Physikprojekte

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. 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 :)

Da hat es sehr spannende Sachen dabei.

Respekt vor der Leistung.

Grüsse,
René

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...

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

Das 2D21 Thyratron ist mit Xenon gefüllt...

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.

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.

Whow, das ist ja der Wahnsinn! Chapeau!

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/

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/

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/

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...

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/

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/

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.

>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...

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!

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...

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).

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...

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/

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/

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...

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/

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...

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.

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/

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/

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/

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/

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 ;-)

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...

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.

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...

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...

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.

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.

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...

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...

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/

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?".

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...

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.

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.

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...

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

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/

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/

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...

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.

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...

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: 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

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.

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

@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...

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/

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...

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...

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/

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: 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.

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...

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...

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/

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...

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 2e oder 3e 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.

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
• ...

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

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/

@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 ;-)

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...

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 ;-)

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...

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...

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...

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.

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.

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: 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.

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 ;-)

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/kgs². Der Sollwert ist rund 100mal kleiner und beträgt 6.67 * 10^-11 m³/kgs².

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/

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...