Aufgabe 1 - Fotoeffekt
a)
Wellenlänge lambda = 633nm
Frequenz f=c/lambda=4,74e14 Hz
Energie E=hf=3,14e-19J=1,96eV
Die Energie ist damit höherer als die Austrittsarbeit von Cs und Ba/W. Nur dort tritt der Photoeffekt auf.
b)
Höhere Intensität heißt mehr Photonen pro Zeit. Aber deren Frequenz und Energie bleibt gleich klein und reicht nicht aus für einen Photoeffekt bei den anderen Stoffen.
c)
Energie in J umrechnen, dann f=E/h, dann lambda=c/f=296nm. Alle Wellenlängen unter 296nm sind geeignet. Das wäre UV-Licht.
Aufgabe 2
a)
Mehr Elektronen, aber mit derselben Energie. D.h. Stärkerer Fotostrom bei derselben Spannung.
b)
Photonen und damit Elektronen haben mehr Energie. Größere Spannung gemessen. Wenn Gesamtenergie pro Zeit gleich, wird die Energie auf größere und damit weniger "Pakete" verteilt. Das bedeutet weniger Elektronen und damit schwächerer Fotostrom. Bleibt die zahl der Fotonen pro Zeit gleich, dann auch die der Elektronen.
Donnerstag, 22. Dezember 2011
Dienstag, 13. Dezember 2011
Simulationen zu Quanten und Atommodellen
Rutherford-Experiment
Rutherford fand heraus, dass die Masse von Atomen vor allem in sehr kleinen Kernen konzentriert ist. Auf http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/rutherford/ kannst du sein Experiment simulieren.
Bohrsches Atommodell
Auf http://www.leifiphysik.de/web_ph12/simulationen/10bohr/bohr.htm sind einige Erklärungen zur Simulation. Der Link dort unten links führt zum Applet und zu weiteren physikalischen Erklärungen
Aufgaben: (1) Stelle in einer Tabelle die Zahlen n und die Energien der Elektronen gegenüber. (2) Klicke die Wellendarstellung an. Mit gedrückter Maustaste kannst du beliebige Bahnradien einstellen. Wodurch zeichnen sich die De-Broglie-Wellen auf den „erlaubten“ Radien aus?
Etwas bunter sieht die Simulation unter http://www.mhhe.com/physsci/astronomy/applets/Bohr/applet_files/Bohr.html aus. (Hier stimmt nicht, dass das Elektron auf den inneren Bahnen langsamer ist aus weiter außen.)
Emissionsspektren
Das obere Feld auf http://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/spektrum4.html zeigt das Linienspektrum des H-Atoms, die Sogenannte Balmer-Serie. Wenn du mit der Maus in das Feld klickst, wird die Wellenlänge angezeigt.
Aufgabe: Bestimme die Wellenlängen und die zugehörigen Energien der Linien. Überprüfe das Gesetz, wonach die Energien sich wie E0(1/n²-1/m²) (mit n=2 und m= 3; 4; 5;…) verhalten. Berechne die Rydbergenergie (zur Kontrolle: E0 =13.6eV.)
Auf http://www.leifiphysik.de/web_ph12/versuche/10balmer/balmer.htm sieht man einen Versuchsaufbau mit der „Balmer-Lampe“. Berechne zur Kontrolle eine der Wellenlängen und vergleiche mit deiner obigen Wellenlänge.
Etwas Englischunterricht „zur Erholung“
Lies den Dialog unter http://www.colorado.edu/physics/2000/quantumzone/index.html und den Folgeseiten und spiele mit den Applets auf den beiden folgenden Seiten.
Polarisationsfilter
Unsere Versuche zu den Polarisationsfiltern kannst du hier in der Simulation nachspielen. (1) Beobachte, wie im Einführungsversuch http://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/materialien/inhalt_materialien/polfilter/index.html die Intensität des durchgelassenen Lichts von den Winkeln abhängt. (Auf download klicken und das *.exe starten) (2) Ein (etwas abgewandeltes) Michelson-Interferometer mit zwei Polfiltern auf den beiden Wegen und einem Dritten danach findet man unter http://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/materialien/inhalt_materialien/interferometer/index.html . Du kannst zwischen dem Lichtbild und der Darstellung einzelner Photonen wählen. Merke: Wenn der Weg, den das Photon genommen hat, eindeutig bekannt ist, tritt keine Interferenz auf. Wenn man nichts weiß, sieht man die Überlagerung zweier Wellen.
Franck-Hertz-Versuch
Lies unter http://www.leifiphysik.de/web_ph12/versuche/10frankherz/franck_hertz.htm den Text zum Versuchsaufbau und betrachte die einfache Animation. Eine ausführlichere Erklärung mit einer detaillierten Animation ist bei http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/physik/online_material/atomphysik/experimente/franckhertzd.htm
Freitag, 9. Dezember 2011
Teilchenphysik
Zumindest die drei, die im März in Tübingen dabei waren, erinnern sich vielleicht noch an das Higgs-Teilchen.
Donnerstag, 8. Dezember 2011
Quantenmechanik-Kurs
Der Aufbau unseres Quanten-Kurses ist in weiten Zügen angeleht an das Münchner Didaktikkonzept MILQ und seinen Basiskurs. Vor allem haben sie recht nette Simulationsprogramme.
Dienstag, 6. Dezember 2011
Atome
Rutherford-Experiment.
Streuung von (positiv geladenen) geladenen Alpha-Teilchen an einer dünnen Goldfolie.
Ergebnis. Atome sind vor allem leer.
http://www.leifiphysik.de/web_ph12/versuche/10rutherfor/index.htm
und dabei vor allem:
http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/rutherford/
Bohrsches Atommodell
Elektronen bewegen sich auf Bahnen so um den Kern, dass dei De-Broglie-Wellen "sich in den Schwanz beißen", dass der Umfang genau das n-Fache der Wellenlänge ist.
http://www.leifiphysik.de/web_ph12/simulationen/10bohr/bohr.htm
und
http://www.mhhe.com/physsci/astronomy/applets/Bohr/applet_files/Bohr.html
Zusammen mit der Zentripetalkraft kann man eine Gleichung für die Werte der dadurch "erlaubten" Energien herleiten.
Diese Rechnung passten mit der Beziehung E=hf zu den Spektrallinien. Sie die Simulationen zum Bohr-Modell und den Dialog in
http://www.colorado.edu/physics/2000/quantumzone/index.html
Streuung von (positiv geladenen) geladenen Alpha-Teilchen an einer dünnen Goldfolie.
Ergebnis. Atome sind vor allem leer.
http://www.leifiphysik.de/web_ph12/versuche/10rutherfor/index.htm
und dabei vor allem:
http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/rutherford/
Bohrsches Atommodell
Elektronen bewegen sich auf Bahnen so um den Kern, dass dei De-Broglie-Wellen "sich in den Schwanz beißen", dass der Umfang genau das n-Fache der Wellenlänge ist.
http://www.leifiphysik.de/web_ph12/simulationen/10bohr/bohr.htm
und
http://www.mhhe.com/physsci/astronomy/applets/Bohr/applet_files/Bohr.html
Zusammen mit der Zentripetalkraft kann man eine Gleichung für die Werte der dadurch "erlaubten" Energien herleiten.
Diese Rechnung passten mit der Beziehung E=hf zu den Spektrallinien. Sie die Simulationen zum Bohr-Modell und den Dialog in
http://www.colorado.edu/physics/2000/quantumzone/index.html
Freitag, 2. Dezember 2011
Wellenpakete 2
Geogebra-Applets zu den Wellenpaketen:
wellenpakete.html
und
wellen_frequenzen.html
(auf download klicken; öffnet sich dann im Browser)
wellenpakete.html
und
wellen_frequenzen.html
(auf download klicken; öffnet sich dann im Browser)
Wellenpakete
Form von Wellenpaketen und ihre Impulsanteile – die Heisenbergsche Unschärferelation
Öffne die Seite http://www.harfesoft.de/aixphysik/quanten/Mark/heisenberg.html
Links oben siehst du die Wahrscheinlichkeitsverteilung eines Wellenpakets |Ψ(x)|².
Rechts ist die Verteilung seiner Impulse. Stelle das Menu zunächst von „gaussian“ auf „user defined“. Du kannst mit der Maus einzelne Impulsbeiträge setzen.
Mit einem einzelnen Punkt erhältst du die Wellenfunktion Ψ(x) einer ebenen Welle mit eindeutigem Impuls und eindeutiger Wellenlänge. Sie ist konstant in x, denn das Teilchen kann überall mit gleicher Wahrscheinlichkeit sein.
Füge mehr und mehr Impulsanteile bzw. Wellenlängen zu. Wie ändert sich das Wellenpaket, wenn du die Impulsanteile breiter streust?
Lösche deinen Eintrag mit „clear“. Wie sieht das Wellenpaket aus, wenn du viele nah beieinander liegende Wellenlängenanteile hast?
Stelle nun auf „gaussian“. Mit dem rechten Regler kannst du die Breite der Impulsverteilung einstellen. Wie musst du die Impulsbreite bzw. –unschärfe einstellen um ein möglichst scharf lokalisiertes Wellenpaket zu erhalten? Was geschieht mit der räumlichen Verteilung, der Breite des Wellenpakets, wenn du den Impuls scharf einstellst?
Mittwoch, 16. November 2011
ein grauer Novembernachmittag in Münsingen
wenig Licht vor dem Loch im Verdunklungsvorhang in 110, mit schlechtem Kaffee-Entwickler, zu dünn angerührt, entsprechend wenig Kontrast.
Wie Sie sehen, sehen Sie nichts. Ein bisschen Seiten vertauschen, negativ zu positiv umwandeln und Kontrast erhöhen gibt:
Jetzt erkennt man links den Neubau, in der Mitte das Blechdach er kbf, die Bäume, den Weg. Hier noch ein bisschen mehr Kontrast:
Wie Sie sehen, sehen Sie nichts. Ein bisschen Seiten vertauschen, negativ zu positiv umwandeln und Kontrast erhöhen gibt:
Mittwoch, 9. November 2011
Lösungsskizzen zu den Aufgaben von Mi. 9.11. (JETZT FEHLER in 3a,b KORRIGIERT)
6
a)
Interferenz zweier Elementarwellen, die von den beiden Spalten ausgehen.
b)
Der Abstand eines Maximums vom zentralen Maximum heiße x, es erscheint unter dem Winkel alpha vom Doppelspalt aus.
x ist proportional zu tan(alpha), nämlich x=L tan(alpha) (L ist Abstand von Spalt zu Schirm)
Für kleine Winkel gilt zusätzlich x~tan(alpha)~alpha~sin(alpha)
Bei Interferenz gilt aber sin(alpha)=lambda/d * n
Also ist x=L lambda/d * n mit n=1,2,3,4,5...
Die hellen Streifen erscheinen in regelmäßigen Abständen von L lambda/d.
c)
d = L lambda/x * n = 2,00m 580nm / 2,0 cm * 8 = 0,46mm
d)
d größer -> x kleiner. Die Streifen rücken zusammen
7
a)
Abstand vom Hauptmaximum zum ersten Minimum x=3,15cm
tan alpha = 3,15/500 alpha = 0,36°
d= lambda/sin(alpha) = 0,10mm
b)
Doppelte Wellenlänge, FALSCH. Richtig ist 700nm. Kleinwinkelnäherung wie in 6c)
8
a)
Brewster-Winkel mit n=tan(alpha), wobei Einfallswinkel und Reflexionswinkel alpha
alpha=54°. Der Mond steht also 90°-54°=36° über dem Horizont
b)
Reflektiertes Licht ist horizontal polarisiert.
c) (führt weit über das hinaus, was ich am Freitag machen will)
das blaue Licht am Himmel ist polarisiert orthogonal zu der Richtung, aus der die Sonne scheint. Das ist aber hier eine VERTIKALE Richtung, weil die Sonne gerade im Osten (in Blickrichtung links) am Horizont aufgeht, und damit genau die Richtung, die auf der Oberfläche nicht reflektiert wird, sondern ganz in den gebrochenen Strahl geht.
