einen Quantenradierer mit Mitteln, wie sie im Haushalt vorhanden sind.

Themenkreis: Nano-mikro-makro.

Versuchsanleitung V6 Quantenradierer
Versuchsanleitung.pdf (4.5 MB)  vom 24.01.2019

Versuchsanleitung V6 Quantenradierer selbst gemacht
Versuchsanleitung.pdf (10.1 MB)  vom 04.02.2019


Fotoeffekt

Fotoeffekt

Fotoeffekt

V7-  Bestimmung des Planck'schen Wirkungsquantums mit dem Fotoeffekt

Der Fotoeffekt bildet eine Grundlage der Quantentheorie. Bestrahlt man eine geladene Metallplatte mit Licht, so können Elektronen herausgelöst werden. Die kinetische Energie dieser herausgelösten Elektronen hängt nicht von der Intensität, sondern lediglich von der Frequenz des Lichtes ab. Kennen wir die Energie der herausgelösten Elektronen und die Frequenz des Lichts, lässt sich mit Hilfe der Einstein-Formel (Zusammenhang zwischen Energie und Frequenz des Lichts) das Planck'sche Wirkungsquantum bestimmen. Diese Größe ist für die Quantentheorie sehr wichtig.

Für die theoretische Erklärung des Fotoeffekts erhielt Albert Einstein im Jahr 1921 den Nobelpreis für Physik.

Themenkreis: Nano-nikro-makro, Naturkonstanten.

Versuchsanleitung
v7-klein.pdf (425.9 KB)  vom 18.09.2017


Fadenstrahlrohr

Fadenstrahlrohr

Fadenstrahlrohr

V9 - Bestimmung von e/m mit dem Fadenstrahlrohr

Ein Elektronenstrahl wird in einem homogenen Magnetfeld, aufgrund der Lorentz-Kraft, auf eine Kreisbahn gelenkt. Je nach Stärke des Magnetfeldes variiert der Radius dieser Bahn.

Mit Fadenstrahlrohr bestimmen wir das fundamentale Verhältnis von Elektronenladung e zur Elektronenmasse m.

Themenkreis: Naturkonstanten.

Versuchsanleitung
v9-klein.pdf (607.7 KB)  vom 18.09.2017


Millikan-Versuch

Millikan-Versuch

Millikan-Versuch

V10 - Bestimmung der Elektronenladung - der Millikan-Versuch

Mit einem Zerstäuber werden feinste Öltröpfchen in einen Plattenkondensator eingebracht. Aufgrund der Luftreibung sind diese bereits geladen. Mit Hilfe des elektrischen Feldes im Plattenkondensator versucht man, die Gravitationskraft und die elektrische Kraftwirkung auf das geladene Öltröpfchen auszugleichen und damit die Elementarladung e zu bestimmen.

Für dieses Experiment erhielt Robert Andrews Millikan im Jahr 1923 den Nobelpreis für Physik.

Themenkreis: Naturkonstanten.

Versuchsanleitung
v10-klein.pdf (539.9 KB)  vom 18.09.2017


V11 - Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit

Licht ist eine elektromagnetische Welle. Reflektiert man einen Laserstrahl an einem Spiegel, so entsteht eine Phasenverschiebung, aus der sich die Lichtgeschwindigkeit bestimmen lässt.

Alternativ könenn sich die Schüler überlegen, wie man mit Hilfe einem Mikrowellenofen und einer Tafel Schokolade ebenfalls einen Wert für die Lichtgeschwindigkeit erhält.

Themenkreis: Naturkonstanten, Photonik.

Versuchsanleitung
v11-klein.pdf (387.6 KB)  vom 18.09.2017


V12 - Leuchtende Luft - der Superstrahler

Zahlreiche Materialien eignen sich dazu, einen Laser herzustellen. Je nachdem, woraus der Laser konstruiert wurde, erhält man unterschiedliche Frequenzen des ausgestrahlten Lichts.

Im Versuch Superstrahler bauen die PraktikantInnen einen Stickstofflaser. Dabei wird der Stickstoff, der in der Luft enthalten ist, in einem starken elektrischen Feld zwischen zwei Metallplatten zum Leuchten gebracht.

