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CASSY Lab Handbuch (524 201)

1. Die Lichtschranke wird so an der Fahrbahn montiert dass sie von der Unterbrecherfahne des Fahr bahnwagens unterbrochen wird Die Lichtschranke wird an den Eingang E der Timer Box auf Eingang A des Sensor CASSYs angeschlossen Der Haltemagnet wird vom Spannungsausgang S des Sen sor CASSYs versorgt Dieser wird gleichzeitig mit dem Start der Zeitmessung vom Sensor CASSY abgeschaltet Um gute Messergebnisse zu erzielen muss ein Reibungsausgleich durch geringf giges Neigen der Fahrbahn erfolgen Wagen mit konstanter Masse ber das Speichenrad beschleunigen Haltemagnetspannung so ein stellen dass der Wagen gerade noch gehalten wird Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Evtl maximale Messzeit im Messparameter Fenster anpassen aktuell 2 s e Wagen vom Haltemagneten festhalten lassen e Messung mit F9 starten Wagen f hrt los e Weg s zwischen Haltemagnet und Lichtschranke ablesen und in Tabelle eintragen dazu Tabel lenzelle mit der Maus anklicken e Messung f r andere Wege s wiederholen dazu wieder Wagen vom Haltemagneten festhalten lassen und Messung mit F9 starten Auswertung Das s t Diagramm einer gleichm ig beschleunigten Bewegung ist eine Parabel Dies l sst sich z B mit einer Parabelanpassung best tigen Die Darstellung Durchschnittsgeschwindigkeit mit der Maus anklicken zeigt den Anstieg der Durchschnittsgeschwindigkeiten vm s t Diese entsprechen bei einer beschleunigten Bewegung aber nic
2. Andere serielle Ger te ASCII Waage VideoCom IRPD MetraHit Temperaturmessger t Digitales Spektralphotometer Handmessger te und Data Logger Antennendrehtisch Versuchsbeispiele Physik Gleichf rmige Bewegungen zwischen zwei Lichtschranken Beschleunigte Bewegungen zwischen Haltemagnet und Lichtschranke Bewegungen mit Speichenrad Newtondefinition Bewegungen auf der Luftkissenfahrbahn Newtonsche Bewegungsgleichung Impuls und Energieerhaltung Sto Impulserhaltung durch Messung der Schwerpunktsbewegung Sto Actio Reactio durch Messung der Beschleunigungen Sto Freier Fall mit g Leiter Drehbewegungen Newtonsche Bewegungsgleichung Drehimpuls und Energieerhaltung Drehsto Zentrifugalkraft Harmonische Schwingungen eines Federpendels Gekoppelte Pendel Akustische Schwebungen Schallgeschwindigkeit in Luft Nog 4 CASSY Lab m Schallgeschwindigkeit in Luft mit 2 Mikrofonen 77 Schallgeschwindigkeit in Festk rpern 79 Tonanalyse 81 Tonsynthese 83 pV Diagramm eines Hei luftmotors 85 Coulombsches Gesetz 88 Kraft im magnetischen Feld einer Luftspule 91 Kraft im magnetischen Feld eines Elektromagneten 94 Kraft zwischen stromdurchflossenen Leitern Amperedefinition 96 Spannungssto Faradaysches Induktionsgesetz 99 Induktion durch ein ver nderliches Magnetfeld 102 Zeitabh ngige Aufzeichnung von Spannung und Strom eines Transformators 106 Leistungs bertragung eines Transformators 108 Auf und Entladung eines Kondens
3. Bei negativen Spannungen ist der Strom unabh ngig von der anliegenden Spannung gleich Null Sperrrichtung Bei positiven Spannung tritt ab einer Durchlassspannung U ein Strom auf Durchlass richtung Es lassen sich die Durchlassspannungen U der verschiedenen Dioden miteinander vergleichen Bei den Leuchtdioden kann gem eU h c A die Wellenl nge A des emittierten Lichts grob abgesch tzt werden Im Beispiel liegt die Durchlass spannung der roten Leuchtdiode bei etwa U 1 4 V Daraus folgt A hc eU 880 nm Anmerkung Bei Leuchtdioden kann keine pr zise Angabe ber die Wellenl nge des emittierten Lichts get tigt werden da sie ein relativ breites Frequenzband emittieren welches i a noch durch ein eingef rbtes Geh use gefiltert wird Daher ist die obige Wellenl ngenbestimmung nur als grobe Absch tzung zu verstehen A CASSY Lab 125 Kennlinie eines Transistors Z Beispiel laden Kollektorstrom gegen Basisstrom E Beispiel laden Kollektorstrom gegen Kollektor Emitter Spannung Versuchsbeschreibung Transistoren geh ren zu den wichtigsten Halbleiter Bauelementen in der elektronischen Schaltungs technik Die Elektroden eines bipolaren Transistors hei en Emitter Basis und Kollektor Er besteht aus insgesamt 3 n leitenden und p leitenden Schichten in der Reihenfolge npn und pnp Es werden die beiden Ausgangskennlinien eines npn Transistors gemessen also die Abh ngigkei
4. Ben tigte Ger te Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 PC ab Windows 95 98 NT 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Timer Box 524 034 1 Fahrbahn 337 130 1 Fahrbahnwagen 337 110 1 Newtonmassen 337 115 1 Haltemagnet 683 41 1 Kombi Lichtschranke 337 462 1 Kombi Speichenrad 337 464 1 Angelschnur 309 48 1 Verbindungskabel 6 polig 501 16 4 4 Versuchsaufbau siehe Skizze Das Kombi Speichenrad dient gleichzeitig als Umlenkrolle und als Signalgeber Dazu wird das Spei chenrad von der Kombi Lichtschranke gehalten die an den Eingang E der Timer Box auf Eingang A des Sensor CASSYs angeschlossen wird Jede Speiche unterbricht die Lichtschranke und gibt damit 52 CASSY Lab m jeden Zentimeter ein Signal an das Sensor CASSY Der Haltemagnet wird vom Spannungsausgang S des Sensor CASSYs versorgt Dieser wird gleichzeitig mit dem Start der Zeitmessung vom Sensor CASSY abgeschaltet Um eine beschleunigende Kraft von F 1 N zu erhalten muss eine Antriebsmasse von 102 g gew hlt werden Damit die insgesamt beschleunigte Masse m 1 kg betr gt bleibt f r den Wagen inkl der Rollenersatzmassen eine Masse von 898 g brig Dies ist mit den Zusatzmassen zur Newtondefiniti on m glich Um gute Messergebnisse zu erzielen muss ein Reibungsausgleich durch geringf giges Neigen der Fahrbahn erfolgen Haltemagnetspannung so einstellen dass der Wagen gerade noch gehalten wird Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden
5. CASSY Lab Handbuch 524 201 2 CASSY Lab m Copyright Die freigeschaltete Software darf nur vom K ufer und ausschlie lich zum Gebrauch f r den von der Schule oder Institution erteilten Unterricht genutzt werden Das schlie t die Nutzung f r die h usliche Vorbereitung ein Es ist unzul ssig den Freischaltcode an Kollegen anderer Schulen oder Institutionen weiterzugeben Die Firma LEYBOLD DIDACTIC GmbH beh lt sich gerichtliche Schritte bei Verst en gegen diese Regelung vor CASSY ist eine eingetragene Marke der Firma LEYBOLD DIDACTIC GmbH Handbuchautoren Dr Michael Hund Dr Karl Heinz Wietzke Dr Timm Hanschke Mark Metzbaur Barbara Neumayr Bernd Seithe Grafik Oliver Nie en Stand 28 01 02 A CASSY Lab Inhalt Einleitung Wichtige Informationen nach der Installation von CASSY Lab Eigene Software f r CASSY S CASSY Lab Messung Messung VKA Box Tabellendarstellung ndern Grafische Auswertungen Addition Subtraktion von Spektren VKA Box Gau kurven und Z hlraten Einstellungen Einstellungen CASSY Einstellungen Parameter Formel FFT Einstellungen Darstellung Einstellungen Kommentar Allgemeine Einstellungen Formelschreibweise Formelbeispiele Sensor CASSY Technische Daten Einstellungen Sensoreingang Messgr en Sensoreingang Korrigieren Sensoreingang Einstellungen Relais Spannungsquelle Power CASSY Technische Daten Einstellungen Funktionsgenerator CASSY Display Datenlogger
6. Unter Ber cksichtigung der Ausdehnung der Sendeantenne Da z B gro e Hornantenne 737 21 DQ 100 mm und der Wellenl nge 0 32 mm wird der Minimalabstand ro zwischen Sende und Empfangsantenne er rechnet ab dem mit Fernfeldbedingungen gerechnet werden kann N 2D D Ao e Pegel normieren Bildet den Quotienten A U Umax im Maximum also 1 F r das logarithmische D mpfungsma a gilt im Maximum a 0 dB e Maximum auf 0 drehen Bringt das Maximum der Messkurve auf 0 Mit den beiden Pfeiltasten kann die Messkurve manuell gedreht oder verschoben werden Achtung Cursorbetrieb Die Messinstrumente z B Pegel A oder Winkel geben den aktuellen Messwert wieder und nicht die Position des Cursors im Diagramm oder der Tabelle e Referenzpunkt anfahren Bricht die aktuelle Messung ab und f hrt den Drehtisch in die Startposition nach 180 Das ist z B n tig wenn der freie Lauf des Drehtellers behindert wurde und die Positionserfassung fehler haft wird e Drehtisch anhalten Stoppt den Drehtisch Statische Messungen sind m glich z B f r die Bestimmung des Antennen gewinns Eine schrittweise Steuerung des Drehtisches ist ber die Pfeiltasten m glich Probleml sungen Werden keine Messwerte angezeigt kann dies unterschiedliche Gr nde haben e Serielle Schnittstelle falsch angegeben e Verbindungskabel falsch Verwenden Sie ein ungekreuztes Kabel 1 1 Kabel e Falsches Ger t ausgew hlt berpr fen Sie die Kat
7. rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsregeln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr parate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments aus dem Schutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur am oberen Ende des Me tallhalters anfassen Versuchsbeschreibung Die relative Aktivit t der Nuklide Ra 226 und Pb 210 in einer Ra 226 Probe wird bestimmt und daraus das Alter der Probe berechnet A CASSY Lab 147 Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 VKA Box 524 058 1 Ra 226 Pr parat 559430 1 Streukammer nach Rutherford 559 56 1 Diskriminator Vorverst rker 559 93 1 Verbindungskabel 6polig 1 5m 501 16 1 HF Kabel 1m 501 02 1 HF Kabel 0 25 m 501 01 1 Drehschieber Vakuumpumpe 378 752 1 Kleinflansch DN 16 KF 378 031 1 Vakuumschlauch d 8 mm 307 68 4 PC ab Windows 95 98 NT zus tzlich empfohlen 1 Auspuff Filter AF 1 8 378 764 Versuchsaufbau siehe Skizze Das Pr parat und der Detektor werden in der Rutherford Streukammer platziert Der Detektor wird ber das kurze HF Kabel mit dem Diskriminator Vorverst rker verbunden Der Diskriminator Vorverst rker wird mit der VKA Box
8. Alternativ ohne Power CASSY es ARAKAN M Yi g M e r Z Beispiel laden mit Power CASSY Ej Beispiel laden ohne Power CASSY Versuchsbeschreibung Spannungen und Str me die durch Ver nderung von Magnetfeldern entstehen nennt man Indukti onsspannungen bzw Induktionsstr me den Vorgang selbst magnetische Induktion Befindet sich in einem Magnetfeld B eine Leiterschleife so ist der sie durchsetzende magnetische Fluss durch das Leiterschleifenfl chenintegral B dA A CASSY Lab 103 gegeben Handelt es sich anstelle der Leiterschleife um eine Spule mit N1 Windungen die sich alle senkrecht zum Magnetfeld befinden dann vergr ert sich entsprechend zu B A N ndert sich das Magnetfeld B nicht dann bleibt auch der magnetische Fluss konstant Bei zeitlicher Anderung des Magnetfeldes und somit des magnetischen Flusses durch die Spulenfl che wird in der Spule eine Spannung und somit ein Strom induziert deren St rke und Richtung von der Art dieser Anderung abh ngt Es gilt das Faradaysche Induktionsgesetz dd a und damit dB U AN Andererseits erzeugt ein elektrischer Strom ein Magnetfeld z B wenn eine Spule von einem Strom I durchflossen wird F r das Magnetfeld im Inneren einer gro en Zylinderspule der L nge L und der Windungszahl N2 gilt N B W7 mit u0 4n 10 7 Vs Am magnetische Feldkonstante Im Versuch wird eine gro e Zylinderspule als Feldspule von einem sich
9. Einstellungen laden e Mit dem Nullpunktsregler am GC die Nulllinie bei ca UA1 0 05 V einstellen e Probemessung mit F9 starten e Sobald eine stabile Nulllinie aufgezeichnet wird die Probemessung wieder mit F9 stoppen e Mit der Mikroliterspritze 0 5 ul des Alkohol Gemisches in den Einspritzkopf des GCs injizieren e Aufzeichnung des Spannungsverlaufs erneut mit F9 starten und solange fortsetzen bis alle zu erwartenden Peaks erschienen sind und Messung wieder mit F9 stoppen Auswertung Durch Zoomen Auswertemen ber rechten Mausklick auf Diagramm kann der entscheidende Kur venausschnitt bildschirmf llend dargestellt werden Zur Bestimmung der Retentionszeiten kann eine senkrechte Markierungslinie durch den Maximalwert eines Peaks gelegt oder der Peakschwerpunkt berechnet werden Die Retentionszeit kann als Text in das Diagramm geschrieben werden Zur quantitativen Analyse des Gemisches werden die Peakfl chen durch Integration bestimmt Dann ermittelt man den Fl chenanteil eines Peaks bezogen auf die Gesamtfl che aller Peaks Im Beispiel betr gt die Gesamtfl che aller Peaks 950 Vs Der Fl chenanteil des Ethanols ist somit 206 Vs 950 Vs 22 Die exakte Konzentrationsbestimmung erfolgt dann durch Kalibrierung mit den Einzel substanzen oder nach der Additionsmethode Erweiterung Variationen Nach Aufnahme einer Kalibrierreihe f r bekannte Ethanolkonzentrationen kann der Ethanolgehalt in verschiedenen alkoholischen Getr nk
10. Newtondefinition 51 P Parabelanpassung 18 Parameter 23 Peakintegral 19 Peakschwerpunkt 19 Pendel 69 71 Photometer 42 197 Physik 45 Pl Regler 127 130 132 Poissonverteilung 19 136 Polar 24 Power CASSY 37 38 39 Puls 200 pV Diagramm 85 R Radium 160 Radon 137 Raster 17 Reaktionskinetik 182 Reaktionszeit 209 Regelung 127 130 132 Reichweite 141 Rektifikation 194 Relais 36 Resonanz 116 _sS_ Salzs ure 175 177 Schallgeschwindigkeit 75 77 79 Schmelzpunkt 180 Schnittstelle 24 Schriftgr e 15 Schw chung 153 Schwebungen 73 Schwingung 69 71 112 114 116 Senkrechte Linie 18 Sensorbox 32 33 Sensor CASSY 30 31 32 33 35 36 Sensoreingang 32 33 35 Serielle Ger te 41 42 43 Software 7 Spaltenbelegung 15 24 Spannung 132 Spannungsquelle 36 Spannungssto 99 Speed Buttons 8 Speichenrad 51 Spektrum 148 197 Spirometrie 211 Sprache 24 Sto 55 57 59 65 Subtraktion 21 Syntax 26 Systole 20 Do Br Ze Tabelle 15 Tabellenzeile 15 Technik 215 Technische Daten 31 38 Temperatur 127 180 Temperaturmessger t 42 Text 18 Thorium 162 Tiefpass 118 Titration 177 Tochternuklide 146 Tonanalyse 81 Tonsynthese 83 Trafoeisen 171 Transformator 106 108 Transistor 125 Trennung von Alkanen aus Feuerzeuggas 185 Trennung von Alkoholen 187 Trennung von Luft 189 Trigger 12 zuge Umweltradioaktivit t 154 CASSY Lab 221 Untergrund 21 V Vide
11. Versuchsvorbereitung siehe Skizze Die Spirometer Box wird auf Eingang A des Sensor CASSYs ca 10 min vor der Messung aufgesteckt Aufw rmphase Verwenden Sie bei jeder neuen Versuchsperson eine neues Pappmundst ck und desinfizieren Sie die Siebe regelm ig mit einem Desinfektionsmittel Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Messreihe mit F9 starten e Nullpunkt des angezeigten Volumenflusses dVa1 kompensieren Dazu in Einstellungen Volumen fluss dVA1 0 w hlen und darauf achten dass w hrend dessen keine Luft durch das Spiro meter str mt e Messung m glichst bald danach F9 starten solange der thermische Fehler im Volumenfluss dVA1 noch vernachl ssigbar ist e Gieichm ig 3 bis 4 mal durch das Spirometer ein und ausatmen Danach soviel Luft wie m glich durch das Spirometer aus und wieder einatmen Danach wieder gleichm ig weiteratmen e Messung mit F9 beenden 212 CASSY Lab m Auswertung Das Atemzugvolumen V1 ist die Differenz zwischen Maximum und Minimum bei normaler Atmung Es l sst sich z B durch waagerechte Markierungslinien oder durch eine direkte Differenzmessung er mitteln Der Wert kann als Text an eine beliebige Stelle im Diagramm eingetragen werden Die Vitalkapazit t V2 errechnet sich aus der Summe von inspiratorischen und expiratorischen Reser vevolumen und Atemzugvolumen Es kann analog zum Atemzugvolumen aus dem Maximum und Minimum bei maximaler Inspiration bzw Exspiration ermitte
12. brigt sich die f r eine exakte Konzent rationsbestimmung sonst erforderliche Kalibrierung mit den Einzelsubstanzen oder nach der Additi onsmethode Hinweis Der Anstieg der Nulllinie Drift ab dem zweiten Peak ist durch eine Ver nderung der Raum temperatur w hrend der Messung verursacht worden Erweiterung Da mit dieser Anordnung auch die Auftrennung von Kohlenmonoxid und Methan m glich ist lassen sich auch andere Gasgemische wie z B Biogas untersuchen A CASSY Lab 191 Gasgesetze E Beispiel f r Gesetz von Boyle Mariotte isotherm laden E Beispiel f r Gesetz von Amontons isochor laden E Beispiel f r Gesetz von Gay Lussac isobar laden Versuchsbeschreibung In diesem Versuch werden die 3 Messgr en Druck p Temperatur T und Volumen V parallel erfasst Bei idealem Verhalten des jeweiligen Gases gilt das ideale Gasgesetz p V n R T wobei n die Stoffmenge in mol und R 8 315 J K mol die allgemeine Gaskonstante ist Zur experi mentellen Best tigung des Gasgesetzes wird von den drei variablen Parametern p V und T jeweils einer konstant gehalten Somit kommt man zu drei abgeleiteten Gesetzm igkeiten Gesetz von Boyle Mariotte T konst isotherm p 1 V Gesetz von Amontons V konst isochor p T Gesetz von Gay Lussac p konst isobar V T Ben tigte Ger te 2 Sensor CASSYs 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Temperatur Box 524 045 1 Temperaturf hler NiCr Ni 666 216 1 CPS Elektronischer We
