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.

[J. S. (engineer)]

Walter T. schrieb:
> Und dass mir
> selbst Projekt-Beschreibungen über Video massiv auf die Nerven gehen,
> weil das Tempo eigentlich immer unpassend ist (meist zu langsam).

... mithin ein Grund warum ich kaum Videos schaue: Das Tempo passt 
nicht. Wirklich anspruchsvolle Dinge zu präsentieren erfordert einen 
gleichen Wissenstand bei den Zuhörern. Das klappt in Schulen und Unis, 
wo alle langsam kontinuierlich hochgezogen werden. Das breite Publikum 
ist sehr heterogen informiert und hat daher verteilte Lücken. D.h. jeder 
hat eine andere Stelle, an der es bei ihm klemmt. Daher sind Texte 
besser, die man 3-4 mal langsam lesen kann, Seiten verblättern und hin- 
und herschauen kann.

Videos dudeln mit dem Tempo, mit dem der Präsentator eben spricht. Das 
ist zu 90% nicht passend- oft ist es zu langsam und an den wenigen 
interessanten Stellen zu schnell und zu oberflächlich. Meistens sind sie 
auch schlecht vorbereitet, es gibt kein Script, die Macher bringen viel 
zu viel Redundanz, produzieren trotzdem Lücken und hüpfen didaktisch hin 
und her.

Das taugt nur, um die Bedienung von Staubsaugern zu erklären :-)

(Ich werte das aus meiner Erfahrung mit Tonaufnahmen für Hörbücher und 
der Arbeit mit Synchronsprechern und Schauspielern bei TV-Produktionen).

[Christoph E. (stoppi)]

Ich möchte ja den Halleffekt mit Kupfer und mit Bismut überprüfen. Als 
Kupferplättchen verwende ich einfach eine einseitige Kupferplatine. 
Deren Kupferschicht dürfte wohl rund 35 µm dick sein. Da Kupfer aber 
eine sehr niedrige Hallkonstante hat und die Hallspannungen daher nur im 
niedrigen µV-Bereich liegen, benötige ich einen starken Verstärker.

Auf der Seite Elektronik-Labor von Burkhard Kainka bin ich auf eben 
diesen Versuch und den Schaltplan eines Verstärkers mit dem LM358 
gestoßen.

Link: https://www.elektronik-labor.de/Notizen/Halleffekt.html

Die Schaltung habe ich gleich nachgebaut und schon getestet. Leider ist 
das Ganze weit komplizierter als erhofft. Stelle ich mit dem 
Potentiometer eine niedrige Ausgangsspannung ein, so schwankt diese 
stärker (im 10 mV-Bereich) bzw. driftet. Bei höher eingestellter 
Ausgangsspannung ist diese dann "ruhiger", aber die Hallsonde spricht 
nicht wirklich auf einen Magneten unterhalb dieser an. Es sollte bei 1A 
durch die Hallsonde und einer 6667-fachen Verstärkung ein 
Spannungsunterschied von ca. 7 mV zu messen sein, wenn man den Magneten 
umdreht (reine Hallspannung also 3.5 mV).

Damit die Ausgangsspannung noch stabiler ist, lese ich sie mit einem 
Arduino + ADS1115 ADC ein und bilde den Mittelwert aus 1000 Messungen. 
Aber irgendwie passen die Messwerte nicht bzw. zeigen keine richtige 
Abhängigkeit vom Magneten. Dessen Flussdichte habe ich mit 0.36 T 
bestimmt.

Problem ist, dass die Störeinflüsse (Thermospannungen, 
Induktionsspannungen usw.) deutlich größer als die Hallspannung sind.

Ich habe schon B. Kainka kontaktiert und dieser hat mir netterweise auch 
schon geantwortet. Auch er berichtet von Schwierigkeiten mit der 
Schaltung.

Ich werde der Sache aber noch weiter nachgehen. Bismut hat eine 10000 
mal größere Hallkonstante. Bei einer angenommenen Dicke des 
Bismutplättchens von 1 mm (gegenüber 35 µm vom Kupfer), müsste die 
Hallspannung trotzdem ca. 333 mal größer sein und somit schon ohne 
Verstärkung im mV-Bereich liegen.

Vielleicht möchte ja einer von euch sich auch an dem Kupfer-Hallelement 
versuchen und dann hier berichten ;-) Lötplan hänge ich an...

[Bernhard S. (gmb)]

Der LM358 hat recht viel Input Offset Voltage im mV Bereich und Drift 
(7µV/Grad). Diese Spannungen werden ja mit verstärkt. Für Verstärkung 
kleiner DC Spannungen wären besser Offset-arme OPVs wie z.B. OP27 u.ä. 
zu verwenden.

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

Das geht mit starken Magneten, die so etwas können:
https://www.diktieren24.de/Loeschmagnet-fuer-alle-Mini-und-Mikrokassetten

Um den DC-Offset auszutricksen, gibt es das Prinzip des 
Chopper-Verstärkers. Das bedeutet den Srom durch den Hallsensorstreifen 
polst Du mehrfach um. Du verstärkst dann nur die Wechselspannung in der 
ersten Stufe. Je größer die Hallspannung wird, desto größer wird auch 
die Wechselspannung.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für eure Hinweise, Bernhard & Dieter

Ich habe es jetzt einmal mit meinem µV-Meter probiert. Dieses verwendet 
einen AD8551 bzw. MAX4238. Beide haben eine extrem niedrige input offset 
voltage von nur rund 1 µV.

An den Ausgang des Verstärkers hängte ich meinen ADS1115 + Arduino. Mit 
diesem lese ich 1000 Spannungswerte ein und bilde den Mittelwert. Das 
beruhigt die Messung noch zusätzlich und erhöht die Genauigkeit. Mit 
dieser Methode konnte ich dann tatsächlich den Halleffekt bei Kupfer 
messen. Durch Umdrehen des Magneten änderte sich meine Ausgangsspannung 
um ca. 4 mV. Laut Theorie sollten es 6 mV sein. Das passt also schon 
ziemlich gut.

Jetzt warte ich noch auf das Bismut, um damit ebenfalls die Hallspannung 
zu messen. Damit dürften die Probleme aber deutlich geringer sein, da 
viel höhere Spannungen zu erwarten sind. Das Bismut werde ich schmelzen 
und dann ein dünnes Plättchen formen. Bin schon gespannt, wie gut mir 
dies glückt...

Die Teile für das Hagen-Poiseuille-Gesetz sind auch schon alle 
eingetroffen. Die Ergebnisse dazu liefere ich noch nach.

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

Christoph E. schrieb:
> Jetzt warte ich noch auf das Bismut,

Was auch noch ginge, wäre eine Platine vorzubereiten und die Strombahn 
auf das Pertinax mit Leitsilber aufzutragen. Die Leitfläche wäre dann 
noch wesentlich dünner als die 35µ des Kupfers.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für den Tipp, Dieter. Du meinst die mit Leitsilber aufgetragene 
Schicht ist dann dünner als 35 µm?

Hier noch mein einfacher Versuch zum Hagen-Poiseuille-Gesetz, welches 
besagt, dass der Volumsfluss V/t proportional zum Radius hoch 4 des 
Rohrs ist. Bei meinem Aufbau mit dem Y-Stück ist ja der zeitliche 
Druckverlauf p(t) und auch die Durchflussdauer t für beide Rohre gleich 
und daher auch die Volumina V proportional zu r^4. Bei den verwendeten 
Rohrdurchmesser von 2 bzw. 3 mm würde man also ein Verhältnis von 1.5^4 
= ca. 5 erwarten. Ich habe 55 ml zu 12 ml experimentell ermittelt, also 
ein Verhältnis von 4.58.

Es ist gar nicht so einfach bei so dünnen Schläuchen einen ungehinderten 
Wasserfluss zu garantieren. Musste dafür manchmal einen der beiden 
Schläuche kurz zuhalten bzw. daran saugen.

Hier auf meiner Homepage gibt es mehr Informationen dazu und auch eine 
kurze Herleitung des Hagen-Poiseuille-Gesetzes, die mich an meine 
Prüfung in Experimentalphysik 1 vor mehr als 30 Jahren erinnert: 
https://stoppi-homemade-physics.de/hagen-poiseuille-gesetz/

Wer sich noch das Video zum Thomsonringversuch anschauen möchte, dieses 
habe ich heute online gestellt: 
https://www.youtube.com/watch?v=Mj3Ne8xF-l8

Der Wirkungsgrad ist aber wie schon erwähnt grottenschlecht und daher 
die erzielte Ringgeschwindigkeit mit 54 km/h mehr als bescheiden.

Jetzt warte ich noch auf meine "Edison-vintage-Glühbirnen" mit geringer 
Neonfüllung für den Plasmatoroid-Versuch. Da habe ich mittlerweile die 
3te Glühbirne bestellt, da die beiden ersten aus China scheinbar bei mir 
nicht ankommen wollen...

Link: https://www.amazon.de/gp/product/B08182GPH7/

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

Christoph E. schrieb:
> Du meinst die mit Leitsilber aufgetragene
> Schicht ist dann dünner als 35 µm?

Genau. Setzt aber voraus es wird nicht mehrmals zu dick aufgetragen.

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern sind die bestellten Teile für die Wasserrakete(n) von der Firma 
Klima angekommen. Beim Auspacken hatte ich tatkräftige Unterstützung vom 
Hund der Tochter...

Hat mich inkl. Versand nur 21 Euro gekostet. Bei dem Preis wäre es total 
unwirtschaftlich, mir eigene Teile auszudrucken bzw. zu basteln. 
Praktisch sind auch die Schaumgummispitzen, welche erstens einen Schutz 
beim Aufprall bieten und zudem aerodynamisch eine Verbesserung 
darstellen.

Link: 
https://www.raketenmodellbau-klima.de/AquaStarParty.htm?shop=raketenklima&SessionId=&a=article&ProdNr=6044%5FPP&t=23&c=34&p=34

Ich habe ja mit meinen Schülern den Flug der Wasserrakete mit der 
Software Vimps analysiert. Dabei kommt man auf eine Startgeschwindigkeit 
von immerhin 190 km/h.

Ich werde im Keller noch nach einem Bremsgriff und einem Lenker suchen, 
damit die Auslösung des Starts bequem über einen Handgriff erfolgt. Beim 
Innendruck werde ich bis ca. 6-7 bar gehen. Damit bleibe ich hoffentlich 
noch auf der sicheren Seite.

Ich habe noch ein weiteres Wasserraketenset von Rokit aus England. 
Dieses löst aber automatisch bei einem bestimmten Innendruck aus, wenn 
der Schlauchanschluss aus dem Gummi gedrückt wird. Die so erzielbaren 
Höhen werden wohl geringer sein.

Link: https://www.getdigital.de/rokit-flaschenraketen-set.html

Wenn ich erste Starts durchgeführt habe, kann ich ja davon berichten...

[Christoph E. (stoppi)]

So, ich war im Keller und bin auch fündig geworden. Habe den 
Schaltbremshebel und den Lenker mit der Säge bearbeitet. Die Auslösung 
der Rakete funktioniert aber (scheinbar) reibungslos und bequem ohne 
störende Seitenkräfte...

Durch Erinnerung an meine Experimentalphysikvorlesungen ist mir wieder 
das Wiedemann-Franzsche-Gesetz eingefallen. Es verknüpft die 
Wärmeleitfähigkeit lambda mit der elektrischen Leitfähigkeit sigma. 
Beide Größen sind direkt proportional, was ja auch einleuchtet. Ein 
guter elektrischer Leiter wie z.B. Metalle ist auch ein guter 
Wärmeleiter und vice versa.

Ich habe mir auch schon Gedanken zum Versuchsaufbau gemacht. Die 
elektrische Leitfähigkeit bestimme ich wie gewohnt mit einer 
Konstantstromquelle (1 A), wobei ich den Spannungsabfall U am 
Aluminiumstab messe. Dieser ist dann gleich dem elektrischen Widerstand 
R. Durch Messung vonn Querschnitt A und Länge L komme ich auf den 
spezifischen Widerstand ro bzw. die elektrische Leitfähigkeit sigma = 1 
/ ro.

Die Wärmeleitfähigkeit messe ich mit einer auf den Aluminiumstab 
aufgebrachten Heizplatte. Das andere Ende taucht in ein Wasserbad. Für 
die zugeführte elektrische Leistung P gilt dann: P = U * I = lambda * A 
* (T1 - T2) / L mit der Querschnittsfläche A und dem 
Temperaturunterschied T1 - T2 entlang der Länge L.

Jetzt hängt laut Wiedemann-Franz-Gesetz sigma/lambda von der Temperatur 
T ab und lambda bestimme ich über einen Temperaturgradienten. Da werde 
ich dann wohl eine mittlere Temperatur in die Formel einsetzen. Ziel ist 
es, den Proportionalitätsfaktor L (keine Länge jetzt) zwischen lambda 
und sigma * T, die sog. Lorenzzahl experimentell zu ermitteln. In dieser 
steckt die Elementarladung e und die Boltzmannkonstante k_B.

Ich weiß, dass dieser experimentelle Aufbau zur Bestimmung der 
Wärmeleitfähigkeit lambda Schwächen hat, aber es geht mir wie immer mehr 
ums Prinzip als um die letzte Genauigkeit. Wenn aber jemand von euch 
einen anderen Vorschlag hat, um die Wärmeleitfähigkeit zu bestimmen, nur 
her damit und danke dafür...

Heizplatte habe ich bereits über ebay bestellt und die Alurundstange (15 
mm Durchmesser) werde ich im Baumarkt besorgen. Wärmeleitkleber müsste 
ich noch von meinem Versuch zur Bestimmung der Bandlücke von Germanium 
haben. So nutze ich meine bereits getätigten Physikeinkäufe ideal aus 
;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium konnte ich mittlerweile zu 
3.71 * 10^7 1/Ohm*m bestimmen. Der Sollwert liegt bei 3.77 * 10^7, also 
wirklich sehr knapp daneben.

Ich musste aber für die Messung der geringen Spannung mein µV-Meter 
(gain = 1000) nehmen, mein Multimeter war mit seiner 0.1 mV-Auflösung zu 
ungenau. Der Widerstand des 4 mm dicken und 40 cm langen Aluminiumstabs 
lag bei 0.858 mOhm. Entsprechend lag die bei 1 A abfallende Spannung 
ebenso bei 0.858 mV.

Jetzt warte ich auf die Heizplatte aus China, dann kann ich die 
Wärmeleitfähigkeit von Aluminium bestimmen.

In der Zwischenzeit ist auch die Retro-Glühbirne mit geringer 
Edelgasfüllung heil angekommen. Diese bildet ja das Herzstück meines 
simplen Plasmatoroids. Den Versuch dazu werde ich wohl am Wochenende 
durchführen...

[Christoph E. (stoppi)]

Heute habe ich den Alu-4-Kantstab mit 12 mm Seitenlänge und ein 
Isolierrohr im Baumarkt für die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von 
Aluminium besorgt. Und dann habe ich noch einen ersten Versuch mit 
meiner Neon-Glühbirne zum Experiment "Plasmatoroid" unternommen.

Die Schaltung hat sich als etwas zickig herausgestellt. Nur wenn ich die 
Primärspule verbiege und verstelle, erscheint dann hin und wieder das 
ringförmige Plasma. Bei zwei Versuchen hatte ich sogar einen ziemlich 
kräftigen, eher weißen Ring. Leider konnte ich diesen bisher nicht mehr 
reproduzieren. Ich werde mich aber noch mit der Schaltung spielen und 
verschiedene Spulen probieren. Gegebenenfalls erhöhe ich auch noch die 
Schwingkreiskapazität (derzeit 150 pF), um die Frequenz zu drücken. Über 
10 MHz sind halt kein Pappenstiel für die IRFP260...

[J. S. (engineer)]

Dieter D. schrieb:
> Das geht mit starken Magneten, die so etwas können:

Wenn benötigt, würde ich zu den Neodym-Magneten raten, die auf EBAY 
vertickt werden. Ich habe da einige mit 30mm x 30mm x 10mm. Die haben 
gewaltige Felder und halten sie auch! Wenn sich zwei von den "geküsst" 
haben, kriegt man die praktisch nicht mehr auseinander.

[Christoph E. (stoppi)]

Da Schüler (und ich) ja gerne mit Sachen schießen hier noch ein 
Vorschlag für das Physiklabor zum Thema "schiefer Wurf". Benötigt werden 
nur wenige Legoteile wie spring shooter (15400), passende Pfeile 
(15303), eine hinge plate 2x4 (3149c01) und ein gewöhnlicher 2x4 brick 
(3001). Deshalb kann dieser Schussapparat auch mehrfach günstig fürs 
Labor angeschafft werden.

Die Schussweite hat mich positiv überrascht. Aufgabe ist es, die 
Schussweite für verschiedene Abschusswinkel zu bestimmen. Am besten, man 
wiederholt pro Abschusswinkel den Abschuss 5x und bildet dann den 
Mittelwert. Zuletzt zeichnet man den Graphen w(alpha) und bestimmt das 
Maximum. Wer noch möchte, kann ja dann aus der Schussweite noch die 
Abschussgeschwindigkeit v berechnen mittels der simplen Formel w = v²/g.

Während die Legoteile für den Physiksaal geeignet sind, muss man die 
Trinkhalmrakete draußen im Freien starten. Denn mit dieser erzielt man 
Flugweiten von bis zu 30 m und mehr. Auch für diese Rakete benötigt man 
nicht viel. Nur eine Fahrradpumpe, ein Messingrohr welches gut in die 
Pumpenöffnung passt und vom Gummi dort abgedichtet wird, ein dicker 
Trinkhalm wie jener von Mc Donalds, Papier für die Leitwerke und etwas 
Plastilin/Knetmasse. Die Knetmasse kommt oben in die Spitze des 
Trinkhalms. Dann stülpt man die Rakete über das Messingrohr und drückt 
die Knetmasse fest ins Rohr. Wenn man jetzt die Pumpe sehr schnell 
komprimiert, löst sich bei einem bestimmten Druck die Rakete und saust 
schnell davon. Auch hier sollen die Schüler wieder die Flugweite in 
Abhängigkeit vom Abschusswinkel bestimmen und dann den optimalen 
Abschusswinkel bzw. die maximale Schussweite ermitteln.

Zum Schluss noch zwei EXCEL-Simulationen zum schiefen Wurf ohne und mit 
Luftwiderstand...

[Christoph E. (stoppi)]

Einen Versuch zum Magnus-Effekt hätte ich noch und zwar den 
Flettnerrotor. Dabei wird ein rotierender Zylinder in eine Luftströmung 
gebracht und erfährt eine Querkraft zur Luftströmung. Grund ist der 
geringere dynamische Druck und der höhere statische Druck auf der der 
Seite, wo die Zylinderoberfläche sich genau gegen die Luftströmung 
bewegt. Bewegt sie sich mit dieser mit (andere Seite), so sind 
dynamischer Druck groß und entsprechend der statische Druck klein.

Die Teile habe ich über ebay.com zusammengetragen bzw. beim (letzten) 
Elektronikgeschäft vor Ort (Neuhold-Elektronik: 
https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/) besorgt.

Für die Luftströmung verwende ich meinen "Windmacher", welcher bisher 
bei meinem Windkanal zur cw-Bestimmung zum Einsatz kam. Damit kann ich 
Windgeschwindigkeiten bis ca. 85 km/h erzeugen.

Den gesamten Aufbau des Flettnerrotors stelle ich auf eine Waage und 
bestimme die Gewichtszunahme bzw. -abnahme. Da muss ich aber noch 
experimentell ermitteln, ob mir der reine Luftwiderstand und ein daraus 
resultierendes Drehmoment noch einen Strich durch die Rechnung macht. 
Falls ja, muss ich mir etwas anderes überlegen.

Ich bin vor Jahren einmal über eine Jugend-Forscht-Arbeit genau zu 
diesem Thema gestoßen. Soweit ich mich noch erinnere, war der 
Magnuseffekt am größten, wenn die Zylindergeschwindigkeit der 4-fachen 
Windgeschwindigkeit entsprach. Mal schauen, ob ich dies bestätigen kann. 
Hat jemand von euch vielleicht noch diese Jugend-forscht-Arbeit zum 
Flettnerrotor? Danke im voraus...

[Christoph E. (stoppi)]

Nachdem die k-type Thermofühler und die Heizplatte zuletzt angekommen 
sind, konnte ich den Aufbau zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von 
Aluminium fertigstellen. Wärmeisoliert habe ich das ganze noch mit 
Moosgummi bzw. Isolierrohr. Wenn ich erste Messresultate für lambda 
habe, reiche ich diese nach.

Zum Aufbau des Flettnerrotors: Wenn ich zuerst die Windmaschine auf die 
gewünschte Geschwindigkeit einschalte, dann die Waage auf Null setze und 
erst zum Schluss den Zylinder in Drehung versetze, müsste ich eigentlich 
den reinen Magnus-Effekt mit der Waage messen können. Mal schauen, ob 
das so klappt...

[Christoph E. (stoppi)]

Heute am Tag des Herren konnte ich den Versuch zur Wärmeleitfähigkeit 
von Aluminium durchführen. Bei einer Leistung der Heizplatte von rund 20 
W schmolz mir der Mossgummi. Zudem hatte ich bei dieser hohen Temperatur 
logischerweise die größten Wärmeverluste an die Umgebung und daher wich 
die experimentell bestimmte Wärmeleitfähigkeit lambda am deutlichsten 
vom Sollwert ab. Ich erhielt bei 20W Heizleistung ein lambda = 516 
W/m*K. Der Sollwert für Aluminium liegt bei nur 236 W/m*K.

Daher reduzierte ich die Heizleistung in mehreren Schritten bis runter 
auf 0.46 W. Die ermittelten Wärmeleitfähigkeiten passten aufgrund der 
geringer werdenden Wärmeverluste immer besser mit dem theoretischen Wert 
überein. Obwohl ich letztendlich dennoch eine erhebliche Abweichung 
hatte:

Experiment: lambda = 372.7 W/m*K
Theorie: lambda = 236 W/m*K

Noch weiter runter kann ich nicht wirklich mit der Heizleistung. 
Vielleicht überlege ich mir noch einen anderen experimentellen Ansatz.

Die von mir experimentell bestimmte Lorenzzahl L liegt bei 3.43 * 10^-8 
V²/K². Der Sollwert liegt zwischen 2.1 - 2.9 * 10^-8 V²/K².

Das Wiedermann-Franz-Gesetz 
(https://de.wikipedia.org/wiki/Wiedemann-Franzsches_Gesetz) lautet: 
lambda / sigma = L * T

lambda.... Wärmeleitfähigkeit, sigma.... elektrische Leitfähigkeit, 
L....Lorenzzahl, T....Temperatur

Abschließend kann ich aber sagen, dass mir dieser Versuch eine Freude 
bereitet hat. Man sieht aber wieder einmal, dass sich Theorie 
experimentell nicht ganz einfach beweisen lässt. Was hat mich dieser 
Spaß gekostet? Für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit gab ich 
inkl. µV-Meter um die 25 Euro aus, die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit 
kostete mich 55 Euro, also in Summe 80 Euro...

[Christoph E. (stoppi)]

Für den Flettnerrotor habe ich Zylinder zum 3d-drucken in Auftrag 
gegeben. Die Motorhalterung werde ich mit Matador-Holzelementen basteln 
(https://www.matador.at/Produkte/Explorer-5/Einzelteile-Ersatzteile:::1_3_55.html).

Zum Thema physikalische Extremwertaufgabe habe ich noch einen schönen 
und einfachen Versuch. Dieser benötigt eine Matador-Holzleiste mit 19 
Löchern 
(https://www.matador.at/Produkte/Explorer-5/Einzelteile-Ersatzteile/Streben/19er-Streben::72.html). 
Von den Schülern ist die Periodendauer dieses physikalischen Pendels für 
verschiedene Aufhängepunkte zu bestimmen. Bei einem bestimmten Abstand s 
= Wurzel(I_S/m) ist die Periodendauer minimal und das physikalische 
Pendel schwingt am schnellsten. Im konkreten Experiment ist dies für s = 
11.4 cm der Fall. Das Trägheitsmoment I_S um den Schwerpunkt kann sowohl 
experimentell über die Periodendauer, als auch theoretisch mittels der 
Formel für eine dünne Holzleiste bestimmt und verglichen werden. In 
meinem Fall erhalte ich fast identische Werte im Bereich von 0.0003 
kg*m².

[Christoph E. (stoppi)]

Lustig, in einem anderen Beitrag hier im Forum wurde gerade nach Bismut 
gesucht. Für meinen Halleffekt-Versuch benötige ich auch Bismut und 
dieses ist diese Woche auch bei mir eingetroffen. Bekommt man auf Amazon 
günstig zu kaufen: 
https://www.amazon.de/Bismut-Wismut-Kristall-Kristalle-Angelk%C3%B6der/dp/B07BLS5JHK/

Die Hallkonstante von Bismut ist mit 5 * 10^-7 m³/C extrem groß. Zum 
Vergleich: Jene von Kupfer beträgt nur 5.3 * 10^-11 m³/C. Daher benötigt 
man zum Nachweis des Halleffekts nur ein gewöhnliches Multimeter und 
keinen Verstärker.