Themenkreis: Photonik

Versuchsanleitung
v12-klein.pdf (511.5 KB)  vom 18.09.2017


Statistische Auswertung

Statistische Auswertung

Statistische Auswertung

V13 - Statistische Auswertung

Mit Hilfe eines Fadenpendels werden Grundlagen zur statistischen Auswertung und Fehlerrechung bei physikalischen Experimenten verdeutlicht. Diese Grundlagen werden auch im ersten Semester des Physikstudiums vermittelt.

Themenkreis: -.

Versuchsanleitung
v13-klein.pdf (391.2 KB)  vom 18.09.2017


Kathodenstrahloszilloskop

Kathodenstrahloszilloskop

Kathodenstrahloszilloskop

V14 - Untersuchung von Schwingungen und Wellen mit dem Kathodenstrahloszilloskop

Mit einem Kathodenstrahloszilloskop lassen sich elektrische Schwingungen mit hoher Frequenz bildlich darstellen. Am Beispiel einer Stimmgabel und eines Frequenzgenerators können interessante Lissajous'sche Klangfiguren erzeugt werden.

Themenkreis: -.

Versuchsanleitung
v14-klein.pdf (704.9 KB)  vom 18.09.2017


Diffusionsbegrenztes Wachstum

Diffusionsbegrenztes Wachstum

Diffusionsbegrenztes Wachstum

V15 - Diffusionsbegrenztes Wachstum (Theorie-Versuch)

Bei chemischen Fällungsreaktionen bilden sich mikroskopische Atomcluster mit zufälliger Struktur, welche mitunter an Schneeflocken erinnern. Diese fraktalen Strukturen können mit einem einfachen Diffusionsmodell für das Wachstum erklärt werden.

In diesem Versuch werden experimentelle Resultate mit denen theoretischer Simulationen (Computerprogramm) verglichen.

Themenkreis: -.

Versuchsanleitung
v15-klein.pdf (574.9 KB)  vom 18.09.2017


V16 - Bestimmung von Absorptionskurven mit den Spektralfotometer

Chlorophylle sind bekannt als grüner Pflanzenfarbstoff. Mit Hilfe eines Spektralfotometers wird die Absorptionskurve einer alkoholischen Chlorophyllprobe bestimmt. Aus dieser Absorptionskurve wird im Anschluss das Verhältnis von Chlorophyll a und Chlorophyl b ermittelt.

Themenkreis: Photonik.

Versuchsanleitung
v16-klein.pdf (510.1 KB)  vom 18.09.2017


Magnetisches Fallrohr

Magnetisches Fallrohr

Magnetisches Fallrohr

V17 - Bestimmung der Fallbeschleunigung mit dem magnetischen Fallrohr

Durch ein zeitlich veränderliches Magnetfeld wird in einer Spule eine elektrische Spannung induziert. Diese Induktion wird genutzt, um die Fallbeschleunigung g zu messen. Dazu lassen wir Dauermagneten frei durch eine Reihe von Spulen fallen. Aus der Analyse der Durchgänge wird die Fallbeschleunigung g ermittelt.

Mit diesem Versuch werden Gesetze der Mechanik sowie der Elektrodynamik gleichermaßen erlernt.

Themenkreis: Naturkonstanten.

Versuchsanleitung
v17-klein.pdf (467.4 KB)  vom 18.09.2017


Optische Grundgesetze

Optische Grundgesetze

Optische Grundgesetze

V18 - Optische Grundgesetze

Die geometrische Optik befasst sich mit den Phänomen der Lichtausbreitung in Medien; die Ausbreitung wird durch Lichtstrahlen beschrieben (im Gegensatz zur Beschreibung mittels Lichtwellen). In diesen Versuchen studieren wir Lichtreflexion, Lichtbrechung und Totalreflexion.

Themenkreis: Photonik.

