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m-pool:start [18 April 2022 20:30] – [1. Themenwahl] Wahl von Messobjekt und Eigenschaft knaak@iqo.uni-hannover.dem-pool:start [21 April 2024 18:34] (current) – [4. Messkampagne] rechtschreib knaak@iqo.uni-hannover.de
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 ====== M-Pool ====== ====== M-Pool ======
 /* {{ :c_elehre:e-pool:e-pool_20201104_leon_kasperek.jpg?400|}} */ /* {{ :c_elehre:e-pool:e-pool_20201104_leon_kasperek.jpg?400|}} */
-Das M-Pool ist ähnlich aufgebaut wie der [[e-pool_ws21_22:start|E-Pool]], den Sie im  +Der M-Pool ist ähnlich aufgebaut wie der [[e-pool:start|E-Pool]], den Sie im  
-Wintersemester kennengelernt haben. Beim M-Pool steht speziell das Messsen mit digitalen +Wintersemester kennengelernt haben. Beim M-Pool steht speziell das Messen mit digitalen 
 Messmitteln im Vordergrund. Der [[WP>Arduino_Nano|Arduino Nano]] dient dabei als digitale Messmitteln im Vordergrund. Der [[WP>Arduino_Nano|Arduino Nano]] dient dabei als digitale
 Basis.  Basis. 
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 ====== Ablauf ====== ====== Ablauf ======
  
-==== Wahl von Messobjekt und Eigenschaft ====+==== 1. Wahl von Messobjekt und Eigenschaft ====
 Wählen Sie aus dem [[katalog:start|Katalog]] eine Komponente und dazu eine Eigenschaft,  Wählen Sie aus dem [[katalog:start|Katalog]] eine Komponente und dazu eine Eigenschaft, 
 die Sie am Versuchsnachmittag bestimmen möchten. die Sie am Versuchsnachmittag bestimmen möchten.
 Dabei gilt die Randbedingung, dass jedes Paar von Messobjekt und Eigenschaft von maximal einer Gruppe bearbeitet wird. Dabei gilt die Randbedingung, dass jedes Paar von Messobjekt und Eigenschaft von maximal einer Gruppe bearbeitet wird.
-Ihre Wahl tragen Sie in die unten auf dieser Seite vorbereitete Tabelle ein. +Ihre Wahl tragen Sie in die zu Ihrem Versuchstermin passende der [[.:m-pool-wahl:start|hier vorbereiteten Tabellen]] ein.
  
 Damit wir Versuchsleiter sicher stellen können, dass es zu keinen Engpässen beim Material kommt, muss die Auswahl bis spätestens 24 Stunden vor Beginn des Versuchsnachmittags erfolgen. Damit wir Versuchsleiter sicher stellen können, dass es zu keinen Engpässen beim Material kommt, muss die Auswahl bis spätestens 24 Stunden vor Beginn des Versuchsnachmittags erfolgen.
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 +==== 2. Schaltplan, Pseudocode und Unsicherheiten ====
 +Skizzieren Sie einen Aufbau, mit dem Sie ihre Messung durchführen möchten. Da der Ardunio
 +letztlich elektrische Spannungen misst, sollte ihre Skizze die Form eines Schaltplans haben.
  
-==== 2. Messfrage ==== +Entwerfen Sie ein Programm für den Arduino, mit dem Sie Ihre Messung durchführen werden.  
-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.+Verwenden Sie [[wpde>pseudocode|Pseudocode]], um den Ablauf ohne Bindung an eine konkrete 
 +Programmiersprache deutlich zu machen.
  