Das Bismutplättchen habe ich mittels zweier Glasbecher geformt, indem 
das geschmolzene Bismuut mit beiden Glasböden zusammengedrückt wird. 
Leider gingen mir dabei beide Trinkgläser zu Bruch. Also: Unbedingt 
hitzebeständiges Borosilikatglas verwenden!

Die Dicke meines Plättchens beträgt rund 2 mm, ist also verhältnismäßig 
dick. Daher ist die zu erwartende Hallspannung gering und sollte bei 
einer Stromstärke von 2 A und einer Flussdichte von 0.36 T nur bei 0.18 
mV liegen. Gerade groß genug für ein Multimeter.

Ich konnte tatsächlich eine Spannungsänderung von +/- 0.1 mV 
feststellen, wenn ich den Magneten dem Bismutplättchen näherte bzw. 
umgedreht näherte. Eventuell besorge ich mir aber noch 250 ml 
Bechergläser, damit ich deutlich dünnere Plättchen herstellen kann. Denn 
Trinkgläser sind mir zuhause wie oben erwähnt ausgegangen ;-)

[Jack V. (jackv)]

Christoph E. schrieb:
> Also: Unbedingt
> hitzebeständiges Borosilikatglas verwenden!

Auch das wird dir zerspringen, wenn du es an einer recht scharf 
abgegrenzten Stelle mit der Temperatur geschmolzenen Bismuts 
beaufschlagst.

[Christoph E. (stoppi)]

@Jack: Mal schauen, hitzebeständige Bechergläser für den 
Chemieunterricht müssen ja auch Bunsenbrennerflammen aushalten. Jetzt 
habe ich zumindest einen angebrannten Fleck auf meinem Küchenboden als 
kleine Erinnerung an den Versuch...

Habe gestern den Versuch zum Halleffekt mit dem Bismutplättchen und 
meinem µV-Meter wiederholt, da ja die zu erwartenden Hallspannungen im 
Bereich der Multimeter-Auflösung liegen.

Eingestellt habe ich eine Verstärkung von 1000. Bei Annäherung des 
Magneten mit B = ca. 0.36 T und einer Stromstärke von 1 A erhalte ich 
eine Änderung der Spannung (= Hallspannung) im Bereich von 0.2-0.25 V 
entsprechend also 0.2-0.25 mV. Ich habe die Dicke des Bismutplättchens 
nocheinmal gemessen und komme auf rund 1 mm. Daher sollte die 
Hallspannung bei +/- 0.18 mV liegen. Das passt also ziemlich perfekt, 
Heureka :-)

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

[Christoph E. (stoppi)]

Die 3D-gedruckten Zylinder und Matador-Holzteile sind angekommen und so 
konnte ich den Aufbau für den Flettnerrotor fertigstellen. Jetzt stehen 
dann erste Messungen aus. Den Windkanal habe ich nicht zuhause bei mir, 
sondern nur einen BURG-Lüfter. Mal schauen, ob es mit dem auch 
funktioniert und die Waage eine kleine Veränderung anzeigt...

[Christoph E. (stoppi)]

Kurzer Zwischenbericht: Mit dem BURG-Heizlüfter messe ich keine 
Gewichtserhöhung oder -reduzierung. Ich muss aber das Stativ auf der 
Waage mit doppelseitigen Klebeband fixieren und die Waage mit der Hand 
festhalten, damit nicht alles davonwandert durch die Vibrationen.

Nächster Schritt: Föhn ;-)

Eventuell muss ich auch eine feiner auflösende Waage verwenden, denn 
diese hat eine Auflösung von 1 g.

[Christoph E. (stoppi)]

Für den Flettnerrotor habe ich mir vor Ort einen starken Elektromotor 
gekauft und Propeller inkl. passender Mitnehmer bestellt. Die Teile 
müssten in den nächsten Tagen ankommen. Damit hoffe ich mit meiner 
Küchenwaage je nach Rotationsrichtung des Flettnerrotors eine 
Veränderung festzustellen...

Vor gut 18 Jahren habe ich einmal für ein Schulprojekt einen 
Strömungsmesser gebastelt. Dieser besteht aus zwei Propeller, einem 
Kegelrad und einem Fahrradtacho. Durch die Wasserströmung werden die 
Propeller in Bewegung versetzt und der Tacho liefert eine 
Geschwindigkeit auf seiner Anzeige. Damit diese mit einer 
Strömungsgeschwindigkeit verknüpft werden kann, muss der Aufbau zuerst 
kalibriert werden.

Hierfür haben wir (Dank noch an Herbert und Christoph ;-)) in einem 
Schwimmbad den Strömungsmesser mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten 
durch das Wasser gezogen und dann die angezeigte Tachogeschwindigkeit 
notiert. Auf diese Weise haben wir einen schön linearen Zusammenhang 
erhalten mit dem Geradenanstieg k als Proportionalitätsfaktor zwischen 
v_Tacho und v_Strömung.

In der Praxis getestet wurde der Strömungsmesser in der Obersteiermark. 
Dank fast bis zum Hals hinaufragender Gummistiefel und großem Wagemut 
konnte Herbert ein Tiefen- und Geschwindigkeitsprofoil mehrerer Bäche 
erstellen. Daraus lässt sich dann der Volumsfluss V/t berechnen. So 
flossen beim Erzbach zum Beispiel pro Sekunde 5800 Liter talwärts.

Auf der Suche nach einem kompakteren Strömungsmesser bin ich auf den 
Durchflusssensor YF-S201 gestoßen. Diesen möchte ich als Strömungsmesser 
missbrauchen. Die ausgegebene Pulsrate hängt dann hoffentlich wieder 
linear mit der Strömungsgeschwindigkeit zusammen. Kalibriert wird dieser 
Sensor gleich wie der erste in einem Schwimmbad.

Den simplen Arduino-Code habe ich angehängt...

[Christoph E. (stoppi)]

Das Experiment zum Flettnerrotor konnte ich heute mit dem Propeller 
durchführen. Da ich zuhause kein Anemometer und keinen Drehzahlmesser 
habe, musste ich mich zunächst mit Spannungsangaben begnügen. Für eine 
Spannung von 5.0 V bzw. 7.5 V am Propellermotor, also für zwei 
unterschiedliche Windgeschwindigkeiten, nahm ich die Gewichtsreduzierung 
in Abhängigkeit von der Zylindermotorspannung auf. Ich erhalte einen 
eher degressiven Verlauf. Die bei einem Jugend-forscht-Beitrag geäußerte 
These, dass im Optiomalfall die Zylindergeschwindigkeit der 4-fachen 
Windgeschwindigkeit entspricht, konnte ich so aber nicht bestätigen. 
Mein Verlauf besitzt zumindest in den beobachteten Spannungsgrenzen kein 
Extremum...

Aber genauere Untersuchungen können ja dann interessierte Schüler 
durchführen. Ich möchte Ihnen ja nicht alles vorwegnehmen ;-)

Heute habe ich auch das Video zum Coulombmeter auf Youtube hochgeladen, 
vielleicht interessiert es ja jemanden unter euch: 
https://www.youtube.com/watch?v=RcT73S51_JA

[Christoph E. (stoppi)]

Im Moment sind sehr viele Sonnenflecken zu beobachten, darunter ein 
ziemlich großer. Aber ja nicht auf den Sonnenfilter vergessen und 
niemals ohne diesen durchs Teleskop oder Fernglas blicken!

[Gerhard O. (gerhard_)]

Hallo Christoph,

In Anbetracht aller Deiner tollen Physikexperimente möchte ich 
vorschlagen, sie in einem zukünftigen Buch mit Bauhinweisen zu 
verewigen. Als Schüler hätte mich das damals sehr fasziniert, inspiriert 
und angespornt, auf eigene Faust mich selber zu engagieren. Damals 
verschlang ich ähnliche Literatur.

Im Forum geht das vielleicht alles doch im "Noise" der Welt unter.

VG,
Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

@Gerhard: Ich habe ja eine sehr ausführliche Homepage 
(https://stoppi-homemade-physics.de/) und einen Youtube-Kanal 
(https://www.youtube.com/@stoppi/videos). Dort präsentiere ich bereits 
meine Projekte inkl. der benötigten Bauteile. Ein Buch/Bücher wären für 
mich schon reizvoll nur kann ich nicht abschätzen, wie groß die 
Nachfrage wäre und ob sich dann die Mühe lohnt. Wenn ich aber Bücher 
schreibe, dann müsste ich meine Homepage beschneiden, denn sonst wäre 
ich zweigleisig unterwegs und niemand würde die Bücher kaufen. Mal 
schauen...

Es können mich aber jetzt schon Leute über mein Paypal-Konto freiwillig 
unterstützen. Da kommt aber nahezu kein Geld rein. Die Menschen sind 
scheinbar nicht bereit, 5 Euro für meine interessanten Physikprojekte zu 
spenden. Andererseits geben sie 1000 Euro für das neueste Smartphone 
jedes Jahr aus. Kann man verstehen, muss man aber nicht...

Für den Flettnerrotor würde ich ja einen Drehzahlmesser benötigen. 
Diesen habe ich mir mittels IR-Abstandsensor + Arduino gebastelt. 
Funktioniert eigentlich recht gut, nur steigt der Messer bei Frequenzen 
> 60 Hz im Moment aus. Da muss ich noch überprüfen, woran dies liegt. 
Ich hänge einmal zwei leicht unterschiedliche Arduinoprogramme für den 
Drehzahlmesser an.

[Christoph E. (stoppi)]

Von einem Forumsmitglied habe ich für meine Versuche ein 
Hitzdrahtanemometer geschenkt bekommen. Habe mich riesig darüber 
gefreut, vielen lieben Dank dafür!

Zum Thema Schall mache ich gerade noch einige Versuche und zwar
* Bestimmung der Schallgeschwindigkeit
* konstruktive/destruktive Interferenz
* Schwebung

Für die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit schließe ich zwei Mikrofone 
an die Line-IN Buchse meiner externen Soundcard. Mit der Software 
Audacity bestimme ich sodann die Zeitverzögerung des Schallsignals, wenn 
die beiden Mikrofone einen unterschiedlichen Abstand zur Schallquelle 
haben. Auf diese Weise konnte ich die Schallgeschwindigkeit zu c = 342 
m/s bestimmen.

Für die konstruktive/destruktive Interferenz schließe ich zwei 
Lautsprecher an ein kleines NE555-Frequenzmodul an. Dessen Ausgang 
steuert über einen IRL510 die beiden Lautsprecher.

Das einzelne Mikrofon platziere ich dann so zwischen den beiden 
Lautsprechern, dass ich eine konstruktive/destruktive Interferenz 
erhalte.

Bei dem Versuch mit der Schwebung schließe ich an zwei dieser 
NE555-Frequenzmodule einen Lautsprecher und stelle leicht 
unterschiedliche Frequenzen ein. Die Schwebung erfasse ich dann wieder 
mit einem einzelnen Mikrofon in der Mitte der beiden Lautsprecher...

[Christoph E. (stoppi)]

Einen netten Versuch zur Tribolumineszenz habe ich noch. Normalerweise 
fixiert man dazu ein Stück Würfelzucker auf einem Hammer und schlägt 
dann auf einen harten Boden. Dabei sollte man im völlig dunklen Raum und 
dunkeladaptierten Augen ein schwaches bläuliches Licht sehen.

Hier bin ich auf die Information gestoßen, dass wint o green Bonbons der 
Firme life savers gut für den Versuch geeignet sind: 
http://www.chemie.uni-jena.de/institute/oc/weiss/Tribolumineszenz.htm

Bildquelle: 
http://www.chemie.uni-jena.de/institute/oc/weiss/Tribolumineszenz.htm

Ich habe mir deshalb einmal solche Süßigkeiten über ebay 
(https://www.ebay.com/itm/134173291840) gekauft. Ist nicht gerade billig 
gewesen, aber was macht man nicht alles, um seine Forscherneugierde zu 
befriedigen.
Eine passende Kaffeemühle habe ich dann auch gleich geordert 
(https://www.amazon.de/gp/product/B07XMD25RT/).

Wenn ich erste Versuche damit gemacht habe, melde ich mich wieder.

P.S.: Spannend ist mit Sicherheit auch der Versuch zur Tribolumineszenz 
mit dem Tixoklebeband, welches man schnell abzieht. Erfolgt dies in 
einer Vakuumkammer, so kann man sogar weiche Röntgenstrahlung 
erzeugen...

https://sciencev1.orf.at/news/153064.html

[Ove M. (Firma: ;-) gibt es auch) (hasenstall)]

Guenstiger wäre vermutlich ein selbstklebender Briefumschlag gewesen. Da 
kann man die Lumineszenz beim Aufreißen im abgedunkelten Raum schon sehr 
gut erkennen. Probiere es mal aus.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank für deinen Hinweis, Ove. Werde ich natürlich ausprobieren...

Heute ist ein Brief aus den USA bei mir eingetroffen mit für mich 
wertvollen Inhalt und zwar einer Unterschrift von Arno Penzias. Zusammen 
mit Robert Wilson hat er 1964 mehr oder weniger zufällig die kosmische 
Hintergrundstrahlung entdeckt. Beide bekamen dafür 1978 den Nobelpreis 
für Physik zugesprochen.

Penzias sagte einmal sinngemäß: Die meisten Physiker bekommen einen 
Nobelpreis für etwas, dass sie suchen. Wir bekamen einen für etwas, was 
wir los werden wollten. Gemeint ist das störende Signalrauschen, welches 
sich dann als kosmische Hintergrundstrahlung entpuppte ;-)

Bildquelle: 
https://www.bell-labs.com/about/awards/1978-nobel-prize-physics/#gref

[Christoph E. (stoppi)]

Einen netten Optikversuch hätte ich noch und zwar das 
Fettfleckphotometer. Dabei strahlen zwei Lichtquellen (z.B. LEDs) von 
beiden Seiten auf ein Blatt Papier, auf dem sich ein Ölfleck befindet. 
Sind die beiden Beleuchtungsstärken gleich, verschwindet der Fettfleck. 
Dann gilt für die Distanzen d und Leuchtstärken L: L1/d1² = L2/d2².

Kennt man eine der beiden Leuchtstärken, so kann man über die 
eingestellten Distanzen die unbekannte Leuchtstärke ermitteln. Ich habe 
mir für diesen Versuch weiße LEDs mit 15000 mcd bei 20mA bestellt. Damit 
möchte ich die Leuchtstärken in Abhängigkeit von der elektrischen 
Leistung ermitteln und schauen, ob sich ein linearer Zusammenhang 
ergibt. Auch möchte ich die die Effektivität von Glühbirnen verglichen 
mit LEDs bestimmen, indem ich die Leuchtstärken durch die elektrische 
Leistung dividiere.

Der mechanische Aufbau ist soweit fertig, jetzt warte ich nur noch auf 
die Conrad-Lieferung. Bei dieser sind dann auch Ferritstäbe für meinen 
Blitzdetektor dabei...

Die elektrische Kaffeemühle ist auch bereits eingetroffen und ich konnte 
erste Versuche zur Tribolumineszenz mit gewöhnlichen Würfelzucker 
machen. Das sehr schwache blaue Licht konnte ich mit meiner 
Smartphonekamera gerade so einfangen. Ich werde aber für weitere 
Versuche auf eine Night-vision-camera-app zurückgreifen: 
https://play.google.com/store/apps/details?id=com.white_night.nightvisioncamera&hl=de_AT&gl=US&pli=1

Die Süßigkeiten aus den USA müssten auch bald bei mir eintreffen. Ich 
hoffe, dass dann die Tribolumineszenz deutlich stärker ist als beim 
Würfelzucker.

Übrigens: Die Besucherzahl meiner Homepage hat gerade die 500 000-Marke 
überschritten und das innerhalb von 2.5 Jahren. Damit bin ich mehr als 
zufrieden für eine Homepage mit physikalischen Inhalt ;-)

[Gerhard O. (gerhard_)]

Apropro "Triboxxxxxxxx". Triboelektrizität kann uns Meßtechnikern auch 
hin und wieder viel Kummer bereiten.

Z.B. Kabelverbundene empfindliche HF Detektoren. Wenn man da bei der 
Kabelwahl nicht aufpasst, kann es passieren, daß bei stärkerer Bewegung 
oder biegen des Kabels beachtliche Störspannungen durch Reibung der 
Kabeladern entstehen können. Hewlett Packard konnte in den Anfangsjahren 
ihrer Detektorentwicklung ein Lied davon singen.

https://en.wikipedia.org/wiki/Triboelectric_effect

https://clearpathmedical.com/medical-cables-and-wires-triboelectric-noise/#:~:text=Triboelectric%20noise%20results%20when%20two,of%20the%20cable%20or%20leadwire

https://www.molex.com/en-us/blog/triboelectric-noise-in-medical-cables-and-wires

https://www.newenglandwire.com/product/low-noise-cables/

https://www.pcb.com/contentstore/MktgContent/WhitePapers/WPL_43_-Accelerometer-Signals.pdf

https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20220011241/downloads/Lesson%20Learned%20-%20Controlling%20Triboelectrification%20Effects%20on%20Spacecraft%20Ethernet%20Cabling.pdf

Verschiedenes:

http://www.seismo.ethz.ch/de/about-us/archive-news/2021/

https://www.noe.gv.at/noe/Katastrophenschutz/Vortrag_Kat8_2011_Lenhardt_ZAMG_Erdbeben.pdf

https://gfzpublic.gfz-potsdam.de/rest/items/item_124266_6/component/file_143257/content

Ich hoffe es interessiert Dich auch, falls Du Dir diesbezüglich einen 
Versuch und Experiment ausdenken möchtest.

VG,
Gerhard

P.S.:

Glückwunsch zur gelungen Webseite. Mir gefällt sie auch sehr. Ist 
Einmalig!

[Gerhard O. (gerhard_)]

Ich stolperte zufällig über diese Schrift:

https://mundo.schule/api/mundo/download/SODIX-0001008881

Sehr schön zu lesen. Es geht um historische Experimente und Entdeckungen 
für den Chemieunterricht.

Auch interessant:

https://www.dwd.de/DE/leistungen/pbfb_verlag_promet/pdf_promethefte/31_2_4_pdf.pdf?__blob=publicationFile&v=3

[Christoph E. (stoppi)]

@Gerhard: Danke für die Informationen und Quellen

Bei der Conrad-Bestellung waren auch Teile für einen Blitzdetektor dabei 
(Ferritstab, Mittelwellenempfänger TA7642).

Quelle: https://fkainka.de/blitzduino-blitzwarner/

Diesen konnte ich gestern finalisieren und auch schon während eines 
Gewitters testen. Funktioniert sehr gut...

Die USA-Süßigkeiten sind auch schon eingetroffen. Am Wochenende werde 
ich sie in die Kaffeemühle geben und mit der night-vision-app filmen.

[Christoph E. (stoppi)]

Heute führte ich den Versuch zur Tribolumineszenz mit den Süßigkeiten 
aus den USA durch. Die Leuchterscheinungen sind heller als mit reinen 
Würfelzucker, aber nach wie vor sehr schwach. Dank der night vision app 
konnte ich aber die blauen Blitze in Videos erkennen. Das Bild mit dem 
bläulichen Leuchten mit Würfelzucker wurde 5 Sekunden lang belichtet und 
dann auch noch graphisch bearbeitet, damit es stärker in Erscheinung 
tritt. Deshalb darf man sich vom Video nicht zu viel erwarten...

Jetzt habe ich noch gut 1 kg von den Zuckerln übrig, welche mich vom 
Geschmack her übrigens an Hallenbaddesinfektion erinnern ;-)

[Bernhard S. (gmb)]

Christoph E. schrieb:
> Jetzt habe ich noch gut 1 kg von den Zuckerln übrig, welche mich vom
> Geschmack her übrigens an Hallenbaddesinfektion erinnern ;-)

Dieser Wintergreen Geschmack ist in den USA+Kanada deutlich populärer 
als hierzulande. Es ist auch das Hauptaroma von "Root Beer" das man dort 
bekommt.

[Christoph E. (stoppi)]

Das Fettfleckphotometer ist fertig und wurde auch schon getestet. Die 
15000 mcd LED ist aber zu hell, sodass die Einstellung (Fettfleck 
verschwindet) des Fettfleckphotometers nicht gerade einfach ist. 
Eventuell wiederhole ich das ganze nochmals mit einer schwächeren 
Norm-LED.

Ich habe eine weiße LED unter Normbedingungen betrieben (20 mA, L1 = 
15000 mcd) und bei der zweiten weißen LED die Stromstärke zwischen 2 und 
20 mA variiert. Deren reduzierte Leuchtstärke L2 habe ich dann über die 
Abstände d1 und d2 ermittelt und zum Schluss L2 gegen die elektrische 
Leistung P aufgetragen. Ich erhalte einen annähernd linearen 
Zusammenhang...

[Christoph E. (stoppi)]

Da ich ja für einige Versuche zwei regelbare Netzteile benötige und ich 
dann nicht das schwere und unhandliche 30V/30A-Monster verwenden möchte, 
bastel ich mir gerade ein zweites Netzteil bestehend aus einem 
Laptopnetzteil (konkret HP-Netzteil mit 19V und 6A). So eines habe ich 
bereits und liebe es. Und die Kosten dafür sind auch sehr überschaubar.

Gebrauchtes Laptopnetzteil: 10 Euro
10A Step down converter: 8 Euro
Gehäuse: 10 Euro
Lüfter: 2 Euro
Potentiometer: 2 Euro
U/I-Meter: 4 Euro
Rest: 2 Euro
Gesamt: 38 Euro

Auf willhaben habe ich mir dann noch einen Windsensor gekauft. Dieser 
scheint mit Reed-Schalter zu funktionieren. Prellen eigentlich 
Reed-Schalter? Die Auswertung übernimmt ein Arduino. Kalibrieren werde 
ich den Sensor mit dem Hitzdrahtanemometer, welches ich vor kurzer Zeit 
aus Berlin geschenkt bekommen habe...

[Ove M. (Firma: ;-) gibt es auch) (hasenstall)]

Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie werden durch 
das auslösende Magnetfeld gehalten. Mit abnehmenden Kontaktabstand 
werden die Kräfte der Zungen aufeinander zu immer größer.
Sie haben eher die Tendenz zum kleben.

[K. M. (kmj)]

>Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie werden durch das 
auslösende Magnetfeld gehalten...

So die Theorie. Bei mir prellt sowohl ein Reed-Kontakt mit 
Magnetbetätigung als auch ein Reed-Relais (SIL05 MEDER).

[Christoph E. (stoppi)]

Danke, euch beiden. Falls der Reedkontakt prellt, löse ich das einfach 
in der Software, indem ich zu kurz hintereinander erfolgte interrupts 
ignoriere...

Mit meinem Propellermotor möchte ich noch den Auftrieb eines Tragflügels 
in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit ermitteln. Sollte ja eine 
v²-Abhängigkeit zeigen. Für das Experiment lasse ich mir gerade einen 
Tragflügel + Halterung 3d-drucken. Die Auftriebskraft erfasse ich mit 
einem HX711-Waagesensor + 1 kg Biegebalken. Damit kann ich die Kraft in 
mN bestimmen, das müsste genau genug sein. Sonst wechsle ich einfach auf 
einen anderen Biegebalken...

[Christoph E. (stoppi)]

Hier 
(https://iitr.ac.in/Academics/static/Department/Physics/BTech%201st%20year%20lab/11_Plancks_Constant.pdf) 
bin ich noch auf einen schönen Versuch zur Bestimmung des Planckschen 
Wirkungsquantums mittels einer Solarzelle gestoßen.

Man benötigt für das Experiment lediglich eine Glühbirne an einem 
verstellbaren Netzgerät, einen Schmalbandfilter und dann noch eine 
Solarzelle und ein Amperemeter.

Man stellt mit dem Netzgerät eine bestimmte Spannung U ein und bestimmt 
dann den aktuellen Widerstand R des Glühfadens. Daraus und dem 
Widerstand bei Raumtemperatur lässt sich die Temperatur T des Glühfadens 
ermitteln. Zwischen Glühbirne und Solarzelle befindet sich der 
Schmalbandfilter.

Meinen für lambda = 650 nm habe ich günstig auf ebay.com gekauft: 
https://www.ebay.com/itm/275733102726

Nun misst man den Kurzschlussstrom I der Solarzelle. Dies wiederholt man 
für verschiedene Temperaturen des Glühfadens. Zum Schluss trägt man 
ln(Kurzschlussstrom) gegen 1/T auf und müsste eine fallende Gerade 
erhalten. Für den Anstieg dieser Geraden gilt: k_Gerade = - h * c / 
(lambda_0 * k_B)

lambda_0 ist dabei die Zentralwellenlänge des Schmalbandfilters. Bis auf 
h kennt man alle Größen und so kann man aus der Geradensteigung das 
Plancksche Wirkungsquantum h bestimmen.

