Physikprojekte

[Christoph E. (stoppi)]

Hallo!

In den letzten Jahren haben sich bei mir doch das eine oder andere 
Physikprojekt für die Schule (z.B. Abschlussarbeit) angehäuft. 
Vielleicht ist es auch für euch von Interesse.

Thematisch sind sie recht breit gestreut. Schwerpunkt liegt aber eher im 
Bereich Hochspannung, Radioaktivität und Sensoren für unterschiedliche 
physikalische Größen.

Hier mein YouTube-Kanal mit einigen Beispielen:

https://www.youtube.com/user/stopperl16/videos

Lg aus Österreich, stoppi

[Goldmann Sachse (Gast)]

Christoph E. schrieb:


> Thematisch sind sie recht breit gestreut. Schwerpunkt liegt aber eher im
> Bereich Hochspannung, Radioaktivität und Sensoren für unterschiedliche
> physikalische Größen.
>

Hast du vielleicht auch ein 'Experiment' auf Lager wie man aus
irgendeinen wertlosen Pulfer Gold machen könnte?
Das interessiert bestimmt nicht nur mich :-)

Bei den künstlichen  Diamanten hat man die Herstellung ja auch 
hinbekommen.

[Falk B. (falk)]

@Goldmann Sachse (Gast)

>Hast du vielleicht auch ein 'Experiment' auf Lager wie man aus
>irgendeinen wertlosen Pulfer Gold machen könnte?

Nennt sich Leerverkäufe und Investment Banking!
Dass DU das nicht weißt!!

[Goldmann Sachse (Gast)]

Falk B. schrieb:
> Nennt sich Leerverkäufe und Investment Banking!

Genau das ist ja das Problem, deshalb sind wir ja auf der Suche
nach etwas " Realen", um unsere Vorhaben zu unterfüttern.

Du weißt ja Kostendruck und Eigenkapitalquote ist halt ein riesen Thema, 
das ist ja auch der Grund warum wir hier das Forum scannen.
Nirgend wo sonst in den Foren gibt es solch kluge  Köpfe für reale Dinge
wie hier und zudem finanziell noch so genügsam.

Auf Grund der monetären Möglichkeiten die uns zugeschrieben sind,
kaufen wir halt was wir nicht besitzen.
(Wenn's denn sein muss auch dich ;-)

Wir befinden uns halt ganz oben auf der Finanz-Nahrungskette :)

[Rene H. (Gast)]

Da hat es sehr spannende Sachen dabei.

Respekt vor der Leistung.

Grüsse,
René

[Christoph E. (stoppi)]

Mein neuester Versuch zum Thema Ramsauer-Townsend-Effekt, welcher die 
quantenmechanische Streuung von Elektronen an Edelgasatomen beschreibt. 
Theoretisch kann dies etwa mittels Streuung an einem Potentialtopf 
gezeigt werden.

Die Streuung der Elektronen ist immer dann gering, wenn die Länge des 
Potentialtopfs ein ganzzahliges Vielfaches der halben de Broglie 
Wellenlänge des Elektrons ist. Mit zunehmender Anodenspannung erhöht 
sich der Impuls der Elektronen und vermindert sich deren Wellenlänge. So 
kommt es bei geringen Elektronenenergien zu einer verminderten Streuung, 
sprich der Anodenstrom besitzt ein Maximum...

[Walter T. (nicolas)]

Hallo Christoph,

die Versuche sehen interessant aus. Schade, dass sie mir vor zwei Jahren 
entgangen sind.

Mich würden Deine Beweggründe interessieren, warum Du die Projekte bei 
Youtube einstellst.

Ich habe vor ein paar Jahren auch überlegt/versucht, meine Projekte per 
Video zu beschreiben (Beweggrund waren klar Reichweite und die Aussicht 
auf ein paar Euro mehr in der Hobbykasse), dann aber festgestellt, dass 
Videos grob die zehnfache Arbeit wie die klassischen Text+Bilder sind, 
dabei aber massiv die Genauigkeit der Beschreibung leidet. Und dass mir 
selbst Projekt-Beschreibungen über Video massiv auf die Nerven gehen, 
weil das Tempo eigentlich immer unpassend ist (meist zu langsam). Ich 
bin dann reumütig zum klassischen "meine-Homepage"-Konzept 
zurückgekehrt.

Bei Dir sehe ich jetzt 70 Videos aus 6 Jahren. Was ist da Deine 
Erfahrung?

Viele Grüße
W.T.

[Christoph E. (stoppi)]

Hallo!

Also verdient habe ich mit meinen Videos noch keinen Cent... Höchstens 
damit schon mal bei Wettbewerben etwas gewonnen.

Mein Antrieb ist die Neugierde und die Herausforderung, physikalische 
Dinge experimentell mit möglichst einfachen Mitteln umzusetzen.

Ich dokumentiere meine Projekte eigentlich immer recht genau mittels 
Videos und Photos. Dies auch deshalb, damit meine Schüler zukünftig 
(falls sie eines meiner Projekte als Thema für ihre Abschlussarbeit 
ausgewählt haben) eine gute Anleitung vorfinden. Denn ohne genaue 
Vorgabe sind sie in der Regel heillos überfordert. Andererseits möchte 
ich ihnen auch keine 0815-Themen, die zumeist dann auch nur theoretisch 
abgehandelt werden, anbieten. Gerade die Kombination Theorie-Experiment 
macht es mMn aus...

Steckt aber alles in allem schon sehr viel Zeit und ein wenig Geld in 
meinen Projekten. Gehe aber deshalb nicht auf Betteltour über patreon 
wie etliche andere youtuber, die dann trotzdem nur Müll mit gekaufter 
Ware produzieren. 2018 habe ich z.B. nur für meine Experimente 1750 Euro 
ausgegeben. Und das, obwohl ich eigentlich über eBay oder aliexpress 
extrem günstig einkaufe. Die Arbeitszeit rechne ich am liebsten nicht 
dazu ;-) Aber als Hobby und Leidenschaft darf/soll man das ohnedies 
nicht tun...

Hier noch das Video zum Ramsauer-Townsend-Effekt: 
https://www.youtube.com/watch?v=oGhBZ8oLPBA&t=9s

[Pandur S. (jetztnicht)]

Zum Ramsauer-Townsend-Effekt. Sehr cool. Aber, wie kommt das Edelgas in 
die Roehre ?

[Christoph E. (stoppi)]

Das 2D21 Thyratron ist mit Xenon gefüllt...

[Pandur S. (jetztnicht)]

Ah. Vielen Dank, das entging mir. Ich habe auch den Film nicht gesehen. 
Fuer mich waren Thyratrone Schaltroehren, um Radarpulse zu erzeugen, im 
MW Bereich..
Zum Film. Zielpublikum sind Physiker mit Elektronik Hintergrund, resp 
die verstehen was abgeht. Bei Nur-Physikern kommt an, dass man einen 
teuren Versuchsaufbau auch guenstiger machen kann.

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Mit dem Flammenwerfer wäre ich vorsichtig, sowas könnte in Deutschland 
als verbotene Waffe durchgehen und wenn irgendein Kommissar Langeweile 
hat, kippt Dir morgens um 5 die Haustür in den Flur.

[Christoph E. (stoppi)]

Auf der Suche nach einer sinnvollen Anwendung meines Arduino-Barometers 
habe ich einen einfachen Versuch zum Thema Gasgesetze unternommen.

Nach Gay-Lussac gilt bei isochorer Zustandsänderung ja p/T = konstant.

Trägt man nun den Innendruck in Abhängigkeit von der Temperatur T (in 
°C) auf, so kann man durch Extrapolation den absoluten 
Temperaturnullpunkt bestimmen. Hat eigentlich nicht so schlecht 
funktioniert. Umgesetzt habe ich dies, indem ich die mit dem Barometer 
verbundene Messingkugel in einem geheizten Wasserbad versenkt habe.

Materialien:
* Messingkugel: 
https://www.ebay.com/itm/Wall-1mm-H62-Brass-Sphere-Polishing-Hollow-Ball-Home-Garden-Ornament/392194173742?_trkparms=aid%3D111001%26algo%3DREC.SEED%26ao%3D1%26asc%3D20160908105057%26meid%3D2da2d006d8564836ba7f2b2b0f0493c3%26pid%3D100675%26rk%3D4%26rkt%3D15%26mehot%3Dnone%26sd%3D264916080139%26itm%3D392194173742%26pmt%3D0%26noa%3D1%26pg%3D2380057%26brand%3DUnbranded&_trksid=p2380057.c100675.m4236&_trkparms=pageci%3A66651a84-1b8e-11eb-88c9-2e11d779fd0d%7Cparentrq%3A7f4a9ed61750aaee8c00004bfff59368%7Ciid%3A1
* Schlauchtüllen: 
https://www.ebay.com/itm/5pcs-Hose-Barb-I-D-4mm-x-M5-Male-Brass-Coupler-Splicer-Pipe-Fitting-Adapters/173407833621?_trkparms=aid%3D111001%26algo%3DREC.SEED%26ao%3D1%26asc%3D20160908105057%26meid%3D2da2d006d8564836ba7f2b2b0f0493c3%26pid%3D100675%26rk%3D3%26rkt%3D15%26mehot%3Dnone%26sd%3D264916080139%26itm%3D173407833621%26pmt%3D1%26noa%3D1%26pg%3D2380057%26brand%3DUnbranded&_trksid=p2380057.c100675.m4236&_trkparms=pageci%3A66651a84-1b8e-11eb-88c9-2e11d779fd0d%7Cparentrq%3A7f4a9ed61750aaee8c00004bfff59368%7Ciid%3A1


Als Drucksensor kommt der BMP085 zum Einsatz. Dieser ist aber eigentlich 
kaum mehr zu erwerben. Stattdessen gibt es seinen Nachfolger BMP180 
vielerorts für wenige Euro. Nachteil ist die nicht mehr zentral 
angeordnete Sensoröffnung. Dadurch wird es schwieriger, eine 
Schlauchtülle mit dem Sensor luftdicht zu verkleben. Auch muss man 
aufpassen, dass der Innendruck nicht merklich über 1100 mbar ansteigt. 
In meinem Fall musste ich bei 60°C Wassertemperatur stoppen.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Du musst ja auch nicht bei Normaldruck beginnen. zB mal auf 120 Grad 
Vorheizen. Dann Drucksensor anstecken und Abkuehlen.

[Christoph E. (stoppi)]

So, bin jetzt eigentlich fertig mit meiner Homepage rund um spannende 
Physikexperimente:

https://stoppi-homemade-physics.de/

Hoffentlich bin ich damit kein Kandidat für den aktuellen DSDSS-Bewerb 
(Deutschland sucht die schlimmste Seite)...

Großes Danke nochmals an Kolja für seine großartige Starthilfe.

[A. S. (Gast)]

Whow, das ist ja der Wahnsinn! Chapeau!

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Das ist gut geworden mit den Physikexperimenten.

Wenn jetzt anstelle des Toilettenpapieres die Steichhölzer knapp werden 
sollten, wissen wir nun warum. ;o)

[Christoph E. (stoppi)]

Einen kleinen Van de Graaff Generator wollte ich schon immer einmal 
bauen. Klein deshalb, weil ich nicht der Gigantomanie verfallen bin und 
zudem meine Wohnung schon aus allen Nähten platzt aufgrund meiner 
Physikexperimente.

Der Aufbau ist sehr simpel und besteht aus einem 32mm PVC-Rohr, einem 
12V Motor, einem 12V-Netzteil mit step-down-converter, Fitnessband und 
einer Kugelelektrode mit Loch. Die beiden Bürsten oben und unten habe 
ich aus Kupferblech ausgeschnitten.

Die Funkenschlagweite beträgt ca. 4 cm, womit ich eigentlich mehr als 
zufrieden bin. Gekostet hat mich alles zusammen so um die 45 Euro...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/van-de-graaff-generator/

[Christoph E. (stoppi)]

Zuletzt habe ich mich dann auch noch nebenbei mit dem Phänomen der sog. 
light whiskers - branched flow beschäftigt. Dieser Effekt wurde für 
sichtbares Licht erst 2020 von einem israelischen Forscherteam entdeckt 
worden.

Zwei deutsche Schüler haben sich auch im Rahmen von Jugend forscht mit 
diesem Effekt beschäftigt: 
https://www.jugend-forscht.de/projektdatenbank/lightwhiskersbranched-flow-of-light.html

Es gibt zwei unterschiedliche experimentelle Vorgangsweisen: Einmal wird 
Laserlicht über einen Lichtleiter in eine Seifenblasenhaut injiziert 
oder einfach mit einem tangential zur Seifenblase ausgerichteten 
Laserstrahl.

Es zeigen sich mit etwas Geduld schöne Lichtverästelungen. Diese sind 
aber aus 4 Gründen sehr schwer photographisch zu erfassen: Erstens weil 
die Seifenblasen relativ rasch wieder platzen, zweitens weil die 
Verästelungen sehr lichtschwach sind, drittens weil der Laserstrahl 
wirklich sehr genau ausgerichtet werden muss und viertens weil die 
Kamera Probleme mit dem Autofokus hat. Deshalb tritt auf meinen Photos 
der Effekt nicht so schön in Erscheinung wie etwa auf den im Internet 
präsentierten Bildern.

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/light-whiskers-branched-flow/

[Gerhard O. (gerhard_)]

Hallo Christoph,

Deine Arbeiten und Interesse finde ich echt inspirierend und toll. Mir 
geht es ähnlich. Zur Zeit beschäftige ich mit der Physik des Pendels um 
eine brauchbare Pendeluhr eigener Konzeption zu entwickeln.

In meiner Kindheit fand ich das Technische Museum in Wien und in München 
extrem interessant und inspirierend. In München hatten sie tolle Demos 
in Vitrinen die z.B. funktionierende Wilson Kammer zum Nachweis gewisser 
radioaktiver Strahlung oder eine animierte 400MHz Lecherleitung zur 
Demonstration von Stehenden Wellen, Antenne. Es war damals echt toll. 
Leider ist das nun alles weg. Das technische Museum in Wien wurde in den 
90er Jahren saniert, ehm, ich meine verschlimmbessert, weil viele tolle 
Zeitzeugen der elektrischen Geschichte entfernt wurden. In den 60er 
Jahren gab es dort so viel authentische Überbleibsel der elektrischen 
Entwicklung. Sogar einen Quecksilbergleichrichter hatten sie in einer 
Vitrine im Betrieb. Das bläuliche Leuchten und das Geräusch war schon 
urig.

Bin froh, daß ich nicht der Einzige bin der sich mit solchen Sachen 
beschäftigt.

Ein verstorbener Arbeitskollege, vor vielen Jahren, baute ähnlich wie Du 
Physik Demo Anordnungen speziell auf dem Gebiet der Elektrostatik. Es 
war faszinierend zu sehen wie z.B. Fallende Wassertropfen durch offene 
Konservendosen Neon Lampen zum Erleuchten bringen. Besuche dort waren 
immer sehr inspirierend. Seine Aufbauten sahen im Stil ähnlich aus wie 
Deine. Er hatte auch interessante Demos z.B. zum Wirbelstromeffekt. 
Leider konnte ich damals keine Bilder davon machen. Und nun ist er ja 
schon so lange tot. Wahrscheinlich wurde alles entsorgt. Und ja, er 
besuchte von Zeit zu Zeit Schulen um dort diese Sachen zu demonstrieren.

Gruß,
Gerhard

[Wegstaben V. (wegstabenverbuchsler)]

Wo, so einen Lehrer hätte ich auch gerne gehabt. Deine Schüler müssen 
dich lieben!

[Thomas T. (thomaas_68)]

Sehe ich auch so. In der Schulzeit hätte ich gerne solche Lehrer gehabt!

[Christoph E. (stoppi)]

Den klassichen Versuch zum Hallwachs- bzw. Photoeffekt musste ich 
natürlich auch einmal machen.
Das Elektroskop habe ich mir aus einem Nutellaglas und einer Alufolie 
selbst gebastelt. Der Plastikstab zum Aufladen kommt aus China, ebenso 
wie die Zinkplatte und die UV-C Lampe. Der Pullover stammt aus dem 
Kleiderschrank ;-)

Funktioniert eigentlich recht gut. Mit UV-C Lampe erfolgt die Entladung 
innerhalb ca. 1 Sekunde. Mit der 365 nm UV-Taschenlampe passiert wie zu 
erwarten war gar nichts. Die Grenzwellenlänge zur Ionisierung des Zinks 
liegt bei 286 nm, also über den 254 nm der UV-C Lampe und unter den 365 
nm der Taschenlampe.

Mittels der Teilchentheorie von Licht konnte der Photoeffekt erstmalig 
erklärt werden. Die Wellentheorie scheiterte daran.

Albert Einstein bekam 1921 den Nobelpreis in Physik nicht etwa für seine 
revolutionären Relativitätstheorien, sondern für seinen Beitrag zum 
lichtelektrischen Effekt.

Link zu meiner Homepage mit mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/photoeffekt/

[Markus M. (adrock)]

Ich habe mir Deine Homepage direkt gebookmarkt - falls ich mal 
Langeweile habe ;-) Wirklich sehr schön gemacht.

[Christoph E. (stoppi)]

Zum Thema Optik haben mir noch der elektro-optische (Pockels- bzw. 
Kerr-Effekt) und der magneto-optische Effekt (Faraday-Effekt) gefehlt.

Nun habe ich mich einmal dem elektrooptischen Effekt zugewandt. 
Grundlage dieses Effekts ist die Abhängigkeit des Brechungsindex n von 
der elektrischen Feldstärke. Beim Pockelseffekt ist diese Abhängigkeit 
linear, also n(E) = n_0 + S_1 * E, beim Kerr-Effekt hingegen 
quadratisch, also n(E) = n_0 + S_2 * E².

Normalerweise wird dieser Effekt mit nicht gerade ungefährlichen 
Flüssigkeiten wie Nitrobenzol durchgeführt und ist zudem noch 
schweineteuer 
(https://www.leybold-shop.at/physik/versuche-sek-ii-universitaet/optik/polarisation/kerr-effekt/untersuchung-des-kerr-effekts-an-nitrobenzol/vp5-4-4-1.html). 
Die dafür notwendigen elektrischen Spannungen liegen im BEreich von 
10-20 kV, also auch nicht gerade gebräuchlich...

Ich habe mich deshalb für Lithium-Niobat entschieden. Die entsprechende 
Pockels-Zelle gibt es für rund 60 Euro auf ebay.com aus Russland. Die 
hier notwendigen Spannungen liegen deutlich angenehmer im Bereich um die 
500 V. Hierfür hatte ich bereits ein regelbares Netzteil mit 
CCFL-Inverter in meinem Fundus.

Der Aufbau ist nun folgender: Der Laserstrahl trifft auf einen 
Polaisationsfilter. Dieser sorgt für linear polarisiertes Licht, welches 
auf die Pockelszelle trifft. Liegt dort keine Spannung U an, so laufen 
ordentlicher und außerordentlicher Strahl im doppelbrechenden Kristall 
gleich schnell und der Polarisationszustand ändert sich nicht. Dadurch 
kann der Laserstrahl einen hinter der Pockelszelle postierten und um 90° 
gedrehten Polarisationsfilter nicht passieren.

Legt man nun aber eine Spannung an die Pockelszelle an, so laufen 
ordentlicher und außerordentlicher Strahl durch den unterschiedlichen 
Brechungsindex n unterschiedlich schnell. Am Ende der Pockelszelle 
besitzen sie daher in der Regel einen Phasenunterschied. Bei der 
Überlagerung ergibt sich daher im allgemeinen elliptisch polarisiertes 
Licht. Dieses kann aber nun den zweiten Polarisationsfilter passieren 
und am Schirm wird der Laserstrahl wieder sichtbar.

Auf diese Weise steht einem ein sehr schneller, elektrisch steuerbarer 
Lichtschalter zur Verfügung.

Mehr zu diesem Thema auf meiner Homepage: 
https://stoppi-homemade-physics.de/elektrooptischer-effekt-pockels-bzw-kerrzelle/

Den magneto-optischen bzw. Faraday-Effekt gehe ich als nächstes an. Hier 
wird die Polarisationsebene des Lichts in einem in Richtung der 
Lichtausbreitung orientierten Magnetfeld gedreht...

[Christoph E. (stoppi)]

Zur Vervollständigung hier noch mein Versuch zum magneto-optischen 
Effekt bzw. Faraday-Effekt.

Läuft linear polarisiertes Licht durch ein in Ausbreitungsrichtung 
orientiertes Magnetfeld, so dreht sich die Polarisationsebene abhängig 
von der Stärke des Magnetfelds.

Mein Magnetfeld erzeuge ich mittels einer Zylinderspule mit rund 560 
Windungen. Bei 20V beträgt die Stromstärke rund 5A. Als Medium verwende 
ich Olivenöl. Vor und hinter der Spule unter Öl befindet sich ein 
Polarisationsfilter.

Kreuzt man beide und schaltet dann den Spulenstrom ein, so kommt es zu 
einer geringen Veränderung der Helligkeit, da sich ja die 
Polarisationsebene leicht gedreht hat. Der Effekt ist nicht gerade 
überwältigend, aber man erkennt zumindest eine Veränderung.

Mehr Informationen hier: 
https://stoppi-homemade-physics.de/magnetooptischer-effekt-faradayeffekt/

[Christoph E. (stoppi)]

Vor einigen Tagen habe ich wieder versucht, Astronomie mit Smartphone 
und Fernglas zu betreiben. Ausgesucht habe ich mir die Andromedagalaxie 
M31. Trotz der äußerst einfachen Ausrüstung und der alles andere als 
idealen Rahmenbedingungen, ich fotografierte mitten in einer Stadt mit 
290.000 Einwohnern mit dementsprechend starker Himmelsaufhellung, bin 
ich mit dem Ergebnis mehr als zufrieden. Man erkennt nicht nur die 
Begleitgalaxien M32 und M110, sondern auch ansatzweise Staubbänder in 
der Andromedagalaxie.

Insgesamt habe ich 255 Bilder mit einer Gesamtbelichtung von 12min 45sek 
aufgenommen und mit DeepSkyStacker gestackt. Die Nachbearbeitung 
erfolgte mit Gimp.

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/astrofotografie-mit-smartphone-fernglas/

[DANIEL D. (Gast)]

Christoph E. schrieb:
> Vor einigen Tagen habe ich wieder versucht, Astronomie mit Smartphone
> und Fernglas zu betreiben. Ausgesucht habe ich mir die Andromedagalaxie
> M31. Trotz der äußerst einfachen Ausrüstung und der alles andere als
> idealen Rahmenbedingungen, ich fotografierte mitten in einer Stadt mit
> 290.000 Einwohnern mit dementsprechend starker Himmelsaufhellung, bin
> ich mit dem Ergebnis mehr als zufrieden. Man erkennt nicht nur die
> Begleitgalaxien M32 und M110, sondern auch ansatzweise Staubbänder in
> der Andromedagalaxie.

Hätte nicht gedacht dass man das in der Stadt hinbekommt. Aber Andromeda 
und Orion sind ja die welche man relativ gut finden kann. Was ich auch 
immer sehr schön finde sind diese Kugelsternhaufen, früher hatte ich mal 
einen Dobson, aber mit viel Straßenbeleuchtung im Garten natürlich 
schwachsinnig, und da hatte ich keinen Führerschein weil jung.

Ich weiß auch leider den Namen der Kugelsternhaufen nicht, die immer 
irgendwo in der Milchstraße immer so gut zu sehen waren.

[Christoph E. (stoppi)]

>Ich weiß auch leider den Namen der Kugelsternhaufen nicht, die immer
>irgendwo in der Milchstraße immer so gut zu sehen waren.

Der bekannteste Kugelsternhaufen ist wohl M13 im Sternbild Herkules. 
Daneben findet man gleich den wie ich finde sehr schönen M92, dann M3 im 
Sternbild Bootes oder M15 im Sternbild Pegasus.

M3 habe ich auch schon mit Smartphone + Feldstecher aufgenommen. Durch 
die Kleinheit ist das Ergebnis aber eher unscheinbar. Offene Sternhaufen 
wie die Plejaden gehen dann sicher wieder besser mit dieser Ausrüstung.

Ich habe mir auch noch eine gebrauchte Montierung mit Nachführung in 
Rektaszension gekauft. Hat mich nur 70 Euro gekostet. Dazu dann noch 
eine Digitalkamera Canos EOS 1100d und etwas Zubehör (Intervallauslöser 
usw.). In Summe waren dies inkl. Kamera nicht einmal 280 Euro. Damit 
möchte ich in den nächsten Tagen mein Glück probieren. Hierfür fahre ich 
aber an einen verhältnismäßig dunklen Standort...

[DANIEL D. (Gast)]

Christoph E. schrieb:
> Der bekannteste Kugelsternhaufen ist wohl M13 im Sternbild Herkules.
> Daneben findet man gleich den wie ich finde sehr schönen M92, dann M3 im
> Sternbild Bootes oder M15 im Sternbild Pegasus.

Ich glaube das war der M3 weil es nämlich ein offener war, also auch im 
Zentrum waren alle Sterne einzeln zu erkennen.

Die Plejaden sind natürlich gut zu finden da mit bloßem Auge sichtbar. 
Momentan habe ich nur einen ganz billigen Refraktor 70/900 auf extrem 
Wackeliger EQ1 montierung. Das war mal so ein vergünstigtes 
Ausstellungsstück für wirklich sehr wenig Geld. Damit schaue ich von der 
Dachterrasse aus ab und zu auf Jupiter und Saturn. Aber der Balkon 
besteht aus diesen Steinplatten und da runter sind Gummimatten. Alles 
sehr ungünstig aber ab und zu muss man sich doch mal die Sterne ansehen.

Wenn ich mal wieder zu Geld komme, werde ich mir erstmal ein 
ordentliches lichtstarkes Fernglas kaufen. Einfach nur Milchstraße 
ansehen ist schon verdammt cool.

Du machst es richtig, die Montierung ist echt das Wichtigste!

[Christoph E. (stoppi)]

Bevor ich experimentell etwas kürzer trete, "arbeite" ich noch meine 
Projektliste ab.

Darauf befand sich auch die Umsetzung einer günstigen 
Raman-Spektroskopie. Zur Theorie habe ich hier alles umfangreicher 
zusammengefasst:

https://stoppi-homemade-physics.de/raman-streuung/

Gleich vorweg: Die Raman-Streustrahlung ist äußerst schwach. Ich musste 
mit meinem Smartphone bzw. meiner Digitalkamera zwischen 20-30 Sekunden 
belichten. Vor allem das Spektrum ist dann noch einmal eine Stufe 
schwächer, da das Beugungsgitter das Licht natürlich in mehrere Spektren 
aufspaltet.

Zuerst machte ich den Fehler, die Fluoreszenzstrahlung des 
Küvetten-Plastiks mit der Ramanstrahlung zu verwechseln. Erstere liefert 
ein kontinuierliches Spektrum ist um einiges heller. Dieser Fehler 
geschah, da ich den Laserstrahl nicht gut auf die Küvette ausrichtete 
und dieser dann durch die Frontfläche der Küvette verlief.

