Physikprojekte

[Christoph E. (stoppi)]

Mein Wellenpendel nimmt auch schön langsam Form an. Als Kugeln verwende 
ich welche von Newtonschen Pendel, da diese bereits über nützliche Ösen 
verfügen. Zuerst hatte ich mir 4 kleine Newtonsche Pendel auf aliexpress 
(Stückpreis 3-4 Euro) bestellt. Deren Kugeln sind aber zu leicht, sodass 
dich der Kunststofffaden nicht schön spannt.

Daher auf TEMU gleich 3 neue, deutlich größere Newtonpendel besorgt. Die 
sind bereits angekommen und deren Kugeln passen perfekt für mein 
Vorhaben. Die Einstellung der exakten Fadenlänge wird aber noch ein 
Geduldsspiel werden. Als Wiederholungszeit habe ich 40 sek ausgewählt, 
sprich nach dieser Zeit wiederholt sich die Ausgangssituation (alle 
Kugeln zur Seite ausgelenkt).

Die Hochspannungswiderstände (4 Stück mit je 10 MOhm) und -dioden (20kV, 
100mA) für mein Röntgenexperiment sind auch bereits angekommen. Da werde 
ich ja die TV-Kaskade gegen eine Selbstbauvariante ersetzen, da es in 
der TV-Kaskade bereits zu Überschlägen kommt. Vor den HV-Ausgang werde 
ich dann wohl zwei 10 MOhm-Widerstände parallel verschalten, um den 
Strom auf ca. 6 mA zu beschränken.

Ich stehe noch immer unter Schock wegen des unfassbaren Amoklaufs an 
einer Schule in meiner Stadt Graz. Ich denke nicht nur über die Opfer, 
Angehörigen (vor allem Eltern und Geschwister) und Mitschüler nach, 
sondern auch über den Täter. Wie sehr dieser von Wut und Zorn gefüllt 
gewesen sein muss, gibt mir auch zu denken...

[Christoph E. (stoppi)]

Mit 3D Bildern habe ich mich auch ein wenig beschäftigt. Eine einfache 
Methode zum Erstellen von Bildern mit Tiefenwirkung ist die Produktion 
eines sog. Wackelbilds. Dazu muss ein Objekt (z.B. Getränkedose) aus 
zwei leicht unterschiedlichen Perspektiven fotografiert werden.

Dann fügt man die beiden Bilder mit einem Gif-Programm so zusammen, dass 
sie automatisch schnell abwechselnd gezeigt werden. Mit der geeigneten 
Frequenz kann man sich ein wenig spielen.

Im Internet bin ich auf ein sehr schönes Wackelbild gestoßen (Quelle 
unbeklannt), das füge ich hier noch mit an.

Und dann habe ich mir für Anaglyphenbilder auf Amazon noch eine 
Anaglyphenbrille besorgt. Ein Anaglyph ist eine Methode zur Darstellung 
von dreidimensionalen Bildern (3D), bei der zwei unterschiedlich 
gefärbte Bilder, eines für jedes Auge, überlagert werden. Durch das 
Tragen einer speziellen Brille mit Farbfiltern (z.B. Rot und Cyan), die 
für jedes Auge ein Bild ausblenden, entsteht im Gehirn der Eindruck 
einer räumlichen Tiefe.

Als Software verwende ich 3D-Easy Space 5, welche ich vor etlichen 
Jahren bei http://www.pearl.de gekauft habe.

Obwohl meine Brille eigentlich ein Rot-Cyan-Modell sein sollte, habe ich 
mit der im Programm ausgewählten Farbe Rot-Blau bessere Resultate 
erzielt.

Man könnte auch noch zwei aus leicht unterschiedlichen Perspektiven 
aufgenommene Fotos separat mittels zweier Beamer und Polarisationsfolien 
an die Wand projizieren und dann mittels einer Polarisationsbrille 
betrachten. Dieses Experiment überlasse ich aber (ausnahmsweise) anderen 
;-)

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/3d-bilder/

P.S.: Die für dieses Experiment besorgten Bierdosen habe ich dann 
verschenkt, denn mit Alkohol jeglicher Art kann man mich in die Flucht 
treiben.

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

Christoph E. schrieb:
> Durch das Tragen einer speziellen Brille mit Farbfiltern (z.B. Rot und
> Cyan), die für jedes Auge ein Bild ausblenden, entsteht im Gehirn der
> Eindruck einer räumlichen Tiefe.

Genau so eine 3D-Brille mit Farbfiltern im schweren 
Massiv-Stahloptik-Design habe ich hier auch noch. Damit sieht deine 
Küche richtig dreidimensional aus. Der Schrank auf der rechten Seite 
steht direkt im Vordergrund und der dreibeinige Ständer mittig im Raum 
und erst viel weiter hinten im Hintergrund dann der Heizkörper und das 
grüne Zimmer.

Das nenne ich mal "Perfekte Sinnestäuschung dauerhaft sichtbar gemacht!"

😎👍

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

Hier noch zwei Bilder die durch bloßes betrachten mit den Augen 
automatisch anfangen sich zu bewegen. Das sind keine gif-Dateien und man 
benötigt dazu auch keine 3D-Brille!

Es funktioniert einfach so.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke, Michael.

Für diejenigen, welche eine Anaglyphenbrille besitzen und einen 
3-dimensionalen Einblick in meine kleine Wohnung gewinnen wollen, hänge 
ich ein Bild an ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Irgendwie habe ich den starken Eindruck, ich bin nahezu der Einzige, der 
auf mikrocontroller.net seine Projekte vorstellt. War das schon immer 
Mangelware oder herrscht hier erst seit einigen Jahren Flaute?

Wenn ich mir so die Beiträge auf mikrocontroller.net anschaue, dann 
interessieren mich ehrlich gesagt die allerwenigsten, da entweder nur 
einzelne Fragen gestellt werden oder über Banalitäten/Schwachsinn mit 
den üblichen Teilnehmern diskutiert wird. Mich würden halt eigenständige 
Projekte mit Abstand am stärksten interessieren, aber von denen gibt es 
nahezu keine (mehr) hier im Forum.


Zum heutigen Beitrag: Chuas Schaltung ist eine einfache elektronische 
Schaltung, die klassisches chaotisches Verhalten aufweist. Das bedeutet 
grob, dass es sich um einen „nichtperiodischen Oszillator“ handelt; er 
erzeugt eine oszillierende Wellenform, die sich im Gegensatz zu einem 
gewöhnlichen elektronischen Oszillator nie wiederholt. Erfunden wurde 
sie 1983 von Leon O. Chua, der damals Gastdozent an der 
Waseda-Universität in Japan war. Die einfache Konstruktion der Schaltung 
hat sie zu einem allgegenwärtigen Beispiel eines chaotischen Systems in 
der realen Welt gemacht, was manche dazu veranlasste, sie als „Paradigma 
des Chaos“ zu bezeichnen.

Vorlage: https://www.instructables.com/Chaos-Circuit/

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/chuas-chaos-schaltung/

[Steffen W. (derwarze)]

Hallo

Die Schaltpäne für das Steckbrett find ich immer umständlich zu lesen 
wenn man die Schaltung verstehen will.
Habs kurzerhand mal umgezeichnet.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank Steffen für deine Bemühungen. Da hast du schon recht, fürs 
Verständnis sind meine Pläne ziemlich ungeeignet. Aber sie sollen ja 
praktisch als Lötvorlage für eine Lochrasterplatine mit möglichst wenig 
Brücken dienen. Mache mir beim "designen" dann schon auch Gedanken.

Ich schwöre ja auf Lochraster und für Verbindungen mache ich einfach 
Lötbrücken. Entwurf und Löten haben ca. 1 h in Anspruch genommen, dann 
war alles fertig. Und selbst bei Fehlern wäre ich noch deutlich 
flexibler als mit einer fertigen Platine, einfach umlöten. Dagegen kommt 
mMn kein PCB-Dienstleister an ;-)

Das Wellenpendel ist mittlerweile auch fertig. Die größeren/schwereren 
Metallkugeln mit Öse haben sich bewährt. Die Einstellung der exakten 
Pendellängen verlangt allerdings Geduld. Man darf nicht vergessen, nach 
ca. 40 sek bzw. Perioden soll der "Gangfehler" jedes einzelnen Pendels 
nicht viel größer als 0.15 sek betragen. Von daher muss eine einzelne 
Periodendauer schon im Bereich +-4 ms stimmen.

Gekostet hat mich das Wellenpendel ca. 50 Euro. Für den Preis gibt es 
dann zwar schon vereinzelt welche zu kaufen, aber selbstgemacht macht 
ungleich mehr Spaß und man lernt auch viel mehr dabei. Würde mich 
freuen, wenn einer der Leser nun auch so ein Wellenpendel bastelt...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/wellenpendel/

[Rbx (rcx)]

Hier noch ein wenig zu lesen dazu, wenn es erlaubt ist:
https://www.reddit.com/r/gamedesign/comments/a5rtys/randomness_vs_chaos/?tl=de

[Nemopuk (nemopuk)]

Christoph E. schrieb:
> War das schon immer
> Mangelware oder herrscht hier erst seit einigen Jahren Flaute?

