Physikalisches Praktikum Weihenstephan

Das Physikalische Praktikum spielt in der Physikausbildung in Weihenstephan eine bedeutende Rolle: Während die Vorlesung Ihnen die grundlegenden Gesetze der Physik erklärt und diese an Experimenten demonstriert, führen Sie im Praktikum solche Experimente selbst durch. Dadurch schulen Sie Ihr Verständnis für physikalische Zusammenhänge und lernen die Grundlagen des wissenschaftlichen Experimentierens.

Praktikumsraum Physik in Weihenstephan
Physikalisches Praktikum Weihenstephan. Hier führen Sie die Experimente durch.

Organisatorische Hinweise und weitere Informationen finden Sie auf den Webseiten von Frau Dr. Scharnagl

Versuche zur Mechanik

WAA: Die Waage

Die Waage

Kurzbeschreibung

Jeder Körper besitzt eine Masse. Diese Eigenschaft Masse ist der Beobachtung und Messung zugänglich durch die Trägheit und die Schwere der Masse. “Trägheit” bedeutet, dass ein Körper seine Geschwindigkeit beibehält, wenn keine Kraft auf ihn einwirkt. “Schwere” bedeutet, dass auf einen Körper, der sich auf der Erde (allgemein: in einem Schwerefeld) befindet, eine Kraft wirkt, die Gravitation. (Häufig auch Gewicht genannt). In diesem Versuch sollen anschaulich das Gewicht, die Masse und die Dichte eines Probenstücks unter Berücksichtigung des Luftauftriebs bestimmt werden. Zuvor soll die Empfindlichkeit der >100 Jahre alten Apothekerwaage erörtert werden. Ein Vergleich mit einer modernen Digitalwaage erfolgt ebenfalls.

Stichworte

Masse, Gewicht, Dichte, Trägheit, Federkraft, Substitutionsprinzip, Luftauftrieb, Empfindlichkeit

SWI: Schwingung und Resonanz

Schwingung und Resonanz

Kurzbeschreibung

Eine Schwingung (auch Oszillation) bezeichnet den Verlauf einer Zustandsänderung, wenn ein System auf Grund einer Störung aus dem stabilen Gleichgewicht gebracht und durch eine rücktreibende Kraft wieder in Richtung des Ausgangszustandes gezwungen wird. Grundsätzlich basiert das Schwingen eines Systems auf der periodischen Energieumwandlung zwischen zwei Energieformen. (Wikipedia)

Stichworte

freie, gedämpfte, erzwungene Schwingung, Ruhelage, Amplitude, Phase, Frequenz, Kreisfrequenz, Schwingungsdauer, Resonanz, Feder, Wirbelstrombremse, Reibung, Dämpfung, Differentialgleichung 2.Ord.

DRE: Drehbewegung

Drehbewegung

Kurzbeschreibung

Neben der linearen Bewegung durch den Raum existiert eine Rotationsbewegung, welche um eine Achse erfolgt. Diese ist nach den Newtonschen Axiomen nötig, da eine kontinuierliche Richtungsänderung eine andauernde Kraft mit sich bringt.

Dennoch lassen sich beide Bewegungsarten analog beschreiben und berechnen. Jeder Größe aus der geradlinigen Bewegung wie z.B Ort, Beschleunigung, Geschwindigkeit stehen Winkel, Winkelbeschleunigung und Wingekgeschwindigkeit gegenüber. Ebenso verhält sich die Rückstellkraft einer Spiralfeder in gleicher Weise wie die eine Zugfeder.