13. chst kleineren ganzen Zahl abs Absolutbetrag sgn Signum ist 1 wenn Argument gt 0 1 wenn Argument lt 0 0 wenn Argument 0 odd ist 1 wenn Argument ungerade 0 wenn Argument gerade even ist 1 wenn Argument gerade 0 wenn Argument ungerade not logische Invertierung ist 1 wenn Argument gleich 0 ist O sonst sec rundet die Zeit auf volle Sekunden ab sec x int x min rundet die Zeit auf volle Minuten ab min x 60 int x 60 day gibt den Wochentag zur ck 1 Montag Verkn pfung der Variablen und Funktionen Alle Variablen oder auch eingegebene Zahlenwerte k nnen durch die blichen mathematischen Operatoren verkn pft werden Die Operatoren haben unterschiedliche Priorit ten Je h her ein Operator in der folgenden Liste steht A CASSY Lab 27 desto h her ist seine Priorit t bei der Auswertung der Formel Punktrechnung vor Strichrechnung Soll eine andere Auswertungsreihenfolge erzwungen werden so sind die betreffenden Ausdr cke in Klammern zu setzen TA Potenzierung 2 Multiplikation Division 3 Addition Subtraktion 4 Test auf Gleichheit lt gt Test auf Ungleichheit gt Test auf Gr er gt Test auf Gr er oder Gleich lt Test auf Kleiner lt Test auf Kleiner oder Gleich 5 and logische Und Verkn pfung 6 or logische Oder Verkn pfung Z Siehe auch Beispiele f r die Verwendung der Variablen time date n t und old t lt 100 hat w hrend der ersten 100 s de
14. erst beim Einsatz eines I Anteils verschwindet Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 Power CASSY 524 011 1 CASSY Lab 524 200 1 Rastersteckplatte DIN A4 576 74 2 DC Motoren und Tachogeneratoren 579 43 1 Kippschalter einpolig 579 13 3 Schraubfassungen E 10 oben 579 06 1 Satz 10 Gl hlampen 3 8 V 0 07 A 505 10 1 Kunststoffschlauch 6 mm 307 641 2 Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 1 PC ab Windows 95 98 NT A CASSY Lab 133 Versuchsaufbau siehe Skizze Das Power CASSY versorgt den Motor links der ber ein ca 25 mm langes Teilst ck eines Kunst stoffschlauchs den Generator rechts antreibt Die Spannung des Generators wird am Eingang B des Sensor CASSYs gemessen Dabei ist zu beachten dass entweder der Motor oder der Generator um gekehrt gepolt angeschlossen werden da der Motor und der Generator gegensinnig gekoppelt sind Zur Variation der Belastung des Generators dienen drei Gl hlampen von denen zwei mit einem Kipp schalter zugeschaltet werden k nnen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Die Motor dreht sich bereits da eine Grundlast yo von 6 V vorgegeben ist e Die Grundlast yo nach eigenen W nschen ver ndern dazu in den Einstellungen yo rechte Maus taste auf yo den Wert des Parameters entsprechend setzen e Die gemessene Spannung UB2 kontrollieren sie muss positiv sein eventuell umpolen e Als F hrungsgr e w die gemessene Spannung eingeben dazu den Zeiger des Anzeigeinstru me
15. ndernden Strom I t durch flossen durch den in ihrem Inneren ein sich nderndes Magnetfeld B t entsteht In diese Feldspule werden rechteckige Induktionsspulen unterschiedlicher Fl chen A und Windungszahlen N1 gebracht In diesen Induktionsspulen wird eine Spannung U induziert die sich folglich zu 2 Sat N er u Ir er berechnen l sst N Im Versuch werden die Proportionalit ten zwischen der induzierten Spannung U und der zeitlichen Anderung dlI dt des Feldspulenstromes I der Fl che A der Induktionsspulen sowie der Windungszahl N1 der Induktionsspulen best tigt Daf r besonders gut geeignet ist das Power CASSY 524 011 oder das Dreieckstrom Netzger t 521 56 da der zeitliche Verlauf des Ausgangsstromes so ge steuert werden kann dass die Steigung dl dt konstant ist Au erdem stehen drei Induktionsspulen mit jeweils N1 300 Windungen zur Verf gung Spule 1 mit dem Querschnitt A 50 x 50 mm Spu le 2 mit A 30 x 50 mm und Spule 3 mit A 20 x 50 mm Au erdem hat Spule 1 zus tzliche Abgriffe bei N1 100 und N1 200 Windungen Ben tigte Ger te Experimentierkabel 100 cm rot 501 30 Experimentierkabel 100 cm blau 501 31 PC ab Windows 95 98 NT 1 Sensor CASSY 524 010 1 Power CASSY 524 011 1 CASSY Lab 524 200 1 uV Box 524 040 1 Feldspule d 120 mm 516 244 1 St nder f r Rohre und Spulen 516 249 1 Satz Induktionsspulen 516 241 2 2 1 Alternativ ohne Power CASSY 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY
16. nnen von au en gemes sen verst rkt und gegen die Zeit aufgetragen werden Das EKG ist die grafische Darstellung der ge messenen elektrischen Str me Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 EKG EMG Box 524 049 1 Elektrodengel 662 112 1 Desinfektionsspray 662 113 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsvorbereitung siehe Skizze Der Proband soll sich in einer ruhigen und entspannten Lage befinden da sonst durch berlagerung des EKG Signals mit den elektrischen Potentialen der Skelettmuskulatur die Messung verf lscht wird Die Elektroden werden zur Verminderung des Hautwiderstandes mit Elektrodengel 662 112 bestri chen und mit den Gummib ndern an den entsprechenden K rperstellen befestigt Anschlie end wer den die Kabel wie folgt an die Elektroden angeschlossen rot rechter Arm gelb linker Arm gr n linke Wade schwarz rechte Wade Wichtig Die Elektroden nach jeder Benutzung mit einem Papiertuch o reinigen da sich sonst durch Ein trocknen des Gels eine Salzschicht bildet Anschlie end die Elektroden und die entsprechenden Hautstellen aus hygienischen Gr nden mit Desinfektionsspray 662 113 behandeln Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Messung mit F9 starten e Es werden gleichzeitig die drei Ableitungen nach Einthoven aufgezeichnet e Messung mit F9 stoppen Auswertung Zur Auswertung sollte der besseren bersichtlichkeit halber zuerst ein Teil der Darstellung mit der Zoomf
17. rot undblau 501 44 Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 PC ab Windows 95 98 NT NN Nal Versuchsaufbau siehe Skizze e Heizk rper des Ger tes zur Schallgeschwindigkeit im Kunststoffrohr auf die Steckerstifte im Deckel aufstecken e Kunststoffrohr auf den St nder f r Rohre und Spulen legen und den Breitbandlautsprecher so her anschieben dass das Kunststoffrohr m glichst dicht abgeschlossen ist e LUniversalmikrofon etwa 1 cm weit in die mittlere Bohrung des Deckels schieben und so ausrichten dass es sich beim Verschieben parallel zum Kunststoffrohr bewegt Funktionsschalter des Univer salmikrofons auf Betriebsart Trigger stellen und Einschalten nicht vergessen e Ma stabschiene direkt unter den Sockel legen e Timer Box auf Eingang A und Temperatur Box auf Eingang B des Sensor CASSYs stecken und Schaltung gem Skizze herstellen Pluspol der Batterie an schwarze Buchse des Lautsprechers Minuspol ber Relais an gelbe Buchse des Lautsprechers anschlie en bei falscher Polung des Lautsprechers weichen die Messwerte systematisch von den tats chlichen Werten ab da falsche Flanken f r die Start und oder die Stoppzeit genommen werden Sicherheitshinweise Das Kunststoffrohr des Ger ts zur Schallgeschwindigkeit kann thermisch zerst rt werden e nicht ber eine Temperatur von 80 C hinaus heizen e maximal zul ssige Spannung von 25 V ca 5 A f r den Heizdraht nicht berschreiten Versuchsdurchf hrung a
18. t Der Strom des zweiten 5 A Netzger tes flie t durch die Luftspule Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e In Einstellungen Kraft FA1 Kraftsensor durch 0 auf Null setzen und falls erforderlich durch LED an aus die Smooth LED auf der Br cken Box einschalten e Evtl in Einstellungen Strom IB1 den Stromwert zu O A korrigieren dazu ersten Sollwert auf OA setzen und Offset korrigieren e Am Netzteil der Luftspule etwa lc 5 A einstellen A CASSY Lab 93 Leiterschleifenstrom von 0 20 A in 2 bis 5 A Schritten durchfahren und jeweils Messwerte mit F9 aufnehmen Eine Fehlmessung kann durch Letzte Tabellenzeile l schen rechte Maustaste auf Tabelle wieder aus der Tabelle entfernt werden e Falls nur negative Kr fte gemessen werden Anschl sse am Leiterschleifenhalter vertauschen e Z gig experimentieren da Leiterschleife und Leiterschleifenhalter nur kurzzeitig mit 20 A belastet werden d rfen e Leiterschleifenstrom am Ende wieder auf 0 A stellen Auswertung Die Kraft steigt linear mit Zunahme des Stroms an Der Proportionalit tsfaktor F I B s ergibt sich aus der Steigung einer Ausgleichsgeraden Daraus l sst sich nun die magnetische Feldst rke B bestim men Im Beispiel ist F I 0 138 mN A und mit s 0 08 m folgt B 1 725 mT Aus B u0 N Ic L ergibt sich mit den Werten u0 1 257 uVs Am N 120 Ic 4 75 A und L 0 41 m der berechnete Wert von B 1 75 mT Die beiden Ergebnisse stimmen im Rahmen d
19. 0 5 mm Aluminium als Absorber 1 mm Aluminium usw bis 3 mm Aluminium aufnehmen Auswertung Durch die Aluminium Absorber verringert sich die maximale Energie der Elektronen die in den De tektor gelangen Aus den Sr 90 Spektren wird jeweils die h chste Energie bestimmt bei der noch Elektronen detektiert werden Diese Energien werden in einer Tabelle gegen die Dicke des Absorbers aufgetragen Die Steigung der Ausgleichsgeraden ergibt den Energieverlust pro Wegstrecke dE dx hier etwa 400 450 keV mm 158 CASSY Lab m Quantitative Beobachtung des Compton Effekts E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrIlSchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe sind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsregeln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr parate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments aus dem Schutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur am oberen Ende des Me
20. 95 98 NT N a a U l 6 Versuchsaufbau siehe Skizze Der Auf und Entladestromkreis wird gem Skizze an die Eing nge A Strom und B Spannung des Sensor CASSYs angeschlossen Das Relais R l dt in Position EIN LED an den Kondensator mit der Spannung aus der Spannungsquelle S auf und entl dt den Kondensator in Position AUS LED aus Versuchsdurchf hrung a Entladung Z Einstellungen laden e Ladespannung UB1 am Kondensator auf etwa 9 5 V einstellen dazu Drehknopf an Spannungs quelle S entsprechend einstellen e Entladung mit F9 starten e Entladung mit unterschiedlichen Kapazit ten wiederholen z B 200 uF und 300 uF b Aufladung e Relais manuell umschalten dazu in Einstellungen Relais R1 die Formel von 1 nach 0 ndern und Eingabetaste bet tigen e Aufladung mit F9 starten e Aufladung mit unterschiedlichen Kapazit ten wiederholen z B 200 uF und 300 uF AOR CASSY Lab 111 Auswertung F r die Bestimmung der Zeitkonstanten t RC k nnen die Darstellungen Spannung und Strom mit der Maus ausw hlen logarithmiert werden Dazu kann die y Achse mit der rechten Maustaste ange klickt und umgerechnet werden Zur besseren Darstellung sollten beim Logarithmieren die Minima manuell vorgegeben werden z B 1 bei log U bzw 3 bei log I Die sich ergebene Steigung A einer Geradenanpassung ist in beiden F llen A 0 4343 RC Man kann die Kapazit ten C aber auch aus der zuf hrten oder abgef hrten Ladung Q
21. 98 NT Ben tigte Chemikalien Salzs ure c 0 1 mol l 500 ml 674 695 Natronlauge c 0 1 mol l 500 mi 673 841 dest Wasser Versuchsaufbau siehe Skizze pH Wert und Leitf higkeit werden vom Sensor CASSY ber die pH Box an Eingang A und die Leitf higkeits Box an Eingang B gemessen Mit Hilfe von Magnetr hrer Becherglas Stativmaterial und B rette einen Titrationsaufbau erstellen In das Becherglas ca 100 ml Wasser und mit der Pipette 10 ml Salzs ure geben Die Elektroden so eintauchen und befestigen dass sie einerseits eine ausreichende Eintauchtiefe aufweisen andererseits aber nicht vom rotierenden R hrst bchen getroffen werden Kalibrierung F r genaue Messungen sollte das erste Mal und sp ter in gr eren Zeitabst nden eine Kalibrierung der Elektroden erfolgen E Einstellungen laden e In Einstellungen pH Wert pHA1 Korrigieren w hlen Elektrode mit dest Wasser absp len und in Pufferl sung pH 7 00 eintauchen kurz bewegen Als ersten Sollwert 7 00 eintragen und Offset korrigieren Elektrode mit dest Wasser absp len und in Pufferl sung pH 4 00 eintauchen kurz bewegen Als zweiten Sollwert 4 00 eintragen und Faktor korrigieren In Einstellungen Leitf higkeit CB1 Korrigieren w hlen Statt Faktor 1 00 den auf dem Elektrodenschaft eingravierten Faktor eintragen und Faktor korri gieren e F r eine sp tere Verwendung kalibrierte Einstellungen mit F2 unter einem neuen Namen abspei chern e Sensor CAS
22. Amperedefinition 516 33 1 H henverstellbarer St nder 516 31 1 Hochstrom Netzger t 521 55 1 Kleiner Stativfu V f rmig 300 02 1 Stativstange 47 cm 300 42 1 Leybold Muffe 301 01 2 Experimentierkabel 50 cm blau 501 26 1 Experimentierkabel 100 cm rot 501 30 1 Experimentierkabel 100 cm blau 501 31 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Der Kraftsensor h lt eine obere Leiterschleife mit dem Leiterschleifenhalter und wird so positioniert dass der Abstand der beiden Leiterschleifen bei mittlerem Hub des h henverstellbaren St nders etwa 5 mm betr gt Die beiden 4 mm Buchsen auf der Unterseite des Kraftsensors sind als Einspeisepunkte f r den Lei terschleifenhalter gedacht Sie sind intern nicht beschaltet Der Kraftsensor wird ber die Br ckenbox an Eingang A des Sensor CASSYs angeschlossen Der Strom flie t vom 20 A Netzger t ber die 30 A Box auf Eingang B des Sensor CASSYs nacheinander durch beide Leiterschleifen und wieder zu r ck zum Netzger t Nun Leiterschleife auf dem St nder langsam der h ngenden Leiterschleife n hern bis sich beide ge rade ber hren dann haben die Drahtmitten einen Abstand r 2 mm Dabei Parallelit t des h hen verstellbaren St nders zur h ngenden Leiterschleife berpr fen und gegebenenfalls mit seinen Stell schrauben korrigieren Nullpunktschieber am h herverstellbaren St nder auf eine definierte Marke einstellen und mittels H henverstellung den gew nschten
23. Angezeigten Basisstrom IB an Spannungsquelle S der Sensor CASSYs auf 0 mA stellen Messung mit F9 starten Basisstrom langsam erh hen bis Kennlinie aufgenommen Messung wieder mit F9 stoppen Kennlinie Kollektorstrom IC gegen Kollektor Emitter Spannung UCE Einstellungen laden Kollektor Emitter Spannung wird vom Power CASSY w hrend der Messung auf UCE 2 V hoch gefahren und der Kollektorstrom Ic gemessen Angezeigten Basisstrom IB an Spannungsquelle S der Sensor CASSYs auf 0 1 mA stellen Messung mit F9 starten Kennlinie wird automatisch aufgenommen Basisstrom IB in Stufen von 0 1 mA erh hen und weitere Kennlinien wieder mit F9 aufnehmen Auswertung Aus der Steuerkennlinie a kann leicht die Stromverst rkung durch eine Geradenanpassung ermittelt werden Im Beispiel ergibt sich ein Stromverst rkungsfaktor von IC IB 149 6 Auch die Kennlinie b zeigt eindrucksvoll die Stromverst rkung des Transistors Ab einer relativ klei nen Kollektor Emitter Spannung UCE bleibt der Ausgangsstrom Ic nahezu konstant und h ngt nur noch vom Basisstrom IB ab A CASSY Lab 127 Temperaturregelung Ej Beispiel laden Zweipunktregelung E Beispiel laden Pl Regelung Versuchsbeschreibung Am Beispiel eines Temperaturreglers l sst sich sehr sch n die Funktionsweise eines Zweipunktreg lers und eines Pl Reglers demonstrieren Dabei l sst die Tr gheit der Temperaturregelstrecke ausrei chend Zeit f r eine genaue Beobachtung der Regelalgori
24. Box 524 031 Rastersteckplatte DIN A4 576 74 Schraubfassung E10 seitlich 579 05 Satz 10 Gl hlampen 3 8 V 0 07 A 505 10 Kippschalter einpolig 579 13 Fotowiderstand LDR 05 57802 STE Widerstand 10 Q 2 W 577 20 STE Widerstand 20 Q 2 W 577 23 STE Widerstand 47 Q 2 W 577 28 STE Widerstand 100 Q 2 W 577 32 Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 PC ab Windows 95 98 NT N a a a a 2 oo Versuchsaufbau siehe Skizze Die Spannungsquelle S versorgt ber einen Schutzwiderstand von 100 Q die Gl hlampe Die Hellig keit der Gl hlampe wird durch einen lichtempfindlichen Widerstand LDR zusammen mit der Strom quellen Box auf Eingang A des CASSY gemessen m CASSY Lab 131 Als St rung k nnen mit dem Kippschalter zus tzliche Vorwiderst nde zugeschaltet werden Ein ge schlossener Kippschalter schlie t den Vorwiderstand kurz und ein offener Kippschalter f gt den Vor widerstand ein Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Potentiometer der Spannungsquelle S ganz nach rechts drehen e Die Gl hlampe leuchtet bereits da eine Grundlast yo von 0 5 vorgegeben ist Das bedeutet dass der PWM Ausgang S ein Tastverh ltnis von 50 liefert e Die Grundlast yo nach eigenen W nschen ver ndern dazu in den Einstellungen yo rechte Maus taste auf yo den Wert des Parameters entsprechend setzen e Als F hrungsgr e w den gemessenen Widerstand eingeben dazu den Zeiger des Anzeigein struments mit der Maus verschieben
25. CLR Anh ngen neuer Werte nicht m glich und in der unteren Anzeige die Voreinstellung NO Durch Drehen an ADJUST kann man zwischen NO und YES wechseln und durch einen erneuten Druck auf START STOP best tigen Danach kann man mit ADJUST das 214 CASSY Lab m Zeitintervall einstellen in dem Messwerte gespeichert werden sollen und wieder mit START STOP best tigen Dann l uft der Datenlogger die LED ber START STOP leuchtet nun kontinuierlich e Ansehen der Messwerte im Datenlogger W hlt man SHOW so kann man sich mit ADJUST alle gespeicherten Messwerte im Display an schauen Der Datenloggerbetrieb ist dabei vor bergehend ausgeschaltet die LED ber START STOP blinkt Durch erneutes Dr cken von SHOW wird die Messung fortgesetzt e Stromsparmodus des CASSY Displays aktivieren Bei l ngeren Messzeiten ist es m glich w hrend der Messung durch Ausschalten der Anzeige des CASSY Displays den Stromsparmodus zu aktivieren Dazu w hlt man auf beiden Anzeigen durch die Taste NEXT das CASSY mit der Nummer 0 Die Anzeigen erl schen und das Sensor CASSY wird abgeschaltet F r jede neue Messung werden die Ger te f r kurze Zeit wieder eingeschaltet Auswertung CASSY Display wird an einen Computer mit CASSY Lab angeschlossen und die Daten ausgelesen Dabei kann das CASSY Display auch ohne Spannungsversorgung zum Computer transportiert wer den die Messwerte bleiben dabei erhalten Im Kommentarfeld wird der Start der Messung automa
