M-Pool

Das M-Pool ist ähnlich aufgebaut wie der E-Pool, den Sie im Wintersemester kennengelernt haben. Beim M-Pool steht speziell das Messsen mit digitalen Messmitteln im Vordergrund. Der Arduino Nano dient dabei als digitale Basis.

Sie wählen sich ein Objekt und eine Eigenschaft aus.1) Es ist auch “erlaubt”, mehrere Eigenschaften des Objekts zu messen Dazu entwerfen Sie einen Messaufbau und schreiben für den Arduino ein Programm, mit dem Sie die Eigenschaft so genau wie möglich erfassen. Das Ergebnis der Messung

Hier steht speziell das Messen im Vordergrund. PhysikPraktikum kennengelernt haben. Statt einer ausführlichen Anleitung für einem bestimmten Versuch erhalten Sie hier sehr kurz gefasste Aufgaben, die eher ein Thema umreißen. Aus diesen Themen wählen Sie sich eines aus, das Sie während eines Experimentier-Nachmittag selbständig bearbeiten. Dabei gilt die Randbedingung, dass jedes Thema am jeweiligen Nachmittag von maximal einer Gruppe bearbeitet wird.

Vor Ort haben Sie dafür Zugriff auf alle Komponenten und Geräte, die bei Elektronik-Versuchen im Physikpraktikum üblicherweise zum Einsatz kommen. Welche dieser Geräte Sie nutzen, entscheiden Sie.

Am Ende dieser Seite finden Sie Links zu Formularen, auf denen Sie ein Thema für sich auswählen.

Ablauf

1. Themenwahl

Unten auf dieser Seite finden Sie einen Katalog mit möglichen Themen. Wählen Sie sich das Thema aus, das Sie am Praktikumsnachmittag bearbeiten möchten. Für die Auswahl finden Sie unten auf dieser Seite einen Link zu einem an Doodle angelehnten Formular. Dabei gilt die Randbedingung, dass jedes Thema an einem Termin nur von maximal einer Gruppe bearbeitet wird.

Damit wir Versuchsleiter sicher stellen können, dass es zu keinen Engpässen beim Material kommt, muss die Auswahl bis spätestens 24 Stunden vor Beginn des E-Pools erfolgen.

Letzter Zeitpunkt für die Auswahl des Themas ist Dienstag 14:00 Uhr.Wer dies aus welchen Gründen auch immer verpasst, meldet sich bei Kai-Martin Knaak um eine alternative Lösung zu finden (knaak@iqo.uni-hannover.de).

2. Messfrage

Formulieren Sie zu ihrem Thema eine Frage, die sie während des Praktikumsnachmittags beantworten. Die Messfrage sollte so gestellt sein, dass die Antwort der Wert einer quantitativen physikalischen Größe ist. Dabei soll sich Ihre Frage von denen unterscheiden, die in diesem Semester andere Gruppen vor Ihnen bearbeitet haben.

Ihre Messfrage sollte die folgenden drei Komponenten enthalten:

eine ausformulierte Frage, die typischerweise mit einem Fragezeichen endet,

eine physikalische Größe, deren Wert die Antwort auf die ausformulierte Frage liefert,

die Einheit der physikalischen Größe.

Überlegen Sie sich ein Messprogramm für die physikalische Größe, die ihre Messfrage beantwortet. Schätzen Sie ab, in welcher Größenordnung sich der Wert wahrscheinlich bewegen wird.

Beispiele:

“Wie groß ist die maximale Frequenz, mit der die Schaltung zufriedenstellend funktioniert?”, Physikalische Größe: , Einheit: Hz

“Wie groß ist die Abweichung zwischen berechneter und tatsächlich gemessener Ausgangsspannung?”, Physikalische Größe: , Einheit: einheitenloses Verhältnis von Spannungen“

“Wie groß ist der Proportionalitätsfaktor, mit dem der Wert des Widerstands R3 in die Verstärkung eingeht?”, Physikalische Größe: , Einheit:

3. Vorbereitung

Skizzieren Sie einen Schaltplan, mit dem Sie das gewählte Thema angehen möchten. Welche Komponenten benötigen Sie? Wie wirken die Komponenten in der Schaltung zusammen? Machen Sie sich bei Widerständen und Kondensatoren Gedanken zu sinnvollen Größenordnungen des Werts. Zum Beispiel: Benötigen Sie an Stelle X einen Widerstand von 1 Ω oder einen 10 kΩ ?