Es gibt wenige neue Ideen, dafür aber immer mehr Meckersäcke, die alles 
schlecht reden. Ich mag diesen Thread, da sind immer wieder sehr 
interessante Sachen bei.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für eure Kommentare.

Man muss ja nicht zwingend etwas komplett neues erfinden. Meine 
physikprojekte sind ja auch zumeist nicht neu. Meine möglichst einfache 
und günstige Umsetzung ist ggf. neu und innovativ.

Wenn ich sehe, wie viel Zeit manche Mitglieder hier im Forum für völlig 
sinnbefreite Beiträge teilweise im Minutentakt verschwenden, so frage 
ich mich, warum sie diese nicht für ein Projekt nutzen und es hier 
vorstellen. Aber palavern war halt schon immer deutlich weniger 
anstrengend als zu tun...

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

Christoph E. schrieb:
> so frage ich mich, warum sie diese Zeit nicht für ein Projekt nutzen und es
> hier vorstellen?

Ganz einfach, weil man mit nur wenig Schreibaufwand im Sekundentakt 
sofort ein Feedback von den anderen Foristen erhält. Das spart Bauzeit 
und führt trotzdem schnell zu einer spannenden Reaktion der anderen 
Foristen.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Christoph E. schrieb:
> Danke für eure Kommentare.
>
> Man muss ja nicht zwingend etwas komplett neues erfinden. Meine
> physikprojekte sind ja auch zumeist nicht neu. Meine möglichst einfache
> und günstige Umsetzung ist ggf. neu und innovativ.
>
> Wenn ich sehe, wie viel Zeit manche Mitglieder hier im Forum für völlig
> sinnbefreite Beiträge teilweise im Minutentakt verschwenden, so frage
> ich mich, warum sie diese nicht für ein Projekt nutzen und es hier
> vorstellen. Aber palavern war halt schon immer deutlich weniger
> anstrengend als zu tun...

Ob Deine Beobachtung wirklich so drastisch zutrifft?

Wenn man sich die Vielzahl der Kunstwerke-Beiträge der letzten Jahre 
ansieht, findet man dort reichlich Inspiration – und auch Ansporn, 
selbst kreativ zu werden. Manche der gezeigten Arbeiten wecken 
vielleicht sogar ein wenig positiven Neid. Was mich betrifft: Elektronik 
und Basteln sind für mich nach wie vor Tätigkeiten, die mich morgens 
gerne aus dem Bett holen – manchmal sogar mit dem Ehrgeiz, das eine oder 
andere Projekt vielleicht noch zu übertreffen.

Was Dich betrifft: Deine Beitragsreihe und Deine Webseite finde ich 
ausgesprochen interessant und lehrreich. Du zeigst sehr anschaulich, wie 
man mit vergleichsweise einfachen Mitteln beeindruckende Experimente 
realisieren kann. Auch aus Misserfolgen lassen sich wertvolle 
Erfahrungen gewinnen. Als Physiklehrer hätte ich Dich damals sehr 
geschätzt!

Der Wert und Nutzen dieses Forums hängt letztlich von uns allen ab – wir 
gemeinsam bestimmen das Niveau. Gerade deshalb wäre es untereinander ein 
schönes Zeichen des Respekts, wenn wir uns hier stets von unserer besten 
Seite zeigen könnten.

Duck und weg,
Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

@Gerhard: Meine Behauptungen waren bestimmt überspitzt formuliert. Für 
ein so großes Forum wie dieses hier finde ich aber auch unter 
Berücksichtigung der Kunstwerke-Beiträge die Quantität an vorgestellten 
Projekten sehr mau. So richtig spannende Beiträge, die man richtiggehend 
verschlingt gibt es sehr, sehr selten...

Zwei Experimente zum Thema Festkörper-Gitterstruktur sind anvisiert. Mit 
diesen möchte ich die Gitterstruktur, aber auch deren Fehlstellen und 
Korngrenzen simulieren. Dazu habe ich mir auf Amazon insgesamt 8000 
Stück 1.5 mm Metallkugeln bzw. Glaspipetten und Glyzerin gekauft.

Inspirationen:
Steve Mould: https://www.youtube.com/shorts/W2xxT3b-4H0
bzw. Buch Advanced physics von Tom Duncan

Wenn die Experimente Form annehmen, kann ich gerne hier davon berichten. 
Finanziert habe ich diesen Amazon-Einkauf mit einem 300 Dollar 
Gutschein, den ich für mein atomic force microscope (AFM) auf 
www.instructables.com unlängst gewonnen habe. So fließt der Preis wieder 
zurück in Physikprojekte...

[Thomas W. (Gast)]

Christoph E. schrieb:
> Finanziert habe ich diesen Amazon-Einkauf mit einem 300 Dollar
> Gutschein, den ich für mein atomic force microscope (AFM) auf
> www.instructables.com unlängst gewonnen habe. So fließt der Preis wieder
> zurück in Physikprojekte...

Glueckwunsch!

[Christoph E. (stoppi)]

Das Plexiglas meiner Wasserwellenmaschine hat sich ja ein wenig 
beschlagen. Deshalb habe ich Silikonöl mit 300 cSt gekauft. Dieses 
erwies sich leider als zu viskos, sodass sich keine schönen Wellenmuster 
ausbildeten. Daher nochmals 2 Flaschen Babyöl und Plastikboxen von Temu 
besorgt. Jetzt bin ich mit der Klarheit der Scheiben und den erzeugten 
Wellen zufrieden.

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/wasserexperimente/

Vor vielen Jahren hatte ich einmal für meine Fusor-Experimente von einen 
netten Kollegen Deuteriumoxid, also schweres Wasser geschenkt bekommen. 
Der Liter kostet schon einmal 2000 Euro und mehr. Mit einem auf Amazon 
bestellten Pyknometer habe ich nun die Dichte des schweren Wassers 
ermittelt. Bei gleicher Anzahl an Molekülen pro cm³ müsste sich eine 
Dichte von 1 * 20/18 = 1.11 g/cm³ ergeben. Mein Ergebnis: ro = 1.105 
g/cm³.

Was mich nur wundert ist das Volumen des Pyknometers. Es ist mit 5 ml 
beschriftet, fasst aber ca. 5.5 ml. Normalerweise besitzen Pyknometer ja 
ein sehr genau angegebenes Volumen, da man sie zur Dichtebestimmung von 
Flüssigkeiten nutzt. Eine Abweichung von 10% ist diesbezüglich sehr 
verwunderlich. Vielleicht hat ja jemand von euch eine Begründung für 
dieses Umstand...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/freihandversuche/

[Rbx (rcx)]

Christoph E. schrieb:
> So richtig spannende Beiträge, die man richtiggehend
> verschlingt gibt es sehr, sehr selten...

Es gibt in der Artikelsammlung recht gute Projekte.

[Thomas W. (Gast)]

Christoph E. schrieb:

> Was mich nur wundert ist das Volumen des Pyknometers. Es ist mit 5 ml
> beschriftet, fasst aber ca. 5.5 ml. Normalerweise besitzen Pyknometer ja
> ein sehr genau angegebenes Volumen, da man sie zur Dichtebestimmung von
> Flüssigkeiten nutzt.

Wie warm war es in Deinem Labor? Hier waren heute freundliche 30°C. Dein 
Pyknometer ist bei 20°C kalibiert.

Gruesse

Th.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für eure Kommentare. Die Lufttemperatur beim Befüllen des 
Pyknometers lag bei rund 24°C, die Wassertemperatur ca. 14°C. Ich hatte 
mit einer Wasserdichte von 1 g/cm³ gerechnet. Die wahre Dichte liegt ja 
ein wenig darunter und macht bei gegebener Masse das Volumen des 
Pyknometers noch größer. Der Temperatureinfluss macht aber auch niemals 
10% aus, von daher stimmt mit dem Pyknometer etwas nicht. Es ist aber 
trotzdem brauchbar, da man es ja mit Wasser bekannter Dichte kalibrieren 
kann.

Die beiden Experimente zum atomaren Kristallgitter inkl. Fehlstellen 
konnte ich auch schon durchführen.

Für eine Fläche von 14 cm x 14 cm kamen rund 7000 Kugeln mit einem 
Durchmesser von 1.5 mm zum Einsatz. Diese kosteten mich 32 Euro. Der 
innere Freiraum zwischen den beiden Plexiglasplatten betrug zunächst 2 
mm. Ich habe dann noch zwei Overheadfolien reingelegt. Die besten 
Resultate erzielt man aber, wenn man die beiden Deckplatten noch ein 
wenig mit der Hand zusammendrückt. Dann ergeben sich größere homogene 
Bereiche. Man erkennt aber sehr schön die Korngrenzen, Löcher und andere 
Fehlstellen. Elementare Festkörperphysik für Anfänger ;-)

Im zweiten Experiment erzeugt man mit einer Luftpumpe und einer sehr 
feinen Düse (in meinem Fall eine 1 ml Insulinspritze) Luftblasen in 
einer Seifenblasenmischung. Diese besteht aus
* 500 ml Wasser
* 33 ml Geschirrspülmittel (z.B. fairy ultra)
* 8 ml Glyzerin

Die gesamte Mischung habe ich dann auf ein Ofenblech geschüttet und dann 
mit der Spritze Luftbläschen erzeugt. Auch hier erkennt man recht schön 
Bereiche ohne Störung/Defekt bzw. Störstellen und Korngrenzen.

