Demonstrationsversuche zur Elektrodynamik
Elektrodynamik
Elektrodynamik
Anziehung u. Abstoßung von Ladungen
Material
- Glas und Kunststoffstab
- Katzenfell, Wolle oder Leder
- drehbar gelagerter Kunststoffstab
- Holundermarkkugeln
- Lineal
- Elektrometer
- Projektor
Beschreibung
Kunststoffstab und Glasstab werden aufgeladen
Katzenfell und Kunststoffstab = +
Leder oder Baumwolle und Glasstab = -
Die Ladungen werden durch Abstoßung bzw. Anziehung der Holundermarkkugeln oder durch Drehung eines Kunststoffstabes oder am Elektrometer anschaubar gemacht. Dieses kann mittels Projektor abgebildet werden.
Bleiakku
Material
- 2 Bleielektroden
- Küvette mit 5%iger H2SO4
- Netzteil (Konstanter 2*20 V)
- Demo-Voltmeter (3 V), Demo-Amperemeter (300 mA)
- Glühlampe (2,5 V)
Beschreibung
Der Bleiakku wird 1-2 Minuten mit 300-400 mA aufgeladen. Dann wird der Akku vom Netzgerät getrennt und mit der Glühlampe und dem Voltmeter verbunden. Die Glühlampe brennt ca. 2-3 Minuten, die Akku-Spannung beträgt 1,5-2 V.
Elektrische Feldlinien
Material
- Gerätesatz elektrische Feldlinien
- Hochspannungsnetzteil (10 kV)
- Overheadprojektor
Beschreibung
Durch das Ausrichten von kleinen Teilchen wird der Feldlinienverlauf sichtbar; dazu wird die geschlossene Küvette mit Öl und Grießkörnern (vorher schütteln) auf die Platten mit den verschiedenen Elektrodenanordnungen gestellt und mittels Overheadprojektor gezeigt.
Elektromagnetischer Tonabnehmer
Material
- Spule, n = 10000 Wdg. mit Eisenkern und Neodym Magnet
- Stahlsaite, d = 0,6 mm
- Saitenspanner, Schaller
- AC Verstärker, Ley 522 61
- Oszilloskop
- BNC Kabel
- Stativmaterial
Beschreibung
Die schwingende Saite, mit der Hand angezupft, ändert das Magnetfeld vor der Spule periodisch. Dieses sich ändernde Magnetfeld induziert in der Spule eine Wechselspannung gleicher Frequenz, die am Oszilloskop beobachtet werden kann.
Zur Simulation der elektrischen Gitarre kann das Signal über einen Anschluss an AC Verstärker und Lautsprecher hörbar gemacht werden.
Halleffekt mit Wasser
Material
- Küvette für Halleffekt
- Demo-Multimeter 1 V
- Stromquelle 2,5 A
- Messverstärker
- 2 Spulen (500 Wdg.), U-Kern, 2 Polschuhe
- Wasserpumpe
Beschreibung
Durch einen schmalen Kanal (ca. 35*1 mm), der sich in einem Magnetfeld befindet, fließt Wasser. Oben und unten im Kanal befinden sich Abgriffe für die Hallspannung. Die Durchflussrichtung und -menge des Wasser sowie die Stärke und Richtung des Magnetfeldes können verändert werden.
Induktion 2
Material
- Stabmagnet
- Demo-Voltmeter (100 mV)
- Leybold Spule (1000 Wdg.)
Beschreibung
Nullpunkt des Demo-Voltmeter auf Mittelstellung bringen. Die induzierte Spannung ändert ihr Vorzeichen je nachdem, ob man den Stabmagneten in die Spule hinein- oder hinauszieht.
Induktion im Magnetfeld eines Helmholtzspulenpaares bei veränderlichem Magnetfeld
Material
- 3 Helmholtz Spulen, n = 320 Wdg.
- 1 Funktionsgenerator FG 100 (3B Scientific)
- 1 Oszilloskop
- 1 Potentiometer 10 Ohm
- Stativmaterial
Beschreibung
Durch Anlegen eines sinusförmigen (ca. 30 Hz) oder rechteckförmigen (ca. 4 Hz) Signals an das Helmholtz-Spulenpaar, wird in der mittleren Spule eine Spannung induziert, deren Betrag durch Drehen oder Hinein- oder Herausschieben der mittleren Spule aus dem Feld verändert werden kann. Beide Signale werden am Oszilloskop beobachtet.