26. Hochspannungsnetzger t 1 5 kV 521 68 Szintillationsz hler Abschirmung 559 89 Sockel zum Szintillationsz hler 559 891 Stativstange 47 cm 300 42 Leybold Muffe 301 01 Universalklemme 0 80 mm 666 555 _ E E E E E E 2 oo E E oo PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die Ausgangsstufe des Szintillationsz hlers wird mit der VKA Box und dem Hochspannungsnetzger t verbunden und in den Sockel gestellt Der Szintillationsz hler wird von oben in den Sockel mit Bleiab schirmung eingebaut Das Plexiglasrohr wird innerhalb der Bleiabschirmung ber den Szintillations z hler gestellt Das Pr parat wird mittels Stativmaterial einige Zentimeter ber dem Szintillationsz hler platziert Die Absorberplatten werden auf das Plexiglasrohr gelegt so dass sie sich zwischen Detektor und Pr parat befinden Versuchsdurchf hrung Z Einstellungen laden e Sr 90 Pr parat einbauen und dass Spektrum aufnehmen F9 Dabei die Hochspannung am De tektor so einstellen dass das Spektrum auf der rechten Seite nicht abgeschnitten wird e Zur Energiekalibrierung das Na 22 Pr parat einbauen und die Energieachse anhand der 511 keV und 1275 keV Linien kalibrieren Das Sr 90 Spektrum erstreckt sich bis ca 2000 keV e Eventuell den Untergrund ohne Pr parat bestimmen e Wieder das Sr 90 Pr parat einbauen dabei darauf achten das genug Platz unter dem Pr parat f r die Absorber zur Verf gung steht e Nacheinander Spektren ohne Absorber mit
27. Kolbenfl che von 28 3 cm ergibt Zusammen mit dem Weg sA1 ergibt sich die Formel f r das Volumen mit dem dazugeh rigen Messinstrument Die Arbeit pro Umlauf ergibt sich aus der eingeschlossenen Fl che Man erh lt sie folgenderma en Integral berechnen Peakfl che im Auswertungsmen rechte Maustaste im Diagramm w hlen und einen Umlauf markieren Anfangspunkt anklicken und Umlauf bei gedr ckter Maustaste abfahren Die Messpunkte die zur Integration beitragen werden farblich anders dargestellt Es ist in der Regel nicht zu erreichen dass alle Messpunkte eines Umlaufs erfasst werden es ist aber auch f r die Berech nung der Fl che unerheblich wenn ein oder zwei Punkte durch eine Gerade substituiert werden Nach dem Loslassen der Maustaste wird die Fl che ausgef llt und der Fl cheninhalt in der Statuszeile an gezeigt Im Beispiel erh lt man f r die Arbeit W etwa W 18900 hPa cm 1 89 Nm Anmerkung Die Leistung des Motors erh lt man zu P W f mit der Leerlauf Drehfrequenz f Die Frequenz f kann man mit einer Lichtschranke und einem Z hlger t ermitteln Eine andere M g lichkeit ist die Verwendung des Frequenzspektrums mit der Maus anklicken F r eine bessere Fre quenzaufl sung m ssen allerdings mehr Messwerte als im Beispiel registriert werden Anzahl im Messparameter Fenster von 125 z B auf 2000 erh hen 88 CASSY Lab m Coulombsches Gesetz E Beispiel laden Vorsicht beim Umgang mit Hochspannu
28. Messung bei Raumtemperatur Ej Einstellungen laden die Schallimpulse werden bereits erzeugt und die Laufzeiten Ata1 angezeigt e Mehrere Einzelmessungen mit F9 abspeichern e Universalmikrofon ganz in das Kunststoffrohr hineinschieben und Verschiebeweg As auf der Ma stabschiene ablesen Mehrere Einzelmessungen mit F9 abspeichern Schallgeschwindigkeit aus c As At ermitteln Mittelwerte der Laufzeiten im Diagramm durch Mit telwert einzeichnen bestimmen Messung in Abh ngigkeit von der Temperatur Einstellungen laden die Schallimpulse werden bereits erzeugt und die Laufzeiten tA1 angezeigt Universalmikrofon wieder herausziehen Bei Raumtemperatur erneut die Laufzeit AtA1 bestimmen und mit der bereits ermittelten Schallge schwindigkeit c den Abstand s c AtA1 zwischen Mikrofon und Lautsprecher berechnen und in Ta belle eintragen erste Tabellenzelle der s Spalte anklicken e Heizdraht ber Buchsen im Deckel des Ger tes zur Schallgeschwindigkeit an Spannungsversor gung 12 V ca 3 5 A anschlie en e Bei steigender Temperatur die aktuellen Laufzeiten mit F9 abspeichern z B alle 5 C u Ks Auswertung Nachdem die Schallgeschwindigkeit bei Raumtemperatur in a und damit der Abstand s zwischen Mikrofon und Lautsprecher in b bereits ermittelt wurden berechnet die Software zu jeder Laufzeit AtA1 gleichzeitig die passende Schallgeschwindigkeit c In der Darstellung Temperatur werden bereits w hrend der Messung die Schallgesc
29. Messung mit F9 beenden A CASSY Lab 193 c Gesetz von Gay Lussac p konst V T E Einstellungen laden e Heizplatte und Magnetr hrer einschalten e Bevor das Wasser im Becherglas zu sieden beginnt Heizplatte ausschalten e Dreiwegehahn ffnen e Stempel des Kolbens bis zur 100 ml Marke herausziehen und Umlenkrolle bis kurz vor Linksan schlag drehen e Volumen V 725ml kontrollieren ggf mit Justierschraube des CPS Elektronischen Wegaufnehmers einstellen e Hahn so schlie en dass nur eine Verbindung vom Kolben zur Flasche besteht weitere Luft also von au en nicht eindringen kann e Erste Messwerte mit F9 aufnehmen e Stempel vorsichtig in 5 ml Intervallen hineinpressen und warten bis sich der vorher gemessene Druck Au endruck wieder eingestellt hat e Weitere Messwerte jeweils mit F9 aufnehmen e Messung beenden sobald ann hernd Au entemperatur erreicht ist Auswertung Zur Auswertung der jeweiligen Experimente werden folgende Diagramme benutzt a Isotherme Versuchsdurchf hrung T konst p V Diagramm b Isochore Versuchsdurchf hrung V konst p T Diagramm c Isobare Versuchsdurchf hrung p konst T V Diagramm Diese Diagramme sind in der Darstellung Regression mit der Maus anklicken bereits so skaliert vorbereitet dass der Koordinaten Nullpunkt sichtbar ist und im Auswertungsmen rechte Maustaste im Diagramm eine der folgenden Anpassungen gew hlt werden kann a Isotherme Versuchsdurchf h
30. Ortskurven f r den komplexen Widerstand Z des Filters sowie f r den komplexen Leitwert Y In der Z Darstellung l sst sich sehr sch n die Addition komplexer Widerst nde in der Serienschaltung ablesen Beim Tiefpass gilt Z R 1 iaC und beim Hochpass gilt Z R ioL Da nur die Frequenz und damit der Imagin rteil von Z variiert wird bleibt der reelle ohmsche Teil konstant In der komplexen Zahlenebene entstehen somit senkrechte Geraden deren Abstand von der imagin ren Achse gerade dem onmsche Widerstand R entspricht Da im Beispiel die Spule einen onmschen Innenwiderstand von etwa 4 Q besitzt ist beim Hochpass auch der Abstand von der imagin ren Achse um etwa 4 Q gr er als beim Tiefpass Anmerkung F r einen Wechselstromkreis kann man schreiben U U e iot und l I e i t 9 wobei der komplexe Widerstand Z U I nicht mehr von t abh ngt 120 CASSY Lab m Z U I e iQ Z e ip Z Ortskurve Umgekehrt gilt Y 1 Z 1 Z eig Y Ortskurve Die Y Ortskurve entspricht der komplexen Inversion der Z Ortskurve r gt r gt Durch diese Transformation entstehen aus den Geraden Z R 1 iaC und Z R iaL der Z Ortskurven in der Y Darstellung Halbkreise Spiegelung am Einheitskreis Tipps Die Messinstrumente lassen sich mit F7 gleichzeitig ausblenden und wieder einblenden Eine einfache Logarithmierung der Koordinatenachsen l sst sich nach Anklicken der entsprechenden Achse mit der rechten Maust
31. alternativ auch mit der linken Maustaste zwischen den Kanal Buttons und der Tabelle und dem Diagramm hin und herziehen Drag amp Drop Die rechte Maustaste er ffnet auf den Skalen auch die M glichkeit die Achsen umzurechnen x2 1 x 1 x2 log x sowie Skalenminimum und Maximum zu ver ndern Mit der linken Maustaste k nnen Ska len verschoben werden Einstellungen Kommentar El Zur besseren Dokumentation von eigenen Versuchsdateien besteht hier die M glichkeit Text ein zugeben zusammen mit der Versuchsdatei abzuspeichern und sp ter wieder zu laden Der Text l sst sich auch ber die Zwischenablage mit Strg V in das Eingabefeld einf gen Allgemeine Einstellungen Sl Hier kann die serielle Schnittstelle umgestellt werden an der CASSY und oder die anderen seriellen Messger te am Computer angeschlossen sind F r CASSYs am USB Port ab Windows 98 2000 muss keine serielle Schnittstelle angegeben werden sie werden automatisch gefunden Au erdem kann die Sprache umgestellt werden Wenn diese Umstellung auch beim den n chsten Start der Software gelten soll muss noch Neue Vorgaben abspeichern gew hlt werden Gleichzeitig speichert dies auch die aktuellen Einstellungen von El Schriftgr e w hlen E Koordinaten anzeigen A CASSY Lab 25 E Linienbreite w hlen E Werteanzeige w hlen E Skalierung w hlen E Raster einblenden Die angegebenen CASSY Module bezeichnen die erkannten Ger te und die Versionsinforma
32. am oberen Ende des Me tallhalters anfassen Versuchsbeschreibung Die r umliche Koinzidenz der beiden y Quanten einer Elektron Positron Paarvernichtung wird de monstriert Die Impulserhaltung erfordert eine Emission der beiden Quanten unter 180 die anschau lich gezeigt wird Die selektive Messung eines Koinzidenz Spektrums bringt eine Unterdr ckung nicht korrelierter Linien A CASSY Lab 165 Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 2 VKA Box 524 058 1 Satz Radioaktive Pr parate 559 83 2 Szintillationsz hler 559 901 2 Detektor Ausgangsstufen 559 912 2 Hochspannungsnetzger te 1 5 kV 521 68 2 Sockel zum Szintillationsz hler 559 891 1 Stativstange 47 cm 300 42 1 Leybold Muffe 301 01 1 Universalklemme 0 80 mm 666 555 4 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die Ausgangsstufen der Szintillationsz hler werden mit den VKA Boxen und dem Hochspannungs netzger t den Hochspannungsnetzger ten verbunden Beide VKA Boxen m ssen auf demselben CASSY stecken Das Pr parat wird mittels Stativmaterial neben einem Szintillationsz hler platziert so dass der andere Detektoren darum herum bewegt werden kann um so verschiedene Winkel Detektor 1 Pr parat Detektor 2 einstellen zu k nnen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Zun chst mit jeweils einem Detektor das normale Na 22 Spektrum aufnehmen Einen der beiden Detektoren kalibrieren e Koinzidenz Modus ausw hlen dabei
33. auf Reaktion 2 Ordnung Dazu die Darstellung Test auf 2 Ordnung anklicken Es erfolgt die Darstellung von 1 c 1 cA gegen t ca Anfangskonzentration c eingesetzte Menge an terti rem Butylchlorid Die Darstellung zeigt keinen linearen Zusammenhang Somit liegt hier keine Reaktion 2 Ordnung vor 184 CASSY Lab m Weitere Versuchsm glichkeiten Durchf hrung und Aufnahme der Hydrolyse bei unterschiedlichen Temperaturen Bei der Wieder holung der Messung werden die Kurven zum Vergleich berlagert Der Einfluss auf den Reaktions verlauf und die Reaktionsgeschwindigkeit ist deutlich zu erkennen Aus den unterschiedlichen Ge schwindigkeitskonstanten und den zugeh rigen Temperaturen l sst sich die Aktivierungsenergie der Reaktion berechnen Verwendung unterschiedlicher L sungsmittel zur Untersuchung des L sungsmitteleinflusses auf Reaktionsordnung und geschwindigkeit Untersuchung enzymatischer Reaktionen z B der Harnstoffspaltung durch Urease A CASSY Lab 185 Gaschromatographie Trennung von Alkanen aus Feuerzeuggas E Beispiel laden Versuchsbeschreibung In diesem Versuch zur Trennung von Alkanen aus Feuerzeuggas wird die vom Detektor gelieferte am Schreiberausgang des Gaschromatographen anliegende Spannung gegen die Zeit gemessen Zur qualitativen Analyse lassen sich die Retentionszeiten der einzelnen Peaks ermitteln und mit denen von Referenzsubstanzen vergleichen Bitte beachten Sie auch die Gebrauchsanweis
34. aus dem Diagramm gel scht werden Letzte Auswertung l schen Die jeweils letzte Auswertung wird wieder zur ckgenommen Dies ist f r folgende Auswertungen m g lich E Markierung setzen E Mittelwert einzeichnen E Anpassung durchf hren E Integral berechnen E Weitere Auswertungen Abk rzung Tastatur Alt Backspace Alle Auswertungen l schen Alle Auswertungen werden gel scht Betroffen sind die Auswertungen E Markierung setzen Z Mittelwert einzeichnen E Anpassung durchf hren Ej Integral berechnen E Weitere Auswertungen Zwischenablage Mit Diagramm kopieren und Fenster kopieren k nnen das Diagramm und das Hauptfenster als Bitmap in die Zwischenablage von Windows kopiert werden Dort stehen sie dann zur Weiterverar beitung anderen Windows Programmen zur Verf gung A CASSY Lab 21 Addition Subtraktion von Spektren VKA Box Das Addieren Subtrahieren von Spektren erfolgt in der bersichtsdarstellung Hierzu wird einfach ein Spektrum auf ein anderes gezogen Drag amp Drop Alternativ kann auch das Symbol eines Spektrum aus der Symbolzeile in ein Diagramm gezogen werden In der dazugeh renden Auswahlbox kann dann die Rechenoperation und das Ziel der Berechnung bestimmt werden Gau kurven und Z hlraten VKA Box Bei der Berechnung von Gesamtz hlraten unter einem Peak sind einige Details zu ber cksichtigen die in Verbindung mit Gau kurven relevant sind Im gemessenen Spektrum kann die Ge
35. aus einer Tabelle und einem Diagramm mit x Achse und bis zu 8 y Achsen Jede Messgr e kann frei auf eine dieser Achsen gelegt und im Bedarfsfall dabei noch umgerechnet werden x 1 x 1 x2 log x werden F r die x Achse sind drei weitere Gr en vordefiniert n Tabel lenzeile t Zeit f Frequenz f r FFT Wenn mehr als eine y Achse dargestellt wird kann die sichtbare y Achsenskalierung im Diagramm durch einen entsprechend bezeichneten Button umgeschaltet werden Dies wirkt auch auf eine Koor dinatenanzeige aber nicht auf die anderen Auswertungen Wenn eine Darstellung nicht ausreicht k nnen durch neue Darstellung weitere erzeugt werden die mit ihrem Namen in die Darstellungsseiten unter den Speed Buttons einsortiert werden Dort kann dann mit der Maus bequem zwischen den verschiedenen Darstellungen umgeschaltet werden In jeder Darstellung kann gew hlt werden ob ein kartesisches Diagramm oder ein Polardiagramm dargestellt werden soll Die kartesischen Diagramme bieten zu jeder y Achse die Option die Werte als Balken darzustellen Histogramm Bei Polardiagrammen muss als x Achse ein Winkel Bereich 0 bis 360 gew hlt werden Jede y Achse wird dann als Betrag r einer komplexen Zahl gedeutet und ent sprechend des Winkels dargestellt Dabei muss der Ursprung nicht bei r 0 liegen sondern kann auch negativ sein z B f r die Darstellung von Antennen Richtdiagrammen in dB Anmerkungen Die angezeigten Kan le lassen sich
36. der Grundfrequenz und ihren Oberwellen vorgegeben wird Das Ergebnis ist als Oszillogramm und als Frequenzspektrum sichtbar sowie als Ton h rbar Es zeigt sich dass die Klangfarbe durch die spezielle Anregung der Oberwellen bestimmt wird Au Berdem l sst sich exemplarisch zeigen wie sich periodische Funktionen durch die harmonische Zu sammensetzung von Sinusschwingungen erzeugen lassen Ben tigte Ger te 1 Power CASSY 524 011 1 CASSY Lab 524 200 1 Breitbandlautsprecher 587 08 1 Sockel 300 11 1 Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Der Lautsprecher wird an den Ausgang des Power CASSYs angeschlossen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Eine durch Sinusschwingungen angen hrte Rechteckschwingung wird am Lautsprecher ausgege ben Als Formel f r die Kurvenform wurde synth 1 0 1 3 0 1 5 0 1 7 0 1 9 0 1 11 0 1 13 0 1 15 0 1 17 0 1 19 angegeben Dies ist eine Abk rzung f r die ebenfalls m gliche ausgeschriebene Form 1 sin 360 x O sin 2 360 x 1 3 sin 3 360 x O sin 4 360 x 1 5 sin 5 360 x 0 sin 6 360 x 1 7 sin 7 360 x O sin 8 360 x 1 9 sin 9 360 x O sin 10 360 x 1 11 sin 11 360 x O sin 12 360 x 1 13 sin 13 360 x O sin 14 360 x 1 15 sin 15 360 x 0 sin 16 360 x 1 17 sin 17 360 x O sin 18 360 x 1 19 sin 19 360 x e Inden Einstellungen U1 lassen sich einzelne Oberwellenamplituden ver ndern Grundfrequenz und Amplitude lassen sic
37. e Evtl automatischen Messstopp in den Einstellungen sA1 anpassen aktuell 70 Flanken f r 0 7 m Evtl maximale Messzeit im Messparameter Fenster anpassen aktuell 2 s Wagen vom Haltemagneten festhalten lassen Wegnullpunkt definieren gt 0 in Einstellungen sA1 Messung mit F9 starten Wagen f hrt los Messung stoppt nach vorgegebener Flankenanzahl automatisch Evtl Messung f r andere beschleunigende Kr fte F wiederholen dazu wieder Wagen vom Hal temagneten festhalten lassen Wegnullpunkt definieren und Messung mit F9 starten Auswertung Das s t Diagramm einer gleichm ig beschleunigten Bewegung ist eine Parabel Dies l sst sich z B mit einer Parabelanpassung best tigen Die Darstellung Geschwindigkeit mit der Maus anklicken zeigt die daraus berechneten Geschwin digkeiten v t Es zeigt sich dass das v t Diagramm einer gleichm ig beschleunigten Bewegung eine Gerade ist Die Steigung der Geraden ist die konstante Beschleunigung a Sie l sst sich z B aus einer Geradenanpassung bestimmen Im Beispiel wurde f r die beschleunigende Kraft F 1 N und f r die beschleunigende Masse m 1 kg gew hlt Newtondefinition In diesem Fall ergibt sich aus dem v t Diagramm eine Geschwindigkeit v nach t 1 s von 1 m s Au erdem hat die Gerade im v t Diagramm die Steigung a 1 m s Anmerkung Die einzelnen Geschwindigkeitswerte v i werden als v i s i 1 s i 1 t i 1 t i 1 errechnet Dies ist die Durch