Heute habe ich dann den Laserstrahl wirklich mittig ausgerichtet, sodass 
er schön durch das Propanol verlief...

Bei wie gesagt Belichtungszeiten bis zu 30 Sekunden wurde dann das 
Ramanspektrum sichtbar. Mit der Freeware ImageJ habe ich dann das 
Intensitätsprofil für das Spektrum aufgenommen. Zuvor musste ich mein 
Smartphone-Spektroskop natürlich mittels Lichtquellen bekannter 
Wellenlänge (3 Laser mit lambda = 405 nm, 532 nm und 650 nm) 
kalibrieren. Das ist nicht extrem genau aber es geht einigermaßen.

Dann habe ich aus den Abständen der Pixel zum Ort des Maximums 0-ter 
Ordung und dem Kalibrierfaktor (0.3122 nm/Pixel) die Wellenlänge des 
Spektrums berechnet und dann noch die Raman-Verschiebung 1/450nm - 
1/lambda.

Das erhaltene Spektrum ist jetzt nicht gerade berauschend und genau, 
aber man erkennt zumindest die beiden größten peaks bei rund 950 cm^-1 
und 2600 cm^-1.

Angesichts meines sehr einfachen und günstigen Aufbau bin ich mit den 
Ergebnissen aber zufrieden. Alleine der Raman-Filter kostet 
normalerweise über 250 Euro, meiner hat nur 19 USD gekostet. Auch 
verwende ich als Spektroskop mein Smartphone. Normalerweise benötigt man 
ein sehr sensibles Liniensensor-Spektroskop, was auch erst ab ca. 
300-400 Euro zu haben ist. Aber wie immer ging es mir um eine simple und 
vor allem kostengünstige Umsetzung...

[Christoph E. (stoppi)]

Nach dem vom Ergebnis her wenig erfolgreichen Einstein-de Haas Versuch 
waren meine beiden Experimente zum Zeemaneffekt leider auch nicht von 
Erfolg gekrönt.
Im ersten Experiment versuchte ich den Zeemaneffekt mit meinem 
Fabry-Perot-Interferometer darzustellen. Leider war mein Magnetfeld zu 
schwach und die Auflösung des Interferometers zu gering. Beim zweiten 
Experiment ging es darum, eine Veränderung des Schattens einer 
Natriumflamme im Licht einer Natriumdampflampe festzustellen, wenn die 
Flamme einem Magnetfeld ausgesetzt wird. Während andere mit einem sehr 
starken Elektromagneten Erfolg hatten, versuchte ich es auf eine 
einfachere Art mittels Permanentmagneten.

Leider konnte ich nicht wirklich viel beobachten, wenn ich die 
Natriumflamme ins Magnetfeld brachte. Vielleicht gehe ich diesen Versuch 
doch noch mit einem Elektromagneten an. Einen selber zu bauen scheidet 
aber aufgrund mangelnder Möglichkeiten zur Metallbearbeitung aber fast 
aus...

https://stoppi-homemade-physics.de/zeeman-effekt/

Danach habe ich meinen Rutherford-Streuversuch herausgekramt, da ich ja 
mittlerweile eine Vakuumpumpe besitze. Mit dieser nahm ich dann die 
Zählrate in Abhängigkeit vom Streuwinkel auf. Ich erhalte ähnliche 
Ergebnisse wie eine Quelle im Internet. Auch bei mir sinkt die Zählrate 
für Winkel >= 10° massiv ab. Darüber beläuft sich die Zählrate auf nur 
rund 0.3 cpm.

https://stoppi-homemade-physics.de/rutherford-streuexperiment/

Mein neuestes Projekt behandelt den Bau eines einfachen Fluorimeters. 
Dabei beziehe ich mich weitestgehend auf einen bei AATiS erschienenen 
Artikel im aktuellen Praxisheft 32 von Oliver Happel: 
https://www.aatis.de/content/bausatz/AS662_Fluorimeter

Als Lichtdetektor kommt bei mir der Sensor TSL252R zum Einsatz, da ich 
diesen noch in meiner Bastelkiste habe und er sehr einfach angesteuert 
und ausgelesen werden kann. Untersuchen werde ich Fluorescein und Chinin 
und zumindest bei ersterem die Fluoreszenzintensität in Abhängigkeit von 
der Konzentration aufnehmen...

https://stoppi-homemade-physics.de/fluorimeter/

Was steht weiters noch an? Für meinen Selbstbau-Piranisensor warte ich 
noch auf ein analoges 5mA-Amperemeter, für mein Spektroskop mit 
Lichtleitereinkopplung auf das Metallgehäuse und für meinen 
longitudinalen Stickstofflaser auf das Vakuumventil zum Einstellen des 
gewünschten Drucks (rund 10 mbar).

[Christoph E. (stoppi)]

Den Versuch werden eventuell schon einige kennen, aber ich finde ihn 
einfach genial. Denn wer kommt schon auf die Idee, die 
Lichtgeschwindigkeit mit einer Mikrowelle und einer Schokolade zu 
bestimmen. Funktioniert aber wirklich nur sollte man erstens besser eine 
Kochschokolade verwenden und zweitens die Mikrowelle nicht lange 
einschalten. Denn das gibt wie bei mir eine ordentliche Sauerei...

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph E. schrieb:
> Denn das gibt wie bei mir eine ordentliche Sauerei...

Den gleichen Versuch kann man auch mit einer Scheibe Käse machen. Das 
Ergebnis ist das Gleiche, aber die Sauerei ist geringer. 🙂

[Christoph E. (stoppi)]

Heute testete ich erstmalig meinen longitudinalen Stickstofflaser. Und 
siehe da, bei rund 5-15 mbar und einer Spannung von um die 18 kV fing er 
auch an zu lasern. Damit die Funkenstrecke nicht zu laut ist, habe ich 
ihr ein Verhüterli aus einem Schlauchstück verpasst. Der negative Pol 
des Diodensplittrafos muss natürlich geerdet werden, sonst gibt es 
intern am Trafo Überschläge!

Der Laserpunkt ist schön rund aber nicht extrem hell. Im abgedunkelten 
Raum sieht man ihn aber sehr deutlich. Den passenden Druck stelle ich 
mit einem billigen Ventil aus der Aquariumabteilung ein...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/stickstofflaser-longitudinal/

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph E. schrieb:
> Der Laserpunkt ist schön rund aber nicht extrem hell.

Wenn man die Einschussstelle stark vergrößert und mehr Kontrast drauf 
gibt, dann sieht es so aus, als ob der Laser bei der Deutschen Bank eine 
200mm starke Tresortür aus Stahl zum Schmelzen bringt.

[Christoph E. (stoppi)]

Hier noch mein Protactiniumgenerator fürs Schulphysiklabor zur 
Bestimmung der angenehm kurzen Halbwertszeit (70 sek) von Pa-234. 
Benötigt werden folgende Substanzen/Teile:

* 1-2 g Uranylnitrat
* 33%ige Salzsäure
* Methylisobutylketon oder Isoamylacetat
* (destilliertes) Wasser
* einen Geigerzähler

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/protactiniumgenerator/

[Peter F. (toto)]

Hallo stoppi,ich habe noch ein schönes Experiment für dich.
Messung des Photonenspins.
http://theorie.physik.uni-konstanz.de/lsfuchs/lectures/ik405/blatt3.pdf
(ab Seite 2)
Im Netz findet man recht wenig dazu. Das Experiment wurde von Richard 
Beth 1936 durchgeführt.
https://vixra.org/pdf/0703.0039v1.pdf

Die praktische Umsetzung dürfte mal wieder schwierig werden.
Aber mit Torsionspendeln hast du ja mittlerweile Erfahrung ;-)
Vielleicht könntest du für den Versuch einen zirkularen 
Polaristionstfilter aus der Phototechnik nutzen? Der praktischerweise 
aus einem linearen Polfilter mit einer um 45 Grad verdrehtem 
Lamda/4-Platte besteht.
https://de.wikipedia.org/wiki/Polarisationsfilter#Zirkulare_Polarisationsfilter

[Christoph E. (stoppi)]

Danke Peter für den Vorschlag. Muß ich mir genauer anschauen und 
abwägen, ob es für mich mit vertretbaren Aufwand machbar ist oder nicht 
;-)

In den letzten Wochen habe ich mich mit Radioastronomie beschäftigt und 
meine Wohnung dank einer Satellitenschüssel noch voller gemacht als sie 
ohnehin schon war.

Mit einer solchen Schüssel + Satellitenfinder + Arduino habe ich dann 
das wohl einfachste Projekt zur Radioastronomie umgesetzt. Auf die Sonne 
ausgerichtet erhöht sich der Pegel und ich kann auf diese Weise ohne 
nachgeführter Montierung einen Sonnentransit beobachten. Dies ist mir 
auch gelungen und mein Graph weist sogar eine Besonderheit in Form einer 
Beule auf. Ob dies durch eine kurzfristig veränderte Sonnenaktivität 
bedingt ist, kann ich nicht mit Bestimmtheit sagen. Die 
Sonnenaktivitätsverläufe im Internet betrachtend war zur gegebenen Zeit 
wirklich eine geringe Steigerung verzeichnet.
Da ich wie gesagt keine Montierung verwende, konnte ich die 
Satellitenschüssel nur dermaßen auf die Sonne ausrichten, dass der Pegel 
maximal wurde. Danach habe ich die Stellung nicht mehr verändert und den 
schwächer werdenden Pegel aufgezeichnet.

Da mich dieses doch sehr profane Ergebnis natürlich nicht gerade vom 
Hocker haut, habe ich mich nach weiteren Radioastronomieprojekten 
umgeschaut und bin sehr schnell auf die Detektion der 21cm-Strahlung des 
Wasserstoffs gestoßen. Genau dies möchte ich auch umsetzen und zwar mit 
einer 2.4 GHz-Wlan-Antenne, einem LNA und einem RTL-SDR-USB-Stick. Die 
Antenne befindet sich bereits bei mir im Schlafzimmer (wie gesagt sind 
alle anderen Räume mittlerweile besetzt) und der speziell auf die 1420 
MHz abgestimmte Verstärker ist auch schon auf dem Weg zu mir. Den 
RTL-SDR-USB-Stick habe ich über ebay-kleinanzeigen um 40 Euro gekauft. 
Die WLAN-Antenne hat mich 35 Euro gekostet und der LNA + USB-Kabel 
kostet 65 Euro. Dazu noch einige SMA-Adapter, welche in Summe um die 8 
Euro kosten. Macht zusammen etwa 150 Euro für dieses Projekt.

Hier die Seite, welche mich zu diesem Projekt inspiriert hat bzw. eine 
Anleitung dafür liefert: 
https://www.rtl-sdr.com/cheap-and-easy-hydrogen-line-radio-astronomy-with-a-rtl-sdr-wifi-parabolic-grid-dish-lna-and-sdrsharp/

Ich habe die einzelnen Schritte auf meiner Homepage auch dokumentiert: 
https://stoppi-homemade-physics.de/radioastronomie/

Link zum LNA (low noise amplifier): 
https://www.amazon.de/Nooelec-SAWbird-H1-Premium-S%C3%A4gefilter-Wasserstoffleitungsanwendungen/dp/B07XPV9RX2/ref=pd_sbs_sccl_2_2/259-0157837-0331545?pd_rd_w=qnhqX&pf_rd_p=dd7cdb0d-7d18-43ba-a06d-a9f4cc6bae51&pf_rd_r=V9NWWX5VG0X6WQ8JJBVP&pd_rd_r=1a460188-8c8d-4f70-b338-c800c1bdc437&pd_rd_wg=AZXyb&pd_rd_i=B07XPV9RX2&psc=1

Als SDR-Software verwende ich SDRSharp und zur Ausrichtung der Antenne 
die Astronomiesoftware Stellarium. Wenn die Adapter aus China 
eingetroffen sind und ich erste Messungen machen kann, dokumentiere ich 
es natürlich hier...

[Christoph E. (stoppi)]

Der LNA und die WLAN-Antenne sind bereits angekommen. Jetzt warte ich 
eigentlich nur noch auf diverse SMA-Adapter aus China, dann kann ich 
versuchen dem Milchstraßen-Wasserstoff auf die Schliche zu kommen...

Dann habe ich mich auch noch einer einfachen Gaschromatographie 
gewidmet. Von AATiS (Arbeitskreis Amateurfunk und Telekommunikation in 
der Schule) gibt es den leider vergriffenen Bausatz AS656 
(https://www.aatis.de/content/bausatz/AS656_Gaschromatograph).

Dankenswerterweise hat mir der Entwickler dieses tollen Geräts, Dr. 
Oliver Happel, eine Trennsäule auf Basis Kieselgur und weitere Teile 
zukommen lassen. So musste ich eigentlich nicht mehr allzuviel tun. 
Anstelle der Messbox AS646 
(https://www.aatis.de/content/bausatz/AS646_Messbox) verwende ich einen 
im Prinzip gleichen Aufbau mit dem HX711 und einem Arduino Nano. Der 
Sensor zur Detektion der einzelnen Gase besteht aus einer kaputten 
Glühbirne (6V/40mA). Diese ist Teil einer Wheatstonebrücke und durch die 
unterschiedliche Wärmeabfuhr der einzelnen Gase und demzufolge 
unterschiedliche Temperatur der Glühwendel verstimmt sich die Brücke 
mehr oder weniger. Testen werde ich sie in den nächsten Tagen mit 
Feuerzeuggas.

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/gaschromatographie/

[Christoph E. (stoppi)]

Ein erster Testlauf des Gaschromatographen mit Feuerzeuggas (Butan) ist 
absolviert. Zwar bekomme ich nicht so schöne "Spektren" wie Dr. Happel, 
aber ich kann scheinbar zumindest schon einmal i-Butan und n-Butan 
trennen...

[Christoph E. (stoppi)]

Heute habe ich einen ersten Test draußen im Hof mit der WLAN-Antenne 
unternommen, um eben die 21cm-Wasserstoffstrahlung unserer Milchstraße 
aufzunehmen. Und ich denke, ich habe die "Linie" wirklich detektiert. 
Wenn ich mein Frequenzprofil mit einem aus dem Internet für annähernd 
die gleiche galaktische Stelle 
(https://physicsopenlab.org/2020/09/08/milky-way-structure-detected-with-the-21-cm-neutral-hydrogen-emission/) 
vergleiche, so erkenne ich einige Übereinstimmungen. Gegen eine Mauer 
gerichtet verschwindet wieder der Wasserstoff-Peak in meinem Spektrum.

Die im Internet zugänglichen Wasserstoffprofile für die jeweiligen 
galaktischen Positionen sind gegen die Fluchtgeschwindigkeit aufgetragen 
und zwar nach links blauverschoben und nach rechts rotverschoben. Mein 
Profil ist ja gegen die Frequenz aufgetragen, nach rechts mit steigender 
Frequenz. Deshalb habe ich zum Vergleich mein Profil spiegeln müssen.

Da ich die Antenne nicht parallaktisch montiere und nachführe, sondern 
nur auf den Zenit ausrichte, muss ich für eine Messung einer anderen 
Stelle unserer Milchstrasse (Sternbild Schwan) noch einige Zeit warten, 
wenn ich die Messung nicht mitten in der Nacht durchführen möchte.

[Christoph E. (stoppi)]

Der Zeemaneffekt mag mich nicht... Jetzt habe ich den dritten, leider 
erfolglosen Versuch gestartet, ihn experimentell nachzuweisen.
Zuerst hatte ich versucht ihm mittels HeNe-Laser, Spule um den Laser und 
meinem Fabry-Perot-Interferometer auf die Schliche zu kommen. Aber das 
war bei der bescheidenen Auflösung meines Interferometers und dem 
schwachen Magnetfeld eigentlich aussichtslos.

Daher habe ich eine weitere Methode versucht und zwar die 
Resonanzabsorption einer Natriumflamme im Licht einer Natriumdampflampe. 
Befindet sich nämlich die Natriumflamme in einem (starken) Magnetfeld, 
verschwindet aufgrund des Zeemaneffekts diese Resoanzabsorption und die 
Flamme dürfte keinen Schatten mehr liefern.

In meiner ersten Variante habe ich es mit zwei großen Permanentmagneten 
versucht, in derern Zwischenraum sich die Flamme befindet. Die auf diese 
Weise erzeugten Flussdichten lagen bei nur 0.15-0.2 T. Weiterer Nachteil 
dieser Methode ist natürlich der Umstand, dass ich die Magneten über die 
Flamme heben muss und daher den Effekt nicht abrupt ein- und ausschalten 
kann. Der Schatten der Flamme zeigte leider keine Veränderungen im 
Magnetfeld.

Deshalb habe ich zuguterletzt es noch mit einem Elektromagneten probiert 
und mir dafür einen 120 x 80 x 20 mm Ferritring besorgt und diesen mit 
rund 300 Windungen umwickelt. Damit erzielte ich aufgrund der bald 
eintretenden magnetischen Sättigung bescheidene 0.12T bei immerhin 30V 
und 19 A an der Spule. Aufgrund dieser geringen Flussdichte hatte ich 
keinerlei Hoffnung, den Zeemaneffekt sichtbar zu machen und so war es 
dann auch leider. Ich konnte nach dem Ein- und Ausschalten den 
Magnetfelds keinerlei Veränderungen im Schatten feststellen.

Auf youtube gibt es ein ausgezeichnetes Video zu einem erfolgreichen 
Versuch dieser Art: https://www.youtube.com/watch?v=iyBjPiRlxzg
Der Autor verwendet einen großen umgebauten 3 Phasentrafo und erzielt 
damit bei 12V und 48A immerhin beachtliche 0.55T. Damit kann er den 
Schatten deutlich erhellen.

Vielleicht hat ja jemand von euch eine Idee bzw. einen Vorschlag, was 
ich noch probieren könnte. Das Problem ist auch, dass ich über keine 
Werkstatt verfüge und eigentlich alles in der Wohnung mache. Diverse 
Maschinen wie Winkelschleifer o.ä. besitze ich auch nicht. Von daher 
kann ich Metalle/Trafos nur sehr eingeschränkt bearbeiten...

link: https://stoppi-homemade-physics.de/zeeman-effekt/

[Christoph E. (stoppi)]

Damit meine Küche auch als Chemielabor herhalten muss, habe ich mich am 
Züchten von Piezokristallen versucht und zwar aus Kaliumnatriumtartrat. 
Dazu ist wiefolgt vorzugehen:

* Man erhitzt 250 ml destilliertes Wasser in einem hitzebeständigen 
Glasgefäß (Fassungsvermögen ca. 500 ml) auf ca. 80°C im Wasserbad
* Dann gibt man 200 g Kaliumhydrogentartrat (sog. cream of tatar) hinzu 
und rührt gut um
* Jetzt fügt man Löffel für Löffel Natriumcarbonat (Waschsoda, Soda, 
Na2CO3 [Achtung: nicht verwechseln mit Natron/Natriumhydrogencarbonat!]) 
in das Glasgefäß im Wasserbad. Es müsste jedesmal sehr stark aufschäumen 
bzw. sich viele Blasen bilden
* Dies wiederholt man so lange, bis die Flüssigkeit klar wird und es bei 
Zutun von Soda auch nicht mehr blubbert
* Dann filtriert man die klare Flüssigkeit mit einem gewöhnlichen 
Kaffeefilter in ein weiteres Gefäß und leert dieses dann noch einmal um 
in ein flaches Plastikgefäß
* dieses Plastikgefäß deckt man mit einem Blatt Küchenrolle ab und 
stellt es an einen kühleren Ort.
* Jetzt wartet man. Nach einiger Zeit sollten sich die ersten kleinen 
Kristalle aus Kaliumnatriumtartrat bilden.

Um den Kristall auf Piezoelektrizität zu testen, wählt man einen schönen 
aus und klemmt diesen zwischen 2 Alufolien mit einer Wäschekluppe. 
Schließt man die beiden Alufolien an ein Oszilloskop und schlägt mit 
einem Kugelschreiber auf den Piezokristall, müsste man am Bildschirm 
einen Spannungspuls sehen. Ist dies der Fall, hat man erfolgreich 
Piezokristalle gezüchtet, voila...

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/piezokristalle/

[Christoph E. (stoppi)]

Für einen Wettbewerb (https://www.instructables.com/contest/gobig/) habe 
ich den NE555 diskret mit 24 bipolaren Transistoren, 2 Dioden und 
einigen Widerständen gebaut. Funktioniert auch gleich wie sein kleiner, 
originaler Bruder.

Und dann habe ich noch die Chladnischen Klangfiguren mit einem 
Breitbandlautsprecher umgesetzt. Es bilden sich wie erhofft sehr schöne 
Muster auf der vibrierenden Platte. Als Funktionsgenerator verwende ich 
den OPA549 in Kombination mit einer FG-App.

link: https://stoppi-homemade-physics.de/chladnische-klangfiguren/

[Christoph E. (stoppi)]

Ein toller, einfacher Versuch aus der Quantenmechanik, der quantisierte 
Leitwert eines Nanodrahts.
Der Leitwert (reziproker Widerstand) eines makroskopischen Drahts hängt 
ja vom Material (spezifischer Widerstand) und seiner Geometrie ab 
(Länge, Querschnittsfläche). Bei eindimensionalen Nanodrähten ist dies 
anders. Hier zeigt sich quantenmechanisch, dass der Leitwert G 
gequantelt ist und mit der "Einheit" 2*e²/h (e...Elementarladung, 
h...Plancksches Wirkungsquantum). Dies entspricht einem Leitwert von 
1/12.9 kOhm^-1.
Wie kann man diesen durchaus großen Wert experimentell nachweisen? Man 
benötigt dazu eigentlich nur dünnen Golddraht (ich habe einen mit 0.1 mm 
Durchmesser bestellt), eine Batterie, 2 Widerstände und ein 
Speicheroszilloskop. Berühren sich nämlich die beiden Golddrähte und 
sorgt man für eine Erschütterung, so trennen sie sich voneinander. Genau 
wärend dieses Trennvorgangs entstehen solche 1 dimensionalen Brücken, 
deren Anzahl bei fortschreitender Trennung natürlich abnimmt. Der 
Widerstand der Brücken ist also durch 12.9 kOhm/Anzahl der Brücken 
gegeben. Da dieser beim Abreißen der Brücken/Nanodrähten sprunghaft 
abnimmt, nimmt auch die Spannung am Messwiderstand sprunghaft ab. Mit 
einem Oszilloskop sollten dann Sprünge bemerkbar sein. Bei den gewählten 
Widerständen (10 kOhm, 100 Ohm) und einer Batterie (1.5V) sollten die 
Stufen bei wenigen mV liegen, wenn sich die Golddrähte voneinander 
trennen.

Es gibt auch noch einen zweiten Aufbau mit Operationsverstärker (TIA) 
und einem gewöhnlichen Relais, welches man öffnet und zwischen dessen 
Kontakten sich eben wieder Nanodrähte ausbilden. Der sprunghaft 
abnehmende Strom wird 10^5-fach verstärkt und am Oszilloskop wieder 
beobachtet. Das Leitwertquant von der Größe 1/12.9 kOhm^-1 sollte bei 
einer Spannung von 10 mV für Sprünge im Bereich von 77 mV sorgen.

Durch I = U/R = U * 1/R = U * G und der Quantelung von G sollte auch der 
Strom und demnach auch die Ausgangsspannung gequantelt sein und sich 
sprunghaft der Nulllinie nähern.

Wenn die Teile (OPA354, Golddraht usw.) eingetroffen sind, geht es hier 
weiter.

Links:
https://physicsopenlab.org/2020/03/18/observing-quantized-conductance-in-a-normal-relay/

https://docplayer.org/41378856-Quantisierung-des-leitwerts-in-eindimensionalen-goldkontakten.html

https://stoppi-homemade-physics.de/quantisierte-leitfaehigkeit/

[Christoph E. (stoppi)]

Schön langsam neigt sich mein Experiment-Repertoire seinem Ende 
entgegen. Auf der Liste stand noch die Kirlianfotographie, benannt nach 
dem sowjetisch-armenischen Ehepaar Semjon Kirlian und Walentina 
Kirliana, welches diese Technik um 1937 herum entwickelt hat.

Benötigt wird zum Betrieb eine 15-20 kV AC-Hochspannung. Im Moment 
verwende ich ein kleines AC-Hochspannungsmodul.

Das Testobjekt befindet sich unter der Glasplatte und wird mit einem Pol 
der HV-Quelle verbunden. Das andere Ende legt man in eine mit Salzwasser 
gefüllte Wanne auf der Glasplatte.

Erstes Testobjekt: eine 2-Euro-Münze.

Als nächstes kommt dann meine Aura noch an die Reihe ;-)

[Stephan S. (uxdx)]

Christoph E. schrieb:
> Für einen Wettbewerb (https://www.instructables.com/contest/gobig/) habe
> ich den NE555 diskret mit 24 bipolaren Transistoren, 2 Dioden und
> einigen Widerständen gebaut. Funktioniert auch gleich wie sein kleiner,
> originaler Bruder.

Ich habe überall nach einem passenden Stecksockel gesucht ... hat jemand 
einen Tip?  ;)

[Christoph E. (stoppi)]

Für einige meiner Experimente (z.B. Lifter, Stickstofflaser) benötige 
ich ein HV-Netzteil mit bis zu 35 kV. Mit einem alten AC-Zeilentrafo + 
TV-Kaskade lässt sich das relativ einfach umsetzen.

Beim Arcen ist mir leider die Kaskade abgeraucht. Daher habe ich dem 
Netzteil am Ausgang zwei 1 MOhm-HV-Widerstände in Serie spendiert.

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/hv-netzteile/

Mein diskreter NE555 hat überraschenderweise auf instructables den 
Hauptpreis (300 Dollar Gutschein) erzielt: 
https://www.instructables.com/The-Famous-NE555-Timer-IC-Original-and-a-Bit-Large/

Bei einem anderen Wettbewerb mache ich gerade mit meiner Planck'schen 
Strahlungskurve mit: 
https://www.instructables.com/Experimental-Determination-of-the-Planckian-Radiat/

Obwohl dieses Projekt viel umfangreicher als jenes mit dem NE555 ist, 
wurde es nicht einmal "gefeatured" und wird demnach mit ziemlicher 
Sicherheit auch keinen Preis gewinnen. Fragt mich nicht, wie die Leute 
auf instructables urteilen, ich erkenne keinen wirklichen Plan 
dahinter...

[888 (Gast)]

Christoph E. schrieb:

> Obwohl dieses Projekt viel umfangreicher als jenes mit dem NE555 ist,
> wurde es nicht einmal "gefeatured" und wird demnach mit ziemlicher
> Sicherheit auch keinen Preis gewinnen. Fragt mich nicht, wie die Leute
> auf instructables urteilen, ich erkenne keinen wirklichen Plan
> dahinter...