Man kann aber auch von einem bekannten h ausgehen und dann die 
Boltzmannkonstante k_B experimentell auf diese Weise bestimmen. Also ein 
Versuch für zwei Naturkonstanten :-)

Link zu mehr Information: 
https://stoppi-homemade-physics.de/wirkungsquantum/

Wenn der Rotfilter angekommen ist, melde ich mich wieder...

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

Christoph E. schrieb:
> Plancksches Wirkungsquantum

Finde ich schon erstaunlich, mit welcher Präzision sich das 
Wirkungsquantum mit vergleichsweise simplen Experimenten ermitteln läßt!

[Johann L. (gjlayde)]

Christoph E. schrieb:

> k_Gerade = - h * c / (lambda_0 * k_B)

Seit der SI-Revision 2019 und der damaligen Neudefinition des Kilogramms 
hat h einen fest definierten Wert.  Siehe uum Beispiel:

https://de.wikipedia.org/wiki/Planck-Konstante#Wert_und_Zeichen

Dito für k_B (ebenfalls seit 2019) und für c (seit 1983):

https://de.wikipedia.org/wiki/Boltzmann-Konstante#Wert
https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit#Wert

Der einzige unbekannte Faktor in der Steigung der Geraden ist daher λ_0, 
welches nur zu einer gewissen Genauigkeit bekannt ist.

Geht man von einem exakt bekannten λ_0 aus, dann bringt jede Messung 
einen Datenpunkt P_n mit Koordinaten ln(I_n) und 1 / T_n, der irgendwo 
in der Nähe der Geraden liegt.  Kennt man also die Genauigkeit der 
Strommessung so kann man also auf die Genauigkeit der Temperaturmessung 
zurückschließen und vice versa.

Die Messung macht also (nur) eine Aussage über die Genauigkeit des 
Versuchsaufbaus :-)

[Michael B. (laberkopp)]

Ove M. schrieb:
> Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie

Falsch erinnert.

[Ove M. (Firma: ;-) gibt es auch) (hasenstall)]

Michael B. schrieb:
> Ove M. schrieb:
>> Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie
>
> Falsch erinnert.

Das hab ich bereits mit dem Beitrag von K.M. (kmj) gelesen und in meinem 
Hirn gerade gebogen! Dankeschön! Nennt sich auch gelernt!
Wundern tut es mich trotzdem und das darf es auch. Hier passen Theorie 
und Praxis offensichtlich nicht so ganz zusammen.

Fazit: Deine Antwort kommt spät und ist wenig bis Null hilfreich!

[Ove M. (Firma: ;-) gibt es auch) (hasenstall)]

Christoph E. schrieb:
>… Die Auftriebskraft erfasse ich mit
> einem HX711-Waagesensor + 1 kg Biegebalken. Damit kann ich die Kraft in
> mN bestimmen, das müsste genau genug sein. Sonst wechsle ich einfach auf
> einen anderen Biegebalken...

Sag bitte, bist du dir sicher, das so klappt?
Überschlag: 1kg entspr. 10N 1mN sind dann Faktor 10.000. Ohne weitere 
Störgrößen leicht vorstellbar. Nun braucht es aber locker nochmal den 
Faktor 10 drauf, um irgendwie mit den Störgrößen umzugehen.
Man kann zwar viel Auflösung von ADC holen, aber die physikalisch 
reproduzierbare Auflösung deines Biegebalken passt nur unter besonderen 
Umständen. Dazu kommt Rauschen, Temperatur, das Rauschen deines Flügels 
im Luftstrom und die resultierende Querkaft. Ich lasse mich gerne eines 
besseren belehren, aber ich vermute stark, dass das mit den mN nicht 
klappt.
Just my two cents! Viele Grüße Ove

[Christoph E. (stoppi)]

@Ove: Das Experiment wird zeigen, wie sehr die Kraftanzeige schwankt. 
Ich müsste auch einmal ausrechnen, in welchem Kraftbereich der 
dynamische Auftrieb ca. liegen wird. Danke aber für deinen Kommentar...

Der Windsensor ist mittlerweile angekommen und so konnte ich ihn 
kalibrieren. Ich erhalte folgenden linearen Zusammenhang zwischen 
Pulsfrequenz f und Windgeschwindigkeit v: v = 0,2361 * f + 1,1557. Bei f 
= 0 gebe ich aber aus verständlichen Gründen die Geschwindigkeit 0 aus.

[Henrik V. (henrik_v)]

und wie misst Du f = 0 Hz ?

;)  :D
Bei einer Updaterate von ?  10s?

Nicht ganz ernst gemeint (schreib's mal besser dazu)

Bei dem gezeigtem Aufbau wird die Strömung aber alles andere als laminar 
sein ..  Ein paar Kartons und Strohhalme  für einen kleinen Windkanal?

[Christoph E. (stoppi)]

@Henrik: Ich messe die innerhalb einer Sekunde ankommenden Pulse, von 
daher ist f = 0 Hz kein Problem, wenn eben nix ankommt. Bei meinem 
ersten Programm habe ich die Zeit zwischen zwei Interrupts gemessen und 
daraus die Frequenz berechnet. Da gab es dann nur eine geänderte 
Anzeige, wenn das Interrupt ausgelöst wurde. Bei Windstille eben ein 
Problem... Und zudem waren bei dieser Variante die Zahlenwerte durch die 
schnelle Änderung kaum ablesbar auf dem Display. Also wechselte ich zum 
Zählen der innerhalb 1 Sekunde ankommenden Pulse...

Windkanäle habe ich zwei bereits gebastelt. Einen ausgelegt auf hohe 
Windgeschwindigkeiten für die Messung des cw-Werts und einen mit 
niedrigen Windgeschwindigkeiten zur Sichtbarmachung der Strömungslinien. 
Jetzt für dieses Experiment wollte ich mir ähnliches nicht schon wieder 
antun und habe den Propellermotor einfach ohne Trinkhalme etc. 
betrieben.

[Christoph E. (stoppi)]

Hier bin ich über ein Arduino-Projekt mit dem Farbsensor TCS34725 
gestoßen: 
https://www.makerblog.at/2015/01/farben-erkennen-mit-dem-rgb-sensor-tcs34725-und-dem-arduino/

Den Sensor gibt es um ca. 7 Euro auf Amazon: 
https://www.amazon.de/SEAFRONT-Farbsensor-Modul-TCS34725-RGB/dp/B07XRQ42MR

Die Farberkennung habe ich mit färbigen Süßigkeiten überprüft. 
Funktioniert teilweise recht gut, teilweise tut sich der Sensor sehr 
schwer, da die RGB-Intensitäten zum Beispiel bei Orange und Gelb und Rot 
nur sehr wenig voneinander abweichen. Aber eine nette Spielerei ist es 
zweifelsohne...

Einen simplen Farbmischapparat mit Arduino und einer RGB-LED habe ich 
auch umgesetzt. Auf diese Weise können die Schüler die additive 
Farbmischung erfahren und sich ein wenig spielen.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Hallo Christoph,

falls Du diesen Bericht noch nicht kennen solltest:

https://www.rapp-instruments.de/Radioaktivitaet/cloud-chambers/wehrmeister/wehrmeister.htm
https://www.rapp-instruments.de/Elektronik/modell/chamber/cham.htm

Mfg,
Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank Gerhard für deine Tipps. Nebelkammern habe ich mittlerweile 
in 3 verschiedenen Ausführungen umgesetzt. Einmal eine 
Diffusionsnebelkammer mit Peltierelementen und dann noch 2 nach Wilson 
durch Expansion. Eine ganz einfache (wohl die simpelste Nebelkammer die 
es gibt) und dann noch eine etwas aufwendigere mit Hochspannung zum 
Absaugen der entstandenen Ladungsträger...

Links:
https://www.youtube.com/watch?v=Dzdx0UdHCs8
https://www.youtube.com/watch?v=fefuESvisGI
https://www.youtube.com/watch?v=fUYhM6hw148

Die 3d-Druckteile für meinen Tragflügelversuch und das Malusgesetz 
müssten heute oder morgen ankommen. Beim Malusgesetz bestimmt man 
einfach die durch einen zweiten Polarisationsfilter durchkommende 
Intensität in Abhängigkeit von dessen Drehwinkel. Müsste eine 
cos²(phi)-Abhängigkeit zeigen.

[Christoph E. (stoppi)]

Die 3D-Druckteile sind heute angekommen. Ein erster kurzer Test mit dem 
Tragflügel ergab tatsächlich eine geringe Auftriebskraft. Da werde ich 
in den nächsten Tagen eine Messreihe durchführen.

Die beiden Zylinder mit Stiel für das Malusgesetz haben auch schon ihren 
Platz in der Halterung gefunden. Zum Glück hatte ich noch 
Polarisationsfolie von meinen letzten Experimenten übrig. Die kaufe ich 
immer bei AstroMedia um kleines Geld 
(https://astromedia.de/Die-Polarisations-Filterfolie).

Als Laser für das Malusgesetz werde ich einen mit nur 5 mW nehmen, das 
dürfte locker reichen. Denn sonst übersteuert der TSL252R Lichtdetektor 
eh nur. Die Messergebnisse reiche ich dann hier nach...

[Christoph E. (stoppi)]

So, die erste Messreihe mit dem Tragflügel bei keinem/sehr geringem 
Anstellwinkel ist im Kasten. Ich erhalte tatsächlich eine annähernde 
v²-Abhängigkeit der Auftriebskraft (siehe letzte Spalte in der 
Exceltabelle).
Konkret gilt für meinen Versuchsaufbau: F_Auftrieb = 0.36 * 0.001 * v².

Daraus lässt sich dann der Auftriebsbeiwert c_a berechnen. Ich erhalte 
einen Wert von c_a = 0.165. Eine kurze Recherche im Internet ergab, dass 
dieser Wert durchaus plausibel ist.

Quelle: 
https://www.mb.uni-siegen.de/lfst/lehre/dokumente/maschinenlabor.pdf

Auf Seite 31 sind die Auftriebsbeiwerte c_a für einen 
NACA-0015-Tragflügel bei verschiedenen Anstellwinkel angeführt. Bei 
geringem Anstellwinkel liegen die Werte im Bereich meines Messwerts. Von 
daher ist wohl meine Messung nicht komplett verkehrt, Heureka...

Link zu mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/tragfluegel-auftrieb/

[Jack V. (jackv)]

Es gibt im Netz Rechner, mit denen sich so Profile und Tragflächen 
berechnen lassen. Manche Leute nutzen sie, um damit RC-Flugmodelle zu 
erstellen, die sie dann drucken – und anschließend fliegen.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke, Jack.

Sonst findet man aber im Internet nicht gerade viele c_a/c_w-Graphen zu 
angegebenen Profilen.

Ich habe mich noch einmal schlau gemacht. Das von mir zitierte Profil 
NACA-0015 ist leider ein völlig symmetrisches. Von daher hinkt ein Bezug 
darauf, denn bei meinem Profil handelt es sich um ein 
nicht-symmetrisches. Ich habe hier 
(https://www.thuro.at/index.php/11-aerodynamik/52-aerodynamik4) zum 
Beispiel auch einen c_a-c_w-Graphen entdeckt. Bei 0° Anstellwinkel 
beträgt der c_a-Wert ca. 0.1. Ob es sich bei dem Graphen um einen 
tatsächlich aufgenommenen handelt oder er rein symbolisch zu betrachten 
ist, weiß ich leider nicht. Ein Tragflügelprofil dazu ist auch nicht 
angegeben. Ansonsten liegen die c_a-Werte durchaus höher als mein Wert 
mit 0.165. Man muss aber berücksichtigen, dass mein Ergebnis für einen 
Anstellwinkel 0° gilt. Und der c_a-Wert wächst linear in bestimmten 
Grenzen mit dem Anstellwinkel. Daher werde ich wohl noch eine zweite 
Messreihe aufnehmen mit größerem Anstellwinkel...

Die beiden Bandpassfilter für die Bestimmung des Planckschen 
Wirkungsquantums mit Solarzelle sind heute eingetroffen. Ich werde mit 
einem meiner Spektrographen eine Absorptionskurve von ihnen aufnehmen. 
Die Halbwertsbreite sollte bei 40 nm (für den 650 nm-Filter) bzw. nur 10 
nm (für den 785 nm-Filter) liegen. Der schmalbandigere erfüllt natürlich 
besser die Versuchsbedingungen.

Solarzelle hatte ich noch in meiner Experimentierkiste. Wenn ich 
Messungen zum Planckschen Wirkungsquantum damit gemacht habe, kann ich 
ja wieder berichten...

[Christoph E. (stoppi)]

So, das Malusgesetz konnte ich heute experimentell überprüfen. Die 
Übereinstimmung zwischen Theorie (cos²(phi)) und Experiment ist recht 
gut. Damit der Lichtsensor aber nicht in Sättigung ging, musste ich den 
Laser gehörig drosseln...

Mehr Informationen zum Experiment: 
https://stoppi-homemade-physics.de/malusgesetz/

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern konnte ich eine Messung zum Planckschen Wirkungsquantum mittels 
Solarzelle und Schmalbandfilter durchführen. Dies muss natürlich im 
Dunkeln vonstatten gehen, denn sonst reagiert ja die Solarzelle auch auf 
das Umgebungslicht. Die Spannung der Glühbirne variierte zwischen 1V und 
14V, der Kurzschlussstrom zwischen 100nA und 420µA. Der Graph 
ln(I_Kurzschluss) in Abhängigkeit von 1/T ist schön gerade. Mittels der 
Steigung kann dann das Plancksche Wirkungsquantum berechnet werden. Ich 
erhalte 4.04 * 10^-34 Js, der Sollwert liegt bei 6.63 * 10^-34 Js. Damit 
bin ich eigentlich zufrieden.

Ich werde heute aber den Versuch noch mit dem 785nm-Filter durchführen, 
der ist schmalbandiger als der rote 650nm-Filter. Dessen 
Absorptionsspektrum habe ich mit meinem Webcamspektroskop aufgenommen. 
Dazu dividiere ich den Intensitätsverlauf mit Filter durch jenen ohne 
Filter. Das Ergebnis deckt sich mit dem Verlauf vom Verkäufer...

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe den Versuch zur Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums 
noch mit dem 785nm-Schmalbandfilter durchgeführt. Wie zu erwarten war, 
liegt nun der Wert für h näher am Sollwert, da dieser Filter eine 
geringere Halbwertsbreite (nur 10 nm) hat als der rote 650nm von 
zuletzt. Die Kurzschlussströme habe ich mit meinem µA-Meter gemessen, da 
mein Multimeter dafür zu ungenau gewesen wäre.

Das experimentelle Ergebnis für h könnte zwar etwas besser sein aber ich 
freue mich, einen weiteren Versuch zur Bestimmung des Planckschen 
Wirkungsquantums entdeckt zu haben. Jetzt sind es bereits drei 
verschiedene Ansätze: Einmal über die Schwellspannung einer LED, dann 
über den Photoeffekt und jetzt noch mittels Solarzelle...

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

P.S.: Das eigentliche Experiment habe ich natürlich im Dunkeln 
durchgeführt, damit nicht schon das Umgebungslicht für einen 
Kurzschlussstrom sorgt.

[Christoph E. (stoppi)]

Hier gibt es das Youtube-Video zum Planckschen Wirkungsquantum mit 
Solarzelle: https://www.youtube.com/watch?v=fyHDlteTDNw

Ein noch ausständiges Experiment ist das Kundtsche Rohr zur 
Sichtbarmachung stehender Wellen. Einige Teile dafür (Pfeife, 
Plexiglasrohr) sind schon eingetroffen, auf den Rest (Lautsprecher, 
Korkmehl) warte ich noch.

Die Frequenz der Trillerpfeife konnte ich mit Audacity zu ca. 2600 Hz 
ermitteln. Damit sollten die Korkmehlhaufen einen Abstand von ca. 6.6 cm 
(= Lambda/2) haben.

[Christoph M. (mchris)]

>Christoph E. (stoppi)

Du bist auf Hackaday:

https://hackaday.com/2023/08/18/measuring-plancks-constant-again/

Gratulation :-)

[Christoph E. (stoppi)]

Danke Christoph für den Hinweis. Und ich habe mich schon gewundert, 
warum ich an dem Tag so viele Zugriffe auf meine Homepage hatte ;-)

Auf Amazon 
(https://www.amazon.de/Fun-Trading-Pathfinders-Leonardo-Holzbaukasten/dp/B0791HNB86/) 
bin ich neulich über ein Leonardo da Vinci Katapult gestoßen. Mit meinen 
Schülern hatte ich ja schon einmal mit eher bescheidenen Erfolg ein 
Trebuchet gebaut. Da das da Vinci Katapult nur 22 Euro kostet, habe ich 
es mir natürlich gleich besorgt. Der Zusammenbau macht Spaß und das Ding 
funktioniert eigentlich sehr gut. Mit der Freeware Tracker 
(https://physlets.org/tracker/) habe ich dann die Bewegung analysiert 
und komme auf eine Geschwindigkeit von rund 58 km/h, ganz schön 
beachtlich. Die Tonkugel wird auf jedem Fall sehr ordentlich durch die 
Küche geschleudert, ähm ich meinte katapultiert...

Hier sieht man auch die High Speed Videos: 
https://stoppi-homemade-physics.de/katapult/

Dort findet man auch meinen Versuch, die Bewegung des Trebuchets mit 
Excel zu simulieren. Das wurde extrem aufwendig und das Resultat ist 
noch gelinde gesagt verbesserungswürdig.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Was mich betrifft, hätte ich Dich gerne als meinen Physiklehrer gehabt. 
Das wäre bestimmt spannend gewesen. Deine Web Präsenz ist übrigens auch 
nicht ganz Ohne. Echt toll gemacht!

Vg,
Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

Für den Versuch mit dem Kundtschen Rohr verwende ich meinen OPA549 
Leistungsverstärker. Der kann bis zu 6A liefern. Gespeist wird er von 
meinen beiden Laptop-Netzteilen dann mit +/-19V. Das Eingangssignal 
generiere ich mit einer Smartphone-Funktionsgenerator-App.

Da der Verkäufer des Korkmehls Lieferschwierigkeiten hat und die Ware 
erst im September versenden kann habe ich mich auf Amazon umgesehen und 
kleine Styroporkugeln bestellt. Link: 
https://www.amazon.de/dp/B00MX3PQ7E. Die haben einen maximalen 
Durchmesser von 3 mm. Mal schauen, ob es mit denen im Kundtschen Rohr 
klappt. Müssten morgen ankommen...

Und dann habe ich noch mit meiner Tochter eine neue Sekundärspule für 
meine DRSSTC gewickelt. Basis ist ein 7.5 cm PVC-Rohr, welches auf 50 cm 
Länge bewickelt ist. Bei der alten Spule gab es leider Lichtbögen 
zwischen einzelnen Windungen. Jetzt isoliere ich sie noch mehrmals mit 
Lack und dann werde ich sie testen.

[Henrik V. (henrik_v)]

Christoph E. schrieb:

> Die Frequenz der Trillerpfeife konnte ich mit Audacity zu ca. 2600 Hz
> ermitteln.

Leider heute nicht mehr so vielseitig verwendbar ;)

https://de.wikipedia.org/wiki/John_T._Draper

aka Captain Crunch

[Jack V. (jackv)]

Nix für ungut, aber 8MB für einen verrauschten Screenshot sind dann doch 
leicht übertrieben …

[Christoph E. (stoppi)]

@Henrik: Danke für den Link, kannte ich noch nicht ;-)

@Jack: Ich habe versehentlich das Bild mit der hohen Auflösung 
hochgeladen. Verkleinere ja all meine Bilder für hier bzw. meine 
Homepage auf ca. 1000x750 Pixel. Als ich es dann bemerkt habe, war es 
schon zu spät...

Die Styroporkügelchen sind gestern bereits angekommen. Mit rund 3-4 mm 
Durchmesser waren sie aber ein wenig zu groß für das Experiment. Also 
bin ich die wohl dämlichste Arbeit die es gibt angegangen und habe ca. 
600 Kugeln mit der Nagelschere geviertelt. Das tue ich mir bestimmt 
nicht noch einmal an.

Jetzt bekomme ich schöne stehende Wellen für die Grundschwingung (lambda 
= 2*L, f = 250 Hz) und die erste Oberschwingung (lambda = L, f = 500 
Hz). Bei 750 Hz ist dann die Ausbildung der Schwingungsbäuche nur noch 
sehr gering. Mein 5W Lautsprecher ist zu schwach dafür. Betreibe ihn an 
meinen Leistungsverstärker eh schon total über dem Limit (0.75A bei 19V 
Amplitude). Deshalb wird er nach wenigen Sekunden auch brennheiß und ich 
muss ihn wieder abkühlen lassen. Vielleicht hole ich mir noch einen 
leistungsstärkeren Lautsprecher und lasse dann eine Verjüngung zur 
Ankopplung ans Rohr 3d-drucken.

Die Schallgeschwindigkeit habe ich auch bestimmt. Bei der ersten 
Oberschwingung bei f = 503 Hz betrug der Abstand der beiden 
Schwingungsbäuche 35 cm (= lambda/2). Daher ergibt sich die 
Schallgeschwindigkeit zu c = 503 * 0.7 = ca. 350 m/s.

Lustig zu beobachten sind auch die sich bildenden Rippel im Abstand von 
ca. 2 cm. Sind das einfach nur Oberwellen oder hat es eine andere 
Bewandtnis mit ihnen?

[Henrik V. (henrik_v)]

2cm -> 4cm periode -> f~8,5kHz mmhh

[John B. (craftsman)]

Christoph E. schrieb:
> 600 Kugeln mit der Nagelschere geviertelt

Respekt. DAS nenne ich Motivation.

Christoph E. schrieb:
> Sind das einfach nur Oberwellen oder hat es eine andere
> Bewandtnis mit ihnen?

Vielleicht ein elektrostatisches Phänomen? Du könntest prüfen, ob sich 
das bei erhöhter Luftfeuchtigkeit ändert. Oder das Rohr antistatisch 
auswischen.

[Henrik V. (henrik_v)]

Mechanische Resonanz des Rohrs? (c von Plexiglas?)
Mit Mik und Audacity oder Mobilapp mal Spektrum ansehen? Amplitude ist 
ja zu erwarten.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für eure Kommentare zum Kundtschen Rohr...

Im Buch "15 dangerously mad projects for the evil genius" von Simon Monk 
bin ich unlängst auf zwei einfache Schaltungen zur Sprachmodulation 
eines Lasers gestoßen. Die Schaltpläne habe ich etwas auf meine 
Bedürfnisse abgestimmt und dann gleich die Teile dafür besorgt, z.b. ein 
Audioverstärkermodul 
(https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/product_info.php?cPath=222_361&products_id=5337).

Bei Neuhold-Elektronik in Graz gibt es zum Glück fast alles und auch 
noch verbleites Lötzinn.

Das Experiment funktioniert recht gut und man kann mit dem schwachen 
5mW-Laser entweder ein über Klinke eingespeistes Audiosignal oder die 
über ein Elektretmikrofon eingespeiste Stimme übertragen. Für größere 
Distanzen muss dann natürlich auf einen stärkeren Laser zurückgegriffen 
werden.

Hier auf meiner Homepage findet man jetzt 4 verschiedene Schaltungen zur 
Laser/LED-Modulation: 
https://stoppi-homemade-physics.de/lasermodulation/

[Christoph E. (stoppi)]

Eine Spielerei hätte ich noch und zwar die Bestimmung der 
Erdbeschleunigung mittels Arduino. Basis bildet die Formel für den 
freien Fall: s = 1/2  g  t². Mit Potentiometer und Taster wird die 
Fallhöhe s eingegeben. Eine Metallkugel wird mit einem Elektromagneten 
(Solenoid) zunächst in Position gehalten und dann freigelassen. Dabei 
wird die Startzeit t1 ermittelt. Die frei fallende Kugel trifft auf eine 
Waage und löst die Stoppzeit t2 aus. Daraus lässt sich dann g berechnen 
und der Wert wird am Display angezeigt.

Das Solenoid und die Wägezelle (100 g damit die Waage sensibel genug 
ist) habe ich auf Amazon bestellt. Der Elektromagnet wird aber sehr 
warm, sodass ich ihn im Experiment so kurz wie möglich eingeschaltet 
lasse. Hoffentlich hält er die Metallkugel stabil genug, wenn er diese 
gegen einen Metallwinkel drückt. Mal schauen...

[Jack V. (jackv)]

Christoph E. schrieb:
> Eine Metallkugel wird mit einem Elektromagneten
> (Solenoid) zunächst in Position gehalten und dann freigelassen. Dabei
> wird die Startzeit t1 ermittelt. Die frei fallende Kugel trifft auf eine
> Waage und löst die Stoppzeit t2 aus.

Meine Lösung wären zwei Lichtschranken gewesen. Je nach 
Genauigkeitsanspruch vermiesen dir hier zwei Effekte die Messung: das 
Magnetfeld des Elektromagneten ist beim Abschalten nicht schlagartig 
Null, und beim Aufprall der Kugel auf die Wägezelle spielt 
Massenträgheit eine Rolle.