Die Kosten für diesen Versuch belaufen sich auf ca. 25 Euro.

[Christoph E. (stoppi)]

In der Schule im Physikunterricht werden Schüler mit elektrischen und 
magnetischen Feldern konfrontiert. Die Feldlinien zeigen lokal Richtung 
und Stärke (über die Dichte der Linien) von E bzw. B an.

Bei diesem Experiment ging es um die Sichtbarmachung elektrischer und 
magnetischer Felder. Für ersteres benötigt man eine 
DC-Hochspannungsquelle, Öl, Grieß, eine flache runde Glasschale und 
verschiedene Elektroden.

Am besten soll sich angeblich Rizinusöl eignen, ich habe es mit 
Silikonöl probiert und es funktioniert auch.

Die Spannung meines DIY-Netzteils beträgt maximal 15 kV. Eventuell 
könnte man es mit einer Spannungsquelle mit höherer Spannung probieren.

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/elektrische-und-magnetische-felder/

[Christoph E. (stoppi)]

Hier noch ein kleiner Nachtrag zur Visualisierung elektrischer Felder. 
Habe das Feld für den Plattenkondensator und die beiden Punktladungen 
noch einmal wiederholt. Jetzt gefallen mir die Ergebnisse besser.

Und dann noch der Vollständigkeit halber meine Resultate mit der 
Selbstbau-Diode. Die Anleitung dazu gibt es hier: 
https://www.sauerampfer-online.de/zinkdiode/diode.html

Wenn man nicht so blöd ist wie ich und darauf achtet, dass die 
Oszieingänge auf DC-Kopplung gestellt sind, dann erhält man auch eine 
einigermaßen schöne Diodenkennlinie (bzw. eher die einer Zenerdiode). 
Man benötigt nur verzinktes Stahlblech, einen dünnen Kupferdraht und 
eben ein Oszilloskop im xy-Modus.

[Christoph E. (stoppi)]

Neben elektrischen Feldern mittels Öl, Grieß und Hochspannung wollte ich 
auch Magnetfelder visualisieren. Dazu habe ich in eine 2 mm dünne 
Plexiglasplatte gefühlt 1000 Löcher gebohrt. Mit dem Bohrer konnte ich 
diese aber nur vorbohren, da mir sonst das Plexiglas sofort gesprungen 
wäre. Ich verwendete zum aufweiten einen kegelförmigen Schleifstein und 
dann zum finalen Aufbohren einen per Hand gedrehten 6.8 mm Bohrer. Nach 
mehr als 2 Stunden hatte ich etliche Blasen an meinen Fingern. 
Rückblickend eine richtige Strafarbeit, die ich bestimmt nicht mehr so 
schnell mache.

In die Löcher kamen dann 6 x 1 mm messende Nadellager und auf beiden 
Seiten dann noch eine Plexiglasplatte zum Abschließen. Leider rann der 
verwendete Plexiglaskleber und so drehen sich in 3 Löchern die 
Nadellager nicht mehr schön. Ärgerlich aber verschmerzbar.

Mit der Visualisierung der Magnetfelder bin ich aber zufrieden. So deckt 
sich etwa das Feld eines Stabmagneten sehr genau mit der Theorie, 
Heureka...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/elektrische-und-magnetische-felder/

[Christoph E. (stoppi)]

Ein weiterer Versuch und zwar die experimentelle Bestimmung der 
magnetischen Suszeptibilität chi = µr - 1 von einer paramagnetischen 
Flüssigkeit steht noch aus. Ich habe mich für Eisen-3-chlorid 
entschieden. Dieses müsste nächste Woche bei mir ankommen.

Ein Glasrohr gefüllt mit der Flüssigkeit wird in ein sehr starkes 
Magnetfeld gebracht. Durch den Paramagnetismus wird die Flüssigkeit ins 
Magnetfeld hineingezogen. Dadurch hebt sich eben der Flüssigkeitsspiegel 
um einen sehr kleinen Wert.

Bei 40%iger Eisen-3-chlorid-Mischung und einer magnetischen Flussdichte 
von immerhin 0.4 T sollen es nur 0.2 mm sein. Für das Magnetfeld kommt 
mein starker Elektromagnet zum Einsatz. Die Höhenzunahme des 
Flüssigkeitsspiegels versuche ich mit meinem Smartphone zu erfassen. 
Dazu habe ich eine gewöhnliche Lasermodullinse vor dem Handyobjektiv 
postiert. So erhalte ich eine Auflösung von etwa 2 µm pro Pixel.

Wenn es Neuigkeiten gibt, kann ich gerne hier berichten...

[Christoph E. (stoppi)]

Heute ausnahmsweise kein Experiment aber eine kurze Herleitung zum 
Experiment "magnetische Suszeptibilität chi von paramagnetischen 
Flüssigkeiten". Es gilt ja die einfache Beziehung zwischen chi und der 
Steighöhe h beim Aufbau nach Quincke. Im Internet habe ich aber nicht 
wirklich genaueres etwa eine Herleitung dazu gefunden. Also habe ich 
mich selbst um eine gekümmert und Bleistift und Papier zur Hand 
genommen.

Von Chat-gpt habe ich nur die Ausgangsformel für die infinitesimale 
Kraft dF auf das Volumselement dV. Der Einfachheit wegen bin ich von 
einem linearen Anstieg der magnetischen Feldstärke H in z-Richtung im 
Intervall [0, h] ausgegangen. Darunter beträgt H = konstant = 0 und 
darüber H = konstant = H.

Jetzt habe ich das simple Integral gelöst und komme wirklich auf die 
Quincke-Formel chi = µr - 1 = 2  ro  g * h / (µ0 * H²), Heureka...

Wer mich kennt weiß, dass mich solche ungelösten Fragen ziemlich 
triggern. Habe schon bei meinen Studien alles sehr stark hinterfragt. 
Drüberlesen konnte ich einfach nicht...

Wenn ich mir die absoluten Schundbeiträge und damit einhergehend das 
Niveau hier auf microcontroller.net aber so anschaue weiß ich gar nicht 
mehr, ob ich mit meinem Faden hier überhaupt noch gut aufgehoben bin und 
noch etwas veröffentlichen soll. (Früher) dachte ich nämlich, 
microcontroller.net habe Qualität und Niveau. Davon bin ich angesichts 
der etlichen erbärmlichen Fäden und Beiträge nicht mehr sicher...

Ein nach wie vor um Qualität bemühter stoppi

[Gerhard O. (gerhard_)]

Servus Christoph,

wenn ich die Bewertungen Deiner Beiträge überfliege, ist Deine Frage im 
Grunde schon beantwortet – es gibt hier genügend Leser, die Deine 
wertvollen und hochinteressanten Beiträge sehr zu schätzen wissen. Und 
genau das zählt: Es macht Dein Engagement wertvoll und lesenswert.

Ein mittlerweile verstorbener Bekannter von mir war in einem ähnlichen 
Bereich aktiv wie Du. Ich habe seine eindrucksvollen Experimentaufbauten 
immer sehr bewundert – bei ihm stand allerdings häufig die statische 
Elektrizität im Mittelpunkt.

Mach also bitte weiter so – was mich betrifft, schätze ich Deine 
Veröffentlichungen hier ganz besonders.

Was Deine Kritik am Forum angeht: Ich denke, man sollte das 
sprichwörtliche Kind nicht mit dem Bade ausschütten. Aber das ist 
natürlich nur meine Meinung.

Viele Grüße
Gerhard

[Jonny O. (-geo-)]

Christoph E. schrieb:
> (Früher) dachte ich nämlich,
> microcontroller.net habe Qualität und Niveau. Davon bin ich angesichts
> der etlichen erbärmlichen Fäden und Beiträge nicht mehr sicher...

Hi Christoph,

Ich bin selbst eher ein stiller Mitleser hier im Forum und freue mich 
immer, wenn Du neue interessante Beiträge einstellst. Deine Kritik am 
Umgangston ist berechtigt. Die Gründe sind relativ klar: Trolle werden 
auf diesem Forum praktisch nicht verbannt. Es werden immer nur Threads 
geschlossen, aber die Verantwortlichen nie gelöscht.

Ich war selber mal Moderator in einem Forum und da galt: 2 Verwarnungen 
und beim dritten Vorfall die Löschung. Und da reichte bereits wenn man 
sich nur etwas im Ton vergriffen hatte. Was hier im Forum passiert ist 
schon jenseits von Gut und Böse.

Wo auch immer es dich also hin verschlägt. Falls du dich hier abmeldest 
bitte kurz sagen wo es weitergeht, damit man weiter mitlesen kann :-)

PS: Hast Du eigentlich einen 3D-Drucker? Ich glaube damit könntest Du 
viele deiner Experimente einfacher aufbauen. Der Magnetfeldanzeiger hat 
mich da auf eine Idee gebracht...

lg

[Christoph E. (stoppi)]

@Gerhard und Jonny: Vielen Dank für eure Kommentare, freut mich sehr, 
dass meine Physikprojekte auf Interesse stoßen.

Ich habe mir ja vor rund 1 Jahr ein Feldelektronenmikroskop von Leybold 
gebraucht gekauft. Dieses brachte ich leider nicht zum Laufen. Ich werde 
es aber in nächster Zeit noch einmal probieren.