Stichworte

Kreisbahn, Bahn- und Winkelwindigkeit, Bogenmaß, Rotationsenergie, Drehmoment, Trägheit, Trägheitsmoment, starrer Körper, Satz von Steiner,

Versuche zur Wärmelehre

GAS: Zustandsgleichung realer Gase

Zustandsgleichung realer Gase

Kurzbeschreibung

Die Thermodynamik beschreibt den physikalischen Zustand eines Stoffes durch sog. Zustandsgrößen. Dazu gehören u. a. Temperatur T, Druck p, das Volumen V und die Stoffmenge n. Geht man von einem geschlossenen Systemaus, so reichen im allgemeinen die Zustandsgrößen Druck, Temperatur und Volumen für die Charakterisierung der Substanz aus. Die Variation einer Zustandsgröße hat somit direkte Folgen auf die beiden anderen Größen. Dies kann mit dem Versuchsaufbau systematisch beobachtet und aufgezeichnet werden.

Stichworte

Thermodynamik, ideales und reales Gas, Van-der-Waals-Gleichung, Zustandsgröße, Zustandsgleichung, kritischer Punkt, Dampfdruck, thermisches Gleichgewicht, Phasenübergang, Schwefelhexafluorid (SF6), Isotherme, Isobare, Isochore

LEI: Wärmeleitung

Wärmeleitung

Kurzbeschreibung

Der Transport von Wärme erfolgt durch Wärmestrahlung, Wärmeleitung und Wärmeströmung (Konvektion). Je nach Medium (Vakuum, Gas, Flüssigkeit, Feststoff) dominiert ein anderer Mechanismus. In diesem Versuch wird das Wärmeverhalten eines Metallzylinders untersucht. Wir betrachten dementsprechend nur die Wärmeleitung, welche in Analogie zur elektrischen Leitung behandelt und formuliert werden kann.

Stichworte

Wärme, Schwingungsenergie, Isolierung, Gleichgewicht, Thermometer, Regler, Wärmestromdischte, Wärmeleitfähigkeit

Versuche zur Optik

PHO: Spektralphotometrie

Spektralphotometrie

Kurzbeschreibung

In einem Spektralphotometer wird die Probe mit Licht einer festen Wellenlänge durchstrahlt und die Intensitätsabnahme des austretenden Lichts gemessen. Mit Hilfe eines dispersiven Elements (Glasprisma) kann aus dem Spektrum der Weißlichtquelle die gewünschte Farbe selektiert werden. Auf diese Weise können die optischen Eigenschaften von Objekten als Funktion der Wellenlänge des einfallenden Lichtes bestimmt werden.

Da jede chemische Verbindung charakteristische Energieniveaus besitzt, kann ein Spektralphotometer zum Nachweis und Identifikation unbekannter Substanzen und zur Konzentrationsbestimmung dienen.

Stichworte

Licht, elektromagnetische Welle, Photon, Monochromator, Photodiode, CCD-Zeile, Lambert-Beersches Gesetz, Absorption&Transmission, Resonanz, Brechung, Beugung, Dispersion, Prisma, Gitter

MIK: Mikroskopie

Mikroskopie

Kurzbeschreibung

Das menschliche Auge ist in seiner Auflösung begrenzt. Jahrhundertelang war die optische Wahrnehmung auf das Alltägliche beschränkt. Erst mit der Konstruktion von Mikroskopen und Teleskopen mit Hilfe einfacher Linsensystemen wurden Einblicke in Vorgänge möglich die zuvor verschlossen bzw. gänzlich unbekannt waren. Da moderne optischen Systeme gekapselt aufgebaut sind und somit der Einblick auf die Technik verwehrt bleibt, wird im Praktikum mit einem ‘aufgeschnittenen’ Mikroskop gearbeitet. Hiermit kann die Funktion und Wirkungsweise eines jeden Bauteils beobachtet und (z.B. durch ein Verschieben oder Austauschen) beeinflusst werden kann.

Stichworte

Geometrische Optik, Dünne Linse, konvex, konkav, Brechung, Brennebene, Fokus, Brennweite, optische Achse, Zwischenbild, virtuell, Normalvergößerung, Auge, Sehwinkel, Auflösungsvermögen, Objektiv, Okkular

Versuche zur Elektrizitätslehre

URI: Elektrische Grundschaltungen

Elektrische Grundschaltungen

Kurzbeschreibung

Einfache elektrische Grundschaltungen lassen sich mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes und der beiden Kirchhoffschen Regeln vollständig berechnen. Diese sollen mit variabel aufzubauenden elektrischen Netzwerken (bestehen aus einzelnen Zweigen, die in Knoten zusammenlaufen und miteinander geschlossene Maschen bilden) verstanden und verifiziert werden.