Influenzmaschine
Material
- Influenzmaschine (Wimshurst)
Beschreibung
Zur gefahrlosen Erzeugung hoher Gleichspannungen. Antrieb über Handkurbel und Riemen; einschließlich 2 Leidener Flaschen.
- Funkenlänge: max. 12 cm
- Durchmesser: 31 cm
- Abmessungen: 29 cm· 36 cm · 45 cm
- Kurzschlussstrom max.: <= 30 µA
Kondensator (Laden und Entladen)
Material
- Elektrolytkondensator (0,22 F, 10 V)
- Widerstandsdekade
- Netzteil (Gossen, 2 x 20 V)
- Morsetaster
- Demo-Voltmeter (10 V)
- Speicheroszilloskop (Hameg)
Beschreibung
Der Kondensator 0,22 F wird über einen 10 Ohm Widerstand aus der Widerstandsdekade ge- und entladen. Der Strom- und Spannungsverlauf wird am Speicheroszilloskop dargestellt.
Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld 2
Material
- Netzgerät EA-PS 9032
- 2 Leiterschaukeln mit Halter
- Overhead Projektor
- Stativmaterial
Beschreibung
Die Leiterschaukeln werden einmal parallel (Anziehung) und einmal in Reihe (Abstoßung) beschaltet. Die Projektion erfolgt mit Hilfe des Overhead Projektors.
Lorentzkraft mit flexiblem Aluminiumband
Material
- 4 Hufeisenmagnete
- 1 Sinusgenerator
- 1 Spule 500 Wdg.
- Aluminiumband (Länge: 2 m, Breite: 4 cm)
- Stativmaterial
Beschreibung
Auf einen Leiter (Aluminiumband), der lotrecht zu einem Magnetfeld steht, wirkt die Lorentzkraft. Bei einem angelegten sinusförmigen Wechselstrom ändert die Lorentzkraft ihre Richtung und ihre Stärke, was zur Bildung einer sich verändernden Welle führt.
Mikrowellen
Material
- Mikrowellensender (434 MHz, 69 cm)
- Leiter mit offenem und geschlossenem Ende
- Empfänger mit Glühlampe (U-Form)
- Spannungsversorgung (Leybold 0-25 V, 0-300 V, 380 V)
Beschreibung
Zum Einschalten des Senders:
1. Wechselschalter auf 0-25 Vbzw. 0-300 V Stellung
2. Hauptschalter an
3. Wechselschalter auf 380 V Stellung
Leiter direkt auf den Mikrowellensender legen. Mit dem Empfänger den Leiter abfahren, beim Wellenberg der stehenden Welle leuchtet die Glühlampe.
Spitzenrad
Material
- Influenzmaschine (Wimshurst)
- Spitzenrad
Beschreibung
Mittels der Influenzmaschine kann Hochspannung durch Funkenüberschlag (bis 12 cm) und durch die Drehung eines Spitzenrades gezeigt werden.
Stromwaage (Kraft auf stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld)
Material
- 2 Spulen, n = 1000 Wdg.
- 1 Netzteil 2 x 20 V, Voltcraft
- 2 Demo Multimeter, Messbereich 1 A und 3 A
- 1 Sensor Cassy, Ley 524010
- 1 Cassy Display, Ley 524020
- 1 Kraftsensor S, Ley 524 042
- 1 Drahtrahmen mit 100 Wdg.
- 1 Drahtrahmen mit 500 Wdg.
- Stativmaterial
Beschreibung
Die Kraft, die auf einen stromführenden Leiter (Drahtrahmen) in einem gleichförmigen magnetischen Feld wirkt, wird mit Hilfe des Kraftsensors bestimmt. Das Magnetfeld durch die Spulen und den Drahtrahmen kann variiert werden.
Transformator
Material
- Kleinspannungsstelltrafo
- 2 Demo Multimeter, 10 V
- 1 Aufbautransformator
- 4 Spulen, n = 300, 600, 600 u. 1200 Wdg.