Verrückt. Den diskreten 555 kann man sogar schon als Bausatz kaufen: 
https://shop.evilmadscientist.com/productsmenu/652

Deine anderen Projekte dürften deutlich einzigartiger sein.

[Christoph E. (stoppi)]

Die OPA354 aus China sind eingetroffen und so konnte ich den zweiten 
Versuch zur quanitisierten Leitfähigkeit mittels Relais machen. So 
richtig zufriedenstellend sind die Ergebnisse aber nicht. Ich erhalte 
zwar hin und wieder Sprünge in der abfallenden Flanke, aber das ist mehr 
Glückssache und mehr die Suche nach etwas, wovon man weiß wie es 
auszusehen hat und so lange probiert, bis sich das Ergebnis einigermaßen 
mit der Vorgabe deckt.

Habe es auch noch anstelle des Relais mit den beiden sich berührenden 
Golddrähten probiert mit ähnlichen Ergebnissen. Anbei die "besten" 
Screenshots vom Oszi.

Der OPA steckt im SOT23-Gehäuse, da war ich schon am Limit mit meinen 
Löt"künsten".

Zum Abschluss habe ich es noch einmal mit dem anderen Versuchsaufbau 
(zwei Golddrähte und dann einfacher Spannungsteiler an Batterie) 
probiert, dieses mal aber nur mit einer einzelnen AA-Batterie (ca. 
1.6V). Da sollten die Stufen bei 6.8, 9.5, 11, 11.9, 12.5 mV usw. 
liegen. Diese sind bei einigen Versuchen auch mehr oder weniger sichtbar 
geworden. Aber wie schon gesagt, ist es mehr ein Herumprobieren bis die 
Ergebnisse passen...

[Peter F. (toto)]

Laut Quantenmechanik ist ja alles quantitisierbar. Bestimmt auch der 
Widerstand.

Zu dem Experiment habe ich bis jetzt nur das hier gefunden.
https://uol.de/f/5/inst/physik/ag/vlex/download/fga_golddraht.pdf

Zitat:"...Durch leichtes Klopfen auf den Tisch..."

Ich verstehe das ganze Experiment nicht. Es geht ja hier nicht ums 
Kontaktprellen. Wenn die Goldkontakte sich trennen und es währendessen 
zu irgendwelche Stromschwankungen kommt, wird sich das im 
Subnanosekundenbereich abspielen.

Christoph E. schrieb:
> OPA354
Damit kommst du dann nicht weit.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke Peter für den link, den kannte ich noch nicht.
Ich klopfe auch auf den Boden, um die beiden golddrähte zu trennen. 
Komischerweise geschieht die Trennung in diesem Fall deutlich langsamer 
als bei mir (20 mikrosekunden/div im verlinkten Experiment gegenüber 
400ns/div bei mir).
Meine beiden 0.1 mm golddrähte sollten eigentlich auch hochrein sein. 
Ich werde mich der Sache nochmals annehmen und die Spannung am 10 kOhm 
vorwiderstand abgreifen (bisher am 100 ohm vorwiderstand bei mir). Auch 
die Orientierung der beiden golddrähte werde ich noch ändern. Bei mir 
sind sie eher horizontal ausgerichtet, im link hingegen vertikal...
Beim trennen der golddrähte bilden sich nanokanäle ähnlich dem in die 
Länge gezogenen Käse, wenn du dir ein pizzaeck aus einer Pizza nimmst. 
Und in diesen Fällen ist der leitwert nicht mehr von der Geometrie 
(Länge, Querschnitt) abhängig sondern ist quantisiert und besitzt den 
leitwert 1/12900 ohm^-1. Bei mehreren solcher Kanäle parallel halt dann 
n/12900 ohm^-1...

[Christoph E. (stoppi)]

Hier nun einige Ergebnisse mit der am 10 kOhm abgenommenen Spannung und 
den beiden Golddrähten. Die Stufen treten bei vertikaler Ausrichtung der 
Drähte etwas häufiger auf gefühlsmäßig und müssten bei 669 mV, 934 mV, 
1076 mV usw. liegen. Dies ist zum Teil auch der Fall...

Werde aber noch weiter probieren, ob Verbesserungen möglich sind und 
wenn ja, wie diese experimentell zu erzielen sind.

[Andreas M. (amesser)]

Ich denk für ns Auflösung ist der OPA leider immer noch zu langsam. Bei 
10^5 bleiben da gerade mal 25kHz übrig, also ca 40µs. Der Trennvorgang 
muss also langsamer ablaufen. 10^5 Für eine Stufe ist schon verdammt 
viel. Das macht man eigentlich nicht. Eventuell wäre es besser die 
Verstärkung auf zwei Stufen zu verteilen, die Phasenverschiebung / 
Verzögerung sollte hier ja eigentlich nicht so sehr stören.

[Andreas M. (amesser)]

Der OPA855 wäre schneller, aber noch ne Stufe schwieriger bei der 
Verarbeitung :-)

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für deine Tipps, Andreas.

Bei der zweiten Messvariante verwende ich ja keinen OPV, sondern nur 
einen gewöhnlichen shunt + Oszi.

Wie man anhand der Internetquellen sehen kann, spielen sich dort die 
Stufen in µsek ab. Bei meinen letzten Oszibildern habe ich ja auch 4 
µsek/div zum Beispiel...

Anbei noch ein in plus lucis 2/1997 veröffentlichter Verlauf ebenfalls 
mit gemächlicher Zeitauflösung.

[Peter F. (toto)]

Christoph E. schrieb:
> Bei der zweiten Messvariante verwende ich ja keinen OPV, sondern nur
> einen gewöhnlichen shunt + Oszi.

Was der richtige Ansatz ist, wozu will man da etwas verstärken? So ein 
Golddraht sollte ja fast ein idealer Schalter sein. Bis auf die 
quantenmechanischen Effekte...
An deiner Stelle würde ich mir auch noch ein gutes gebrauchtes analoges 
Oszilloskop zulegen.

[Christoph E. (stoppi)]

Ganze drei Projekte sind noch ausständig, meine Kondensatorbank testen 
(Stichwort disc launcher), einfache Astrofotografie mit DSLR-Kamera und 
Zoomobjektiv betreiben und eine Wimshurst-Influenzmaschine bauen. 
Letzteres steht gerade an und ich habe schon einige Teile dafür besorgt.

Die beiden Kunststoffscheiben mit den Alufoliesegmenten und die zwei 
Leydenerflaschen entnehme ich dem Bausatz von Astromedia 
(https://astromedia.de/Die-Wimshurst-Maschine). Den Rest baue ich 
selbst.

Gestern habe ich mich im Baumarkt mit einigen Teilen (Alustangen, 
Alurohre, Messingstäbe, Ringkabelschuhe, Gewindestangen, 
Einschlagkrallen, Muttern und Beilagscheiben usw.) eingedeckt. Hat in 
Summe 33 Euro gekostet. Die Wimshurstmaschine von Astromedia gibt es um 
rund 45 Euro.

Auf aliexpress bin ich auch fündig geworden und habe dort 
Feststellringe, Madenschrauben, Messingkugelmuttern und Laufrollen 
bestellt. Diese Teile sind noch unterwegs und kosteten insgesamt rund 25 
euro.

Bei Matador 
(https://www.matador.at/Produkte/Explorer-5/Einzelteile-Ersatzteile/Raeder:::1_3_55_61.html?MODsid=1c677e020a7300c1b09cb292270224f6), 
einem beliebten Holzspielzeug aus Österreich und Teil meiner Kindheit, 
habe ich Laufrollen aus Holz und Kautschukriemen besorgt. Machte in 
Summe rund 28 Euro aus.

Für das Geld bekommt man zwar schon fix und fertige Wimshurstmaschinen 
auf aliexpress oder amazon zu kaufen, aber worin liegt dann die 
Herausforderung und der Bastelspaß?

Rekordfunkenweiten erwarte ich von meiner Maschine nicht, sie soll 
einfach nur ordentlich funktionieren und einigermaßen stabil sein. 
Deshalb verwende ich auch die restlichen Kartonteile des Bausatzes von 
Astromedia nicht.

Wenn es Neuigkeiten gibt, geht es hier weiter...

[Christoph E. (stoppi)]

Leydenerflaschen habe ich nun doch auch selbst gefertigt. Zufällig habe 
ich ein passendes Plexiglasrohr (50 mm Durchmesser) und Aluklebeband 
noch in meinem Fundus entdeckt.

Die Achse des Kondensators besteht aus einer M4 Gewindestange. Zur 
besseren Isolation von der Grundplatte wird die Gewindestange in einen 
Polyamidzylinder geschraubt. Dieser wird dann mit Polyamidschrauben auf 
der Grundplatte fixiert. Die Kapazität einer einzelnen Flasche beträgt 
rund 80 pF.

Die Elektrodenhalterungen sind auch schon fertig. Die 12mm Messingkugeln 
werden ans Ende der 4mm-Messingstäbe geschraubt. Außengewinde habe ich 
bereits geschnitten.

Vom Astromediabausatz verwende ich eigentlich nur die beiden Scheiben 
inkl. der Alusegmente. Diese wären wohl einzeln günstiger als 45 Euro zu 
haben gewesen ;-)

Jetzt warte ich auf die aus China kommenden Teile. Werde über 
Fortschritte natürlich berichten...

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Hier kommt ja fast täglich ein neues Projekt zu Tage. Musst du 
eigentlich gar nicht mehr arbeiten gehen? Kannst du von morgens bis 
abends nach Lust und Laune einfach alles das bauen, wozu du Lust hast? 
Wenn das wirklich so ist, dann ist dieser Zustand natürlich 
beneidenswert.

😃👍

[Mohandes H. (Firma: مهندس) (mohandes)]

Christoph E. schrieb:
> Beispielen:
> https://www.youtube.com/user/stopperl16/videos

Da sind ja schöne Experimente dabei! Teils Sachen, wo ich nicht gedacht 
hätte, daß so was mit 'Hausmitteln' zu realisieren ist.

Eine optische Bank aus Lochplatte, Gewindestangen, Muttern, etc. - das 
ist clever.

Besonders fasziniert haben mich das Michelson- und das 
Fabry-Perot-Interferometer. Zum Michelson habe ich kein Video gefunden 
(übersehen?).

Auf jeden Fall große Klasse! Die Schüler sollten doch auch begeistert 
sein, bei solchen Experimenten 'zum Anfassen'.

[Christoph E. (stoppi)]

Mit meinem Webcamspektroskop konnte ich ja die Natrium-D-Doppellinie 
(589 nm und 589.6 nm) nicht trennen. Nun habe ich es mit meiner 
digitalen Spiegelreflexkamera probiert. Das Beugungsgitter hat 1000 
Linien/mm und das Objektiv war auf 55 mm Brennweite eingestellt. Meine 
Niederdrucknatriumdampflampe habe ich aus einer Dunkelkammerleuchte von 
Osram ausgebaut...

Mit einem eher fliegenden Aufbau konnte ich die beiden Linien sehr gut 
trennen.

Link zu mehr Informationen rund um meine Spektroskope: 
https://stoppi-homemade-physics.de/spektroskopie/

[888 (Gast)]

Ja, es gibt halt doch noch einen Unterschied zwischen Handy-Kamera und 
Spiegelreflex. Als Physiklehrer sollten Dir ja Auflösungsvermögen und 
numerische Apertur ein Begriff sein. Vielleicht wäre das auch mal ein 
lohnenswertes Thema für einen Schülerversuch: "warum zeigt die 
Spiegelreflex mit ihrer großen Optik mehr Details, obwohl doch das 
iPhone viel mehr Megapixel hat?".

[Christoph E. (stoppi)]

Mit meiner Wimshurst-Maschine bin ich auch schon auf der Zielgerade, 
nachdem die Laufrollen aus China eingetroffen sind. Funktioniert soweit 
alles bestens, so wie ich es mir im Vorfeld ausgemalt habe. Jetzt muss 
ich nur noch den Aufbau inklusive der beiden Kondensatoren auf eine 
Grundplatte verfrachten, dann kann der erste Test stattfinden. Bin schon 
gespannt, ob meine Maschine auch Funken schlägt...

Für die low budget Astrofotografie habe ich mir auf Amazon einen 
90mm/500mm Achromaten gegönnt. Kann mit Sicherheit durch die starke 
chromatische Aberration nicht ansatzweise mit Apochromaten mithalten, 
dafür hat dieser nur sensationelle 107 Euro inkl. Versand gekostet 
(https://www.amazon.de/Bresser-Refraktor-Teleskop-Messier-optischer/dp/B06XD5BWDB/). 
Auf der Herstellerseite von Bresser kostet dieser im Moment immerhin 169 
Euro.

Meine gebrauchte Canon EOS 1100D hänge ich dann mittels Adapter an den 
1.25" Okularauszug. Ziel ist es, die Messierobjekte damit aufzunehmen, 
wobei ich erst einmal schauen muss, ob meine motorisierte Montierung 
überhaupt schön nachführt. Diese habe ich auch gebraucht um 80 Euro 
letzten Sommer gekauft. Mein ganzes Astrosetup kommt also inkl. DSLR und 
Refraktor auf rund 400 Euro, was ich als sensationell günstig erachte. 
Eines meiner Ziele ist es ja immer, die Projekte auch möglichst günstig 
umzusetzen, denn nicht jeder Schüler hat 1000 Euro alleine für einen 
Apochromaten übrig...

[Christoph E. (stoppi)]

So, die Wimshurst-Maschine ist fertig. Von der erzielbaren Funkenlänge 
bin ich aber ziemlich enttäuscht. Ich schaffe gerade einmal 2 cm...

Eine Frage hätte ich: Müssen die beiden Neutralisatoren eigentlich 
gegenseitig isoliert angebracht werden? Bei mir befinden sie sich ja 
beide auf der Metallgewindestange und sind somit elektrisch miteinander 
verbunden. Fall sie isoliert voneinander montiert gehören, muss ich sie 
noch umbauen.

[Gerhard O. (gerhard_)]

In einem Buch von mir fand ich die beiden Seiten über Wimhurst Maschinen 
im Anhang. Dort wird vorgeschlagen einen Kondensator mit (interner) 
Funkenstrecke parallel zu schalten.

Das Buch heißt:
"Electrostatics" Handbook von Charles Green.

Die anderen Bilder zeigen einen Kelvin Wassertropfen Generator.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank Gerhard für die Informationen...
Ich werde die beiden Neutralisatoren einmal isoliert voneinander 
aufbauen und dann schauen, ob die Funkenlänge zunimmt.
Es kann auch daran liegen, dass der Abstand meiner beiden Scheiben 
voneinander zu groß ist. Diesen werde ich auch noch versuchen zu 
reduzieren.

[John B. (craftsman)]

Christoph E. schrieb:
> In den letzten Jahren haben sich bei mir doch das eine oder andere
> Physikprojekt für die Schule (z.B. Abschlussarbeit) angehäuft.
> Vielleicht ist es auch für euch von Interesse.
Sehr interessant. Ich komme aus dem Staunen nicht heraus. Bitte weiter 
so!

Michael M. schrieb:
> Musst du eigentlich gar nicht mehr arbeiten gehen?
> Kannst du von morgens bis
> abends nach Lust und Laune einfach alles das bauen, wozu du Lust hast?
> Wenn das wirklich so ist, dann ist dieser Zustand natürlich
> beneidenswert.
Das IST Teil seiner Arbeit.

Da hat jemand anscheinend eine intelligente Berufswahl getroffen und 
macht was daraus. Das darf eigentlich jeder. :-)

[Christoph E. (stoppi)]

Habe meine Wimshurstmaschine noch etwas optimiert (strafferer 
Gummiriemen) und jetzt erziele ich etwas mehr als 3 cm. Damit kann ich 
(gut) leben...

Der 90/500 mm Achromat von Bresser ist auch heute angekommen. Gut, die 
Verarbeitung ist zum Teil sehr billig (Plastikteile), aber in Anbetracht 
des Preises (105 Euro inkl. Versand) finde ich den erhaltenen Gegenwert 
dennoch mehr als beeindruckend. Wie gesagt, um dieses Geld kaufen sich 
andere einen Sucher oder 1/3 eines Okulars. Ich möchte damit ja (sehr) 
günstige Astrofotografie betreiben. Beim nächsten Neumond und 
entsprechend klarem Himmel geht es zu meiner Lieblingsbeobachtungsstelle 
unweit von Graz...

[DANIEL D. (Gast)]

Also bei der Montierung hast du auf jeden Fall einen riesen schnapper 
gemacht.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Moin,

Möchte interessierten Lesern auf ein interessantes Buch über alte 
Meßtechnik hinweisen das mir über den Weg gelaufen ist:

Es heißt: "Elektrische Meßgeräte und Meßeinrichtungen", Von A. Palm 
Oberingenieur, 1937

https://nanopdf.com/download/i-d-rehspul-m-e-ger-te_pdf

Gruß,
Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

In den letzten Tagen habe ich versucht, die Solarkonstante, also die 
Strahlungsintensität der Sonne am Ort der Erde, experimentell zu 
ermitteln. Hierzu verwendete ich einen 80g schweren Alublock mit einer 
Fläche von 36 cm², welchen ich mit Kerzenruß beschichtete. In die Sonne 
gehalten erwärmt sich dieser. Aus der Temperaturerhöhung lässt sich dann 
die Strahlungsintensität ermitteln. Diese Messung wiederholt man für 
verschiedene Sonnenstände und trägt dann ln(I) gegen 1/sin(alpha) auf. 
Extrapoliert man die Gerade, so entspricht der Ordinatenabschnitt genau 
dem Logarithmus der Sokarkonstante. In meinem Fall erhielt ich einen 
Wert von 1408 W/m², welcher sehr nahe am Tabellenwert von 1370 W/m² 
liegt.

Mehr Informationen gibt es hier: 
https://stoppi-homemade-physics.de/solarkonstante/

[Andrew T. (marsufant)]

Gerhard O. schrieb:
> Möchte interessierten Lesern auf ein interessantes Buch über alte
> Meßtechnik hinweisen das mir über den Weg gelaufen ist:

Danke Dir Gerhard für den Tip,
ist ein schönes Buch wenn man mal wieder einige Abende in alter 
Meßtechnik schwelgen mag.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Moin,

"Die Physik der Schwingungen und Wellen" von Th. Altmeyer ist sehr 
lesenswert. Es lohnt sich, es wieder durchzugehen:

https://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/didaktik_physik/materialien/materialaltmeyer/schwingungen_wellen.pdf

https://oar.ptb.de/files/download/59ef10144c918497222d9bb7
https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/ptb_mitteilungen/mitt2012/Heft1/PTB-Mitteilungen_2012_Heft_1_en.pdf

Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

Für das Physiklabor habe ich auch eine verstellbare Kugelrollbahn 
gebastelt. Ziel ist es, die Bahn bei gegebenen Startpunkt (0/0.2m) und 
Zielpunkt (0.8m/0) so zu verändern, dass die Kugel die kürzest mögliche 
Laufzeit besitzt. Zuerst geschieht dieser Versuch experimentell und dann 
auch noch rechnerisch mit meinem einfachen und uralten Visual Basic 
Programm.

Hierfür werden die Koeffizienten eines Polynoms 4ten Grades innerhalb 
einzugebeneder Grenzen variiert und für jedes Polynom dann die Laufzeit 
theoretisch berechnet. Am Ende werden dann die Koeffizienten der 
schnellsten Bahn ausgegeben und diese Bahn gezeichnet. Die Koeffizienten 
a und e sind nicht frei wählbar, da ja die Bahn durch den Start- und 
Endpunkt verlaufen muss. Der Koeffizient a ist daher 0.2 und e ergibt 
sich aus b, c und d.

Diese theroetisch ermittelte "beste" Bahn wird dann in das gleiche 
Diagramm wie die experimentell ermittelte Bahn eingetragen. Im Idealfall 
unterscheiden sich beide Bahnen nur geringfügig voneinander...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/schnellste-bahn/

[Christoph E. (stoppi)]

Eine Versuchsidee zum Thema Welle-Teilchen habe ich noch und zwar die 
Messung des Lichtimpulses p. Nach de Broglie ist ja die typische 
Wellengröße Wellenlänge lambda mit der typischen Teilchengröße Impuls p 
nach der Gleichung lambda = h / p (h...Plancksches Wirkungsquantum) 
verknüpft.

Ein Photon besitzt trotz der Ruhemasse 0 einen Impuls p und zwar hängt 
dieser wiefolgt mit der Photonenenergie E zusammen:

p = h / lambda = h * f / c = E / c.

Höherfrequentes blaues Licht besitzt nach E = h * f nicht nur eine 
größere Energie, sondern auch einen größeren Impuls.

Einen einfachen Versuch zum Lichtimpuls habe ich bereits umgesetzt, die 
Laserlevitation: https://stoppi-homemade-physics.de/laserlevitation/

Der Impulserhaltungssatz führt zusammen mit dem Impuls der Photonen 
dazu, dass ein sehr kleiner Diamant im Laserlichtstrahl schwebt.

Nun möchte ich noch einen weiteren Versuch zur Untermauerung des 
Photonenimpulses starten. Ich habe ja eine selbstgebaute µg-Waage in 
meinem Fundus. Mit dieser bin ich in der Lage, µg zu messen. Ein 1x1 mm 
Papierquadrat mit einer Masse von 70 µg lieferte eine Ausgangsspannung 
von 9 mV. Demnach beträgt die Empfindlichkeit meiner µg-Waage 0.13 
mV/µg.

Ich habe mir nun gedacht, mit einem sehr starken Laser (10W) auf die 
Waage zu leuchten und zu schauen, ob sie eine Kraft/Masse anzeigt.

Ein 10W-Laser müsste bei Reflexion des Strahls eine Kraft von 6.67*10^-8 
N erzeugen. Dies entspricht einer Masse von 6.67 µg. Dies müsste eine 
Ausgangsspannung von 0.8671 mV bewirken, also durchaus messbar.

Für eine genauere Messung der Ausgangsspannung möchte ich einen ADS1115 
AD-Wandler und einen Arduino verwenden. Ich dachte mir, ich mittel die 
gemessene Ausgangsspannung über z.B. 10000 Werte und betrachte dann den 
Mittelwert mit und ohne Laserstrahl. Damit könnte ich auch geringste 
Spannungsunterschiede erfassen.

Jetzt muss ich erst einmal einen 10W-Laser auf aliexpress bestellen. Die 
µg-Waage habe ich wie gesagt bereits.

Die große Frage wird dann aber sein, ob nicht andere Effekte (Erwärmung, 
Konvektion usw.) meinen Photoneneffekt zunichte machen. Ich denke da an 
den Versuch mit einer Lichtmühle 
(https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtm%C3%BChle), welche ja auch nicht 
mittels Strahlungsdruck funktioniert, sondern durch stärkere Erwärmung 
der dunklen Seite.

Wenn bei einem Versuch aber zum Beispiel Konvektion auch eine Rolle 
spielen sollte, so würde diese aber mMn zu einer Reduzierung der 
angezeigten Masse führen. Der Photonenimpuls bei von oben auf die Waage 
gerichtetem Laser müsste aber eine Massenerhöhung bewirken. Mal schauen, 
was ich dann messe...

[Christoph E. (stoppi)]

Nach einer längeren Pause habe ich nun doch noch einige weitere Projekte 
aufspüren können, die ich umsetzen möchte.

1.) Pyranometer: Damit kann man die Bestrahlungsintensität in W/m² 
messen. Der Aufbau ist total simpel und besteht lediglich aus 
Solarzelle, Potentiometer und Panel-Voltmeter. Da der Kurzschlussstrom 
einer Solarzelle direkt proportional zur Bestrahlungsintensität ist, 
muss das Potentiometer auf einen möglichst niedrigen Wert eingestellt 
werden. Zusätzlich muß bei 1000 W/m² eine Spannung von 100 mV am 
Widerstand abfallen. Erste Versuche im Sonnenlicht sind sehr 
vielversprechend.

2.) Bandabstand von Germanium
Bei PHYWE 
(https://www.phywe.de/versuche-sets/hochschulversuche/bandabstand-von-germanium_10967_12000/) 
gibt es ein komplettes Set für die Schule zu kaufen um läppische 1900 
Euro. Meine Version ist natürlich spottbillig im Vergleich. Den flachen 
Germaniumquader habe ich um 40€ auf ebay.com aus den USA bestellt, den 
Rest (Thermometer, Heizmodul, Wärmeleitkleber usw.) fand ich auf 
aliexpress. Zur Messung: Es wird der Widerstand des Germaniums in 
Abhängigkeit von der Temperatur bestimmt. Dazu schicke ich einen 
konstanten Strom von 10 mA durchs Germanium und messe den 
Spannungsabfall in Abhängigkeit von T. Daraus lässt sich der Bandabstand 
(sollten 0.67 eV sein) bestimmen.

3.) Tunneleffekt bei einer Tunneldiode
Hier möchte ich die für Tunneldioden typische Kennlinie erfassen. Diese 
besitzt vor dem typischen Diodenanstieg bei noch geringerer Spannung 
einen Hügel, der vom Tunneleffekt herrührt. Die Tunneldiode 1I308I habe 
ich über ebay erstanden und ist auf dem Weg zu mir 
(https://www.ebay.com/itm/154709927066?var=455395183770).

4.) Elektronen im elektrischen Feld
Auf aliexpress gibt es sehr günstige Kathodenstrahlröhren. Ich habe mir 
eine mit Ablenkelektroden um 60 Euro gegönnt 
(https://de.aliexpress.com/item/4000376086482.html). Damit bestimme ich 
den Ablenkwinkel der Elektronen in Abhängigkeit von der Ablenkspannung 
bei gegebener Beschleunigungsspannung und vergleiche Theorie und 
Experiment. Die spezifische Elektronenladung e/m lässt sich mit diesem 
Versuch allerdings nicht ermitteln. Hierfür bräuchte man ein Magnetfeld 
zur Ablenkung.

5.) Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mittels LEDs
Obwohl ich diesen Versuch schon gemacht habe, möchte ich ein kompaktes 
Gerät mit 6-7 verschiedenfärbigen LEDs basteln, damit die 
Versuchsdurchführung einfacher vonstatten geht. Im Lehrmittelhandel 
bezahlt man dafür rund 150 Euro. Bei mir gibt es das Ganze natürlich 
deutlich günstiger

6.) Brownsche Molekularbewegung
Ich werde mir eine Rauchkammer per 3D-Drucker drucken lassen und dann 
die Brownsche Molekularbewegung mittels Rauch unter dem Mikroskop meiner 
Tochter beobachten. Kleine Randnotiz: Albert Einstein leistete einen 
bedeutenden Beitrag zur Quantisierung dieses Effekts.