Nutzen Sie Kurzeinführung LTspice, um sich von der Funktion Ihrer Schaltung zu überzeugen.

4. Vorstellung

Am Praktikumsnachmittag, ab 14:00 Uhr stellen Sie Ihren Kommilitonen Ihre Messfrage in einer kurzen Präsentation vor. Für Skizzen und Stichworte steht Ihnen ein Smartboard zur Verfügung.

Notieren Sie auf der Tafel ihre Gruppennummer und ihre Themenwahl.

Erklären Sie, wie die von Ihnen eingeplante Schaltung funktioniert.2) Wenn Sie mehrere Schaltungen aufbauen, können sie alle vorstellen oder nur die “interssanteste”.

Schreiben Sie Ihre Messfrage ausformuliert an die Tafel.

Geben Sie an, welche physikalische Größe Sie messen werden.

Geben Sie an, welche Einheit die physikalische Größe hat.

Geben Sie einen Wertebereich an, in dem Sie das Ergebnis ihrer Messung erwarten.

Die Präsentation sollte nicht länger als etwa 4 Minuten sein – also wirklich kurz.

5. Aufbau und Messung

Zwischen etwa 14:45 Uhr und 18:00 Uhr haben Sie Gelegenheit, zu ihrem Thema Schaltungen aufzubauen und Messungen durchzuführen.

6. Bericht

Eine Woche nach dem Versuchsnachmittag geben Sie in ILIAS einen Versuchsbericht ab. Dabei ist es noch wichtiger als bei Berichten zu “normalen” Versuchen, dass der Text für sich stehend verständlich ist. Denn beim E-Pool sind die Themen so offen formuliert, dass sich die Inhalte von Gruppe zu Gruppe deutlich unterscheiden.

Zu allen Themen

Elektrische Schaltungen brauchen üblicherweise eine gemeinsame Masse, auf das sich Signale beziehen. Ein Bereich, der ausdrücklich für die Masse reserviert ist, macht Ihren Aufbau übersichtlich (“Masseschiene”).

Messgeräte messen in Bezug auf ein Referenzpotential. Wenn ihr Eingang eine Schirmung hat, dann dient das Potential der Schirmung als Bezug. Es ist fast immer sinnvoll, die Schirmung mit der Masse der Schaltung zusammenzulegen.

In gleicher Weise bezieht sich der Ausgang von Spannungsquellen auf ein Referenzpotential. Das gilt für Funktionsgeneratoren genauso wie für Netzgeräte.

Bei unseren BNC-zu-Banane-Adaptern ist der Anschluss mit dem Fähnchen und der schwarzen Buchse verbunden mit der Schirmung.

Eingänge von integrierten Schaltungen (Opamps, Logik-Gatter) brauchen für korrekte Funktion jederzeit ein klar definiertes Spannungsniveau.

Für Signale, die von der Zeit abhängen, ist meist ein Oszilloskop das beste Messgerät.

Für Signale, die sich nicht schnell wiederholen, ist ein Speicheroszilloskop überlegen gegenüber einem Analog-Oszilloskop.

Unsere Speicheroszilloskope können Ergebnisse auf USB-Stick speichern. Als Format für die Speicherung empfiehlt sich “CSV”, nicht die Standardeinstellung “Waveform”. Es gibt Leih-USB-Sticks. Die Rückgabe erfolgt mit der Abgabe des Versuchsberichts.

Objekte und Eigenschaften

Gleiche Richter

Dioden eignen sich, um aus einer das Vorzeichen wechselnden Wechselspannung eine ständig positive Spannung zu machen.

Vorbereitung: Simulieren Sie Ihre Schaltungen mit LTspice.

zum Aufwärmen: Gleichrichtung eines Signals mit einer einzelnen Diode.

aufgewärmt: Gleichrichtung eines Signals mit einem Brückengleichrichter

voll in Schwung: aktiver Gleichrichter mit zwei Opamps (siehe Seite 17 des Datenblatts von MCP6271)

Bereits beanwortete Messfragen

“Totzeit” zwischen zwei positiven Peaks bei dem einfachen Diodengleichrichter.

Wie groß ist der Gleichwert einer Gleichrichterbrücke mit Glättungskondensator?

Joker

Sie haben eine Idee für einen Aufbau, der sich mit den Mitteln des E-Pools umsetzen lässt?

Im SS 22 gezogene Joker

(noch keiner)

Themenwahl

Wieso, Weshalb, Warum?

Hintergründe