Frage: Die Spitze heizt man ja mit einem Strom von ca. 1.7 A immer 
wieder aus. Gleichzeitiges Ausheizen und Anlegen der vollen 
Anodenspannung ist laut Beschreibung strengstens untersagt. Erhitzt man 
aber die Wolframspitze leicht während des Betriebs mit Hochspannung oder 
muss diese kalt sein?

Zum Thema FEM passt der Versuch "Spitzenrad". Dieses habe ich mir aus 
einer Messing-Hutmutter und 3 angespitzten Drähten gebastelt. Legt man 
nun Hochspannung am Spitzenrad an, beginnt dieses sich zu drehen. Bei 
negativer Spannung am Spitzenrad sind es die feldemittierten Elektronen 
(actio = reactio), bei positiver Spannung die auftreffenden Elektronen 
der ionisierten Luftmoleküle (Impulsübertrag), welche das Spitzendraht 
in Drehung versetzen.

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/fem/

[Christoph E. (stoppi)]

Hat man einen radioaktiven Strahler und bestimmt die Zählraten zum 
Beispiel pro Minute, so erhält man eine Häufigkeitsverteilung ähnlich 
einer Glockenkurve um einen gewissen Erwartungswert. Mathematisch lässt 
sich diese Verteilung mit der Poissonverteilung P_µ(k) beschreiben. Sie 
gibt die Wahrscheinlichkeiten dafür an, dass das Ereignis k-mal 
innerhalb des Messintervalls delta_t auftritt. In meinem Fall sind dies 
die mit dem Geigerzähler registrierten Zerfälle innerhalb einer Minute. 
Die Formel kommt nur mit k und dem Erwartungswert µ aus und lautet: 
P_µ(k) = 1/k! * µ^k * exp(-µ).

Hat man keinen radioaktiven Strahler zur Hand, kann man die Verteilung 
der Nullraten aufzeichnen oder man verwendet einen simplen Generator. 
Dieser gibt einzelne Pulse nach einer Zufallszeit zwischen 0 - 1000 ms 
aus. Pro Sekunde kann man also im Schnitt zwei "Zerfälle" erwarten, pro 
Minute wären dies 120 cpm. Die auf diese Weise erhaltene 
Häufigkeitsverteilung für 78 Minuten habe ich angehängt. Ich werde aber 
noch eine Messreihe mit deutlich mehr Minuten durchführen. Dann sollte 
die Verteilung auch glatter verlaufen.

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/poissonverteilung-zaehlraten/

[Christoph E. (stoppi)]

Also mein simpler Geigerzähler-Generator liefert nicht wirklich eine 
schöne Poissonverteilung, da zu schmal und dafür zu hoch.

Gestern habe ich es dann mit einem echten radioaktiven Strahler probiert 
und über fast 10 Stunden die minütlichen Zählraten gespeichert. Die 
Verteilung entspricht nun schon viel eher der theoretischen Vorgabe 
einer Poissonverteilung. Natürlich hätte ich um einiges länger 
aufzeichnen müssen, um die Abweichungen noch weiter abzuschwächen, aber 
irgendwann ist mir das Gepiepse des Geigerzählers dann doch auf die 
Nerven gegangen ;-)

Damit hätte ich dieses Experiment auch weitestgehend zufriedenstellend 
durchgeführt...

[Christoph E. (stoppi)]

Mit der Infrarotfotografie habe ich mich auch beschäftigt. Dazu muss man 
den UV/IR-Filter aus seiner Digitallkamera ausbauen. Dies kann je nach 
Modell auch ganz schön knifflig sein. Bei meiner sehr alten Sony 
Cybershot ging es zum Beispiel ohne Probleme.

Damit man die umgebaute IR-Kamera auch noch für normale Aufnahmen 
verwenden kann, benötigt man dann einen externen UV/IR-Filter. Ohne 
Filter erfasst die umgebaute Kamera Wellenlängen von ca. 400 - 1000 nm. 
Blockiert man den gesamten visuellen Spektralbereich mit einem weiteren 
Filter (z.B. 720 nm), so erhält man auch beeindruckende Aufnahmen.

Man kann nun mit seiner IR-Kamera auch Photosynthese nachweisen. Dazu 
wird eine sog. NDVI-Aufnahme erstellt. Für diese benötigt man entweder 
zwei Bilder (visueller Spektralbereich bzw. reines Infrarot) oder nur 
eines (IR-Kamera mit Spezialfilter, z.B. Rosco #2007). Ich habe mich für 
letztere Variante entschieden.

Dazu hält man den blauen Rosco-Filter einfach vor das Objektiv der 
umgebauten IR-Kamera. Aus dem originalen NDVI-Index = (nahes IR - Rot) / 
(nahes IR + Rot) wird dann bei der 1-Photo-Methode angenähert (Rot - 
Blau) / (Rot + Blau). Der rote Kanal der IR-Kamera detektiert durch den 
Rosco-Filter nämlich fast ausschließlich das nahe Infrarot. Und anstelle 
des roten Kanals kann bei Pflanzen auch der blaue Kanal genommen werden.

Momentan bekommt man den benötigten Rosco #2007 Filter etwas schwerer zu 
kaufen. Aus den USA kostet ein 50 x 50 cm Bogen dann inkl. Versand und 
Einfuhrsteuer schon einmal 70 Euro. Ich hatte vor etlichen Jahren einmal 
bei https://publiclab.org/ ein Filterset geordert, die Möglichkeit gibt 
es jetzt scheinbar nicht mehr...

Auf meiner Homepage ist alles deutlich ausführlicher erklärt: 
https://stoppi-homemade-physics.de/infrarotphotographie/

[Christoph E. (stoppi)]

Heute habe ich ein selbstgebasteltes Laserleistungsmessgerät für euch. 
Die Basis/den Sensor bildet ein kleines Peltierelement. Dieses ist 
berußt und der zu messende Laser strahlt auf eine Seite des 
Peltierelements. Die dadurch entstehende geringe Spannung wird mit einem 
Verstärker vergrößert und zwar um einen solchen Faktor, dass die 
angezeigte Spannung in mV leicht in die Laserleistung in mW umrechenbar 
ist.

In meinem Fall gibt es 3 verschiedene Verstärkungen mit x10 (Gerät zeigt 
Leistungen bis 20 mW an), x1 (bis 200 mW) und x0.1 (bis 2000 mW).

Die Kalibrierung des Sensors erfolgt mit aufgeklebten SMD-Widerständen. 
Deren elektrische Leistung P setzt man der gemessenen Thermospannung U 
gegenüber. Konkret erhielt ich 0.1153 mV/mW.

Ein erster Test mit einem grünen 5 mW DPSS-Laserpointer ergab eine 
maximale Leistung von 15 mW, also immerhin die 3-fache Nennleistung. 
Dies u.a. deshalb, weil diese billigen DPSS-Laserpointer keinen 
ausreichenden IR-Filter besitzen und dadurch vieles der 
808nm-Erregerstrahlung ebenfalls emittiert wird und so die Leistung 
erhöht.

Kostenpunkt für das Laserleistungsmessgerät: Um die 30 Euro. Ist aber 
recht nützlich, wenn man die tatsächlichen Leistungen seiner Lasermodule 
überprüfen möchte.

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/laserleistungsmessgeraet/

[Christoph E. (stoppi)]

Für Experimente zum Thema Schall habe ich mir zwei günstige Stimmgabeln 
(f = 528 Hz) gekauft. Mit diesen will ich die Schallgeschwindigkeit nach 
Quincke (Anm.: Hier ist der Name nicht ganz eindeutig, denn es gibt auch 
das sog. Quincke Resonanzrohr, welches hier aber nicht zum Einsatz 
kommt), Schwebung und Resonanz durchführen.

Für die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit postiere ich eine 
Stimmgabel am Ende eines längeren Plexiglasrohrs, welches zum Teil mit 
Wasser gefüllt ist. Verändert man den Wasserstand, so gibt es Stellen, 
an denen der Ton besser zu hören ist. Dies ist dann der Fall, wenn sich 
eine stehende Welle gut ausbilden kann. Dann gilt für die Länge L = 1 * 
lambda/4, 3 * lambda/4 usw. Der Abstand zweier Resonanzlängen ist dann 
genau lambda/2. Damit und mit der bekannten Frequenz f kann die 
Schallgeschwindigkeit c = lambda * f ermittelt werden.

Für das Experiment zur Schwebung benötigt man zwei Stimmgabeln mit 
minimal unterschiedlicher Frequenz f1 und f2. In meinem Fall 
unterschieden sich die beiden Stimmgabeln bereits von Haus aus ein wenig 
(delta_f = ca. 1 Hz). Schlägt man beide an, so hört man einen periodisch 
mit der Frequenz delta_f lauter und leiser werdenden Ton.

Beim Versuch zur Resonanz habe ich einen Tischtennisball an einen Faden 
geklebt und diesen dann an die Stimmgabel gehängt. Mit einem 
Frequentzgenerator + Verstärker und Lautsprecher erzeuge ich dann zwei 
Töne und zwar einmal einen mit 528 Hz (= Resonanz) und dann mit 500 Hz. 
Im ersten Fall beginnt der Tischtennisball sich zu bewegen, im zweiten 
Fall bleibt er ruhig.