7.) NMR im Erdmagnetfeld
Auf Youtube bin ich auf einen sehr simplen Aufbau zur 
Nuklearmagnetresonanz  gestoßen 
(https://www.youtube.com/watch?v=zSnJietN4OM). Normalerweise sind die 
NMR-Aufbauten deutlich komplexer (mehrere Spulen, kompliziertere 
elektronische Ansteuerung und Auswertung). Teile für meinen simplen 
Aufbau habe ich bereits bestellt, zum Beispiel LT1115 für den 
Verstärker. Dieser ist ein ultra low noise audioamplifier und müsste 
daher für die auftretenden Frequenzen (Lamorfrequenz nur ca. 2.1 kHz) 
und meinen Verwendungszweck hoffentlich gut passen.

[Christoph E. (stoppi)]

Das Pyrnometer ist soweit fertig. Ich habe die angezeigten Werte mittels 
der Sonnenstrahlung einmal kalibriert. Als nächstes werde ich mit einer 
100W-Glühbirne das Abstandsgesetz 1/r² überprüfen und die 
experimentellen Werte den theoretischen gegenüberstellen...

[Thomas U. (charley10)]

Christoph E. schrieb:
> Das Pyrnometer ist soweit fertig. Ich habe die angezeigten Werte mittels
> der Sonnenstrahlung einmal kalibriert. Als nächstes werde ich mit einer
> 100W-Glühbirne das Abstandsgesetz 1/r² überprüfen und die
> experimentellen Werte den theoretischen gegenüberstellen...

Wie bringst du die Zellen während der Messung stabil auf die Temperatur, 
bei der kalibriert wurde?
Oder wird der Wirkungsgrad der Zellen über einen Temperaturfaktor bei 
der Auswertung mit berücksichtigt?

[Christoph E. (stoppi)]

Hallo Thomas!

Der jetzige Aufbau verfügt über keinerlei Temperaturkorrektur, da ich 
das Pyranometer so einfach wie möglich für meine Schüler bauen wollte. 
Das wäre dann ein schöner Ansatz für die Version 2 ;-)

[Gerhard O. (gerhard_)]

Hallo Christoph,

Ich baute mir vor einigen Jahren das hier Beschriebene Pyranometer, mit 
kritischen Bauteilen von Dave bereitgestellt. Kannst es Dir  mal 
ansehen:

https://instesre.org/construction/pyranometer/pyranometer.htm

Die am Ausgangs R abfallende Spannung stimmt mit den Publizierten Werten 
ziemlich gut überein. Auch mit Werten einer Internetwetterstation in der 
Stadt von Campbell Scientific vergleicht ziemlich gut.

[Christoph E. (stoppi)]

@Gerhard: Vielen Dank für die Informationen ;-)

Das Gerät zur Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mittels der 
Flussspannung verschiedenfärbiger LEDs ist fertig. Das damit berechnete 
Ergebnis für h ist besorgniserregend gut.

Die beiden HV-Netzteile für die Kathodenstrahlröhre sind auch bereit für 
den Einsatz.

Der 1g Germaniumbarren ist auch schon aus den USA eingetroffen. Da warte 
ich aber noch auf Wärmeleitkleber aus China

[Andrew T. (marsufant)]

Christoph E. schrieb:
> Das Pyrnometer ist soweit fertig. Ich habe die angezeigten Werte mittels
> der Sonnenstrahlung einmal kalibriert. Als nächstes werde ich mit einer
> 100W-Glühbirne das Abstandsgesetz 1/r² überprüfen und die
> experimentellen Werte den theoretischen gegenüberstellen...

Ein kleiner Tip (weil, genau sowas habe ich 1977 auch mal gebaut): Die 
Solarzelle auf konstanter Temperatur halten.
Sonst siehst Du ggfs. deutlich abweichende Ergebnisse wenn Du an 
verschiedenen Tagen misst.
Auch das aufheizen mit einer 100W Glühbirne bewirkt da einen merkbaren 
Fehler.


Ich habe "damals" die Zelle auf eine Aluplatte geklebt, die mit einem 
Heizer (BD435 mit NTC Rückführung) auf ca. 28 Grad gehalten wurde.
Damit war die Anordnung für'S Hobby gut reproduzierbar.

[Christoph E. (stoppi)]

So, der Aufbau zur Bestimmung des Bandabstands von Germanium ist auch 
schon fertig. Eine erste Messreihe ergab einen Bandabstand von 0.63 eV. 
Das stimmt sehr gut mit den Tabellenwerten 0.75 eV bei 0 Kelvin bzw. 
0.67 eV bei 300 K überein.
Meine Temperaturen lagen ja zwischen 293 K (20 °C) und 416 K (143 °C), 
von daher passt mein Wert sehr gut ;-)

link: https://stoppi-homemade-physics.de/bandabstand-germanium/

Die 3D-Druckteile für die Brownsche Molekularbewegung sind auch schon 
eingetroffen. Insgesamt habe ich nur 11 Euro inkl. Versand dafür 
bezahlt. Ein wie ich finde extrem günstiges Angebot. Hatte schon für 
meinen Windkanal bzw. die Elektronenspinresonanz auf diese Quelle für 
3D-Druckteile zurückgegriffen.

[Christoph E. (stoppi)]

Der Versuch zur Brownschen Molekularbewegung konnte erfolgreich 
durchgeführt werden. War aber gar nicht so einfach, die Rauchpartikel im 
Mikroskop sichtbar zu machen, da ich auch Probleme mit der Fokusebene 
hatte. Mit einem Laser ging es dann aber doch...

Und übrigens: Dies war die erste Zigarette seit 35 Jahren. Rauchen ist 
zwar überhaupt nicht meins, aber was macht man nicht alles für die 
eigenen Physikprojekte ;-)

Link zum ausführlichen Artikel: 
https://stoppi-homemade-physics.de/brownsche-molekularbewegung/

Youtube-Video: https://www.youtube.com/watch?v=4UrB1fsreFY

[Andrew T. (marsufant)]

Christoph E. schrieb:
> Eine erste Messreihe ergab einen Bandabstand von 0.63 eV. (293K)
> Das stimmt sehr gut mit den Tabellenwerten ..
> 0.67 eV bei 300 K überein.


Nein.
Da solltest Du bitte nochmals intensiver in deinen Aufbau gehen.
10% Abweichung bei nur 7K Temperatur-Differenz deuten auf einen Fehler 
hin,
der entweder im Aufbau, der Kontaktierung oder der Messtechnik liegt.

[Christoph E. (stoppi)]

@Andrew: Ich messe ja meinen Bandabstand nicht bei (einer) 
Raumtemperatur sondern mittels Widerstand bei Temperaturen ZWISCHEN 293 
K und 416 K!

[Andrew T. (marsufant)]

Christoph E. schrieb:
> @Andrew: Ich messe ja meinen Bandabstand nicht bei (einer)
> Raumtemperatur sondern mittels Widerstand bei Temperaturen ZWISCHEN 293
> K und 416 K!

Ja, und selbst dann sind 10% Fehler ein Kriterium, das den sorgfältigen 
Physiker zum kritischen Prüfen der nicht plausiblen Ergebnisse bringen 
sollte. Sprich: Da ist noch etwas im Argen.

Oder um dich noch näher ans Problem zu bringen:
du werdet mit der Ausgleichsgeraden zwischnew 293K und 333K (nicht 416K) 
aus,
und hast da schon eine zu niedrige  Bandgap.

Das wollte ich Dir nahebringen.

[Christoph E. (stoppi)]

@Andrew: Du schreibst, die Ausgleichsgerade bezieht sich auf 
Temperaturen zwischen 293 K und 333 K. Das stimmt nicht. Meine 
Ausgleichsgerade berücksichtigt Temperaturen zwischen 345 K und 400 K. 
Von daher ist mein erhaltener Wert von 0.63 eV für die Bandlücke sehr 
wohl nicht so übel, wenn diese bei 300 K eben 0.67 eV beträgt....

Inzwischen habe ich die Spule für die NMR im Erdmagnetfeld gewickelt. 
Sie besitzt einen ohmschen Widerstand von 6.4 Ohm und eine Induktivität 
von 11.28 mH. Pro Volt Spannungsversorgung erziele ich eine Flussdichte 
von 2.2 mT, also etwa bei Verwendung einer 12V Batterie 26.4 mT. Ich 
hoffe dies reicht erstens für eine gute Polarisation der magnetischen 
Momente und zweitens ist die Wicklungszahl hoch genug für eine 
ausreichende Induktionsspannung.

Der Verstärker bestehend aus zwei Stufen LT1115 ist auch bereits 
fertig...

[Christoph E. (stoppi)]

Inzwischen ist die russische Tunneldiode aus Litauen und die 
Kathodenstrahlröhre von aliexpress eingetroffen. Letztere ist mein 
diesjähriges Weihnachtsgeschenk an mich, denn niemand kennt die eigenen 
Bedürfnisse so gut wie man selbst ;-)

Die Aufnahme der Kennlinie der Tunneldiode war etwas trickreich, da die 
Spannung sehr oft und schnell fortspringt im Bereich mit negativen 
differentiellen Widerstand. Aber ich konnte die typische Form mit dem 
Esaki-peak bei nur rund 0.09 V nachstellen.

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/tunneleffekt/

Die Kathodenstrahlröhre musste ich natürlich auch gleich testen, zu groß 
war die Vorfreude. Die Verpackung aus China war wirklich vorbildlich. 
Hatte schon Befürchtungen, dass sie nicht heil in Österreich ankommen 
wird.

Hier der Link zum Verkaufsangebot (werde nicht gesponsert): 
https://de.aliexpress.com/item/4000376086482.html

Mit Versand kostet sie um die 60 Euro, also verglichen mit den bei Phywe 
oder Leybold ausgerufenen Preisen ein Witz. Für die nächste Zeit nehme 
ich mir vor, den gesamten Aufbau auf einer Holzplatte zu finalisieren.

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/kathodenstrahlroehre/

[Christian M. (likeme)]

Christoph E. schrieb:
> Das Pyrnometer ist soweit fertig. Ich habe die angezeigten Werte mittels
> der Sonnenstrahlung einmal kalibriert. Als nächstes werde ich mit einer
> 100W-Glühbirne das Abstandsgesetz 1/r² überprüfen und die
> experimentellen Werte den theoretischen gegenüberstellen...

Da bin ich auch gerade dabei, leider ist fast Winter und die Sonne 
versteckt sich immer hinter dem Horizont.... Wie bekommt man 1000W/m² 
sonst her?

[Christoph E. (stoppi)]

Der Aufbau zur Kathodenstrahlröhre ist fertig. Eigenartigerweise bekomme 
ich jetzt bei gleicher Spannung am Kondensator eine geringere Ablenkung 
als bei meinen ersten Messungen. Um bei diesen ersten Messungen eine 
gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Theorie zu erhalten, musste 
ich bei 4 kV Beschleunigungsspannung eine Spannung von nur 1.5 kV in die 
Formel einsetzen. Dies ist auch nachvollziehbar, da ja die Elektronen im 
Bereich der Ablenkung noch nicht ihre komplette kinetische Energie 
besitzen...

[Christoph E. (stoppi)]

Für den Versuch zur NMR muss ich noch mit meinem Sohn bzw. meiner 
Tochter die Spulen wickeln. Das mache ich in den nächsten Tagen.

Inzwischen habe ich mich nach längerer Pause wieder an den Bau einer 
DRSSTC (dual resonant solid state tesla coil) gemacht. Diese verfügt 
über ein Sekundärkreisfeedback. Obwohl dies nicht mehr ganz Stand der 
Technik ist, hoffe ich damit erfolgreich Funken zu erzeugen. Was deren 
Länge betrifft bin ich eher bescheiden und wäre mit 30-40 cm schon mehr 
als zufrieden.

Die Elektronik und die Teslaspule selbst inkl. Topload sind eigentlich 
schon fertig. Jetzt muss ich nur noch einen Stelltransformator besorgen, 
dann kann ich den ersten Test starten.
Vermessen habe ich die Sekundärspule auch bereits mit meinem XR2206 
Signalgenerator. Dabei komme ich auf eine Resonanzfrequenz von 314 kHz. 
Danach habe ich dann meinen Primärschwingkreis abgestimmt. Dieser 
besteht aus 3 Stück WIMA FKP1 220 nF Kondensatoren in Serie, also 73 nF 
gesamt, und eben der Primärspule mit nur noch 3-4 Windungen. Wenn die 
Ströme zu groß werden, werde ich die Primärkapazität reduzieren und die 
Induktivität der Primärspule erhöhen.

Als Interrupter verwende ich die Schaltung von Steve Ward mit den 
NE555...

[Christoph E. (stoppi)]

Heute konnte ich die Messungen zur Bestimmung der spezifischen 
Elektronenladung e/m mittels einer magic eye Röhre durchführen. Für 
vernünftige Bahnradien muss die Stromstärke durch die Spule zwischen 0 
und 1 A betragen. Dies ergibt konkret Spulenspannungen im Bereich 0-6 V, 
was sehr angenehm ist im Schülerlabor.

Der so bestimmte Wert für e/m weicht allerdings deutlicher vom Sollwert 
ab. Ich kann damit aber leben. Vor allem dann, wenn man den günstigen 
Aufbau (Gesamtkosten < 100 Euro) mit sündteuren kommerziellen 
Fadenstrahlröhren vergleicht, welche oftmals über 2000 Euro kosten...

Link zu mehr Informationen dazu: 
https://stoppi-homemade-physics.de/e-m-bestimmung/

[Christoph E. (stoppi)]

Für die Teslaspule habe ich mir einen Stelltrafo mit 2000W gegönnt. 
Diesen und meine DRSSTC habe ich heute zum ersten Mal getestet. Gute 
Nachricht: Ich erhalte Funken. Schlechte Nachricht: Ich habe mir schon 2 
IGBT's zerschossen und der Variac gibt schon bei niedrigen Spannungen 
(ca. 30-40V) ein besorgniserregendes Brummen von sich. Bei 40 V zieht 
die Teslaspule im Moment  1.6 A. Ist dies normal?

Den Interrupter habe ich auf 50 µs on-time und nur 150 Hz eingestellt. 
Von daher belaste ich die Vollbrücke nicht wirklich stark. Traue mich 
aber ob der Geräusche und weil ich schon bei 60V mir eben zwei IGBT's 
zerschossen habe nicht höher zu gehen.

Werde mir jetzt einmal die Gate-Signale anschauen...

[Falk B. (falk)]

Christoph E. schrieb:
> Ich habe mir schon 2
> IGBT's zerschossen

Naja. Die Schaltung ist schon sehr einfach gehalten. Das sind nur 4 
Sekundärwicklungen auf einem Ringkern. Damit werden alle vier IGBTs 
gleichzeitg geschaltet. Und das bei DEN Frequenzen von 314kHz? Das halte 
ich für SEHR gewagt. Erstens gibt es keinerlei Schaltung, um eine 
Totzeit der Brücken zu garantieren, das basiert alles auf gut Glück der 
unsymmetrischen Ein/Aus Zeiten der IGBTs. Aber die schalten schneller 
ein als aus, man braucht es eigentlich anders herum! Außerdem sind 314 
kHz für die meisten IGBTs zuviel, auch für die relativ neuen Typen. 
MOSFET sind hier deutlich besser, weil schneller, vor allem beim 
Abschalten. Die höheren Leitverluste sind nebensächlich.
Und zweitens ist dein Aufbau teilweise nicht so ganz HF-tauglich. 
Verdrillte Kabel vom Ringkern zu den IGBTs sind zwar gut, aber erstens 
zu lang und zweitens ist die Schleife der beiden Kabel am IGBT zu groß. 
Und warum in aller Welt nimmst du als Gatewiderstand diese Monster? Die 
sind erstens mechanisch zu groß, wodurch die Einkoppelschleife 
vergrößert wird und zweitens sind das gewickelte Widerstände, die einige 
(Dutzend?) uH Induktivität haben. Gerade DIE willst du dort nicht haben. 
Nimm normale 1W, ggf. 2W Widerstände, die reichen locker.

[Christoph E. (stoppi)]

@Falk: Danke für deine Hinweise...

Ich habe mir ja vor einigen Tagen einmal die Gatesignale angeschaut und 
musste feststellen, dass einer der beiden Treiber-ICs (UCC37321 bzw. 
UCC37322) scheinbar nicht richtig arbeitet. Da ich diese Chips vor 
längerer Zeit günstig über ebay oder aliexpress gekauft habe, vermutete 
ich natürlich gleich fake-ICs.

Habe mir deshalb auf TME (https://www.tme.eu/at/) originale für rund 34 
Euro inkl. Versand (2 x 4 Stück) gekauft. Diese habe ich heute per 
Blitzversand bekommen und gleich getestet. Nun sieht das Signal nach den 
UCC's so aus wie erwartet. Bekomme ein schönes Rechteck mit +/-12V.

Dann habe ich mir die Gate-Signale angeschaut. Diese sehen eigentlich 
auch recht brauchbar aus mit einer rise-time der Flanken von rund 300 
ns. Deshalb startete ich voller Neugierde gleich einen Testlauf. Die 
Stromaufnahme bleibt bei geringer on-time und geringer 
interrupter-Frequenz überschaubar (rund 0.6A bei 60V) und die Kühlkörper 
der Vollbrücke werden nur handwarm. Einziger Wehrmutstropfen: Die Blitze 
sind noch sehr bescheiden. Vermutlich ist die Teslaspule noch nicht 
richtig abgestimmt. Werde deshalb in den nächsten Tagen eine Primärspule 
mit mehreren Abgriffen ausprobieren und dann bei jedem Abgriff den 
Output überprüfen.

Aber ich bin einmal fürs Erste sehr zufrieden, dass die DRSSTC stabil zu 
laufen scheint. Wenn es Neuigkeiten gibt, geht es hier weiter... ;-)

P.S.: Übrigens hat das neue Jahr leider eine schlechte Nachricht für 
mich parat. Über Aliexpress kann ich seit 1.1.2023 keine Bestellungen 
mehr nach Österreich aufgeben. Die Händler versenden im Moment nicht 
nach Österreich. Schuld ist vermutlich eine mit Jahresbeginn eingeführte 
neue Verpackungsverordnung die jeden Händler verpflichtet, einen 
Verpackungs/Entsorgungspartner in Österreich anzugeben.

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe mich heute noch einmal der Teslaspule gewidmet und es gibt 
folgende Probleme:

1.) Im "normalen" Interrupter-mode bei geringer on-time (rund 100 µs) 
und geringer interrupter-Frequenz bleibt der Stromverbrauch extrem 
moderat, nur ca. 0.7A bei 55V vom Stelltrafo. Problem ist die extreme 
Lautstärke. In meiner kleinen Wohnung betrieben kann ich da nicht 
wirklich weiter hochregeln. Ich bekomme in diesem Modus auch sehr dünne, 
stark verästelte Blitze.

2.) Im Burst-Modus erhalte ich ein komplett anderes Funkenbild. Die 
Blitze sind nun viel intensiver, aber die Vollbrücke zieht selbst bei 
nur 30V bereits 10A und mehr über den Stelltrafo. Eigenartigerweise ist 
die Lautstärke in diesem Modus aber gefühlt deutlich geringer und 
erträglich. Aber ich kann hier natürlich aufgrund des sehr hohen 
Strombedarfs nicht noch weiter mit der Spannung gehen. Das Funkenbild 
ist aber auch eigenartig und erinnert mich eher an eine VTTC und nicht 
an eine DRSSTC.

Ist alles noch nicht wirklich befriedigend. Hätte meine DRSSTC halt 
schon sehr gerne direkt am Netz betrieben, aber das kann ich mir so 
komplett abschminken. Blitzerekorde erhoffe ich mir aber eh keine und 
ich würde die Teslaspule auch stark gedrosselt betreiben wollen. Aber so 
wie es jetzt sich darstellt ist der Stromverbrauch in Ordnung, dafür die 
Blitze (logischerweise) mickrig und die Lautstärke aber extrem oder es 
geht von der Lautstärke und der Blitzlänge, dafür ist der Stromverbrauch 
indiskutabel.

Da ich absolut nicht der Teslaspulenprofi bin, hätte vielleicht jemand 
Tipps für mich? Abgestimmt habe ich eigentlich die Spule jetzt soweit. 
Am Oszilloskop war aber im Betrieb eine Schwingung mit 340 kHz zu 
messen. Für die Sekundärspule habe ich eigentlich 314 kHz mit 
Funktionsgenerator gemessen. Ich werde noch überprüfen, ob diese 
Frequenz vom Primärkreis kommt. Falls ja, müsste ich die Anzahl der 
Primärwindungen noch erhöhen, um f zu senken.

Danke im voraus für eure Hilfe...

[Falk B. (falk)]

Christoph E. schrieb:

> längerer Zeit günstig über ebay oder aliexpress gekauft habe, vermutete
> ich natürlich gleich fake-ICs.

Naja, nicht alle defekten ICs sind gleich gefälscht. Du hast schon IGBGs 
geschrottet, das kann ein Nebeneffekt sein.

> Dann habe ich mir die Gate-Signale angeschaut. Diese sehen eigentlich
> auch recht brauchbar aus mit einer rise-time der Flanken von rund 300
> ns.

Naja. Warum ballerst du mit fast +/-25V auf die Gates? Geht's noch? ;-)
+/-10 bis +/-15 reichen locker.

Christoph E. schrieb:

> 1.) Im "normalen" Interrupter-mode bei geringer on-time (rund 100 µs)
> und geringer interrupter-Frequenz bleibt der Stromverbrauch extrem
> moderat, nur ca. 0.7A bei 55V vom Stelltrafo. Problem ist die extreme
> Lautstärke. In meiner kleinen Wohnung betrieben kann ich da nicht
> wirklich weiter hochregeln. Ich bekomme in diesem Modus auch sehr dünne,
> stark verästelte Blitze.

Einzelentladungen.

> 2.) Im Burst-Modus erhalte ich ein komplett anderes Funkenbild. Die
> Blitze sind nun viel intensiver,

Coronaentladungen, die lange genug nachleuchten, bis die nächste 
Entladung kommt. Das ist mehr ein gleichmäßiges Funkeln, deswegen knallt 
es nicht so laut, weil das Plasma noch da ist.

> aber die Vollbrücke zieht selbst bei
> nur 30V bereits 10A und mehr über den Stelltrafo.

Und was sagen deine Kühlkörper? Ich vermute mal, daß deine Vollbrücke 
ordenliche Querströme beim Umschalten fließen läßt, die nur sinnlos 
Wärme machen und immer kurz davor sind, deine Halbbrücken zu killen. Ich 
wiederhole mich. Die Ansteuerung der IGBTs hat mehr mit Glück als 
Verstand zu tun.

> ist aber auch eigenartig und erinnert mich eher an eine VTTC und nicht
> an eine DRSSTC.

Was bedeuten diese tollen Abkürzungen?

> Blitze (logischerweise) mickrig und die Lautstärke aber extrem oder es
> geht von der Lautstärke und der Blitzlänge, dafür ist der Stromverbrauch
> indiskutabel.

Ich würde an der IGBT-Ansteuerung arbeiten. Erstens IGBTs raus und 
MOSFETs rein, die schalten schneller ab. Zweitens eine Ansteuerung der 
Halbbrücken mit Totzeit, ich sag mal 100-200ns. Und mit deutlich weniger 
Anstiegszeit. 300ns ist schnachlangsam, da müssen eher 20-50ns 
rauskommen. Muss man aber unter Last messen. Vorsicht dabei!

> Da ich absolut nicht der Teslaspulenprofi bin, hätte vielleicht jemand
> Tipps für mich? Abgestimmt habe ich eigentlich die Spule jetzt soweit.
> Am Oszilloskop war aber im Betrieb eine Schwingung mit 340 kHz zu
> messen. Für die Sekundärspule habe ich eigentlich 314 kHz mit
> Funktionsgenerator gemessen.

Naja, da ist noch Verbesserungspotential drin.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke Falk für deine Anmerkungen...

VTTC steht für vacuum tube tesla coil. Hier siehst du eine für VTTCs 
typische Entladung: 
https://www.hackster.io/mircemk/vttc-gu81-tesla-coil-with-40cm-sparks-detailed-instructions-44b66c

Meine im Burst-mode ähneln eher dieser als einer richtigen DRSSTC (dual 
resonant solid state tesla coil). Hier ein für DRSSTCs typisches 
Entladungsmuster: 
https://en.m.wikipedia.org/wiki/File:OneTeslaTS_DRSSTC_Tesla_Coil_closeup.jpg

Bei DRSSTCs sind IGBTs eigentlich Standard. Bei meiner SSTC (solid state 
tesla coil) verwende ich aber Mosfets (IRFP460). Die bleibt auch sehr 
zahm und ruhig bei Blitzen um die 25 cm, was mir aber völlig reicht.

Meine alten UCC37321/22 waren aber in der Tat defekt, das erkennt man am 
Signal in der Abbildung DRSSTC5_165. Da liegt ein Plateau nur auf -5V 
anstatt auf -12V. Mit den neuen schaut es so aus wie es sein soll (Abb. 
DRSSTC5_179).

Die Temperatur der Kühlkörper kontrolliere ich morgen noch einmal.

Hier noch ein Video der gleichen DRSSTC wie meine, also gleicher 
Schaltplan: https://www.youtube.com/watch?v=tMgiKXQgvtY

Die zieht laut Erbauer bei 230V um die 7A...

[Falk B. (falk)]

Christoph E. schrieb:
> Bei DRSSTCs sind IGBTs eigentlich Standard.

Hmm, naja. Die Schaltung arbeitet ja mit einem Stromwandler und schaltet 
nahe dem Stromnulldurchgang der Sekundärwicklung. Damit ist das 
praktisch ein Resonanzwandler, steckt ja im Namen. Allerding kann es 
sein, daß der hier etwas empfindlich auf die Resonanzen von primär- und 
Sekundärwicklung reagiert. Kann sein, daß die enger toleriert sein 
müssen. Man sollte sich auch mal das Rückkoppelsignal anschauen. Kann 
man den Stromwandler verpolen oder ist das egal?

