EXP:Suszeptibiltätsmessung von Gadolinium - Versionsgeschichte

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2025-10-16T09:36:05Z

71 Versionen importiert

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(kein Unterschied)

9>PuD: /* Benötigtes Material */

2024-11-08T14:31:19Z

Benötigtes Material

← Nächstältere Version		Version vom 8. November 2024, 14:31 Uhr
Zeile 111:		Zeile 111:
	*		*
	** Temperatursensor (DS1820)		** Temperatursensor (DS1820)
	** <math>4\,7\mathrm{k\~~omega~~}</math>-Widerstand		** <math>4,7~\mathrm{k\Omega}</math>-Widerstand
	* Kraftmessung		* Kraftmessung
	** Wägezelle (1 kg mit zugehöriger Verstärker-PCB (HX711))		** Wägezelle (1 kg mit zugehöriger Verstärker-PCB (HX711))

9>PuD: /* Benötigtes Material */

2024-11-08T14:30:40Z

Benötigtes Material

← Nächstältere Version		Version vom 8. November 2024, 14:30 Uhr
Zeile 109:		Zeile 109:
	** passendes USB-Anschlusskabel für den Arduino		** passendes USB-Anschlusskabel für den Arduino
	** PC mit [https://www.arduino.cc/en/software Arduino IDE] und Python		** PC mit [https://www.arduino.cc/en/software Arduino IDE] und Python
	* Temperatursensor (DS1820)		*
			** Temperatursensor (DS1820)
			** <math>4\,7\mathrm{k\omega}</math>-Widerstand
	* Kraftmessung		* Kraftmessung
	** Wägezelle (1 kg mit zugehöriger Verstärker-PCB (HX711))		** Wägezelle (1 kg mit zugehöriger Verstärker-PCB (HX711))
Zeile 115:		Zeile 117:
	** [[HW:Digitalwaage AMIR bis 500g\|Digitalwaage AMIR bis 500g]]		** [[HW:Digitalwaage AMIR bis 500g\|Digitalwaage AMIR bis 500g]]
	**Elektronikzeugs		**Elektronikzeugs
	*** Widerstände (<math>20\,\mathrm{ml}</math>)
	*** Steckbrett		*** Steckbrett
			*** Jumper-Kabel
	* Wasserbad für die Gadolinium-Probe		* Wasserbad für die Gadolinium-Probe
	** Wasser		** Wasser

9>PuD: /* Mögliche Schülerschwierigkeiten */

2024-11-08T14:26:22Z

Mögliche Schülerschwierigkeiten

← Nächstältere Version		Version vom 8. November 2024, 14:26 Uhr
Zeile 27:		Zeile 27:
	== Nötige Vorkenntnisse ==		== Nötige Vorkenntnisse ==
	Es sind keine spezifischen Vorkenntnisse zur Durchführung des Versuchs notwendig. Hilfreich sind Kenntnisse zu Arduino sowie zur Auswertung mit Python.		Es sind keine spezifischen Vorkenntnisse zur Durchführung des Versuchs notwendig. Hilfreich sind Kenntnisse zu Arduino sowie zur Auswertung mit Python.

	~~== Mögliche Schülerschwierigkeiten ==~~

	Beschreibe hier welche Schwierigkeiten die SuS beim Beobachten des Demonstrationsexperiments bzw. beim eigenständigen Durchführen des Experiments haben könnten. GGf. kannst du hier auch Lösungsansätze beschreiben.

	== Schülervorstellungen, die hier relevant werden ==		== Schülervorstellungen, die hier relevant werden ==

9>PuD: /* Nötige Vorkenntnisse */

2024-11-08T14:25:15Z

Nötige Vorkenntnisse

← Nächstältere Version		Version vom 8. November 2024, 14:25 Uhr
Zeile 26:		Zeile 26:

	== Nötige Vorkenntnisse ==		== Nötige Vorkenntnisse ==
			Es sind keine spezifischen Vorkenntnisse zur Durchführung des Versuchs notwendig. Hilfreich sind Kenntnisse zu Arduino sowie zur Auswertung mit Python.
	~~Beschreibe hier genauer welche~~ Vorkenntnisse ~~ein*e SuS benötigt um das Experiment verstehen~~ zu ~~können. Dabei müssen auch die nötigen Vorkenntnisse aus anderen Fächern beachtet werden~~.