[Joe G. (feinmechaniker)]

Jack V. schrieb:
> beim Aufprall der Kugel auf die Wägezelle spielt Massenträgheit eine Rolle.

Die Waage, genauer der Biegebalken mit Dehnmesstreifen für die 
Verformung, misst doch eine Kraft (Stoßkraft). Welche Massenträgheit 
sollte hier eine Rolle spielen?

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

Christoph E. schrieb:
> Die frei fallende Kugel trifft auf eine
> Waage und löst die Stoppzeit t2 aus.

Den Aufprall auf der Waage kann auch mit dem Oszi dargestellt werden. Es 
lassen sich so auch unterschiedliche Dämpfungseigenschaften von Stoffen 
auf die die Kugel fällt, untersucht werden.

[Jack V. (jackv)]

Joe G. schrieb:
> Die Waage, genauer der Biegebalken mit Dehnmesstreifen für die
> Verformung, misst doch eine Kraft (Stoßkraft). Welche Massenträgheit
> sollte hier eine Rolle spielen?

Der Träger des Messstreifens verformt sich nicht direkt beim ersten 
Kontakt mit der Kugel so, dass es registriert wird; er muss sich selbst 
erstmal in Bewegung setzen. Das setzt einen gewissen Energieübergang 
voraus, der nicht in Nullzeit stattfinden kann.

In welchem Maß sich das auswirkt, weiß ich nicht – dass es aber eine 
Auswirkung haben muss, halte ich für einigermaßen feststehend. Deswegen 
die Einschränkung „je nach Genauigkeitsanspruch“ – mag sein, dass es für 
Christophs Zielpräzision völlig ausreichend ist.

[John B. (craftsman)]

Joe G. schrieb:
> Die Waage, genauer der Biegebalken mit Dehnmesstreifen für die
> Verformung, misst doch eine Kraft (Stoßkraft). Welche Massenträgheit
> sollte hier eine Rolle spielen?

Die Verformung bis zu einem registrierbaren Signal geschieht in der 
Realität während einer bestimmten Zeit und während dessen mird Masse des 
Dehnungsmessstreifens bewegt, also beschleunigt.

Die Frage ist, wie stark die dabei auftretende Verzögerung des Signals 
durch die Trägheit ins Gewicht fällt.

PS:Jack war schneller :-)

[Christoph E. (stoppi)]

Für kurze Kraftstöße ist der HX711 ungeeignet, da er maximal nur 80 
Messungen pro Sekunde durchführen kann. Zur Aufzeichnung solcher 
verwende ich eine Schaltung mit Operationsverstärker, dessen Ausgang 
dann direkt mit einem Oszilloskop verbunden ist. Wie man am Graphen 
sehen kann ist etwa der Aufprall eines Tennisballs nach 5 ms schon 
wieder vorbei. Das kann man auch sehr schön mit meiner Casio Exilim High 
Speed Kamera überprüfen...

Lichtschranken wollte ich dieses mal bei der Bestimmung von g nicht 
einsetzen und auf eine andere Methode setzen. Ich habe natürlich einige 
Einflüsse, die mir die Messgenauigkeit versalzen wie 
Auslösegeschwindigkeit des Hubmagneten, Reaktionszeit der Wägezelle, 
Startzeitpunkt vor dem Auslösen des Magneten oder nach dem Befehl, 
Luftwiderstand usw.

Die Genauigkeit muss jetzt nicht enorm hoch sein, mit g = 10 m/s² wäre 
ich schon zufrieden ;-)

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

Christoph E. schrieb:
> Die Genauigkeit muss jetzt nicht enorm hoch sein, mit g = 10 m/s² wäre
> ich schon zufrieden ;-)

g=9,5 m/s² wäre ein nicht geschummelter Wert bei dem Versuch. ;-)
Der Ball fällt ja nicht im Vakuum.

[Christoph E. (stoppi)]

Nachdem die Halterung für den Hubmagneten fertig ist, konnte ich eine 
erste Messreihe durchführen. Ergebnis: g = ca. 9.50 m/s². Die Schaltung 
spinnt manchmal aus unerklärlichen Grund, dem werde ich noch nachgehen. 
Ansonsten sind die Ergebnisse reproduzierbar und einigermaßen 
zufriedenstellend. War ja auch nur eine Spielerei zwischendurch ;-)

[Gerhard O. (gerhard_)]

Das nenne ich Physik in Aktion! Echt toll wie so Vieles mit bescheidenen 
Mitteln von Dir realisiert wurde. Ich hoffe, Deine Schüler schätzen so 
einen Lehrer wie Du es bist. Ich bin begeistert von den vielen Berichten 
und Deiner Webpräsenz.

Wie schwer war es den ADC Spitzenwert beim Aufprall zu erfassen? Sollte 
die externe Erfassung zu langsam sein, könnte man vielleicht einen 
Instrumentverstärker mit folgender Analog Spitzenwert Schaltung dem 
internen AVR ADC vorschalten. Dann kann sich der ADC Zeit lassen.

Da der interne AVR ADC viel schneller ist, wäre es möglicherweise auch 
ausreichend den Instrumentverstärker einfach dem AVR vorzuschalten und 
die Spitzenwerterkennung in FW machen. 10-bit sollten da schon 
ausreichend sein. Vielleicht kommst Du dann auf g +/- 1-2%, oder besser.

Es wäre auch interessant, das Experiment in einer dichten Plexiglass 
Röhre zu wiederholen und so gut es geht evakuieren. Ich habe aus der 
Bucht einige Diaphgrampumpen.  Damit komme ich auf -0.3 Bar Vakuum. Das 
könnte schon einen meßbaren Unterschied bewirken.

VG,
Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe den freien Fall noch mit Excel mit und ohne Luftwiderstand 
simuliert. Ohne Luftwiderstand komme ich logischweise auf eine 
Erdbeschleunigung von g = 9.81 m/s². Mit Luftwiderstand (c_w = 0.45 für 
eine Kugel, m = 4.10 g, A = 78.5 mm², Luftdichte = 1.25 kg/m³) erhalte 
ich eine Erdbeschleunigung von 9.796 m/s².

Meine doch recht deutliche Abweichung mit g = 9.50 m/s² liegt also nicht 
am Luftwiderstand, sondern anderen Messeinflüssen...

[Christoph E. (stoppi)]

Ca. im Jahr 2007 habe ich schon einmal einen grünen DPSS-Laser (diode 
pumped solid state) gebastelt. Die Basis bildete eine 
808nm-IR-Laserdiode und ein Nd:YVO4-KTP-Kristall. Der Nd:YVO4-Kristall 
wandelt die 808 nm in 1064 nm um. Der KTP-Kristall verdoppelt dann die 
Frequenz, sodass grünes Laserlicht mit 532 nm ensteht.

DPSS-Laser werden zunehmend von reinen Diodenlaser abgelöst, aber ich 
finde die 532 nm nach wie vor als das schönste grün. Neulich bin ich 
dann bei ebay.com über einen günstigen Nd:YVO4-KTP-Kristall gestolpert. 
Den musste ich natürlich gleich kaufen. Die passenden 
808nm-IR-Laserdioden mit 500 mW Leistung wurden gleich mitgeordert.

Der Aufbau ist aber alles andere als einfach und nichts für Ungeduldige. 
Der IR-Laserstrahl muss ganz genau auf den Eintritt des 
Nd:YVO4-KTP-Kristalls fokussiert werden. Erst dann kann man mit Geduld 
dem Kristall grünes Laserlicht entlocken. Der Wirkungsgrad liegt bei nur 
20%. Das heißt, bei 500 mW Pumpleistung kann bestenfalls mit 100 mW 
grünem Laserlicht gerechnet werden. In meinem Fall sind es viel, viel 
weniger. Aber wenn man nach etlichen Versuchen dann das erste grüne 
Laserlicht erblickt, freut man sich sehr. Wirtschaftlich ist der gesamte 
Aufbau natürlich nicht. Fix und fertige grüne DPSS-Laser bekommt man für 
kleines Geld nachgeworfen.

Link zu mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/dpss-laser/

[Christoph E. (stoppi)]

Vor mehr als 15 Jahren habe ich teilweise mit aus einem DVD-Brenner 
ausgeschlachteten Teilen (halbdurchlässiger Spiegel, Laserdiode) ein 
Michelson-Interferometer gebastelt. Das hat auch sehr gut funktioniert 
und ich kann mich noch gut an die Freude erinnern, als ich die ersten 
Interferenzstreifen sehen konnte.

Nun bin ich im Phywe-Katalog 
(https://www.phywe.de/physik/licht-und-optik/beugung-und-interferenz/magnetostriktion-mit-dem-michelson-interferometer_27239_29252/) 
auf eine Anwendung des Michelson-Interferometers gestoßen und zwar die 
Magnetostriktion. Ferromagnetische Stoffe ändern dabei ihre Länge, wenn 
sie einem magnetischen Feld ausgesetzt werden. Diese Längenänderung 
spielt sich im µm-Bereich ab. Dies lässt sich aber mit einem 
Interferometer "leicht" nachweisen.

Der sog. Magnetostriktionskoeffizient delta_L/L_0 = (L - L0)/L0 gibt die 
relative Längenänderung an. Jetzt könnte man natürlich behaupten, da 
fehlt ja komplett die Magnetfeldabhängigkeit dieser relativen 
Längenänderung. Und in der Tat wächst zunächst diese Längenänderung mit 
zunehmenden Magnetfeld H an. Sie erreicht dann aber einen bestimmten 
konstanten Wert, den man eben in Tabellen wiederfindet. Für Nickel 
beträgt dieser ca. -50 * 10^-6 ab magnetischen Feldstärken um die 60000 
A/m. Ein 1 m langer Nickelstab ändert also bei H > 60000 A/m seine Länge 
um -50 µm, er wird also konkret kürzer.

Für das Experiment habe ich mir einen 10 cm langen Nickelstab günstig 
bestellt. Demnach erwarte ich eine Längenänderung von rund 5 µm. Die 
Auflösung mit dem Michelson-Interferometer beträgt ja ca. lambda/4, also 
bei roten Laserlicht 160 nm. Dürfte also kein wirkliches Problem sein, 
die Interferenzringe wandern zu sehen, wenn der Nickelstab einem 
ändernden Magnetfeld ausgesetzt wird.

Oberflächenspiegel von Astromedia habe ich hier bestellt: 
https://pgi-shop.de/astromedia/lenses-mirrors-foils/mirror/

Die Aluminiumteile für den mechanischen Aufbau (5 mm starke Grundplatte 
mit den Abmessungen 30 x 20 cm) kommen von 
https://www.cncshop.at/Aluminium-Platte-AlMg45Mn-H111-5-mm-x-200-mm-x-300-mm-mm-Alu-je-Stk

Druckfedern hatte ich noch im Fundus, genauso wie einen roten 100 mW 
Laser. Passende M3 Schrauben mit Inbuskopf habe ich bei Amazon geordert. 
Einen halbdurchlässigen Spiegel hatte ich zum Glück auch noch von meinen 
vorangegangenen Optikprojekten.

Weiterführende Links zum Thema Magnetostriktion:
https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetostriktion
https://www.spektrum.de/lexikon/physik/magnetostriktion/9390
https://www.researchgate.net/figure/Magnetostriction-curves-characteristic-of-Ni-thick-and-Fe-thin_fig3_321387980
https://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Magnetostriction

Wenn die bestellten Teile angekommen sind und ich weiterbasteln konnte, 
berichte ich von meinen Fortschritten. Und wenn ich wo nicht weiterkomme 
habe ich zumindest tatkräftige Unterstützung von shady, dem Hund meiner 
Tochter ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Da das feine Korkmehl aus Portugal eingetroffen ist, konnte ich noch 
weitere Versuche mit meinem Kundtschen Rohr machen. Mit Trillerpfeife 
funktionierte es leider nicht und ich konnte keine Schwingungsbäuche und 
-knoten ausmachen. Mit Leistungsverstärker + Lautsprecher klappte es 
aber dann. Bei f = 600 Hz (Grundschwingung), 1216 Hz (erster Oberton) 
und 1740 Hz (zweiter Oberton) konnte ich schöne stehende Wellen 
beobachten.
Für 1740 Hz waren insgesamt 3 Schwingungsbäuche zu beobachten mit einem 
Abstand von jeweils 10 cm = lambda/2.
Daraus ergibt sich die Schallgeschwindigkeit zu c = lambda * f = 0.2 * 
1740 = 348 m/s, was sehr gut passen würde.
Der Versuch mit dem Kundt'schen Rohr ist somit abgeschlossen...

[Christoph E. (stoppi)]

Der Bau des Michelson-Interferometers schreitet voran, nachdem diese 
Woche die Aluteile eingetroffen sind. Die Platten mit den M3-Gewinde 
musste ich aber zweimal schneiden, nachdem die Schrauben beim ersten Mal 
nicht im Gewinde hielten. Jetzt warte ich noch auf die 
Oberflächenspiegel und den Nickelstab...

Unter einem der Oberflächenspiegel werde ich einen Piezosummer 
montieren, damit ich dessen Position elektrisch verändern kann. Also 
quasi der Versuch zur Elektrostriktion.

[Christoph E. (stoppi)]

So, die simple Piezoansteuerung mittels Spannungsteilerpotentiometer ist 
fertig. Aus Versuchen mit meinem Fabry-Perot-Interferometer weiß ich, 
dass die Längenänderung pro Volt ca. im Bereich von 400 nm liegt. Mit 
der 9V Batterie kann ich also einen größeren Bereich abdecken...

Die Grundplatte hat nun Füße und die ersten Komponenten sind darauf 
festgeschraubt. Die Spule für die Magnetostriktion ist auch schon 
fertig. Ihr ohmscher Widerstand beträgt 6.4 Ohm und die Flussdichte B 
beträgt 2.2 mT pro Volt. Das entspricht einer magnetischen Feldstärke 
von 1751 A/m pro Volt. Gehe ich also mit der Spannung bis auf 30 V rauf, 
erziele ich damit eine Feldstärke von 52530 A/m. Damit komme ich in die 
Gegend der gesättigten Magnetostriktion bei Nickel (siehe obiger Graph 
Michelson-Interferometer_45). Das würde also auch einigermaßen passen, 
mal schauen...

[Christoph E. (stoppi)]

Der 10 cm lange Nickelstab (Durchmesser 8 mm) ist angekommen und ich 
konnte axial vorsichtig ein M3-Gewinde hineinschneiden. Damit fixiere 
ich die Spiegelhalterung. Jetzt warte ich eigentlich nur noch auf die 
Oberflächenspiegel von Astromedia, dann kann ich schön langsam den 
Aufbau finalisieren...

Auf Amazon habe ich mir noch 8 mm und 12 mm Wellenhalterungen bestellt 
für den Nickelstab bzw. die Aufweitungslinse am Ausgang des 
Michelson-Interferometers.

Links:
https://www.amazon.de/dp/B086TYFVK7
https://www.amazon.de/gp/product/B07QDHMXCK

[Christoph E. (stoppi)]

Die Oberflächenspiegel von Astromedia sind angekommen. Ganz perfekt ist 
ihre Oberfläche leider nicht. Mal schauen, ob dies einen negativen 
Einfluss auf die Ergebnisse hat. Jetzt fehlen nur noch die beiden 
Wellenhalterungen. Die sollten morgen und am Samstag ankommen...

Und dann habe ich meinen Mini-Marxgenerator angeworfen. Gespeist wird er 
von einem 3kV/DC HV-Modul. Gibt dann am Ausgang schöne Entladungen von 
ca. 15 mm Länge. Einen deutlich größeren Marxgenerator mit ca. 150 kV am 
Ausgang habe ich ja schon vor längerer Zeit gebastelt.

Hier der Link dazu: https://stoppi-homemade-physics.de/marxgenerator/

[Wegstaben V. (wegstabenverbuchsler)]

um es nochmal zu erwähnen:

Ich finde das absolut großartig, wie du McGyver mäßig aus "fast nix" 
wundervolle Experimente zusammen baust und dokumentierst!

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank für deinen netten Kommentar, Wegstabenverbuchsler. Das ist 
eigentlich die Intention meiner Physikprojekte. Mit wenig Geld und 
einfachen Werkzeug anspruchsvollere Experimente umzusetzen...

Heute ist die 8 mm Wellenhalterung angekommen und so konnte ich den 
Aufbau fortsetzen und erstmals testen. Es sind schöne 
Interferenzstreifen zu sehen, Heureka...

Jetzt muss ich nur noch die Halterung für die Aufweitungslinse 
montieren, dann kann ich die Magnetostriktion überprüfen. Die 
Elektrostriktion mit dem Piezoelement habe ich bereits durchgeführt. Ich 
erhalte bei 0-8V so ziemlich genau eine vollständige Wanderung der 
Interferenzstreifen, also eine Wegänderung von lambda/2 = ca. 325 nm. 
Das ist weniger als gedacht. Ich werde die Piezoscheibe noch mit mehr 
Spannung ansteuern und die Wanderung der Streifen kontrollieren...

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe heute den Versuch zur Elektrostriktion mit der Piezoscheibe für 
Spannungen von 0-24V wiederholt und das Interferenzmuster wandert dabei 
um 3 vollständige Ringe, was einer Wegänderung von 3 * lambda/2 = ca. 
1000 nm entspricht. Die Piezoscheibe verändert also ihre Dicke um 
1000/24 = ca. 40 nm/Volt. Das ist wie schon gesagt weniger als gedacht. 
Soweit ich das richtig in Erinnerung habe, hat sich der Piezo im 
Fabry-Perot-Interferometer um ca. 325 nm/V gedehnt. Müsste es aber noch 
einmal überprüfen. Wundert mich aber, wenn dermaßen große Unterschiede 
zwischen den Piezos bestehen würde...

Und dann habe ich noch den Versuch zur Magnetostriktion durchgeführt. 
Ich konnte eine schöne Wanderung der Interferenzstreifen beim Anlegen 
des Magnetfelds beobachten. Diese rührt eindeutig vom Magnetfeld her und 
nicht von einer eventuellen Erwärmung des Nickelstabs in der Spule, da 
ich die Richtung der Wanderung durch Reduzierung des Magnetfelds wieder 
gleich umkehren konnte.

Wenn ich die Spannung an der Spule von 1.4 V auf 3.4 V erhöhe, wandert 
das Interferenzmuster um 1 kompletten Ring, was einer Wegänderung von 
Lambda/2 = 325 nm entspricht. Das Magnetfeld der Spule beträgt im 
Inneren 1751 A/m pro Volt. Ich gehe von einem mittleren Magnetfeld von 
1500 A/m pro Volt aus. Also hat sich das Magnetfeld bei einer 
Spannungserhöhung um 2 V um 3000 A/m gesteigert. Die Länge des 
Nickelstabs innerhalb der Spule betrug ca. 7 cm. Also ergibt dies eine 
relative Längenänderung von 325 nm/0.07 m bei einer Magnetfeldsteigerung 
um 3000 A/m. Die Steigung macht also 1.55 * 10^-9 1/A/m aus.

Ich habe dann die Anfangssteigungen der relativen Längenänderung anhand 
mehrerer Graphen bestimmt. Bei einer Abbildung komme ich auf eine 
relative Längenänderung von 1.68 * 10^-9 pro A/m. Das würde sehr gut 
passen. In einem anderen Graphen beträgt die Anfangssteigung allerdings 
5 * 10^-9 pro A/m. Also unterscheiden sich auch die Internetquellen 
gehörig...

[Gerhard O. (gerhard_)]

Moin,

Ist es möglich, daß die Piezoscheibe in so einer Weise ungünstig 
montiert ist, so dass die freie Bewegung der Zentralregion der Scheine 
etwas behindert wird?

Vielleicht montiere die Piezoscheibe so, daß sie in 120 Grad Abständen 
nur an den Seiten gehalten wird. Dann kann sich der Transducer frei 
bewegen. Auch ein kleiner Lautsprecher (Hörkapsel) ließe sich dafür 
verwenden. Dann brauchst Du halt stabile Stromeinstellung für die 
Bewegung der Membrane.

Die Sensecomp Series 6500 Transducer dürften sich auch dafür gebrauchen 
lassen; allerdings wird dazu eine viel grössere Spannung notwendig sein.

Ich verwendete vor Jahren als Experiment auch so ein Verfahren um einen 
DRO auf 10GHz in einer PLL als "Abstimmdiode" missbraucht, abzustimmen.

Das ist für mich übrigens eines Deiner tollsten Experimente. Hätte 
selber Lust es im Winter nachzuvollziehen.

Gerhard

[Christoph E. (stoppi)]

Möchte man anstelle der Interferenzstreifen Ringe erhalten, muss man 
eine Sammellinse (Anm.: Meine stammt wieder von Astromedia und besitzt 
eine Brennweite von f = 26.5 mm) in einen der beiden Michelson-Arme 
einbauen.

Anhand der Interferenzringe sieht man eine Wanderung des 
Interferenzbilds etwas besser als bei den Streifen. Ich habe aber nach 
wie vor leichte Probleme mit der Elektrostriktion und Magnetostriktion. 
Bei der Elektrostriktion wandert das Muster einigermaßen kontinuierlich, 
wenn ich die Piezospannung verstelle. Allerdings nur um ca. 1 Ring bei 8 
V, was mMn deutlich zu wenig ist. Dies wären nämlich nur ca. 40 nm/V. 
Ich habe deshalb neue Piezoscheiben bestellt. Wenn diese angekommen 
sind, teste ich sie gleich…

Bei der Magnetostriktion wandern zwar mehr Ringe, aber es ist keine so 
schöne stetige Veränderung des Musters feststellbar. Vielmehr scheint 
das Muster bei Veränderung des Magnetfelds zu springen. So kann ich dann 
nur schwer sagen, wieviele Ringe es weitergewandert ist. Auch darum 
werde ich mich noch kümmern. Wenn ich die Spiegel mit der Hand bewege, 
wandert das Muster aber wie zu erwarten ist, sehr stark. Von daher 
scheint es einmal prinzipiell mit den Interferenzen zu passen.

[Christoph E. (stoppi)]

Eine sehr einfache Schaltung zum Thema magnetische Levitation habe ich 
noch im Köcher. Benötigt wird ein Hallsensor SS495, ein 
Operationsverstärker, paar Widerstände und Kondensatoren, ein IRF4905 
und eine Spule Kupferlackdraht.

Mit dem Potentiometer kann der optimale Arbeitspunkt eingestellt 
werden...

[Christoph E. (stoppi)]

Meinen Induktionsheizer basierend auf der bekannten ZVS-Schaltung 
(Mazzilli-Konverter) habe ich noch nicht gezeigt. Bei 16 V 
Eingangsspannung zieht die Schaltung knapp 5.5 A. Als Testobjekt habe 
ich eine Schraube genommen. Diese bringt man nach einiger Zeit zur 
Rotglut...

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

[Christoph E. (stoppi)]

Nach zweimonatiger Absenz melde ich mich mit einigen abschließenden 
neuen Projekten zurück.

1.) Bragg-Reflexion von 60 keV Gammastrahlung an LiF-Einkristall:

Dankenswerterweise bekam ich von der Firma Korth Kristalle 
(https://www.korth.de/) kostenlos einen Lithiumfluorid-Einkristall 
zugesandt. Vielen lieben Dank dafür, ich habe mich riesig darüber 
gefreut.
In meinem Briefkasten befanden sich aber auch 5 NaCl-Einkristalle der 
Firma FIAS (http://www.fias.at/). Auch darüber habe ich mich sehr 
gefreut, vielen Dank dafür an Frau Elisabeth Firsching...

Ich werde aber aufgrund der geringeren Gitterkonstante den LiF-Kristall 
ausprobieren. Anstelle von Röntgenstrahlung versuche ich es mit der 60 
keV Gammastrahlung von Americium-241. Da deren Energie verglichen mit 
Röntgenstrahlung sehr hoch ist, benötige ich für ausreichend große 
Bragg-Winkel eben eine möglichst geringe Gitterkonstante des 
Einkristalls.

Für den mechanischen Aufbau habe ich über willhaben.at gebrauchtes 
Matador-Holzspielzeug und über ebay Winkelschablonen bestellt. Als 
Detektor dient mein Geiger-Müller-Zählrohr.

2.) Kugelpendel

Lässt man eine Metallkugel auf einem sphärischen Hohlspiegel los, so 
vollführt diese Schwingungen. Die Periodendauer der Schwingung ist 
gleich 2*Pi*Wurzel(R/g). Durch Messung dieser kann also der 
Krümmungsradius R und daraus die Brennweite f = R/2 des Hohlspiegels 
bestimmt werden.

3.) Pulsmesser mit IR-LED und IR-Fototransistor

Hier werde ich die relativ einfache Schaltung mit einer IR-LED und einem 
IR-Fototransistor umsetzen.