[Christoph E. (stoppi)]

Hallo!
Vor einigen Tagen traf der 2W/450nm Laser aus China bei mir ein und so 
konnte ich den Versuch zum "Impuls von Photonen" mit meiner µg-Waage 
machen. Diese Waage liefert mir ja eine Ausgangsspannung, deren Wert zum 
Gewicht proportional ist. Bei 70µg zeigt sie 9mV an. Ich bemerkte, dass 
die Ausgangsspannung aber trotz der Mittelwertbildung (n = 1000) zu 
stark schwankte. Daher habe ich noch einen low-pass-Filter eingebaut. 
Danach ging es...
Wenn ich mit dem 2W Laser auf die Waage-Pfanne strahle, erhöhte sich 
tatsächlich die Ausgangsspannung um ca. 0.16 mV. Bei einem 1.5W Laser 
habe ich eine Spannungserhöhung von 0.13 mV errechnet. Dies würde sehr 
gut zum Messergebnis passen. Nachdem ich den Laser wieder ausgeschaltet 
habe, ging die Ausgangsspannung auch wieder zurück.
Ich muss aber anmerken, dass die Ausgangsspannung der µg-Waage auch ganz 
ohne Laser zum Teil in diesem Bereich schwankte. Also zu 100% kann ich 
jetzt nicht sagen, dass es der Photonenimpuls war, der die 
Ausgangsspannung erhöhte. Aber die gezeigte Messung im Youtube-Video 
würde halt schon sehr gut zu den Erwartungen passen. Ich lasse es jetzt 
einmal so um mir nicht die Illusion zu nehmen, dass es der Lichtimpuls 
gewesen ist ;-)

Youtube-Video: https://www.youtube.com/watch?v=5pjz2Aj0IZ4

Homepage: https://stoppi-homemade-physics.de/lichtimpuls/

[Christoph E. (stoppi)]

So, ein Projekt habe ich noch auf Lager und zwar zum Debye-Sears-Effekt. 
Dabei erzeugt man mit einem hochfrequenten Ultraschallsender in Wasser 
stehende Wellen. Diese wirken dann wie ein Beugungsgitter. Strahlt man 
mit einem Laser senkrecht durch diese stehende Welle erzeugt man 
Beugungsmaxima. Aus deren Abstand lässt sich die Gitterkonstante d, 
welche in diesem Fall genau der Wellenlänge des Ultraschalls entspricht, 
bestimmen. In weiterer Folge kann man aus lambda und der bekannten 
US-Frequenz die Schallgeschwindigkeit im Medium/Wasser sehr genau 
ermitteln.

Als Ultraschallquelle kommt ein US-Vernebler zum Einsatz. Diesen habe 
ich mir gerade eben günstig gebraucht gekauft. Wenn dieser eingetroffen 
ist und ich das Experiment gemacht habe, geht es hier weiter. Bei einer 
Frequenz von 1.7 MHz beträgt der Abstand der Interferenzmaxima bei einem 
Abstand Gitter-Schirm von 6 m nur 3.7 mm. Deshalb benötigt man einen 
möglichst großen Abstand zwischen Ultraschallgitter und Schirm. Ich baue 
deshalb den Versuch im weitläufigen Nordflügel meiner Residenz auf ;-)

Da sich nun aber mein Repertoire an Experimenten endgültig dem Ende 
neigt meine Frage an euch, ob ihr vielleicht noch eine Anregung für ein 
fortgeschrittenes Physikprojekt habt. Aber es muss sich in einer kleinen 
Wohnung umsetzen lassen...

[Mike M. (mikeii)]

Der Millikan Versuch. Der war hier glaube ich noch nicht vertreten.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank Mike für den Vorschlag...

"Leider" habe ich den Millikan-Versuch bereits umgesetzt: 
https://www.youtube.com/watch?v=NXQO0ABI1s8

Das einzige Problem dass ich dabei hatte war der Umstand, dass ich keine 
Teilchen mit nur einfacher Elementarladung entdecken konnte. Welche mit 
2*e oder 3*e hatte ich schon beobachtet. Deshalb habe ich mir vor rund 2 
Jahren noch extra aus den USA eine Latexkügelchen-Emulsion speziell für 
den Millikan-Versuch gekauft. Diese müsste ich einmal beim Versuch 
verwenden bzw. überprüfen...

Ich habe so gut wie jedes Physikprojekt für Fortgeschrittene hinter mir. 
Es fehlt im Moment eigentlich nur noch:

* Nuclear magnetic resonance: Da bin ich aber gerade dabei, siehe 
Beitrag "Nuclear magnetic resonance (NMR) im Erdmagnetfeld"
* DRSSTC Teslaspule: Auch mit dieser beschäftige ich mich gerade
* disc launcher mit Kondensatorbank: Die steht auch schon seit 1.5 
Jahren fix fertig in der Küche und wartet auf ihren Einsatz im Hof. Da 
brauche ich aber aus Sicherheitsgründen eine weitere Person (Söhne oder 
Tochter) dabei
* einfache Astrofotografie: Hierfür habe ich mir im Sommer ja den 90mm 
Refraktor gekauft. Damit werde ich dann im wärmeren Frühjahr erste 
Fotografieversuche starten
* Video vom Spirometer machen. Da benötige ich auch eine weitere Person 
dazu, die hineinbläst...

Ein Kollege versucht sich gerade am Stern-Gerlach-Versuch: 
https://www.youtube.com/watch?v=kCwCOfc1Sqo

Das ist mir dann aber ehrlich gesagt doch zu komplex. Alleine die 
Vakuumanlage wäre bei mir in der Wohnung nicht mehr umsetzbar.

[Falk B. (falk)]

Du bist scheinbar ein wenig hyperaktiv. Versuchs mal mit ZEN. ;-)

https://de.wikipedia.org/wiki/Zen

[Christoph E. (stoppi)]

Dann noch die Youtube-Beiträge zu folgenden Themen anfertigen (sind 
experimentell soweit alle fertig):
* Rastertunnelmikroskop: Hier ist der Aufbau auch bereits fix und 
fertig. Habe das Ganze vor ca. 4 Jahren auf Arduino umgebaut. Jetzt 
fehlen eigentlich nur noch die Messungen damit
* Erzwungene Schwingung mit Federpendel als Resonator (Simulation & 
Experiment)
* Coilgun
* Michelson-Interferometer
* Lissajous-Projektor mit zwei Lautsprechern
* Induktionsheizer
* Levitation
* TEA-Laser
* Kartoffelkanone
* schnellste Bahn (Simulation und Experiment)
* Laserleistumgsmessgerät
* ballistisches Pendel mit Armbrust
* ...

[Dieter P. (low_pow)]

Die Definition Physikprojekte für Fortgeschrittene ist mir
nicht geläufig.

Möglicherweise wäre also der "Magnetische Barkhausen-Effekt"
oder die "Barkhausen-Kurz-Schwingung" zu einfach dafür.

Wenn möglich würde ich vorher andere Versuche abschließen,
damits nicht zuviel auf einmal wird.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Wie wäre es mit der Wasserstandsmessung in einem langen Rohr über 
Schallresonanzen der Luftsäule über dem Wasserspiegel?

Vielleicht läßt sich das auch noch mit Hochfrequenz lösen.

Das wäre mal keine besonders schweren Experimente.

Ein Versuch zur Massenzunahme beim Laden eines Akkus fällt wegen viel zu 
kleiner Massenänderungen leider aus.

Vielleicht lassen sich dort noch einige Ideen finden:
https://www.b-kainka.de/Buch.htm
Und zwar in dem Buch:
https://www.b-kainka.de/Ph%C3%A4nomene.html

Es gibt auch kleine nette Versuche zu Überspannungen.

              D1             D2
--S1--L1(1H)-->|--+--L2(8H)-->|-+ 
                  |             |
                C1(20µF)     C2(5µF)
                  |             |
------------------+-------------+

Wenn S1 geschlossen wird, steigt bei C2 die Spannung auf 240V bei Uin 
von 100V.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für eure Tipps.

@Dieter: Den Barkhauseneffekt hatte ich bereits bei mir als Ordner mit 
einem Video dazu angelegt. Nun werde ich ihn auch experimentell 
umsetzen, da er mir sehr gut gefällt und in den Bereich Atomphysik 
hineinspielt.

Den Debye-Sears-Effekt konnte ich bereits nachweisen, da Anfang der 
Woche der gebrauchte Ultraschallvernebler eingetroffen ist. Er besitzt 
eine Frequenz von 1.7 MHz. Wenn ich ihn aktiviere, ändert sich das 
Laserbild auf der Wand und man kann das horizontale Interferenzmuster 
erkennen. Der Abstand Ultraschallnebler-Schirm betrug rund 9 m. Da meine 
Küche nicht so groß ist, musste ich einen Oberflächenspiegel auf das 
Balkonfenster kleben. 10 Beugungsminima haben auf dem Bild eine Länge 
von 160 Pixel. 144 Pixel im Bild entsprechen einer Strecke von 5 cm. 
Daraus errechnet sich ein Abstand y für das erste Beugungsmaximum von 
5.56 mm. Mit diesen Werten ergibt sich eine Schallgeschwindigkeit von 
1470 m/s. Der Tabellenwert liegt laut Wikipedia bei 1484 m/s. Da liege 
ich ja fast genau richtig ;-)

Den Versuch zum Debye-Sears-Effekt gibt es auch im Schulmittelhandel zu 
kaufen. Beim Blick auf den Preis (9147 USD) hat es mich fast aus den 
Socken gehoben. Die Kosten meines Aufbaus beliefen sich auf:

* grüner Laser: 15 Euro
* Ultraschallvernebler: 16 Euro
* Glasgefäß: 5 Euro
* Oberflächenspiegel: 5 Euro
Gesamt: 41 Euro

[Christoph E. (stoppi)]

Mit meinem alten Peltierkühler-Projekt mache ich gerade bei einem 
instructables-Wettbewerb mit: 
https://www.instructables.com/How-Cold-Can-I-Go-Low-Temperatures-With-a-Peltier-/

Mit einem Peltier-Stack bestehend aus 3-4 Peltierelementen und einem 
leistugsfähigen CPU-Kühler (be quiet! dark rock pro 3 mit 250W TDP) 
komme ich auf -64°C. Leider funktioniert meine Wasserkühlung von corsair 
nicht mehr. Damit ginge es vermutlich noch ein wenig tiefer. Vielleicht 
kaufe ich mir noch eine gebrauchte...

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/hoch-und-tieftemperaturen/

[Uwe D. (monkye)]

Christoph E. schrieb:
> Heute testete ich erstmalig meinen longitudinalen Stickstofflaser.

Tolles Ergebnis. Vor über 40 Jahren hat das Mal ein DDR Magazin 
veröffentlicht. Damals hätte ich es gerne gebaut, aber ich war zu jung 
und hatte kein Geld und das zweite Problem war vor allem an die 
Komponentenbeschaffung.
Das kann ich jetzt ja nachholen.

Nachtrag: Es stand im „Praktiker“

[Christoph E. (stoppi)]

@Dieter P.: Aufgrund deiner Anregung habe ich den Barkhausen-Effekt 
experimentell umgesetzt, danke nochmals für den Tipp.

Hier das Youtube-Video: https://www.youtube.com/watch?v=2YuBOrCMlPw

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/barkhausen-effekt/

Ich bin auf ein weiteres Physikprojekt gestoßen, welches ich noch in 
Angriff nehmen möchte und zwar das Torsionspendel von Cavendish zur 
Bestimmung der Gravitationskonstante G. Wird mit Sicherheit ein hartes 
Stück Arbeit.

Die beiden Metallkugeln für die "Hantel" und die großen Massen habe ich 
bereits besorgt. Hier kommen meine 3.1 kg Gegengewichte von der 
Fernrohrmontierung zum Einsatz. Die Hantelmassen wiegen 107 g. Damit 
beträgt die Gravitationskraft zwischen ihnen bei einem angenommenen 
Abstand von 8 cm bescheidene 5.6 * 10^-9 N. Mal schauen ob das 
Torsionspendel sich dadurch dreht.
Zur Bestimmung des Richtmoments muss ich ja die Periodendauer des 
Drehpendels ermitteln. Hier dachte ich mir kommt der 
Time-of-flight-Sensor VL53L0X mit dem Arduino zum Einsatz. Ob ich diesen 
dann bei der finalen Bestimmung der Ablenkung des Drehpendels auch 
verwende oder dann auf einen abgelenkten Laserstrahl zurückgreife wird 
sich noch zeigen. Mit dem ToF-Sensor kann ich halt die Bewegung sehr 
schön automatisiert auswerten. Beim Laserstrahl auf einer Skala müsste 
ich dies wohl visuell bewerkstelligen.

Für das Torsionspendel verwende ich den Holzaufbau zum Einstein-de 
Haas-Effekt. Als Torsionsdraht werde ich 0.3 mm Kupferlackdraht 
probieren...

Im Zuge meiner Recherche zum Experiment habe ich auch einiges über Henry 
Cavendish erfahren. Der scheint ja noch ein viel größerer Eigenbrödler 
gewesen zu sein als ich es bin ;-)

[Dieter P. (low_pow)]

Es freut mich, dass der Barkhausen-Effekt umsetzbar war.So schnell
hätte ich gar nicht damit gerechnet.Selber konnte ich das auch
nachweisen.Mit einer Spule mit Trafoblechen ist der Effekt nachweisbar,
wenn ein Magnet darüber bewegt wird.Der Effekt ist hörbar stärker wenn 
die Eisenbleche liegend sind, bei der Schmalseite, wenn die Bleche
stehend sind, ist der Effekt deutlich schwächer warnehmbar.
Ein anderer Effekt sollte sich noch beobachten lassen, wenn der 
Eisenkern mit einem Schraubenzieher "gekratzt" wird.Es sollte ein 
"metallisches Kratzen" deutlich hörbar sein.Welcher Effekt dies sein 
könnte, ist mir nicht bekannt.Schraubenzieher aus Vanadium dürften 
ungeeignet sein.

Zum Torsionspendel von Cavendish, zur Bestimmung der 
Gravitationskonstante.
Es erinnert mich daran, das vor langer Zeit ein Lehrer damals mit der
erzielten Genauigkeit nicht zufrieden war.Behalten habe ich, das es
möglichst erschütterungsfrei aufgehängt werden sollte, wegen dem
Lichtzeiger.

Einen Gedanken hätte ich noch zum Erdmagnetfeld.Es gibt einmal den
starken Vertikalen Anteil, neben dem Horizontalen Anteil.Jemand hat
mal erwähnt, das moderne Digitalvoltmeter ( mit z.B. 24 bit Wandler )
derart empfindlich sein können, das eine Bewegung einer Kabelschleife
reicht um eine Spannung zu messen.
Es wäre quasi eine Leiterschaukel, wobei der sonst starke Magnet durch 
das Erdmagnetfeld ersetzt wird, und eine Bewegung der Schaukel eine 
Gleichspannung bzw. Strom im Leiter erzeugt.

Die erzeute Spannung dürfte nur sehr gering sein, und auch mit 
Vorverstärker an einem Digitalvoltmeter wohl nur ein zappeln erzeugen, 
weil ja nicht konstant vorhanden.
Das Ganze vorher durchzurechnen übersteigt meine Fähigkeiten.

https://de.wikipedia.org/wiki/Leiterschaukel

https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Induktion

https://de.wikipedia.org/wiki/Erdmagnetfeld

IGRF Declination Calculator
http://isdc.gfz-potsdam.de/igrf-declination-calculator/

Als Nachtrag noch diese Seite, wenn nicht bekannt.Ich befürchte noch 
weitere Anregungen für Versuche, auf eigene Gefahr.

http://www.sauerampfer-online.de/rauschen/Barkhausen.html

[Joe G. (feinmechaniker)]

Christoph E. schrieb:
> Für das Torsionspendel verwende ich den Holzaufbau zum Einstein-de
> Haas-Effekt. Als Torsionsdraht werde ich 0.3 mm Kupferlackdraht
> probieren...

Das wird sportlich. Ich habe mal dem Torsionswinkel überschlagen 
(Drahtlänge 2m, Pendelstange 50cm). Bei einem 0.3mm Kupferdraht kommst 
du bei einer Lichtzeigerlänge von 10m auf eine Auslenkung von 2.22mm. 
Nimmt man die dünnste Gitarrensaite (e-Saite) kommt man auf eine 
Auslenkung von 8.34mm.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank euch zwei für eure Beiträge/Bemühungen...

@Joe: Buuuuh, das wäre dann experimentell nicht machbar für mich. Ich 
habe gerade in meinen Aufzeichnungen zum Einstein-de Haas-Effekt 
nachgeschaut. Da habe ich beim Richtmoment R für einen frei hängenden, 
wenig belastenden Draht einen Wert von 10^-6 Nm/rad notiert. Das wäre 
dann schon machbarer. Bei einem Drehmoment von 2 * 5.6 * 10^-9 N * 0.3 m 
(angenommene Hantellänge = 0.6 m) = 3.4 * 10^-9 Nm würde ich bei diesem 
Richtmoment auf einen Drehwinkel von phi = 3.4 * 10^-9 / 10^-6 = 3.4 * 
10^-3 rad = 0.195° kommen. Das würde am Ende der Hantelstange eine 
Verdrehung von 1.02 mm bedeuten und am Ende eines 2 m Laserstrahls auf 
der Wand dann immerhin 13.6 mm. Dies hört sich schon bedeutend 
motivierender an.

Und ich denke mir, dass ich mit einem noch dünneren Draht (z.B. 0.1 mm) 
noch ein geringeres Richtmoment R erhalte und damit größere Drehwinkel. 
Die kommerziellen Cavendish-Aufbauten haben geringere Massen und auch 
geringere Längen (Fadenlänge, Hantellänge) und es scheint auch zu 
funktionieren.

Ich werde als erstes einmal das Richtmoment mit verschiedenen Drähten 
bestimmen. Dazu brauche ich aber noch eine 6mm Messingstange für die 
Hantel. Die muss ich mir erst im Baumarkt besorgen...

[Christoph E. (stoppi)]

Hier noch zwei Spielereien zwischendurch, ein LED-Stroboskop mit 
einstellbarer Blitzfrequenz (15-1200 Hz) und Blitzdauer (5-100 µs). Die 
Frequenz erfasse ich mit einem Arduino mittels interrupt, also ganz 
simpel...

Und ein Versuch zur adiabatischen Kompression/Zündung. Habe ich mir über 
Amazon bestellt und funktioniert besser als erwartet. Erwartungshaltung 
war nämlich: Kaputt nach nur einem Versuch ;-)

[Peter F. (toto)]

Christoph E. schrieb:
> Für das Torsionspendel verwende ich den Holzaufbau zum Einstein-de
> Haas-Effekt. Als Torsionsdraht werde ich 0.3 mm Kupferlackdraht
> probieren...

Du schwebst mit deinen Versuchen natürlich in höheren Sphären. Aber 
sollte man, so ganz grundlegend, bei einem Torsionspendel nicht ein 
Material einsetzen, dass sich nicht so leicht im plastischen Bereich 
verformen lässt?
Warum nimmst du keinen Federstahldraht, den gibt es auch in klein.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Peter F. schrieb:
> Warum nimmst du keinen Federstahldraht, den gibt es auch in klein.

Man könnte meinen der Federstahldraht kehrt nach der vollbrachten 
Torsion in die Ausgangsposition zurück. Bei dem geringen Drehwinkel 
macht das jeder andere Draht genauso gut.

In unserem damaligen Unterrichtsraum haben wir für den Versuch einen 
reinen Bronzedraht verwendet, weil er bei einer Verdrehung mit dem 
geringsten Widerstand entgegenwirkt.

Die Apparatur war erschütterungsfrei direkt an die Betonwand des 
Gebäudes geschraubt und der Laserstrahl schoss mit maximaler Hebelkraft 
durch die gesamte Längsseite des Klassenraumes. Nach wenigen Minuten 
Beschleunigungszeit wanderte der Laserstrahlaufprallpunkt, wie von 
Geisterhand, um einige Zentimeter an der Wand entlang.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Jetzt könnte man sogar noch zwei Versuche miteinander Verknüpfen. 
Nämlich die Lichtdruckwaage mit der Gravitationsdrehwaage.

Wenn man schon eine Apparatur mit Laserstrahl und Bronzedraht hat, dann 
könnte man die beiden Bleikugeln durch einen kleinen Spiegel (mit 
Gegengewicht) ersetzen und sich die Photonenaufprallkraft direkt mit dem 
Lichtzeiger an der Wand Anzeigen lassen.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank für eure Anregungen und Hinweise!

Weil es sehr gut noch zum Barkhauseneffekt passt, habe ich mit der Spule 
und dem Weicheisenstab die Hysteresekurve aufgenommen. Der ohmsche 
Widerstand der Spule beträgt 83 Ohm und die Induktivität rund 430 mH. 
Damit konnte ich die Spule direkt an 230VAC betreiben. Die maximale 
Stromstärke belief sich auf 2A. Viel mehr hätte ich der Spule auch nicht 
zugetraut.

Den Strom durch die Spule messe ich über einen 1 Ohm-Shunt. Die 
Stromstärke ist ja direkt proportional zur Magnetfeldstärke H. Die 
Flussdichte B messe ich mit einem Hallsensor vom Typ CYSJ362A. Dieser 
geht bis 3T. Den Hallsensor postiere ich außen am Ende des 
Weicheisenstabs. Damit komme ich bei 2A Spulenstrom auf eine gemessene 
Flussdichte von 0.43 T. Man erkennt schön die allmähliche Sättigung 
durch die abflachende Hysteresekurve. Und auf einem Einzelbild des 
Videos ist auch die Neukurve zu sehen.

Für die Cavendish-Drehwaage habe ich ein 6mm Messingrohr mit 1 mm 
Wandstärke bestellt. Im Baumarkt gab es leider nur eines mit 0.5 mm 
Wandstärke. Da ich aber ein Gewinde zur Befestigung der beiden 
Metallkugeln reinschneiden muss, war dies zu wenig. Wenn dieses 
eingetroffen ist, kann ich erste Messungen zum Richtmoment verschiedener 
Drähte und Fäden durchführen...

[Joe G. (feinmechaniker)]

Bei den Abmessungen von Cavendish_58.jpg (25µm Wolframdraht) komme ich 
auch einen Torsionswinkel von ca. 2 Grad. Das Geheimnis liegt wohl in 
einem stabilen, sehr dünnen Draht.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank, Joe. Die Angabe mit denm 25 µm hatte ich noch gar nicht 
bemerkt. Ich probiere es einmal mit Kupferlackdraht (0.3 mm, 0.1 mm), 
sonst bestelle ich auf ebay Wolframdraht mit 80 µm Durchmesser 
(https://www.ebay.com/itm/323779628049). Die beiden Kugeln der 
Cavendishwaage mit dem 25 µm Draht wiegen nur je 15 g, meine immerhin je 
107 g. Damit der Draht damit klar kommt, dachte ich mir, dass 80 µm (ca. 
10-fache Fläche gegenüber dem 25 µm Draht) bei meiner Anordnung passen 
könnte...

Das Messingrohr ist auch schon eingetroffen und ich konnte die M6 
Gewinde bereits schneiden. Zwischen Rohr und Metallkugel platziere ich 
noch eine M6-Mutter, damit ich bei einer instabilen Lage das 
Ungleichgewicht ausgleichen und eine Kugel geringfügig weiter außen oder 
innen fest montieren kann.

Wenn ich erste Ergebnisse für das Richtmoment habe, melde ich mich 
wieder...

[Joe G. (feinmechaniker)]

Mit 2x107 g und 25 µm liegst du an der Grenze der zulässigen 
Normalspannung (4200 N/mm²). Mit 80 µm haut du tatsächlich nur 1/10 der 
zulässigen Spannung (417.5 N/mm²).  Sollte also prima funktionieren.

Jetzt bin ich tatsächlich auf das Richtmoment gespannt :-)

[Christoph E. (stoppi)]

So, gestern konnte ich erste Messungen durchführen. Als Stativ verwende 
ich jetzt nicht wie geplant den Holzaufbau vom Einstein-de 
Haas-Experiment sondern ein gewöhnliches Fotostativ. Dies hat am Boden 
zwischen den Stativbeinen genügend Platz für das sich drehende Pendel.

Ich habe bewusst nach einem Messingrohr für die Hantelstange Ausschau 
gehalten, weil ich den Kupferdraht dort anlöten wollte. Dies 
funktioniert auch recht gut. Das Richtmoment habe ich einmal mit 0.2 mm 
Kupferlackdraht und dann mit 0.1 mm CuL-Draht ermittelt.

Ergebnisse:
0.2 mm CuL-Draht: Tau = 128 sek ---> R = 5.7 * 10^-5 Nm/rad
0.1 mm CuL-Draht: Tau = 365 sek ---> R = 7 * 10^-6 Nm/rad

Bei einer zu erwartenden Kraft von nur 3.5 * 10^-9 N (Achtung: Weiter 
oben im Faden hatte ich die Kraft aufgrund eines Zahlendrehers falsch 
berechnet) ergibt dies mit dem 0.1mm Draht einen Ablenkwinkel von 
lediglich 0.0171°. Der Laserstrahl sollte daher auf einer 3 m entfernten 
Wand um nur 1.8 mm weiter wandern.

Buuuh, das ist natürlich experimentell kaum machbar. Ich werde daher 
einen noch dünneren Wolframdraht auf ebay.com kaufen. Gibt ein Angebot 
aus der Ukraine. Jetzt ist nur die Frage, welchen Durchmesser ich nehmen 
soll, 0.08 mm oder 0.065 mm.

Link: https://www.ebay.com/itm/323779628049

@Joe: Hält der 0.065 mm Wolframdraht den insgesamt 290 g Gewicht der 
Hantelstange stand?

Ich muss zur eindeutigen Nachweisbarkeit mit dem Durchmesser so weit wie 
möglich runter, damit das Richtmoment noch kleiner wird. 1.8 mm 
Verschiebung des Laserpunkts ist mit Sicherheit so nicht machbar, zumal 
ja das Pendel auch noch (viel stärker) schwingt.

Beim Einstein-de Haas-Experiment hatte ich ja ein Richtmoment von R = 
10^-6 notiert. Leider weiß ich nicht mehr, mit welchem Draht ich auf 
diesen Wert kam. Ein so dünner war es aber auf jedem Fall nicht. Und nur 
ausgedacht habe ich mir den Wert wohl auch nicht.

Wäre es gegebenenfalls sinnvoll, auf einen Kunststoffdraht zu wechseln?

Zur längeren Beobachtung des Laserpunkts kaufe ich mir eine gebrauchte 
Logitech-Webcam mit 2 Megapixel. Die hole ich morgen in Graz ab...

[Christoph E. (stoppi)]

Nachtrag: Ich habe mir gerade die Werte für die Zugfestigkeit von Kupfer 
bzw. Wolfram angeschaut.

Ergebnisse:

Kupfer: Zugfestigkeit 250 MPa = 250 N/mm²
Wolfram: Zugfestigkeit 550 - 1920 N/mm²

Bei Verwendung des 0.1 mm Kupferdrahts (A = 0.00785 mm²) und einer 
Belastung mit 290 g (= 2.9 N) komme ich bereits auf eine Spannung von 
369 N/mm². Da bin ich schon über der Zugfestigkeit von Kupfer...

Wenn ich nun einen Wolframdraht mit 2.9 N belaste, komme ich auf 
folgende Spannungen:

0.08 mm Wolframdraht: Spannung = 577 N/mm²
0.065 mm Wolframdraht: Spannung = 874 N/mm²

Da bin ich ggf. auch schon über der Zugfestigkeit...

Ich werde daher wohl beide Drähte bestellen und schauen, wie es 
funktioniert.