1
a)
Mehr Energiepakete, deren Größe aber gleich bleibt. D.h. mehr Elektronen, größerer Fotostrom, aber gleiche Energie der einzelnen Elektronen.
b)
Größere Energiepakete aber insgesamt weniger davon. Weniger Elektronen, kleinerer Fotostrom, aber mehr Energie der einzelnen Elektronen
2
a-d) siehe Tabelle uebungen111109_aufg2
e) Am Kondensator steigt allmählich die Spannung bis zum Wert in der Tabelle
3
a)0,62V FALSCH, SORRY. Hatte mich verrechnet oder verlesen oder vertippt. Korrekt sind: 1,3V
b) Pro Sekunde 2J, d.h. 2J/hf=2,0e19 auch hier FALSCH, s.o., es sind nämlich 3,5e18 Photonen pro Sekunde
Pro Sekunde 1,4e-11C Ladung, d.h. 1,4e-11/1,6e-19=8,75e7 Elektronen.
Viel weniger! bei weitem nicht jedes Photon schlägt ein Elektron raus.
4
Grenzfrequenz: hf=EA, also f=4.5e14 Hz
maximale Energie der Elektronen 1.6e-19J=1eV
E bei doppelter Frequenz nicht doppelt, weil EA nicht mit verdoppelt wird.
5 ist doppelt :-) Sorry
a)
Interferenz zweier Elementarwellen, die von den beiden Spalten ausgehen.
b)
Der Abstand eines Maximums vom zentralen Maximum heiße x, es erscheint unter dem Winkel alpha vom Doppelspalt aus.
x ist proportional zu tan(alpha), nämlich x=L tan(alpha) (L ist Abstand von Spalt zu Schirm)
Für kleine Winkel gilt zusätzlich x~tan(alpha)~alpha~sin(alpha)
Bei Interferenz gilt aber sin(alpha)=lambda/d * n
Also ist x=L lambda/d * n mit n=1,2,3,4,5...
Die hellen Streifen erscheinen in regelmäßigen Abständen von L lambda/d.
c)
d = L lambda/x * n = 2,00m 580nm / 2,0 cm * 8 = 0,46mm
d)
d größer -> x kleiner. Die Streifen rücken zusammen
7
a)
Abstand vom Hauptmaximum zum ersten Minimum x=3,15cm
tan alpha = 3,15/500 alpha = 0,36°
d= lambda/sin(alpha) = 0,10mm
b)
8
a)
Brewster-Winkel mit n=tan(alpha), wobei Einfallswinkel und Reflexionswinkel alpha
alpha=54°. Der Mond steht also 90°-54°=36° über dem Horizont
b)
Reflektiertes Licht ist horizontal polarisiert.
c) (führt weit über das hinaus, was ich am Freitag machen will)
das blaue Licht am Himmel ist polarisiert orthogonal zu der Richtung, aus der die Sonne scheint. Das ist aber hier eine VERTIKALE Richtung, weil die Sonne gerade im Osten (in Blickrichtung links) am Horizont aufgeht, und damit genau die Richtung, die auf der Oberfläche nicht reflektiert wird, sondern ganz in den gebrochenen Strahl geht.
1
a)
Mehr Energiepakete, deren Größe aber gleich bleibt. D.h. mehr Elektronen, größerer Fotostrom, aber gleiche Energie der einzelnen Elektronen.
b)
Größere Energiepakete aber insgesamt weniger davon. Weniger Elektronen, kleinerer Fotostrom, aber mehr Energie der einzelnen Elektronen
2
a-d) siehe Tabelle uebungen111109_aufg2
e) Am Kondensator steigt allmählich die Spannung bis zum Wert in der Tabelle
3
a)
b) Pro Sekunde 2J, d.h. 2J/hf=
Pro Sekunde 1,4e-11C Ladung, d.h. 1,4e-11/1,6e-19=8,75e7 Elektronen.
Viel weniger! bei weitem nicht jedes Photon schlägt ein Elektron raus.
4
Grenzfrequenz: hf=EA, also f=4.5e14 Hz
maximale Energie der Elektronen 1.6e-19J=1eV
E bei doppelter Frequenz nicht doppelt, weil EA nicht mit verdoppelt wird.
5 ist doppelt :-) Sorry
Freitag, 4. November 2011
Aufgaben von vor den Ferien
S201
1.
Wichtig ist, dass die einzelnen Photonen von UV mehr Energie haben als die von IR, das Licht besteht aus größeren Energiepaketen. Insofern kann bei einzelnen Vorgängen (Fotoeffekt, Elektron rausschleudern, El. auf höheren Energiezustand bringen, Fotopapier schwärzen, ...) mehr Energie übertragen werden.
Natürlich ist die Strahlung einer sehr kräftigen Wärmelampe oder eines Lagerfeuers energiereicher als z.B. die unserer kleinen UV-Lampe, die wir im Hallwachs-Versuch verwendet haben.
2.
Das Hallwachs-Experiment mit Zink. Nur UV kann die Elektronen rausschleudern.
Fotoeffekt. Energie der Elektronen hängt nur von der Frequenz des Lichts ab, nicth von der Helligkeit/Intensität.
3.
Energie, die nötig ist, damit ein Elektron den Kristallverband verlassen kann, also die Anziehung der positiven Atomrümpfe überwindet. Kann gemessen werden z.B. über die Grenzfrequenz, ab der beim Fotoeffekt Elektronen gemessen werden. Oder über den y-Achsenabschnitt im f-E-Diagramm bei unserem Experiment: E=hf - EA
5.
Obige Gleichung umstellen
EA = hf - E = hc/lambda - E
dann mit E = 1,8eV = 1,8 * 1,6E-19 J
ausrechnen
6.
Die Energie von E= 0,707eV=0,707 * 1,6E-19 J ist die Energie, die die Elektronen in der LED "hinunterfallen", wenn sie leuchtet, bzw. durch äußeres Licht "hochgehoben" werden müssen.
Dann ausrechnen
hf = E bzw. f=E/h
So, und jetzt noch weitere Aufgaben, zur Vorbereitung für Mittwoch:
Zu den Quantensachen, E=hf:
S222/1,9 S223/10,11, 13(schwierig, etwas weiterdenken),15
Zu den Interferenzbildern
S222/2 (denkt an die Seifenblasen/-häutchen), 3, 4, 5 S223/12
Ich werde dazu noch Lösungen schreiben. Fragen gerne jederzeit. Hier oder ab Montag live.
Mittwoch, 19. Oktober 2011
Simulationen zur Interferenz mit Zeigermodell (2)
Aufgaben zum Einfachspalt
Hier die Geogebra-Datei zu der Aufgabe.
Lies die Beschreibung der Darstellung, vor allem die der Schieberegler genau durch.
Untersuche nun, wie die die Intensitätsverteilung von der Spaltbreite abhängt. Stelle den Schirm auf Abstand 20 vom Spalt, wähle eine große Zahl von Einzelstrahlen (n=50). Zeichne die Intensitätsverteilung für verschiedene Spaltbreiten zwischen b=2 und b=20.
Beschreibe die Form der Cornu-Spirale an einem der zentralen Maxima. Vergleiche mit ihrer Form bei einem Minimum am Rand. Vergrößere sie bei Bedarf. Besonders auffällig ist sie bei schmalem Spalt.
Die Zahl der Einzelstrahlen in der Rechnung existiert nur in unserer Modellvorstellung. Sie sollte daher in der Wirklichkeit irrelevant sein. Überprüfe das, indem du „viele“ Einzelstrahlen betrachtest und z.B. n=40 mit n=50 vergleichst. Wie ist der Einfluss auf das Ergebnis?
Aufgaben zum Mehrfachspalt
Lies auch hier die Beschreibung genau durch. Hier die Geogebra-Datei der Aufgabe.
Untersuche nun, wie die Intensitätsverteilung von (a) der Zahl und (b) dem Abstand der Spalte abhängt. Vergleiche mit festem Abstand (z.B. b=5) die Intensitäten für verschiedene Spaltenzahlen n=1, n=2, n=3, usw. Wie viele Nebenmaxima tauchen zwischen den Hauptmaxima auf, wie stark sind sie ausgeprägt? Wie hängt ihre Zahl von der Spaltenzahl ab. Skizziere einige typische Beispiele.
Vergleiche die Form der Cornu-Spirale bei Haupt- und Nebenmaxima, sowie bei Minima. Skizziere je ein typisches Beispiel.
Variiere den Spaltabstand bei fester Spaltzahl. Passt die Beobachtung zur dem, was wir über Winkel der Maxima wissen?
Aufgaben zum ausgedehnten Doppelspalt
Lies auch hier die Beschreibung genau durch. Hier die Geogebra-Datei der Aufgabe.
Vergleiche die Intensitätsverteilung mit der des ausgedehnten Einfachspalts und des Doppelspalts ohne Ausdehnung.
Untersuche nun, wie die Intensitätsverteilung von der Breite der einzelnen Spalten abhängt.
Dienstag, 18. Oktober 2011
Simulationen zur Interferenz mit Zeigermodell
Hier Modelle des Einfachspalts, von Mehrfachspalten und vom Doppelspalt
"Download" klicken, Java-Applet öffnet sich im Browser.
"Download" klicken, Java-Applet öffnet sich im Browser.
Montag, 10. Oktober 2011
Übungsblatt zur Interferenz
Aufgabe 1:
Rechnung wie in Aufgabe 1.
Oben ist die Blase dünner als unten, weil die Schwerkraft das Wasser nach unten zieht. Man sieht Schlieren, die im wesentlichen waagrecht liegen, sie wirbeln aber durcheinander, weil das Wasser in Bewegung ist. Je dünner die Blase wird mti der Verdunstung, umso größer werden die Schlieren, weil die Bereiche mit gleicher Interferenz dann weiter auseinander liegen. Kurz vor dem Platzen ist die Schicht dünner als die Wellenlänge von sichtbarem Licht. Es gibt keine Interferenz mehr im Sichtbaren Bereich, das weiße Licht geht ungehindert durch. Mit UV-Licht müsste dann was zu sehen ssein.
- d sin(alpha) = n lambda
sin(alpha) = n lambda/d
auf Einheiten (mm, nm) achten. Dann kommt raus für n=1; 2; 3
alpha1 = 1,81°; alpha2 = 3,63°; alpha3 = 5,45° - sin(alpha) kann maximal = 1 werden. Wie groß kann n maximal werden? Das sind soviele Wellenlängen wie in den Gitterabstand d reinpassen:
n = d/lambda = 31,60.
Man sieht also insgesamt 63 helle Punkte, die Hauptrichtung mit n=0 und dann links und rechts jeweis 31 Maxima. - x = l*tan(alpha2) = 4,00m*tan(3,63°)=26cm
- Generelle Regel: Je feiner das Gitter, desto größere Winkel treten beim Beugen auf
alpha1 = 18,5°; alpha2 = 39,3°; alpha1 = 71,7°
n=3,16: insgesamt 7 Maxima, Hauptrichtung und je 3 auf beiden Seiten.
- Lichtgeschwindigkeit ist langsamer, Wellenlänge Kürzer
Glas: 500nm/1,5 = 333nm; Beschichtung 500nm/1,22=410nm - Die Welle, die durch die Beschichtung läuft, soll einen Gangunterschied von einer halben Wellenlänge erhalten. Sie läuft einmal rein und wieder raus. Die Schicht muss also lambda/4=102,5nm dick sein.
- Dann wäre der Gangunterschied 2*lambda/2=lambda und man hätte konstruktive Interferenz, verstärkte Reflexion.
Rechnung wie in Aufgabe 1.
- 20,3°; 18,3°; 16,2°; 14,4°; 13,3°
- Lambda von 580nm bis 635nm gibt Winkel von 19,3° bis 21,2°
- keine Linien sondern ein durchgängiges Spektrum, alle Regenbogenfarben
- Rot, (hell)Grün, Blau, die additiven Grundfarben (RGB), bei denen unsere drei Farbrezeptoren auf der Netzhaut besonders ansprechen. Drei Winkel mit drei Linien.
Oben ist die Blase dünner als unten, weil die Schwerkraft das Wasser nach unten zieht. Man sieht Schlieren, die im wesentlichen waagrecht liegen, sie wirbeln aber durcheinander, weil das Wasser in Bewegung ist. Je dünner die Blase wird mti der Verdunstung, umso größer werden die Schlieren, weil die Bereiche mit gleicher Interferenz dann weiter auseinander liegen. Kurz vor dem Platzen ist die Schicht dünner als die Wellenlänge von sichtbarem Licht. Es gibt keine Interferenz mehr im Sichtbaren Bereich, das weiße Licht geht ungehindert durch. Mit UV-Licht müsste dann was zu sehen ssein.