	== Mögliche Schülerschwierigkeiten ==		== Mögliche Schülerschwierigkeiten ==

9>PuD: /* Versuchsaufbau */

2024-11-08T14:10:25Z

Versuchsaufbau

← Nächstältere Version		Version vom 8. November 2024, 14:10 Uhr
Zeile 142:		Zeile 142:
	<div class="large-7 columns">		<div class="large-7 columns">

	Mit dem Pasco-Magnetfeldsensor wird die ~~Magentfeldkomponente~~ des ~~Neodymmagenten~~ in Richtung der Symmetrieachse des Magneten <math>B</math> auf der Symmetrieachse des Magneten in Abhängigkeit vom Abstand des Sensors zum Magneten <math>d</math> ausgemessen.		Mit dem Pasco-Magnetfeldsensor wird die Magnetfeldkomponente des Neodymmagneten in Richtung der Symmetrieachse des Magneten <math>B</math> auf der Symmetrieachse des Magneten in Abhängigkeit vom Abstand des Sensors zum Magneten <math>d</math> ausgemessen.

	; Schritt 2:		; Schritt 2:

	Die Temperatur der Gadolinium-Probe wird mit einem Wasserbad verändert. Hierzu wird ein Becherglas mit Heizfolie umwickelt und in ~~ein~~ Styroporklotz eingelassen, in dem zuvor mit einem Cuttermesser ein entsprechender Hohlraum eingebracht wurde. Die Heizfolie wird mit einem Netzgerät betrieben. Die Gadolinium-Probe wird mit einer Plastiktüte vor Wasser geschützt. Um die Probe aufrecht im Becherglas platzieren zu können, wird sie mit Kupferdraht umwickelt und damit stabilisiert.		Die Temperatur der Gadolinium-Probe wird mit einem Wasserbad verändert. Hierzu wird ein Becherglas mit Heizfolie umwickelt und in einen Styroporklotz eingelassen, in dem zuvor mit einem Cuttermesser ein entsprechender Hohlraum eingebracht wurde. Die Heizfolie wird mit einem Netzgerät betrieben. Die Gadolinium-Probe wird mit einer Plastiktüte vor Wasser geschützt. Um die Probe aufrecht im Becherglas platzieren zu können, wird sie mit Kupferdraht umwickelt und damit stabilisiert.

	</div>		</div>
Zeile 172:		Zeile 172:
	; Schritt 4:		; Schritt 4:

	Ebenso wird die am Temperatursensor ~~entstehende Spannung am~~ Arduino ~~abgegriffen und daraus die Temperatur bestimmt~~. Im Serial Monitor der Arduino-IDE werden die gemessene Masse und die Temperatur jeweils ca. sekündlich in einer Zeile ausgegeben.		Ebenso wird die am Temperatursensor vorherrschende Temperatur mit dem Arduino ausgelesen. Im Serial Monitor der Arduino-IDE werden die gemessene Masse und die Temperatur jeweils ca. sekündlich in einer Zeile ausgegeben.

	Schaltungen für Temperatursensor, Kraftsensor, Arduino detaillierter erklären - vielleicht in eigenem Absatz/Kasten für jede dieser drei Einheiten? Ggf. Fotos für Beschaltung von Arduino und Verstärker einfügen.



			Dabei bedient man sich folgender Schaltung aus den o.g. Komponenten:

			</div>
			<div class="large-5 columns">
			[[Datei:EXP Suszeptibiltät Aufhängung.JPG\|250px\|thumb\|right\|\|Abbildung 3: Aufhängung des Permanentmagneten]]
			</div>
			</div>

			Der Programmcode unserer Durchführung ist dabei.

	== Versuchsdurchführung ==		== Versuchsdurchführung ==

9>PuD: /* Benötigtes Material */

2024-11-08T08:32:23Z

Benötigtes Material

← Nächstältere Version		Version vom 8. November 2024, 08:32 Uhr
Zeile 111:		Zeile 111:
	** Schrumpfschläuche		** Schrumpfschläuche
	* Arduino		* Arduino
	** Arduino Uno		** Arduino (Uno, Nano, ...; nicht relevant, welcher)
	** USB-~~Kabel (USB-B auf USB-A)~~		** passendes USB-Anschlusskabel für den Arduino
	** PC mit [https://www.arduino.cc/en/software Arduino IDE] und Python		** PC mit [https://www.arduino.cc/en/software Arduino IDE] und Python
	* Temperatursensor ~~Bezeichnung eintragen~~		* Temperatursensor (DS1820)
	* Kraftmessung		* Kraftmessung
	** Wägezelle ~~Bezeichnung eintragen~~		** Wägezelle (1 kg mit zugehöriger Verstärker-PCB (HX711))
	** Massestück		** Massestück
	** [[HW:Digitalwaage AMIR bis 500g\|Digitalwaage AMIR bis 500g]]		** [[HW:Digitalwaage AMIR bis 500g\|Digitalwaage AMIR bis 500g]]
	**Elektronikzeugs		**Elektronikzeugs
	*** Verstärker		*** Widerstände (<math>20\,\mathrm{ml}</math>)
	*** Widerstände
	*** Steckbrett		*** Steckbrett
	* Wasserbad für die Gadolinium-Probe		* Wasserbad für die Gadolinium-Probe
Zeile 136:		Zeile 135:
	** Kupferdraht		** Kupferdraht
	** Zange		** Zange