[Joe G. (feinmechaniker)]

Christoph E. schrieb:
> 0.08 mm Wolframdraht: Spannung = 577 N/mm²
> 0.065 mm Wolframdraht: Spannung = 874 N/mm²

Ja, auf diese Werte komme ich auch. So richtige Werte für die 
Normalspannung findet man jedoch nicht. Die Angaben sind sehr weit 
gestreut :-(
"Zugfestigkeit 550–620 N/mm2 bis 1920 N/mm2" laut Wikipedia.
Versuch macht klug :-)

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe jetzt einmal die beiden Wolframdrähte mit 80 µm und 65 µm 
Durchmesser aus der Ukraine bestellt. Bin gespannt, ob sie überhaupt 
ankommen. Schwer vorstellbar, wie so alltägliche Sachen wie Postverkehr 
in einem Land im Krieg bewerkstelligt werden...

Da man Wolframdraht nicht mit dem normalen Lötkolben verlöten kann, habe 
ich mir eine einfache Klemmung ausgedacht. Dazu habe ich einfach 2 dünne 
Messingplatten auf das Messingrohr gelötet. Dazwischen spanne ich dann 
den Wolframdraht ein. Getestet habe ich die Konstruktion mit dem 0.1 mm 
Kupferlackdraht und es funktioniert sehr gut.

Für die Ablenkung des Laserstrahls verwende ich kleine 
Oberflächenspiegel. Diese habe ich auf ein Innenteil einer Lüsterklemme 
geklebt.

Nachtrag: Ich habe gerade nachgeschaut, mit welchem "Draht" ich beim 
Einstein-de Haas-Versuch ein Richtmoment von 10^-6 Nm/rad erhalten habe. 
Es war meine 0.3 mm Nylonschnur. Mit dieser werde ich es also auch noch 
versuchen und das Richtmoment R bestimmen. Vielleicht liegt es ja 
wirklich unterhalb der Werte mit Metalldraht.

[Christoph E. (stoppi)]

Ich konnte heute die Periodendauer mit der 0.3 mm Nylonschnur bestimmen. 
Sie lag bei rund 902 Sekunden. Damit ergibt sich ein Richtmoment von 
1.145 * 10^-6 Nm/rad.

Weil dies doch erheblich kleiner ist als jenes mit dem 0.1 mm 
Kupferlackdraht, startete ich einen ersten Versuch zur Messung der 
Gravitationskonstante. Die Webcam war die ganze Zeit auf die Skala 
ausgerichtet und ich beobachtete vom Nebenraum aus.

Leider ruhte das Pendel auch nach mehreren Stunden nicht wirlich. Da ich 
ja auch noch den Laserstrahl auf das Papier bringen musste, bedurfte es 
immer wieder einmal einer Neuausrichtung des Stativs. Nach dieser musste 
ich wieder gut eine Stunde warten mit dem Ergebnis, dass wie schon 
gesagt das Pendel einfach nicht zur Ruhe kam und die verbleibenden 
Schwingungen noch viel stärker waren als die 30 cm auf dem Blatt Papier. 
Ganz schön frustrierend...

Ich habe mir schon gedacht, die Schwingung etwa mit einer in ein 
Wasserbad ragenden Finne zu dämpfen. Aber damit handel ich mir 
vermutlich andere Probleme stattdessen ein.

Ich habe jetzt gut 8 Stunden damit verbracht, das Pendel in eine 
Ruhelage zu bringen, leider eben erfolglos. Ich probiere es jetzt noch 
am Abend in der Hoffnung, dass etwaige Störungen geringer werden. Große 
Hoffnung habe ich allerdings nicht.

Ich befürchte, dass dieser Versuch so wie ich ihn aufgebaut habe, nicht 
erfolgreich durchführbar ist. Vielleicht geht es ja mit dem dünnen 
Wolframdraht besser als mit der Nylonschnur, mal sehen.

Also erstmals leider keine guten Nachrichten...

[Thomas U. (charley10)]

Christoph E. schrieb:

> Ich habe jetzt gut 8 Stunden damit verbracht, das Pendel in eine
> Ruhelage zu bringen, leider eben erfolglos. Ich probiere es jetzt noch
> am Abend in der Hoffnung, dass etwaige Störungen geringer werden. Große
> Hoffnung habe ich allerdings nicht.
>
Du bewegst dich im Raum? Das könnten Luftbewegungen sein. die das Pendel 
anregen.
Vielleicht einen Ring aus Plexiglas um das Pendel errichten, um 
Strömungen zu vermeiden und den Laser durchzulassen?

[Christoph E. (stoppi)]

@Thomas: Während der Messung bin ich nicht im Raum. Aber spätestens wenn 
ich die beiden großen Massen zum Pendel schiebe, muss ich mich dem 
Pendel nähern. Wie gesagt, ich beobachte alles über die Webcam vom 
Nebenraum aus.

Das Problem sind die Schwingungen. Bei einer Periodendauer von ca. 10 
min und einer sehr geringen Dämpfung müsste ich schon mehrere Stunden 
warten. Und selbst dann kommt es eigentlich zu keinem absoluten 
Ruhezustand des Pendels. Das merke ich in der Früh, wenn ich mich ganz 
vorsichtig dem Pendel nähere. Es schwingt dann noch immer um ca. 20 grad 
hin und her.

Ich bräuchte eben einen wirklichen Ruhezustand, bevor ich die beiden 
Massen hinzufüge. Die würden dann die Schwingung eh eingrenzen, da das 
Pendel dann mit ihnen zusammenstößt. Dann müsste ich auf die neuerliche 
Ruhelage warten.

Ich glaube, ich probiere es doch noch mit der Finne im Wasserbad. Das 
dämpft mir die Schwingung sehr stark, aber die Ruhelage dürfte durch die 
Dämpfung nicht verändert werden. Als Profil dachte ich an ein doppel-T. 
So werden auch Schwingungen hinaus und hinein unterdrückt.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Eine lange Nylonschnur reagiert empfindlich auf Temperatur- und 
Luftfeuchtigkeitsunterschiede. Schon beim Ausatmen von warm feuchter 
Luft, fängt der Nylonfaden an sich zu verdrehen.

Ein kurzer Bronzedraht (30 bis 50cm Länge) ist an dieser Stelle 
unempfindlicher gegen Störgrößen:

Michael M. schrieb:
> In unserem damaligen Unterrichtsraum haben wir für den Versuch einen
> reinen Bronzedraht verwendet, weil er bei einer Verdrehung mit dem
> geringsten Widerstand entgegenwirkt.

[Joe G. (feinmechaniker)]

Ich glaube das Problem liegt in der sehr sehr tiefen Eigenfrequenz des 
Gesamtsystems. Störungen über Bodenschwingungen sind tieffrequent und 
regen das System immer wieder an. Günstiger ist ein Kompromiss aus einer 
höheren Eigenfrequenz einem leider geringeren Ausschlag.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für eure Bemerkungen...

Bei diesem Experiment beißt sich die Schlange wirklich selbst in den 
Schwanz. Einerseits benötigt man ein dermaßen niedriges Richtmoment, 
damit man überhaupt die Chance hat die dann größeren aber immer noch 
winzigen Drehwinkel zu messen. Andererseits macht das geringe 
Richtmoment und damit einhergehend die große Periodendauer das ganze 
extrem störanfällig.

Auf Youtube sieht man sowieso viel zu große Ablenkungen, wenn dann die 
schweren Massen hinzugefügt werden. Wie schon gesagt, der Effekt ist 
selbst bei kleinem R extrem gering. Da dreht sich deren Pendel ja um 
mehrere Grad gleich...

Ich frage mich aber auch, wie es kommerzielle Geräte hinbekommen, dass 
sie scheinbar nicht zu sehr schwingen. Die Kammer lässt ja gar keine 
starken Schwingungen zu. Normalerweise müssten die Massen der 
Hantelstange ja andauernd gegen das Gehäuse krachen. Andererseits steht 
bei dem einen Modell, dass es eine Winkelauflösung von nur 25 µrad (= 
0.0014°) besitzt. Mit einer solchen Auflösung kann das Richtmoment 
natürlich wieder um einiges größer sein und damit die Störungen 
geringer.

Ich habe jetzt die Finne an die Hantelstange gelötet und das Ganze dann 
in Rapsöl getaucht. Die Schwingungen sind jetzt zwar um einiges 
gedämpfter (langsamer und mit geringerer Amplitude), aber von einem 
annähernd ruhenden Laserpunkt bin ich dennoch weit entfernt. Ich werde 
es daher noch mit Honig probieren, danach gebe ich wohl auf ;-)

[Peter F. (toto)]

Christoph E. schrieb:
> Ich habe jetzt einmal die beiden Wolframdrähte mit 80 µm und 65 µm
> Durchmesser aus der Ukraine bestellt.

Falls das nicht klappt, kannst du auch einen alten Halogenstab(500W 
230V) sezieren.
Ich habe mal einen der Wissenschaft geopfert. Ungefähr 50um. 
Praktischerweise sogar schon als Torsionsfeder gewickelt.
Wolfram ist eine gute Idee. E-Modul ca. 400.

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern am Abend konnte ich eine Messreihe ohne und mit Massen 
aufnehmen. Die Beobachtungszeiten betrugen zwischen 30 min und 90 min.

Resultat: Das Torsionspendel folgt sehr schön den hinzugefügten Massen 
in beide Richtungen. Problem: Der Effekt ist viel, viel zu stark....

Ich konnte eine Winkeländerung von ganzen 6° ermitteln bei einem Abstand 
der Massen von 5 cm. Damit komme ich auf eine Gravitationskonstante G = 
8.7 * 10^-9 m³/kg*s². Der Sollwert ist rund 100mal kleiner und beträgt 
6.67 * 10^-11 m³/kg*s².

Warum die Anziehung dermaßen stark erfolgt ist mir nicht ganz klar. 
Eventuell spielen elektrische Aufladungen eine Rolle. In vielen 
Youtube-Videos zur Cavendish Drehwaage erkennt man aber auch eine viel 
zu große Gravitationswirkung. Dies ist natürlich ein Wermutstropfen bei 
der ganzen Geschichte aber immerhin konnte ich die Massenanziehung 
nachweisen und keine Massenabstoßung ;-)

Wenn der Wolframdraht aus der Ukraine angekommen ist, werde ich noch 
eine Messung starten...

Hier gibt es mehr Informationen zum Versuch: 
https://stoppi-homemade-physics.de/gravitationskonstante-cavendish/

[Christoph E. (stoppi)]

Zwei Projekte hätte ich da noch und zwar zum Thema Charles Augustin de 
Coulomb. Einmal das Coulombsche Gesetz und zweitens ein einfaches 
Coulombmeter. Beides gibt es wie fast immer im Schulmittelhandel aber 
selber basteln ist einfach viel spannender.

Für das Coulombgesetz habe ich mir aus China zwei Konduktorenkugeln auf 
Stiel für kleines Geld gekauft. Die kommen aber erst in ein paar Wochen 
an.

Bei Conatex wird die Coulombkraft mit einem Torsionspendel bestimmt. Von 
Torsionspendel habe ich aber nach dem Cavendish-Experiment einmal die 
Nase voll und so wird es ein Kraftsensor auf Basis einer 100g Wägezelle 
in Kombination mit dem Arduino. Damit kann ich 1/10 Millinewton 
auflösen. Dies müsste eigentlich reichen, denn laut Conatex 
(https://www.conatex.com/catalog/physik_lehrmittel/fundamentale_konstanten/gravitation_coulomb_sches_gesetz_lichtgeschwindigkeit/product-torsionsdrehwaage_zum_nachweis_des_coulomb_schen_gesetzes/sku-1041409#.Y_EI6R-ZOM8) 
besitzt ihr Torsionspendel eine Sensibilität von 10 µN/Winkelgrad und 
die erzielten Ablenkungen belaufen sich teilweise auf mehr als 200° 
(https://www.pasco.com/products/lab-apparatus/fundamental-constants/es-9070).

Geladen werden die beiden Konduktorenkugeln mit einem meiner 
Hochspannungsnetzgeräte. Ich werde wohl jenes mit CCFL-Inverter + 
nachgeschalteter Kaskade verwenden. Damit kann ich Gleichspannungen bis 
rund 15 kV erzeugen.

Für das Coulombmeter gibt es hier eine tolle Anleitung: 
http://www.dicks-website.eu/coulombmeter/enindex.htm

Den OPV dafür (CA3140) musste ich auch erst bestellen, wie auch den 
Überspannungsableiter zum Schutz des OPV-Eingangs.

Und für meine Tochter bastel ich zu ihrem Geburtstag noch eine Nixieuhr 
auf Basis der IN-9 Nixieröhren. Anzeigen lasse ich mir nur die Stunden 
und Minuten. Bestellt habe ich die Röhren über ebay wieder aus der 
Ukraine. Mal schauen, ob sie ankommen...

[Christoph E. (stoppi)]

Wenn ich mir den Mittelwert aus jeweils 40 Messungen anzeigen lasse, 
dann komme ich sogar auf eine recht stabile 10 µN Anzeige für mein 
Newtonmeter. Dies entspricht dann ja dem Gewicht von 1 mg.

Auf Amazon (https://www.amazon.de/gp/product/B082VX5TTY) bin ich bzgl. 
Konduktorkugeln auch noch fündig geworden, denn jene aus China treffen 
wohl erst in einem Monat bei mir ein und so lange will ich nicht 
warten...

Die Elektronik für die Nixieuhr mit den beiden IN-9 Röhren ist 
eigentlich auch schon fertig. Es fehlen nur noch die MJE340 
Transistoren.

Die Schaltung für das Coulombmeter wartet ebenfalls nur noch auf den 
CA3140 und den Überspannungsableiter. Haben eigentlich 
Überspannungsableiter eine zu beachtende Polung?

Mit dem Aufbau zum Coulombgesetz werde ich nicht nur die 1/r² 
Abhängigkeit überprüfen sondern auch die Q1*Q2-Abhängigkeit. Dafür werde 
ich die Kugeln mit verschiedenen Hochspannungen "laden" und dann jeweils 
die Kraft messen. Die aufgebrachte Ladung sollte dann proportional zur 
Spannung sein.

[Christoph E. (stoppi)]

Die Messungen zum Coulombgesetz sind gemacht. Es gab aber folgendes 
Problem: Die Kugeln verlieren sehr schnell innerhalb von wenigen 
Sekunden stark an Ladung. Das Newtonmeter zeigt dann zu Beginn deutlich 
höhere Werte an, die dann aber schnell sinken. Ich musste nach der 
Berührung der Kugeln mit dem HV-Kabel aber immer erst eine Zeit lang 
warten, bis sich keine Störungen mehr bemerkbar machen. Die Messzeiten 
durch die Mittelwertbildung lagen zudem auch noch im Sekundenbereich. 
Ich musste also eine zeitlang mit der Messung warten aber sollte so kurz 
wie möglich warten...

Die beiden Messreihen bestanden einerseits in der Messung der Kraft in 
Abhängigkeit von der Distanz d bei konstanter "Ladespannung" U und 
andererseits in der Messung der Kraft bei konstantem Abstand in 
Abhängigkeit von der "Ladespannung". Im ersten Fall sollte ich eine 1/d² 
Abhängigkeit erzielen, im zweiten Fall eine U²-Abhängigkeit. Dies war 
auch annähernd der Fall (siehe beide Diagramme).

Mit der bekannten Kapazität C der Kugeln konnte ich auch die wirkende 
Kraft theoretisch berechnen. Bei U = 14600 V, Kugelradius r = 9.25 mm 
und Abstand d = 40 mm sollte die Kraft zwischen den Kugeln 1.26 mN 
betragen. Ich habe 0.66 mN gemessen. Dies aber eben dadurch, dass ich zu 
lange mit der Messung warten musste und die Kugeln dann schon einiges an 
Ladung verloren haben. Das Newtonmeter zeigte unmittelbar vor meinen 
Messungen auch immer um einiges höhere Werte an. Warum die Kugeln so 
schnell Ladung verlieren, konnte ich nicht verifizieren. Geht vermutlich 
über Entladungen in der Luft...

Wenn die Kugelelektroden aus China eingetroffen sind, werde ich den 
Versuch nochmals wiederholen. Vielleicht verlieren diese dann langsamer 
ihre Ladung als die selbst gebastelten.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Christoph E. schrieb:
> Warum die Kugeln so
> schnell Ladung verlieren, konnte ich nicht verifizieren. Geht vermutlich
> über Entladungen in der Luft...

Feuchtigkeit, Staub und Verunreinigungen (sauer, alkalisch) verursachen 
höhere Entladungsgeschwindigkeiten.

[Peter F. (toto)]

Christoph E. schrieb:
> Zwei Projekte hätte ich da noch...
Bist du dir sicher, das du weißt was du da tust? Werde doch erstmal mit 
einem Projekt widerspruchfrei fertig.
Hast du das mit dem Torsionspendel denn verstanden? Mit Dämpfungsfaktor 
usw...? Also das man sehr kleine Messwerte erst "aufschaukeln" muss um 
sie zu vermessen.

[Christoph E. (stoppi)]

> Bist du dir sicher, das du weißt was du da tust?

Wie meinst du das genau, Peter? Beziehst du dich dabei auf mein 
Coulombgesetz-Experiment und das Coulombmeter?

Das Coulombgesetz konnte ich eigentlich recht brauchbar nachvollziehen 
bis auf die schnelle Selbstentladung der Kugelelektroden. Da kommt aber 
noch ein Paar aus China erst an, welches ich dann testen kann...

> Hast du das mit dem Torsionspendel denn verstanden? Mit Dämpfungsfaktor
> usw...? Also das man sehr kleine Messwerte erst "aufschaukeln" muss um
> sie zu vermessen.

Beziehst du dich mit dem "aufschaukeln" auf das Cavendish-Experiment zur 
Bestimmung der Gravitationskonstante?

Da hatte ich leider eben mit viel zu starken Schwingungen zu kämpfen. 
Gedämpfte Schwingungen sind mit eigentlich theoretisch wie praktisch 
recht gut bekannt. Bin aber für alle Verbesserungsvorschläge offen und 
dankbar...

Die experimentelle Überprüfung der Fresnel-Gleichungen habe ich hier 
noch nicht vorgestellt. Dabei wird linear polarisiertes Laserlicht auf 
eine Glasfläche gestrahlt und dann der Reflexionsgrad in Abhängigkeit 
vom Einfallswinkel ermittelt.

Beim senkrecht zur Einfallsebene polarisierten Licht nimmt der 
Reflexionsgrad beginnend mit ca. 4% bei senkrechten Einfall 
kontinuierlich zu, bis er bei 90° Einfallswinkel (streifender Einfall) 
100% betragen soll.

Bei parallel zur Einfallsebene polarisierten Licht fängt der 
Reflexionsgrad bei senkrechtem Einfall auch bei ca. 4% an, nimmt dann 
aber ab und beträgt im Brewsterwinkel (ca. 55°) 0%. Danach nimmt er 
wieder bis auf 100% bei 90° Einfallswinkel zu.

Die Abnahme bis zum Brewsterwinkel konnte ich sehr gut experimentell 
nachweisen. Nur ist die Sensorfläche des Lichtsensors TSL252R relativ 
klein und der reflektierte Laserstrahl traf den Sensor bei Veränderung 
des Einfallwinkels nicht immer gleich. Von daher musste die Sensorhöhe 
teilweise während der Drehung geringfügig angepasst werden.

[Christoph E. (stoppi)]

Heute gibt es leider keine guten Nachrichten zu verkünden.

Zwar sind die Wolframdrähte ohne Probleme aus der Ukraine angekommen, 
aber das Cavendish-Experiment funktionierte mit ihnen schlechter als mit 
dem 0.1 mm Kupferlackdraht.

Der 65 µm Wolframdraht riss mir jedesmal schon beim Aufhängen des 
Pendels. Mir dem 80 µm Wolframdraht klappte dies zwar, aber die 
Schwingungen waren um einiges stärker als mit dem dünnen Kupferdraht. 
Selbst nach einer Stunde fand das Torsionspendel nicht wirklich zur Ruhe 
und nachdem ich die beiden Massen hinzufügte, stieß das Pendel mit 
diesen immer zusammen bzw. folgte ihnen. Also alles viel instabiler als 
bei den Versuchen zuvor. Damit muss ich wohl das Cavendish-Experiment so 
abhaken...

Das Coulombmeter nach diesem Schaltplan 
(http://www.dicks-website.eu/coulombmeter/enindex.htm) funktioniert 
leider auch nicht wirklich. Der Ausgang folgt zwar wie erwartet der 
Eingangsspannung (Verstärkung ist ja 1), aber die Ausgangsspannung 
driftet sehr schnell gegen -2V, nachdem ich etwa einen geladenen 
Kondensator mit der Eingangselektrode/platte verbunden habe. Das 
4k7-Potentiometer für den Nullabgleich liefert auch nur eine minimale 
Veränderung des offsets von 1-2 mV. Dick Kleijer schreibt auf seiner 
Homepage, dass bei ihm das Potentiometer einen Verstellbereich von -13 
mV bis +7mV hat.
Ich habe schon eine höhere Versorgungsspannung ausprobiert und die 
Kupferlötaugen der Platine um den Eingangspfad herum entfernt in der 
Hoffnung, eine bessere Isolation/Konstanz der Spannung zu erzielen. Dem 
war aber leider nicht so. Jetzt werde ich nur noch probieren, den IC 
kopfüber auf einer Platine zu postieren (dead bug) und die Verbindungen 
fliegend zu verlöten. Mal schauen, ob dann die Spannung besser gehalten 
werden kann.

Oder hat jemand von euch noch einen Tipp?

Auf der österreichischen Verkaufsplattform "Willhaben" bin ich zufällig 
auf ein Hologramm-Set gestoßen. Dieses habe ich natürlich gleich um nur 
23 Euro inkl. Versand gekauft. Dabei sind 10 Filme, welche zur 
Entwicklung keinerlei Chemikalien benötigen. Der Film sättigt nach rund 
5 min Belichtungszeit von selbst und entwickelt sich dabei. Enthalten 
ist neben den Filmen noch der Diodenlaser, Batteriebox, 
Plastikhalterungen, blaue LED für die "Dunkelkammer" und selbst ein 
Testobjekt (Metallauto) war dabei.

Firmenlink: https://www.litiholo.com/hologram-kits.html

Für einen stabileren Aufbau habe ich noch eine passende Granitplatte 
gekauft und einen Luftschlauch. Dieser kommt dann halb voll zwischen 
Granitplatte und Untergrund, um störende Schwingungen zu unterbinden.

Mit Holografie wollte ich mich immer schon beschäftigen. Habe mir vor 15 
Jahren extra einen HeNe-Laser dafür besorgt und einen einstellbaren 
Shutter gelötet. Für die Schule eignen sich auch die sog. 
Scratch-Hologramme 
(https://stoppi-homemade-physics.de/scratch-hologramm/).

[Christoph E. (stoppi)]

Kurzer Zwischenbericht: Holografie-Aufbau ist dank der eingetroffenen 
Granitplatte und dem besorgten Luftschlauch eigentlich fertig. In den 
nächsten Tagen werde ich mich dann am ersten Hologramm versuchen und 
hier dann berichten. Ich hoffe, die Filme sind noch brauchbar. 
Produktion ist nämlich von 2015...

Die Bilder von der Spannungsdoppelbrechung kann ich auch noch gleich 
zeigen. Ist finde ich ein toller Versuch für das 
Physik-/naturwissenschaftliche Labor und macht den Schülern Spaß. Finde 
es sowieso sehr wichtig, dass Schüler auch handwerklich tätig werden und 
dies nicht nur in Fächern wie Kunst oder Werken.

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern konnte ich einen ersten Hologramm-Versuch starten und er war zum 
Glück erfolgreich. Auf den Bildern sieht das Hologramm aber nicht so gut 
aus wie in natura. Die insgesamt 50 Euro für Hologramm-Set, Luftschlauch 
und Granitplatte haben sich ausgezahlt. Jetzt muss ich mich nach neuen 
Motiven umschauen...

[Wegstaben V. (wegstabenverbuchsler)]

Christoph, du hast immer so fantastische Projekte am Laufen, ich bin 
echt extremst beeindruckt. Deine Schüler sind möglicherweise nicht immer 
genau so gebührend glücklich, so einen tollen Lehrer zu haben.

Beim Lesen eines Berichts musste ich unwillkürlich an dich denken "das 
wär doch mal was für Stoppi, so McGyver mäßig die Pyramiden zu 
untersuchen" ;-)

na, bei den etwas kleineren Dimensionen, in denen du üblicherweise 
experimentierst, wirds wohl der Inhalt deines Kühlschranks sein, der mit 
Myonen gescannt wird ;-)

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/zahi-hawass-vermutet-cheops-grab-unterhalb-der-neuentdeckten-kammer20230309/
http://www.scanpyramids.org/

[Christoph E. (stoppi)]

@wegstabenverbuchsler: Danke für die netten Worte und den Tipp mit den 
Myonen ;-)

Den Artikel mit den Pyramiden kannte ich schon. Zum Thema Myonen habe 
ich zwei Experimente durchgeführt.

Einmal einen Aufbau mit Blechdose und Photomultiplier, der die 
Cherenkovstrahlung der Myonen bei ihrer Passage durch das Wasser in der 
Dose erfasst und einen Aufbau mit mehreren Geigerzählern in einer 
Koinzidenzschaltung. Damit kann ich schön die Zählrate in Abhängigkeit 
vom Einfallswinkel erfassen und zeigen, dass die allermeisten Myonen von 
senkrecht oben kommen...

[Christoph E. (stoppi)]

Bisschen Werbung für mein neues Youtube-Video zum Thema "Piezokristalle 
züchten"...

Funktioniert eigentlich recht gut. Benötigt werden nur folgende Dinge:
    250 ml destilliertes Wasser
    200 g Weinstein (Cream of Tartar)
    ca. 200 g Natriumcarbonat Na2CO3 (Soda)
    einen Ofen bzw. Herd
    Kaffeefilter
    hitzebeständiges Glasgefäß

Genaue Anleitung: https://stoppi-homemade-physics.de/piezokristalle/

Hier geht's zum Video: https://www.youtube.com/watch?v=AORxKzk0eXQ

Würde mich über einen Daumen nach oben sehr freuen...

Und wer einen einfachen Blitzdetektor basteln möchte, dem kann ich diese 
Schaltung empfehlen: http://techlib.com/electronics/lightning.html

Getestet habe ich sie mit meinem spark gap switch.

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe ja einen physikalischen Themenkatalog für vorwissenschaftliche 
Arbeiten. Dies ist in Österreich eine verpflichtende schriftliche Arbeit 
in der letzten Schulstufe vor der Matura/Abitur in einem der 
Gegenstände. Das Thema ist frei wählbar. Beim Durchstöbern des Katalogs 
ist mir aufgefallen, dass ich das eine oder andere Projekt experimentell 
noch nicht umgesetzt habe. Eines davon war der Bau einer Vakuumkanone. 
Dies möchte ich jetzt noch nachholen.