Ich habe mir auf aliexpress auch einen Generator gekauft. Dreht man 
diesen per Hand, so leuchtet je nach Drehsinn eine LED auf. Ich möchte 
nun einen Motor anbauen und dann im reinen Erdmagnetfeld die Spule so 
schnell drehen, dass ich auch eine winzige Induktionsspannung erhalte. 
Diese werde ich aber verstärken müssen, um sie mit dem Oszilloskop 
aufzeichnen zu können. Ich werde auch versuchen, aus der Fläche A, der 
Windungszahl n, der Drehfrequenz f und der Spannungsamplitude U0 die 
magnetische Flussdichte des Erdmagnetfelds zu berechnen. Mal schauen, ob 
mir dies gelingt...

[Rbx (rcx)]

Christoph E. schrieb:
> das sog. Quincke Resonanzrohr
https://www.ieap.uni-kiel.de/lehre/nebenfach/praktika/nfprakt/pdf/m01_neu.pdf

Temperatur, Luftdruck, oder -vermischung spielen da wohl auch noch eine 
Rolle.

Darüberhinaus ist bei der Akustik auch die Schallsimulation sehr 
spannend.

[Rbx (rcx)]

Rbx schrieb:
> Darüberhinaus ist bei der Akustik auch die Schallsimulation sehr
> spannend.
Sollte eigentlich "Hallsimulation" heißen - da kam dann ein 
Cloudflare-Error dazwischen.

[Christoph E. (stoppi)]

@Rbx: Danke für deinen Kommentar. Ich habe die sehr einfache Bestimmung 
der Schallgeschwindigkeit (nach Quincke) mit einem wassergefüllten Rohr 
durchgeführt. Es gibt aber noch wie schon erwähnt das 
Quincke-Interferenzrohr zur Bestimmung von c.

Mein Messaufbau ist sehr einfach: Am oberen Ende eines teilweise mit 
Wasser gefüllten Plexiglasrohrs befindet sich die Stimmgabel und daneben 
ein Handy mit Lautstärke-App. Man schlägt nun bei verschiedenen 
Füllständen die Stimmgabel an und bestimmt jeweils die Lautstärke. Für 
zwei Wasserstände ist eine erhöhte Lautstärke zu verzeichnen. In diesem 
Fall gilt dann für die Differenz der Füllstände L2 - L1 = lambda / 2. 
Konkret erhalte ich auf diese Weise eine Wellenlänge lambda = 64 cm. Mit 
der bekannten Frequenz f = 528 Hz der Stimmgabel und der Wellengleichung 
c = lambda * f folgt für die Schallgeschwindigkeit c = 338 m/s, Heureka.

Ich habe mich der Einfachheit halber gegen den Aufbau mit 
Ausgleichsbehälter entschieden. Ich fülle stattdessen das Plexiglasrohr 
zu Beginn vollständig mit Wasser und lasse dann immer wieder ein wenig 
Wasser über ein Ventil aus. So ist das Prozedere einfacher...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/schallgeschwindigkeit/

[Christoph E. (stoppi)]

Plasmaspeaker mit einem alten Zeilentrafo aus einem Röhrenfernseher. Der 
entstehende Hochspannungsfunke wird über ein Audiosignal mittels TL494 
moduliert, sodass man den Ton/die Musik hört. Die Lautstärke ist aber 
nicht berauschend, nicht einmal Zimmerlautstärke ;-)

Mehr Informationen mit Kurzvideo: 
https://stoppi-homemade-physics.de/plasmaspeaker/

[Frank M. (ukw) (Moderator)]

Christoph E. schrieb:
> Plasmaspeaker mit einem alten Zeilentrafo aus einem
> Röhrenfernseher.

Hut ab! Spannende Angelegenheit...

> Die Lautstärke ist aber nicht berauschend, nicht einmal Zimmerlautstärke

Aber Du musst hoffentlich nicht mit dem Ohr so nah herangehen, dass Du 
Dir dabei die Haare versengst? ;-)

Ändert sich etwas bei Änderung des Abstandes der Elektroden? Vielleicht 
die Lautstärke? Oder bleibt diese konstant?

[Christoph E. (stoppi)]

@Frank: Haha, nein so leise ist es dann auch wieder nicht. Man kann mit 
den beiden Potentiometern am TL494 und am Elektrodenabstand 
herumspielen. Da gibt es immer wieder eine Einstellung, die besser 
funktioniert.

Die Amplitude direkt aus dem MP3-Player (auch schon ein Dinosaurier ;-)) 
ist aber scheinbar zu gering für eine ausreichende Modulation, daher der 
Audio-Verstärker.

Habe noch meine verschiedenen Zufallsgeneratoren geordnet und 
dokumentiert. Dabei sind Würfel, Roulette, Ja/Nein bzw. Wahr/Falsch und 
auch ein Zufallsgenerator auf Basis eines Geigerzählers. Dabei kann man 
die Rate der Zufallszahlen (z.B. 1x pro Sekunde) leicht per Software 
verändern und auch die Anzahl der Ausgänge (im Moment nur 0 oder 1).
Dazu betrachte ich den Zeitpunkt des letzten interrupts und schaue, ob 
dieser eine gerade oder ungerade Zahl ist. Kann man mittels modulo (%) 
aber sehr leicht auf zum Beispiel 0-9 Ausgänge (% 10) abändern.

Mit den Generatoren kann man zum Beispeil das Gesetz der großen Zahlen 
überprüfen. Dieses besagt, dass bei immer häufigerer Wiederholung eines 
Zufallsexperiments die relative Häufigkeit h eines bestimmten 
Ereignisses immer näher an die tatsächliche Wahrscheinlichkeit p rückt. 
Bei zum Beispiel 6 Würfelwürfen ist die relative Häufigkeit für einen 
6er sehr breit streuend. Bei 6000 Würfen ist h mit an Sicherheit 
grenzender Wahrscheinlichkeit sehr nahe bei p = 1/6.

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/zufallsschaltungen/

[Frank M. (ukw) (Moderator)]

Christoph E. schrieb:
> Mit den Generatoren kann man zum Beispeil das Gesetz der großen Zahlen
> überprüfen.

Ich kenne da auch noch eine nette Monte-Carlo Simulation mit 
Zufallszahlen:

Gegeben sei ein Glücksrad, auf dem alle Zahlen zwischen 0 und 1 stehen - 
natürlich nur innerhalb einer bestimmten Genauigkeit. Das Rad wird 
solange gedreht, bis die Summe der ermittelten Zahlen >= 1 wird. Dann 
ist das Spiel zu Ende und es beginnt ein neues.

Frage: Wieviele Versuche benötigt man im statistischen Durchschnitt pro 
Spiel?

Die Antwort ist übrigens eine ziemlich bekannte Zahl. Nein, Pi ist es 
nicht. Mit Kreisen hat das auch nichts zu tun, auch wenn das Glücksrad 
rund ist ;-)

Das kann man auch prima auf Deinem abgebildeten Arduino zusammen mit dem 
radioaktiven Zufallsgenerator nachprogrammieren. Man muss dafür ja nicht 
unbedingt Floats nehmen, sondern den Wertebereich des Glücksrad 
entsprechend erhöhen, so dass das ganze mit Integer-Zahlen genügend 
genau wird, z.B. alle Zahlen zwischen 0 und 100000. Dann spielen, bis 
die Summe >= 100000 wird. Da kommt dann natürlich dasselbe Ergebnis 
raus.

Viel Spaß!

P.S.

Witzigerweise konnte mir ChatGPT nach meiner Vorstellung des Spiels 
tatsächlich nach ein paar Stupsern in die richtige Richtung die Zahl 
namentlich nennen, ohne da etwas programmieren zu müssen. Ja, die Zahl 
hat einen Namen! Aber das Ding war sich auf Anfrage nicht zu schade, 
dafür zusätzlich ein Programm zu erstellen und selber mal 100 Millionen 
Simulationen laufen zu lassen und mir nachher die konkrete numerische 
Zahl auf einige Stellen genau auszugeben. Das Ding war verdammt schnell, 
um einiges schneller als mein PC (AMD Ryzen 7 4800H). Keine Ahnung, 
wieviele KWh der Spaß verbraten hat und ob das heutzutage noch kostenlos 
möglich ist. Das ist schon ein halbes Jahr her.

[Christoph E. (stoppi)]

Habe gestern meinen Geigerzähler fast 6 Stunden laufen lassen und mir 
inzwischen immer wieder die aktuellen Zwischenstände der 0/1-Zähler 
notiert. Man sieht wirklich sehr schön, wie die relativen Häufigkeiten 
für 0 und 1 gegen die Wahrscheinlichkeit p = 0.5 streben, Heureka...

@Frank: Danke für den Tipp, welchen ich natürlich gleich umsetzen 
musste. Was gibt es schöneres, als unmittelbar nach dem Aufwachen seine 
grauen Zellen zu aktivieren. Und ChatGPT habe ich dafür auch links 
liegen gelassen, denn ich möchte es ja selbst schaffen ;-)

Ergebnis: e = 2.7182818...

[Frank M. (ukw) (Moderator)]

Christoph E. schrieb:
> Ergebnis: e = 2.7182818...