Dienstag, 13. September 2011
Skript - Elektromagnetische Wellen
Das, was wir vor den Ferien noch gemacht haben
https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=explorer&chrome=true&srcid=0B06_CcbKkwlKY2Q3NTdjYjItYWI1Mi00YWFmLWI5NjYtMTJkOWZmYmJlOWUy&hl=en_US
https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=explorer&chrome=true&srcid=0B06_CcbKkwlKY2Q3NTdjYjItYWI1Mi00YWFmLWI5NjYtMTJkOWZmYmJlOWUy&hl=en_US
Mittwoch, 10. August 2011
Das Programm für Kopenhagen
habe ich begonnen zusammenzustellen. Alle Infos dazu auf einer eigenen Blogseite: kopenhagenphysik.blogspot.com
Freitag, 29. Juli 2011
Magnetfelder
ein Beispiel zu den Größenordnungen von Magnetfeldern.
http://www.faz.net/artikel/C30950/magnetismus-in-der-werkstatt-der-magnetfeldmacher-30473754.html
http://www.faz.net/artikel/C30950/magnetismus-in-der-werkstatt-der-magnetfeldmacher-30473754.html
Mittwoch, 20. Juli 2011
Resonanz
Heute früh in der Zeitung gefunden, mitreißender Rhythmus:
http://www.tagesschau.de/schlusslicht/schwankendeshochhaus100.html
http://www.tagesschau.de/schlusslicht/schwankendeshochhaus100.html
Mittwoch, 13. Juli 2011
Elektrosmog
in kleiner Runde kam am Montag die Frage nach der Schädlichkeit von Zenti- und Dezimeterwellen auf, vor allem im Zusammenhang mit Handys. Am Dienstag, 12.7. war dazu ein Artikel in der Süddeutschen Zeitung
Daten zur Handystrahlung gefälscht?
Was ich selbst davon halte? Zu den Einflüssen auf Gutachten kann ich mir viel denken und wenig sagen, aber physikalisch wüsste ich keinen Mechanismus, wie ein so schwacher Sender wie ein Handy eine spürbare Wirkung haben sollte. Das heißt aber nicht, dass es wirklich keine Wirkung gibt. Ich hatte ja das Beispiel von Asbest zum Brandschutz genannt, wo sich auch niemand die Folgen hätte träumen lassen. FCKW in Sprühdosen waren auch mal so ein Fall, Leuchtanzeigen auf Uhren, ...
Über solche Vorhersagen von möglichen Wirkungen oder überhaupt künftig möglichen Geräten kann man ohnehin streiten. Sehr schön ist da das Buch
Physics of the impossible bzw. Die Physik des Unmöglichen
von Michio Kaku. Er nennt Beispiele, bei denen gerade berühmte Fachleute (berühmter als Physiklehrer :-) ) schön danebenlagen.
Daten zur Handystrahlung gefälscht?
Was ich selbst davon halte? Zu den Einflüssen auf Gutachten kann ich mir viel denken und wenig sagen, aber physikalisch wüsste ich keinen Mechanismus, wie ein so schwacher Sender wie ein Handy eine spürbare Wirkung haben sollte. Das heißt aber nicht, dass es wirklich keine Wirkung gibt. Ich hatte ja das Beispiel von Asbest zum Brandschutz genannt, wo sich auch niemand die Folgen hätte träumen lassen. FCKW in Sprühdosen waren auch mal so ein Fall, Leuchtanzeigen auf Uhren, ...
Über solche Vorhersagen von möglichen Wirkungen oder überhaupt künftig möglichen Geräten kann man ohnehin streiten. Sehr schön ist da das Buch
Physics of the impossible bzw. Die Physik des Unmöglichen
von Michio Kaku. Er nennt Beispiele, bei denen gerade berühmte Fachleute (berühmter als Physiklehrer :-) ) schön danebenlagen.
Dienstag, 7. Juni 2011
Doppler-Effekt
Eine Animation zum Doppler-Effekt. Welle, die von einer bewegten Quelle ausgesandt wird.
geogebra-Animation
geogebra-Animation
Samstag, 4. Juni 2011
S170
1
Beugung. Hm. die Erklärung würde jetzt schön mit Huygens gehen, aber den wollen wir am Montag ja nicht.
2
geht auch mit Huygens. Beugung ist stärker, je größer die Wellenlänge. Typische Schallwellenlänge etwa 1m oder einige dm. Lichtwellenlänge unter 1 mikrometer
3
Wie die Wellenwanne mit zwei punktförmigen Erregern. Es gibt Knotenlinien, das sind alle Punkte, von denen der eine Erreger gerade lambda/2 weiter entfernt ist als der andere.
4a)
Wie 3. Die beiden Fenster sind wie punktförmige Quellen. Elementarwellen nach Huygens.
b)
Zeichnen. Noch beachten: lambda=cT mit c=340m/s und T=1/f berechnen.
c)
Größerer Abstand: Maxima rücken zusammen. Kleinerer Abstand, Maxima weiter voneinander entfernt.
Beugung. Hm. die Erklärung würde jetzt schön mit Huygens gehen, aber den wollen wir am Montag ja nicht.
2
geht auch mit Huygens. Beugung ist stärker, je größer die Wellenlänge. Typische Schallwellenlänge etwa 1m oder einige dm. Lichtwellenlänge unter 1 mikrometer
3
Wie die Wellenwanne mit zwei punktförmigen Erregern. Es gibt Knotenlinien, das sind alle Punkte, von denen der eine Erreger gerade lambda/2 weiter entfernt ist als der andere.
4a)
Wie 3. Die beiden Fenster sind wie punktförmige Quellen. Elementarwellen nach Huygens.
b)
Zeichnen. Noch beachten: lambda=cT mit c=340m/s und T=1/f berechnen.
c)
Größerer Abstand: Maxima rücken zusammen. Kleinerer Abstand, Maxima weiter voneinander entfernt.
S138
1a)
Schnelle quer bzw. längs zur Ausbreitungsrichtung
b)
longitudinal: Magnetrollen in der Schiene, Schall
transversal: Torsionswellenmaschine, Wasserwellen
c)
gekoppelte Schwinger, je weiter weg, umso länger verzögert.
d)
je härter, desto schneller die Ausbreitung. Stärkere Kopplung benachbarter Schwinger
2a)
s(x,t) = smax sin(2 pi(x/lambda - t/T))
b)
Einsetzen, kann man mit geogebra.org in die Kommandozeile eingeben. Oder GTR.
3a)
Reflexion am Ende, stehende Welle. Festes Ende: Knoten am Ende. Loses Ende: Bauch am Ende, Knoten in Entfernung lambda/4 vom Ende.
b)
Festes Ende: Saite auf Geige/Gitarre/Klavier/...
Loses Ende: Blasinstrument/offene Orgelpfeife/Welle im Schwimmbecken mit Steiler Wand
4a)
vgl. mit meiner geogebra-Animation. Stehend: Knoten und Bäuche immer an der selben Stelle
b)
braucht ihr nicht. Wers versuchen will;
sin(2 pi(x/lambda - t/T)) + sin(2 pi(-x/lambda - t/T))
und verwende, dass sin(x+y)=sinx cosy + cosx siny
5 Huygens wollte ich nicht dranbringen
Schnelle quer bzw. längs zur Ausbreitungsrichtung
b)
longitudinal: Magnetrollen in der Schiene, Schall
transversal: Torsionswellenmaschine, Wasserwellen
c)
gekoppelte Schwinger, je weiter weg, umso länger verzögert.
d)
je härter, desto schneller die Ausbreitung. Stärkere Kopplung benachbarter Schwinger
2a)
s(x,t) = smax sin(2 pi(x/lambda - t/T))
b)
Einsetzen, kann man mit geogebra.org in die Kommandozeile eingeben. Oder GTR.
3a)
Reflexion am Ende, stehende Welle. Festes Ende: Knoten am Ende. Loses Ende: Bauch am Ende, Knoten in Entfernung lambda/4 vom Ende.
b)
Festes Ende: Saite auf Geige/Gitarre/Klavier/...
Loses Ende: Blasinstrument/offene Orgelpfeife/Welle im Schwimmbecken mit Steiler Wand
4a)
vgl. mit meiner geogebra-Animation. Stehend: Knoten und Bäuche immer an der selben Stelle
b)
braucht ihr nicht. Wers versuchen will;
sin(2 pi(x/lambda - t/T)) + sin(2 pi(-x/lambda - t/T))
und verwende, dass sin(x+y)=sinx cosy + cosx siny
5 Huygens wollte ich nicht dranbringen
S125
19a)
kommt so nicht dran, aber hier:
Siehe Gleichung 3.45
b)
Abklingende Schwingungen wie im Bild 3.6 auf der Seite, nach Gleichung 3.44
c)
Abklingfaktor e^(-RT/(2L)), wobei T=2 pi/omega'
20a)
T=2 pi (LC)^0.5
b)
Frequenz sinkt um den Faktor 40^0.5
c)
z.B. Kapazität auf ein Viertel bringen, also 4 Kondensatoren hintereinander
21a)
Thomson ist T=2 pi (LC)^0.5.
T sollte in der Zeichnung etwas länger sein, durch Dämpfung verlangsamt.
b)
Q(t)=CU(t), dann I(t)=Q'(t)
kommt so nicht dran, aber hier:
Siehe Gleichung 3.45
b)
Abklingende Schwingungen wie im Bild 3.6 auf der Seite, nach Gleichung 3.44
c)
Abklingfaktor e^(-RT/(2L)), wobei T=2 pi/omega'
20a)
T=2 pi (LC)^0.5
b)
Frequenz sinkt um den Faktor 40^0.5
c)
z.B. Kapazität auf ein Viertel bringen, also 4 Kondensatoren hintereinander
21a)
Thomson ist T=2 pi (LC)^0.5.
T sollte in der Zeichnung etwas länger sein, durch Dämpfung verlangsamt.
b)
Q(t)=CU(t), dann I(t)=Q'(t)
Freitag, 3. Juni 2011
S124
1a)
T=2 pi (l/g) umstellen
b)
selbe Gleichung wie in a), dann relativen Unterschied der beiden Periodendauern berechnen und mit 11s/2h vergleichen
c)
etwas umfangreiche Aufgabe. Tatsache ist aber, dass Variationen der Massendichte im Untergrund mit feinen Waagen gemessen werden können.
2
nichtharmonisch kommt nicht dran. Grundgedanke hier: Nur für kleine x ist x=sin(x) eine gute Näherung.
3a)
Längenänderung dl ist proportional zu Länge l und Temperaturänderung dT:
dl= alpha l dT
b)
ersetze Länge mit l'=l(1+alpha dT). Damit ändert sich die Periodendauer um einen Faktor
(1+alpha dT)^0.5. Die relative Änderung hängt also nicht von der Länge ab.
4
Anschubsen kurz nach den Umkehrpunkten, oder die Santiago-de-Compostela-Methode, wenn man die Aufhängung der Schaukel beeinflussen kann:
http://www.youtube.com/watch?v=2QFd_55El1I
5a)
Sollte einen Buckel in der Mitte geben
b)
suche ein Maximum
c)
T=1/f=2 pi/omega
d,e)
Breite bei halber Maximalhöhe des Buckels bestimmen. Habe ich nicht genau gemacht, kommt am Montag auch nicht dran. Möglich: unterschiedliche Dämpfung, stärker gedämpft bedeutet größere Breite.
6a)
smax = 0.3m, omega=2 Hz = 2 pi f.
b)
Ableiten v=y' und a=y" und t einsetzen. Kettenregel beachten!