38. einem geraden Lei ter resultiert daraus die Gesamtkraft F q nAs v xB denn die Anzahl der Ladungstr ger im Leiter ist das Produkt aus Ladungstr gerdichte n Leiterquer schnitt A und der L nge s des im Magnetfeld befindlichen Leiterabschnitts Es ist blich den Vektor s einzuf hren der in Richtung des Leiterabschnitts zeigt Au erdem ent spricht das Produkt qnAv der Stromst rke I Damit ist die Kraft eines Magnetfeldes auf einen geraden stromdurchflossenen Leiterabschnitt gegeben durch 92 CASSY Lab m F sxB bzw der Betrag der Kraft durch F 1 s B wenn s und B senkrecht zueinander stehen Kraft F und Stromst rke sind also proportional zueinan der mit dem Proportionalit tsfaktor s B Im Experiment wird die Kraft auf eine Leiterschleife im homogenen Magnetfeld einer Luftspule in Ab h ngigkeit vom Leiterschleifenstrom gemessen Das homogenes Magnetfeld wird in einer langen geschlitzten Luftspule erzeugt wobei eine am Kraftsensor befestigte Leiterschleife der L nge s 8 cm in den Schlitz eintaucht Nur der horizontale Teil des Leiters erzeugt eine Kraftkomponente die vom Kraftsensor gemessen werden kann Aus der Proportionalit t zwischen Kraft F und Leiterschleifen strom I kann somit die magnetische Flussdichte B bestimmt werden Die Luftspule hat den Vorteil dass die magnetische Flussdichte B in ihrem Innern leicht berechnet und mit dem experimentell ermittelten Wert verglichen werden kann F r eine lang
39. entsprechende Darstel lungen und Auswertungen k nnen sowohl die Reaktionsordnung als auch die Geschwindigkeits konstante f r die Reaktion ermittelt werden A CASSY Lab 199 Versuchsbeispiele Biologie Die Versuchsbeispiele helfen Ihnen beim Einsatz von CASSY Lab Die Messdaten oder Einstellungen der Beispiele k nnen direkt in CASSY Lab geladen werden Klicken Sie einfach auf die J Zeichen in den Beschreibungen Neue Beispiele sind mit einem roten e gekennzeichnet Puls Hautwiderstand Elektrokardiogramm Elektromyogramm Blutdruck Reaktionszeit Lungenvolumen Spirometrie Langzeitmessung von Klimadaten 200 CASSY Lab m Puls Ej Beispiel laden Sicherheitshinweis Die ermittelten Werte und Kurven haben keine medizinische Aussagekraft und dienen nicht zur Kon trolle des Gesundheitszustandes des Menschen Die Puls Box darf nur in bereinstimmung mit der Gebrauchsanweisung betrieben werden Versuchsbeschreibung Das pulsierende Blut ver ndert die optischen Eigenschaften des menschlichen K rpers Dadurch er mittelt CASSY mit der Puls Box die Pulsfrequenz Es wird die Ver nderung der Pulsfrequenz aufge nommen z B w hrend k rperlicher Anstrengung oder die Ruhepulsfrequenz zwischen trainierten und untrainierten Probanden verglichen Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Puls Box 524 047 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsvorbereitung siehe Skizze Der Pulsaufnehmer der Puls Bo
40. ermitteln Die Ladung Q ergibt sich als Integral der I t Diagramme und Q CU U ist Ladespannung Die gespeicherte Energie E CU ist das Integral der P t Diagramme in der Darstellung Leistung Tipp Einen definierten Zeitnullpunkt erreicht man am einfachsten ber die Einstellung eines Triggers Am besten eignet sich dazu der Strom la1 bei Aufladung z B 0 05 A steigende Flanke bei Entladung z B 0 05 A fallende Flanke 112 CASSY Lab m Ged mpfter Schwingkreis a IN a N a el 60 nie ie IL Ej Beispiel laden Versuchsbeschreibung Ein elektrischer Schwingkreis wird angeregt und die freie Schwingung aufgezeichnet Die D mpfung und die Phasendifferenz zwischen U t und I t wird sichtbar In der Auswertung werden die ermittelten Parameter Frequenz und D mpfungsfaktor amp der Schwingung mit der Theorie verglichen Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Rastersteckplatte DIN A4 576 74 1 STE Spule 1000 Windungen 590 84 1 STE Kondensator 1 uF 5 578 15 1 Taster Schlie er 579 10 1 Satz Br ckenstecker 501 48 3 Paar Kabel 50 cm rot und blau 501 45 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Der Schwingkreis wird gem Skizze auf der Rastersteckplatte aufgebaut Der Strom flie t durch Eingang A des Sensor CASSYs und die Kondensatorspannung wird an Eingang B gemessen Zu Beginn der Experiments wird der Kondensator aus der Spannu
41. explizit ber eine Formel definieren Eine Formel darf von allen Gr en abh ngen die in der angezeigten Liste aufge f hrt sind und muss unter Beachtung der korrekten Formelschreibweise eingegeben werden siehe auch Beispiele Ein Formelergebnis ungleich O0 bedeutet AN eingeschaltet ein Formelergebnis gleich 0 bedeutet AUS ausgeschaltet Diese Formel wird nicht mehr w hrend der Messung ausge wertet wenn Umschalten w hrend automatischer Aufnahme aktiviert ist PWM Analogausgang Die Spannungsquelle S ist eigentlich ein pulsweitenmodulierter Analogausgang Die Maximalspan nung wird am Drehknopf eingestellt Die Formel steuert dann nicht nur AUS 0 oder AN 1 son dern erlaubt auch Zwischenwerte z B 0 41 abwechselnd 41 der Zeit AN und 59 der Zeit AUS mit einer Periodendauer von 10 ms F r diese Zwischenwerte ist Umschalten w hrend automati scher Aufnahme wirkungslos Mit diesem Analogausgang lassen sich also Baugruppen steuern f r die nur der Mittelwert oder der Effektivwert der Ausgangsspannung relevant ist z B w rde die Formel saw time 10 eine kleine Gl hlampe 5 s lang heller und 5 s lang wieder dunkler werden lassen Einen universelleren Analogausgang bietet das Power CASSY Z Siehe auch A CASSY Lab 37 Power CASSY Einf hrung Power CASSY USB bzw seriell ist ein kaskadierbares Interface nutzbar als programmierbare Span nungs oder Stromquelle Leistungsfunktionsgenerator mit in
42. f llen e Am Spektralphotometer die Anfangswellenl nge von 340 nm einstellen Zur generellen Bedienung des Ger tes siehe die zugeh rige Gebrauchsanweisung e Mit der Referenzk vette den 100 T Abgleich durchf hren dann die Probenk vette einsetzen e Den angezeigten Messwert und die zugeh rige Wellenl nge durch Dr cken von F9 oder Ankli cken des Uhrensymbols bernehmen Der Wert wird nun in der Tabelle und in der Grafik darge stellt e Die Messwellenl nge um 5 nm erh hen und Abgleich sowie Messung erneut vornehmen e Nach Erreichen der Messwellenl nge von 800 nm die Messung beenden Anmerkung Bei den hier beschriebenen Messbedingungen dauert die Aufnahme der Messwerte etwa 1 Stunde Die Messdauer kann verk rzt werden indem nur alle 10 nm gemessen und oder die Messung bereits bei 730 nm beendet wird Auswertung Die Darstellung des Spektrums kann sowohl als Transmission T wie auch als Absorption A 100 T oder als Extinktion E Iog T 100 erfolgen Deutlich erkennbar ist die starke Absorption verringerte Transmission im Bereich von 405 nm blau es Licht und 660 nm rot orange Zur Ermittlung und Markierung l sst sich ber das Auswertungs men rechter Mausklick auf Grafik als Markierung eine senkrechte Linie setzen Mit Text l sst sich die markierte Wellenl nge an die Linie bzw Kurve schreiben Durch die Absorption in diesen Teilen des sichtbaren Lichtspektrums tritt der brige Teil bei der Refle xio
43. herausziehen Messung mit F9 stoppen oder nach 10 s automatisch Messung in Abh ngigkeit von der Windungszahl N Einstellungen laden Spule mit 250 Windungen an Eingang A anschlie en Messung mit F9 starten Magnet bis zur Mitte eintauchen und wieder herausziehen Messung mit F9 stoppen oder nach 10 s automatisch Spule mit 500 Windungen an Eingang A anschlie en Messung mit F9 starten und warten bis die neue Messung soweit fortgeschritten ist dass sie die alte Messung nicht mehr berdeckt Magnet bis zur Mitte eintauchen und wieder herausziehen Messung mit F9 stoppen oder nach 10 s automatisch Spule mit 1000 Windungen an Eingang A anschlie en Messung mit F9 starten und warten bis die neue Messung soweit fortgeschritten ist dass sie die alte Messung nicht mehr berdeckt e Magnet bis zur Mitte eintauchen und wieder herausziehen e Messung mit F9 stoppen oder nach 10 s automatisch e ve oe eo ycT Auswertung In Versuchsteil a l sst sich durch Integration leicht feststellen dass die Spannungsst e beim Ein tauchen und Herausziehen des Magneten aus einer Spule sind betragsm ig gleich gro sind aber ein unterschiedliches Vorzeichen haben also AO dt j U t dt Die Verwendung von 2 Magneten best tigt zus tzlich eine Proportionalit t zwischen den Spannungs st en und der Anzahl der verwendeten Magnete bzw der erzeugten Differenz des magnetischen Flusses 2 U t dt a i A Durch Differe
44. jeden D mpfungswiderstand nur die Frequenz und damit der Imagin rteil von Z variiert wird bleibt der reelle ohmsche Teil konstant In der komplexen Zahlenebene entstehen somit senkrechte Geraden deren Abstand von der imagin ren Achse gerade dem ohmsche Widerstand R entspricht Da im Beispiel die Spule einen ohmschen Innenwiderstand von etwa 4 Q besitzt ist auch der Abstand von der imagin ren Achse um etwa 4 Q gr er als der jeweilige D mpfungswiderstand Anmerkung F r einen Wechselstromkreis kann man schreiben U U e i t und I e i t wobei der komplexe Widerstand Z U I nicht mehr von t abh ngt Z UJ I e i Z e i _ Z Ortskurve Umgekehrt gilt Y 1 Z 1 Z eig Y Ortskurve Die Y Ortskurve entspricht der komplexen Inversion der Z Ortskurve r gt r gt Durch diese Transformation entstehen aus den Geraden Z R i L 1 i C der Z Ortskurven in der Y Darstellung Kreise Spiegelung am Einheitskreis Tipps Die Messinstrumente lassen sich mit F7 gleichzeitig ausblenden und wieder einblenden Eine einfache Logarithmierung der Frequenz oder der Stromachse l sst sich nach Anklicken der ent sprechenden Achse mit der rechten Maustaste erreichen 118 CASSY Lab m RLC Filter Tiefpass Hochpass Bandpass E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Einem elektrischen Filter aus Widerstand und Kondensator RC Wid
45. paar Tropfen Wasser in das Heizelement eingef llt und der KTY Sensor in das Wasser eingetaucht wer den Versuchsdurchf hrung a Zweipunktregelung Einstellungen laden e Potentiometer der Spannungsquelle S ganz nach rechts drehen e Schaltschwellen 91 und d2 durch individuelle Werte ersetzen dazu den Zeiger des Anzeigeinstru ments mit der Maus verschieben oder in den Einstellungen v1 oder 92 rechte Maustaste den Wert des Parameters entsprechend ndern Wenn gew nscht Temperaturverlauf w hrend der Regelung mit F9 aufnehmen und Aufnahme wieder mit F9 stoppen Pl Regelung Einstellungen laden Potentiometer der Spannungsquelle S ganz nach rechts drehen F hrungsgr e w etwa 5 C ber die aktuelle Temperatur A1 setzen dazu den Zeiger des Anzei geinstruments mit der Maus verschieben oder in den Einstellungen w rechte Maustaste den Wert der F hrungsgr e entsprechend ndern e Proportionalbeiwert KP und Integrierbeiwert KI durch individuelle Werte ersetzen dazu in den Ein stellungen KP oder KI rechte Maustaste den Wert des Parameters entsprechend ndern e Temperaturregelung mit F9 starten und auch sp ter wieder stoppen u O Auswertung Beim Zweipunktregler lassen sich zur Verdeutlichung die beiden Schaltschwellen 1 und 82 durch waagerechte Markierungslinien im Diagramm eintragen Die G te des PI Regler h ngt entscheidend von der Wahl des Proportionalbeiwerts KP und des Integ rierbeiwerts KI ab Die schwarze Lin
46. rot und blau 501 46 1 PC ab Windows 95 98 NT 72 CASSY Lab m Versuchsaufbau siehe Skizze Die Bewegung der Pendel wird auf die Tachogeneratoren bertragen Die Spannung der Tachogene ratoren wird an den Eing ngen A und B des Sensor CASSYs gemessen Zur Variation der Kopplung kann die Kopplungsfeder in unterschiedlichen H hen angebracht werden Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Messung mit F9 starten und beide Pendel gleichphasig auslenken Messung stoppt nach 30 s e Messung mit F9 starten und beide Pendel gegenphasig auslenken Messung stoppt nach 30 s e Messung mit F9 starten und nur das erste Pendel ansto en Messung stoppt nach 30 s Auswertung In der Darstellung Eigenschwingungen mit der Maus anklicken werden die beiden Eigenschwin gungen U1 UA UB U2 UA UB dargestellt Bei der gleichphasigen Anregung schwingt nur U1 mit der Frequenz f1 bei der gegenpha sigen nur U2 mit der Frequenz f2 Erst nach dem alleinigen Ansto en des ersten Pendels schwingt das System mit beiden Eigenfrequenzen und erzeugt damit die typische Schwebung in der Standard Darstellung Als Hilfsmittel zur Bestimmung der Schwebungsfrequenz fs und der neuen Schwingungsfrequenz fn eignen sich z B senkrechte Markierungslinien oder die direkte Differenzmessung zur Erh hung der Genauigkeit sollte bei der Bestimmung der Schwingungsfrequenz fn ber mehrere Perioden gemittelt werden Im Beispiel ergibt sich f1 0 875 Hz
47. rseite bernimmt ein Sensor CASSY die erforderlichen Messungen der Effektivwerte von Spannung und Strom und deren Phasenlage cos Der Transformator wird durch den Schiebe widerstand ohmsch cos 1 belastet Anstelle des zerlegbaren Transformators kann auch der bungstransformator verwendet werden Versuchsdurchf hrung Z Einstellungen laden mit Power CASSY E Einstellungen laden ohne Power CASSY e Schiebewiderstand auf Minimum etwa 0 Q einstellen e Messung mit F9 ausl sen e Widerstand in Stufen vergr ern und jeweils wieder Messwerte mit F9 aufnehmen Auswertung Die Punkte maximaler Leistungsabgabe und maximalen Wirkungsgrades lassen sich leicht im Dia gramm ablesen Tipp Die Messinstrumente lassen sich mit F7 gleichzeitig ausblenden und wieder einblenden 110 CASSY Lab m Auf und Entladung eines Kondensators E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Ein Kondensator wird ber einen Widerstand aufgeladen oder entladen Es werden die Spannungs verl ufe am Kondensator sowie der Lade oder Entladestrom gemessen Daraus kann die Zeitkon stante t RC bestimmt sowie der Energieinhalt des Kondensators berechnet werden Ben tigte Ger te Sensor CASSY 524 010 CASSY Lab 524 200 Rastersteckplatte DIN A4 576 74 STE Kondensatoren 100 uF 578 39 STE Widerstand 100 Q 577 32 Experimentierkabel 50 cm blau 500 422 Paar Kabel 25 cm rot und blau 501 44 Paar Kabel 50 cm rot und blau 501 45 PC ab Windows
48. sind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsregeln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr parate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments aus dem Schutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur am oberen Ende des Me tallhalters anfassen Versuchsbeschreibung Die y Spektren einiger Standardpr parate Cs 137 Co 60 Na 22 werden gemessen und nach einer Energiekalibrierung des Szintillationsz hlers werden die y berg nge anhand der Literaturwerte iden tifiziert A CASSY Lab 151 Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 VKA Box 524 058 1 Satz Radioaktive Pr parate 559 83 1 Szintillationsz hler 559 901 1 Detektor Ausgangsstufe 559 912 1 Hochspannungsnetzger t 1 5 kV 521 68 1 Sockel zum Szintillationsz hler 559 891 1 Stativstange 47 cm 300 42 1 Leybold Muffe 301 01 1 Universalklemme 0 80 mm 666 555 4 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die Ausgangsstufe des Szintillationsz hlers wird mit der VKA Box und dem Hochspannungsnetzger t verbunden Das jeweilige Pr parat wird mi
49. tallhalters anfassen Versuchsbeschreibung Der Szintillationsz hler wird energiekalibriert Die energetische Verteilung der in einem Alumini umstreuer gestreuten y Quanten wird f r verschiedene Winkel zwischen Quelle und Detektor aufge nommen Daraus folgt die quantitative Best tigung des Compton Effektes Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 VKA Box 524 058 1 Mischpr parat a B y 559 84 oder aus 559 83 1 Ger tesatz Comptonstreuung 559 800 1 Cs 137 Pr parat 3 7 MBq 559 809 1 Szintillationsz hler 559 901 1 Detektor Ausgangsstufe 559 912 A CASSY Lab 159 4 4 4 4 Hochspannungsnetzger t 1 5 kV 521 68 Szintillationsz hler Abschirmung 559 89 Sockel zum Szintillationsz hler 559 891 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die Ausgangsstufe des Szintillationsz hlers wird mit der VKA Box und dem Hochspannungsnetzger t verbunden Die Experimentierplatte aus dem Ger tesatz Comptonstreuung wird ausgelegt und die Bleiabschirmungen entsprechend aufgestellt Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden Zun chst wird der Szintillationsz hler energiekalibriert dazu das Mischpr parat in den Probenhal ter des Ger tesatzes Comptonstreuung schieben und auf der 0 Markierung ausrichten keinen A luminiumstreuer aufstellen Spektrum aufnehmen F9 und mittels der Linien bei 662 keV und 59 5 keV eine Energiekalibrie rung durchf hren Mischpr parat gegen das Cs 137 Pr parat