	== Versuchsaufbau ==		== Versuchsaufbau ==

9>LHartmann am 8. Oktober 2024 um 16:52 Uhr

2024-10-08T16:52:00Z

← Nächstältere Version		Version vom 8. Oktober 2024, 16:52 Uhr
Zeile 113:		Zeile 113:
	** Arduino Uno		** Arduino Uno
	** USB-Kabel (USB-B auf USB-A)		** USB-Kabel (USB-B auf USB-A)
	** PC mit ~~<b>~~[https://www.arduino.cc/en/software Arduino IDE]~~</b>~~ und Python		** PC mit [https://www.arduino.cc/en/software Arduino IDE] und Python
	* Temperatursensor Bezeichnung eintragen		* Temperatursensor Bezeichnung eintragen
	* Kraftmessung		* Kraftmessung

9>LHartmann am 25. September 2024 um 11:38 Uhr

2024-09-25T11:38:07Z

← Nächstältere Version		Version vom 25. September 2024, 11:38 Uhr
Zeile 201:		Zeile 201:
	F&=\int \mathrm{d}F\\&=-\int_{z_0}^{z_0+h} \underbrace{M}_{=\chi \frac{B}{\mu_0}}\frac{\partial B}{\partial z}A\mathrm\, {d}z\\		F&=\int \mathrm{d}F\\&=-\int_{z_0}^{z_0+h} \underbrace{M}_{=\chi \frac{B}{\mu_0}}\frac{\partial B}{\partial z}A\mathrm\, {d}z\\
	&=\left[ -\chi \frac{A}{2\mu_0}B^2 \right]_{z_0}^{z_0+h}\\		&=\left[ -\chi \frac{A}{2\mu_0}B^2 \right]_{z_0}^{z_0+h}\\
	&=~~\left[~~ \chi \frac{A}{2\mu_0}(B(z_0)^2-B(z_0+h)^2) ~~\right]~~.		&= \chi \frac{A}{2\mu_0}(B(z_0)^2-B(z_0+h)^2).
	\end{align}		\end{align}
	</math>		</math>

9>LHartmann am 24. September 2024 um 18:10 Uhr

2024-09-24T18:10:46Z

← Nächstältere Version		Version vom 24. September 2024, 18:10 Uhr
Zeile 227:		Zeile 227:

	== Fehlerabschätzung ==		== Fehlerabschätzung ==
	~~senkrecht ausrichten~~, ~~permanentmagnet ausmessen~~		Die Gadoliniumprobe befindet sich bereits aufgrund ihres endlichen Durchmessers nur näherungsweise in der Symmetrieachse des Permanentmagneten und war zudem im realen Versuch etwas schräg gegenüber dieser ausgerichtet. Weiterhin fällt das Magnetfeld des Permanentmagneten im relevanten Abstandsbereich sehr stark ab, sodass die Flussdichte am oberen und unteren Ende der Gadoliniumprobe mit einem vergleichsweise großen Fehler behaftet ist. Zudem kann der Abstand zwischen Gadoliniumprobe und Permanentmagnet aufgrund der Aufhängung des Permanentmagneten nur grob gemessen werden.

	Die Gleichung <math>M=\chi \frac{B}{\mu_0}</math> gilt näherungsweise für kleine externe Flussdichten <math>B</math>. Tatsächlich ist die Hysteresekurve nichtlinear und die Suszeptibilität <math>\chi=\mu_0 \frac{\partial M}{\partial B}</math> (Steigung der Hysteresekurve) hängt von <math>B</math> ab. Die gemessene Suszeptibilität in diesem Versuch ist ein Mittelwert, denn auf unterschiedliche Teile der Probe wirken aufgrund deren Ausdehnung unterschiedliche externe Flussdichten <math>B</math>.		Die Gleichung <math>M=\chi \frac{B}{\mu_0}</math> gilt näherungsweise für kleine externe Flussdichten <math>B</math>. Tatsächlich ist die Hysteresekurve nichtlinear und die Suszeptibilität <math>\chi=\mu_0 \frac{\partial M}{\partial B}</math> (Steigung der Hysteresekurve) hängt von <math>B</math> ab. Die gemessene Suszeptibilität in diesem Versuch ist ein Mittelwert, denn auf unterschiedliche Teile der Probe wirken aufgrund deren Ausdehnung unterschiedliche externe Flussdichten <math>B</math>.