7
siehe S98 und S100-1
9a)
Gleichung 3.45, kommt aber nicht dran am Mo
b,c) kommt nicht dran
10 kommt nicht dran
11a)
unerwünscht: Autofederung, Vibrationsarme Motoren, Gebäude
erwünscht: Schwinkreis im Radio/Handy/..., Resonanzkörper und -saiten in der Musik
b)
kommt so nicht dran
13/14 sind Fälle von Überlagerungen, kommt nicht dran
15 kommt nicht dran
16 Siehe Übungsstunde am Mittwoch nach dem Abischerz
s-Q; v-Q'=I; a-I'; m-L; D-1/C
17a)
proportional zu v (Reibung in einer zähen Flüssigkeit), quadratisch wie v^2 (Reibung in Luft), konstant (Gleitreibung von Festkörpern)
b) Ohm ist U=RI, proportional zu I. Entspricht dem ersten Fall von a)
18a)
C und L ausrechnen, dann die Formeln T=2 pi (LC)^0.5
T=2 pi (l/g) umstellen
b)
selbe Gleichung wie in a), dann relativen Unterschied der beiden Periodendauern berechnen und mit 11s/2h vergleichen
c)
etwas umfangreiche Aufgabe. Tatsache ist aber, dass Variationen der Massendichte im Untergrund mit feinen Waagen gemessen werden können.
2
nichtharmonisch kommt nicht dran. Grundgedanke hier: Nur für kleine x ist x=sin(x) eine gute Näherung.
3a)
Längenänderung dl ist proportional zu Länge l und Temperaturänderung dT:
dl= alpha l dT
b)
ersetze Länge mit l'=l(1+alpha dT). Damit ändert sich die Periodendauer um einen Faktor
(1+alpha dT)^0.5. Die relative Änderung hängt also nicht von der Länge ab.
4
Anschubsen kurz nach den Umkehrpunkten, oder die Santiago-de-Compostela-Methode, wenn man die Aufhängung der Schaukel beeinflussen kann:
http://www.youtube.com/watch?v=2QFd_55El1I
5a)
Sollte einen Buckel in der Mitte geben
b)
suche ein Maximum
c)
T=1/f=2 pi/omega
d,e)
Breite bei halber Maximalhöhe des Buckels bestimmen. Habe ich nicht genau gemacht, kommt am Montag auch nicht dran. Möglich: unterschiedliche Dämpfung, stärker gedämpft bedeutet größere Breite.
6a)
smax = 0.3m, omega=2 Hz = 2 pi f.
b)
Ableiten v=y' und a=y" und t einsetzen. Kettenregel beachten!
7
siehe S98 und S100-1
9a)
Gleichung 3.45, kommt aber nicht dran am Mo
b,c) kommt nicht dran
10 kommt nicht dran
11a)
unerwünscht: Autofederung, Vibrationsarme Motoren, Gebäude
erwünscht: Schwinkreis im Radio/Handy/..., Resonanzkörper und -saiten in der Musik
b)
kommt so nicht dran
13/14 sind Fälle von Überlagerungen, kommt nicht dran
15 kommt nicht dran
16 Siehe Übungsstunde am Mittwoch nach dem Abischerz
s-Q; v-Q'=I; a-I'; m-L; D-1/C
17a)
proportional zu v (Reibung in einer zähen Flüssigkeit), quadratisch wie v^2 (Reibung in Luft), konstant (Gleitreibung von Festkörpern)
b) Ohm ist U=RI, proportional zu I. Entspricht dem ersten Fall von a)
18a)
C und L ausrechnen, dann die Formeln T=2 pi (LC)^0.5
Mittwoch, 1. Juni 2011
Aufgaben weiter
S118
1a)
Periodische Spannung an den Kondensator oder periodisches Magnetfeld, das eine Spannung in der Spule induziert.
b)
Hier ganz kurz, im Skript steht mehr: Abwechslung von Ladung auf dem Kondensator und Strom in der Spule.
c)
Wir hatten ein Oszilloskop. Voltmeter mit periodischem Ausschlag ginge auch
2a)
T=2 pi (LC)^0.5
b)
Je mehr Induktivität und je mehr Kapazität, desto langsamer.
Kapazität groß: es braucht länger, bis die Spannung am Kondensator aufgebaut ist.
Induktivität groß: es braucht länger, bis sich die Stromstärke in der Spule ändern kann.
3a)
Elektrisch W(t)=1/2 C U0^2 cos(omega t)²
Magnetisch dasselbe mit sin(omega t)²
b)
cos²+sin²=1
4a)
siehe S111
b)
klingt doppelt so schnell ab
c)
dann, wenn die Stromstärke maximal ist, denn Wärmeleistung P=RI²
5a)
Könnte man machen mit der Ableitung
Q(t) = C U(t) = C Umax sin(omega t)
I(t) = C Umax omega cos(omega t) und dann omega = 1/(LC)^0.5
b)
Induktivität groß: Stromstärke wird nicht so groß
Kapazität groß: Spannung wird nicht so groß
6a)
kriegen wir noch genauer: Handy, Radio, Mikrowellenherd
8a)
Ist falsch, denn sonst dürfte sich nichts ändern, wenn man einen Eisenkern in die Spule steckt.
Oder: in einer längeren Spule fließen mehr Elektronen, müßte also mehr Energie gespeichert sein. Tatsächlich ist aber ihre Induktivität niedrieger und deshalb auch weniger Energie gespeichert.
b)ist jetzt zu spät. Siehe Driftgeschwindigkeit auf S39, dann selber ausrechnen.
1a)
Periodische Spannung an den Kondensator oder periodisches Magnetfeld, das eine Spannung in der Spule induziert.
b)
Hier ganz kurz, im Skript steht mehr: Abwechslung von Ladung auf dem Kondensator und Strom in der Spule.
c)
Wir hatten ein Oszilloskop. Voltmeter mit periodischem Ausschlag ginge auch
2a)
T=2 pi (LC)^0.5
b)
Je mehr Induktivität und je mehr Kapazität, desto langsamer.
Kapazität groß: es braucht länger, bis die Spannung am Kondensator aufgebaut ist.
Induktivität groß: es braucht länger, bis sich die Stromstärke in der Spule ändern kann.
3a)
Elektrisch W(t)=1/2 C U0^2 cos(omega t)²
Magnetisch dasselbe mit sin(omega t)²
b)
cos²+sin²=1
4a)
siehe S111
b)
klingt doppelt so schnell ab
c)
dann, wenn die Stromstärke maximal ist, denn Wärmeleistung P=RI²
5a)
Könnte man machen mit der Ableitung
Q(t) = C U(t) = C Umax sin(omega t)
I(t) = C Umax omega cos(omega t) und dann omega = 1/(LC)^0.5
b)
Induktivität groß: Stromstärke wird nicht so groß
Kapazität groß: Spannung wird nicht so groß
6a)
kriegen wir noch genauer: Handy, Radio, Mikrowellenherd
8a)
Ist falsch, denn sonst dürfte sich nichts ändern, wenn man einen Eisenkern in die Spule steckt.
Oder: in einer längeren Spule fließen mehr Elektronen, müßte also mehr Energie gespeichert sein. Tatsächlich ist aber ihre Induktivität niedrieger und deshalb auch weniger Energie gespeichert.
b)ist jetzt zu spät. Siehe Driftgeschwindigkeit auf S39, dann selber ausrechnen.
Sonntag, 29. Mai 2011
erste Aufgaben
S107/1
sollte klar sein. Feder abwechselnd gespannt und komprimiert, v ist maximal in der Gleichgewichtslage usw.
S107/2
Masse größer, Trägheit größer, langsamere Bewegung
Federkonstante größer, Kraft größer, Beschleunigung größer, schnellere Bewegung
S107/3
a) Entweder: zweimal ableiten, dann y"=-4pi^2/T * y; oder: cos ist wie sin, nur verschoben um 90° (d.h. pi/2) also mit einem anderen Zeitpunkt für t=0
b) siehe zweite Variante von a)
c) siehe erste Variante von a)
S107/4
a) verwende T=2 pi (m/D)^0.5
b) Auslenkung bei t=0 bedeutet dann s(t) = smax* cos(2pi t/T).
Damit s(T/6)=smax/2, d.h. die potenzielle (Spann-)Energie ist nur noch 1/4 der Anfänglichen. Entsprechend müssen dann 3/4 der Anfangsenergie jetzt kinetische (Bewegungs-)Energie sein.
S107/5
a) etwas verkürzt: g verändert nur die Gleichgewichtslage s0, die Rückstellkraft ist immer F=-D(s-s0)
b) Siehe Skript. Mit m nimmt sowohl Rückstellkraft als auch Trägheit zu. Der Effekt hebt sich auf, so wie die Fallbeschleunigung massenunabhängig ist.
S107/6
a) Fadenpendel, Länge und Periodendauer messen. T=2pi (L/g)^0.5 umstellen.
b) Ausdehnung des Pendelkörpers sollte klein sein gegen Fadenlänge. Sollte möglichst schwach gedämpft sein, wenig Reibung, sollte möglichst langsam schwingen oder viele Schwingungen augezählt haben, um die Zeitmessung möglichst genau zu haben.
S107/8
a) Siehe 4a
b) Hinweis: Doppelte Auslenkung bei gleicher Kraft, effektiv weichere Feder
c) Hinweis: Federn nebeneinander, doppelte Kraft bei gleicher Auslenkung
sollte klar sein. Feder abwechselnd gespannt und komprimiert, v ist maximal in der Gleichgewichtslage usw.
S107/2
Masse größer, Trägheit größer, langsamere Bewegung
Federkonstante größer, Kraft größer, Beschleunigung größer, schnellere Bewegung
S107/3
a) Entweder: zweimal ableiten, dann y"=-4pi^2/T * y; oder: cos ist wie sin, nur verschoben um 90° (d.h. pi/2) also mit einem anderen Zeitpunkt für t=0
b) siehe zweite Variante von a)
c) siehe erste Variante von a)
S107/4
a) verwende T=2 pi (m/D)^0.5
b) Auslenkung bei t=0 bedeutet dann s(t) = smax* cos(2pi t/T).
Damit s(T/6)=smax/2, d.h. die potenzielle (Spann-)Energie ist nur noch 1/4 der Anfänglichen. Entsprechend müssen dann 3/4 der Anfangsenergie jetzt kinetische (Bewegungs-)Energie sein.
S107/5
a) etwas verkürzt: g verändert nur die Gleichgewichtslage s0, die Rückstellkraft ist immer F=-D(s-s0)
b) Siehe Skript. Mit m nimmt sowohl Rückstellkraft als auch Trägheit zu. Der Effekt hebt sich auf, so wie die Fallbeschleunigung massenunabhängig ist.
S107/6
a) Fadenpendel, Länge und Periodendauer messen. T=2pi (L/g)^0.5 umstellen.
b) Ausdehnung des Pendelkörpers sollte klein sein gegen Fadenlänge. Sollte möglichst schwach gedämpft sein, wenig Reibung, sollte möglichst langsam schwingen oder viele Schwingungen augezählt haben, um die Zeitmessung möglichst genau zu haben.
S107/8
a) Siehe 4a
b) Hinweis: Doppelte Auslenkung bei gleicher Kraft, effektiv weichere Feder
c) Hinweis: Federn nebeneinander, doppelte Kraft bei gleicher Auslenkung
Themen für die Klausur in 1 Woche
Jetzt ist es doch noch Sonntagabend geworden, bis ich alles zusammengestellt habe. Nun, eine Woche ist noch Zeit. Ihr könnt mich einiges dazu am Mittwoch fragen. Wir sollten bestimmt Zeit finden, neben dem Trubel ein paar physikalische Minuten zu haben.
Hier das Blatt, Lösungen bzw. Ansätze folgen in den nächsten Tagen. Es gibt vor allem zu den Schwingungen sehr viele Aufgaben im Buch. Lasst euch durch die vielen Zahlen in meinem Blatt nicht abschrecken.
Hier das Blatt, Lösungen bzw. Ansätze folgen in den nächsten Tagen. Es gibt vor allem zu den Schwingungen sehr viele Aufgaben im Buch. Lasst euch durch die vielen Zahlen in meinem Blatt nicht abschrecken.