50. te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Lux Box 524 051 1 Luxsensor 666 243 1 Lampe 6 V 30 W 450 51 1 Lampengeh use 450 60 1 Spannungsquelle 6 V 30 W z B 562 73 1 Kleine optische Bank 460 43 2 Leybold Muffen 301 01 1 Federstecker 590 02 1 Stativlochstab 590 13 1 Kleiner Stativfu 300 02 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Das Lampengeh use mit der Lampe sowie der Luxsensor werden auf der optischen Bank aufgebaut Der Luxsensor wird mit dem Federstecker auf dem Stativlochstab befestigt Der verschiebbare Einsatz des Lampengeh uses muss ganz hineingeschoben werden A CASSY Lab 135 Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Korrekturfaktor F des speziellen Luxsensors dort aufgedruckt eingeben dazu Einstellungen EA1 und Korrigieren w hlen Faktor eingeben und Faktor korrigieren Hintergrundhelligkeit korrigieren dazu Einstellungen EA1 und Korrigieren Offset korrigieren Lampe einschalten und 10 cm Abstand zwischen Gl hwendel und Luxsensor einstellen Abstand in Tabelle eintragen dazu erste Tabellenzelle der Spalte d anklicken und Wert eingeben Auch Beleuchtungsst rke mit F9 in Tabelle bernehmen Abstand stufenweise vergr ern in Tabelle eintragen und jeweils mit F9 auch neue Beleuchtungs st rke bernehmen Auswertung Bereits w hrend der Messung werden die Messwerte im Diagramm dargestellt Zur Best tigung des quadratischen Abstandsgesetzes kann eine Hyperbelanpassung 1
51. werden Dann werden alle Zahlenwerte angezeigt Bei VideoCom und IRPD stimmt die Einheit immer e Ger t sendet nicht berpr fen Sie dies mit einem Terminalprogramm wie Hyperterminal geh rt zu Windows eine Nachinstallation dieser Komponente in der Systemsteuerung kann aber notwen dig sein Einschr nkungen bei VideoCom Der angegebene Anzeigebereich wird gleichzeitig zur Wegkalibrierung von VideoCom verwendet und sollte daher der Breite des Sichtfeldes von VideoCom entsprechen Es wird nur die Position des ersten erkannten Reflexes angezeigt F r mehrere Positionen kann nach wie vor die VideoCom Software verwendet werden Die Messung wird nicht zeitsynchron durchgef hrt VideoCom sendet zwar 80 Positionen pro Sekun de doch die Software synchronisiert die Messwertaufnahme nicht darauf Es sollte also ein Zeitinter vall von mindestens 100 ms zur Messung verwendet werden Dies reicht f r die typische VideoCom Anwendung zusammen mit CASSY auch aus Positionsregelung 42 CASSY Lab m MetraHit Es wird ein MetraHit 14S bis 18S 531 28 531 30 unterst tzt wenn dieses mit einem Schnittstellen adapter 531 31 ausger stet ist Die Messgr e muss entsprechend der Einstellung am MetraHit gew hlt werden Der angegebene Anzeigebereich kann jederzeit ver ndert werden und hat mit dem eigentlichen Messbereich im MetraHit nichts zu tun Wenn der Messbereich im MetraHit umgestellt wird bleibt der Anzeigebereich in der Software er
52. wird Der Wagen wird durch kleine Massest cke beschleunigt die am Ubertragungsfaden h ngen Der bertragungsfaden wird 54 CASSY Lab m um den Bewegungsaufnehmer gef hrt der ber die obere Buchse der BMW Box am Sensor CASSY angeschlossen ist Die kleinen Massest cke werden auch beschleunigt und z hlen deshalb mit zur beschleunigten Mas se m Wenn die Masse m konstant gehalten werden soll dann m ssen die Massest cke die gerade nicht am Faden h ngen daf r auf dem Wagen stecken Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden m konstant oder E Einstellungen laden F konstant e Maximal fahrbare Wegstrecke sA1 in Messbedingung des Messparameterfensters erscheint mit F5 eingeben aktuell sA1 lt 0 8 f r 0 8 m e Eventuell Zeitintervall aktuell 200 ms im Messparameterfenster erscheint mit F5 anpassen l n geres Intervall hat weniger Messwerte und weniger Streuungen in a t zur Folge Gegebenenfalls Vorzeichen der Wegmessung invertieren s lt gt s in Einstellungen sA1 Wagen vom Haltemagneten festhalten lassen Wegnullpunkt definieren gt 0 in Einstellungen sA1 Messung mit F9 starten und am Ende wieder mit F9 stoppen Eine Fehlmessung kann durch Letz te Messreihe l schen rechte Maustaste auf Tabelle wieder aus der Tabelle entfernt werden e Messung mit ver nderten Parametern andere beschleunigende Kraft oder andere beschleunigte Masse wiederholen Dazu Wegnullpunkt wieder neu definieren Auswe
53. x durchgef hrt oder alternativ die x Achse in 1 x2 umgerechnet Achse mit rechter Maustaste anklicken und eine Gerade angepasst werden 136 CASSY Lab m Poissonverteilung E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Die Anzahl x der Zerfallsereignisse in einem radioaktiven Pr parat in einem Zeitintervall At ist nicht konstant Viele Einzelmessungen k nnen als H ufigkeitsverteilung H x dargestellt werden die um den Mittelwert u streut Durch den Vergleich dieser H ufigkeitsverteilung mit der Poissonverteilung l sst sich best tigen dass x poissonverteilt um den Mittelwert u ist Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 GM Box 524 033 1 Fensterz hlrohr 559 01 1 Satz Radioaktive Pr parate 559 83 1 Gro er Federstecker 591 21 1 Federstecker 590 02 2 Anschlussst be 532 16 2 Sockel 300 11 4 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Das Fensterz hlrohr wird ber die GM Box an Eingang A des Sensor CASSYs angeschlossen Z hl rohr und Pr parat vorsichtig behandeln Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Eventuell Torzeit At anpassen Einstellungen RA1 e Eventuell Messvorwahl treffen Dazu Anzahl Messungen in Messbedingung des Messparameter fensters erscheint nach F5 eintragen z B n lt 1000 f r 1000 Einzelmessungen e Messreihe mit F9 starten und nach der Aufnahme der Messreihe mit F9 wieder stoppen Auswertung Zur Auswertung besteht die M glichkeit d
54. 1 1 Satz Noppenabsorber 737 390 1 Satz Dipolantennen 737411 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Bauen Sie den Versuch nach Skizze auf Benutzen Sie zum Aufstellen des Senders Mikrowellen komponenten die mitgelieferten Stativstangen mit 345 mm L nge Zus tzliche Hinweise siehe Gebrauchsanweisung zu 737 405 Die Entfernung ro zwischen der Quellen und der Testantenne soll i d R die Fernfeldbedingung erf llen F r Dipolantennen ist das ab ro gt 100 cm meistens erf llt Der in den Einstellungen A zu findende Fernfeld Rechner bestimmt nach Eingabe von DT gr te Quer oder L ngsabmessung der Testantenne den Mindestabstand ro f r den bergang ins Fernfeld Testantenne A 2 Dipol in die Zentralaufnahme f r Steckachsen im Antennendrehtisch stecken so dass die Achse ausgerichtet zu den markierten Referenzlinien auf dem Drehteller verl uft Verbinden Sie die BNC Ausgangsbuchse der Testantenne durch ein Koaxkabel mit der BNC Buchse TEST ANTENNA IN im Drehteller Stellen Sie die Antenne mit ihrer Hauptstrahlrichtung in die 0 Position Schalten Sie den Antennendrehtisch durch Anschluss des Steckernetzteils ein Der Drehtisch f hrt in die Startposition 180 Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Falls noch nicht geschehen den Antennendrehtisch als angeschlossenes Ger t ausw hlen Dazu in den Allgemeinen Einstellungen den Antennendrehtisch auf die gew nschte Serielle Schnittstelle legen Danach speich
55. 1 t m2 a2 t Fi t F2 t also F t F2 t Actio Reactio Voraussetzung f r diese Schlussfolgerung ist die Tatsache dass der gesamte Verlauf von p t kon stant ist also auch w hrend des Sto vorganges Alleine die Tatsache dass der Gesamtimpuls vor dem Sto der gleiche ist wie nach dem Sto z B durch Messung mit Lichtschranken reicht dazu nicht aus A CASSY Lab 59 Actio Reactio durch Messung der Beschleunigungen Sto 7 A e ai E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es werden w hrend eines elastischen Sto es die Beschleunigungen a1 t und a2 t beider Wagen gemessen Multipliziert man die gemessenen Beschleunigungen mit den Massen m1 und m3 so erh lt man die Kr fte F t und F2 t Es wird best tigt dass w hrend des Sto es F1 t F2 t Messprinzip Wird ein Kraftsensor der Masse m so auf einem Wagen angebracht dass die H lfte des Sensors an dem die Zuleitung befestigt ist fest am Wagen montiert ist h ngt die andere H lfte der Masse m 2 beweglich in der Luft Beschleunigt man nun den Wagen so bt diese Masse die Tr gheitskraft F m a 2 aus Diese Kraft wird vom Kraftsensor gemessen und automatisch in die Beschleunigung a umgerechnet Nach Angabe der beiden beschleunigten Massen Wagen Kraftsensor Feder berechnet die Soft ware daraus die beiden Kr fte Fi t m1 a1 t und F2 t m2 a2 t Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 2 Kraftse
56. 14 1 Sto feder 337 112 4 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Der Kraftsensor S wird anstelle des rechten St nders so unter die Fahrbahn gelegt dass die Fahr bahn weiterhin waagerecht liegt oder falls gew nscht weiterhin ein guter Reibungsausgleich gew hr leistet ist Da der Kraftsensor etwas k rzer als der St nder ist muss dazu der Kraftsensor etwas un terf ttert werden Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Massen m1 und m2 sowie Abstand d der beiden Auflagepunkte in die Anzeigeinstrumente eintra gen mit rechter Maustaste anklicken und als Parameter eingeben Die Gesamtmasse eines Wa gens ergibt sich aus der Summe der Wagenmasse 0 5kg sowie gegebenenfalls der Feder 0 01 kg und einer Zusatzmasse 0 5 kg e In den Einstellungen FA1 die Kraft auf 0 setzen dabei wird auch der Schwerpunkt s auf 0 gesetzt e Messung mit F9 starten e Elastischen oder inelastischen Sto durchf hren Messung stoppt automatisch nach 5 s Auswertung Die Darstellung Standard zeigt das F t Diagramm und die Darstellung Schwerpunkt das dazugeh rende s t Diagramm siehe Messprinzip Beide Diagramme zeigen einen linearen Verlauf auch w hrend der Zeit des eigentlichen Sto es Aus dem stt Diagramm liefert eine Geradenanpassung die Geschwindigkeit v des Schwerpunkts und da mit den konstanten Gesamtimpuls p t m1 m2 v Aus der Impulserhaltung folgt wiederum dass 0 d dt pi t p2 t m1 a
57. 2 Minuten einlegen Auswertung Bei suprasystolischen Manschettendr cken bestehen nur kleine Druckschwankungen die durch An schlagen des Pulses an den komprimierten Arterienabschnitt verursacht werden In dem Augenblick in dem der systolische Druck unterschritten wird und eine kurze systolische Offnung der Arterie eintritt nehmen die Oszillationen zu und erreichen ein Maximum beim mittleren arteriellen Blutdruck ent spricht dem arithmetrischen Mitteldruck Der diastolische Blutdruck entspricht dem Punkt an dem die Oszillationen aufh hren abzunehmen d h wenn auch w hrend der gesamten Diastole die Gef e ge ffnet sind Die verbleibenden Druckschwankungen entstehen durch die auf die Manschette ber tragenen Pulsschl ge Zur Berechnung von Systole und Diastole mit rechter Maustaste auf das Diagramm klicken in den weiteren Auswertungen Systole und Diastole bestimmen anklicken und die gesamte Kurve markie ren Die Werte f r Systole und Diastole erscheinen in der Statuszeile links unten und k nnen als Text an eine beliebige Stelle im Diagramm eingetragen werden A CASSY Lab 209 Reaktionszeit E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Die Reaktionszeit wird mit der Reaktionstest Box und dem Handtaster und oder dem Fu taster be stimmt Die Leitungsgeschwindigkeit der Nervenimpulse kann dann rechnerisch ermittelt werden Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Reaktionstest Box 524 046 1 Hand
58. 232 und seinen Zerfallsprodukten wird aufgenommen Die Verwen dung radioaktiver Substanzen in lteren Haushaltswaren wird nachgewiesen Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 VKA Box 524 058 1 Mischpr parat a B y 559 84 oder aus 559 83 1 Gl hstrumpf aus 588 855 1 Szintillationsz hler 559 901 1 Detektor Ausgangsstufe 559 912 1 Hochspannungsnetzger t 1 5 kV 521 68 1 Szintillationsz hler Abschirmung 559 89 1 Sockel zum Szintillationsz hler 559 891 1 Stativstange 47 cm 300 42 1 Leybold Muffe 301 01 1 Universalklemme 0 80 mm 666 555 4 PC ab Windows 95 98 NT A CASSY Lab 163 Versuchsaufbau siehe Skizze Die Ausgangsstufe des Szintillationsz hlers wird mit der VKA Box und dem Hochspannungsnetzger t verbunden Das Pr parat wird mittels Stativmaterial ber dem Szintillationsz hler platziert oder ein fach auf den Detektor gelegt Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Zur Energiekalibrierung das Mischpr parat ber dem Detektor anbringen Spektrum aufnehmen F9 und anhand der Linien bei 662 keV und 59 5 keV kalibrieren e Das Mischpr parat entfernen und den Gl hstrumpf Th 232 anbringen Spektrum aufnehmen Auswertung Anhand der Literaturwerte oder auch von Internetadressen wie http nucleardata nuclear lu se nucleardata toi werden die gemessenen Linien den einzelnen Isoto pen der Thorium Zerfalsskette zugeordnet Hinweise Neuere Gl hstr mpfe enthalten kei
59. 360 x Das Signal wird auch wieder mit der angegebenen Frequenz f Amplitude A und Offset O ausgegeben siehe auch das Beispiel zur Tonsynthese Das Feld zur Formeleingabe ist relativ klein F r die Eingabe l ngerer Formeln kann auch ein blicher Texteditor verwendet werden und dann die Formel ber Kopieren und Einf gen in das Eingabefeld rechte Maustaste bertragen werden Die Spannung U und der Strom k nnen als Momentanwert dargestellt ber viele Messwerte gemit telt oder ihr Effektivwert bestimmt werden Normalerweise reicht eine ungemittelte Darstellung der Momentanwerte aus Wenn Power CASSY kontinuierlich aktiv ist und nicht nur w hrend einer Mes sung dann k nnen auch gemittelte Werte oder Effektivwerte erzeugt automatisch den entspre chenden cos g Kanal angezeigt werden Wenn das Zeitintervall kleiner als 10 ms ist weicht in den letzten beiden F llen die Messwertaufnahme in die Tabelle und in das Diagramm von den Anzeigein strumenten ab Dadurch ist es gleichzeitig m glich Kurvenformen und Effektivwerte darzustellen Tipp Anstelle von festen Zahlenwerten lassen sich auch bereits definierte Kan le f r Frequenz Amplitude Offset und Tastverh ltnis angeben So l sst sich z B die Frequenz einer Sinusschwingung oder die ausgegebene Spannung flexibel steuern z B durch Formelvorgabe bei Resonanzkurvenaufnahmen oder Regelungen Allerdings kann die Initialisierung der Ausgabe einer neuen Frequenz oder Amp l
60. 48 CASSY Lab m Nachweis von y Strahlung mit einem Szintillationsz hler Cs 137 E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrISchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe sind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsregeln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr parate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments aus dem Schutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur am oberen Ende des Me tallhalters anfassen Versuchsbeschreibung Es wird das y Spektrum des Mischpr parates Cs 137 Am 241 Sr 90 aufgenommen und eine Ener giekalibrierung anhand bekannter Linien durchgef hrt A CASSY Lab 149 Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 VKA Box 524 058 1 Mischpr parat a y 559 84 oder aus 559 83 1 Szintillationsz hler 559 901 1 Detektor Ausgangsstufe 559 912 1 Hochspannungsnetzger t 1 5 kV 521 68 1 Sockel zum Szintillationsz hler 5
61. 500 ms im Messparameterfenster erscheint mit F5 anpassen l n geres Intervall hat weniger Messwerte und weniger Streuungen in a t zur Folge Gegebenenfalls Vorzeichen der Winkelmessung invertieren s lt gt s in Einstellungen A1 Rotierende Scheibe vom Haltemagneten festhalten lassen Aktuellen Abrollradius und Wegnullpunkt definieren beides in Einstellungen A1 Messung mit F9 starten und am Ende wieder mit F9 stoppen Eine Fehlmessung kann durch Letz te Messreihe l schen rechte Maustaste auf Tabelle wieder aus der Tabelle entfernt werden e Messung mit ver nderten Parametern anderes beschleunigendes Drehmoment oder anderes be schleunigtes Tr gheitsmoment wiederholen Dazu Abrollradius und Wegnullpunkt wieder neu de finieren Auswertung Zus tzlich zu den t Diagrammen werden die t und aft Diagramme berechnet Sie stehen auf den weiteren Darstellungsseiten zur Verf gung und brauchen nur angeklickt zu werden Als Auswer tungen bieten sich Parabel und Geradenanpassung sowie Mittelwertberechnung an Zur Best tigung der Newtonschen Bewegungsgleichung muss eine weitere Tabelle gef llt werden die auf der Newton Seite der Darstellung schon vorbereitet ist Nach der Bestimmung eines Winkelbe schleunigungswertes als Mittelwert eines aft oder als Steigung eines ol t Diagramms kann dieser mit der Maus aus der Statuszeile in die Tabelle gezogen werden Drag amp Drop Der Parameter Drehmoment M bzw Tr gheitsmome
62. 59 891 1 Stativstange 47 cm 300 42 1 Leybold Muffe 301 01 1 Universalklemme 0 80 mm 666 555 4 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die Ausgangsstufe des Szintillationsz hlers wird mit der VKA Box und dem Hochspannungsnetzger t verbunden Das Pr parat wird mittels Stativmaterial ber dem Szintillationsz hler platziert so dass es sich einige Zentimeter oberhalb des Detektors befindet Zum Schutz des Szintillationsz hlers gegen Umkippen empfiehlt es sich den Sockel 559 891 beim Aufbau zu verwenden der auch eine Auf nahme f r die Stativstange enth lt Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Hochspannungsnetzger t auf Null stellen und einschalten e Messung mit F9 starten e Ohne Hochspannung am Szintillationsz hler sollten keine Impulse gez hlt werden e Hochspannung langsam erh hen bis bei einer Spannung von 700 900 V das Spektrum die ver f gbaren Kan le ausf llt e Nach jeder nderung der Hochspannung empfiehlt es sich das gemessene Spektrum mit F4 zu l schen um eine Mischung von Spektren zu vermeiden Die Messung l uft dabei weiter und die Messzeit startet wieder neu e Nach Ablauf der eingestellten Messzeit stoppt die Messung Auswertung Die beiden Isotope Cs 137 und Am 241 im Mischpr parat emittieren y Strahlung die im Versuch vom Szintillationsz hler registriert wird Das Am 241 emittiert eine Linie bei 59 5 keV das Cs 137 eine Linie bei 662 keV Das gemessene Spektrum z