Beschreibung
An die Primärspule wird eine Wechselspannung angelegt. Durch Austausch der Spulen auf der Sekundärseite verändert sich dort die Spannung in Abhängigkeit von der Windungszahl.
Bandgenerator
Material
- Bandgenerator
- isolierter Tisch
- Büschel aus Seidenpapier
- Stativmaterial
- Hochspannungskabel
Beschreibung
Ein Büschel aus Seidenpapierstreifen wird auf einem isolierten Schemel gehaltert. Mit Hilfe eines Hochspannungskabels wird die Hochspannung des Bandgenerators übertragen, sodass sich die Papierstreifen weit auseinander spreizen.
Ein- und Ausschaltstrom von Spule u. Kondensator
Material
- Spannungsquelle 15 V kurzschlussfest
- Phywe Steckbrett mit Zubehör
- Schalter
- Kondensator 470 µF, Widerstand 1 kOhm
- Spule 630 Hy, Widerstand 10 kOhm
- Oszilloskop
Beschreibung
Der Ein- und Ausschaltstrom wird mittels eines Oszilloskops indirekt über den Spannungsabfall eines Widerstandes aufgezeichnet. Die Dauer des Vorganges liegt im Sekundenbereich.
Elektrolyse
Material
- Wasserzersetzungsapparat (Leybold 55233) mit Platinelektroden, (Betriebsspannung 20 V)
- Konstanter 25 V
- Amperemeter 300 mA
- Reagenzglas, Feuerzeug
- 0,5%ige Schwefelsäure
Beschreibung
Am Wasserzersetzungsapparat kann sehr gut gezeigt werden, dass H2 und O2 im Verhältnis 2:1 erzeugt werden. Wenn genügend H2 erzeugt wurde, wird dieses in einem Reagenzglas am Ventil des Wasserzersetzungsapparates aufgefangen. Der Wasserstoff kann mittels einer Flamme entzündet werden. Es gibt einen lauten Pfeifton. Reagenzglas dabei leicht schräg halten.
Erzwungene gedämpfte Schwingung
Material
- Kondensator 0,1 µF
- Spule 3600 Wdg.
- Widerstand 10 Ohm
- Potentiometer 2,5 kOhm
- Steckbrett
- Funktionsgenerator
- Speicheroszilloskop
Beschreibung
Der Reihenschwingkreis wird mit einer periodischen Rechteckschwingung angeregt. Die Dämpfung lässt sich mittels des 2,5 kOhm Potentiometers einstellen. Die gedämpfte Schwingung lässt sich am Oszilloskopschirm beobachten.
Induktion 1
Material
- Spule, n= 10000 Wdg.
- 3 superstarke Magnete im Halter
- Schaltbrett mit grüner und roter Leuchtdiode
Stativmaterial
Beschreibung
Die rote und die grüne Leuchtdiode sind parallel mit entgengesetzter Polungsrichtung geschaltet,
Beim schnellen Bewegen des Magneten in die Spule oder aus der Spule heraus, leuchtet jeweils nur eine LED auf.
Induktion im Magnetfeld eines Helmholtzspulenpaares bei konstantem Magnetfeld
Material
- 3 Helmholtz Spulen, n=320 Wdg.
- 1 Netzteil 30 V / 2 A
- 1 Mikrovoltverstärker, Ley 532 13
- 1 Demo-Multimeter (Messbereich:+,- 15 mV)
- 1 Demo-Multimeter (Messbereich: 3 A)
- Stativmaterial
Beschreibung
Durch die beiden äußeren Spulen fließt ein Strom von ca. 1,5 A. Die mittlere Spule ist drehbar gehaltert. Durch Ein-, Ausschalten des Magnefeldes oder durch Drehen der mittleren Spule oder deren Hinein- oder Herausschieben aus dem Feld, wird eine Spannung induziert.
Influenz im Feld eines Plattenkondensators
Material
- Hochspannungsgerät 5 kV
- Plattenkondensator
- statisches Voltmeter 7 kV
- 2 Ladungslöffel
- Elektrometer
Beschreibung
Zwei sich berührende Ladungslöffel werden in das elektrische Feld eines Plattenkondensators gebracht und dort auseinander bewegt. Ein Ladungslöffel wird positiv der andere negativ geladen. Dieses kann am Elektrometer demonstriert werden.