100 Punkte! Gratuliere!

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

Christoph E. schrieb:
> Ergebnis: e = 2.7182818...

Dieses mathematische Experiment kann übrigens jeder zu Hause mit dem 
Taschenrechner selbst durchführen. Es genügt ja schon wenn man nur die 
ersten vier Brüche addiert, dann sieht man ganz automatisch eine klare 
Tendenz in Richtung der Eulerschen Zahl.

Je mehr Brüche addiert werden, umso genauer wird das Ergebnis.

Das sind schnell durchführbare Experimente genau nach meinem Geschmack!

[Christoph E. (stoppi)]

Ich den letzten Tagen habe ich meine vorwiegend diskreten, alten 
Elektronikschaltungen ein wenig geordnet. Etliches davon würde ich heute 
wohl anders umsetzen aber für den ersten Kontakt mit diskreten Bauteilen 
sind sie mMn nach wie vor sehr gut geeignet. Dabei sind:

* Temperaturschalter
* Klatschschalter
* VU-Meter
* Tongenerator
* Ultraschall-Abstandswarner
* Orgel
* Ampel
* Lügendetektoren
* Dämmerungsschalter/Lichtschranke
* Alkoholtester
* Fledermausdetektor
* Stimmenverzerrer
* Metalldetektor

Den Fledermausdetektor versuche ich gerade abends anzuwenden, aber 
gestern waren leider keine Fledermäuse bei mir vorm Balkon unterwegs...

Mehr Informationen:

https://stoppi-homemade-physics.de/diverse-elektronische-schaltungen/
https://stoppi-homemade-physics.de/fledermausdetektor/

[Christoph E. (stoppi)]

Letzte Woche habe ich ja das Video zu meinem selbstgebauten 
longitudinalen Stickstofflaser hochgeladen: 
https://www.youtube.com/watch?v=IJFMCo9UP-k

Wer einen deutlich einfacheren Stickstofflaser basteln möchte, dem lege 
ich den sog. TEA-Laser nahe. Für diesen benötigt man lediglich ein 
DC-Hochspannungsnetzgerät (bis ca. 20-30 kV), zwei Metallleisten mit 
schön gerader Schneide, Overheadfolie und dann noch dünne Metallplatten 
und Kleinkram für die Funkenstrecke.

Ich habe den TEA-Laser nun bei mir zuhause und kann ihn für ein 
Youtube-Video schön dokumentieren und Videos davon machen, natürlich 
auch im Betrieb.

Mehr Informationen:

https://stoppi-homemade-physics.de/stickstofflaser-longitudinal/
https://stoppi-homemade-physics.de/tea-stickstofflaser/

[Christoph E. (stoppi)]

Auf ebay bin ich über einen sehr günstigen Supraleiter gestoßen. Zwei 
kleine Stücke des Typs BSCCO, konkret Bi-2223, für nur 46 Euro inkl. 
Versand. Da konnte ich nicht widerstehen.

Link: https://www.ebay.de/itm/156473173752

Dessen Sprungtemperatur sollte bei 110 K liegen. Zum Kühlen werde ich 
flüssigen Stickstoff (Siedetemperatur 77 K) besorgen. Bei mir in Graz 
gibt es eine Linde-Niederlassung. Dann werde ich auch gleich Trockeneis 
für die Nebelkammer kaufen.

Ich möchte das Stück Supraleiter nicht nur über einem Magneten schweben 
lassen, sondern auch den Widerstand R(T) in Abhängigkeit von der 
Temperatur ermitteln. Mit einer Stufenfunktion wäre ich schon mehr als 
zufrieden.

Zum Transportieren habe ich mir auf Kleinanzeigen ein Dewargefäß günstig 
gekauft, mit Versand nur 37 Euro. Ich gebe eigentlich mein Geld nahezu 
ausschließlich (vom Essen abgesehen) für meine Physikprojekte aus. War 
dafür bereits 18 Jahre nicht auf Urlaub ;-)

Den cw-Wert meines (Modell)Porsches möchte ich dann auch demnächst 
ermitteln. Dazu habe ich mir vor 20 Jahren einen starken Windkanal 
gebastelt. Damit erziele ich Windgeschwindigkeiten von bis zu 100 km/h. 
Wenn ich Ergebnisse habe, kann ich gerne hier berichten...

[Christoph M. (mchris)]

>Dazu habe ich mir vor 20 Jahren einen starken Windkanal gebastelt.

Mit einiger Erfahrung würde ich sagen, dass du für den Windkanal einen 
Strömungsgleichrichter brauchst.

[Christoph E. (stoppi)]

@mchris: Danke für den Hinweis. Ich hätte sogar einen Gleichrichter für 
diesen Windkanal bestehend aus lauter alten Mc Donalds Trinkhalmen. Ich 
werde diesen aber beim Experiment nicht verwenden. Es gibt nämlich noch 
eine weitere Unsicherheit bei diesem Aufbau und zwar die Messung der 
Windgeschwindigkeit. Die nimmt innerhalb des Plexiglasquaders natürlich 
an den Engstellen zu. Von daher kann ich v schon nicht sehr genau mit 
einem Anemometer bestimmen.

Mir geht es prinzipiell um die Messung F(v), wobei eine v²-Abhängigkeit 
zu erwarten ist. Und dann eben noch den cw-Wert bestimmen als Draufgabe. 
Die 3 Motoren treibe ich mit meinem 15V/60A Netzgerät an. Das kommt aber 
schon an sein Limit bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten.

Und dann habe ich heute noch ein wenig bei meinem Induktionsapparat fürs 
Erdmagnetfeld weitergebastelt. Der Aufbau ist soweit fertig. Ein erster 
Test noch ohne Spannungsverstärkung verlief aber etwas enttäuschend. 
Daraufhin habe ich den Taschenrechner gezückt und die zu erwartende 
Induktionsspannung abgeschätzt. Bei B = 50 µT, f = 50 Hz, A = 20 cm² und 
n = 100 beträgt die Spannungsamplitude lediglich 3 mV.

Werde aber noch weiter probieren und einmal die Drehzahlen f mit einem 
Drehzahlmesser ermitteln.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Christoph E. schrieb:
> @mchris: Danke für den Hinweis. Ich hätte sogar einen
> Gleichrichter für
> diesen Windkanal bestehend aus lauter alten Mc Donalds Trinkhalmen. Ich
> werde diesen aber beim Experiment nicht verwenden. Es gibt nämlich noch
> eine weitere Unsicherheit bei diesem Aufbau und zwar die Messung der
> Windgeschwindigkeit. Die nimmt innerhalb des Plexiglasquaders natürlich
> an den Engstellen zu. Von daher kann ich v schon nicht sehr genau mit
> einem Anemometer bestimmen.
>
> Mir geht es prinzipiell um die Messung F(v), wobei eine v²-Abhängigkeit
> zu erwarten ist. Und dann eben noch den cw-Wert bestimmen als Draufgabe.
> Die 3 Motoren treibe ich mit meinem 15V/60A Netzgerät an. Das kommt aber
> schon an sein Limit bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten.
>
> Und dann habe ich heute noch ein wenig bei meinem Induktionsapparat fürs
> Erdmagnetfeld weitergebastelt. Der Aufbau ist soweit fertig. Ein erster
> Test noch ohne Spannungsverstärkung verlief aber etwas enttäuschend.
> Daraufhin habe ich den Taschenrechner gezückt und die zu erwartende
> Induktionsspannung abgeschätzt. Bei B = 50 µT, f = 50 Hz, A = 20 cm² und
> n = 100 beträgt die Spannungsamplitude lediglich 3 mV.
>
> Werde aber noch weiter probieren und einmal die Drehzahlen f mit einem
> Drehzahlmesser ermitteln.

Moin,

ich vermute, dass der Begriff „Gleichrichter“ höchstwahrscheinlich dafür 
steht, den turbulenten Luftstrom im Windkanal in einen laminareren Fluss 
zu überführen. Vermutlich mittels eines gestapelten Strohalm-Ensembles. 
Ich wünsche Dir dabei eine möglichst niedrige Reynoldsche Zahl :-) und 
bin sehr gespannt auf das Experiment!

Ich hebe meine Trinkhalme für solche Zwecke ebenfalls auf. Bei uns sind 
sie übrigens ein paar Jahre schon nicht mehr aus Plastik hergestellt, 
sondern aus irgendeinem wiederverwertbaren organischen Material, mit 
einem Durchmesser von 6–7 mm.

Viele Grüße
Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

Das Experiment mit der Induktion im Erdmagnetfeld fuchst deutlich mehr 
als erwartet. Heute habe ich alles in der Küche aufgebaut und die 
Drehachse des Generators genau rechwinklig zum Erdmagnetfeld 
ausgerichtet. Und zusätzlich so, dass der Kommutator bei 0V umpolt. Also 
müsste ich aneinandergereihte positive oder negative Sinusberge 
erhalten.

Mit den originalen Permanentmagneten erziele ich bei f = 125 Hz eine 
Spannungsamplitude von 7.6 V und dies bei einer Flussdichte am Ort der 
Spule von 20 mT. Die Spulenfläche beträgt ziemlich genau 12 cm². Demnach 
müsste die Anzahl der Windungen n = 403 betragen. Ein durchaus 
plausibler Wert.