Der Aufbau ist eigentlich sehr simpel. Ein Rohr wird an beiden Enden 
mittels einer dünnen Folie (in meinem Fall Rettungsfolie) luftdicht 
verschlossen. Im Rohr befindet sich ein Tischtennisball. Nun exakuiert 
man das Rohr mit einer Vakuumpumpe. Beträgt der Innendruck nahezu 0 bar 
wird die Folie beim Tischtennisball durchstochen. Durch den einseitigen 
Lufteintritt beschleunigt dieser und durchstößt mit hoher 
Geschwindigkeit die zweite Folie.

Als Rohr kommt bei mir ein 50/40 mm Plexiglasrohr zum Einsatz mit einer 
Länge von 1 m. Dieses gibt es günstig auf Amazon: 
https://www.amazon.de/dp/B0089ALPDO

Für die Folien verwende ich wie schon gesagt gewöhnliche Rettungsfolie. 
Tischtennisbälle mit einem Durchmesser von 40 mm bzw. knapp darunter 
habe ich auch schon besorgt.

Eine Vakuumpumpe besitze ich zum Glück auch schon. Zum Abdichten der 
beiden Folien habe ich zwei 73/50 mm Gummiadapter 
(https://haustechnik-binder.de/de/installation/crassus-verbindungen/innenliegende-adapter/gummiadapter/crassus-gummiadapter-cga-73-50-cra10005?gclid=Cj0KCQjwtsCgBhDEARIsAE7RYh1elAyiqkCPklUoIhs9TNiF4qUCqiNLyI2YJN6re848tkKI6y07niQaAjdXEALw_wcB) 
bestellt. Ich hoffe, diese passen gut über das Plexiglasrohr und die 
Folie.

Eine erste Überschlagsrechnung liefert eine Endgeschwindigkeit von über 
1000 km/h. Ich wäre natürlich schon mit deutlich weniger zufrieden. Den 
Schuss werde ich dann mit meiner Casio-High-Speed-Kamera aufnehmen. Die 
schafft bis zu 1000 fps, aber dann mit sehr bescheidener Auflösung. Die 
Kamera bekommt man gebraucht oft für sehr wenig Geld. Meine hat inkl. 
Versand nur um die 20 Euro gekostet.

Wenn die Teile eingetroffen sind, geht es hier weiter...

Ich hänge noch die Bilder meiner simplen Überdruckkanone und meiner 
Bazooka an. Beide funktionieren auch sehr gut.

[Christoph E. (stoppi)]

Für die Vakuumkanone habe ich eine Rettungsfolie und noch weitere 
Tischtennisbälle besorgt mit einem Durchmesser von exakt 40 mm. Mal 
schauen, ob sie im Rohr nicht stecken bleiben. Jene Bälle vom TEDI haben 
einen Durchmesser von 39.5 mm,was mir im Moment als ideal erscheint. Auf 
Amazon gibt es noch welche mit 38 mm Durchmesser. Aber diesbezüglich 
werde ich nur durch den Versuch klug...

Die beiden Gummiadapter für die luftdichte Fixierung der Rettungsfolie 
sind auch schon eingetroffen. Haben 24 Euro inkl. Versand aus 
Deutschland gekostet.

Auf der österreichischen Verkaufsplattform WILLHABEN bin ich heute 
zufällig über einige von einer Schule ausrangierte Physikmaterialien 
gestoßen, u.a. ein Funkeninduktor und ein großer Transformator mit wohl 
30x30mm Kern und aufschiebbaren Spulen. Den Trafo werde ich für den 
Zeeman-Effekt verwenden. Hoffentlich erziele ich mit diesem ein 
stärkeres Magnetfeld als mit dem deutlich kleineren Ferritring...

Der Funkeninduktor funktioniert hoffentlich noch. Alles zusammen war 
aber spottbillig, da konnte ich einfach nicht widerstehen...

Vor einiger Zeit habe ich mir meine eigene Radionuklidbatterie 
gebastelt. Benötigt werden nur zwei kleine Solarzellen (aus einem 
Taschenrechner) und mehrere Tritium-Lichter. Diese liefern umschlossen 
von den beiden Solarzellen eine beachtliche Leistung von 70 nW. Ich 
wollte damit eigentlich irgendein elektronisches Teil mit LCD antreiben. 
Leider brauchen aber selbst die sparsamsten Geräte deutlich mehr Strom 
im Bereich von µA.

Aber es ging mir eigentlich wieder einmal nur um die prinzipielle 
Umsetzung. Autark bin ich dank der Radionuklidbatterie nicht wirklich 
;-)

[Falk B. (falk)]

Christoph E. schrieb:
> Vor einiger Zeit habe ich mir meine eigene Radionuklidbatterie
> gebastelt.

Für die Energiewende? ;-)

> Benötigt werden nur zwei kleine Solarzellen (aus einem
> Taschenrechner) und mehrere Tritium-Lichter. Diese liefern umschlossen
> von den beiden Solarzellen eine beachtliche Leistung von 70 nW.

OMG! Selbst Husten erzeugt mehr Leistung! Fehlt da ein Smiley?

> Ich
> wollte damit eigentlich irgendein elektronisches Teil mit LCD antreiben.
> Leider brauchen aber selbst die sparsamsten Geräte deutlich mehr Strom
> im Bereich von µA.

AHA! Und was lernen wir daraus? Nicht jedes Prinzip läßt sich auch 
praktisch sinnvoll umsetzen.

[Wegstaben V. (wegstabenverbuchsler)]

Christoph E. schrieb:

> Diese liefern umschlossen
> von den beiden Solarzellen eine beachtliche Leistung von 70 nW.
> ...
> Aber es ging mir eigentlich wieder einmal nur um die prinzipielle
> Umsetzung. Autark bin ich dank der Radionuklidbatterie nicht wirklich
> ;-)

immerhin beträgt die Halbwertzeit von Tritium 12 Jahre. Wenn du jetzt 
etwas findest, was nur 20 nW benötigt, dann kannst du das ca. 1/2 
Jahrhundert ohne Batteriewechsel betreiben!  ;-)

Ansonsten: Wie immer "großes Lob" für deine interessanten Beiträge

[Christoph E. (stoppi)]

So, die Nixieuhr für meine Tochter zum Geburtstag ist auch fertig. In 
Summe mit insgesamt 6 Stück IN-9 Nixieröhren, von denen aber zwei nicht 
wie gewünscht funktionieren und mir eine bei der Montage leider kaputt 
wurde, hat mich der Spaß rund 115 Euro inkl. Gehäuse und Netzteil 
gekostet.

Ich hoffe, sie freut sich darüber...

[Falk B. (falk)]

Christoph E. schrieb:
> So, die Nixieuhr für meine Tochter zum Geburtstag ist auch fertig. In
> Summe mit insgesamt 6 Stück IN-9 Nixieröhren,

Häää?? Wo ist dann das eine UHR? Wie kann man denn da die Zeit ablesen? 
Fehlt da nicht mindestens noch ein Skala?

> Ich hoffe, sie freut sich darüber...

Naja, sie weiß ja, daß ihr Papa ein Nerd ist. Sprüh wenigstens das 
Gehäuse Pink an, dann ist es mädchentauglicher.  ;-)

[Wegstaben V. (wegstabenverbuchsler)]

Falk B. schrieb:
> Häää?? Wo ist dann das eine UHR? Wie kann man denn da die Zeit ablesen?

du musst nur die Pünktchen abzählen. Eine Stange ist für den Tag seit 
2000, und eine für die Minuten des Tages. Der Rest ist Kopfrechnen ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Kurzer Zwischenbericht zur Vakuumkanone: Das Plexiglasrohr ist 
eingetroffen. Die bereits besorgten Tischtennisbälle mit d = 39.5 mm 
bzw. 40 mm passten leider nicht ins Rohr. Habe deshalb auf Amazon Bälle 
mit d = 38 mm bestellt. Diese sind auch bereits angekommen und passen 
sehr gut ins Rohr.

Die beiden Gummiadapter fixieren wie erhofft die Rettungsfolie und der 
ganze Aufbau ist soweit auch dicht. Damit die Adapter aber nicht zu 
verrutschen beginnen, habe ich an den Rohrenden mehrere Lagen dünnes 
Isolierband aufbringen müssen.

Jetzt steht einem ersten Schuss eigentlich nichts mehr im Weg. Ich werde 
hier berichten...

Zur Nixie-Uhr: Das soll eine "Designer-Uhr" sein, also gibt es bei der 
Anzeige und beim Ablesen künstlerische Freiheiten ;-) Ich zeige rechts 
die Minuten an und links die Stunden von 0-11 Uhr bzw. 12-23 Uhr. Mit 
ein wenig Übung dürfte das einigermaßen korrekte Ablesen gelingen. Wie 
gesagt, es soll mehr Design als exakte Uhr sein...

[Falk B. (falk)]

Christoph E. schrieb:
> Zur Nixie-Uhr: Das soll eine "Designer-Uhr" sein, also gibt es bei der
> Anzeige und beim Ablesen künstlerische Freiheiten ;-)


OHje. Jede Sonnenuhr ist genauer und einfacher ablesbar ;-)

> gesagt, es soll mehr Design als exakte Uhr sein...

Ziel erreicht!

[Christoph E. (stoppi)]

Das Physik-Konvolut ist diese Woche bei mir angekommen. Bezahlt habe ich 
dafür sehr wenig. Dabei war ein Funkeninduktor, ein großer Trafo, ein 
Federpendel mit Spule für erzwungene Schwingungen und noch andere Dinge.

Den Funkeninduktor musste ich natürlich gleich testen. Er funktioniert, 
aber die Funkenlänge ist eher bescheiden. Bei rund 6W Eingangsleistung 
auch nicht verwunderlich...

Den großen Trafo möchte ich für meinen Zeeman-Effekt-Versuch verwenden. 
Da erlitt ich ja bereits Schiffbruch mit meinem 
Fabry-Perot-Interferometer bzw. der Natriumflamme und einem schwächeren 
Elektromagneten bzw. mit Permanentmagneten (siehe weiter oben). Mit dem 
großen Ferritring erzielte ich nämlich nur Flussdichten im Bereich um 
die 0.12 T bei immerhin 20 A Stromstärke. Deutlich zu wenig für den 
Nachweis des Zeemaneffekts mit der Natriumflamme im Licht der 
Natriumdampflampe.

Das Joch werde ich bei einer Schlosserei absägen lassen um zulaufende 
Polschuhe zu erhalten. Einen Schnitt mit der Säge habe ich bereits 
selbst getätigt, das ist mir aber deutlich zu anstrengend.

Zur Fixierung der Polschuhe habe ich auf Amazon günstige Miniklemmen 
gekauft. Diese habe ich dann für meine Zwecke umgebaut.

[Christoph E. (stoppi)]

Das Trafojoch habe ich bei einer Spenglerei abgegeben, um mir daraus 
Polschuhe machen zu lassen. Mal schauen, wie das wird...

Zum Thema Mikroskope habe ich auch noch etwas. Zuerst ein einfaches 
Lasermikroskop. Man benötigt lediglich einen Laser und eine Pipette bzw. 
Spritze. Der Laserstrahl wird durch den Wassertropfen stark aufgeweitet. 
Dadurch kann man die im Wassertropfen befindlichen Kleinstlebewesen 
stark vergrößert beobachten.

Mit dem Smartphone und einer Linse für Laserdioden lässt sich ebenfalls 
ein Mikroskop basteln. Die Linse wird einfach auf das Objektiv der 
Kamera montiert. Ein erster Test mit einem Maßstab mit 0.1 mm Skalierung 
ergab eine Auflösung von immerhin 2.44 µm/Pixel.

Für DSLR-Kameras gibt es auch Mikroskopaufsätze. Einen solchen habe ich 
mir auf ebay bestellt. Wenn er aus China eingetroffen ist, kann ich ihn 
testen...

[Jonny O. (-geo-)]

Christoph E. schrieb:
> Der Laserstrahl wird durch den Wassertropfen stark aufgeweitet.
> Dadurch kann man die im Wassertropfen befindlichen Kleinstlebewesen
> stark vergrößert beobachten.

Interessante Experimente! Sind diese Wellen um die Partikel herum 
Interferenzmuster?

[Christoph E. (stoppi)]

@Jonny: Ja, sind die Beugungsringe...

Ersten Test meiner Vakuumkanone absolviert. Hat ordentlich Wumms. Für 
die Bestimmung der Geschwindigkeit lade ich gerade den Akku meiner 
Casio-High-Speed-Kamera auf. Hier einmal das Video mit der normalen 
Kamera (50 fps).

[Christoph E. (stoppi)]

Die Geschwindigkeit des Tischtennisballs habe ich mit meinem 
Arduino-Geschwindigkeitsmesser ermittelt. Damit komme ich auf 92 m/s. Um 
das Ganze noch zu optimieren habe ich die Vakuumkanone umgedreht, sodass 
sich der Ansaugstutzen bei der Austrittsöffnung befindet und nicht am 
Start. Mit der Software TRACKER konnte ich die mit 1000 fps aufgenommene 
Bewegung analysieren. Die Maximalgeschwindigkeit innerhalb des Rohrs 
beträgt ganze 175 m/s = 630 km/h. Ausserhalb des Rohrs nach Durchstoßen 
der Rettungsfolie sinkt die Geschwindigkeit auf 110.7 m/s = 400 km/h. 
Damit bin ich vorerst zufrieden ;-)

Link zum Artikel auf meiner Homepage: 
https://stoppi-homemade-physics.de/vakuumkanone/

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph E. schrieb:
> Die Maximalgeschwindigkeit innerhalb des Rohrs beträgt ganze 175 m/s =
> 630 km/h.

Außerhalb des Rohres kannst du statt der Rettungsfolie auch einen 
Tischtennisschläger montieren und deinen Schülern demonstrieren wie 
dieser vom Tischtennisball zerfetzt wird. So ist es in der Sendung "Wer 
weiß denn sowas" mit Elton und Bernhard Hoëcker passiert.

[Christoph E. (stoppi)]

Für die experimentelle Überprüfung des Seebeck-Effekts habe ich mir 
einige Metalldrähte (Kupfer, Eisen, Konstantan und Nickelchrom) 
bestellt. Heute konnte ich die Messungen durchführen. Eine der beiden 
Kontaktstellen lag in der Luft, während die andere mit meinem 
Wasserkocher erhitzt wurde. Die Thermospannung wurde mit meinem µV-Meter 
gemessen.

Für die Kombinationen Kupfer-Nickelchrom und Kupfer-Eisen erhielt ich 
nach Recherche im Internet brauchbare Ergebnisse. Jener Wert für 
Kupfer-Nickelchrom lag zwar deutlich unter dem Tabellenwert, jedoch fand 
ich im Internet einen Artikel 
(https://ap.physik.uni-konstanz.de/projektpraktikum/PP2012/Bericht-SeebeckEffekt.pdf), 
welcher einen ähnlichen Wert wie meinen veröffentlicht hat.

Bei der Kombination Kupfer-Konstantan erhielt ich aber einen komplett 
anderen Wert als in der Tabelle für die Seebeck-Koeffizienten angegeben. 
Ich habe für S_Kupfer - S_Konstantan = 3.2 µV/K erhalten während laut 
Tabelle der Wert bei 41.5 µV/K liegen sollte. Warum dies so ist, ist mir 
völlig schleierhaft. Ich habe die Messungen mit einem anderen 
Kupferdraht wiederholt und ein vergleichbares Ergebnis erhalten.

Vielleicht besitzt ja jemand von euch einen Konstantan- und Kupferdraht 
und kann die Messungen mit einem Multimeter durchführen. Bei einer 
Temperaturdifferenz von 80°C müsste laut Tabelle die Thermospannung bei 
3.32 mV liegen und somit mit einem gewöhnlichen Multimeter erfasst 
werden können. Würde mich wirklich interessieren, ob jemand meine 
Messwerte bestätigen kann...

[Christoph E. (stoppi)]

Um der Sache mit dem Seebeck-Effekt und der Metallpaarung 
Konstantan-Kupfer nachzugehen, habe ich nochmals Konstantandraht über 
ebay aus Bulgarien bestellt. Bin schon gespannt, ob ich meine 
Messergebnisse bestätigen kann oder ich ein Ergebnis erhalte, welches 
deutlich besser zu den Tabellenwerten passt.

Diese Woche ist auch der Mikroskopadapter für meine Canon-DSLR 
angekommen. Ich bin aber vom Ergebnis ziemlich enttäuscht. Die Auflösung 
liegt nur bei 8.62 µm/Pixel. Mit dem deutlich simpleren 
Smartphone-Mikroskop mit Laserdiodenlinse erziele ich immerhin 2.44 
µm/Pixel, also mehr als die 3-fache Auflösung. Naja, jetzt bin ich 
wenigstens um eine Erfahrung reicher.

Mit dem Smartphone-Mikroskop habe ich dann auch noch das Bein einer 
Hausfliege und die Zellstruktur von Zwiebel unter die Lupe genommen. Bin 
mit den Ergebnissen eigentlich sehr zufrieden. Zumal der Aufbau ja nur 2 
Euro kostet, wenn man bereits ein Smartphone besitzt.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph E. schrieb:
> das Bein einer Hausfliege

Jetzt wo du das Bein einer Hausfliege schon hast, kannst du nebenbei 
sogar noch den Versuch von Luigi Galvani nachstellen. Eine Batterie aus 
Kupfer und Eisen sind dafür zwar authentisch, aber eine normale 1,5V 
Zelle tut's auch.

🔋🐜

[Christoph E. (stoppi)]

@ Michael: Haha, gleich die Anregung für den nächsten Versuch...

In meinem Optik-Fundus befand sich noch eine Webcam-Linse. Diese habe 
ich nun mit dem Mikroskop-Aufsatz für meine Canon-DSLR-Kamera 
kombiniert, indem ich sie vorne in die Öffnung des Mikroskopobjektivs 
gesteckt habe. Damit hat sich die Auflösung deutlich erhöht und liegt 
nun bei 468 nm/Pixel. Damit entspricht also ein Pixel der Wellenlänge 
von blauem Licht, beeindruckend :-)

[🕵︎ Joachim L. (Gast)]

Christoph E. schrieb:
> habe ich nochmals Konstantandraht über
> ebay aus Bulgarien bestellt.

Koenntest Du mir verraten, wo es den Kd. gibt? Link?

[Christoph E. (stoppi)]

@Joachim: https://www.ebay.com/itm/263244230528

Aber Achtung, der hat eine Lackschicht. Den ohne Lackschicht habe ich 
bei NTL gekauft.

Link: 
https://www.winlab.de/schule/physik-ntl/ntl-systeme/compact-system/demo-elektrik-elektronik/konstantandraht-d-0-2-mm-rolle-blau

[Christoph E. (stoppi)]

Auf ebay bin ich über Laserdioden mit 488 nm Wellenlänge (Cyan) 
gestoßen. Eine solche Farbe fehlte mir noch in meiner Lasersammlung. Hat 
mich rund 24 Euro inkl. Versand gekostet. Die Leistung der Laserdiode 
ist mit 55 mW angegeben.

ebay-Link: https://www.ebay.com/itm/144967674631

Ich betreibe meine Laserdioden eigentlich fast ausschließlich einfach 
nur mit einem Vorwiderstand an meinen Netzteilen. Bis jetzt habe ich auf 
diese Weise noch keine der Dioden zerstört. Reize sie aber was den Strom 
angeht auch nicht aus...

Der Konstantandraht aus Bulgarien ist auch schon angekommen. Die 
Ergebnisse damit zum Seebeck-Effekt reiche ich noch nach.

Hier (https://www.youtube.com/watch?v=wXclTi-5z_c) bin ich auf ein 
schönes Experiment zur Erzeugung eines Plasmatoroids gestoßen. Als Basis 
dient eine HFSSTC-Schaltung. Das werde ich natürlich auch probieren. Die 
Teile bei Reichelt sind schon bestellt. Für das Plasma habe ich diese 
"Glühbirne" gekauft: https://www.ebay.com/itm/325470027345

Und dann werde ich noch einen Versuch zum Biot-Savart-Gesetz machen und 
zwar das axiale Magnetfeld einer schmalen Spule bzw. in 
Helmholtz-Anordnung. Für diesen Zweck lasse ich mir 2 Spulenhalterungen 
per 3D-Druck erstellen...

[Christoph E. (stoppi)]

Hallo!

Ich konnte gestern noch die Messung der Thermospannung für die 
Kombination Konstantan-Kupfer wiederholen. Laut Tabelle sollte der 
Seebeck-Koeffizient bei 41.5 µV/K liegen. Bei meiner ersten Messung lag 
ich ja deutlich daneben mit 3.2 µV/K. Nun mit dem anderen 
Konstantandraht liege ich zwar noch immer nicht optimal aber schon 
besser. Der erhaltene Wert beträgt 51.5 µV/K.

Man muss aber auch berücksichtigen, dass die Seebeck-Koeffizienten keine 
Konstanten sind, sondern ebenfalls von der Temperatur abhängen. Sie 
wachsen auch mit zunehmender Temperatur(differenz). Die angegebenen 41.5 
µV/K gelten für 273 K, also 0°C. Meine Temperaturen lagen ja zwischen 20 
und 100°C.

Die Spulenhalterungen für die Helmholtzspulen sind auch bereits im 
Entstehen. Laut Simulation darf ich axiale Flussdichten im Bereich von 
10 mT erwarten. Dafür habe ich sehr geeignete Hallsensoren...

[Christoph E. (stoppi)]

Die HFSSTC-Schaltung für den Plasmatoroid habe ich heute dank der 
schnellen Reichelt-Lieferung gelötet und gleich mit einer 
Neonspektralröhre getestet. Sie funktioniert scheinbar, nur muss man 
beim Einstellen des Potentiometers aufpassen. Erhöht man nämlich damit 
die Gatespannung zu sehr, steuert der Mosfet natürlich dauerhaft durch 
und die Stromstärke steigt sehr stark an.

Die Frequenz liegt momentan bei 10.23 MHz. Mal schauen, ob ich diese 
noch drücken muss. Jetzt warte ich nur noch auf die "Glühbirne" aus 
China...

Anbei auch noch ein Bild meiner Laserdioden, welche eine Wellenlänge von 
405 nm, 450 nm, 488 nm, 520 nm, 532 nm und 650 nm besitzen.

[Christoph E. (stoppi)]

In der Zwischenzeit sind die ausgedruckten Spulenhalterungen angekommen. 
Ich habe pro Spule 250 Windungen bei einem mittleren Radius von 5 cm 
aufgebracht. Jetzt stehen die Messungen der axialen Flussdichte einer 
einzelnen Spule bzw. des Spulenpaars (u.a. in Helmholtzanordnung mit d = 
R) an. Die Ergebnisse liefere ich nach...

[Christoph E. (stoppi)]

So, die Messungen zum Biot-Savart-Gesetz sind auch im Kasten und die 
Übereinstimmung Theorie-Experiment extrem gut. Dies ist ja nicht bei 
allen meinen Experimenten so.

Als Negativbeispiel kann ich etwas den Lande-Faktor (gyromagnetischer 
Faktor) nennen. Dieser liegt ja fürs Elektron bei 2. Mit dem Einstein-de 
Haas-Experiment kam ich mittels dreier unterschliedlicher Arten auf 
Werte zwischen 0.019 und 0.05 ;-)

Aber auch das ist Physik, vor allem dann, wenn man nicht bloß über 
physikalische Dinge palavert, sondern auch zur Tat sprich zum Experiment 
schreitet. Das tun aber die Wenigsten...

Viele Experimente stehen jetzt aber wirklich nicht mehr an. Den 
Plasmatorus möchte ich noch umsetzen, da sind 2 Spezialglühbirnen noch 
auf dem Weg von China zu mir.

Dann habe ich bei einer Metallfirma konische Polschuhe für meinen 
Elektromagneten in Auftrag gegeben. Die werden gerade gefräst. Viel 
Hoffnung damit den Zeemaneffekt zu zeigen habe ich allerdings nicht, 
denn die damit erzielte Flussdichte im Zwischenraum der Polschuhe wird 
wohl zu gering sein. Womit wir wieder beim Scheitern wären ;-)

Die Kondensatorbank möchte ich noch für den "disc-launcher"-Versuch im 
Hof zum Einsatz bringen. Es wäre alles bereits fertig. Warte aber, bis 
mein Sohn Zeit hat, denn alleine möchte ich den Versuch auch nicht 
machen bzw. den Aufbau auch nur für kurze Zeit unbeaufsichtigt im Hof 
stehen lassen, wenn ich etwas holen müsste. Dazu ist er viel zu 
gefährlich.

Und dann wäre noch der Versuch zur Nuclear Magnetic Resonance, den ich 
im Wald fernab von elektromagnetischen Störungen und 
Magnetfeldinhomogenitäten durchführen möchte.

Achja, einfache Astrofotografie mit meiner uralten DSLR und dem 
90mm-Refraktor habe ich ja auch noch vor.

Aber vielleicht hat ja jemand von euch noch einen Vorschlag für ein 
durchführbares Experiment für Fortgeschrittene parat? Danke im voraus 
dafür...

[Falk B. (falk)]

Christoph E. schrieb:
> Aber vielleicht hat ja jemand von euch noch einen Vorschlag für ein
> durchführbares Experiment für Fortgeschrittene parat? Danke im voraus
> dafür...

Ein total relaxter Urlaub auf Korfu oder Grand Canaria soll auch ganz 
schön  sein, hab ich gehört . . .

[J. S. (engineer)]

Christoph E. schrieb:
> In den letzten Jahren haben sich bei mir doch das eine oder andere
> Physikprojekt für die Schule (z.B. Abschlussarbeit) angehäuft.

Ich biete 50,- für den Flammenwerfer!

[Christoph E. (stoppi)]

Bei meiner Wasserrakete möchte ich einige Daten während des Flugs 
aufzeichnen, um diese dann später mit Schülern auszuwerten. Konkret wird 
der Luftdruck und die Zeit auf eine SD-card geschrieben. Dazu wird 
unmittelbar vor dem Start ein Taster betätigt. Dies startet die 
Aufzeichnung für eine einstellbare Zeit (z.B. 30 sek), damit die 
Speicherkarte nicht unnötig beschrieben wird.

Es gilt ja für den Luftdruck näherungsweise die barometrische 
Höhenformel: p = p_0 * exp(-h/8000). Demnach nimmt in einer Seehöhe von 
375 m der Luftdruck um 0.1214 mbar pro Meter ab. Auf diese Weise hoffe 
ich, die momentane Höhe der Wasserrakete bestimmen zu können.

Ich habe auch die Datenübertragung per Funk mit den NRF24L01-Modulen 
umgesetzt. Nur bezweifle ich, dass die Sendeleistung für die Übertragung 
über gut 25 m ausreicht. Mal schauen...

Ich warte jetzt noch auf die ATmega328 Arduino Nanos, die ich bestellt 
habe. Denn meine Atmega168 hatten zu wenig Speicher für das 
Arduino-Programm.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Christoph E. schrieb:
> Ich habe auch die Datenübertragung per Funk mit den NRF24L01-Modulen
> umgesetzt. Nur bezweifle ich, dass die Sendeleistung für die Übertragung
> über gut 25 m ausreicht. Mal schauen...