Mittwoch, 18. Mai 2011
Wellen
Geogebra-Animationen von
laufender Welle und stehender Welle
weitere Links vom letzten Mittwoch
http://www.falstad.com/loadedstring/
http://www.falstad.com/ripple/
http://www.falstad.com/coupled/
laufender Welle und stehender Welle
weitere Links vom letzten Mittwoch
http://www.falstad.com/loadedstring/
http://www.falstad.com/ripple/
http://www.falstad.com/coupled/
Freitag, 6. Mai 2011
Noch ein Übungsblatt
mit Übungen aus anderen Büchern, leicht abgewandelt
https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=explorer&chrome=true&srcid=0B06_CcbKkwlKNTg5MjljMzgtZjM5MC00MGU0LWIwYzItZmZkYWI0MjNiNDgx&hl=en
https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=explorer&chrome=true&srcid=0B06_CcbKkwlKNTg5MjljMzgtZjM5MC00MGU0LWIwYzItZmZkYWI0MjNiNDgx&hl=en
S56/A3f
A3
a)
Definiert durch den Zusammenhang zwischen Induktionsspannung und Änderung der Stromstärke in der Spule.
Uind=-LI' (hier Ableitung mit Strich statt Punkt geschrieben)
Voraussetzung für Selbstinduktion: Änderung der Stromstärke wie Zunehmen, Abnehmen; das vom Strom erzeugte Feld wirkt auf die Ladungsträger im Spulendraht wieder zurück.
b)
nein. Es ändert sich dabei der Fluss in der Spule, aber das hat einen äußeren Grund. Selbstinduktion wäre es, wenn es mit der Änderung der Stromstärke in der Spule zusammenhängt.
A4
L=my*n²*A/l
Windungszahl verdoppeln -> L vervierfachen
Fläche verdoppeln -> L verdoppeln.
Beides verdoppeln heißt also L verachtfachen.
L hängt nicht vom Ohm-Widerstand der Spule ab. Tausche das Material aus, z.B. Kupfer gegen Alu. Die Magnetischen Eigenschaften ändern sich nicht, die Induktivität nicht, aber Cu hat andere Leitfähigkeit als Al, der Ohm-Widerstand ändert sich.
A6
a)
U=RI vergleichen mit Uind=-LI'=-L dI/dt (wenn man zum Unterbrechen des Kontakts die kurze Zeit dt braucht). dI ist gerade I-0=I selbst, der Strom geht auf 0 zurück. D.h.
RI<<LI/dt oder dt<<L/R. Die Induktionsspannung wird groß, wenn man sehr schnell unterbricht und wenn L groß ist.
b)
das ist gerade im ersten Moment des Einschaltens, dann ist nämlich noch I=0.
Es gilt
RI=U+Uind
Wenn I=0, muss daher gerade Uind=U, die Induktionsspannung gleich der äußeren Spannung sein. Danach nimmt Uind immer mehr ab, bis es gegen Ende (fast) null ist, wenn sich die Stromstärke (fast) nicht mehr ändert.
a)
Definiert durch den Zusammenhang zwischen Induktionsspannung und Änderung der Stromstärke in der Spule.
Uind=-LI' (hier Ableitung mit Strich statt Punkt geschrieben)
Voraussetzung für Selbstinduktion: Änderung der Stromstärke wie Zunehmen, Abnehmen; das vom Strom erzeugte Feld wirkt auf die Ladungsträger im Spulendraht wieder zurück.
b)
nein. Es ändert sich dabei der Fluss in der Spule, aber das hat einen äußeren Grund. Selbstinduktion wäre es, wenn es mit der Änderung der Stromstärke in der Spule zusammenhängt.
A4
L=my*n²*A/l
Windungszahl verdoppeln -> L vervierfachen
Fläche verdoppeln -> L verdoppeln.
Beides verdoppeln heißt also L verachtfachen.
L hängt nicht vom Ohm-Widerstand der Spule ab. Tausche das Material aus, z.B. Kupfer gegen Alu. Die Magnetischen Eigenschaften ändern sich nicht, die Induktivität nicht, aber Cu hat andere Leitfähigkeit als Al, der Ohm-Widerstand ändert sich.
A6
a)
U=RI vergleichen mit Uind=-LI'=-L dI/dt (wenn man zum Unterbrechen des Kontakts die kurze Zeit dt braucht). dI ist gerade I-0=I selbst, der Strom geht auf 0 zurück. D.h.
RI<<LI/dt oder dt<<L/R. Die Induktionsspannung wird groß, wenn man sehr schnell unterbricht und wenn L groß ist.
b)
das ist gerade im ersten Moment des Einschaltens, dann ist nämlich noch I=0.
Es gilt
RI=U+Uind
Wenn I=0, muss daher gerade Uind=U, die Induktionsspannung gleich der äußeren Spannung sein. Danach nimmt Uind immer mehr ab, bis es gegen Ende (fast) null ist, wenn sich die Stromstärke (fast) nicht mehr ändert.
Mittwoch, 4. Mai 2011
s56/A2
a) hatten wir am Montag
Flussänderung deltaPhi=0.2*0.005Vs-0.2*0.0005Vs=0.0009Vs
mittlere Spannung U=0.0009Vs/0.1s=0.009V
b) Drehen, so dass die durchsetzte Fläche auf 0.0005m² abgenommen hat.
0.0005m²=cos(phi)*0.005m², also cos(phi)=0.1 Dann mit Taschenrechner phi ausrechnen.
Flussänderung deltaPhi=0.2*0.005Vs-0.2*0.0005Vs=0.0009Vs
mittlere Spannung U=0.0009Vs/0.1s=0.009V
b) Drehen, so dass die durchsetzte Fläche auf 0.0005m² abgenommen hat.
0.0005m²=cos(phi)*0.005m², also cos(phi)=0.1 Dann mit Taschenrechner phi ausrechnen.
S56 Aufgaben
A1/a
Spannung in einem quer zum Feld quer bewegten Drahtstück der Länge d
U=Bvd = 2,0T * 0.5m/0.5s * 0.5m = 1V. Das betrifft nur das Stück, das sich im Feld befindet, die Rückseite ist noch außerhalb, die Seitenstücke bewegen sich
längs, da wird keine Spannung zwischen den Enden induziert.
Fluss
im Rahmen. Phi=2.0T*0.25m², daher Phi-Punkt= 0.5Tm²/(0.5s) = 1V
b)
Widerstand des Drahts
R=0.017 Ohm mm²/m *2m/50mm²=0.00068 Ohm
I=U/R=15kA
F=B*I*d=2.0T*15kA*0.5m=15000N. Hier zählt wieder nur
die Kraft auf ds vordere eintauchende Drahtstück.
Energie W=Fs=7500J=7.5kJ
Leistung P=W/t=7.5kJ/0.5s=15kW
c)
halbe Zeit: Doppelte Spannung, doppelte Stromstärke, Doppelte Kraft, Doppelte Energie, Vierfache Leistung
d)
Keine Wirkung. Die Spannung in der vorderen und der hinteren Seite des Rahmens hebt sich jeweils auf. Anders argumentiert: Der Fluss im Rahmen bleibt konstant. Keine Spannung wird induziert.
Spannung in einem quer zum Feld quer bewegten Drahtstück der Länge d
U=Bvd = 2,0T * 0.5m/0.5s * 0.5m = 1V. Das betrifft nur das Stück, das sich im Feld befindet, die Rückseite ist noch außerhalb, die Seitenstücke bewegen sich
längs, da wird keine Spannung zwischen den Enden induziert.
Fluss
im Rahmen. Phi=2.0T*0.25m², daher Phi-Punkt= 0.5Tm²/(0.5s) = 1V
b)
Widerstand des Drahts
R=0.017 Ohm mm²/m *2m/50mm²=0.00068 Ohm
I=U/R=15kA
F=B*I*d=2.0T*15kA*0.5m=15000N. Hier zählt wieder nur
die Kraft auf ds vordere eintauchende Drahtstück.
Energie W=Fs=7500J=7.5kJ
Leistung P=W/t=7.5kJ/0.5s=15kW
c)
halbe Zeit: Doppelte Spannung, doppelte Stromstärke, Doppelte Kraft, Doppelte Energie, Vierfache Leistung
d)
Keine Wirkung. Die Spannung in der vorderen und der hinteren Seite des Rahmens hebt sich jeweils auf. Anders argumentiert: Der Fluss im Rahmen bleibt konstant. Keine Spannung wird induziert.
S 51/A2
ich bereue jetzt, dass ich nichts zur Energie machen wollte, weil da viele Fragen mit der Energie zu tun haben. Aber seisdrum..
S511/A2a) geht teilweise noch ohne Energie
Das ist die Formel der Induktivität
L=my0 n² A/l = 1.26e-6Vs/(Am)*1000²*0.005m²/(1m)= 3.14mH (wenn ich mich nicht verrechnet habe)
S511/A2a) geht teilweise noch ohne Energie
Das ist die Formel der Induktivität
L=my0 n² A/l = 1.26e-6Vs/(Am)*1000²*0.005m²/(1m)= 3.14mH (wenn ich mich nicht verrechnet habe)
S45 / A4 Tacho-Aufgabe
a)
Wieder Lenzsche Regel, in jedem Radsegment soll der Fluss gleich bleiben, das geht nur, wenn sich das Rad mit dem Magneten mitdreht.
b)
würde auch gehen. Siehe Wirbelstrombremse.
c)
Schnellere Rotation, größere Induktion, größere Kraft, weitere Auslenkung
d)
Das Rad würde sich mitdrehen. Anfangs muss noch die Trägheit überwunden werden, aber wenn es einmal in Bewegung ist, dann dreht es sich mti.
Erklärungen dazu noch auf den Leifi-Seiten
http://www.leifiphysik.de/web_ph10/umwelt-technik/12wirbelstr/tachometer/tachometer.htm
Wieder Lenzsche Regel, in jedem Radsegment soll der Fluss gleich bleiben, das geht nur, wenn sich das Rad mit dem Magneten mitdreht.
b)
würde auch gehen. Siehe Wirbelstrombremse.
c)
Schnellere Rotation, größere Induktion, größere Kraft, weitere Auslenkung
d)
Das Rad würde sich mitdrehen. Anfangs muss noch die Trägheit überwunden werden, aber wenn es einmal in Bewegung ist, dann dreht es sich mti.
Erklärungen dazu noch auf den Leifi-Seiten
http://www.leifiphysik.de/web_ph10/umwelt-technik/12wirbelstr/tachometer/tachometer.htm
S45 A3a) Fortsetung
Inhomogenität des Felds.
Das Feld wird stärker, weil das Feld inhomogen ist, also nimmt der Fluss im Ring zu. Also gibt es eine Spannung im Feld. Wäre es homogen, bliebe der Fluss gleich, und keine Spannung wird induziert.
Man kann so auch die Richtung des Felds bestimmen, aber dafür müsste man etwas tiefer in mathematische Definition von Vorzeichen von Orientierungssinnen einsteigen.
b) Wirbelfeld. Die Elektronen werden im Unrzeigersinn angeschubst. Also herrscht ein ringförmiges Feld gegen den Uhrzeigersinn. Negative Ladungen werden dann andersrum geschoben.
c) Man könnte wieder mit der Dreifungerregel argumentieren. Die Lenz-Regel ist aber einfacher. Die Induktion will der Ursache entgegenwirken. Der Fluss soll nicht zunehmen, das heißt der Ring wird abgestoßen, vom Nordpol ferngehalten.
d) Energie kommt aus mechanischer Arbeit. Wegen actio=reactio wird auch der Magnet vom Ring abgestoßen. Wenn wir ihn auf den Ring zubewegen, bewegen wir ihn gegen diese Kraft, verrichten also mechanische Arbeit.
Das Feld wird stärker, weil das Feld inhomogen ist, also nimmt der Fluss im Ring zu. Also gibt es eine Spannung im Feld. Wäre es homogen, bliebe der Fluss gleich, und keine Spannung wird induziert.
Man kann so auch die Richtung des Felds bestimmen, aber dafür müsste man etwas tiefer in mathematische Definition von Vorzeichen von Orientierungssinnen einsteigen.
b) Wirbelfeld. Die Elektronen werden im Unrzeigersinn angeschubst. Also herrscht ein ringförmiges Feld gegen den Uhrzeigersinn. Negative Ladungen werden dann andersrum geschoben.
c) Man könnte wieder mit der Dreifungerregel argumentieren. Die Lenz-Regel ist aber einfacher. Die Induktion will der Ursache entgegenwirken. Der Fluss soll nicht zunehmen, das heißt der Ring wird abgestoßen, vom Nordpol ferngehalten.
d) Energie kommt aus mechanischer Arbeit. Wegen actio=reactio wird auch der Magnet vom Ring abgestoßen. Wenn wir ihn auf den Ring zubewegen, bewegen wir ihn gegen diese Kraft, verrichten also mechanische Arbeit.