63. 78 51 STE Ge Diode AA118 578 50 STE Leuchtdiode gr n 578 57 STE Leuchtdiode gelb 578 47 STE Leuchtdiode rot 578 48 STE Leuchtdiode infrarot 578 49 Paar Kabel 50 cm rot und blau 501 45 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Der Stromkreis wird gem Skizze an die Eing nge A Strom und B Spannung ber der Diode des Sensor CASSYs angeschlossen Die Diode wird von einem Vorwiderstand von 100 Q gesch tzt Bei Verwendung des Power CASSYs wird dieses zur Spannungsversorgung der Schaltung und zur Strommessung links neben das Sensor CASSY gesteckt Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden ohne Power CASSY Spannungsquelle S umpolen f r negativen Kennlinienteil und Spannung UB1 auf etwa 3 V ein stellen Messung mit F9 starten Spannung langsam bis Null drehen links herum gleichzeitig wird negativer Kennlinienteil aufge zeichnet Spannungsquelle S wieder vorzeichenrichtig anschlie en f r positiven Kennlinienteil Spannung langsam erh hen gleichzeitig wird positiver Kennlinienteil aufgezeichnet dabei Ma ximalstrom der Leuchtdioden nicht berschreiten Messung wieder mit F9 stoppen Messung mit anderer Diode wiederholen dazu Spannungsquelle S wieder umpolen und Messung mit F9 starten Alternativ mit Power CASSY E Einstellungen laden mit Power CASSY f r jede Diode die Kennlinie mit F9 aufnehmen das Power CASSY f hrt die Spannung automa tisch durch 124 CASSY Lab m Auswertung
64. 9 starten e Verst rkung der VKA Box so ver ndern dass das Spektrum die verf gbaren Kan le ausf llt Dies ist typischerweise bei Verst rkungen um 5 der Fall e Bei Messungen mit dem Halbleiterdetektor entsteht ein relativ hoher Rauschpegel der sich auch durch Erdung des Versuches nicht vollst ndig entfernen l sst In den unteren 100 Kan len entsteht so eine recht hohe Z hlrate Durch die automatische Skalierung des Spektrums ist die eigentliche Linie dann nur schlecht zu sehen Hier sollte im Diagramm ein Zoom verwendet werden Aufgrund der internen Architektur der VKA Box bietet es sich in diesem Fall an mit Verst rkungen unter 4 6 zu arbeiten e Nach jeder nderung der Verst rkung empfiehlt es sich das gemessene Spektrum mit F4 zu l schen um eine Mischung von Spektren zu vermeiden Die Messung l uft dabei weiter und die Messzeit startet wieder neu e Nach Ablauf der eingestellten Messzeit stoppt die Messung Auswertung Das Isotop Am 241 zerf llt zu Np 237 indem es ein a Teilchen emittiert Da mehrere angeregte Zu st nde des Neptuniums m glich sind werden bei diesem Zerfall a Teilchen mit verschiedenen Ener gien emittiert Von 100 Zerf llen emittieren 84 ein a Teilchen mit 5486 keV und 13 eines mit 5443 keV Dieser geringe Energieunterschied ist aber im Versuch nicht sichtbar Nach der Messung ist das Spektrum noch nicht kalibriert Um das Spektrum ber der Energie darzu stellen muss eine Energiekalibrierung durchg
65. ASSY Lab 109 Versuchsbeschreibung Es wird die Leistungs bertragung eines Transformators untersucht Dazu werden gleichzeitig die Ef fektivwerte von Prim r und Sekund rspannung sowie von Prim r und Sekund rstrom f r einen vari ablen Lastwiderstand R 0 110 Q gemessen Au erdem wird die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom auf der Prim r und Sekund rseite bestimmt Zur Auswertung werden die Pri m rleistung P1 die Sekund rleistung P2 und der Wirkungsgrad n P2 P1 berechnet und grafisch ge gen den Lastwiderstand R aufgetragen Ben tigte Ger te 1 Power CASSY 524 011 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 U Kern mit Joch 562 11 1 Spannvorrichtung 562 12 2 Spulen mit 250 Windungen 562 13 1 Schiebewiderstand 110 Q 537 24 1 Kabel 25 cm schwarz 500 414 5 Kabel 100 cm schwarz 500 444 1 PC ab Windows 95 98 NT Alternativ ohne Power CASSY 2 Sensor CASSYs 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Kleinspannungs Stelltrafo S 521 35 1 U Kern mit Joch 562 11 1 Spannvorrichtung 562 12 2 Spulen mit 250 Windungen 562 13 1 Schiebewiderstand 110 Q 537 24 2 Kabel 25 cm schwarz 500 414 8 Kabel 100 cm schwarz 500 444 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die Prim rseite des Transformators wird vom Power CASSY bzw vom Stelltrafo ca 6 V gespeist Im zweiten Fall muss Prim rspannung Prim rstrom und Phasenlage cos noch von einem zweiten Sensor CASSY gemessen werden Auf der Sekund
66. Abstand zwischen beiden Leiterschleifen einstellen z B r 4 mm Gute Messergebnisse erfordern hier sehr sorgf ltige Justierungen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e In Einstellungen Kraft FA1 Kraftsensor durch gt 0 lt auf Null setzen und falls erforderlich durch LED an aus die Smooth LED auf der Br cken Box einschalten e Evtl in Einstellungen Strom IB1 den Stromwert zu 0 A korrigieren dazu ersten Sollwert auf 0 A setzen und Offset Korrigieren e Leiterschleifenstrom von 0 20 A in 2 A Schritten durchfahren und jeweils Messwerte mit F9 auf nehmen Eine Fehlmessung kann durch Letzte Tabellenzeile l schen rechte Maustaste auf Ta belle wieder aus der Tabelle entfernt werden e Falls nur negative Kr fte gemessen werden Anschl sse am Leiterschleifenhalter vertauschen e Z gig experimentieren da Leiterschleife und Leiterschleifenhalter nur kurzzeitig mit 20 A belastet werden d rfen e Leiterschleifenstrom am Ende wieder auf I 0 A stellen e Weitere Messkurven mit anderen Leiterschleifenabst nden r aufnehmen Dazu im Messparame terfenster neue Messreihe anh ngen w hlen 98 CASSY Lab m Auswertung F r jede Messreihe F l wird eine Parabel angepasst Nach jeder Parabel wird in die Darstellung Am peredefinition mit der Maus anklicken gewechselt Hier wird eine weitere Tabelle gef llt indem zu dem jeweiligen Leiterschleifenabstand r der gerade ermittelte Parameter F l der Parabel aus der Statuszeile mi
67. Addition mit dem Rest des Vorg ngerpulses erscheinen die Linien bei zu hoher Energie 152 CASSY Lab m Absorption von y Strahlung E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrIlSchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe sind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsregeln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr parate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments aus dem Schutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur am oberen Ende des Me tallhalters anfassen Versuchsbeschreibung Die Intensit t von y Strahlung hinter einem Absorber wird in Abh ngigkeit von der Absorberdicke ge messen Daraus folgt die Best tigung des Lambertschen Schw chungsgesetzes Der lineare Schw chungskoeffizient u und die Halbwertsdicke d1 2 werden abgeleitet Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 VKA Box 524 058 1 Satz Radioaktive Pr parate 559 83 A
68. CASSY Lab 153 1 Satz Absorber und Targets 559 94 1 Szintillationsz hler 559 901 1 Detektor Ausgangsstufe 559 912 1 Hochspannungsnetzger t 1 5 kV 521 68 1 Sockel zum Szintillationsz hler 559 891 1 Stativstange 47 cm 300 42 1 Leybold Muffe 301 01 1 Universalklemme 0 80 mm 666 555 4 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die Ausgangsstufe des Szintillationsz hlers wird mit der VKA Box und dem Hochspannungsnetzger t verbunden Der Szintillationsz hler wird im Sockel montiert und die Spitze des Szintillationsz hlers mit dem Plexiglasrohr umgeben Das Pr parat wird mittels Stativmaterial ber dem Szintillationsz hler platziert so dass es sich einige Zentimeter oberhalb des Detektors befindet Die Absorber werden auf das Plexiglasrohr gelegt Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Zun chst das Co 60 Pr parat einspannen und das Spektrum ohne Absorber aufnehmen F9 da bei die Hochspannung so einstellen dass das Spektrum den Messbereich gut ausf llt e Nacheinander die Absorber Aluminium Eisen Blei in verschiedenen Schichtdicken auf das Plexi glasrohr legen und jeweils ein Spektrum aufnehmen F9 e Die Messungen jeweils f r das Cs 137 und Am 241 Pr parat wiederholen Auswertung In den Spektren werden die Z hlraten unter den jeweiligen Linien bestimmt hierzu wird die Funktion Integral berechnen verwendet Die Z hlraten werden f r die einzelnen Energien und Absorber in Ab h ngigkeit vo
69. Diagramm gel scht werden Weitere Auswertungen Gau kurven anpassen VKA Box Es k nnen wahlweise unabh ngige Gau kurven und Gau kurven gleicher absoluter oder relativer Breite angepasst werden Das Ergebnis der Gau Anpassung ist eine Formel aus mehreren Sum manden der Art A e u 20 wobei durch die Anpassung die Parameter A u und o bestimmt werden Im einfachsten Fall wird eine einzelne Gau funktion verwendet Um eine Summe aus mehreren Gau funktionen anzupassen m ssen die ungef hren Lagen der einzelnen Gau funktionen vorher markiert werden Jeder Peakschwerpunkt ist Startwert einer Gau kurve bei der Anpassung Es wer den dabei nur die Peakschwerpunkte innerhalb des markierten Bereiches ber cksichtigt Zur Fl chen berechnung der Gau kurven finden Sie nachfolgend weitere Anmerkungen Weitere Auswertungen quivalenzpunkt bestimmen nur sinnvoll bei Titrationskurven pH gegen Volumen Im markierten Kurvenbereich der Titrationskurve werden der quivalenzpunkt und der pks Wert be stimmt und in die Statuszeile eingetragen Durch Doppelklick auf den Aquivalenzpunkt kann dieser wieder aus dem Diagramm gel scht werden 20 CASSY Lab m Weitere Auswertungen Systole und Diastole bestimmen nur sinnvoll bei Blutdruckkurven Im markierten Kurvenbereich der Blutdruckkurve werden Systole und Diastole bestimmt und in die Statuszeile eingetragen Durch Doppelklick auf die Systole oder Diastole k nnen diese wieder
70. Hz Amplitude A in Vp oder Ap Gleichspan nungsoffset O in V oder A und Tastverh ltnis in kann in bestimmten Bereichen eingestellt werden Kurvenform Frequenz f Amplitude A Offset O Tastverh ltnis DC E 10V 10V I1A 1A Sinus 0 1 Hz 10 kHz 10V 10V IA 1IA 10V 10V IA 1IA 0 100 Rechteck 0 1 Hz 10kHz 10V 10V 1A 1A 10V 10V 1A 1A 0 100 Dreieck 0 1 Hz 10kHz 10V 10V 1A 1A 10V 10V 1A 1A 0 100 Formel 0 1 Hz 10 kHz 10V 10V 1A 1A 10V 10V 1A 1A Rechteck und Dreieck stehen in zwei Varianten zur Verf gung Die symmetrische Kurvenform liegt zwischen A und A Die asymmetrische Kurvenform zwischen 0 und A Negative Amplituden A sind erlaubt und spiegeln das Signal um 0 Das Tastverh ltnis legt das Ver h ltnis zwischen ansteigenden und abfallenden Kurventeilen fest So kann z B leicht aus einem Dreiecksignal 50 ein S gezahnsignal 100 werden Zus tzlich zu den blichen Kurvenformen bietet das Power CASSY auch eine frei programmierbare Kurvenform Dazu muss eine Formel f x eingegeben werden die die Kurvenform beschreibt Zur Ermittlung der Kurvenform wird diese Funktion der Variablen x im Intervall 0 1 ausgewertet und mit der angegebenen Frequenz f Amplitude A und Offset O ausgegeben Zur Formeleingabe gelten die auch sonst blichen Regeln Au erdem erlaubt die Funktion synth a b c die Definition einer har monischen Zusammensetzung nach a sin 360 x b sin 2 360 x c sin 3
71. Kabel 50 cm schwarz 500 424 7 Kabel 100 cm schwarz 500 444 4 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Der Strom der Prim rspule des Transformators liefert das Power CASSY Der magnetische Fluss wird aus der Induktionsspannung U der Sekund rspule die von Eingang B des Sensor CASSYs ge messen wird berechnet Alternativ kann das Experiment auch ohne Power CASSY unter Verwendung des Funktionsgenera tors S12 durchgef hrt werden Dieser ist auf Dreieck Frequenz etwa 0 1 Hz und Amplitude etwa 2 V einzustellen Zur Aufnahme der Neukurve wird auf I 0 A getriggert Um diesen Zeitpunkt exakt zu erwischen wird der Strom vor Aufnahme der Kurve vom Relais am Transformator vorbeigeleitet und flie t durch einen Widerstand von 1 Q A CASSY Lab 173 Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden mit Power CASSY E Einstellungen laden ohne Power CASSY e Evtl Offset der am Eingang B korrigieren dazu in Einstellungen UB Korrigieren w hlen als ersten Sollwert 0 V eingeben und Offset korrigieren e Eisenkern entmagnetisieren z B durch mehrere kr ftige Schl ge mit der Stirnfl che des Jochs auf die beiden Stirnfl chen des U Kerns e Messung mit F9 starten e Messung nach einer Periode der Hysteresekurve oder bei 0 Vs dann entf llt n chstes Mal das Entmagnetisieren wieder mit F9 stoppen e Wenn die Hysteresekurve im zweiten und vierten Quadranten verl uft hilft ein Verpolen der An schl sse an einer der bei
72. Kurvenformen h ngen stark vom gew hlten Zeitintervall ab Das Zeitintervall kann nur ein Kompromiss sein zwischen dichter Messwertfolge gut ausgepr gten s t Minima und Maxima kleineres Zeitintervall sowie kleinen Fehlern im v t und a t Diagramm gr eres Zeitintervall A CASSY Lab 71 Gekoppelte Pendel aprini r N E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Zwei gekoppelte Pendel schwingen gleichphasig mit der Frequenz f1 wenn sie um die gleiche Strecke aus der Ruhelage ausgelenkt wurden Wird das zweite Pendel in entgegengesetzter Richtung ausge lenkt schwingen die Pendel gegenphasig mit der Frequenz f2 Lenkt man nur ein Pendel aus wird eine gekoppelte Schwingung mit der Frequenz fn f1 f2 erzeugt bei der die Schwingungsenergie zwischen den beiden Pendeln hin und her bertragen wird Das erste Pendel kommt nach einer gewissen Zeit zur Ruhe w hrend das zweite gleichzeitig seine gr te Amplitude erreicht Die Zeit von einem Stillstand eines Pendels zum n chsten bezeichnet man Ts F r die zugeh rige Schwebungsfrequenz gilt fs f1 f2 Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Paar Stabpendel 346 03 1 Satz Lastst cke 340 85 2 Halteb gel steckbar 314 04 1 Schraubenfeder 3 N m 352 10 2 STE Tachogeneratoren 579 43 2 Muffenblocks 301 25 1 Stativstange 25 cm d 10mm 301 26 2 Stativstangen 50 cm d 10 mm 301 27 2 Stativf e MF 301 21 2 Paar Kabel 100 cm
73. Lab 524 200 1 V Box 524 040 4 30 A Box 524 043 104 CASSY Lab m NNa a ad Feldspule d 120 mm 516 244 St nder f r Rohre und Spulen 516 249 Satz Induktionsspulen 516 241 Dreieckstrom Netzger t 521 56 Experimentierkabel 50 cm blau 501 26 Experimentierkabel 100 cm rot 501 30 Experimentierkabel 100 cm blau 501 31 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die gro e Spule wird mit konstantem dl dt entweder vom Power CASSY oder vom Dreieckstrom Netzger t versorgt Im zweiten Fall muss der flie ende Strom noch mit der 30 A Box an Eingang A des Sensor CASSYs gemessen werden Die induzierte Spannung der Induktionsspulen wird mit der uV Box auf Eingang B erfasst Versuchsdurchf hrung a Messung der Induktionsspannung U in Abh ngigkeit von der Fl che A der Induktionsspulen E Einstellungen laden e Spule 1 A 0 0025 m N1 300 Windungen in gro e Feldspule legen und an V Box anschlie Ben e Messung mit F9 durchf hren e Messung mit den Spulen 2 A 0 0015 m und 3 A 0 0010 m wiederholen b Messung der Induktionsspannung U in Abh ngigkeit von der Anzahl N1 der Spulenwindungen E Einstellungen laden e Spule 1 N1 100 Windungen in der gro en Feldspule an uV Box anschlie en e Messung mit F9 durchf hren e Messung mit N1 200 und N1 300 der Spule 1 wiederholen c Messung der Induktionsspannung U in Abh ngigkeit von dl dt E Einstellungen laden e Spule 1 N1 300 Windungen
74. Lichtschranke gehalten dass sie beim Fall mit ihren Sprossen die Licht schranke unterbricht Die Lichtschranke wird ber den Eingang E der Timer Box am Sensor CASSY angeschlossen Durch Anh ngen von Lastst cken an die Leiter kann die Massenabh ngigkeit der Erdbeschleunigung best tigt werden Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Messung mit F9 starten e Leiter so durch die Lichtschranke fallen lassen dass alle 21 Sprossen die Lichtschranke passieren e Messung stoppt automatisch 0 2 s nach Erkennen der ersten Sprosse oder nach 21 Sprossen Eine Fehlmessung kann durch Letzte Messreihe l schen rechte Maustaste auf Tabelle wieder aus der Tabelle entfernt werden e Messung kann f r andere Massen oder Fallh hen wiederholt werden Dazu wieder mit F9 starten 62 CASSY Lab m Auswertung Es ist jeweils eine Darstellung f r Weg s t Geschwindigkeit v t und Beschleunigung a t vorbereitet die angeklickt werden kann Im s t Diagramm kann durch eine Parabelanpassung und im vft Diagramm kann durch eine Geradenanpassung und im aft Diagramm durch eine Mittelwertbildung die Erdbeschleunigung g ermittelt werden Die Zahlenwerte der Auswertung in der Statuszeile lassen sich durch F6 gro darstellen Da beim Unterbrechen der Lichtschranke durch die ersten Sprosse die Leiter eine Anfangsgeschwin digkeit hatte ist der Scheitelpunkt der s t Parabel nicht zu sehen und geht die v t Gerade nicht durch den Ursprung Zur besseren Ve