Wir machten das auch hier vor rund 20 Jahren. Damals verwendeten wir 
einen PIC mit einem LINX 433MHz 10mW TX-Modul und zugehörigen RX Modul 
in ASK. Eine CR2032 war für die Stromversorgung zuständig. SDCards waren 
damals schwieriger umsetzbar mit PIC als heute mit fertigen FAT 
Bibliotheken. Wir sendeten nur den Druck und Temperatur als Datenstream 
um mit Teraterm am Laptop geloggt zu werden. Die Rakete erreichte einige 
hundert m Höhe bis zum Apogee. Die Radioverbindung klappte aber über die 
ganze Distanz einwandfrei. Wegen der hohen Geschwindigkeit müssen die 
Sensoren schnell ausgelesen und gesendet werden. War alles ziemlich 
primitiv, ein Wochenend-Projekt, aber es funktionierte.

[Christoph E. (stoppi)]

Vor rund einem Monat habe ich mir auf der österreichischen 
Verkaufsplattform WILLHABEN ein Physik-Konvolut gekauft. Dabei war unter 
anderem ein Federpendel mit Elektromagnet zur Untersuchung erzwungener 
Schwingungen. Den Metallzylinder habe ich gegen Permanentmagnete mit 
Loch getauscht, damit nicht nur Anziehung, sondern auch Abstoßung 
erfolgt. Im Zuge dessen musste ich auch den magnetischen Träger für die 
Feder durch einen aus Aluminium austauschen, da sonst die Magnete vom 
Stahlträger angezogen worden wären.

Angesteuert wird der Elektromagnet mittels Leistungsoperationsverstärker 
OPA549 + Funktionsgenerator-App. Das funktioniert prima und hat sich 
schon bei einigen meiner Experimente (Chladni-Figuren, Einstein-de 
Haas-Versuch) bewährt.

Die Periodendauer des Resonators habe ich mittels a.) Videoanalyse bzw. 
b.) Berechnung über die Federkonstante k und der Masse m zu 4.1 Hz 
bestimmt.

Das Experiment bestand nun darin, die Amplitude des Resonators in 
Abhängigkeit von der Erregerfrequenz zu ermitteln. Wie zu erwarten war, 
besitzt der Graph bei der Eigenfrequenz des Resonators ein spitzes 
Maximum. Die Dämpfung ist sehr gering, daher auch das ausgeprägte 
Maximum.

Eine Simulations mittels EXCEL habe ich auch noch angehängt. Da kann man 
alle entscheidenden Parameter einstellen und auch schön die 
verschiedenen Phasenverschiebungen zwischen Erreger und Resonator 
untersuchen...

[Christoph E. (stoppi)]

So, die Arduino Nanos mit ATmega328 sind angekommen und das Programm 
macht, was es soll. Ich kann pro Sekunde 19 Datenpaare (Zeit, Luftdruck) 
speichern, das müsste eigentlich für die Wasserrakete reichen. Leider 
gibt es nicht mehr diese stärkeren Mehrweg-PET-Flaschen, welche ich 
sonst immer für meine Wasserraketen eingesetzt habe. Denen traue ich 
eher über den Weg als den dünnen, zumal ich ja bei Fernauslösung schon 
bis ca. 6 bar Innendruck gehe...

Ich bin noch über einen weiteren Physikversuch gestolpert und zwar zur 
Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung. Das gibt es ja auch fix 
und fertig zu kaufen (z.B. Phywe 
https://www.phywe.de/versuche-sets/hochschulversuche/maxwellsche-geschwindigkeitsverteilung_10674_11605/). 
Wie immer nicht gerade günstig.

Ich möchte von den Materialien her einen neuen Weg bestreiten und das 
Ganze mit LEGO + 3D-Druck bauen. Für die Rüttelplatte habe ich deshalb 
auf ebay LEGO-Motoren gekauft und auf Bricklink meine ersten 
Bestellungen aufgegeben. Ich schließe den Motor an ein Zahnrad, welches 
mir einen Kolben nach oben und unten antreibt. Die Grundplatte ist dann 
mit dem Kolben verbunden.

Für den einsichtigen "Gasraum" habe ich transparente LEGO-panels 
bestellt. Die Kugeln kommen von Amazon. Da habe ich mich einmal für 
Kugellagerkugeln mit 1 mm Durchmesser entschieden. Diese verlassen den 
Gasraum über einen seitlichen Schlitz und fallen dann je nach 
Geschwindigkeit in einen von mehreren Auffangspalten. Diesen Bereich 
werde ich wohl mit einem 3D-Drucker anfertigen lassen. Mal schauen...

Ich werde wenn gewünscht von meinen Fortschritten hier berichten ;-)

[Dieter P. (low_pow)]

>Vorschlag für ein durchführbares Experiment für Fortgeschrittene

Den Level kann ich nicht beurteilen.

Galtonbrett?

Die Kugeln vom Versuch "Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung"
werden vermutlich zu klein sein.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke, Dieter...

Einen netten kurzen Versuch hätte ich noch und zwar die Bestimmung des 
Erdmagnetfelds mittels der sog. Tangentenbussole.

Hierzu benötigt man nur eine etwas längere Spule, an deren Ende man 
einen Kompass postiert. Die Spule richtet man in Ost-West-Richtung aus. 
Nun dreht man den Strom so weit hoch, bis die Kompassnadel genau nach NW 
bzw. NO zeigt. Dann besitzt die horizontale Komponente des 
Erdmagnetfelds die gleiche Größe wie das Spulenmagnetfeld.

Für dieses gilt am Ende einer längeren Spule: H = 1/2  n  I / L 
(n...Anzahl der Windungen, I...Stromstärke, L...Länge der Spule).

Ich habe es einmal grob für meine Spule überschlagen und komme auf einen 
notwendigen Strom von 40 mA. Diesen stelle ich mittels LM317-Stromregler 
zur Verfügung. Die genaue experimentelle Messung liefere ich noch 
nach...

[Christoph E. (stoppi)]

Es gibt Neuigkeiten: Den Versuch mit der Tangentenbussole habe ich 
gestern durchführen können. Ich komme auf eine horizontale Komponente 
des Erdmagnetfelds von 34.5 µT. Das passt recht gut für meinen Standort 
(Graz)...

Und dann sind noch die beiden LEGO-Lieferungen eingetroffen. Habe sie 
über Bricklink erstmalig bestellt. Funktioniert ohne Probleme und ist 
preislich auch attraktiv. Habe aber viel mehr bestellt, als ich 
eigentlich benötigte. Aber die notwendigen Steine rein gedanklich 
abzuschätzen ist gar nicht so einfach.

Der Turm mit der Rüttelplatte ist soweit fertig. Die Auffangkammern 
lasse ich gerade 3D-drucken. Da habe ich mich für ein Design mit einer 
Rampe nach außen entschieden. Das war in meinen Augen das 
naheliegendste.

LEGO-Elektromotoren habe ich über ebay in China bestellt. Werde aber 
auch noch welche gebraucht in Österreich besorgen. Die Neugierde ist 
einfach zu groß ;-)

Werbung in eigener Sache: Hie kommt auf Youtube morgen mein neues Video 
zur 21cm-Wasserstoffstrahlung unserer Milchstrasse heraus

Link: https://www.youtube.com/watch?v=89B_C0x3-xI

[Christoph E. (stoppi)]

Der Versuch zur Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung nimmt schön 
langsam Form an, nachdem heute die LEGO-Motoren (bzw. deren günstige 
Nachbauten) und die 2 mm Stahlkugeln angekommen sind.

Die Anbindung des Motors an die Kurbel erfolgt nun über eine 1:3 
Übersetzung, da sich sonst die Rüttelplatte zu langsam bewegt hätte. Nun 
springen die Kugeln im Gasraum ausreichend hoch/schnell.

Den Motor steuere ich nicht über die LEGO-Batteriebox an, sondern über 
ein regelbares Netzteil. So kann ich die beste Geschwindigkeit genau 
einstellen und ich verbrauche nicht Unmengen an Batterien, wenn der 
Versuch mehrere Minuten läuft.

Video gibt es auf meinem Instagram-Account zu sehen: 
stoppi_homemade_physics

[Christoph E. (stoppi)]

Wer kein Instagram hat bzw. dieses meidet kann sich das Video auch auf 
meiner Homepage anschauen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/maxwell-boltzmann-verteilung/

Anbei auch noch die beiden Verkaufsanzeigen für LEGO-Motor und 
Stahlkugeln...

https://www.amazon.de/dp/B07MZRX7TT
https://www.amazon.de/dp/B099DWSYFD

Ich frage mich allerdings wieder einmal, wer sich einen solchen Versuch 
um stolze 4760 Euro im Schulmittelhandel kauft...

[Christoph E. (stoppi)]

Ein netter kleiner/kurzer Versuch für Zwischendurch zum Thema dünne 
Schichten. Benötigt werden nur Stahlplättchen mit Zinkbeschichtung, 
Salzsäure und eine Waage.

Das simple Experiment geht wiefolgt vonstatten: Man bestimmt zuerst 
einmal die Seitenfläche des Plättchens. Bei mir betrug der Radius 1.23 
cm und demnach eine Seitenfläche 4.753 cm². Dann wiegt man ein oder 
mehrere Plättchen ab, in meinem Fall waren es 3 Stück und diese ergaben 
eine Masse von 2.97 g.

Jetzt gibt man diese Plättchen in die Salzsäure und wartet ca. 1/2 
Stunde, bis die Säure das Zink mit Sicherheit vollständig aufgelöst hat. 
Im Anschluss wiegt man die Plättchen noch einmal. Die Messung ergab nun 
eine Masse von nur noch 2.75 g. Aus der Massenabnahme 0.22 g kann man 
die Massenabnahme pro Seitenfläche errechnen. Diese beträgt 0.22/6 = 
0.0367 g. Kennt man die Dichte von Zink (7.14 g/cm³), so kann man das 
entfernte Zinkvolumen pro Seite berechnen. Dieses betrug bei mir 
0.0367/7.14 = 0.0051 cm³ Man kennt aber auch die Seitenfläche A.

Daher ergibt sich schlussendlich für die Dicke der Zinkschicht: d = 
0.0051 / 4.753 = 0.00108 cm = 10.8 µm...

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern habe ich die gefräßten Polschuhe für meinen Transformator 
abgeholt. Ist sehr schön geworden, hat allerdings auch 80 Euro gekostet. 
Damit habe ich dann heute gleich eine Testreihe gestartet. Bei einer 
Stromstärke von 3,56 A durch die Spule mit 600 Windungen erhalte ich 
eine Flussdichte im Spalt von 0,24 T. Das ist nicht so schlecht aber 
wird wohl nicht reichen, um damit den Zeeman-Effekt mit meiner 
Natriumflamme im Natriumlicht nachzuweisen.

Deshalb habe ich gleich noch einen weiteren 3D-Druckauftrag aufgegeben 
und zwar eine Spulenhalterung für den Elektromagnet. So habe ich dann 
zwei Spulen auf dem Kern in der Hoffnung, dass ich die Flussdichte 
steigern/verdoppeln kann. Sättigung scheint bei 0.24 T dem Graph nach 
noch nicht eingetreten zu sein.

Der 3D-Druck meines Kugelauffangmoduls für die 
Maxwell-Boltzmann-Verteilung wird auch gerade gedruckt. Bin schon auf 
die ersten Messergebnisse gespannt. Die 2 mm Stahlkugeln scheinen die 
richtige Größe zu haben. Hätte vermutlich gar nicht jene mit 1/1.5/2.5/3 
mm bestellen müssen. Aber das weiß man beim Experimentieren ja meistens 
nicht im vorhinein.

[Christoph E. (stoppi)]

Mich zeizt ja auch alles was irgendwie kracht und auf hohe 
Geschwindigkeit gebracht wird. Daher darf der Thomsonsche Ringversuch 
natürlich nicht fehlen. Im Physiksaal schließe ich hierfür die Spule 
einfach ans 230V-Netz und lass den Aluring hochfliegen.

Nun möchte ich noch eine mobile Version basteln. Daher kommt anstelle 
des Netzanschlusses eine kleinere Kondensatorbank zum Einsatz. Hierfür 
eignen sich die Blitzelkos von pollin 
(https://www.pollin.de/p/camion-photo-flash-100-f-330-v-10-stueck-210686) 
bestens. Ich werde jeweils 2 in Serie und dann 20 parallel verschalten. 
So komme ich auf eine Gesamtkapazität von 1000 µF bei einer 
Spannungsfestigkeit von 660V.
Geladen werden die Kondensatoren über einen CCFL-Inverter + Diode. Die 
Eingangsspannung stelle ich mittels LM317 so ein, dass die Ladespannung 
ca. 500V beträgt.

Entladen wird die Kondensatorbank über Thyristoren BT145-800R, wobei ich 
schon 6-7 davon parallel verschalte. So dürften sie dann einen 
kurzzeitigen Strom von 1800-2100A aushalten.

Eine Frage habe ich aber zur Lenz'schen Regel hier: Angenommen der 
Stromverlauf durch die Spule folgt einem Sinus zwischen 0° und 180°. 
Dann ist ja das aufbauende Magnetfeld immer gleichgerichtet. Der 
magnetische Fluss durch den Ring nimmt aber innerhalb 0° und 90° zu und 
zwischen 90° und 180° ab. Daher wechselt die im Ring induzierte Spannung 
ja nach 90° ihre Richtung und das Ringmagnetfeld müsste bei 90° auch 
seine Polung umkehren.

Daher, so mein Schluss, müsste der Ring während 0° und 90° abgestoßen 
und zwischen 90° und 180° angezogen werden. Wenn dies stimmt, muss der 
Ring für maximale Geschwindigkeit den ferromagnetischen Führungsstab 
bereits nach spätestens 90° verlassen haben, da er sonst wieder 
angezogen wird.

Warum funktioniert dann aber der Thomson'sche Ringversuch auch mit 
Wechselspannung, wenn der Ring nach einer Viertelperiode den 
Führungsstab zum Beispiel noch nicht verlassen hat? Oder ist er so 
schnell und hat ihn bereits vor der Umkehrung des Ringmagnetfelds 
verlassen? Danke im voraus für eure Antworten...

[-gb- (Gast)]

Wenn du das Vertikal anordnest, brauchst du eine Steuerung um eine gute 
Schwingung zu erzeugen, weil sonst immer die Graviationsparabel wirkt. 
Es ist einfacher, das in der Vertikalen zu probieren.

[Christoph E. (stoppi)]

@Georg: Redest du von meinem Maxwellverteilung-Experiment? Werde nicht 
genau schlau aus deinem Kommentar...

Die einfache Ladeschaltung für den Thomsonring-Versuch bestehend aus 
einem step-down-converter + CCFL-Inverter ist fertig. Von den 
pollin-Blitzelkos hatte ich leider nur 10 Stück bereits zuhause, aber da 
sind ja gerade 100 Stück auf dem Weg zu mir neben den Thyristoren.

Gestern habe ich auch noch das 25/22 mm Alurohr für die Projektile und 
das 20 mm PVC-Rohr für den Kern besorgt. Die Projektile wiegen so 
zwischen 2 und 3 g. Im Buch von Thomas Rapp wird der Wirkungsgrad für 
den Thomsonschen Ringversuch leider nur mit weniger als 1 % angegeben. 
Von daher darf ich mir bei einer Kondensatorenergie von rund 130 J nicht 
viel erwarten. Dies ergäbe nämlich nur Geschwindigkeiten im Bereich von 
ca. 30 m/s.

Alurrundrohr: 
https://www.hornbach.at/p/rundrohr-aluminium-o-25x1-5-mm-1-m/8829155/
PVC-Rohr: 
https://www.hornbach.at/p/installationsrohr-m20-starr-lichtgrau-3m/5715556/?sourceArt=10547867&trackArticleCrossType=vb&url=5715556

Für den Kern habe ich auf ebay isolierte, dünne Steckdrähte aus dem 
Blumenhandel besorgt. Damit fülle ich das 20 mm PVC-Rohr. Die Isolierung 
soll verlustreiche Wirbelströme vermeiden...

ebay-link Steckdraht: https://www.ebay.de/itm/373542999693

Die 3D-Druckteile für den Maxwell-Boltzmannverteilung-Versuch 
(Auffangbox) und den Elektromagneten (Spulenhalterung) kommen nächste 
Woche an.

[Falk B. (falk)]

Christoph E. schrieb:
> Warum funktioniert dann aber der Thomson'sche Ringversuch auch mit
> Wechselspannung, wenn der Ring nach einer Viertelperiode den
> Führungsstab zum Beispiel noch nicht verlassen hat?

Weil die Lenzsch'e Regel immer wirkt, d.h. der Ring wird 
polaritätunabhängig abgestoßen. Die meisten Relais ziehen den Anker auch 
polaritätsunabhängig an.

[Christoph E. (stoppi)]

Es sind einige Teile angekommen, so der Steckdraht (500 Stück) für den 
Kern des Thomsonschen Ringversuchs. Die Spulenhalterung habe ich auch 
aus einer Platte geschnitten. Ich denke mir es macht physikalisch Sinn, 
diese recht schmal zu wählen, damit die Spule ein möglichst starkes 
Magnetfeld erzeugt. Ich werde es einmal mit 50-100 Windungen probieren. 
Habe mir dafür extra 1.4 mm Kupferlackdraht auf willhaben bestellt. Der 
müsste auch diese Woche ankommen...

Die 3D-Druckteile konnte ich gestern auch schon in Empfang nehmen. Die 
Spulenhalterungen für den Elektromagneten (für den 
Zeeman-Effekt-Versuch) passen perfekt und sind bereits verklebt. 
Bewickeln werde ich sie mit 0.6 mm Kupferlackdraht und zwar 500 
Windungen.

Das Kugelauffangmodul sieht auch perfekt aus, wie geplant. Einzig das 
Gefälle der Rampe für die Kugeln ist wohl etwas zu steil. Denn die 
Kugeln haben zum Teil so viel Schwung am Ende, dass sie aus der Rinne 
herausfliegen. Auch bei den Einlässen/Schlitzen oben kann es vorkommen, 
dass Kugeln vom dünnen Rand abprallen und dann in einen anderen Schlitz 
erst fallen. Ob dies ein großes Problem ist, muss ich experimentell erst 
herausfinden...

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern konnte ich noch die Spule mit n = 600 Windungen fertigstellen 
und gleich eine Messserie mit dem Elektromagneten aufnehmen. Dazu habe 
ich die beiden Spulen parallel an mein 32V/30A Netzteil angeschlossen. 
Bei 31.7 V (= U_max) fließt immerhin ein Strom von 15.4 A, was einer 
Leistung von beachtlichen 488 W entspricht. Die Flussdichte B beträgt 
dabei dann 0.44 T.

Die Kurve B(I) flacht aber wie zu erwarten war stark ab. Aber mit dem 
Ergebnis bin ich einmal zufrieden und werde als nächstes dann mit dem 
Elektromagneten neuerlich versuchen, den Zeeman-Effekt zu beweisen.

[Christoph E. (stoppi)]

Den Versuch zur Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung konnte ich 
gestern durchführen. Etwas mühsam ist dann das Aufsammeln der 
herausgefallenen Kugeln. Mit den erhaltenen Verteilungen bin ich aber 
einigermaßen zufrieden. Zuerst steigen diese stark an um dann etwas 
langsamer wieder gegen hohe Geschwindigkeiten abzufallen.

Gekostet hat mich der Spaß 100 Euro (Legosteine), 20 Euro (Legomotoren), 
30 Euro (3D-Druck), 12 Euro (Stahlkugeln), also in Summe 162 Euro, wobei 
ich jetzt sehr viele Legosteine übrig habe und auch noch einen zweiten 
Motor in Reserve. Wie schon gesagt, im Schulmittelhandel kostet der 
Versuch 4700 Euro...

[Christoph E. (stoppi)]

Der Aufbau zum Thomsonschen Ringversuch nimmt auch schön langsam Form 
an. Die Kondensatorbank und das Thyristormodul sind soweit fertig. Ich 
habe 8 Stück der BT145-800R Thyristoren parallel geschaltet, um nun für 
Pulssträme bis 2400 A gewappnet zu sein.
Die Spule habe ich auch schon gewickelt und mich für 66 Windungen aus 
1.4 mm Kupferlackdraht entschieden.

Jetzt warte ich nur noch auf die Taster von ebay. Da habe ich mich für 
welche von der Firma Multimech entschieden, da ich schon einmal was das 
Nicht-Prellen anbelangt sehr gute Erfahrung mit diesen Modellen gemacht 
habe.

Link: https://www.ebay.com/itm/373037986137

Und als running gag: Ich habe doch tatsächlich noch einen kurzen 
weiteren Versuch aufgespürt, den ich noch machen werde und zwar zum 
Hagen-Poiseuille-Gesetz. Da werde ich den Volumsfluss V/t für zwei 
unterschiedlich dicke Schläuche (ID 1 mm bzw. 1.5 mm) bestimmen. Diese 
müssten sich dann um den Faktor 1.5^4 = 5.06 unterscheiden...

[Christoph E. (stoppi)]

Mein Elektromagnet war ja nun soweit fertig und wartete nur auf seinen 
Einsatz im Versuch zum Zeemaneffekt. Diesen versuchte ich heute 
nachzuweisen. Dazu beleuchtete ich den Spalt des Elektromagneten mit 
einer Natriumdampflampe. Im Spalt befand sich auch noch eine mit 
Kochsalz gefärbte Gasflamme. Ohne Magnetfeld erfolgte Resonanz und das 
Licht der Natriumdampflampe wurde durch die Natriumatome in der Flamme 
in alle Richtungen gestreut. Dadurch warf die Flamme einen dunklen 
Schatten auf einer Wand hinter dem gesamten Aufbau.

Schaltete ich aber nun den Elektromagneten ein, so befanden sich die 
Energieniveaus der Natriumatome durch den Zeemaneffekt an einer 
geringfügig anderen Energie. Deshalb erfolgte keine Resonanzabsorption 
des Natriumlichts mehr und der Flammenschatten erhellte sich ein wenig. 
Dies konnte ich tatsächlich auch beobachten. Der Effekt ist aber sehr 
gering, trotz der 0.45 T Flussdichte im Spalt zwischen den Polschuhen.

Um den Zeemaneffekt also auf diese Art nachzuweisen, benötigt man 
wirklich starke Magnetfelder > 0.45 T. Ich bin aber sehr zufrieden mit 
dem Ergebnis. Heureka...

Hier auf meiner Homepage kann man das Video ganz am Seitenende auch 
sehen: https://stoppi-homemade-physics.de/zeeman-effekt/

[Christoph E. (stoppi)]

Die nicht prellenden Schalter aus Frankreich sind angekommen und so 
konnte ich den gesamten Aufbau zum Thomsonring-Versuch fertigstellen und 
testen. Und die Ergebnisse waren ernüchternd. Bei einer Ladespannung von 
200 V komme ich auf eine berauschende Geschwindigkeit von 4.5 m/s und 
bei 600 V waren es 14.82 m/s = 53.4 km/h. Damit bekomme ich im 
Stadtgebiet nicht einmal einen Strafzettel ;-)

Aber ich habe noch einmal nachgeschaut: Beim Betrieb des Versuchs mit 
Netzspannung hatte der zugegebenermaßen deutlich schwerere Aluring auch 
nur eine Geschwindigkeit von 15 m/s. Der Wirkungsgrad ist 
grottenschlecht und liegt bei nicht einmal 0.1 %.

Einzig Positives: Der Aufbau fliegt nicht auseinander und die 
Thyristoren verrichten klaglos ihren Dienst. Jetzt werde ich das Ganze 
einmal schön ins Kunststoffgehäuse verfrachten und mich vom Schock der 
hohen Geschwindigkeit erholen. Eine zumindest doppelt so große 
Geschwindigkeit wäre halt schon schön gewesen. Vielleicht kann ich ja am 
Aufbau noch etwas optimieren. Mit der Ladespannung kann ich aber nicht 
viel höher als 620 V gehen, denn die Spannungsfestigkeit der 
Kondensatoren liegt bei 2 x 330 V = 660 V.

P.S.: Den CCFL-Inverter habe ich auch gegen ein anderes HV-Modul 
getauscht, da er mit einer so geringen Spannung (ca.2-3 V) betrieben mit 
der Kondensatorbank überfordert war. Jetzt geht das Laden eigentlich 
problemlos vonstatten...

[Christoph E. (stoppi)]

So, der Aufbau hat seinen Platz in dem Gehäuse (Abmessungen 180 x 205 x 
70 mm) gefunden, er hätte aber keinen Millimeter größer sein dürfen. Mit 
dem Ergebnis/der Ringgeschwindigkeit bin ich so halbwegs zufrieden. Der 
Ring schießt schön bis zur Zimmerdecke. Abdruck wie im Physiksaal mit 
dem massiveren Ring hinterlässt er dort aber nicht... ;-)

Das Video wurde mit meiner Casio-High-Speed-Kamera mit 420 fps 
aufgenommen.

Was hat mich der ganze Spaß gekostet? Die Pollin-Bestellung hat 35 Euro 
ausgemacht, der Steckdraht ca. 20 Euro, das Gehäuse 13 Euro, das 
HV-Modul 7 Euro, Alu- und Plastikrohr nochmals 10 Euro, Schalter 10 
Euro, Platine 2 Euro, in Summe also 97 Euro. Das war es mir auf jeden 
Fall wert, immerhin vereint der Versuch ziemlich viel an anschaulicher 
Physik.

Bzgl. Hagen-Poiseuille-Gesetz warte ich noch auf weitere dünne 
Schläuche, der Rest ist eigentlich fertig.

Und dann möchte ich noch einen Versuch zum Halleffekt machen und zwar 
mit einer dünnen Kupferschicht (Hallkonstante nur -53 * 10^−12 m³/C) 
inkl. Verstärker und dann noch mit Bismut (Hallkonstante immerhin -500 
000 * 10^−12 m³/C). Habe hierfür 100 g Bismut auf ebay.com bestellt. Das 
hat einen Schmelzpunkt von lediglich 271 °C, sodass ich es schmelzen und 
dann zu einem dünnen Plättchen formen kann. Die Hallspannung ist ja 
umgekehrt proportional zur Dicke des Körpers...

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Christoph E. schrieb:
> Vielleicht hat ja jemand von euch eine Idee bzw. einen Vorschlag, was
> ich noch probieren könnte. Das Problem ist auch, dass ich über keine
> Werkstatt verfüge und eigentlich alles in der Wohnung mache.

Vielleicht ließe sich noch eine akustische Wärmepumpe bauen.

Prinzip siehe hier:
https://www.forschung-burgenland.at/projekte/projekt/thermoacoustic-hp/

Wenn man das mit einem Abflussrohr machen sollte, müßte mit einem 
IR-Meter außen entlanggefahren, der schwankenden Temperaturverlauf 
gemessen werden können.