Zweierphysik - Übungen für die Klausur am Montag
Zu den Übungsaufgaben im Buch
S45/A1, A2 haben wir am Montag besprochen.
S45/A3
Muss man sich mit der 3-Finger-Regel der linken Hand überlegen.
Hier eine Vorstellung
Haltet einen Stabmagneten von euch weg, führt den Ring auf euch und den Magneten zu, so wie ihr z.B. ein Lenkrad halten würdet. Passt das?
Wie laufen die Feldlinien. Entscheidend ist die Komponente in der Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung, da laufen sie sternförmig vom Nordpol weg.
Jetzt linke-Hand-Regel. Betrachten wir erst einen Punkt rechts auf dem Ring, also bei 3 Uhr, wenn man an ein Zifferblatt denkt. Dort sind Elektronen im Alu. Die bewegen sich mit dem Ring auf euch zu, Der Daumen (Vektor v) zeigt also auf euch zu, Der Zeigefinger (Vektor B) zeigt nach außen wie der Zeiger einer Uhr bei 3 Uhr. Der Mittelfinger (Vektor F) zeigt dann nach unten.
Rechts am Ring wirkt die Kraft also nach unten.
Genau so überlegt man sich, dass es links (bei 9 Uhr) nach oben geht, oben (bei 12 Uhr) nach rechts und unten (bei 6 Uhr) nach links.
Die Elektronen werden also im Uhrzeigersinn bewegt.
Man kann es sich auch noch anders überlegen. Das kommt im nächsten Post.
S45/A1, A2 haben wir am Montag besprochen.
S45/A3
Muss man sich mit der 3-Finger-Regel der linken Hand überlegen.
Hier eine Vorstellung
Haltet einen Stabmagneten von euch weg, führt den Ring auf euch und den Magneten zu, so wie ihr z.B. ein Lenkrad halten würdet. Passt das?
Wie laufen die Feldlinien. Entscheidend ist die Komponente in der Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung, da laufen sie sternförmig vom Nordpol weg.
Jetzt linke-Hand-Regel. Betrachten wir erst einen Punkt rechts auf dem Ring, also bei 3 Uhr, wenn man an ein Zifferblatt denkt. Dort sind Elektronen im Alu. Die bewegen sich mit dem Ring auf euch zu, Der Daumen (Vektor v) zeigt also auf euch zu, Der Zeigefinger (Vektor B) zeigt nach außen wie der Zeiger einer Uhr bei 3 Uhr. Der Mittelfinger (Vektor F) zeigt dann nach unten.
Rechts am Ring wirkt die Kraft also nach unten.
Genau so überlegt man sich, dass es links (bei 9 Uhr) nach oben geht, oben (bei 12 Uhr) nach rechts und unten (bei 6 Uhr) nach links.
Die Elektronen werden also im Uhrzeigersinn bewegt.
Man kann es sich auch noch anders überlegen. Das kommt im nächsten Post.
Dienstag, 3. Mai 2011
Skript - mechanische Schwingungen
hier alles zu den mechanischen Schwingungen bis zu den Fourierzerlegungen mit den Obertönen
https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=explorer&chrome=true&srcid=0B06_CcbKkwlKZjA5NGJmZDctMTgxZi00MTFmLTg1YmItMjMxZjc2YTJkZDEz&hl=en
https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=explorer&chrome=true&srcid=0B06_CcbKkwlKZjA5NGJmZDctMTgxZi00MTFmLTg1YmItMjMxZjc2YTJkZDEz&hl=en
Schülertag zur Physik an der Uni Heidelberg
Die Physik-Astronomie-Fakultät in Heidelberg macht am Samstag 14.5. einen Schülertag mit Vorlesungen und Laborbesichtigungen für Leute, die sich ein Physikstudium überlegen.
http://www.physik.uni-heidelberg.de/schuelertag/
Dafür habe ich vorhin eine E-Mail bekommen. Genauere Fragen könnt ihr gerne an mich stellen.
http://www.physik.uni-heidelberg.de/schuelertag/
Dafür habe ich vorhin eine E-Mail bekommen. Genauere Fragen könnt ihr gerne an mich stellen.
Mittwoch, 20. April 2011
Spaghetticode
Weil ich gerade über die Programmiersprachen geschrieben habe, hier das Arbeitsblatt mit dem Spaghetticode für den GTR zur logistischen Gleichung (Feigenbaum) und zur Lorentz-Differentialgleichung.
https://docs.google.com/leaf?id=0B06_CcbKkwlKOTI0MTk3NjMtYWQzZi00MTk2LWFmMTgtOTQ5NzQzZGI2NGI3&sort=name&layout=list&num=50
Eben noch ein bißchen rumgespielt: Das Feigenbaum-Bild wird besonders schön, wenn man A von 3 bis 4 laufen läßt in Schritten zu 0.01, mit M=500 Rechenschritten ohne und N=100 Schritten mit Punkt-Setzen.
Programmieren unter PRGM, dann CreateNew und Namen vergeben (ALPHA-Taste für Buchstaben, aber wem sage ich das). Danach mit Edit unter PGRM weitermachen.
https://docs.google.com/leaf?id=0B06_CcbKkwlKOTI0MTk3NjMtYWQzZi00MTk2LWFmMTgtOTQ5NzQzZGI2NGI3&sort=name&layout=list&num=50
Eben noch ein bißchen rumgespielt: Das Feigenbaum-Bild wird besonders schön, wenn man A von 3 bis 4 laufen läßt in Schritten zu 0.01, mit M=500 Rechenschritten ohne und N=100 Schritten mit Punkt-Setzen.
Programmieren unter PRGM, dann CreateNew und Namen vergeben (ALPHA-Taste für Buchstaben, aber wem sage ich das). Danach mit Edit unter PGRM weitermachen.
Programmiersprache C
Für die Leute aus dem Info-Kurs, die dort C++ lernen. Das Buch, mit dem ich C (nunja) gelernt habe:
Steve Oualline
Practical C Programming
O'Reilly
http://www.amazon.de/Practical-C-Programming-Nutshell-Handbooks/dp/1565923065/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1303300781&sr=8-1
Ich fand es genial einfach, und mit sehr hilfreichen Tips aus der Sicht eines Könners schon für mein Anfängerniveau (konnte davor etwas FORTRAN77 und 90). Ich bring es mal mit in die Schule, damit ihr es anschauen könnt.
Es gibt von ihm auch eins zu C++
http://www.amazon.de/Practical-C-Programming-Steve-Oualline/dp/0596004192/ref=ntt_at_ep_dpt_2
Die vielen vielen online-Kurse habt ihre sicher schon gesehen
cplusplus.com, ....
Steve Oualline
Practical C Programming
O'Reilly
http://www.amazon.de/Practical-C-Programming-Nutshell-Handbooks/dp/1565923065/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1303300781&sr=8-1
Ich fand es genial einfach, und mit sehr hilfreichen Tips aus der Sicht eines Könners schon für mein Anfängerniveau (konnte davor etwas FORTRAN77 und 90). Ich bring es mal mit in die Schule, damit ihr es anschauen könnt.
Es gibt von ihm auch eins zu C++
http://www.amazon.de/Practical-C-Programming-Steve-Oualline/dp/0596004192/ref=ntt_at_ep_dpt_2
Die vielen vielen online-Kurse habt ihre sicher schon gesehen
cplusplus.com, ....
Dienstag, 19. April 2011
Hochtemperatur-Supraleitung
ist vor recht genau 25 Jahren veröffentlicht worden. Heute war dazu ein Interview in der Süddeutschen Zeitung
http://www.sueddeutsche.de/wissen/physik-nobelpreistraeger-ueber-supraleitung-wir-waren-schon-ein-bisschen-exotisch-1.1087101
http://www.sueddeutsche.de/wissen/physik-nobelpreistraeger-ueber-supraleitung-wir-waren-schon-ein-bisschen-exotisch-1.1087101
Montag, 18. April 2011
Fotowettbewerb am Technorama
ich bin ja selber ein lausiger Fotograf, aber wenn ich mir die Landschaft hier auf der Alb anschaue, denke ich oft an physikalische Hintergründe und meine, man müsste mal ...
Für den Wettbewerb bin ich zu alt, aber vielleicht ist ja jemand von Euch da begabter und möchte sowas versuchen - bis September ist noch Zeit.
http://www.technorama.ch/informationen/medieninformationen-news/fotowettbewerb-2011/
Für den Wettbewerb bin ich zu alt, aber vielleicht ist ja jemand von Euch da begabter und möchte sowas versuchen - bis September ist noch Zeit.
http://www.technorama.ch/informationen/medieninformationen-news/fotowettbewerb-2011/
Dienstag, 5. April 2011
Schwebung
das, was ich am Montag so schnell zusammengestöpselt habe, hier in schön:
schwebung.html zum Download.
(runterladen, speichern z.B. Desktop, und im Browser öffnen, braucht Java)
schwebung.html zum Download.
(runterladen, speichern z.B. Desktop, und im Browser öffnen, braucht Java)
Freitag, 25. März 2011
Schwingungen ausgewertet
Erst ein Video mit einer ungedämpften und einer gedämpften Schwingung. Dann Schaubilder mit den Kurven s(t). Ausgewertet mit dem Video-Analyseprogramm VIANA und exportiert in ein Tabellenkalkulationsprogramm.
Mittwoch, 23. März 2011
Differentialgleichungen
hier nochmal der Link der Seite, mit der ihr heute morgen Schwingungen angeschaut habt.
http://www.javaview.de/demo/PaExprOde.html
Hier die Anleitungen von heute morgen:
http://www.javaview.de/demo/PaExprOde.html
Hier die Anleitungen von heute morgen:
Ihr kennt die Differentialgleichung des harmonischen Oszillators s″(t) = −D/m s(t)
und ihre Lösung s(t) = smax sin(ω t) mit ω2=D/m.
Wie funktioniert das Java-Fenster?
Es handelt sich um eine sog. Gleichung zweiter Ordnung, weil die zweite Ableitung von s in Abhängigkeit von s gebracht wird. Im Fenster steht: Order: 2
Statt s wird das Symbol y verwendet, statt s′ das Symbol dy. Gebt wie im Bild die Gleichung y″=−y rechts oben im Fenster ein. Sie bedeutet s″(t) = − s(t), es ist hier also D/m=1.
Mit der Maus könnt ihr den Anfangspunkt in x- und in y-Richtung verschieben. Dem entsprechen verschiedene Anfangszeiten tanf und Anfangsauslenkungen s(tanf). Beobachtet, wie die Kurve davon abhängt. Rechts unten steht eine 0. Sie entspricht der Anfangsgeschwindigkeit, s′(tanf)=0. Verändert den Eintrag und beobachtet, was passiert.
Die oberen beiden Schieberegler und ihre Einträge bestimmen, für wie lange und mit welcher Schrittweite, d.h. Genauigkeit, gerechnet wird. Verändert auch diese und beobachtet.
Eigene Differentialgleichungen
Gebt andere Werte für D/m ein, also y″=−2y und andere Faktoren. Bestimmt die Periode der Schwingung und vergleicht mit der Formel aus dem Unterricht.
Die Gleichung für das Schwerependel lautet s″(t) = −g/l sin(s(t)), ohne die Näherung für kleine Winkel. Gebt sie ein für g=10m/s² und l=1m. Bestimmt die Periode. Passt es zur bekannten Formel? Probiert auch verschiedene Amplituden aus, auch mit s(tanf) nahe bei π, d.h. Pendel fast senkrecht nach oben.
Versucht andere nicht-harmonische Ozillatoren, so wie s″(t) = − s(t)³ und s″(t) = −sign(s(t)). Wie hängt nun die Periodendauer von der Anfangsamplitude ab? (Hinweis: Die Funktion sign(x) ist +1, wenn x>0, −1, wenn x<0, und 0 für x=0.
Sonntag, 20. März 2011
Aufgaben S89
9
Ist wieder ein Fall von Kombination, mehr als morgen gefragt.