4.) Newtonsche Ringe

Auf aliexpress wird ein Apparat zur Erzeugung Newtonscher Ringe sehr 
günstig angeboten. Diesen bestellte mir ein netter Forumskollege aus der 
Schweiz für mich, da ja aliexpress seit 2023 weitestgehend nicht mehr 
nach Österreich versendet. Beleuchtet wird der Apparat mit einem grünen 
DPSS-Laser und Aufweitungsoptik. Für die Radien der Newtonschen Ringe 
gilt dann die Beziehung r² = k * n (n...Zählvariable). Diese Formel 
werde ich dann mittels der Software "Tracker" überprüfen.

5.) Da ich mir leider einen der beiden Lautsprecher meines 
Lissajous-Laserprojektors zerstört habe, musste ich mir neue 
Lautsprecher über ebay besorgen. Zur Erzeugung der Lissajous-Figuren 
werde ich einen Lautsprecher an einen 4V/50Hz Trafo hängen und den 
zweiten Lautsprecher mit meinem Leistungsverstärker und 
Funktionsgenerator-App ansteuern.

6.) Kennlinie einer Solarzelle und Experiment mit Solarzelle
Zur Aufnahme der Kennlinie einer Solarzelle habe ich mir über Amazon 
eine Widerstandsdekade besorgt. Damit kann ich stufenweise Widerstände 
zwischen 0 und 9.999999 Megaohm einstellen. Weiters werde ich 
überprüfen, ob zwischen Kurzschlussstrom und Beleuchtungsintensität ein 
linearer Zusammenhang besteht. Bei einem schönen Experiment werde ich 
dann die Solarzelle mit einer 12V/50W Halogenlampe unter verschiedenen 
Winkeln und Entfernungen beleuchten. Der Kurzschlussstrom müsste dann 
ein Maximum aufweisen...

7.) Elastizitätsmodul
Das Elastizitätsmodul von verschiedenen Materialien werde ich einmal 
mittels Drahtdehnung und dann mittels Biegung einer Metallleiste 
bestimmen. Zur Ermittlung der Kraft F zur Verbiegung der Metallleiste 
habe ich mir günstig über Amazon eine Kofferwaage besorgt.

8.) Elektrochemische Spannungsreihe
Zur Aufstellung der elektrochemischen Spannungsreihe habe ich mir einige 
Metalle besorgt. Konkret Nickel, Kupfer, Aluminium, Eisen, Zink, Silber, 
Titan, Wolfram und Blei. Diese werde ich in eine Zitrone stecken und die 
Spannung messen.

9.) Regel von Dulong-Petit
Die Regel von Dulong-Petit besagt, dass die molare spezifische 
Wärmekapazität von Festkörpern 3 * Gaskonstante R betragen soll. Daher 
werde ich die spezifische Wärmekapazitäten von Kupfer, Aluminium und 
Eisen bestimmen. Hierzu erwärme ich die Metallwürfel in einem kochenden 
Wasserbad und bestimme dann die Mischungstemperatur mit kalten Wasser. 
Zum Schluss rechne ich die spezifischen Wärmekapazitäten in J/kg*°C ind 
J/mol*°C um und hoffe 3R für alle Metalle zu erhalten.

10.) Bestimmung des Adiabatenkoeffizienten von Luft nach 
Clement-Desormes
Mit der Methode nach Clement-Desormes lässt sich einfach der 
Adiabatenkoeffizient von Gasen/Luft bestimmen. Hierfür pumpe ich einen 
Behälter auf einen bestimmten Überdruck auf und lasse dann die Luft 
schnell aus. Bei dieser adiabatischen Zustandsänderung kühlt die Luft 
ab. Danach verschließt man das Ventil und der Innendruck beginnt dann 
durch die langsame Erwärmung wieder zu steigen. Aus dem erzielten 
Endüberdruck und den Überdruck zu Beginn lässt sich der 
Adiabatenkoeffizient berechnen. Für Luft sollte dieser bei 1.4 (5 
Freiheitsgrade) liegen. Als Drucksensor kommt der Adafruit MPRLS zum 
Einsatz. Diesen habe ich auch über Amazon 
(https://www.amazon.de/dp/B07Q5TCTBZ) bestellt.

[Christoph E. (stoppi)]

Da ich heute die Solarzelle und die 12V-Halogenlampe besorgt habe, 
konnte ich den Kurzschlussstrom I der Solarzelle in Abhängigkeit von der 
Lampenleistung P aufzeichnen. Eigentlich hätte ich mit einem schön 
linearen Zusammenhang gerechnet. Der Graph weicht davon aber "leicht" 
ab. Warum dies so ist, ist mir im Moment schleierhaft.

Als nächstes werde ich mit meiner gekauften Widerstandsdekade die 
Kennlinie I(U) der Solarzelle aufnehmen. Und dann habe ich noch einen 
schönen Versuch mit der Solarzelle vor, bei dem es theoretisch um eine 
Extremwertaufgabe geht...

[Johannes S. (demofreak)]

Christoph E. schrieb:
> Der Graph weicht davon aber "leicht"
> ab. Warum dies so ist, ist mir im Moment schleierhaft.

Vlt deswegen, weil bei geringerer Lampenleistung mehr Rot-Anteile im 
Lampenlicht sind und die Solarzelle dort weniger empfindlich ist?

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank Johannes für deinen wertvollen Kommentar, das wird wohl der 
Grund sein. Habe mir die spektrale Empfindlichkeit von Solarzellen 
angeschaut und die steigt bei Wellenlängen < 1200 nm bzw. < 900 nm stark 
an. Von daher liegt die Plankkurve der Halogenlampe bei niedrigen 
Leistungen noch viel zu weit im Infraroten 😉 Danke also nochmals...

[Christoph E. (stoppi)]

Das Extremwert-Experiment mit der Solarzelle konnte ich auch schon 
durchführen. Dabei befindet sich die Solarzelle im horizontalen Abstand 
a = 30 cm vom Lampenstativ. Die Höhe h der Lampe über der Solarzelle 
wurde zwischen 100 cm und 0 cm variiert.

Laut Theorie sollte der Kurzschlussstrom bei a/Wurzel(2) = 30/Wurzel(2) 
= 21.2 cm ein Maximum aufweisen. Mein experimenteller Graph weist bei 
rund 20 cm sein Extremum auf, was sehr gut zur Theorie passt...

[Christoph E. (stoppi)]

Nachtrag zu meinen Versuchen mit einer Solarzelle: Kennlinie I(U) und 
abgenommene Leistung P in Abhängigkeit vom Lastwiderstand R. Da die 
Leistung dann maximal wird, wenn der Lastwiderstand gleich groß wie der 
Innenwiderstand ist, beträgt letzterer bei der Solarzelle rund 300 Ohm. 
R_i kann man sich auch aus Leerlaufspannung (rund 2 V) und 
Kurzschlussstrom (6 mA) ausrechnen...

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

Christoph E. schrieb:
> Von daher liegt die Plankkurve der Halogenlampe bei niedrigen
> Leistungen noch viel zu weit im Infraroten ...

Statt dessen versuche das Gleiche mit weißen LED.

Oder variere die Intensität der Halogenlampe über den Abstand.

[Dieter P. (low_pow)]

Der Versuch Solarzelle und 12V-Halogenlampe würde mich noch
auf eine weitere Idee bringen.Eine Halogenlampe erzeugt nicht
nur sichtbares Licht, sondern soweit mir noch in Erinnerung auch
breitbandiges Rauschen im HF-Bereich.Dies sollte mit einem
klassischen Radio mit eingebauter Ferritantenne auf Langwelle
oder Mittelwelle in der Nähe der Halogenlampe nachweisbar sein.
Ob eine Spule und ein NF-Verstärker auch reichen, weis ich nicht.
Mangels Halogenlampe hier auch nicht probierbar.Vor langer Zeit
gab es dazu mal die Idee, eine Halogenlampe als Rauschgenerator
zu verwenden.Das war vor der Internet-Zeit, eine Internetsuche
danach hat hier nur Müll geliefert.

[Christoph E. (stoppi)]

Versuch zum Kugelpendel:

Lässt man eine Kugel auf einem sphärischen Hohlspiegel ohne 
Seitwärtsbewegung los, so vollführt sie harmonische Schwingungen. Aus 
deren Periodendauer tau lässt sich der Krümmungsradius R und damit die 
Brennweite f = R/2 bestimmen. Ein Optikversuch also rein mit Stoppuhr...

Den Hohlspiegel mit möglichst geringer Brennweite habe ich auf ebay.com 
gekauft. Die Überprüfung der so ermittelten Brennweite erfolgte dann 
noch optisch mittels zweier parallel ausgerichteter Lasermodule. Während 
ich für die Brennweite mittels Stoppuhr einen Wert von f = 16.7 cm 
erhielt, lag das Ergebnis mit den beiden Lasern bei rund 13 cm...

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

[Christoph E. (stoppi)]

Versuch zur Regel nach Dulong-Petit:

Die molare spezifische Wärmekapazität von Metallen soll gleich 3*R 
(R...Gaskonstante) = 3 * 8.3 = 25 J/mol*°C betragen. Also habe ich die 
spezifischen Wärmekapazitäten von Kupfer, Aluminium und Eisen bestimmt, 
indem ich zuerst die Metallwürfel im Wasserkocher auf 100°C erhitzt habe 
und dann die Würfel in ein mit Wasser gefülltes Gefäß gab. Aus der 
Temperaturerhöhung, den Massen (Wasser und Metallwürfel) und der 
bekannten spezifischen Wärmekapazität von Wasser konnte dann c_Metall in 
J/kg*°C bestimmt werden. Mit der Molmasse der drei Metalle folgt dann 
die molare spezifische Wärmekapazität.

Meine Ergebnisse:
Aluminium: c = 968 J/kg*°C, c_mol = 26.1 J/mol*°C
Kupfer: c = 393 J/kg*°C, c_mol = 24.9 J/mol*°C
Eisen: c = 494 J/kg*°C, c_mol = 27.6 J/mol*°C

Mit den Ergebnissen bin ich eigentlich mehr als zufrieden, Heureka...

[Joe G. (feinmechaniker)]

Christoph E. schrieb:
> Während
> ich für die Brennweite mittels Stoppuhr einen Wert von f = 16.7 cm
> erhielt, lag das Ergebnis mit den beiden Lasern bei rund 13 cm...

Ich glaube, der Fehler liegt in der sehr vereinfachten Dgl.(Pendel). 
Nutzt man den Energieerhaltungssatz (siehe Anlage) konsequent 
(Rotationsenergie + Translationsenergie + potentielle Energie), dann 
kommt man bei realen Werten für eine Kugel auf die von dir ermittelten 
13 cm.

[Christoph E. (stoppi)]

@Joe: Danke für deinen Input. Warum rechnest du aber mit R = f/2? Es 
gilt ja f = R/2. Deine periodendauer stimmt daher auch nicht...

[Jonny O. (-geo-)]

Christoph E. schrieb:
> Meine Ergebnisse:
> Aluminium: c = 968 J/kg*°C, c_mol = 26.1 J/mol*°C
> Kupfer: c = 393 J/kg*°C, c_mol = 24.9 J/mol*°C
> Eisen: c = 494 J/kg*°C, c_mol = 27.6 J/mol*°C

Faszinierende Ergebnisse! Interessant ist auch der Zusammenhang von 
Dichte und spezifischer Wärmekapazität der Metalle. Je höher die Dichte, 
desto geringer die Wärmekapazität. Ist ja auch logisch, denn es stehen 
bei höherer Dichte weniger Atome bei gleicher Masse zum "Herumzappeln" 
zur Verfügung. Was mich erstaunt ist, dass die c_mol Werte der drei so 
unterschiedlichen Metalle so ähnlich sind. Müssten schwerere Atome nicht 
mehr Wärmeenergie speichern können? die kinetische Energie ist ja E = 
1/2mv². Die Energie also proportional zur sich bewegenden Masse.

Dichte:

Aluminium: 2,7 g/cm³
Eisen:     7,9 g/cm³
Kupfer:    8,9 g/cm³

[Joe G. (feinmechaniker)]

Christoph E. schrieb:
> Deine periodendauer stimmt daher auch nicht.

Weil ich mich vertan habe, einfach nochmals mit f=R/2 durchrechnen. Das 
Prinzip bleibt ja gleich. Die Kugel wird durch den zusatzlichen 
Drehimpuls langsamer.

[Christoph E. (stoppi)]

Vor etlichen Jahren habe ich einen einfachen Lissajous-Laserprojektor 
gebastelt. Leider habe ich mir unlängst einen Lautsprecher 
durchgeschossen. Also musste Ersatz her und ich habe auf ebay.com zwei 
Lautsprecher bestellt. Diese sind nun angekommen und so konnte ich den 
Projektor reparieren.

Im Gegensatz zur Schule stehen mir hier leider keine zwei 
Leistungsfunktionsgeneratoren zur Verfügung. Also musste ich 
improvisieren und hänge an einen der beiden Lautsprecher einen 4VAC/50Hz 
Trafo. Der zweite Lautsprecher wird dann von meinem 
Leistungsoperationsverstärker angesteuert. Dazu verwende ich eine 
Funktionsgenerator-App.

Die Ergebnisse waren leider nicht so schön wie mit den beiden FG in der 
Schule. Die Figuren waren verformt und zudem hatte ich eine wandernde 
Phasenverschiebung. Aber man erkennt die verschiedenen Figuren in 
Abhängigkeit vom Frequenzverhältnis...

[Henrik V. (henrik_v)]

Stereoverstärker und Soundkarte?

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für deinen Tipp, Henrik. Ich werde mir beim lokalen 
Elektronikhändler (https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/) einen 
2x15W Verstärker besorgen und den dann mit einer 
Smartphone-Funktionsgenerator-App ansteuern. So hoffe ich, dass der 
Lissajous-Projektor bei höheren Frequenzen als 50 Hz schönere Figuren 
zeichnet...

Und dann hätte ich noch ein einfaches Experiment zur Lorentzkraft, die 
sog. Stromwaage. Dabei wird die Kraft auf einen stromdurchflossenen 
Draht im homogenen Magnetfeld ermittelt, welche ja laut der Formel F = I 
 L  B sein sollte.

Schulmittelhandel: 
https://www.phywe.de/versuche-sets/hochschulversuche/stromwaage-kraft-auf-stromdurchflossene-leiter-im-magnetfeld-mit-dem-strommessgeraet_9520_10451/

Mein Experiment liefert eine Kraft von 7.97 mN pro Ampere. Laut Theorie 
sollten es um die 8.55 mN/A sein, was also recht gut passen würde...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/lorentzkraft-stromwaage/

[Christoph E. (stoppi)]

Beim letzten lokalen Elektronikladen habe ich gestern noch ein 2x10W 
Verstärkermodul für den Lissajous-Laserprojektor gekauft. Gespeist wird 
das Modul von einem sehr günstigen Frequenzgenerator mit dem XR2206. Die 
damit erzielten Figuren waren schöner/glatter als mit dem 4 VAC-Trafo. 
Damit ist dieses Projekt auch beendet...

[Christoph E. (stoppi)]

Experiment nach Clément und Désormes zur Ermittlung des 
Adiabatenkoeffizienten. Da ich das Nutellaglas nicht luftdicht bekam, 
habe ich mich für eine 1.5 Liter Getränkeflasche entschieden und das 
Ventil bzw. den Schlauchstutzen eingeklebt.

Leider ist die zweite Druckzunahme nach erfolgter adiabatischer 
Expansion geringer als erhofft. Der so ermittelte Adiabatenkoeffizient 
liegt damit mit 1.22 deutlich niedriger als der Sollwert 1.4 für 
zweiatomige Gase wie Luft.
In den meisten Fällen lag der isochore Druckanstieg noch einmal 
niedriger und daher der bestimmte Adiabatenkoeffizent bei nur etwa 1.1.

Man muss aber auch sagen, dass der erste Überdruck vor der adiabatischen 
Expansion nur wenige mbar beträgt und daher die nachfolgende 
adiabatische Temperaturabnahme sehr gering ist. Die adiabatische 
Druckabnahme erfolgt bei mir durch das dünne Fahrradventil wohl auch 
deutlich zu langsam. Aber es kann eben nicht jedes Experiment so laufen 
wie man sich das gerne wünscht ;-)

Ich wünsche Euch ein frohes Weihnachtsfest mit dem einen oder anderen 
erhofften Packerl unterm Weihnachtsbaum...

[Der G. (Firma: schlechthin) (gastgeber)]

Du bist ein total krankes Genie, ich würde dir empfehlen dich bei einer 
Rüstungsfirma oder Geheimdienst zu bewerben, oder besser gesagt, zeig 
denen diese Sachen und die werben dich an ;-D Soviel Talent muss 
sinnvoll genutzt werden. Ziehe Hut

[Christoph M. (mchris)]

Was vielleicht in Richtung der Kraftmessung am stromdurchflossenen 
Leiter geht: Ich überlege schon die ganze Zeit, wie ich die Kraft eines 
Elektromagneten messen könnte. Den Elektromagneten habe ich noch nicht 
und müsste mir einen bauen.

Meine erste Idee ist:
- M8 Schraube aus dem Baumarkt
- Spulenkörper drucken
- N-Windungen Wickeln

Es gibt verschiedene Herausforderungen:
Ist eine Baumarktschraube ein geeigneter Magnetkern?
Was soll als Eisenstück das der Elektromagnet anziehen sollte?

Die Idee wäre:
- Eisengegenstück auf ein Gewicht kleben
- das ganze  auf eine Briefwaage legen
- Magnet mit Konstantstrom darüber

Habt ihr bessere Ideen?

[Christoph E. (stoppi)]

@ Christoph M.: Ich würde sagen, Versuch macht klug. So mache ich es bei 
meinen Experimenten auch immer ;-)

Zuletzt habe ich die unterschiedlichen Experimente zur Bestimmung des 
Elastizitätsmoduls E von Metallen zusammengetragen. Ich komme auf 3 sehr 
einfache Experimente:

1.) Bestimmung des Elastizitätsmoduls E mittels Drahtdehnung.

Hier verwendet man die Beziehung Sigma = F/A = E * delta_L / L. Als 
Draht kam bei mir ein 0.2 mm Kupferdraht zum Einsatz. Zuerst wollte ich 
den Draht mit unterschiedlichen Gewichten belasten. Dabei riss mir immer 
der dünne Kupferdraht. Daher habe ich ein Ende mit der Kofferwaage 
verbunden und am anderen Ende zunehmend mit der Hand gezogen. Ich komme 
auf eine Dehnung von 3 mm bei einer "Kraft" von 1.26 kg. Das so 
ermittelte Elastizitätsmodul E liegt sehr nahe am Sollwert.

2.) Bestimmung von E mittels Biegung einer Metallleiste

Belastet man das Ende einer einseitig eingespannten Metallleiste mit der 
Kraft F, so biegt sich diese um die Strecke h durch. Es sollte eine 
lineare Beziehung F = k * h bestehen.
Die beiden Metallleisten (4 mm Stahl, 2 mm Aluminium) habe ich von 
meinem jüngsten Sohn zu Weihnachten geschenkt bekommen. Das sind dann 
immer die tollsten Geschenke für mich ;-)
Die "Federkonstante" von Stahl betrug rund 552 N/m, jene von Aluminium 
nur 55.2 N/m. Die auf diese Weise erhaltenen Werte fürs 
Elastizitätsmodul passen auch recht gut.

3.) Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Festkörpern

Vor langer Zeit habe ich einmal eine Simulations zur Wellenausbreitung 
in Festkörpern programmiert. Hierzu habe ich einfach Teilchen der Masse 
m über Federn mit der Federkonstante k mit ihren Nachbarn verbunden. 
Lenkt man das erste Teilchen ganz links einmalig aus, so breitet sich 
die Welle schön nach rechts aus. Deren Geschwindigkeit v habe ich dann 
in Abhängigkeit von k und m ermittelt und erhalte als Beziehung v = 
Wurzel(k/m).

Sucht man in der Literatur nach einer Formel für v, so findet man v = 
Wurzel(E/ro). Die Übereinstimmung ist verblüffend. Anstelle der 
Federkonstante k tritt das Elastizitätsmodul E und anstelle der Masse m 
befindet sich in der Formel die Dichte ro.

Zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit habe ich einfach zwei Mikrofone 
mit der Stahlleiste im Abstand von 0.9 m gekoppelt und dann auf ein Ende 
der Leiste geschlagen. Die beiden Audiosignale werden mit der Software 
Audicity aufgezeichnet.

Ich komme auf diese Weise auf eine Schallgeschwindigkeit von mehr als 
5500 m/s. Damit ergibt sich ebenfalls ein recht guter Wert für das 
Elastizitätsmodul E...

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

[Heinrich K. (minrich)]

Christoph M. schrieb:
> Ist eine Baumarktschraube ein geeigneter Magnetkern?

Nein. Weil ihr Material hartmagnetische Eigenschaften hat, es wird nach 
erstmaliger Bestromung als selbstgebauter Elektromagnet zum 
Dauermagneten. Gerade die Eigenschaft "elektrisch steuerbarer Magnet" 
wird mit diesem Kern also nicht erfüllt.

[J. S. (engineer)]

Heinrich K. schrieb:
> selbstgebauter Elektromagnet zum
> Dauermagneten.

Kann man aber auch wieder ummagnetisieren.(?)

[Joe G. (feinmechaniker)]

Christoph E. schrieb:
> Sucht man in der Literatur nach einer Formel für v, so findet man v =
> Wurzel(E/ro). Die Übereinstimmung ist verblüffend.

Die Formel ist nicht verblüffend, sondern die Lösung der zugehörigen 
Dgl. Wenn Du einen diskreten einfachen Schwinger von globalen Größen auf 
lokale Größen überführst, dann erhält du den von dir angewendeten 
Zusammenhang. Dabei wirst du auch bemerken, dass v=sqrt(c/m) oder bei 
dir v= sqrt(k/m) von den Einheiten her nicht stimmen kann. Es fehlt die 
lokale Bezugslänge. Ich habe dir mal die Herleitung ausführlich 
aufgeschrieben.

[Steffen W. (derwarze)]

@ Jürgen S.
Nimm doch einfach einen alten Trafo oder Drossel mit EI Kern. Lässt sich 
leicht demontieren und die Wicklung ist auch schon da, besser als Du sie 
selbst machen kannst.

 Und Christoph, toll Dein Engagement für anschauliche, nachbaubare 
Experimente. Solche Physiklehrer wünsche ich mir Flächendeckend, das 
würde unserem Bildungswesen sehr gut tun.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank für eure Kommentare bzw. physikalischen Hinweise...

Ich muss mein Engagement aber auch einmal ins rechte Licht rücken. 
Natürlich würde man sich so einen Einsatz von sämtlichen Berufsgruppen 
wünschen nur wer ist so "wahnsinnig" wie ich, täglich rund 3 Stunden 
(wenn nicht mehr) und im Jahr rund 2000 Euro aus der eigenen Tasche nur 
für die bessere Ausübung seines Berufs aufbringen? Ich denke, dass kann 
man auch nicht von jedem verlangen. Oder macht ihr es in euren Berufen 
auch so? Wohl kaum...
Ich mache es aber aus reiner Leidenschaft für die Physik und "nur" solch 
ein Antrieb ist dafür auch notwendig...

Ich habe auf instructables eine Anleitung für einen 
Photoplethysmogrammsensor (PPG) gefunden, das musste ich natürlich auch 
gleich umsetzen: 
https://www.instructables.com/ECG-With-PPG-Using-Arduino/

Durch die Absorptionsänderungen des Gewebes/der Adern je nach 
Sauerstoffgehalt kann man u.a. mit einem PPG den Puls messen und noch 
einiges mehr. Die Schaltung ist recht einfach und funktionierte zum 
Glück von Anfang an. Den Verlauf zeichne ich graphisch mit dem 
Arduino-Serialplotter auf. Wenn man genauer schaut, erkennt man im 
Verlauf auch einzelne Nebenmaxima bzw. Hügel. Die genauere Analyse 
können dann die Schüler vornehmen. ;-)

[Steffen W. (derwarze)]

Christoph E. schrieb:
> Ich mache es aber aus reiner Leidenschaft für die Physik und "nur" solch
> ein Antrieb ist dafür auch notwendig...

und Wertvoll! Mein Physiklehrer Peukert damals in Leipzig hatte einen 
ähnlichen Antrieb und kümmerte sich darum aus den, zum Teil recht alten, 
Lehrmitteln viel rauszuholen und hielt die in Stand. Gründete eine 
Physik AG, wo auch neue Experimente vorbereitet wurden. Hat mir viel 
gegeben der Mann Weis leider nicht was er heute macht und ob er noch 
lebt. Hab ihn nur mal Ende der 90er getroffen und er war sehr traurig 
das man nach der Wende das meiste der Lehrmittel weggeschmissen hat und 
nun alles nur noch theoretisch abhandelt.
 Mich freut es daher um so mehr das auch Heute noch Menschen sich so 
engagieren.
Dein neustes Projekt lässt sich ja Fachbereichsübergreifend auch im 
Bio-Unterricht gut einsetzen. Daumen hoch, weiter so.