Versuchsanleitung
v18-klein.pdf (631.5 KB)  vom 18.09.2017


Röntgendiffraktometer

Röntgendiffraktometer

Röntgendiffraktometer

V19 -  Bestimmung von Koeffizienten der Röntgenabsorption

Röntgenstrahlung kann Materie durchdringen, wird jedoch dabei je nach Stoffart unterschiedlich stark geschwächt. Damit lassen sich Einblicke in das Innere des menschlichen Körpers gewinnen (Röntgenbild). Diese Eigenschaft wurde bereits wenige Wochen nach der Strahlung selbst entdeckt und führte zu wesentlichen Anwendungen in der medizinischen Diagnostik.

In diesem Versuch werden die Abschwächungen von Röntgenstrahlung (Absorptionskoeffizienten) in verschiedenen Stoffen bestimmt.

Themenkreis: Nano-mikro-makro.

Versuchsanleitung
v19-klein.pdf (448.3 KB)  vom 18.09.2017


Elektrokardiogramm

Elektrokardiogramm

Elektrokardiogramm

V20 - EKG und EMG

Die rhythmische Kontraktion des Herzmuskels wird durch eine elektrische Erregung der Herzzellen verursacht, die am Sinusknoten beginnt und sich in charakteristischer Weise über das gesamte Herz ausbreitet. Die Aktionspotentiale aller Zellen ergeben ein dreidimensionales elektrisches Dipolfeld des Herzens. Dieses Feld breitet sich auch im gesamten Organismus aus, wobei es durch den elektrischen Widerstand geschwächt wird. Auf der Hautoberfläche können deshalb die elektrischen Vorgänge bei der Reizausbreitung im Herzen gemessen werden.

In diesem Versuch werden Elektrokardiogramme (EKG) und Elektromyogramme (EMG) aufgenommen und ausgewertet.

Themenkreis: -.

Versuchsanleitung
v20-klein.pdf (1019 KB)  vom 18.09.2017


Reversionspendel

Reversionspendel

Reversionspendel

V21 - Bestimmung der Fallbeschleunigung mit dem Reversionspendel

Die Fallbeschleunigung wird oft anhand mathematischer Pendel diskutiert, jedoch mit physikalischen Pendeln (Beispiel: Fadenpendel) gemessen. Dadurch weichen notgedrungen Messergebnisse von realen Experimenten von den Modellresultaten ab. Das Reversionspendel eliminiert nun einige dieser Abweichungen und erlaubt somit eine genaue Bestimmung der Fallbeschleunigung g.

Themenkreis: Naturkonstanten.

Versuchsanleitung
v21-a5-klein.pdf (110.3 KB)  vom 25.09.2017


Aufbau des Versuchs Thermoelektrik

Aufbau des Versuchs Thermoelektrik

Aufbau des Versuchs Thermoelektrik

V22 - Thermoelektrik

Die Thermoelektrik widmet sich der Frage, wie man Wärme direkt in elektrische Energie umwandeln kann. In diesem Versuch werden zwei grundlegende Effekte der Thermoelektrik untersucht: der Seebeck- und der Peltier-Effekt. Neben der Bestimmung des Seebeck- und des Peltier-Koeffizienten werden unter anderem die Güte der Peltier-Wärmepumpe sowie Einflüsse der Umgebung quantitativ ermittelt.

Themenkreis: -

Versuchsanleitung
Versuchsanleitung.pdf (3.6 MB)  vom 10.07.2018


Aufbau des Versuche Rheologie

Aufbau des Versuche Rheologie

Aufbau des Versuche Rheologie

V23 - Rheologie

Die Rheologie befasst sich mit der Frage nach dem Fließverhalten von Fluiden, also von Flüssigkeiten und Gasen. Im ersten Teil dieses Versuchs wird der Zuckergehalt von Erfrischungsgetränken mit Hilfe eines Höppler-Viskosimeters bestimmt. Im zweiten Teil wird die Zähigkeit (Viskosität) von Flüssigkeiten quantitativ untersucht.

Themenkreis: Nano-mikro-makro

Versuchsanleitung
V23 - Versuchsanleitung.pdf (4.6 MB)  vom 24.08.2018

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