I=U/Z mit Z=(R²+1/(omega C)²)^0.5
Dann einsetzen.
10
Parallelschaltung aus R und L. Dabei hat R etwa denselben ohmschen Widerstand wie das Birnchen. Es entfallen also etwa 6V auf das Birnchen.
Ohmscher Widerstand der Spule muss deutlich kleiner sein, ihre Induktivität sehr groß, weil der volle Strom erst mit einigen Sekunden Verzögerung fließen kann. (Ich glaube, so eine Spule gibt es gar nicht. Unsere großen Spulen mit 650H haben ca. R=100 Ohm, und das müsste ausreichen um das Birnchen zu schützen)
11
a) Eigenleitung. Ladungsträger durch thermische Anregung aus den eigenen Atomen, z.B. Si.
Störstellenleitung. Ladungsträger durch Dotierung, z.B. As, Al, P, ...
b) Temperaturveränderung beeinflusst vor allem Eigenleitung
, bei sehr tiefen Temperaturen auch Störstellenleitung. Dichte der Störstellen beeinflusst nur die Störstellenleitung
12
a) p-L: Löcher beweglich; Elektronen fest
n-L: umgekehrt
b) Diffusion und Rekombination. Elektronen diffundieren vom n- in den p-Bereich und füllen dort die Löcher. Keine beweglichen Ladungsträger ind er Sperrzone.
c) Sperrrichtung: Sperrzone wird breiter, bewegliche Ladungsträger noch weiter abgesaugt.
Durchlassrichtung: Sperrzone wird schmäler. Ab einer Spannung Us können die Ladungsträger die Sperrzone überwinden.
13
Morgen keine Transistoren. Dennoch Kurz.
a) Wenn Induktionsspannung Uind=U_EB groß genug, leuchtet die Birne.
b) vergleichen mit bekanntem Magneten. Muss gleich leuchten, z.B. beide Male beim Eintauchen, dann gleich. Wenn umgekehrt, dann ist die Polung verschieden.
14
siehe 13.
a) Wenn genügend Spannung U_EB, dann fließt Strom E-C.
b) Verstärkung, Steuerung, Speicherung im Flip-Flop
Ist wieder ein Fall von Kombination, mehr als morgen gefragt.
I=U/Z mit Z=(R²+1/(omega C)²)^0.5
Dann einsetzen.
10
Parallelschaltung aus R und L. Dabei hat R etwa denselben ohmschen Widerstand wie das Birnchen. Es entfallen also etwa 6V auf das Birnchen.
Ohmscher Widerstand der Spule muss deutlich kleiner sein, ihre Induktivität sehr groß, weil der volle Strom erst mit einigen Sekunden Verzögerung fließen kann. (Ich glaube, so eine Spule gibt es gar nicht. Unsere großen Spulen mit 650H haben ca. R=100 Ohm, und das müsste ausreichen um das Birnchen zu schützen)
11
a) Eigenleitung. Ladungsträger durch thermische Anregung aus den eigenen Atomen, z.B. Si.
Störstellenleitung. Ladungsträger durch Dotierung, z.B. As, Al, P, ...
b) Temperaturveränderung beeinflusst vor allem Eigenleitung
, bei sehr tiefen Temperaturen auch Störstellenleitung. Dichte der Störstellen beeinflusst nur die Störstellenleitung
12
a) p-L: Löcher beweglich; Elektronen fest
n-L: umgekehrt
b) Diffusion und Rekombination. Elektronen diffundieren vom n- in den p-Bereich und füllen dort die Löcher. Keine beweglichen Ladungsträger ind er Sperrzone.
c) Sperrrichtung: Sperrzone wird breiter, bewegliche Ladungsträger noch weiter abgesaugt.
Durchlassrichtung: Sperrzone wird schmäler. Ab einer Spannung Us können die Ladungsträger die Sperrzone überwinden.
13
Morgen keine Transistoren. Dennoch Kurz.
a) Wenn Induktionsspannung Uind=U_EB groß genug, leuchtet die Birne.
b) vergleichen mit bekanntem Magneten. Muss gleich leuchten, z.B. beide Male beim Eintauchen, dann gleich. Wenn umgekehrt, dann ist die Polung verschieden.
14
siehe 13.
a) Wenn genügend Spannung U_EB, dann fließt Strom E-C.
b) Verstärkung, Steuerung, Speicherung im Flip-Flop
Aufgaben S85
1
Leitungsband: Ein teilweise gefülltes oder leeres Band. Elektronen können leicht ein höheres Niveau einnehmen und sich bewegen. Leitung möglich.
Valenzband: volles Band. Elektronen bleiben in festen Zuständen, örtlich fest. Können sich nicht bewegen, nicht leiten.
2
a) Leiten besser bei niedrigen Temperaturen. Ladungsträger immer vorhanden. Besser beweglich, wenn der Kristall weniger durch thermische Bewegung in Unordnung gebracht wird.
b) n-HL. Dotiert mit Fremdatomen, die zusätzliche Elektronen bringen. Deren Zustände liegen leicht unter dem Leitungsband, können leicht dort hinein angeregt werden und leiten. Elektronen sind dann Majoritätsträger
p-HL. Fremdatome mit weniger Elektronen. Zustände knapp üer Valenzband. Elektronen können aus VB dort hinein angeregt werden. Löcher im Valenzband, in die Elektronen nachrücken können und so das Loch bewegen. Löcherleitung. Löcher sind Majoritätsträger.
4
Besser in Metallen, weniger Anregung nötig, mehr Ladungsträger zur Verfügung. Umgekehrtes Verhalten mit der Temperatur.
5
Kaltleiter und Bauteil in Reihe. Wenn der Strom zu groß wird, steigt der Widerstand im Kaltleiter.
6
a) E=kT. Ist bei Raumtemperatur ein gängige Wert: 1/40 eV.
b) wie a), nur umstellen.
7
später
8
Transistoren wollte ich morgen auch nicht dranbringen
Leitungsband: Ein teilweise gefülltes oder leeres Band. Elektronen können leicht ein höheres Niveau einnehmen und sich bewegen. Leitung möglich.
Valenzband: volles Band. Elektronen bleiben in festen Zuständen, örtlich fest. Können sich nicht bewegen, nicht leiten.
2
a) Leiten besser bei niedrigen Temperaturen. Ladungsträger immer vorhanden. Besser beweglich, wenn der Kristall weniger durch thermische Bewegung in Unordnung gebracht wird.
b) n-HL. Dotiert mit Fremdatomen, die zusätzliche Elektronen bringen. Deren Zustände liegen leicht unter dem Leitungsband, können leicht dort hinein angeregt werden und leiten. Elektronen sind dann Majoritätsträger
p-HL. Fremdatome mit weniger Elektronen. Zustände knapp üer Valenzband. Elektronen können aus VB dort hinein angeregt werden. Löcher im Valenzband, in die Elektronen nachrücken können und so das Loch bewegen. Löcherleitung. Löcher sind Majoritätsträger.
4
Besser in Metallen, weniger Anregung nötig, mehr Ladungsträger zur Verfügung. Umgekehrtes Verhalten mit der Temperatur.
5
Kaltleiter und Bauteil in Reihe. Wenn der Strom zu groß wird, steigt der Widerstand im Kaltleiter.
6
a) E=kT. Ist bei Raumtemperatur ein gängige Wert: 1/40 eV.
b) wie a), nur umstellen.
7
später
8
Transistoren wollte ich morgen auch nicht dranbringen
Aufgaben S 70
2
a) R_C = 1/(omega C) = 1/(2 pi f C). Werte einsetzen
b) R_L = omega L = 2 pi f L
3
Ist ein Fall von kombinierter Schaltung, die ich morgen nicht bringen wollte. Dennoch für die Interessierten: Die kapazitiven und induktiven Blindwiderstände müssen sich aufheben. Also gleichsetzen
omega L = 1/(omega C) und dann geeignet umstellen.
4
fällt auch weg. Lasse ich weg, weil hier im Blog umständlich darzustellen. Vielleicht heute abend nochmal.
5
fällt auch weg. Hier zur Kontrolle die benötigten Formeln
X=omega L - 1/(omega C)
Z = (X² + R²)^0.5
phi so, dass tan phi = X/R bzw. sin phi = X/Z
Ieff = Ueff/Z
6
fällt weg. Eventuell heute abend mehr
7
Kondensator.
Es gilt Q(t)=C U(t), immer Q proportional zu U
Spannungsmaximum ist auch Ladungsmaximum,
dann ist also I(t)=Q'(t) kurz davor positiv, im Max =0, danach negativ, kurz: Nulldurchgang von + nach -. Den hat die Spannung aber erst eine Viertelphase (90°, pi/2) später.
Strom eilt Spannung voraus, Spannung eilt hinterher.
Spule.
Es gilt (ohne ohmschen Verbraucher im Kreis), dass U(t)=-Uind(t).
Also U(t)=L I'(t). Wenn U(t)=0, z.B. von - nach + hat also I(t) ein Minimum. I errecht seinen Nulldurchgang dann erst eine Viertelphase später. Der Strom hinkt der Spannung hinetrher. Spannung eilt voraus.
8
Hatten wir. Sinuskurve. Maximum ist Wurzel(2) mal 230V.
9
weglassen
a) R_C = 1/(omega C) = 1/(2 pi f C). Werte einsetzen
b) R_L = omega L = 2 pi f L
3
Ist ein Fall von kombinierter Schaltung, die ich morgen nicht bringen wollte. Dennoch für die Interessierten: Die kapazitiven und induktiven Blindwiderstände müssen sich aufheben. Also gleichsetzen
omega L = 1/(omega C) und dann geeignet umstellen.
4
fällt auch weg. Lasse ich weg, weil hier im Blog umständlich darzustellen. Vielleicht heute abend nochmal.
5
fällt auch weg. Hier zur Kontrolle die benötigten Formeln
X=omega L - 1/(omega C)
Z = (X² + R²)^0.5
phi so, dass tan phi = X/R bzw. sin phi = X/Z
Ieff = Ueff/Z
6
fällt weg. Eventuell heute abend mehr
7
Kondensator.
Es gilt Q(t)=C U(t), immer Q proportional zu U
Spannungsmaximum ist auch Ladungsmaximum,
dann ist also I(t)=Q'(t) kurz davor positiv, im Max =0, danach negativ, kurz: Nulldurchgang von + nach -. Den hat die Spannung aber erst eine Viertelphase (90°, pi/2) später.
Strom eilt Spannung voraus, Spannung eilt hinterher.
Spule.
Es gilt (ohne ohmschen Verbraucher im Kreis), dass U(t)=-Uind(t).
Also U(t)=L I'(t). Wenn U(t)=0, z.B. von - nach + hat also I(t) ein Minimum. I errecht seinen Nulldurchgang dann erst eine Viertelphase später. Der Strom hinkt der Spannung hinetrher. Spannung eilt voraus.
8
Hatten wir. Sinuskurve. Maximum ist Wurzel(2) mal 230V.