[Christoph E. (stoppi)]

Einen schönen Versuch zum Faradayschen Induktionsgesetz habe ich noch 
durchgeführt. Und zwar lasse ich einen Magneten in einem Kunststoffrohr 
durch eine Spule frei fallen und zeichne den zeitlichen Verlauf U(t) der 
Induktionsspannung mit dem Oszilloskop auf. Mittels Integral U(t)*dt 
kann man die (mittlere) Flussdichte des Magneten berechnen.

Da mein Oszilloskop über keine Integralfunktion verfügt bin ich einen 
anderen/unkonventionellen Weg gegangen und habe das Integral quasi 
gewogen. Ein Kästchen besitzt die Einheit 500 mV * 2 ms = 1 mVs. Ich 
habe davon 9 abgewogen und dann die Masse von einem Kästchen 
ausgerechnet. Danach habe ich die beiden Spannungsverläufe 
ausgeschnitten und ebenso auf Karton geklebt und abgewogen.

Auf diese Weise erhalte ich das Integral U(t)*dt mittels Waage. Einmal 
habe ich den Magneten aus größerer Höhe durch die Spule fallen lassen, 
beim zweiten Versuch besaß der Magnet eine geringere Geschwindigkeit. 
Die Fläche U(t)*dt sollte aber in beiden Fällen gleich sein, was auch 
der Fall war. Beide Kartons wogen rund 1.24 g.

Mit dieser Methode komme ich auf eine "mittlere" Flussdichte des 
Magneten von 0.19T. Mit dem Teslameter habe ich dann sogleich die 
Flussdichte direkt bestimmt. In der Mitte des Magneten komme ich mit 
anliegenden Sensor auf rund 0.41 T. Am Rand sind es nur noch ca. 0.16T 
und knapp neben dem Magneten lediglich 0.03 T. Also passt mein 
Mittelwert mit 0.19 T eigentlich sehr gut, Heureka...

[Christoph E. (stoppi)]

So, welche Projekte habe ich noch für 2024 vor? Viel ist es nicht 
mehr...

1.) Elektrochemische Spannungsreihe: Da habe ich mir einige Metalle 
(Nickel, Zink, Kupfer, Wolfram, Titan, Aluminium, Stahl, Silber, Blei) 
besorgt. Ein erster Testlauf ergab aber, dass die erhaltenen Spannungen 
nur kaum jenen Potentialen in der elektrochemischen Spannungsreihe 
entsprechen.

2.) Bragg-Reflexion von 60 keV Gammastrahlung am Lithiumfluoridkristall: 
Die Winkelschablonen von ebay haben sich hier zusammen mit den Matador 
Holzteilen hoffentlich als Glücksgriff erwiesen. Damit kann ich die 
beiden Winkel (phi vom Kristall und 2*phi vom Geigerzähler) wohl relativ 
gut einstellen. Zuerst dachte ich an eine Mechanik, welche die beiden 
Winkel gleichzeitig und automatisch einstellt. Davon bin ich aber 
mittlerweile ob der Komplexität abgekommen und habe nun vor, beide 
Winkel von Hand einzustellen. Holzplatte für die Grundplatte habe ich 
auch bereits im Baumarkt gekauft...

3.) Amperesches Gesetz: Dieses möchte ich mittels Magnetfeld B(r) eines 
langen, geraden Leiters in Abhängigkeit vom Abstand r zeigen. Es sollte 
ja gelten: B(r) = µ0*I/(2*Pi*r). Zudem leite ich das Ergebnis auch 
mittels Biot-Savart-Gesetz her...

4.) Raketenteststand: Hierfür werde ich mein Newtonmeter mit 480x320 
Pixel Display verwenden. Bei Klima-Raketen habe ich bereits schöne 
Treibsätze mit 2N Schub und 5sek Schubdauer bestellt. Diese sind gestern 
auch schon angekommen.

5.) Newtonsche Ringe: Eigentlich war angedacht, den Apparat mit 
Laserlicht zu bestrahlen, damit die Interferenzringe schön zur Geltung 
kommen. Das hat aber bisher mehr schlecht als recht funktioniert. Unter 
Tageslicht sieht man die Ringe aber sehr schön. Mal schauen, ob ich mir 
da noch etwas überlege. Habe extra eine Lupe gekauft, damit ich das 
monochromatische Laserlicht kollimiere...

6.) Spirometer mit Arduino: Das habe ich eigentlich schon fertig 
gebastelt, da fehlt mir nur noch ein Video, was ich schlecht alleine 
machen kann ;-) Das Signal vom Drucksensor ist stark verrauscht. 
Vielleicht hänge ich da noch einen Tiefpassfilter dran.

7.) Einfache Astrofotografie mit meinem 90mm Refraktor: Der wartet 
zusammen mit meiner alten Canon DSLR auch noch auf seinen Einsatz. Die 
motorisierte Montierung habe ich auch noch nie getestet. Vielleicht wird 
es ja im Frühling etwas.

8.) Mein mit Abstand langwierigster Versuch: Die Aufnahme der 
Zerfallskurve von Polonium. Dieses hat ja eine "relativ" kurze 
Halbwertszeit von 138 Tagen. Seit Jänner 2021 läuft dieser Versuch...

9.) Wasserraketen: Die warten auch noch darauf, in die Luft geschossen 
zu werden. Habe für die Höhenmessung ja eine kleine Arduino-Schaltung 
mit Barometer und SD-Card gebastelt, wo auf Knopfdruck die Zeit und der 
Luftdruck für 30 sek gespeichert werden.

10.) Aufnahme der Dampfdruckkurve von Wasser - 
Clausius-Clapeyron-Gleichung: Da habe ich vor gut 20 Jahren einmal einen 
Versuch dazu gemacht, den ich jetzt wiederholen möchte. Zusätzlich werde 
ich die Dampfdruckkurve über die verschiedenen Siedetemperaturen in 
Abhängigkeit von der Wassertemperatur bestimmen. Habe mir dazu gerade 
auf Amazon eine Handvakuumpumpe gekauft. Die geht hoffentlich so ca. bis 
150 mbar runter. Meine Drehschieberpumpe möchte ich ehrlich gesagt nicht 
dranhängen, da mir wohl der ganze Wasserdampf dann mein Öl/meine Pumpe 
ruiniert.

11.) Einfache Nuklearmagnetresonanz (NMR): Die Schaltung(en) dazu sind 
bereits fertig und auch die beiden Spulen sind gewickelt. Da fehlt mir 
irgendwie nur die Zeit, damit in den Wald zu fahren und zu hoffen, über 
Lautsprecher ein "Ping" zu hören...

12.) Ballistisches Pendel: Diesen Versuch mache ich im Physiklabor in 
der Schule. Jetzt habe ich mir für zuhause eine zweite Armbrust mit 50 
lbs bestellt. Styrodurplatte für das Ziel habe ich bereits letzte Woche 
gekauft. Da muss ich mir nur noch einen schönen Würfel mit 
Holzbeschwerung kleben...

Das war es eigentlich. Ich wünsche euch einen guten Rutsch ins neue Jahr 
und für 2024 vor allem Gesundheit, denn im Gegensatz zu Mikrocontrollern 
kann man sich diese nicht unbedingt kaufen ;-)

[Gerhard O. (gerhard_)]

Hallo Christoph,

May the force be with you!

Wünsche Dir alles Beste fürs nächste Jahr und "Gut Gelingen" bei allen 
geplanten neuen Unternehmungen.

VG aus Kanada,
Gerhard

Bezüglich Exp. 2, ginge es vielleicht mit einem Mikrostepper Motor. 
Trinamic hat da gute Steuer ICs, mit denen man sehr hohe Auflösungen 
erreichen kann. Das sollte ziemlich reproduzierbar sein, solange die 
Drehmomentbelastung niedrig genug ist.

[Alexander S. (alesi)]

Christoph E. schrieb:
> So, welche Projekte habe ich noch für 2024 vor? Viel ist es nicht
> mehr...

Hallo Christoph,

wahrscheinlich kennst Du auch den Foucault-Test bzw. das 
https://de.wikipedia.org/wiki/Foucaultsches_Schneidenverfahren . Das 
wäre meiner Meinung nach auch noch ein interessanter Versuch.

Weitere Links zum Foucault-Test:
https://stellafane.org/tm/atm/test/understanding.html
https://telescope-optics.net/foucault_test.htm
https://web.archive.org/web/19980629142016/http://www.jlc.net/~force5/Astro/ATM/Foucault/FoucaultTester.html
https://wp.optics.arizona.edu/visualopticslab/wp-content/uploads/sites/52/2016/08/noninterferometric.pdf

Eine alternative Methode ist der Ronchi Test
https://telescope-optics.net/ronchi_test.htm

P.S. Ich habe vor längerer Zeit versucht einen kleinen 6" (150 mm) 
Spiegel selber zu schleifen und habe ihn dabei mit dem Foucault Test 
getestet.

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für die Kommentare bzw. den Tipp mit dem Foucaultschen Test. Da 
ich auch an Astronomie/Teleskopen interessiert bin, kannte ich den 
schon. Vom Aufbau her ähnelt er extrem jenem zum Sichtbarmachen von 
Schlieren mit einem Teleskopspiegel. Anbei ein Photo von diesem 
Experiment...

Den Versuch zur elektrochemischen Spannungreihe konnte ich gestern 
durchführen. Als Bezugselektrode habe ich Blei ausgewählt, da es auch in 
der elektrochemischen Spannungsreihe nahe bei 0V liegt.

Meine erhaltenen Spannungen weichen aber zum Teil gehörig von den 
Potentialen in der Spannungsreihe ab. Zum Beispiel sollte die Paarung 
Titan-Blei eine Spannung von -1.63 -(-0.13) = -1.5 V ergeben. Ich messe 
hingegen +0.136 V. Lediglich bei Kupfer und Zink passen die Werte gut. 
Deren Paarung ergibt zum Beispiel eine Spannung von ca. 1 V (Sollwert 
1.1 V). Dies liegt aber daran, dass ich ja keine 
Normal-Wasserstoffelektrode bei meinem Experiment verwende, so wie es in 
der elektrochemischen Spannungsreihe eigentlich vorgesehen ist...

Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrochemische_Spannungsreihe

[Christoph E. (stoppi)]

Mittlerweile sind einige meiner bestellten Sachen (vorwiegend vom 
Amazon) angekommen.

Für das Dampfdruck-Experiment sind dies:
* Gummistopfen und Spritzen für die Vakuumkammer
* 16 x 160 mm Reagenzgläser
* Handvakuumpumpe: Zufällig ist da auch eine kleine Vakuumkammer 
mitenthalten, die ich sehr gut anstelle der Spritzen verwenden kann. 
Diese besitzt auch einen zweiten Ausgang für das Arduino-Manometer. 
Damit bestimme ich den Druck (= Dampfdruck), bei der das Wasser 
bekannter Temperatur zu sieden beginnt. Dies mache ich dann für 
verschiedene Temperaturen. Scheinbar komme ich mit der Handvakuumpumpe 
auf ca. 150 mbar runter
* Sortiment mit Schlauchverbindungen und T-Stücken (kann man sonst auch 
immer wieder gebrauchen, wenn ich Versuche mit Vakuum mache)

Unterwegs ist noch der Laborständer für den Dampfdruckversuch und dann 
eine "P*e*n*i*s*pumpe" von aliexpresse :-) Die hatte ich bestellt, weil 
ich nicht weiß wie sich die Handvakuumpumpe von Amazon schlägt. Stimmt 
wirklich, ist keine Ausrede ;-)

Für das ballistische Pendel sind dies:
* 50 lbs Armbrust inkl. Pfeile
* Styrodurplatte, mit der ich den "Zielwürfel" gebastelt/geklebt habe

Und dann habe ich noch einen weiteren Versuch zur Anomalie des Wassers 
entdeckt und zwar die Dichtebestimmung von Wasser im Bereich 0 bis 15°C. 
Dazu habe ich mir auf aliexpress ein Glasgefäß mit zwei Hälsen bestellt. 
In einen der Hälse kommt ein Thermometer und in den anderen ein Stopfen 
für das dünne Plexiglasrohr mit 3 mm Innendurchmesser. Ich werde das 
Wasser dann beginnend mit Raumtemperatur mittels Eiswürfel sukzessive 
abkühlen und mittels der variierenden Steighöhe in der "Kapillare" die 
Dichte berechnen. Sollte ja bei 4°C ein Maximum besitzen...

[Christoph E. (stoppi)]

Den einen Versuch zur Bestimmung des Dampfdrucks von Wasser mit der 
Handvakuumpumpe hat eigentlich sehr gut funktioniert. Als Drucksensor 
kommt der Adafruit MPRLS + Arduino zum Einsatz. Dieser geht scheinbar 
bis 0 mbar hinunter. Mit der Handvakuumpumpe erreiche ich minimal ca. 80 
mbar. Auch das überrascht mich positiv. Wenn man bedenkt, dass diese 
nicht einmal 20 Euro gekostet hat...

Das bei der Handvakuumpumpe inkludierte Gefäß entpuppte sich auch als 
ideal für diesen Versuch, da ich erstens das Wasser sehr leicht 
nachfüllen und zweitens das Manometer sehr bequem anschließen kann. 
Hätte mir den Spritzenkauf daher ersparen können.

Ich reduziere den Druck so lange, bis das Wasser zu sieden beginnt. 
Diesen Druck notiere ich mir zur gegebenen Wassertemperatur. Die so 
erhaltene Dampfdruckkurve passt sehr gut zu den Sollwerten, Heureka.

Ich komme halt mit der Vakuumpumpe nicht unter 80 mbar, deshalb endet 
dieser Versuch bei Wassertemperaturen < 40°C. Mit meiner 
Drehschieberpumpe möchte ich den Versuch aber auch nicht machen, da ich 
mir nicht Wasser in die Pumpe ziehen möchte.

Wenn das Laborstativ von Amazon angekommen ist, mache ich noch einen 
weiteren Versuch zur Bestimmung der Dampfdruckkurve. Von diesem erwarte 
ich aber nicht so gute Ergebnisse...

Mein Newtonmeter für die Erfassung des Raketenschubs habe ich auch 
angepasst, indem ich die Messrate des HX711 auf 80 Hz erhöht habe. 
Danach musste ich natürlich die Zeitachse anpassen. Diese geht jetzt bis 
rund 8 Sekunden. Die Schubdauer der gekauften Klima-Treibsätze soll 5 
Sekunden betragen, von daher passt das recht gut. Die maximale 
Schubkraft beträgt zu Beginn rund 4 N. Meine y-Achse reicht von 0 bis 10 
N, auch das müsste passen...

[Johannes S. (demofreak)]

Mann, Du legst hier eine Schlagzahl vor... :D
Schläfst Du irgendwann auch? Und Du isst am Experimentierplatz, oder? ;)

[Christoph E. (stoppi)]

@Johannes: Ich schlafe leider viel zu viel ;-) Und ja, aufgrund der 
engen Wohnverhältnisse und der vielen Projekte in meiner Wohnung mache 
ich die meisten meiner Experimente in der Küche, da ich im Wohnzimmer 
keinen Platz mehr dafür habe...

Der Versuch zum Ampereschen Gesetz ist fertig. Als Magnetfeldsensor 
musste ich den HMC5883L nehmen, da die erzeugten Magnetfelder doch im 
Bereich < 100 µT lagen.

Nach dem Ampereschen Gesetz ist die Flussdichte B um einen 
stromdurchflossenen Draht gleich B(I,r) = µ0 * I / (2*Pi*r).

Zuerst habe ich den Strom konstant gehalten (3.42 A) und den Abstand r 
variiert und dann den Abstand konstant gelassen (r = 2 cm) und die 
Stromstärke verändert. Trage ich B zu 1/r und B zu I auf, erhalte ich 
schöne Geraden wie es zu erwarten ist. Die Steigungen beider Geraden 
stimmen einigermaßen mit den Sollwerten überein, beim B(I) sogar sehr 
gut...

[Gerhard O. (gerhard_)]

Was sagt denn die XYL dazu, von wegen Küchenbeschlagnahme und so...

Sonst: Hut ab!

[Christoph E. (stoppi)]

@Gerhard: Es gibt keine XYL, bin voll und ganz mit der Physik 
verheiratet ;-)

Das zweite Experiment zur Dampfdruckkurve ist auch fertig. Dazu habe ich 
ein Laborstativ und Reagenzgläser auf Amazon bestellt.

Zum Versuchablauf: Das umgedrehte Reagenzglas wird ins Wasser getaucht 
und mit Wasser fast vollständig befüllt. Nur am oberen Ende soll sich 
eine kleine Luftblase befinden. Nun erhitzt man das Wasser langsam und 
notiert die Größe der Luftblase. Der Druck innerhalb der Luftblase 
bildet sich einmal durch die eingeschlossene Luft und dann durch den 
Dampfdruck. Zu Beginn bei 15°C Raumtemperartur geht man davon aus, dass 
der Druck alleine durch die Luft zustande kommt. Dann kann man die Mole 
ausrechnen und in weiterer Folge dann für die jeweilige Temperatur und 
das jeweilige Volumen den Luftdruck ausrechnen. Zusammen mit dem 
Dampfdruck muss sich dann der Gesamtdruck ergeben. Dieser Gesamtdruck 
ist gleich dem äußeren Luftdruck abzüglich dem hydrostatischen Druck der 
Wassersäule (pro cm Wassersäule 1 mbar). Auf diese Weise kann man dann 
den Dampfdruck in Abhängigkeit von der Temperatur bestimmen.

Mit zunehmender Temperatur vergrößert sich das Volumen der Luftblase. 
Der Gesamtdruck bleibt aber in etwa gleich. Vergrößert sich aber die 
Luftblase, so sinkt der Luftdruck darin. Zum Ausgleich erhöht sich der 
Dampfdruck innerhalb der Luftblase.

Soweit die Theorie. Problem ist, dass ich einen gehörigen 
Temperaturgradienten innerhalb des Reagenzglases habe. Während unten im 
Kochtopf das Wasser bereits kocht, habe ich oben im Reagenzglas wohl so 
um die 85°C. Daher bildet sich in der Luftblase auch nur der Dampfdruck 
entsprechend den 85°C aus und nicht den 100°C. Deshalb sieht meine so 
erhaltene Dampfdruckkurve gegen Ende hin nicht sonderlich schön aus bzw. 
ist unvollständig.

Da fand ich die Ergebnisse mit der Handvakuumpumpe und der 
Siedetemperatur besser...

[Christoph E. (stoppi)]

Beim Experiment zur Braggreflexion am LiF-Kristall bin ich auch weiter 
gekommen. Der mechanische Aufbau ist soweit fertig. Habe alles mit 
Matador-Holzbausteinen so gebaut, dass man die Einzelteile noch immer 
verdrehen/justieren kann, zum Beispiel den Aufsatz mit dem 
Lithiumfluoridkristall. Jetzt werde ich mich dann an die Messungen 
machen, obwohl ich ehrlich gesagt nicht glaube, die Glanzwinkel von nur 
3° auflösen zu können. Denn bei einem so geringen Winkel bekommt ja das 
Zählrohr trotz Blenden noch Teile der nicht reflektierten/direkten 
Gammaquanten ab. Die Lochblenden zum Kollimieren sind 2 mm groß/klein...

[Sebastian W. (wangnick)]

Christoph E. schrieb:
> Angehängte Dateien:
>           Arduino_Drehzahlmesser_01.ino (1,63 KB)
>           Arduino_Drehzahlmesser_02.ino (1,83 KB)

Falls es noch niemand erwähnt hat:

Der Zugriff auf die von der Interrupt-Routine ständig veränderten 
Variablen müssen bei Verwendung außerhalb eines 
Interrupt-Service-Kontext, also z.B. in loop(), durch eine 
noInterrupts()-interrupts()-Klammer geschützt werden, wenn sie größer 
als ein atomarer Lesebefehl des Prozessors sind. Das könnte die Probleme 
bei höheren Frequenzen erklären.

LG, Sebastian

[Christoph E. (stoppi)]

Zum Thema Fluoreszenz und Phosphoreszenz habe ich noch einiges 
zusammengetragen.

Hier der ausführlichere Bericht: 
https://stoppi-homemade-physics.de/fluoreszenz-phosphoreszenz/

Von Fluorescein habe ich das Emissionsspektrum mit meinem 
Webcamspektroskop aufgenommen. Angeregt habe ich das Fluorescein mit 
meinem 488 nm Laser. Dann habe ich noch die Nachleuchtdauer meines 
Rubinstabs mittels Lichtdetektor und Oszilloskop erfasst, welche rund 3 
ms dauert. Dies ist eigentlich extrem lange. Aufgrund dieser großen 
Zeitunschärfe delta_t ist die Energieunschärfe delta_E nach der 
Heisenbergschen Unschärferelation gering und das emittierte, rote 
Fluoreszenzlicht fast monochromatisch (siehe Spektrum).

Auf Aliexpress habe ich mir dann noch Phosphorpulver besorgt. Dieses 
leuchtet über viele Minuten nach. Die zugehörige Leuchterscheinung fällt 
also in die Phosphoreszenz...

Und dann habe ich mir noch über willhaben.at einen Aragonit/Eisenblüte 
besorgt, in der Hoffnung auf Phosphoreszenzerscheinungen. Leider 
leuchtet das Mineral überhaupt nicht nach.

Dafür fluoreszieren meine Uranhältigen Mineralien (Autunit, Uranocircit) 
sehr schön.

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe mir auf der österreichischen Verkaufsplattform willhaben 
unlängst ein Sortiment Gummibälle gekauft. Damit lassen sich schöne 
Physikversuche machen.

1.) Hüpfender Gummiball:
Ein Gummiball wird aus einer bestimmten Starthöhe fallen gelassen und 
per Videoanalyse die jeweiligen Maximalhöhen h_i ermittelt. Daraus 
lassen sich dann die einzelnen "Flugzeiten" t_i berechnen. Gut, die 
könnte man auch gleich direkt aus dem Video extrahieren...

Ich habe eine mittlere prozentuelle Abnahme der Flughöhen um 13% 
festgestellt. Es gilt also: h_i+1 = h_i * 0.87. Für die Flugzeiten gilt 
daher: t_i+1 = t_i * Wurzel(0.87) = t_i * 0.933.

Die Gesamtfallzeit t_ges ist nun die Summe der Teilzeiten t_i. Jetzt 
könnte man vermuten, dass durch die unendliche Summation von zwar immer 
kleiner werdenden Zeiten der Gummiball niemals zur Ruhe kommt.Dem ist 
natürlich nicht so. Wir haben es hier um eine geometrische Reihe zu tun:

Summe_i q^i = 1 / (1 - q).

Konkret für q = 0.933 folgt für die Summe 14.93 * t_1 + t_0 (erster Fall 
nach unten nach dem Start).

Ich komme auf t_ges = 13 sek, was realistisch ist...

2.) Superspringball

Lässt man zwei Gummibälle übereinander fallen, wobei der untere ein 
großer Gummiball sein muss und der obere ein deutlich kleinerer, so 
fliegt der kleinere nach dem Aufprall mit großer Geschwindigkeit nach 
oben.

Wie kann man dies erklären? Beide Bälle kommen mit v am Boden an. Der 
untere, schwere Gummiball wird mit v nach oben reflektiert. Vom großen 
Gummiball aus betrachtet, kommt ihm der kleinere Ball mit 2*v entgegen. 
Da er kleine deutlich leichter ist als der schwere, wird dieser vom 
schweren Ball aus betrachtet mit 2*v nach oben reflektiert. Wechselt man 
nun wieder das Bezugssystem, so fliegt der leichte Gummiball mit 2*v + v 
= 3*v nach oben und kommt demnach 9-mal so hoch wie die Ausgangshöhe.

In Wirklichkeit schafft er das natürlich nicht ganz, der Effekt ist aber 
beeindruckend...

Link mit mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/gummiball-experimente/

[Andrew T. (marsufant)]

Christoph E. schrieb:
> Beide Bälle kommen mit v am Boden an.

Ja.

> Der untere, schwere Gummiball wird mit v nach oben reflektiert.

Nein, der untere hat eine um die  (durch Verformung des Gummi) Verluste 
deutlich reduzierte Geschwindigkeit v', somit v + v' als 
"entgegenkommende Geschwindigkeit".

Mit Stahlkugeln, die dem idealen Stoff näher kommen als das verformbare 
Gummi, auf SEHR hartem Untergrund hättest Du richtig: näherungsweise
2x v

[Christoph E. (stoppi)]

Hier (Beitrag "[S] Transmission-Gate für Sinussignal") habe ich nach 
einem Transmissionsgatter gefragt und als Antwort den IC4066 erhalten. 
Diesen benötige ich für einen Versuch zur Heisenbergschen 
Unschärferelation.