-Ihre Messfrage sollte die folgenden drei Komponenten enthalten: +Welche Fehlerquellen erwarten Sie für ihre Messung? Schätzen Sie ab, in welcher Größenordnung 
-  - eine ausformulierte Frage, die typischerweise mit einem Fragezeichen endet, +die Unsicherheit ihrer Messergebnisse liegen wird. Berücksichtigen Sie dabei die Auflösung  
-  - eine physikalische Größe, deren Wert die Antwort auf die ausformulierte Frage liefert, +des [[WP>Analog-Digital-Umsetzer|A/D-Wandlers]] des Arduinos.
-  - 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.  +==== 3. Vorstellung des Vorhabens ==== 
- +Am Praktikumsnachmittag, ab 14:00 Uhr stellen Sie Ihren Kommilitonen Ihr Messvorhaben in  
-Beispiele:  +einer kurzen Präsentation vor. Für Skizzen und Stichworte steht Ihnen ein Smartboard  
-  * "Wie groß ist die maximale Frequenz, mit der die Schaltung zufriedenstellend funktioniert?", Physikalische Größe: $f_\text{max}$, Einheit: Hz +oder ein Flip-Chart zur Verfügung.
-  * "Wie groß ist die Abweichung zwischen berechneter und tatsächlich gemessener Ausgangsspannung?", Physikalische Größe: $V = U_\text{rech} / U_\text{mess}$, Einheit: einheitenloses Verhältnis von Spannungen" +
-  * "Wie groß ist der Proportionalitätsfaktor, mit dem der Wert des Widerstands R3 in die Verstärkung eingeht?", Physikalische Größe: $V_\text{R}$, Einheit: $1/\Omega$ +
- +
-<note> <fs larger>Ihre Messfrage muss sich von den Messfragen von Vorgängergruppen unterscheiden.</fs></note> +
- +
-==== 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  [[ltspice:start]], 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.   * Notieren Sie auf der Tafel ihre Gruppennummer und ihre Themenwahl.
-  * Erklären Sie, wie die von Ihnen eingeplante Schaltung funktioniert.((Wenn Sie mehrere Schaltungen aufbauen, können sie alle vorstellen oder nur die "interssanteste".)) +  * Schreiben Sie das Messvorhaben ausformuliert an die Tafel. 
-  * Schreiben Sie Ihre Messfrage ausformuliert an die Tafel.+  * Erklären Sie, wie der von Ihnen geplante Messaufbau funktioniert.
   * Geben Sie an, welche physikalische Größe Sie messen werden.   * Geben Sie an, welche physikalische Größe Sie messen werden.
   * Geben Sie an, welche Einheit die physikalische Größe hat.   * Geben Sie an, welche Einheit die physikalische Größe hat.
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 Die Präsentation sollte nicht länger als etwa 4 Minuten sein -- also wirklich kurz.  Die Präsentation sollte nicht länger als etwa 4 Minuten sein -- also wirklich kurz. 
  
-==== 5. Aufbau und Messung ==== +==== 4. Messkampagne ==== 
-Zwischen etwa 14:45 Uhr und 18:00 Uhr haben Sie Gelegenheit, zu ihrem Thema Schaltungen aufzubauen und Messungen durchzuführen.+Zwischen etwa 14:45 Uhr und 18:00 Uhr haben Sie Gelegenheit, ihren Messaufbau zu erstellen, den Arduino zu programmieren und Messungen durchzuführen. Dabei haben Sie jeweils einen Arbeitsplatz mit Desktop-Computer und Bildschirm zur Verfügung. Auf den Computern ist die Arduino-Entwicklungsumgebung installiert.
  
-==== 6. Bericht ==== +=== 4.1 Digitales Aufwärmen === 
-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.+Überzeugen Sie sich davon, dass die digitale Seite Ihres Aufbaus funktioniert, indem Sie die LED des Arduinos blinken lassen.
  
-====== Zu allen Themen ====== +=== 4.2 Programmieren und Messen === 
-  * 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"). +Erstellen Sie das von Ihnen skizzierte Messprogramm. Nehmen Sie einen oder mehr Datensätze auf. Speichern Sie die Messergebnisse auf einem USB-Stick.
-  * 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 ======+=== 4.3. Prüfen und Bestätigen === 
 +Suchen Sie sich im [[katalog:start|Katalog der Komponenten]] eine bereits vermessene Eigenschaft aus.((Das ist natürlich erst möglich, wenn das Semester so weit fortgeschritten ist, dass Versuchsberichte zum M-Pool abgegeben wurden. Dafür sind die ersten Gruppen Pioniere, die die sicher auftretenden Anfangshürden überwinden.)) Überprüfen Sie die dort angegebenen Werte mit einer eigenen Messung. Diese Überprüfungen dienen der Qualitätskontrolle der "Datenblätter", die im Laufe der Zeit im Katalog entstehen werden. 
  