75. Messung mit F9 ausl sen Auswertung Wenn die Amplituden der beiden Stimmgabeln gleich gro sind bilden sich in der Schwebung die Knoten und B uche gut aus Die Schwebungsfrequenz fs ergibt sich aus dem Abstand Ts zwischen zwei Knoten zu fs 1 Ts F r eine gute Genauigkeit der Ermittlung der neuen Schwingungsdauer Tn ist es sinnvoll ber etwa 10 Perioden zu mitteln und erst dann die neue Schwingungsfrequenz als fn 1 Tn zu bestimmen Als Hilfsmittel zur Bestimmung der Zeitdifferenzen eignen sich z B senkrechte Markierungslinien oder die direkte Differenzbestimmung Im Beispiel ergibt sich f1 425 Hz f2 440 Hz fn 433 Hz fs 14 5 Hz und best tigt damit gut die Theorie fn f1 f2 432 5 Hz und fs f1 f2 15 Hz Im Frequenzspektrum mit der Maus anklicken lassen sich die beiden Frequenzen f1 und f2 der Stimmgabeln sowie deren Amplituden ablesen Die Frequenzen lassen sich dort am einfachsten als Peakschwerpunkte bestimmen A CASSY Lab 75 Schallgeschwindigkeit in Luft E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Im Versuch wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Schallimpulses bestimmt und damit da Gruppen und Phasengeschwindigkeit bereinstimmen die Schallgeschwindigkeit Der Schallimpuls wird erzeugt indem eine steile Spannungsflanke die Membran eines Lautsprechers ruckartig bewegt diese Bewegung bewirkt die Druckschwankung in der Luft Im einem Abstand zum Lautsprecher wird der Schallimpuls
76. Mittelwert kann auch als Text in das Diagramm geschrieben werden Durch Doppelklick auf eine Mittelwertlinie kann diese wieder aus dem Diagramm gel scht werden Anpassung durchf hren Es stehen acht verschiedene Anpassungen zur Verf gung Ausgleichsgerade y Ax B Ursprungsgerade y Ax Parabel y Ax Bx C Hyperbel 1 x y Alx B Hyperbel 1 x y A x B Exponentialfunktion y A exp x B Einh llende einer Schwingung y A exp x B C D mpfung bei Luftreibung Freie Anpassung y f x A B C D Nach Wahl der Anpassung muss noch mit der linken Maustaste der Kurvenbereich gew hlt werden in dem die Anpassung ausgef hrt werden soll A CASSY Lab 19 Bei der freien Anpassung m ssen vor der Bereichsmarkierung die Funktion f x A B C D sinnvolle Startwerte und die maximal erlaubte Ausf hrungszeit angegeben werden F r die Funktionseingabe gelten die blichen Regeln Die Startwerte sollten m glichst realistisch gew hlt werden damit die Anpassung eine gute Chance auf Erfolg hat Falls eine Anpassung fehlschl gt kann sie mit ver n derten Startwerten und oder l ngeren Ausf hrungszeiten wiederholt werden Au erdem k nnen ein zelne Parameter A B C oder D w hrend der Anpassung konstant gehalten werden Die aktuellen Parameter der Anpassung A B C und D werden bei der Anpassung in der Statuszeile eingetragen Eine eventuell dort platzierte Koordinatenanzeige wird dabei ausgeschaltet Diese Werte k nnen danach als Text in das Diagramm
77. Module m glichst nur Steckernetzger t 12 V 1 6 A ver wenden Datenlogger Das CASSY Display hat einen integrierten Datenspeicher in dem es Messdaten abspeichern kann Von dort aus k nnen die Daten sp ter von CASSY Lab ausgelesen werden Wenn das CASSY Display am Computer angeschlossen ist wird es in der aktuellen Anordnung der CASSY Module auf der CASSY Seite der Einstellungen dargestellt Das Auslesen der Daten geschieht dann einfach ber Anklicken von Daten auslesen Gleichzeitig wird dabei auch die Echtzeituhr des CASSY Displays auf die Systemzeit des Computers gestellt Bitte sorgen Sie daher f r eine korrekte Systemzeit des Computers F r die weitere Bedienung des CASSY Displays bitte die dort beiliegende Gebrauchsanweisung be achten A CASSY Lab 41 Andere serielle Ger te CASSY Lab unterst tzt neben dem CASSY auch andere serielle Ger te Sie k nnen auch gleichzeitig zu CASSY an einer anderen freien seriellen Schnittstelle verwendet werden Dazu geh ren E ASCII einstellbar Z Waage div Hersteller E VideoCom 337 47 E IRPD 332 11 E Metra Hit 531 28 531 30 E Temperaturmessger t 666 209 666 454 E Digitales Spektralphotometer 667 3491 E Data Logger 666 252 E pH Meter 666 221 E Conductivity Meter 666 222 E Lux Meter 666 223 666 230 E O2 Meter 666 224 E Photo Meter 666 225 E Sound Level Meter 666 231 Z Optical Power Meter 736 435 E Antennendrehtis
78. Momentanwert gemessen ber viele Messwerte gemittelt oder ihr Effektivwert bestimmt werden Normalerweise reicht eine ungemittelte Messung der Momentan werte aus Ist das Eingangssignal jedoch verrauscht oder mit Brumm berlagert sind gemittelte Werte erforderlich Bei Wechselspannungen misst man in der Regel Effektivwerte eine zweikanalige Effektivwertmessung erzeugt automatisch den passenden cos g Kanal Wenn das Zeitintervall kleiner als 10 ms ist weicht in den letzten beiden F llen die Messwertaufnahme in die Tabelle und in das Diagramm von den Anzeigeinstrumenten ab Dadurch ist es gleichzeitig m glich Kurvenformen und Effektivwerte darzustellen Standardm ig werden die gemittelten Werte und die Effektivwerte w hrend einer Zeit von 100 ms berechnet Diese Zeit kann global f r alle Eing nge ver ndert werden Bei Verwendung des Power CASSYs wird diese Zeit bei jeder Frequenz nderung so ver ndert dass immer eine ganze Anzahl von Perioden ausgewertet wird Wenn die Genauigkeit der Messwerte nicht ausreicht kann diese durch Korrigieren noch erh ht wer den Dies kann z B erforderlich werden wenn eine spezielle pH Elektrode an das Programm ange passt werden soll Spezialtasten oft nicht sichtbar Box LED Leuchtdiode auf der Sensorbox an aus z B SMOOTH Br cken Box oder COMPENSATION Voraussetzung zum Taraabgleich bei der B Box gt 06 Nullpunkteinstellung macht den aktuellen Wert zum Nullpunkt z B f r
79. SY Elektroden und Sensorboxen so markieren dass sie sp ter am gleichen Eingang wieder verwendet werden k nnen nur dann passt die gespeicherte Kalibrierung Versuchsdurchf hrung e Kalibrierte Einstellungen verwenden oder laden e Anfangswerte mit F9 abspeichern e Die Natronlauge kontinuierlich zutropfen lassen und alle 0 5 ml den zugeh rigen pH und Leitf hig keitswert mit F9 erfassen Auswertung F r die Bestimmung des quivalenzpunkts gibt es zwei M glichkeiten pH Wert Mit rechter Maustaste auf das Diagramm klicken in weiteren Auswertungen quivalenzpunkt bestimmen anklicken und den gew nschten Kurvenbereich markieren Der Wert gegebenenfalls mit pks Wert erscheint in der Statuszeile links unten und kann als Text an eine beliebige Stelle im Dia gramm eingetragen werden Leitf higkeit Mit rechter Maustaste auf das Diagramm klicken in Anpassung durchf hren die Ausgleichsgerade w hlen und den linken Ast der Leitf higkeitskurve markieren Ebenso f r den rechten Ast verfahren Als Markierung kann eine senkrechte Linie durch den Schnittpunkt der beiden Geraden gezeichnet werden Ebenso ist auch eine Koordinatenanzeige m glich A CASSY Lab 179 Weitere Versuchsm glichkeiten Erfassung nur einer Messgr e z B pH Wert Mit der rechten Maustaste auf das Leitf higkeitsfenster klicken und L schen w hlen Das Anzei gefenster und alle anderen der Leitf higkeit veroundenen Daten verschwinden Es wird jetzt nur
80. Totzeit beachten gegebenenfalls ver d nnen 156 CASSY Lab m Aufnahme eines Spektrums mit einem Szintillationsz hler E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrISchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe sind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsregeln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr parate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments aus dem Schutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur am oberen Ende des Me tallhalters anfassen Versuchsbeschreibung Das Spektrum von Sr 90 wird mit einem Szintillationsz hler aufgenommen Der Energieverlust pro Wegstrecke dE dx der B Teilchen in Aluminiumabsorbern wird gemessen A CASSY Lab 157 Ben tigte Ger te Sensor CASSY 524 010 CASSY Lab 524 200 VKA Box 524 058 Satz Radioaktive Pr parate 559 83 Satz Absorber und Targets 559 94 Szintillationsz hler 559 901 Detektor Ausgangsstufe 559 912
81. Trennung von Alkoholen E Beispiel laden Versuchsbeschreibung In diesem Versuch zur Trennung verschiedener Alkohole wird die vom Detektor gelieferte am Schrei berausgang des Gaschromatographen anliegende Spannung gegen die Zeit gemessen Zur qualitativen Analyse lassen sich die Retentionszeiten der einzelnen Peaks ermitteln Die Bestim mung der Peakfl chen durch Integration erlaubt die quantitative Untersuchung der Probe Bitte beachten Sie auch die Gebrauchsanweisung des verwendeten Gaschromatographen Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Gaschromatograph LD1 665 580 1 Trenns ule mit Porapak P 665 584 1 Kohlenwasserstoff Sensor Detektor 665 582 1 Luftpumpe 662 286 1 Blasenz hler 309 064 75 1 Mikroliterspritze 1 ul 665 617 1 Ersatzkan len 3 St ck 665 616 1 Paar Kabel 50 cm rot und blau 501 45 1 PC ab Windows 95 98 NT Ben tigte Chemikalien Methanol 250 ml 673 270 Ethanol abs 250 ml 671 970 Propanol 1 250 ml 674 431 Propanol 2 250 ml 674 440 188 CASSY Lab m Versuchsaufbau siehe Skizze e Probe vorbereiten z B ein Gemisch verschiedener Alkohole wie Methanol Ethanol und Propanol e Gaschromatograph GC mit Trenns ule Porapak P und Kohlenwasserstoff Sensor Detektor aufbauen e Eingang des GCs mit Luftpumpe verbinden Ausgang mit Blasenz hler e Luftpumpe einschalten e GC mit Steckernetzger t verbinden LED am GC leuchtet Versuchsdurchf hrung E
82. Versuchsvorschl ge e Aufzeichnen eines EKGs vor und nach Belastung z B Laufen auf der Stelle e Statistik zur Dauer der einzelnen Abschnitte ber alle Praktikumsteilnehmer e Unterschiede zwischen Frauen und M nnern 206 CASSY Lab m Elektromyogramm EMG Ej Beispiel laden Sicherheitshinweis Die ermittelten Werte und Diagramme haben keine medizinische Aussagekraft und dienen nicht zur Kontrolle des Gesundheitszustandes des Menschen Die EKG EMG Box darf nur in bereinstimmung mit der Gebrauchsanweisung betrieben werden Versuchsbeschreibung Es werden elektrische Potentiale von aktivierten Muskeln gemessen indem in der N he der Muskeln Oberfl chenelektroden angebracht werden Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 EKG EMG Box 524 049 1 Elektrodengel 662 112 1 Desinfektionssppray 662 113 4 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsvorbereitung siehe Skizze Zur Aufnahme einer EMG Kurve der Fingermuskulatur werden die Elektroden am Anfang und am Ende des Muskels auf der Unterseite eines Unterarms befestigt und die Bezugselektrode auf der ge gen berliegenden Seite der Muskelgruppe hier also auf der Oberseite des Unterarms Die Elektroden sind wie folgt anzuschlie en rot Muskelanfang Unterseite Unterarm gelb Muskelende Unterseite Unterarm gr n Bezugselektrode Oberseite Unterarm Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Messung mit F9 starten e W hrend der Aufnahme der EMG Ku
83. Weg Kraft Druck Ereignisse Sto Sse s Vorzeichenumkehr beim Weg Bewegungsaufnehmer mit der BMW Box Au erdem gibt es noch spezielle Eingabefelder die die Benutzung der BMW Box GM Box und Ti mer Box erheblich erleichtern z B Torzeit Breite der Unterbrecherfahne und auch nur angezeigt werden wenn die passende Box aufgesteckt ist Bei der Reaktionstest Box muss das Reaktionssignal erst durch das Dr cken eines Tasters Hand oder Fu taster angefordert werden Die eigentliche Reaktion muss dann nach Erscheinen des Zei gers im Anzeigeinstrument entsprechend der Farbe des Zeigers rot gr n oder gelb erfolgen E Siehe auch Do Messgr en Sensoreingang CASSY Lab 33 Die erfassbaren Messgr en eines Sensoreingangs h ngen ganz entscheidend von der Sensorbox ab die auf den Sensoreingang aufgesteckt ist Folgende Tabelle definiert die Zuordnung zwischen Sensorbox Messgr e und Sensor Nr 524 031 524 032 524 033 524 034 524 035 524 036 524 037 524 038 524 039 524 040 524 041 524 042 524 043 524 044 Sensorbox ohne Stromquellen Box BMW Box GM Box Timer Box pH Box KTY Box Leitf higkeits Box B Box dU Box V Box Br cken Box Kraftsensor S 50 N 30 A Box Temperatur sensor S NTC Messgr e Spannung Strom Widerstand Weg Weg As 1 mm Winkel As 1 mm Weg As 1 cm Winkel As 1 cm Ereignisse Rate Pegel Ere
84. Wenn bereits Kan le aktiviert sind wird nicht mehr die aktuelle Anordnung angezeigt Stattdessen werden die aktiven Kan le mit der aktuellen Anordnung verglichen und die Abweichungen angezeigt Somit ist es z B leicht m glich nach dem Laden einer Messdatei die damals vorliegende Anordnung von CASSY Modulen und Sensorboxen wiederherzustellen Wird nicht die aktuelle Anordnung angezeigt so kann dies durch Anordnung aktualisieren erzwun gen werden Dabei gehen die aktivierten Kan le verloren Sind bereits Kan le aktiviert dann kann durch Messparameter anzeigen das Messparameter Fenster ge ffnet werden E Siehe auch A CASSY Lab 23 Einstellungen Parameter Formel FFT 8 Einige Gr en k nnen nicht direkt mit CASSY gemessen werden und liegen deshalb nicht als CASSY Kanal vor Wenn solche Gr en trotzdem in einer Tabelle oder in einem Diagramm angezeigt werden sollen m ssen die Gr en hier definiert werden Neue Gr e legt dazu einen neuen Datensatz an beginnend mit dem Namen dieser Gr e Die neue Gr e muss ein Symbol erhalten unter dem sie angesprochen werden kann Dieses Symbol sollte aus m glichst wenigen aber aussagekr ftigen Buchstaben bestehen und darf auch aus einem amp Zeichen gefolgt von einem Buchstaben bestehen Es wird dann der entsprechende griechische Buch stabe angezeigt sonst nur der lateinische Au erdem sind die vorgeschlagenen Werte f r den Mess bereich und die Achsenskalierung wic
85. a gramm ge ndert werden Koordinaten anzeigen Nach dem Einschalten dieser Funktion enth lt die Statuszeile die aktuellen Koordinaten des Mauszei gers wenn dieser sich in einem Diagramm befindet Die Koordinatenanzeige ist solange aktiv bis sie durch die erneute Wahl dieses Men punkts wieder ausgeschaltet wird oder eine der Auswertungen Markierung setzen Mittelwert einzeichnen Anpassung durchf hren Integral berechnen oder eine der weiteren Auswertungen ein Ergebnis in die Statuszeile schreibt Die aktuellen Koordinaten k nnen auch in das Diagramm geschrieben werden Dabei muss der Me n punkt Text mit Alt T ber die Tastatur aufgerufen werden ohne die Position des Mauszeigers zu ver ndern da sonst die falschen Koordinaten bernommen werden Die aktuelle Einstellung kann als Vorgabe f r weitere Starts des Programms in den Allgemeinen Ein stellungen abgespeichert werden Abk rzung Tastatur Alt K A CASSY Lab 17 Linienbreite w hlen Die Linienbreite f r die Anzeige des Diagramms und der darin durchgef hrten Auswertungen ist ein stellbar Zur Auswahl stehen schmale mittelbreite und dicke Linien Die aktuelle Einstellung kann als Vorgabe f r weitere Starts des Programms in den Allgemeinen Ein stellungen abgespeichert werden Werteanzeige w hlen Es stehen vier verschiedene Funktionen zur Verf gung um die Anzeige der Werte zu beeinflussen Werte einblenden Quadrate Dreiecke Kreise Rauten Verbindungsli
86. agegen CASSY Lab nur mit anderen seriellen Ger ten verwendet werden ist dazu kein Frei schaltcode erforderlich Sollte Ihnen der Freischaltcode fehlen faxen Sie bitte die Rechnung ber CASSY Lab 524 200 an 49 2233 604607 Es wird Ihnen dann sobald wie m glich Ihr Freischaltcode zur ckgefaxt F r eine bergangszeit l sst sich CASSY Lab auch noch ohne Freischaltung mit CASSY verwenden max 20 Nutzungen Auch zuk nftige Versionen die beispielsweise im Internet bereitgestellt werden nutzen diese Frei schaltung Auch Updates sind damit uneingeschr nkt verwendbar E Update aus dem Internet laden Erste Messwerte Wenn ein oder mehrere CASSYs erkannt worden sind zeigt die CASSY Seite des Einstellungsfens ters F5 die aktuelle Konfiguration mit eventuell aufgesteckten Sensorboxen Um eine Messung durchzuf hren braucht nur der entsprechende Eingang oder Ausgang D angeklickt zu werden Einstellungen CASSY Parameter Formel FFT Darstellung Kommentar Allgemein d AD D _ u 0 LD 524 010 LD 524 011 Ein aktiver Ein oder Ausgang Kanal wird danach farbig markiert und als Button rechts oben zu den Speed Buttons des Hauptfensters einsortiert hier IA1 und UBt Diese Buttons stellen die ein fachste M glichkeit dar ein Anzeigeinstrument D des Kanals anzuzeigen oder zu schlie en linke Maustaste oder seine Einstellungen zu ver ndern rechte Maustaste Au erdem erscheint der Kanal anfan
87. albleiter Bauelementen geh ren die Halbleiter Dioden Sie enthalten einen Halbleiter Kristall in dem ein n leitendes und ein p leitendes Gebiet aneinandergrenzt Durch Rekom bination der Ladungstr ger also der Elektronen aus dem n leitenden und der L cher aus dem p leitenden Gebiet entsteht in der Grenzschicht eine Zone geringer Leitf higkeit Sie wird vergr ert wenn ein u eres elektrisches Feld die Elektronen bzw L cher aus der Grenzschicht zieht Diese Richtung des elektrischen Feldes wird als Sperrrichtung bezeichnet Bei umgekehrtem elektrischen Feld werden Elektronen bzw L cher in die Grenzschicht getrieben und erleichtern den Stromdurch gang durch die Diode Im Versuch werden Strom Spannungs Kennlinien verschiedener Dioden Si Ge und Leuchtdioden aufgezeichnet und miteinander verglichen A CASSY Lab 123 Ben tigte Ger te N a a a a o oo 2 Sensor CASSY 524 010 CASSY Lab 524 200 Rastersteckplatte DIN A4 576 74 STE Widerstand 100 Q 577 32 STE Si Diode 1N4007 578 51 STE Ge Diode AA118 578 50 STE Leuchtdiode gr n 57857 STE Leuchtdiode gelb 57847 STE Leuchtdiode rot 578 48 STE Leuchtdiode infrarot 578 49 Experimentierkabel 50 cm blau 500 422 Paar Kabel 50 cm rot und blau 501 45 PC ab Windows 95 98 NT Alternativ mit Power CASSY N e a a a a a oo Sensor CASSY 524 010 Power CASSY 524 011 CASSY Lab 524 200 Rastersteckplatte DIN A4 576 74 STE Widerstand 100 Q 577 32 STE Si Diode 1N4007 5