Ein Sinussignal vom Frequenzgenerator durchläuft ein 
Transmissionsgatter, welches von einem NE555 getaktet wird und immer 
kürzere Sinuspulse durchlässt. Schaut man sich dann das Fourierspektrum 
mit dem Oszilloskop an, so bemerkt man bei einem unbeschnittenen Sinus 
(Ortsunschärfe delta_x groß) einen schmalen peak im Frequenzspektrum 
(schmales f bzw. lambda und daher auch nach de Broglie schmales 
delta_p).

Bei immer kürzeren Sinuspulsen (kleiner werdende Ortsunschärfe delta_x) 
wird das Fourierspektrum immer breiter (größeres delta_f bzw. 
delta_lambda und daher größeres delta_p).

Die Heisenbergsche Unschärferelation delta_x * delta_p > h / 4*Pi besagt 
ja, dass nicht beide Größen (Ort x und Impuls p) beliebig genau messen 
kann. Kennt man eine Größe genauer, so steigt die Unschärfe der 
anderen...

Inspiration: 
https://www.experimente.physik.uni-freiburg.de/H_Atom_und_Kernphysik/versuchemitelektronenundmateriestrahlen/heisenbergakustikanalogie

[Christoph E. (stoppi)]

Vor einigen Wochen hat ja ein sehr nettes Forumsmitglied aus der Schweiz 
mir einen Newtonsche-Ringe-Apparat von aliexpress gekauft, da kein 
Versand nach Österreich angeboten wurde. Vielen herzlichen Dank nochmals 
dafür. Mittlerweile beliefern wieder deutlich mehr Händler von 
Aliexpress Österreich...

Unter Sonnenlicht sieht man die Interfenzringe recht deutlich, nur 
fächern diese durch das nicht monochromatische Licht zusehends auf. 
Daher wollte ich zuerst den Apparat mit einem Laser beleuchten, damit 
die Ringe wieder scharf werden. Aber dies glückte leider nicht. Daher 
beschloss ich einfach einen Filter (konkret 600 nm Rotfilter) zu 
verwenden. Blickt man durch diesen auf die Interferenzringe, so werden 
sie deutlich schärfer und es sind mehr Ordnungen zu beobachten als ohne 
Filter.

Für die Radien r(n) gilt der Zusammenhang mit der Ordnung n: r²(n) = k * 
n.
Trägt man also r² gegen n auf, so müsste man eine Gerade erhalten. Dies 
war dann auch der Fall bei mir. Aus dem Anstieg k lässt sich der 
Krümmungsradius der plankonvexen Linse bestimmen. Dies ergabe bei mir 
einen Wert von R = ca. 17 m.

Die Teile für den Versuch zur Bestimmung der Wasserdichte in 
Abhängigkeit von der Temperatur sind eigentlich auch alle bereits 
angekommen. Die 500 ml Zweihalsflasche dichte ich mit zwei Gummistopfen 
ab. In einen kommt das Thermometer, in den anderen das 5/3mm 
Plexiglasrohr. Die Dichte bestimme ich dann durch Messen der 
unterschiedlichen Steighöhe des gefärbten Wassers im dünnen 
Plexiglasrohr. Ich muss mir nur noch Eiswürfeln besorgen. Hoffentlich 
bekommt man diese bei Spar oder Billa, mal schauen...

P.S.: Die P*e*n*i*s*pumpe ist auch schon angekommen. Sie funktioniert 
aber deutlich schlechter als jene Pumpe von Amazon für die 
Bremsflüssigkeit. Das mit ihr erzielte Vakuum ist laut Manometer 
deutlich schlechter (ca. 350 mbar)

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern konnte ich mit meiner Tochter den Raketenteststand im Hof 
testen. Beim ersten Versuch kippte dieser durch den doch zu großen Schub 
um. Beim zweiten Durchgang konnte ich dann schön den zeitlichen 
Kraftverlauf aufzeichnen. Dieser deckt sich sehr gut mit den Angaben des 
Herstellers (Klima Raketentechnik), Heureka...

[Christoph M. (mchris)]

mchris:
>>Was vielleicht in Richtung der Kraftmessung am stromdurchflossenen
>>Leiter geht: Ich überlege schon die ganze Zeit, wie ich die Kraft eines
>>Elektromagneten messen könnte.
stoppi:
>@ Christoph M.: Ich würde sagen, Versuch macht klug. So mache ich es bei
>meinen Experimenten auch immer ;-)
Du hast recht. Hier die erste Näherung:
Beitrag "Re: Elektromagnet bauen"

[Christoph E. (stoppi)]

Die Abhängigkeit des elektrischen Felds einer Punktladung vom Abstand r 
kennen wir ja in Form des Coulombgesetzes und zwar E(r) = 1/r². Doch wie 
sieht es mit dem Magnetfeld B(r) eines Magneten aus? Dieser Frage ging 
ich heute nach. Ich bestimmte die Flussdichte B eines starken 
Würfelmagneten in Abhängigkeit von der Entfernung r.

Damit ich auf die Potenz der r-Abhängigkeit komme, trage ich einfach 
ln(B) gegen ln(r) auf. Die Steigung k der erhaltenen Gerade entspricht 
dann genau der gesuchten Potenz n.

Ich komme auf eine Steigung von k = -n = -2.63. Demzufolge lautet die 
r-Abhängigkeit des Magnetfelds B(r) = 1/r^2.63.

Bei einer Leiterschleife beträgt die axiale Fernabhängigkeit des Felds 
B(r) = 1/r³.

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe mich neulich darüber informiert, wie ich Messdaten vom Arduino 
auf mein Smartphone senden kann und bin im Zuge dessen auf dieses Video 
gestoßen:

https://www.youtube.com/watch?v=jVy6Z5qA_h0

Darin wird gezeigt, wie man mittels Bluetooth-Modul HC-05 und der App 
"Arduino Bluetooth Terminal" 
(https://play.google.com/store/apps/details?id=com.frederikhauke.ArduTooth&hl=de&gl=US&pli=1) 
bis zu 6 Sensorwerte auf einfachste Weise übertragen kann. Zum Glück 
besaß ich noch einige Bluetoothmodule in meinem Fundus und so konnte ich 
die Übertragung gleich experimentell testen.

Als physikalische Anwendung werde ich eine kleine Zentrifuge basteln und 
die Zentripetal/fugalbeschleunigung in Abhängigkeit von der 
Winkelgeschwindigkeit omega und dem Bahnradius r ermitteln. Als Sensor 
drängt sich hierfür der MPU6050 geradezu auf. Er besitzt einen 3-Achsen 
Beschleunigungssensor und ein Gyroskop zur Erfassung der 
Winkelgeschwindigkeit in 3 Achsen. Durch das integrierte Gyroskop 
benötige ich zur Erfassung der Rotation nicht einmal eine Lichtschranke 
oder ähnliches. Es sollte sich folgende Abhängigkeit zeigen: a_zp = 
omega² * r.

[Christoph E. (stoppi)]

Die Zentrifuge für die Bestimmung der Zentripetalbeschleunigung in 
Abhängigkeit vom Bahnradius r und der Winkelgeschwindigkeit omega ist 
soweit fertig. Die Messungen dazu werde ich wohl am Wochenende 
durchführen...

Dann möchte ich noch eine Nebelkammer zur Sichtbarmachung radioaktiver 
Strahlung mittels Trockeneis umsetzen. Nebelkammern habe ich schon 3 
verschiedene umgesetzt, die mit Trockeneis fehlte mir noch in der 
Sammlung. Plastikgehäuse mit schwarzem Boden ist bereits auf Amazon 
gekauft. Das gefrorene CO2 bekomme ich direkt bei Linde in Graz.

Und dann habe ich noch einen spannenden Versuch zum Thema 
Oberflächenplasmonen. Plasmonen sind ja quantisierte Schwankungen der 
Ladungsträgerdichte in Festkörpern.

Link: https://physicsopenlab.org/2019/07/21/surface-plasmon-resonance/

Mit einem Laser wird unter verschiedenen Winkel ein Glasprisma 
bestrahlt. An dessen Hypothenuse befindet sich ein Glasobjektträger mit 
sehr dünner Goldbeschichtung (rund 50 nm dünn). Unter bestimmten Winkeln 
werden Oberflächenplasmonen angeregt und der Reflexionsgrad des Lasers 
sinkt.

Ich habe mich in den letzten Tagen u.a. darum gekümmert, solch einen 
Goldbedampften Objektträger zu besorgen. Es gibt einige Anbieter aus 
Übersee, nur die Verlangen 60-90 Euro alleine für den Versand. Mit Zoll 
würde mir ein einzelner Objektträger auf 120-150 Euro kommen. Das ist 
selbst mir zuviel. Daher habe ich meinen italienischen Kollegen Lodovico 
von physicsopenlab.org angeschrieben, ob er eventuell noch eine 
Goldprobe hat und diese an mich verkaufen würde. So wie es ausschaut, 
hat er eine ;-)

Und eine Gausskanone möchte ich mir auch noch basteln. Habe zwar schon 
eine in der Schule, aber für zuhause fehlte mir noch eine. Die dafür 
benötigten Kugeln und Würfelmagnete habe ich über Amazon bestellt. Die 
Winkelleiste aus Stahl besorge ich im Baumarkt...

[Alexander S. (alesi)]

Christoph E. schrieb:
> Ich habe mich in den letzten Tagen u.a. darum gekümmert, solch einen
> Goldbedampften Objektträger zu besorgen. Es gibt einige Anbieter aus
> Übersee, nur die Verlangen 60-90 Euro alleine für den Versand. Mit Zoll
> würde mir ein einzelner Objektträger auf 120-150 Euro kommen.

Für 75 Euro plus Versand gibt es einen vergoldeten Objektträger, 75 x 25 
x 1 mm, 50 nm Au von Nano-Tec aus den Niederlanden
https://www.microtonano.com/de/Nano-Tec-Gold-beschichtete-Objekttraeger.php
Naja, so viel günstiger als aus Übersee ist der aber auch nicht.

[Christoph E. (stoppi)]

@ alesi: Vielen Dank für den Link, kannte ich noch nicht. Da käme ich 
auf rund 93 Euro inkl. Versand und das ohne Zoll, schon einmal besser 
als die Angebote aus Übersee. Aber wie gesagt hoffe ich, dass ich von 
einem Kollegen aus Italien einen goldbeschichteten Objektträger 
günstiger bekomme ;-)

Die Messungen mkt der Zentrifuge konnte ich wie geplant gestern 
durchführen. Theorie und Experiment stimmen eigentlich sehr gut überein. 
Die Beschleunigungswerte a_x sprangen bei der Messung aber stärker 
herum, die Winkelgeschwindigkeiten g_z waren leichter zum Ablesen...

[Christoph E. (stoppi)]

Die Gausskanone habe ich jetzt zuhause auch umgesetzt, nachdem ich mit 
meinem jüngeren Sohn die Stahlwinkelleiste vom Baumarkt besorgt habe und 
die Stahlkugeln und Magnete von Amazon angekommen sind. Ich komme auf 
eine Geschwindigkeit von max. 7 m/s, also 25.2 km/h...

[Christoph E. (stoppi)]

Das Experiment zur Anomalie von Wasser ist auch im Kasten. Dabei habe 
ich experimentell die Wasserdichte in Abhängigkeit von der Temperatur 
ermittelt. Damit ich die geringen Dichteunterschiede überhaupt messen 
kann, verwende ich ein dünnes Steigrohr mit 3 mm Innendurchmesser. Der 
Glaskolben, welcher mittels Eiswürfel abgekühlt wird, fasst 500 ml. 
Schlussendlich betrug die Änderung der Steighöhe von 15.1°C nach 4°C 
genau 6.1 cm. Unterhalb von 4°C nimmt die Steighöhe h wieder langsam zu, 
da ja Wasser bei 4°C ein Dichtemaximum besitzt. Dieses Extremum konnte 
ich experimentell auch dank zweier Tiefkühlpizzen sehr schön nachweisen, 
Heureka...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/wasserdichte-anomalie-von-wasser/

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

Christoph E. schrieb:
> Wie kann man dies erklären?

Der Impuls ist dabei nicht alles. Der größere Gummiball verformt sich 
bei dem Aufprall. Dabei wird eine "Gummiefeder" gespannt die dann den 
kleinen Ball nach oben zusätzlich beschleunigt.

Als Modell würde sich ein Gummiball eignen mit unten einer vorgespannten 
Feder auf die er fällt. Die vorgaspannte Feder wäre der untere große 
Ball, der gerade seinen Punkt der maximalen Verformung überschreitet.

Wenn der untere Ball zu groß wird, so dass der obere Gummiball bereits 
wieder weggeflogen ist, läuft es asymptotisch auf den normalen Wegprall 
hinaus.

Es gibt aber noch eine Schockwelle, die durch den unteren Ball läuft. 
Die ist dafür verantwortlich, dass die Abprallgeschwindigkeit, also des 
Beschleunigung des oberen Balls von der Theorie abweicht, wann dafür 
gesorgt würde, dass der obere Ball zeitlich verzögert aufprallt.

Wenn allso der untere Ball so groß wäre, dass der Vorgang 100ms dauere, 
die Schockwelle durch den Ball 10ms brauchen würde und man in mit 
unterschiedlicher Verzögerung (Schritte kleiner 0,5ms) den Ball 
aufschlagen ließe, wären Buckel im Verlauf des Diagramms über die Höhe 
des kleinen Balls.

[Christoph E. (stoppi)]

Zum Thema Diamagnetismus hätte ich noch einen Versuch. Wasser ist ja 
diamagnetisch. Postiert man nun einen starken Magneten unterhalb einer 
sehr dünnen Wasserschicht, so bildet sich aufgrund des Diamagnetismus 
eine leichte Mulde.

Richtet man einen Laser auf die Wasseroberfläche, so wird der Strahl 
durch die Mulde unterschiedlich abgelenkt, wenn man den Magneten 
darunter vorbeischiebt. Aus der Ablenkung x des Laserpunkts auf einer 
Skala in der Höhe H über dem Wasser kann der Steigungswinkel alpha der 
Mulde bestimmt werden. Integriert man die Steigungen auf, so erhält man 
das Tiefenprofil der Mulde. In meinem Fall war die Mulde an ihrer 
tiefsten Stelle 34 µm tief.

Auf ebay.com habe ich mir noch pyrolytischen Graphit bestellt für die 
diamagnetische Levitation. Dazu braucht man nur noch 4 starke 
Würfelmagnete, um das Graphitplättchen schweben zu lassen...

[Christoph E. (stoppi)]

Der goldbeschichtete Glasträger (Schichtdicke nur 50 nm) ist aus Italien 
angekommen. Jetzt warte ich nur noch auf das rechtwinkelige Glasprisma 
aus China, dann kann ich den Versuch zu den Oberflächen-Plasmonen 
machen. Das Silikonfett zum Ankoppeln des Glasträgers ist bereits 
angekommen...

Das ballistische Pendel ist soweit auch fertig und wartet auf seinen 
Einsatz bei mir im Hof aufgehängt an der Teppichstange/Klopfstange. Die 
Masse des Pendels beträgt 1045 g, die eines Pfeils nur 5.3 g.

Ende Februar/Anfang März werde ich noch von meinem kleinen Balkon aus 
den Bedeckungsveränderlichen Stern Algol im Sternbild Perseus 
photografieren. In Abständen von etwa 2 Tagen 20 Stunden sinkt dessen 
Helligkeit aufgrund der Bedeckung durch einen Begleitstern innerhalb von 
knapp 5 Stunden von 2.2 mag auf 3.4 mag ab. Vor mehr als 30 Jahren habe 
ich bereits Algol auf Film gebannt, nun werde ich das mit Digitalkamera 
wiederholen. Damals hatte ich auch ein Programm zur Simulation der 
Bedeckung in Turbo Pascal geschrieben. Die Auswertung der 
Sternhelligkeit erfolgt mit der Software IRIS.

Die Nebelkammer wartet auch nur noch auf das Trockeneis. Diesen Versuch 
werde ich gemeinsam mit meinem jüngsten Sohn durchführen. Als Reservoire 
für den Alkohol habe ich mir noch einen Schwamm besorgt. Am Boden der 
Nebelkammer befindet sich nun eine schwarz eloxiertes Aluminiumplatte. 
Diese kann dann schön durch das Trockeneis abgekühlt werden...

[Christoph E. (stoppi)]

Vor einem Monat habe ich die magnetische Flussdichte B(r) in 
Abhängigkeit vom Abstand r zum Magneten bestimmt und eine 1/r^2.63 
Funktion erhalten. Nun habe ich noch die Kraft F(r) zwischen zwei 
Magneten in Abhängigkeit vom Abstand r ermittelt. Ich erhalte eine 
1/r^3.78 Funktion. Die Kraft nimmt also deutlich schneller ab als beim 
Coulombgesetz für zwei Punktladungen, wo ja F(r) = 1/r² gilt...

[Joe G. (feinmechaniker)]

Bei magnetischen Punktladungen müßte doch eigentlich auch eine 1/r^2 
Proportionalität auftreten. Hast du mal versucht viele kleine 
Magnetwürfel zu einem Stab aufzuschichten und dann den Versuch zu 
machen? Je länger der Stab wird, um so mehr müßte sich die Polstärke ja 
einer magnetischen Punktladung annähern.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank für deinen Kommentar, Joe...

Ich habe mich der Sache mit dem Abstandsgesetz der Magnetkraft noch 
einmal angenommen. Gehen wir von zwei Magnetdipolen (Dipollänge d) im 
Abstand x zueinander aus und weiters von einem 1/r² Kraftgesetz zwischen 
den einzelnen Polen. Dann lautet die Gesamtkraft auf den Magneten/Dipol:

F(x) = 1/(x-d)² - 2/x² + 1/(x+d)².

Mache ich eine Taylorentwicklung für große Abstände, also kleine 
d/x-Werte, so erhalte ich eine 1/x^4 Abhängigkeit  q.e.d

Diese 4-te Potenz lässt sich auch mittels Excel herleiten, wenn ich für 
obige Kraftformel ln(F) gegen ln(x) auftrage. Der Anstieg der so 
erhaltenen Gerade ist dann -4, also wieder genau diese Potenz des 
Kraftgesetzes.

Somit liege ich mit meinen experimentellen 1/x^3.78 gar nicht so weit 
weg von der Theorie, Heureka...

[Joe G. (feinmechaniker)]

In der Tat eine gute Herleitung und natürlich auch Erklärung für die 
Kraftwirkung magnetischer Dipole. Bei Monopolen kommt als Grenzwert auch 
wieder prima 1/r^2 raus.

[Christoph M. (mchris)]

F~1/r⁴ ist ein interessantes Ergebnis und erklärt die gefühlsmäßig so 
schnelle Abnahme der Kraftwirkung zweier Magneten.

Ich denke, dass F~Phi=AxB ist.
Phi: magnetischer Fluss
A: Fläche
B: magnetische Flussdichte

Man könnte vielleicht ein Münze bekannter Fläche an den Kopf eines 
3D-Druckers montieren, die Balkenwaage auf das Druckbett stellen und die 
Krafwirkung in Z-Richtung mit der Münze "abrastern". Dann würde man 
sogar eine 3-dimensionalle Darstellung bekommen.

[Christoph E. (stoppi)]

Geigerzähler auf Arduino-Basis mit dem Endfensterzählrohr Philips 
ZP1400, welches auch für Alphastrahlung sensibel ist.

[Christoph E. (stoppi)]

In der Zwischenzeit habe ich den Plasmonen-Versuch durchführen können. 
Vom Experiment zur Bragg-Reflexion hatte ich noch einen Winkelmesser 
übrig. Dieser eignete sich wunderbar für diesen Versuch. Mit einem Laser 
(ich probierte es mit einem roten Laserpointer und einem HeNe-Laser) 
zielt man auf ein Glasprisma, an dessen Hypothenuse der goldbeschichtete 
Glasträger mittels Silikon angebracht ist. Jetzt sollte die Intensität 
des total reflektierten Laserstrahls bei einem bestimmten Winkel 
aufgrund der Plasmonenanregung deutlich abnehmen.

Leider konnte ich diese Abnahme (bis jetzt) experimentell nicht 
erfassen. Ich drehte zuerst das Prisma sehr langsam und verfolgte die 
Helligkeit des Laserpunkts auf dem Schirm. Dabei fiel mir eben kein 
Helligkeitseinbruch auf. Die Winkelauflösung betrug hier um die 0.5°. 
Normalerweise (siehe 
https://physicsopenlab.org/2019/07/21/surface-plasmon-resonance/) sollte 
das Minimum eine Breite von 5° haben, also müsste ich es ohne Probleme 
auflösen können.
Dann drehte ich das Prisma schnell hin und her, um eine dunkle Stelle in 
der so auf dem Schirm erzeugten Laserlinie zu entdecken. Auch hier war 
leider nichts zu erkennen. Der Intensitätseinbruch müsste laut 
physicsopenlab rund 75% betragen, also doch auch visuell deutlich 
erkennbar oder?

Zur Kopplung des goldbeschichteten Glasträgers mit dem Prisma habe ich 
Silikonfett, Silikonöl und dann Silikon zur Kopplung von Szintillatoren 
an Photomultiplier ausprobiert. Mit keinem dieser drei konnte ich aber 
die Helligkeitsabnahme beobachten. Ehrlich gesagt weiß ich im Moment 
nicht wirklich, was ich nun noch ausprobieren soll bzw. wo der "Fehler" 
liegt. Hat vielleicht jemand von euch noch einen Tipp für mich? Danke im 
voraus...

[Christoph E. (stoppi)]

Vor einiger Zeit machte ich Versuche zum Thema Schlierenfotographie. 
Dazu benutzte ich die Foucault-Methode mit einem Hohlspiegel, einer 
punktförmigen Lichtquelle und einer Rasierklinge. Das klappte ganz 
gut...

Es gibt aber noch eine weitere Methode zur Sichtbarmachung von 
Wärmeströmungen/Schlieren und zwar mittels Moiré-Effekt. Man benötigt 
für dieses Experiment lediglich ein auf Papier ausgedrucktes feines 
Gitter (bei mir betrug die Gitterkonstante 1 mm und die Linienstärke 0.5 
mm), eine Digitalkamera mit Zoomobjektiv, eine Wärmequelle (z.B. 
Lötkolben oder Kerze) und eine Bildbearbeitungssoftware (z.B. Gimp).

Man macht aus einiger Entfernung nun je ein Photo des Gitters mit und 
ohne Wärmequelle. Die Ausrichtung der Kamera und die 
Objektiveinstellungen (Brennweite) dürfen sich dabei ja nicht mehr 
ändern. Diese beiden Bilder werden in der Software hochgeladen und 
voneinander abgezogen/subtrahiert. Hat man alles richtig gemacht, 
müssten die Schlieren sichtbar werden...

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

[Christoph E. (stoppi)]

Am Wochenende konnte ich Messungen zur Bragg-Reflexion von Gammastrahlen 
am Lithiumfluorid-Einkristall durchführen. Zu erwarten/erhoffen wäre ein 
Anstieg der Zählraten im Bereich der Glanzwinkel bei 3°, 6°, 9° usw.

Leider lagen die Zählraten nur minimal über dem Background. Ich bräuchte 
also eine deutlich stärkere Quelle. Diese hätte dann aber wohl auch eine 
größere Fläche und der Effekt wäre wieder zunichte gemacht. Die 
Wellenlänge der 60 keV Gammastrahlen ist für dieses Experiment auch zu 
gering. Daher liegen die Glanzwinkel bei Vielfachen von nur 3°, was die 
Messung auch nicht gerade erleichtert. Dieses Experiment wird ja in der 
Regel mit Röntgenstrahlung durchgeführt. Ich habe zwar schon erfolgreich 
Röntgenversuche unter strenger Beachtung der Sicherheit durchgeführt, 
hier für diesen Versuch möchte ich aber von Röntgenstrahlung Abstand 
nehmen. Zudem würde eine Dentalröntgenröhre aus Indien mit rund 300 Euro 
inkl. Zoll zu Buche schlagen, deutlich zu viel für mich...

Mit sehr viel Fantasie kann man in meinem Graphen die minimale Erhöhung 
der Zählraten bei den Glanzwinkeln erkennen. Alles in allem verhindern 
aber die oben angeführten Punkte eine erfolgreiche Messung.

Wichtiger Hinweis: Bei Experimenten mit radioaktiven Proben ist 
allergrößte Sorgfalt und Vorsicht geboten. Ein Kontakt der Probe mit der 
Umgebung bzw. dem menschlichen Körper ist gänzlich zu vermeiden!!!

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/bragg-reflexion/

[Christoph E. (stoppi)]

Für den Sohn meines Cousins habe ich eine einfache Coladosen-Boombox mit 
zwei LM386 Audioverstärkern gebastelt. Für Zimmerlautstärke reicht es. 
Als Spannungsquelle dienen im Moment zwei 18650 Liion-Zellen. Die 
Lautsprecher müssen einen Durchmesser von 50 mm besitzen. Davon hatte 
ich noch zwei Stück in meiner Bastelkiste...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/coladosen-boombox/

[Christian M. (likeme)]

Christoph E. schrieb:
> Für den Sohn meines Cousins habe ich eine einfache Coladosen-Boombox mit
> zwei LM386 Audioverstärkern gebastelt.