Kondensator
Material
- Elektrolytkondensator (0,22 F, 10 V)
- Demo-Amperemeter (1 A)
- Demo-Voltmeter (10 V)
- Netzteil (Konstanter 2*20 V)
- Glühlampe (12 V)
- Wechselschalter
Beschreibung
Nullpunkt des Demo-Amperemeters auf Mittelstellung bringen. Die Glühlampe wird in Reihe zum Kondensator geschaltet. Beim Betätigen des Wechselschalters wird der Kondensator ge- bzw. entladen. Beim Aufladen des Kondensators brennt die Glühlampe zunächst hell und wird dann langsam dunkler. Die Spannung am Kondensator nimmt exponentiell zu, der Strom exponentiell ab.
Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld 1
Material
- Demo-Gerät
- Netzteil 33 V /5 A
- Stativmaterial
Beschreibung
Die Spannungsquelle wird mit den beiden Messingschienen verbunden. Legt man die Achse auf die Schienen wird der Stromkreis geschlossen, sodass sie sich je nach Polungsrichtung in Richtung des Magneten hinein oder heraus bewegt.
Ladungstrennung
Material
- Plattenkondensator mit veränderbarem Plattenabstand
- Statisches Voltmeter 7 kV
- Hochspannungsquelle 5 kV
Beschreibung
Der Plattenkondensator wird bei geringem Abstand der Platten aufgeladen (<2 kV). Beim Erhöhen des Plattenabstandes zeigt das Voltmeter eine Erhöhung der Spannung an.
Maschen- und Knotensatz
Material
- Schaltbrett
- Netzteil, 20 V
- Demo-Voltmeter 10 V
- 3 Demo-Amperemeter, 10 mA
- Widerstände 2 x 120 Ohm, 1 kOhm, 3,3 kOhm
- Stativmaterial
Beschreibung
Es wird eine Betriebsspannung von 8 V angelegt und zur Beobachtung der Knotenregel I1, I2 und I3 gemessen.
Zur Beobachtung der Maschenregel wird die abfallende Spannung über den 3 Widerständen gemessen.
Monopolar-Motor
Material
- Batterie 1,5 V, Mignon AA
- Neodym Rundmagnet
- Schraube
- Kabel
Beschreibung
Beim Berühren des Kabels mit dem Magneten wird die Schraube in Rotation versetzt, verursacht durch die Kraftwirkung (Lorentzkraft) der sich im Magnetfeld bewegenden Elektronen.
Strommessgeräte: Hitzdraht-Instrument
Material
- Modell eines Hitzdraht-Instrumentes (Ley 531 20)
- Netzteil, z.B. 30 V / 5 A
- Overheadprojektor
Beschreibung
Der Hitzdraht aus Konstantan (d = 0,35 mm) wird bei Stromdurchgang erwärmt und dehnt sich aus. Der Zeigerausschlag ist proportional zur Dehnung des Drahtes. Die Projektion des transparentes Modells erfolgt mit Hilfe des Overheadprojektors.
Thomsonscher Ringversuch
Material
- Netzspule (500 Wdg.)
- 1 U-Kern, 6 Joche
- 1 Aluring geschlossen, 1 Aluring offen
- Regel-Trenn-Trafo (RT 5A Grundig)
- flüssiger Stickstoff, Schutzbrille, Handschuh, Zange
Beschreibung
Die Aluringe werden nacheinander über das Joch auf die Netzspule gelegt. Beim Einschalten des Transformators springt der geschlossene Ring ca. 3 m hoch, wird er vorher im flüssigen Stickstoff gekühlt ca. 4-5 m. Der offene Ring bleibt liegen.
Aufgrund des Wechselstromes in der Spule, kann man den geschlossen Ring auch schweben lassen.
Wirbelströme (Waltenhofsches Pendel)
Material
- Waltenhofsches Pendel
- Hufeisenmagnet
- Stativmaterial
Beschreibung
Schwingt das Pendel mit der vollen Aluminiumfläche zwischen den Polen des Hufeisenmagneten, werden Wirbelströme induziert und es erfährt eine starke Dämpfung.
Bei Verwendung des geschlitzen Bereichs ergibt sich nur eine schwach gedämpfte Pendelschwingung.