 +==== 5. 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 M-Pool sorgen die Randedingeungen dafür, dass sich die Messungen von Gruppe zu Gruppe deutlich unterscheiden.
 +
 +====== Allgemein zu möglichen Aufbauten ======
 +  * Sie können für ihre Messung alle Geräte und Komponenten verwenden, die Sie bereits im E-Pool kennengelernt haben. Das gilt insbesondere für Funktionsgeneratoren, Labornetzteile und Steckbretter.
 +  * Unsere Komponenten-Bar enthält von fast allem mehr als typischerweise an einem Experimentier-Nachmittag gleichzeitig benutzt wird. Das Glit insbesondere auch für die Arduinos. Wenn es Ihre Messung beschleunigt oder sonstwie erleichtert, könnenen Sie also durchaus zwei oder mehr dieser Mikroprozessoren einsetzen.
 +  * 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 Spannungen in Bezug auf ein Referenzpotential. Das trifft auch auf den Arduino zu. Er braucht also immer //zwei// Anschlüsse, um eine Spannung zu messen.
  
-===== Gleiche Richter ===== +Es gibt Leih-USB-Sticks. Die Rückgabe erfolgt mit der Abgabe des Versuchsberichts.
-Dioden eignen sich, um aus einer das Vorzeichen wechselnden Wechselspannung eine ständig positive Spannung zu machen. +
-  * Vorbereitung: Simulieren Sie Ihre Schaltungen [[ltspice:start|mit LTspice]]. +
-  * zum Aufwärmen: Gleichrichtung eines Signals mit einer einzelnen Diode. +
-  * aufgewärmt: Gleichrichtung eines Signals mit einem [[wpde>Brückengleichrichter|Brückengleichrichter]] +
-  * voll in Schwung: aktiver Gleichrichter mit zwei Opamps (siehe Seite 17 des [[https://www.microchip.com/content/dam/mchp/documents/APID/ProductDocuments/DataSheets/20001810G.pdf|Datenblatts von MCP6271]])+
  
-== Bereits beanwortete Messfragen == +===== M-Joker ===== 
-  * "Totzeit" zwischen zwei positiven Peaks bei dem einfachen Diodengleichrichter. +Sie haben eine Idee für eine Arduino-Messung, die sich mit den Mitteln des E-Pools umsetzen lässt, aber den Rahmen des Komponenten-Katalogs sprengt? Diese Idee können Sie als "Joker-Messung" an Stelle einer Wahl aus dem Katalog umsetzen. Bitte schreiben Sie kurze Email an Kai-Martin Knaak (<knaak@iqo.uni-hannover.de>) mit ihrem Vorhaben.
-  * Wie groß ist der Gleichwert einer Gleichrichterbrücke mit Glättungskondensator?+
  
-===== Joker ===== +== Im SS 2022 gezogene M-Joker == 
-Sie haben eine Idee für einen Aufbau, der sich mit den Mitteln des E-Pools umsetzen lässt?+  * (noch kein M-Joker)
  
-== Im SS 22 gezogene Joker == +===== EM-Joker ===== 
-  * (noch keiner)+Ihnen haben die Aufgaben im E-Pool gefallen und bedauern, dass Sie nicht mehr E-Pool-Versuche hatten? Dann können Sie den "EM-Joker" ziehen, indem Sie eine der E-Pool-Aufgaben so bearbeiten, dass der Arduino eine wesentliche Rolle spielt. Auch bei diesem Joker ist im Vorfeld eine kurze Email an Kai-Martin Knaak (<knaak@iqo.uni-hannover.de>) sinnvoll. 
  
-====== Themenwahl ====== +== Im SS 2022 gezogene EM-Joker == 
-{{page>m-pool:themenwahl:start}}+ * (noch kein EM-Joker)
  
 ====== Wieso, Weshalb, Warum? ====== ====== Wieso, Weshalb, Warum? ======