Nettes Projekt, die heutige Jugend (meine) ist leider recht 
perfektionistisch und kommt mit sowas gar nicht klar. Das ist so wie 
selbstgestrickter Pulli, voll peinlich ;-)

[Cyblord -. (cyblord)]

Christian M. schrieb:
> ettes Projekt, die heutige Jugend (meine) ist leider recht
> perfektionistisch und kommt mit sowas gar nicht klar. Das ist so wie
> selbstgestrickter Pulli, voll peinlich ;-)

Natürlich kann man heute verprügelt werden, mindestens aber ausgelacht, 
wenn man mit ner alten Dose als Boombox aufm Pausenhof aufschlägt. Nur 
Boomer finden sowas cool.
Dann haben die meisten Smartphones heute keinen Kopfhöreranschluss mehr. 
Externe Lautsprecher u.ä. werden über Bluetooth angebunden. Schon seit 
ewig.

Also Leute, eure Altherren-Basteleien sind ja lustig, aber last eure 
Kinder damit in Ruhe. Die leben in der Gegenwart. Ganz anders als ihr.

[Christoph E. (stoppi)]

Zu meinem Versuch mit dem diamagnetischen Wasser passt die 
diamagnetische Levitation von pyrolytischen Graphit. Diesen bekommt man 
für rund 12 Euro auf ebay.com. Starke Würfelmagnete hatte ich noch...

link: https://www.ebay.com/itm/222356120031

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

Cyblord -. schrieb:
> Natürlich kann man heute verprügelt werden, mindestens aber ausgelacht,
> wenn man mit ner alten Dose als Boombox aufm Pausenhof aufschlägt.

Wir wissen aus Deinen bisherigen Posts, dass Du der erste sein wirst der 
lacht und dann das verpruegeln anstiften wuerdest, wenn es nicht von 
selbst datu kommt.

[Christoph E. (stoppi)]

Die Lichtgeschwindigkeit habe ich bereits auf mehrere Arten bestimmt. 
Nun kommt noch eine Variante mit Lichtleiterkabel dazu. Ich beleuchte 
eine Photodiode mit sehr kurzen Lichtpulsen (ca. 160 ns Länge) und eine 
weitere über ein 50 m langes Lichtleiterkabel. Bei einem Brechungsindex 
von 1.5 liegt die Lichtgeschwindigkeit bei 200000 km/s. Demnach sollte 
es zu einer Verzögerung des zweiten Pulses von 250 ns kommen. Den 
Lichtleiter habe ich um nur 6 Euro auf aliexpress bestellt. Dieser ist 
gerade unterwegs zu mir.

Die elektronische Schaltung (NE555 astabil, 74121 Monoflop, 
7667-Mosfettreiber, Photodioden SFH203) läuft bereits so wie erwünscht.

Und dann setze ich noch ein Wellenpendel um. Dazu habe ich mir 4 Stück 
Newtonsche Kugelpendel günstig gekauft. Von diesen werde ich nur die 
Kugeln mit Öse verwenden. Die dazu passende Nylonschnur ist bereits 
angekommen. Jetzt geht es an den mechanischen Aufbau des 
Wellenpendels...

[Peter F. (toto)]

Christoph E. schrieb:
> Die elektronische Schaltung (NE555 astabil,.....

Ist für den Versuch jetzt nicht unbedingt notwendig, aber falls du mal 
mit einfachen Mitteln ultrakurze Impulse erzeugen willst, such mal nach 
"Avalanche Transistor".(Geht auch mit normalen Transistoren z.B. BC548 
ca. 200V)
1-2 Nanosekunden Rechteckimpulse sind mit der Koaxkabelvariante kein 
Problem.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Peter F. schrieb:
> Christoph E. schrieb:
>> Die elektronische Schaltung (NE555 astabil,.....
>
> Ist für den Versuch jetzt nicht unbedingt notwendig, aber falls du mal
> mit einfachen Mitteln ultrakurze Impulse erzeugen willst, such mal nach
> "Avalanche Transistor".(Geht auch mit normalen Transistoren z.B. BC548
> ca. 200V)
> 1-2 Nanosekunden Rechteckimpulse sind mit der Koaxkabelvariante kein
> Problem.

Tektronix schaffte es übrigens auch in den 60ern mit ausgewählten 
Exemplaren von 2N3904 und sachgerechten Transmission-Line Aufbau bis auf 
350ps Flankensteilheit herunterzukommen. Die Avalanchespannung war da 
auch um die 200V. Das stand in irgendeiner Tek. Publikation mit 
Schaltungseinzelheiten.

War damals übrigens schon eine tolle Zeit exotischer Halbleiter. 
Tunneldioden, SRDs, Sampling Schaltdioden besonderer Bauart. Da konnte 
man schon tolle Sampling Schaltungen aller Arten konstruieren. Wenn man 
die alten App Notes und Journals wie HP-Journal u.ä. Studiert, findet 
man allerhand Faszinierendes.

[Christoph E. (stoppi)]

Vor langer, langer Zeit habe ich einmal ein Turbo-Pascal-Programm zur 
Simulation der Lichtkurve von bedeckungsveränderlichen Sternen wie etwa 
Algol im Sternbild Perseus geschrieben. Dazu habe ich jetzt dann Bilder 
von ihm aufgenommen und seine Helligkeit mit der Astrosoftware IRIS 
bestimmt. Dazu ermittelt man die Pixelintensitäten von Sternen bekannter 
Helligkeit und eben vom Veränderlichen. Dann fertigt man einen Graphen, 
legt eine Ausgleichsgerade rein und liest die unbekannte Helligkeit des 
Veränderlichen ab. Wiederholt man dies für sehr viele unterschiedliche 
Zeiten und normiert alle Ergebnisse auf eine einzelne Periode, so erhält 
man die Lichtkurve des Veränderlichen.

Meine Aufnahmen machte ich vom Balkon aus inmitten einer Stadt. 
Astronomie kann man also auch an ungünstigsten Orten betreiben... ;-)

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/veraenderliche-sterne/

[M.A. S. (mse2)]

Christoph E. schrieb:
> Dazu habe ich jetzt dann Bilder
> von ihm aufgenommen und seine Helligkeit mit der Astrosoftware IRIS
> bestimmt. Dazu ermittelt man die Pixelintensitäten von Sternen bekannter
> Helligkeit und eben vom Veränderlichen.

Mann, was Du alles für Sachen machst. Toll!!!

:)

[Christoph E. (stoppi)]

In den letzten Tagen sind einige Sachen aus China für meine 
Physikprojekte eingetroffen.

1.) Plexiglasröhre und Polarisationsfilter für ein Zauberexperiment: Man 
gibt zwei Polarisationsfilter um 90% verdreht ins Innere des 
Plexiglasrohrs. Dadurch hat man den Eindruck als befände sich ein Boden 
in der Mitte des Rohrs. Dann lässt man wie durch Zauberei einen Ball 
oder anderen Gegenstand durch das Rohr fallen, ohne dass dieser vom 
Boden aufgehalten wird...

Leider waren die China-Polarisationsfolien mit einer Klebeschicht 
versehen und ich konnte sie nicht ganz ins Rohr stecken. Zudem war der 
Polfilter nicht parallel zu den Schnittkanten ausgerichtet sondern im 
Winkel von 45°. Daher verdunkelten die zu einem Kreis gebogenen Filter 
bereits einzeln für sich das Licht. Auf Amazon habe ich mir deshalb 
neue, nicht klebende und richtig ausgerichtete Polfilterfolie bestellt.

2.) Versuche zur Oberflächenspannung: Einmal möchte ich die 
Oberflächenspannung von Wasser mit der Ringmethode und meinem 
Arduino-Newtonmeter bestimmen und dann die Steighöhe des Wassers in 
einem Keil. Dazu habe ich mir gebrauchte Objektträger aus Glas auf 
willhaben besorgt. Durch die Oberflächenspannung steigt das Wasser in 
der Kapillare/dem Keil hoch und zwar mit 1/d.

Die Minimaloberfläche einer Seifenblase zwischen zwei Ringen aus Draht 
habe ich theoretisch und experimentell ermittelt. Dazu habe ich die 
Oberfläche von Paraboloiden berechnet und das Minimum bestimmt. 
Funktioniert sehr gut...

3.) Versuche zur Reibung: Hier werde ich die Haft- und Gleitreibung 
ebenfalls mit meinem Arduino-Newtonmeter bestimmen. Dazu habe ich mir 
aus Holz ein Reibungsobjekt gebastelt. Auf einer Fläche habe ich für 
einen unterschiedlichen Reibungskoeffizienten Moosgummi aufgeklebt. Und 
dann gibt es noch einen schönen Versuch zur Reibung mit einem Besen. Man 
legt diesen auf die beiden Zeigefinger und bewegt dann die beiden Finger 
aufeinander zu. Wie von Zauberhand bewegt sich einmal der eine Finger 
und dann wieder der andere und beide treffen sich immer beim Schwerpunkt 
des Besens. Dies kann man schön mit Gleit- und Haftreibung erklären.

Den Versuch mit der schiefen Ebene zur Bestimmung des 
Haftreibungskoeffizienten µ mit µ = tan(alpha) habe ich bereits 
durchgeführt...

[Christoph E. (stoppi)]

Die Versuche zur Oberflächenspannung sind im Kasten.

1.) Einmal das Experiment "Wasserkeil" zur Veranschaulichung des 
Kapillareffekts. Laut meiner Herleitung sollte die Steighöhe h indirekt 
proportional zur lokalen Plattendicke d sein. Konkret lautet die Formel: 
h = (2*Sigma/ro*g)*1/d.
Die Auswertung des Meniskus erfolgt mit der kostenlosen Software 
Tracker. Ich erhalte eine schöne Gerade, wenn ich h gegen 1/d auftrage. 
Die aus deren Steigung ermittelte Oberflächenspannung Sigma von Wasser 
weicht mit 21 mN/m aber deutlich vom Sollwert 75 mN/m ab. Warum, kann 
ich im Moment nicht sagen. Vielleicht stimmt auch "meine" Formel 
nicht...

2.) Bestimmung der Oberflächenspannung von Wasser mit der Ringmethode: 
Man taucht einen Metallring in Wasser ein und zieht ihn dann langsam 
heraus. Kurz vorm Abreißen des Wasserfilms zeigt die Waage/Newtonmeter 
dann Gewicht plus Oberflächenspannung an. Es gilt: Sigma = F/(2*2*r*Pi). 
In meinem Fall betrug die Kraft unmittelbar vor dem Abriss des 
Wasserfilms 0.2020 N und das Gewicht des Metallrings 0.1744 N. Mit dem 
Durchmesser d = 57.9 mm des Rings ergibt sich eine Oberflächenspannung 
Sigma = 75.9 mN/m. Dies stimmt sehr gut mit den Tabellenwerten (67.9 
mN/m bei 50°C, 72.75 mN/m bei 20°C) überein, Heureka...

3.) Minimaloberfläche: Ich spanne eine Seifenhaut zwischen zwei 
Kreisringen mit dem Radius R und den Abstand H. Die Seifenhaut folgt 
nicht der Zylinderoberfläche, sondern ist eingebuchtet. Dadurch 
reduziert sich die gebildete Oberfläche. Diese Verminderung habe ich 
auch theoretisch hergeleitet, indem ich die Oberfläche eines Paraboloids 
in Abhängigkeit von R, H und der Einbuchtung T hergeleitet habe. Bei R = 
H = 50 mm erhalte ich etwa bei T = 8 mm die minimale Oberfläche. Dies 
deckt sich recht gut mit dem Experiment...

Link zu mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/oberflaechenspannung/

[J. S. (engineer)]

Steffen W. schrieb:
> @ Jürgen S.
> Nimm doch einfach einen alten Trafo oder Drossel mit EI Kern.
Als Ersatz für den diskutierten Neodym-Magneten?

Christoph E. schrieb:
> Aber ja nicht auf den Sonnenfilter vergessen
.. und zuvor auf kleine Fehlstellen und Löcher kontrollieren! Die SB-ALU 
Folien-Filter, die Viele benutzen, sind dabei kritisch zu sehen. Gute 
Filter gibt es z.B. von Baader, wer es braucht.

Zum Thema Physikexperimente (hier mi Astro-Bezug) arbeite ich gerade an 
einer BV zur Verbesserung des optischen Seeings. Kommt gfs auch hier als 
Bereicht. Momentan wird meine neue Errungenschaft verwurstet:

[Christoph E. (stoppi)]

Zwei Versuche zur Haft- bzw. Gleitreibung habe ich jetzt durchgeführt. 
Einmal die schiefe Ebene, welche man so lange neigt, bis die darauf 
befindlichen Gegenstände zu rutschen beginnen. Es besteht dann folgender 
Zusammenhang zwischen Haftreibungskoeffizienten und Neigungswinkel: µ = 
tan(alpha).

Und dann habe ich noch den Haft- und Gleitreibungskoeffizienten mit 
meinem Holzblock und dem Arduino-Newtonmeter bestimmt. Einfach den 
Gegenstand so lange ziehen, bis er sich in Bewegung setzt und die 
Haftreibung überwunden hat und dann beim Gleiten die Überwindung der 
kleineren Gleitreibung. Der Unterschied zwischen Haft- und Gleitreibung 
war jetzt nicht so groß aber messbar...

Zum Schluss noch ein kleiner Zaubertrick mit zwei Polarisationsfolien, 
welche man gekreuzt in einem Plexiglasrohr postiert. Dadurch wird in der 
Mitte der Eindruck erweckt, im Rohr befände sich ein schwarzer Boden. 
Dann lässt man einen Tischtennisball durchs Rohr fallen und wie durch 
Zauberhand fliegt dieser durch den Boden...

[Christoph E. (stoppi)]

Hier 
(https://www.instructables.com/Optically-Measure-Nanometer-Distances-on-the-Dinne/) 
bin ich auf ein sehr schönes Experiment zum Thema "Interferenz an dünnen 
Schichten" gestoßen. Das musste ich natürlich auch gleich durchführen. 
Man benötigt dazu eine Weißlichtquelle (in meinem Fall eine gewöhnliche 
Glühbirne), zwei teildurchlässige Spiegel (bekommt man günstig bei PGI 
oder Astromedia) und ein Spektroskop mit Lichtleiteranschluss. Letzteres 
habe ich mir vor rund 1 Jahr gebastelt.

Zwischen den Spiegelschichten befindet sich ein enger Zwischenraum aus 
Luft der Länge L. Wenn der Wegunterschied der Lichtstrahlen 2*L genau 
ein Vielfaches der Wellenlänge lambda ist, transmittiert diese 
Wellenlänge durch das Interferometer. Es muss also für Transmission 
gelten: 2*L = n*lambda.

Diese Bedingung ist nur für bestimmte Wellenlängen erfüllt. Nimmt man 
also mit dem Spektroskop das Transmissionsspektrum auf, so müsste man 
einzelne Peaks beobachten können. Genau dies war bei mir der Fall...

Man kann auch die Position der Peaks theoretisch berechnen eben mit der 
Gleichung 2*L = n*lambda. Die Übereinstimmung Theorie-Experiment ist 
recht gut.

Ein sehr nützliches online-tool zur Berechnung des 
Transmissionsspektrums: 
https://www.filmetrics.com/reflectance-calculator?wmin=400&wmax=700&wstep=1&angle=0&pol=s&units=nm&mat[]=SiO2&d[]=0&mat[]=Al&d[]=15&mat[]=Air&d[]=1600&mat[]=Al&d[]=15&mat[]=SiO2&d[]=0&sptype=t

[Christoph E. (stoppi)]

Zwei "Zaubertricks" habe ich noch zum Thema Polarisationsfilter. Zum 
einen das 3-Filter-Paradoxon und dann das magische Klebeband.
Beim 3-Filter-Paradoxon strahlt man zunächst einen Laser durch einen 
Polarisationsfilter. Dann kommt ein zweiter Filter senkrecht dazu. Die 
Intensität sinkt nahezu auf 0. Nun postiert man einen dritten um 45° 
geneigten Filter zwischen den beiden anderen und siehe da, es kommt 
wieder wider Erwarten Licht durch. Wenn die Intensität durch den ersten 
Filter I0 beträgt, dann kommt bei 3 Filter I0/4 durch...

Für den Klebeband-Versuch benötigt man zwei Polarisationsfilter, eine 
Overhead-Folie und Klebeband (Tixo). Dieses klebt man regellos und zum 
Teil auch mehrfach übereinander auf die Overheadfolie. Gibt man das 
Ganze nun zwischen zwei Polarisationsfilter, so entsteht ein 
wunderschönes Farbenspiel...

[Christoph E. (stoppi)]

Was macht man am Ostersonntag? Richtig, experimentieren...

Habe das Experiment zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit 
durchgeführt, nachdem am Freitag das 50 m lange Lichtleiterkabel 
angekommen ist. Ich messe eine Zeitverzögerung von 250 ns, was einer 
Lichtgeschwindigkeit im Glasfaserkabel von 2*10^8 m/s und demnach einem 
Brechungsindex n = 1.5 entspricht. Dies deckt sich ausgezeichnet mit den 
Tabellenwerten zwischen 1.47 und 1.55, Heureka...

Ich habe den Aufbau aber ein wenig abändern müssen, nachdem das Signal 
durch das Glasfaserkabel nicht nachweisbar war, wenn ich den Laserstrahl 
über die Kollimatorlinse einkoppelte und der Abstand Laser-Fasereintritt 
einige cm betrug. Also musste ich die Idee mit den zwei Photodioden 
verwerfen.

Jetzt leuchte ich mit der Laserdiode ohne Kollimatorlinse einmal direkt 
auf die Photodiode und dann über das Lichtleiterkabel. Dabei halte ich 
den Fasereintritt direkt auf das Glas der Laserdiode. So erhalte ich 
zumindest Signale im Bereich 50-100 mV (siehe angehängtes Oszibild).

Hier kann man sich einen ähnlichen Aufbau kaufen: 
https://i-fiberoptics.com/educational-detail.php?id=13200

Schönen Ostersonntag noch ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Das axiale Magnetfeld einer unendlich langen Zylinderspule beträgt H = 
n*I/L bzw.B = µ0*n*I/L. Bei einer endlich langen Spule ist dies nicht 
mehr ganz so. Dem bin ich auf die Spur gegangen und habe das Magnetfeld 
einer Spule der Länge L mit N Windungen theoretisch bzw. experimentell 
bestimmt. Die Übereinstimmung ist sehr gut...

[Rbx (rcx)]

Christoph E. schrieb:
> Ich komme auf
> eine Geschwindigkeit von max. 7 m/s, also 25.2 km/h...

7,111111111111 * 36

[Christoph E. (stoppi)]

Das gebrauchte Maxwellrad ist inzwischen gut angekommen und so konnte 
ich das Experiment gleich durchführen. Mit der Software "Tracker" habe 
ich die langsame Beschleunigung aufgezeichnet und a bestimmt. Ich komme 
auf einen Wert von a = 0.1071 m/s². Damit konnte ich das Trägheitsmoment 
um den Schwerpunkt zu I_S = 0.00043 kg*m² ermitteln.

Dieses Trägheitsmoment habe ich dann auch noch mittels der Gesamtmasse m 
= 530 g und den Abmessungend es Rotationskörpers berechnet und erhalte 
I_S = 0.00049 kg*m². Mit der Abweichung beider Ergebnisse bin ich aber 
zufrieden...

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

[Christoph E. (stoppi)]

Vor zwei Jahren habe ich ein Modell eines Teilchenbeschleunigers mit 
Spulen und Lichtschranken gebastelt. Jetzt fertige ich gerade ein 
weiteres Modell an, welches mit Hochspannung betrieben wird. In einer 
großen Plastikschale befinden sich abwechselnd mehrere Elektroden, an 
die das DC-HV-Netzteil angeschlossen wird. Ein mit Graphitlack 
besprühter Tischtennisball wird nun in die Schale gegeben. Aufgrund der 
Abstoßung gleichnamiger Ladungen bewegt sich dieser dann im Kreis.

Ich warte eigentlich nur noch auf den Graphitlack von Reichelt, dann 
kann ich den Teilchenbeschleuniger hochfahren ;-)

Vor 30 Jahren habe ich in Turbo-Pascal ein Teilchenbeschleuniger-Spiel 
programmiert. Es geht darum, ein Elektron mittels Beschleunigungsstecken 
auf möglichst hohe Geschwindigkeit zu bringen. Dazu müssen die 
Elektroden immer möglichst zeitgerecht per Tastatur umgepolt werden...

[Joe G. (feinmechaniker)]

Das Maxwell-Rad ist ein sehr schönes Beispiel für die transformatorische 
Kopplung zwischen translatorischen und rotatorischen Systemen. Ich habe 
es mal in LTSpice nachgebaut ;-) Jetzt kann man sich sehr schön den 
zurückgelegten Weg, die Drehzahl oder die konstante Beschleunigung in 
Abhängigkeit der mechanischen und geometrischen Parameter ansehen.

[Christoph M. (mchris)]

>Ich habe es mal in LTSpice nachgebaut ;-)

Nett. Könntest du die Funktionsblöcke P,I und 4 Pol anhängen, sonst 
läuft es nicht.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank Joe für deinen sehr spannenden Beitrag...

Nachdem inzwischen der Graphitlack von Reichelt angekommen ist, konnte 
ich meinen elektrostatischen Teilchenbeschleuniger (klingt 
beeindruckender als er ist ;-)) testen. Zuerst betrug der 
Elektrodenabstand nur 30° und ich erhielt schon bei sehr niedriger 
Spannung Überschläge über die nun leitfähige Kugel. Deshalb habe ich den 
Elektrodenabstand zuerst auf 45° und in der finalen Version auf 90° 
erhöht. Im letzteren Fall konnte ich mein HV-Netzteil mit 14.5 kV voll 
ausschöpfen ohne Überschläge. Die Geschwindigkeit ist einigermaßen 
zufriedenstellend. Vielleicht hänge ich ja alles noch an mein 
35kV-Netzteil, mal schauen...

Auf meiner Homepage gibt es ganz unten ein Video davon zu sehen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/teilchenbeschleuniger/

[Joe G. (feinmechaniker)]

Christoph M. schrieb:
> Könntest du die Funktionsblöcke P,I und 4 Pol anhängen, sonst
> läuft es nicht.

gerne
https://github.com/Feinmechaniker/Mechatronik/tree/Mechatronik/00%20AB/99%20Tools/01%20LTSpice

[Christoph E. (stoppi)]

Jetzt habe ich noch mein altes Michelson-Interferometer weitestgehend 
bestehend aus Teilen eines alten DVD-Brenners dokumentiert.

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/michelson-interferometer/

Verwendung fanden die rote Laserdiode, ein halbdurchlässiger Spiegel, 
eine Linse für den Kollimator und die Aufweitungsoptik und schließlich 
noch Druckfedern für die Spiegelhalterungen. Eines meiner wohl schönsten 
Projekte vor allem wegen der Wiederverwendung alter Teile...

Funktionieren tut es anstandslos, auch nach vielen Jahren der 
Nichtnutzung ist die Justage nach einer Minute erledigt. Es reagiert 
sehr fein auf kleinste Berührungen der Spiegelhalter mit einem Finger.

[Christoph E. (stoppi)]

Beim Wellenpendel komme ich auch schön langsam weiter. Ich werde die 
Kugeln nur noch mit M10-Muttern beschweren, da sonst die Nylonschnur 
nicht wirklich straff gespannt ist. Habe mich für 14 Pendeln und eine 
Wiederholungszeit von 40 sek entschieden...

Von Opitec habe ich mir zwei Schiffsmodelle gekauft (Katamaran und 
Kielboot). Damit werde ich das rücktreibende Drehmoment in Abhängigkeit 
vom Krängungswinkel bestimmen und zeigen, dass der Katamaran teilweise 
bei starkem Wind zu instabilen Situationen bzw. zum Kentern führen kann.

Link: https://www.opitec.at/katamaran-easy-line.html

Ebenfalls von Opitec habe ich mir einen Reed-Relais-Motor und einen 
einfachen Elektromotor kommen lassen. Da werde ich ein Video zu 
besonders einfachen bzw. ausgefallenen Motoren machen.

Link: https://www.opitec.at/opitec-reedkontakt-motor.html?pgNr=49

Und dann konnte ich noch zwei Experimente zum Thema Widerstände 
durchführen. Einmal ein quasi unendlich großes Widerstandsnetzwerk mit 
einem schönen Grenzwert und dann die Bestimmung des Widerstands eines 
dünnen Widerstandskeils. Diesen habe ich mit dem kürzlich gekauften 
Graphitlack erzeugt. Eine gute Übereinstimmung zwischen Theorie und 
Experiment konnte ich bei einer Graphitschichtdicke von nur 6 nm 
erzielen. Dies ist natürlich viel zu wenig. Daher muss der spezifische 
Widerstand meines Graphitlacks deutlich über jenem reinen Graphits 
liegen. Ansonsten stimmen die beiden Kurven sehr gut überein...