Dann wiederholte ich das Experiment ohne Permanentmagnete im reinen 
Erdmagnetfeld. Ich erhalte auch bei ruhender Spule ein extrem 
"zerissenes" Signal mit vielen einzelnen Punkten um die Zeitachse, als 
ob diese zufällig verteilt wären. Bei Rotation der Spule sieht es nicht 
viel besser aus. Ich erhalte dann zwar ein stärkeres Signal, ober weit 
entfernt von schönen Sinusbergen. Deren Spannungsamplitude sollte für n 
= 403 im Bereich von 19 mV liegen. Dies müsste ich eigentlich auch ohne 
Verstärker am Oszilloskop sehen können.

Hat von euch vielleicht eine Idee, warum das Signal derart "schlecht" 
ist? Danke im voraus...

[Jonny O. (-geo-)]

Ich denke du fängst dir da (wie mit einer Antenne) jede Menge störende 
Signale ein. Du solltest das Signal mit einem Tiefpass filtern und dann 
möglichst mit kurzen Leitungen ins Oszi.

PS: Für einen ersten Test kannst du auch mal die Bandbegrenzung (wenn 
dein Oszi sowas hat) so weit wie möglich aktivieren. Dein zu messendes 
Signal ist ja sehr niederfrequent, du kannst also richtig stark filtern 
mit einer niedrigen Grenzfrequenz.

[Christoph E. (stoppi)]

@Jonny: Danke für deinen Kommentar. Ich hatte einmal die Zeitbasis am 
Oszilloskop reduziert und ein periodisches, hochfrequentes Störsignal 
erhalten...

Heute deshalb einen Tiefpass gelötet und damit neuerlich Messungen im 
Erdmagnetfeld durchgeführt. Bei einer Frequenz von f = 50 Hz betrug die 
Spannungsamplitude ca. 11 mV. Mit der bekannten Windungszahl n = 403 
(erhalten durch die Messung mit Permanentmagneten) und der Spulenfläche 
A = 12 cm² ergab sich für die Flussdichte des Erdmagnetfelds ein Wert 
von B = 72 µT. Bei mir in Graz (47° nördliche Breite) sollte B = ca. 50 
µT betragen. Mit dieser Abweichung kann ich leben ;-)

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/erdmagnetfeld/

[Jonny O. (-geo-)]

Vielleicht noch einen Kommentar:
Du kannst am Oszi die Kopplung auf AC stellen, dann verschwindet bei den 
Messungen automatisch der DC Anteil. Manchmal hat das auch den Vorteil, 
dass du weiter in dein Signal reinzoomen kannst und nur das relevante AC 
Signal siehst.

[Christoph M. (mchris)]

>Du kannst am Oszi die Kopplung auf AC stellen, dann verschwindet bei den
>Messungen automatisch der DC Anteil.

Die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Zusammenhang Stoppi nicht bekannt 
ist, liegt ungefähr bei Null.

[Christoph E. (stoppi)]

@jonny: Danke für den Hinweis.

@mchris: Haha, ja kenne ich natürlich aber manchmal sieht man den Wald 
vor lauter Bäumen nicht mehr. So gesehen bin ich für jeden Hinweis 
dankbar.

Ich muss mich sowieso noch einmal gründlich dem Experiment widmen. Denn 
ich erhalte nach wie vor eine massive 50 Hz Störung verglichen mit dem 
schwachen Signal. Die im obigen Bild ermittelte Periode mit f = 50 Hz 
ist also nicht die Periode der Induktionsspannung, sondern der Störung. 
Kam mir gleich spanisch vor. Von daher stimmen alle weiteren 
Berechnungen nicht mehr.

Ich habe auch einen weiteren Fehler gemacht. Der Generator besitzt ja 
einen Kommutator. Von daher sollte ich ja 2 Sinushügel pro Umdrehung 
erhalten. Meine bestimmte Frequenz ist somit falsch da das Doppelte vom 
echten f. Daher stimmt auch die abgeleitete Windungszahl n nicht mehr.

Das Oszilloskopbild mit Magneten ist zudem eigenartig als ob noch 
jeweils ein Sinushügel zwischen den aufgezeichneten Hügeln Platz hätte. 
Der Kommutator polt ja im Nulldurchgang um, auch bei meiner Anordnung im 
Erdmagnetfeld. Alles sehr eigenartig. Wie man sieht, fuchst das 
vermeintlich einfache Experiment viel mehr als angenommen. Ich werde der 
Sache aber gründlich nachgehen und auch einmal die Drehzahlen per 
Lichtsensor ermitteln...

[Christoph M. (mchris)]

Wenn du die Daten vom Oszi in den Rechner bekommst, könnte man es 
vielleicht mit einem digitalen 50Hz Notch-Filter probieren.

[Christoph E. (stoppi)]

So, ich habe jetzt die Anzahl der Windungen der Spule bestimmt, indem 
ich sie abgewickelt habe. Komme auf n = 361. Die Abmessungen der Spule 
betragen 3.2 cm x 4.3 cm.

Anhand des Oszibilds konnte ich folgende Werte mit Magneten im Generator 
ermitteln: U = 7.6 V, tau' = 8 ms --> f' = 125 Hz --> f = 62.5 Hz (der 
Generator besitzt ja einen Kommutator, deshalb kommen auf 1 Umdrehung 2 
Spannungspeaks).

Damit sollte die mittlere magnetische Flussdichte bei B = 39 mT liegen. 
Dies habe ich mit meinem Teslameter mit dem SS495A überprüft. Ich komme 
auf Werte zwischen ca. 30 und 50 mT. Das passt also recht gut.

Die Spannungshügel sehen deshalb nicht wie ein schöner Sinus aus, da die 
Flussdichte B seitlich der Verbindungslinie zwischen den beiden Magneten 
deutlich abnimmt. Und genau in diesen Bereich kommt die sich drehende 
Spule beim Spannungsnulldurchgang (A-Vektor parallel zum B-Vektor). 
Daher ist dort die Induktionsspannung niedriger als bei einem homogenen 
Magnetfeld und der Spannungsverlauf weicht vom Sinus ab.

Die Drehzahlen habe ich auch noch mit meinem Arduino-Drehzahlmesser 
bestimmt. Dieser erhält pro Umdrehung auch 2 Impulse. Sogesehen sollte 
er auch 2*f anzeigen. Frequenzen vom Oszibild und vom Drehzahlmesser 
stimmten recht gut überein (z.B. 120 Hz zu 125 Hz).

Für die Messung des Erdmagnetfelds besorge ich mir jetzt noch 0.15 mm 
Kupferlackdraht und strebe n = 800 Windungen an. Dann erhalte ich auch 
eine ca. doppelt so große Induktionsspannung verglichen mit der 
originalen Wicklung.

Der Supraleiter ist auch inzwischen aus Irland eingetroffen. Ihn möchte 
ich ja über einem Magneten schweben lassen. Ich werde hierfür mehrere 
kleine, starke Würfelmagnete in Halbach-Anordnung verwenden. Dann sollte 
der Supraleiter stabiler schweben, als wenn zum Beispiel alle Nordpole 
nach oben zeigen. Aber Versuch macht klug...

[Thomas W. (datenreisender)]

Christoph E. schrieb:

> Der Supraleiter ist auch inzwischen aus Irland eingetroffen. Ihn möchte
> ich ja über einem Magneten schweben lassen. Ich werde hierfür mehrere
> kleine, starke Würfelmagnete in Halbach-Anordnung verwenden. Dann sollte
> der Supraleiter stabiler schweben, als wenn zum Beispiel alle Nordpole
> nach oben zeigen. Aber Versuch macht klug...

Ein bischen Respekt vor CO2 und N2 ist aber angesagt: Sowohl N2 als auch 
CO2 unterstuetzen die Atmung nicht.

CO2 ist "bodensuchend", Du kannst Dir ganz entspannt ein CO2-Bad im Raum 
aufbauen (und Du, 1.80m lang) hast die Nase oben, Deine Haustiere und 
Kinder bekommen das nicht mit.

Liquid N2 verteilt sich gut in den Raum, achte aber auf die 
Verbrennungen mit LN2. Ich habe mir ohne grosse Probleme in den Falten 
in der Handflaeche Verbrennungen zugezogen. LN2 in den Schutzhandschuh 
ist auch nicht angenehm :-) (Als Physiker lebt man gefaehrlich)

Die beiden Stoffe (CO2 und N2) sind lustig (LN2 + Vanille + Sahne gibt 
gutes Eis, ein bischen oelig allerdings) aber man muss schon grossen 
Respekt haben (ich nehme an, Quenching des Dewars steht nicht zur 
Debatte, musste ich mal mit L He machen: Nicht lustig).

[Christoph E. (stoppi)]

@Thomas: Danke für deinen Hinweis. Ich werde die Versuche mit dem 
Trockeneis bzw. flüssigen Stickstoff bei weit geöffneter Balkontüre 
durchführen ;-)

Heute stand Strafarbeit am Programm. Die originale Spule meines 
Generators habe ich ja abgewickelt und bin auf n = 361 Windungen 
gekommen. Für den Versuch im Erdmagnetfeld habe ich nun die Spule mit 
0.15 mm Kupferlackdraht mit n = 900 bewickelt.