Stichworte

Kirchhoff, Knotenregel, Maschenregel, geregeltes Netzeil, Spannung, Stromrichtung, ohmscher Widerstand, Leitwert, Serien- und Parallelschaltung, Pt100, Drehpotenziometer, Wheatstonesche Brücke

WES: Wechselstrom

Wechselstrom

Kurzbeschreibung

Das Oszilloskop ist ein sehr vielseitiges Messgerät, das im Laboralltag nicht mehr wegzudenken ist. Die meisten zu untersuchenden Ereignisse verhalten sich periodisch und müssen zeitaufgelöst gemessen werden. Nur ein verschwindend kleiner Anteil aller Ereignisse ist zeitlich unabhängig und kann mit einfacheren Methoden (wie z.B. beim URI-Versuch) beschrieben werden. In diesem Versuch lernen Sie die Grundelemente des Oszilloskops kennen und werden damit die Durchlasskurven verschiedener passiver Bauteile (Hochpass, Tiefpass, Schwingkreis) aufnehmen und auswerten.

Stichworte

Frequenz, Amplitude, Phase, Dämpfung, ohmscher Widerstand, Kondensator, Spule, Sinusgenerator, Koaxkabel

ELY: Elektrolyse

Elektrolyse

Kurzbeschreibung

Während bei Festkörpern wie z. B. Metalle  Elektronen die Träger der Ladung sind, sind dies bei leitenden Flüs­sigkeiten und Gasen Ionen. Je nach Wertigkeit können Atome oder Moleküle ein oder mehrere Elektro­nen aufnehmen oder abgeben und somit zu einfach oder zweifach geladenen Kationen  und Anionen werden. Deshalb kann also die transportierte La­dungsmenge nur ein ganzzahliges Vielfaches der Ladung des Elektrons sein. Durch die spezifische Masse und Größe der Ionen bewegen sie sich in einem elektrischen Feld unterschiedlich schnell.

Bei diesem Versuch können sie mit einfachen Hilfsmittel Naturkonstanten wie z. B. die elektrische Elementarladung und die Faradaykonstante mit hoher Genauigkeit bestimmen.

Stichworte

Elementarladung e-, Ionen, Konzentration, Stoffmenge, starke Säure, elektrisches Feld, Leitfähigkeit, Beweglichkeit, Elektroden, Faradaykonstante F, Avogadrokonstante NA

BRZ: Brennstoffzelle

Brennstoffzelle

Kurzbeschreibung

Brennstoffzellen wandeln die chemische Energie eines Brennstoffes (z.B. Wasserstoff) durch Oxidation direkt in elektrische Energie um. Sie zählen, wie Batterien und Akkumulatoren, zu den elektrochemischen Energiewandlern, die auch als galvanische Elemente bezeichnet werden. Im Unterschied zur Batterie ist aber der Energievorrat nicht direkt in der Zelle gespeichert, sondern wird von außen zugeführt. Brennstoffzellen erzeugen daher so lange Strom, wie die Zufuhr der Reaktionspartner anhält. Hierdurch zählen sie zu den Energielieferanten der Zukunft

Stichworte

Wärmekraftmaschine, Elektrochemische Energieumwandlung, kalte Verbrennung, Redox-Reaktionen, chemische Zelle, Elektroden, Elektrolyt, Membran, Katalysator, Wirkungsgrad, Zellspannung, Innenwiderstand, Strom-Spannungs-Kennlinie

Kontakt

Dr. Christina Scharnagl
Physik-Department
Technische Universität München
Maximus-von-Imhof-Forum 4, Raum P051
85350 Freising
Tel. 08161/71-3557