9
weglassen
Aufgaben im Buch S61
8
a) L=my0 N² A/l=1.26e-7 1200² pi 0.05² / 0.2 H = 70 mH
b) Phi = A B = pi r² my0 N/l I = 0.12 Vs
c) Spulenradius verdoppeln: B konstant, Phi vervierfacht
Windungszahl verdoppeln: beides verdoppelt
9
a) Spule widersetzt sich dem Ausschalten des Stroms und des Magnetfelds (Lenz-Regel). Strom läuft weiter, klingt ab
b) Uind(t) = U * e^(-(R/L) t) mit U=6V, R=500Ohm, L=500H ... = 6*e^(-t) V
exponentielles Abklingen
c) Gleichsetzen U/2 = U*e^(-(R/L) T) | :U
1/2 = e^(-(R/L) T) | ln
-ln 2 = -(R/L) T | *(-L/R)
gibt die Lösung
d) von 6V auf 3V gerade halbiert, also T1/2 = ln 2 L/R = 0.69 s
auf 0.75V dreimal solang, geachtelt, also dreimal halbiert: 2.08s
a) L=my0 N² A/l=1.26e-7 1200² pi 0.05² / 0.2 H = 70 mH
b) Phi = A B = pi r² my0 N/l I = 0.12 Vs
c) Spulenradius verdoppeln: B konstant, Phi vervierfacht
Windungszahl verdoppeln: beides verdoppelt
9
a) Spule widersetzt sich dem Ausschalten des Stroms und des Magnetfelds (Lenz-Regel). Strom läuft weiter, klingt ab
b) Uind(t) = U * e^(-(R/L) t) mit U=6V, R=500Ohm, L=500H ... = 6*e^(-t) V
exponentielles Abklingen
c) Gleichsetzen U/2 = U*e^(-(R/L) T) | :U
1/2 = e^(-(R/L) T) | ln
-ln 2 = -(R/L) T | *(-L/R)
gibt die Lösung
d) von 6V auf 3V gerade halbiert, also T1/2 = ln 2 L/R = 0.69 s
auf 0.75V dreimal solang, geachtelt, also dreimal halbiert: 2.08s
Dienstag, 15. März 2011
Klausur am Montag
ich habe eben für morgen ein paar Aufgaben zusammengestellt zu einem Blatt. Zu Halbleitern habe ich nichts geschrieben, einiges ist in unserem Buch. Eine schöne Sammlung ist aber auf leifiphysik:
http://www.leifiphysik.de/web_ph10/musteraufgaben/15_halbleiter/index.htm
Schaut also da rein.
http://www.leifiphysik.de/web_ph10/musteraufgaben/15_halbleiter/index.htm
Schaut also da rein.
Freitag, 11. März 2011
Skript - Halbleiter und Flüssigkeiten und Gase
Hier das letzte, was wir noch für die nächste Klausur brauchen
nämlich Halbleiter
nämlich Halbleiter
Wellen ...
... sind bald unser Thema. Heute haben wir alle vom verheerenden See- und Erdbeben in Japan gehört.
Die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) hat dazu Details auf ihren Seiten
Hier die Ausbreitung der Welle,
und hier die allgemeine Warnseite http://www.weather.gov/ptwc/ mit Hintergründen http://www.tsunami.noaa.gov/
Die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) hat dazu Details auf ihren Seiten
Hier die Ausbreitung der Welle,
und hier die allgemeine Warnseite http://www.weather.gov/ptwc/ mit Hintergründen http://www.tsunami.noaa.gov/
Dienstag, 8. März 2011
nochmal Kursfahrt
Hallo, eben schau ich nach, und finde erst zwei Nachrichten hier als Kommentare. Am Donnerstag und Freitag habe ich einige Blätter bekommen, aber ich habe das Gefühl, sind noch nicht alle.
Von meinen Mathe-Leuten weiß ich, daß manchmal die Kommentare hier nicht funktionieren. Sollte also jemand ... bitte schickt mir dann eine Mail an die Adresse oben auf meinem Rundbrief, oder ruft einfach bei mir an. Nummer steht da auch drauf, oder im Telefonbuch.
Von meinen Mathe-Leuten weiß ich, daß manchmal die Kommentare hier nicht funktionieren. Sollte also jemand ... bitte schickt mir dann eine Mail an die Adresse oben auf meinem Rundbrief, oder ruft einfach bei mir an. Nummer steht da auch drauf, oder im Telefonbuch.
Mittwoch, 2. März 2011
Kursfahrt
Wie bereits gesagt möchte ich in der Ferienwoche so viel wie möglich buchen. Gebt mir bitte bescheid, wer mitkommen will. Bis Freitag 4.2. um 12.00 bin ich noch in der Schule, danach am besten hier einen kurzen Kommentar. Ich brauche Namen und Geburtsdatum, wenn ich einen Flug buchen will. (Keine Angst, das wird hier nicht öffentlich im Netz erscheinen)
Dienstag, 1. März 2011
Differentialgleichungen
im Netz habe ich Simulationen von Differentialgleichungen gesucht, damit wir es nicht nur auf unserem GTR machen müssen.
Das hier hat mir gefallen. Vielseitig und einigermaßen komfortabel in der Bedienung
http://www.javaview.de/demo/PaExprOde.html
Das hier hat mir gefallen. Vielseitig und einigermaßen komfortabel in der Bedienung
http://www.javaview.de/demo/PaExprOde.html
Montag, 28. Februar 2011
Animationen zur Elektrophorese
Hier ein schematischer Ablauf eines Experiments
http://www.dnalc.org/resources/animations/gelelectrophoresis.html
und hier noch etwas länglicher mit ein paar Hintergründen
http://www.lpscience.fatcow.com/jwanamaker/animations/Chrom&Elpho.html
Die Bilder links zeigen übrigens Chlorophyll, Blattgrün
Hier noch (auf deutsch) eine Erläuterung zu unserem kleinen Papierversuch. Vornehm ausgedrückt nennt man das Chromatographie
http://www.med4you.at/laborbefunde/techniken/chromatographie/lbef_chromatographie_pc_dc_tlc.htm
http://www.dnalc.org/resources/animations/gelelectrophoresis.html
und hier noch etwas länglicher mit ein paar Hintergründen
http://www.lpscience.fatcow.com/jwanamaker/animations/Chrom&Elpho.html
Die Bilder links zeigen übrigens Chlorophyll, Blattgrün
Hier noch (auf deutsch) eine Erläuterung zu unserem kleinen Papierversuch. Vornehm ausgedrückt nennt man das Chromatographie
http://www.med4you.at/laborbefunde/techniken/chromatographie/lbef_chromatographie_pc_dc_tlc.htm
Sonntag, 27. Februar 2011
Skript - endlich gehts weiter
Rechnerzugang steht wieder, Scanner ist angeschlossen, und hier erst einmal alles aus meinem
Aufschrieb zum Thema Induktion und Selbstinduktion:
Skript von Dezember und Januar
Es ist nicht ganz das, was an der Tafel stand, aber ihr werdeet es wiedererkennen.
Aufschrieb zum Thema Induktion und Selbstinduktion:
Skript von Dezember und Januar
Es ist nicht ganz das, was an der Tafel stand, aber ihr werdeet es wiedererkennen.
Donnerstag, 17. Februar 2011
Physik an der Uni Tübingen
Eben habe ich eine Mail bekommen. Am 18.3. gibt es in der Tübinger Physik einen Tag für Leute aus den Schulen. Anmelden müssten wir uns bis zum 1. März. Bringen wir eine Gruppe zusammen?
Hier stehen nähere Informationen: http://www.physik.uni-tuebingen.de/fuer-lehrer-und-schueler/masterclasses-physik.html
Hier stehen nähere Informationen: http://www.physik.uni-tuebingen.de/fuer-lehrer-und-schueler/masterclasses-physik.html
Samstag, 12. Februar 2011
wieder mal Wissenschaftsteil in der FAZ
Über Tsunamis, Bewegung von Meerwasser und Induktion durch die Bewegung im Erdmagnetfeld. Die Frage ist natürlich, ob man so bessere Detektoren bekommt als mit herkömmlichen Seismographen.
Tsunamis, FAZ-Wissenschaftsteil
Tsunamis, FAZ-Wissenschaftsteil
Sonntag, 6. Februar 2011
R, C und L als Zeiger
Hier zwei Animationen zu den Zeigern, die Stromstärke I und Spannung U darstellen.
wechseltrom1.html, wo der Widerstand frei gezogen werden kann, und
wechselstrom2.html, wo R, C, L und die Frequenz omega geregelt werden können. Die Impedanz und die Stromstärke werden dabei berechnet und angezeigt.
wechseltrom1.html, wo der Widerstand frei gezogen werden kann, und
wechselstrom2.html, wo R, C, L und die Frequenz omega geregelt werden können. Die Impedanz und die Stromstärke werden dabei berechnet und angezeigt.
Samstag, 5. Februar 2011
Zeiger
erst mal eine Entschuldigung: Ich habe schon lange nichts mehr gescannt, immer vor mir hergeschoben, und jetzt sind die Computer schon eine Weile lang außer Betrieb. Ich hole das aber bald nach. Dann haben wir hier wieder die Ausschnitte aus meinem Manuskript.
Jetzt zu was anderem. Wir hatten die Zeiger, die wahrscheinlich immer noch mysteriös erscheinen. Das ist eine andere Form der sogenannten komplexen Zahlen, zu denen ich hier einen netten Zeitungsartikel in der FAZ gesehen habe: http://www.faz.net/s/Rub163D8A6908014952B0FB3DB178F372D4/Doc~EDF50F698CF534AF9AA679C0C31F0C11A~ATpl~Ecommon~Scontent.html
Jetzt zu was anderem. Wir hatten die Zeiger, die wahrscheinlich immer noch mysteriös erscheinen. Das ist eine andere Form der sogenannten komplexen Zahlen, zu denen ich hier einen netten Zeitungsartikel in der FAZ gesehen habe: http://www.faz.net/s/Rub163D8A6908014952B0FB3DB178F372D4/Doc~EDF50F698CF534AF9AA679C0C31F0C11A~ATpl~Ecommon~Scontent.html
Sonntag, 9. Januar 2011
Astronomie
ist zwar derzeit nicht unser Thema, wird aber noch kommen.
Gelesen habe ich im Dezember ein Buch über Kepler und Galilei. Interessantes Thema, anscheinend gut recherchiert, mir hats gefallen. Positiv: Man ahnt, wie damals und heute Forschungsergebnisse zustandekommen, vor allem den historischen Hintergrund mit dem katastrophalen Einschnitt des Dreißigjährigen Kriegs. Negativ: Beim Lesen merkt man, dass es gerade keine gemeinsamen Anstrengungen der Haupthelden gegeben hat, die im Vorwort etwas vollmundig anklingen. Stilistisch hätte es auch mehr bringen können, aber das ist vor allem meine Geschmackssache.
Bemerkung dazu. Derzeit kann man, wenn es mal gerade abends keine Wolken gibt, den Jupiter sehr gut sehen. Er steht nach Sonnenuntergang im Südwesten auf halber Höhe. Er ist dort der hellste Stern, der erste am Abendhimmel. (Gerade heute ist er vielleicht zu nah beim Mond). Mit einem halbwegs brauchbaren Fernglas kann man Monde erkennen, mit 15-facher Vergrößerung sieht man Jupiter als kleines Scheibchen und links oberhalb und rechts unterhalb winzige helle Punkte. Galilei hat vor 400 Jahren gesehen, dass die sich um den Jupiter bewegen, und damit einen Beweis gehabt, dass die Vorstellung von den Kristallschalen falsch sein muss.
Hier das Bild mit kStars
Hier der Eintrag von buchhandel.de
Gelesen habe ich im Dezember ein Buch über Kepler und Galilei. Interessantes Thema, anscheinend gut recherchiert, mir hats gefallen. Positiv: Man ahnt, wie damals und heute Forschungsergebnisse zustandekommen, vor allem den historischen Hintergrund mit dem katastrophalen Einschnitt des Dreißigjährigen Kriegs. Negativ: Beim Lesen merkt man, dass es gerade keine gemeinsamen Anstrengungen der Haupthelden gegeben hat, die im Vorwort etwas vollmundig anklingen. Stilistisch hätte es auch mehr bringen können, aber das ist vor allem meine Geschmackssache.
Bemerkung dazu. Derzeit kann man, wenn es mal gerade abends keine Wolken gibt, den Jupiter sehr gut sehen. Er steht nach Sonnenuntergang im Südwesten auf halber Höhe. Er ist dort der hellste Stern, der erste am Abendhimmel. (Gerade heute ist er vielleicht zu nah beim Mond). Mit einem halbwegs brauchbaren Fernglas kann man Monde erkennen, mit 15-facher Vergrößerung sieht man Jupiter als kleines Scheibchen und links oberhalb und rechts unterhalb winzige helle Punkte. Galilei hat vor 400 Jahren gesehen, dass die sich um den Jupiter bewegen, und damit einen Beweis gehabt, dass die Vorstellung von den Kristallschalen falsch sein muss.
Hier das Bild mit kStars
Hier der Eintrag von buchhandel.de
Das WeltgeheimnisKepler, Galilei und die Vermessung des Himmels | ||||||||||||||||||||||||||
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Sonntag, 2. Januar 2011
neue Energie im neuen Jahr
dazu einArtikel über die Geschichte des perpetuum mobile, wobei zu dem Apparat in Kassel einiges steht, was ich im letzten Jahr in Klasse 11 noch nicht gewußt habe.
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