Damit komme ich bei einer Rotationsfrequenz von f = 100 Hz (durch den 
Kommutator also alle 5 ms ein Hügel) auf eine Spannungsamplitude von 38 
mV.  Die damit berechnete Flussdichte des Erdmagnetfelds liegt bei 48 
µT. Das ist erstaunlich nahe am Sollwert von 50 µT hier in Graz, 
Heureka...

[Christoph E. (stoppi)]

Kurzer Zwischenbericht: Ich möchte ja den Widerstand des Supraleiters in 
Abhängigkeit von der Temperatur aufzeichnen, um so die Sprungtemperatur 
zu ermitteln. Aus diesem Grund habe ich das Thermoelement meines 
Thermometers auf einen der beiden Supraleiter geklebt und mir zudem eine 
Konstantstromquelle mit dem LM317 gelötet. Dieser liefert einen Strom 
von genau 1 mA. Mittels der Vierleitermethode schließe ich den 
Supraleiter an die Konstantstromquelle und messe den Spannungsabfall mit 
einem Voltmeter. Einfache Umrechung: 1 mV entspricht dann einem 
Widerstand von 1 Ohm.

Bei Raumtemperatur beträgt der Widerstand meinen Supraleiters doch rund 
200 Ohm. Den Widerstand unterhalb der Sprungtemperatur werde ich aber 
nicht wirklich messen können, denn bei R = 1 mOhm würde der 
Spannungsabfall nur noch 1 µV betragen. Aber den rapiden 
Widerstandsanstieg bei der Sprungtemperatur müsste ich hoffentlich 
aufzeichnen können.

Und dann habe ich noch für den Sohn meines Cousins ein Ultraschallradar 
gebastelt. Das Ultraschallmodul HC-SR04 sitzt dazu auf einem Servo, 
welcher einen Winkelbereich von 180° abtastet. Der blaue 
Detektionsstrahl wandert auf dem Display hin und her. Die aktuelle 
Distanz wird dann als roter Punkt eingezeichnet. Ein grünes 
Polarkoordinatennetz erleichtert das Ablesen. Die momentane Distanz gebe 
ich zusätzlich auch noch an. Jetzt fehlen eigentlich nur die feindlichen 
Uboote oder Flugzeuge ;-)

Mehr Information inkl. Code: 
https://stoppi-homemade-physics.de/ultraschall/

[Thomas W. (datenreisender)]

Christoph E. schrieb:

> Bei Raumtemperatur beträgt der Widerstand meinen Supraleiters doch rund
> 200 Ohm. Den Widerstand unterhalb der Sprungtemperatur werde ich aber
> nicht wirklich messen können, denn bei R = 1 mOhm würde der
> Spannungsabfall nur noch 1 µV betragen. Aber den rapiden
> Widerstandsanstieg bei der Sprungtemperatur müsste ich hoffentlich
> aufzeichnen können.

Aber das ist doch gut: Selbst wenn Du (wg. Kontaktierungsprobleme) nur 
einen Sprung von 200R -> 0.5R messen kannst, ist das doch schon 
eindeutig (eine Temperatur-Messung-Rampe [also 77K bis 100K] ist wohl 
viel zu aufwaendig, weil Du bis wieder im Elend [Weit weg vom 
thermodynamischen Gleichgewicht] bist). Als einfacher Versuch waere ja 
einfach den Kristall auftauen lassen und R(t) mit einem kleinen 
Datenlogger aufnehmen. Einen Logger findest Du bestimmt bei Dir im Regal 
oder baust ihn mit einem Arduino.

Ich bin leider nicht so fit bei Supraleiter II.Art (die Entwicklung von 
YBCO war gerade waehrend meines Studiums) aber die Probe mit einem 
Magneten schweben zu lassen sollte ja machbar sein. Und wenn die Probe 
dann warm ist, faellt sie einfach so runter.

Die Sache mit dem Ultraschallmodul ist schon huebsch.

[Christoph E. (stoppi)]

@Thomas: Danke für deinen Kommentar. Das Thermometer hat glaube ich 
keine Schnittstelle. Daher werde ich es ganz oldschool machen und das 
Thermometer und das Multimeter (zur Messung des Widerstands) mit einer 
Kamera aufnehmen und danach die Datenreihe R(T) aus dem Video auslesen.

Der Wärmeleitkleber hält leider nicht wirklich. Ich werde daher die 
Messperle des Thermometers nicht am Supraleiter festkleben, sondern mit 
einer Klemme, die ich auch gleichzeitig für die Messung des Widerstands 
verwende, gegen den Supraleiter drücken. Die Klemmen bestelle ich auf 
Amazon. Die erste Probe der 4-Leiter-Widerstandsmessung verlief aber 
positiv.

Und dann habe ich mir diese Woche noch etwas gegönnt und mir damit einen 
großen Wunsch erfüllt, ein Smartteleskop Seestar S50. Neu wäre es mir zu 
teuer gewesen, aber ich stolperte im Internet auf ein refurbished 
Angebot um nur 495 Euro. Da konnte ich nicht widerstehen. Heute ist es 
angekommen und es scheint tadellos zu funktionieren. Testen werde ich es 
auch gleich an der Sonne. Um das Seestar S50 zu finanzieren, verkaufe 
ich meinen Bresser 90/500 Refraktor mit nachgeführter Montierung EQ4.

Ich kann gerne meine mit dem S50 gemachten Astrofotos hier zeigen...

[Steffen W. (derwarze)]

Christoph E. schrieb:
> Ich kann gerne meine mit dem S50 gemachten Astrofotos hier zeigen...

Am Sonntagabend gibt es eine totale Mondfinsternis, soll schon 18:30 
losgehen. Ist noch vor Mondaufgang. Wenn der dann überm Horizont steht 
sollte der rote Mond gut zu sehen sein.
Das wär doch ein schönes Motiv für die S50.
Hoffe auf der kleinen Anhöhe bei mir das auch gut sehen zu können. Bei 
mir auf den Land ist zum Glück die Lichtverschmutzung nicht so stark.

[Christoph E. (stoppi)]

@Steffen: Danke für den Tipp, leider konnte ich die Mondfinsternis 
aufgrund des Wetters nicht verfolgen.

Ich habe aber ein erstes, unbearbeitetes Bild der Sonne mit dem Seestar 
aufgenommen und bin eigentlich sehr zufrieden. Man erkennt schön bei den 
Sonnenflecken deren umbra bzw. penumbra.

Für die Experimente mit meinem Supraleiter habe ich mir auf Amazon 
Klemmen aus reinem Kupfer bestellt. Mit diesen setze ich eine 
4-Leiter-Widerstandsmessung um. Dazu verwende ich auch meinen 
µV-Verstärker. Wenn ich im Volt-Modus messe, beträgt die Auflösung 1 mV. 
Bei einer Stromstärke von 1 mA entspricht also 1 mV genau 1 Ohm. Durch 
den Verstärker mit gain = 100 (kann nicht viel höher gehen, da der 
Widerstand des Supraleiters bei Raumtemperatur um die 30 Ohm [= 30 mV] 
beträgt) bin ich also in der Lage, den Widerstand mit einer Auflösung 
von 0.01 Ohm zu erfassen. Damit bin ich zufrieden...

Die Perle des Thermocouples fixiere ich auch mit einer der beiden 
Kupferklemmen. Dazu habe ich eine kleine Mulde ins Kupfer gestoßen, die 
dann die Perle aufnimmt. Denn der Wärmeleitkleber hielt leider nicht auf 
dem Supraleiter und zudem war er nur für Temperaturen bis runter zu 
-60°C spezifiziert.

Jetzt muss ich nur noch mit meinem Sohn Lorenz den flüssigen Stickstoff 
von Linde besorgen, dann kann ich Messungen und Spielereien durchführen.

[Steffen W. (derwarze)]

Christoph E. schrieb:
> leider konnte ich die Mondfinsternis
> aufgrund des Wetters nicht verfolgen.

Ja, ging mir auch so, der ganze Alpenhorizont in Wolken.
Kann man nur auf 2028 hoffen das es da besser wird.

> Ich habe aber ein erstes, unbearbeitetes Bild der Sonne mit dem Seestar
> aufgenommen und bin eigentlich sehr zufrieden. Man erkennt schön bei den
> Sonnenflecken deren umbra bzw. penumbra.

 Ist ja toll das damit solche Aufnahmen möglich sind. Bin gespannt was 
da sonst noch so geht.

Hatte mal, vor laaanger Zeit, nen Plan eines Meß-Verstärkers der 
automatisch bei zu hoher Eingangsspannung die Verstärkung umschaltete. 
Finde den Plan nur nicht mehr, war noch zu Zeiten der Papierpläne, da 
ist durch Umzüge einiges verschwunden.
Solch Schaltung könnte sich ja im Netz finden lassen und den Bereich 
Deiner Messungen vergrößern.
Viel Erfolg bei den Experimenten, hoffentich ohne Frostbeulen;-)

[Rbx (rcx)]

Christoph E. schrieb:
> Den Fledermausdetektor versuche ich gerade abends anzuwenden, aber
> gestern waren leider keine Fledermäuse bei mir vorm Balkon unterwegs...

Fledermäuse sollten mit etwas Glück nahe bei Häusern mit Wald- und 
Wasserlaufnähe zu finden sein.