88. alognummer des Ger ts mit der Angabe im Dialogfenster A CASSY Lab 45 Versuchsbeispiele Physik Die Versuchsbeispiele helfen Ihnen beim Einsatz von CASSY Lab Gegebenenfalls ist die entspre chende Kennzahl des Hauptkatalogs Physikversuche mit angegeben Die Messdaten oder Einstellun gen der Beispiele k nnen direkt in CASSY Lab geladen werden Klicken Sie einfach auf die J Zeichen in den Beschreibungen Neue Beispiele sind mit einem roten gekennzeichnet Gleichf rmige Bewegungen zwischen zwei Lichtschranken Beschleunigte Bewegungen zwischen Haltemagnet und Lichtschranke P1 3 2 2 Bewegungen mit Speichenrad Newtondefinition P1 3 3 4 6 Bewegungen auf der Luftkissenfahrbahn Newtonsche Bewegungsgleichung P1 3 4 1 2 Impuls und Energieerhaltung Sto Impulserhaltung durch Messung der Schwerpunktbewegung Sto Actio Reactio durch Messung der Beschleunigungen Sto P1 3 5 3 Freier Fall mit g Leiter P1 4 1 2 Drehbewegungen Newtonsche Bewegungsgleichung P1 4 2 1 2 Drehimpuls und Energieerhaltung Drehsto Zentrifugalkraft P1 5 2 1 Harmonische Schwingungen eines Federpendels Gekoppelte Pendel P1 7 1 3 Akustische Schwebungen P1 7 3 3 Schallgeschwindigkeit in Luft Schallgeschwindigkeit in Luft mit 2 Mikrofonen P1 7 35 Schallgeschwindigkeit in Festk rpern P1 7 7 4 Tonanalyse Tonsynthese P2 6 2 4 pV Diagramm eines Hei luftmotors P3 1 2 3 Coulombsches Gesetz P3 3 3 3 Kraft im magnetischen Feld einer Luftspule P3 3 3 2 Kraft im
89. amme eines Bunsen brenners oder mit der Warmluft aus einem F n e Keine brennende Flamme in der Umgebung des Experiments w hrend der Durchf hrung sonst wird die Luft ionisiert e Anstelle der Hochspannungsquelle andere Ladungsquellen z B an frisch gewaschenen Haaren geriebener PVC Stab ausprobieren e Trockenes Wetter ist Voraussetzung Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Wegnullpunkt kalibrieren dazu Kugeln ber hren lassen in Einstellungen sB1 Korrigieren w hlen als ersten Sollwert 3 8 cm Abstand der beiden Kugelmittelpunkte voneinander eingeben und Offset korrigieren w hlen e Startposition bei etwa 0 5 cm lichtem Abstand zwischen beiden Kugeln einnehmen e Ladungen beider Kugeln ber den geerdeten Anschlussstab ableiten e Kraftnullpunkt einstellen dazu in Einstellungen FA 0 bet tigen evtl mehrmals und falls erforderlich durch LED an aus die Smooth LED auf der Br cken Box einschalten e Kugeln gleich oder gegennamig aufladen dazu am Hochspannungsnetzger t ein Pol auf Erde und den anderen Pol f r wenige Sekunden auf jeweils eine Kugel legen Dabei sollte sich eine Kraft von mindestens 5 mN einstellen siehe obige Experimentierhinweise Falls gew nscht kann der Nullpunkt des Kraft Fensters und damit der y Achse des Diagramms in den Einstellungen FA1 von mittig auf links oder rechts umgestellt werden 90 CASSY Lab m e Messung mit F9 starten e Messwagen langsam von Hand vom Kraf
90. ang 1 Analoger Stromeingang A auf 4 mm Sicherheitsbuchsen Messbereiche 0 1 0 3 1 3 A Messfehler Spannungsmessfehler zuz glich 1 Eingangswiderstand lt 0 5 Q au er bei berlast weitere Daten siehe Spannungseing nge 2 Analoge Eing nge auf Sensorbox Steckpl tzen A und B Anschluss aller CASSY Sensorboxen und Sensoren m glich Messbereiche 0 003 0 01 0 03 0 1 0 3 1 V Eingangswiderstand 10kQ weitere Daten siehe Spannungseing nge Technische Daten ndern sich entsprechend einer aufgesteckten Sensorbox Erkennung der dann m glichen Messgr en und Bereiche automatisch durch CASSY Lab nach Aufstecken einer Sensorbox Timer Eing nge mit 32 Bit Z hlern auf Sensorbox Steckpl tzen A und B z B f r BMW Box GM Box oder Timer Box Z hlfrequenz max 100 KHz Zeitaufl sung 0 25 us Messzeit zwischen zwei Ereignissen am selben Eingang min 100 us Messzeit zwischen zwei Ereignissen an verschiedenen Eing ngen min 0 25 us Speicher max 10 000 Zeitpunkte 2 500 pro Eingang Umschaltrelais Schaltanzeige mit LED Bereich max 100V 2A Analoger Ausgang PWM Ausgang pulsweitenmoduliert schaltbare Spannungsquelle Schalt anzeige mit LED z B f r Haltemagnet oder Experimentversorgung Spannung variabel max 16 V 200 mA Last gt 80 Q PWM Bereich 0 aus 5 95 1 Aufl sung 100 an PWM Frequenz 100 Hz Digitale Eing nge TTL auf Sensorbox Steckpl tzen A und B z Zt nur f r automatische Sensorbo
91. arrungspunkt von Palmitins ure 180 Hydrolyse von terti rem Butylchlorid Reaktionskinetik 182 Gaschromatographie Trennung von Alkanen aus Feuerzeuggas 185 Gaschromatographie Trennung von Alkoholen 187 Gaschromatographie Trennung von Luft 189 Gasgesetze 191 Auftrennung eines Zweikomponentengemisches in der Rektifikationsapparatur CE2 194 Aufnahme des Spektrums einer Rohchlorophyli L sung mit dem Spektralphotometer 667 3491 197 Versuchsbeispiele Biologie 199 Puls 200 Hautwiderstand 201 Elektrokardiogramm EKG 203 Elektromyogramm EMG 206 Blutdruck 207 Do Reaktionszeit Lungenvolumen Spirometrie Langzeitmessung von Klimadaten Versuchsbeispiele Technik Antennentechnik CASSY Lab 209 211 213 215 216 6 CASSY Lab m Einleitung Dieses Handbuch soll einen berblick ber die M glichkeiten der Software CASSY Lab geben Es ist textidentisch mit den Hilfen die auch im Programm praktisch jederzeit per Mausklick erreichbar sind Die im Programm enthaltenen Hilfen bieten zus tzliche Erleichterungen e Verweise k nnen direkt mit der Maus angesprungen werden e Versuchsbeispiele und Einstellungen werden einfach per Mausklick geladen e Neben einer Indexsuche ist auch eine Volltextsuche m glich Installation Die Installation von CASSY Lab erfolgt entweder e automatisch nach Einlegen der CD ROM oder e manuell durch Start der Datei autorun exe und durch Befolgen der Bildschirmmitteilungen Wichtige Information
92. askadieren di rekt aneinander stecken Die Analogeing nge des Sensor CASSYs werden folgenderma en belegt e Sensoreingang A1 ber Experimentierkabel mit Spannungsausgang des CPS Elektronischen Wegaufnehmers verbinden e Sensoreingang B1 ber Temperatur Box mit dem NiCr Ni Temperaturf hler verbinden e Sensoreingang A2 ber Experimentierkabel mit dem Spannungsausgang des CPS P U Wandlers verbinden Versuchsdurchf hrung a Gesetz von Boyle Mariotte T konst p 1 V E Einstellungen laden e Dreiwegehahn ffnen e Stempel des Kolbens bis zur 100 ml Marke herausziehen und Umlenkrolle bis kurz vor Linksan schlag drehen e Volumen V 725ml kontrollieren ggf mit Justierschraube des CPS Elektronischen Wegaufnehmers einstellen e Hahn so schlie en dass nur eine Verbindung vom Kolben zur Flasche besteht weitere Luft also von au en nicht eindringen kann e Erste Messwerte mit F9 aufnehmen e Stempel vorsichtig in 10 ml Intervallen hineinpressen und warten bis sich die vorher gemessene Temperatur Au entemperatur wieder eingestellt hat e Weitere Messwerte jeweils mit F9 aufnehmen b Gesetz von Amontons V konst p T E Einstellungen laden e Dreiwegehahn ffnen zur Bel ftung der Woolfschen Flasche Hahn so schlie en dass keine Verbindung zur Flasche besteht Heizplatte und Magnetr hrer einschalten Automatische Messung mit F9 starten Bevor das Wasser im Becherglas zu sieden beginnt Heizplatte abschalten und die
93. aste erreichen Die D mpfungen von 6 dB Oktave bzw 20 dB Dekade lassen sich in einer doppelt logarithmierten Darstellung einfach als Steigung 1 ablesen D CASSY Lab 121 Kennlinie einer Gl hlampe E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Bei einer Gl hlampe verlaufen Spannung und Strom nicht proportional zueinander Ihr Widerstand h ngt stark von der Temperatur ab Da sich eine Gl hlampe bei Stromzufuhr erw rmt werden beim Ein und Ausschalten des Stromes unterschiedliche Kennlinien durchfahren Au erdem h ngt die Kennlinie von der Anstiegsgeschwindigkeit dU dt der Spannung ab Ben tigte Ger te 1 Power CASSY 524 011 1 CASSY Lab 524 200 1 Satz 10 Gl hlampen 12 V 3 W 505 08 1 STE Schraubfassung E10 oben 57906 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die Gl hlampe kann direkt auf das Power CASSY aufgesteckt werden Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Messung mit F9 durchf hren Gl hlampe wird ein und wieder ausgeschaltet e Evtl Schaltfrequenz der Gl hlampe in Einstellungen U1 sowie Messzeit im Messparameter Fenster ndern und Versuch wiederholen Auswertung In der Kennlinie lassen sich die Kehrwerte von Kalt und Hei widerstand der Gl hlampe durch Gera denanpassungen ermitteln 122 CASSY Lab m Kennlinie einer Diode E Beispiel laden ohne Power CASSY E Beispiel laden mit Power CASSY Versuchsbeschreibung Zu den einfachsten H
94. ate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments aus dem Schutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur am oberen Ende des Me tallhalters anfassen Versuchsbeschreibung Es wird das Spektrum des Am 241 Pr parates aufgenommen und eine Energiekalibrierung anhand bekannter Linien durchgef hrt 140 CASSY Lab m Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 VKA Box 524 058 1 Am 241 Pr parat 559 82 1 Streukammer nach Rutherford 559 56 1 Diskriminator Vorverst rker 559 93 1 Verbindungskabel 6polig 1 5 m 501 16 1 HF Kabel 1m 501 02 1 HF Kabel 0 25 m 501 01 1 Drehschieber Vakuumpumpe D 2 5 E 378 752 1 Kleinflansch DN 16 KF mit Schlauchwelle 378 031 1 Vakuumschlauch d 8 mm 307 68 4 PC ab Windows 95 98 NT zus tzlich empfohlen 1 Auspuff Filter AF 1 8 378 764 1 Zweikanal Oszilloskop 303 575 211 Versuchsaufbau siehe Skizze Das Pr parat und der Detektor werden in der Rutherford Streukammer platziert Der Detektor wird ber das kurze HF Kabel mit dem Diskriminator Vorverst rker verbunden Der Diskriminator Vorverst rker wird mit der VKA Box verbunden Die Pumpe wird an die Rutherford Streukammer an geschlossen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Rutherford Streukammer evakuieren e Messung mit F
95. ators 110 Ged mpfter Schwingkreis 112 Gekoppelte Schwingkreise 114 Erzwungene Schwingungen Resonanz 116 RLC Filter Tiefpass Hochpass Bandpass 118 Kennlinie einer Gl hlampe 121 Kennlinie einer Diode 122 Kennlinie eines Transistors 125 Temperaturregelung 127 Helligkeitsregelung 130 Spannungsregelung 132 Quadratisches Abstandsgesetz f r Licht 134 Poissonverteilung 136 Halbwertszeit von Radon 137 Alpha Spektroskopie an radioaktiven Proben Am 241 139 Bestimmung des Energieverlustes von Alpha Strahlung in Luft 141 Bestimmung des Energieverlustes von Alpha Strahlung in Aluminium und in Gold 144 Altersbestimmung an einer Ra 226 Probe 146 Nachweis von Gamma Strahlung mit einem Szintillationsz hler Cs 137 148 Aufnahme und Kalibrierung eines Gamma Spektrums 150 Absorption von Gamma Strahlung 152 Identifizierung und Aktivit tsbestimmung an schwach radioaktiven Proben 154 Aufnahme eines Beta Spektrums mit einem Szintillationsz hler 156 Quantitative Beobachtung des Compton Effekts 158 Aufnahme des komplexen Gamma Spektrums von Ra 226 und seinen Zerfallsprodukten 160 Aufnahme des komplexen Gamma Spektrums eines Gl hstrumpfes 162 Koinzidenz und Gamma Gamma Winkelkorrelation beim Zerfall von Positronen 164 Messungen mit dem Einkanal Analysator 167 Elektrische Leitung in Festk rpern 169 Hysterese von Trafoeisen 171 Versuchsbeispiele Chemie 174 Reaktion von Marmor mit Salzs ure 175 Titration von Salzs ure mit Natronlauge 177 Schmelz und Erst
96. aturf hler dabei in kochendem Wasser anklicken Mit Hilfe des teleskopartigen Stativs das Reagenzglas mit der erstarrten Palmitins ure und dem eingeschmolzenen Temperaturf hler in das ca 80 C hei e Wasserbad setzen Im Programm durch Anklicken der Uhr auf der Symbolleiste oder Dr cken von F9 die Messwert aufnahme starten Wenn die Temperatur oberhalb von etwa 60 C wieder st rker ansteigt die Probe mit dem F hler mittels des Stativs aus dem hei en Wasserbad heben und zum schnelleren Abk hlen in das Be cherglas mit kaltem Wasser setzen alternativ kann man die Probe auch langsamer an der Luft ab k hlen lassen Wenn die Temperatur deutlich unter den Erstarrungspunkt gefallen ist ca 60 C kann die Mes sung mit F9 oder durch Klicken auf das Uhrensymbol beendet werden Auswertung Zur optimalen Darstellung der Grafik k nnen die Bereiche der Fenster ver ndert werden Dazu mit der rechten Maustaste auf die jeweilige Achse klicken oder Zoomen rechte Maustaste auf die Grafik Zur Bestimmung und Markierung des Schmelz und Erstarrungspunktes eine waagerechte Linie rechte Maustaste auf die Grafik und Markierung setzen Waagerechte Linie w hlen so positionie ren dass sie durch den konstanten Erstarrungsbereich verl uft Der in der Statuszeile links unten angezeigten Wert kann als Text rechte Maustaste auf die Gra fik und Markierung setzen Text w hlen in die Grafik bernommen werden Wenn gew nscht kann er dabei a
97. aus dem Schutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur am oberen Ende des Me tallhalters anfassen Versuchsbeschreibung Der Energieverlust von a Strahlung in einer Aluminiumfolie oder Goldfolie wird in Abh ngigkeit von der a Energie bestimmt A CASSY Lab 145 Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 VKA Box 524 058 1 Am 241 Pr parat 559 82 1 Ra 226 Pr parat 559430 1 Streukammer nach Rutherford 559 56 1 Aluminium Folie in Fassung 559 52 1 Diskriminator Vorverst rker 559 93 1 Verbindungskabel 6polig 1 5m 501 16 1 HF Kabel 1m 501 02 1 HF Kabel 0 25 m 501 01 1 Drehschieber Vakuumpumpe 378 752 1 Kleinflansch DN 16 KF 378 031 1 Vakuumschlauch d 8 mm 307 68 4 PC ab Windows 95 98 NT zus tzlich empfohlen 1 Auspuff Filter AF 1 8 378 764 Versuchsaufbau siehe Skizze Das Pr parat die Folie und der Detektor werden in der Rutherford Streukammer montiert Der De tektor wird ber das kurze HF Kabel mit dem Diskriminator Vorverst rker verbunden Der Diskrimina tor Vorverst rker wird mit der VKA Box verbunden Die Pumpe wird an die Rutherford Streukammer angeschlossen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Ra 226 Pr parat und Goldfolie in die Streukammer einbauen e Kammer evakuieren e Goldfolie 2 um dick aus dem Strahlengang schwenken Spektrum aufnehmen F9 dabei die Verst rkung so einstellen dass das Spektrum gut dargestel
98. austauschen das Pr parat bei 10 aufstellen und den Aluminiumstreuer aufstellen Die Zusatzabschirmung in die direkte Sichtlinie zwischen Pr parat und Detektor stellen Spektrum aufnehmen F9 dann Aluminiumstreuer entfernen und erneut ein Spektrum aufnehmen Die Differenz beider Spektren mit und ohne Aluminiumstreuer ergibt das Streuspektrum Die Messung bei verschiedenen Winkeln des Pr parates wiederholen jeweils ein Spektrum mit Aluminiumstreuer und ein Spektrum ohne subtrahieren Beim Aufbau die Zusatzabschirmung ent sprechend verschieben so dass die direkte Sichtlinie Pr parat Detektor blockiert ist Auswertung Aus den Streuspektren Differenz mit und ohne Aluminiumstreuer wird die Energie der gestreuten y Quanten bestimmt und ber dem zugeh rigen Winkel aufgetragen und mit dem theoretischen Wert E E E 1 _ 1 cos 2 mc verglichen Alternativ kann auch eine Freie Anpassung versucht werden 160 CASSY Lab m Aufnahme des komplexen y Spektrums von Ra 226 und seinen Zerfallsproduk ten E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrIlSchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe sind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsrege
99. ch 737 405 ASCII Waage VideoCom IRPD Neben Waagen VideoCom 337 47 und IR Position Detector 332 11 werden auch beliebige Ger te an der seriellen Schnittstelle unterst tzt solange sie ASCII Daten Klartext Zahl und Einheit Mode 8N1 8 Datenbits keine Parit t 1 Stoppbit oder Mode 7E1 7 Datenbits gerade Parit t 1 Stoppbit senden Es wird dann nur die vorgegebene Einheit mit der gesendeten Einheit verglichen Stimmen diese mindestens am Anfang berein dann wird der gesendete Zahlenwert als Messwert angezeigt Wird keine Einheit angegeben werden alle gesendeten Zahlenwerte angezeigt Bei VideoCom und dem IRPD ist die Baudrate fest vorgegeben Da Waagen und andere Ger te mit unterschiedlichen Baudraten arbeiten k nnen ist diese dann einstellbar Probleml sungen Werden keine Messwerte angezeigt kann dies unterschiedliche Gr nde haben e Serielle Schnittstelle falsch angegeben e Schnittstellenparameter falsch Stellen Sie sicher dass das Ger t mit der gleichen Baudrate und im gleichen Mode 8N1 8 Datenbits keine Parit t 1 Stoppbit oder 7E1 7 Datenbits gerade Pa rit t 1 Stoppbit sendet VideoCom und IRPD erf llen dies immer e Verbindungskabel falsch Je nach Ger t kann ein ungekreuztes Kabel 1 1 Kabel oder ein ge kreuztes Kabel Nullmodemkabel notwendig sein VideoCom und IRPD ben tigen ein 1 1 Kabel Waagen in der Regel ein Nullmodemkabel e Einheit falsch Zu Testzwecken kann die Einheit gel scht
100. ch mehrmaliges Dr cken auf das Gef mit Thoriumsalz die lonisationskammer mit Radon 220 beschicken e Nach einer kurzen Beruhigungspause Messreihe mit F9 starten stoppt nach 180 s automatisch Auswertung Zur Bestimmung der Halbwertszeit gibt es mehrere M glichkeiten Durch Setzen von waagerechten und senkrechten Markierungslinien kann die Halbwertszeit grafisch veranschaulicht und abgelesen werden Eine Exponentialanpassung der I t Kurve ergibt als Parameter B der Anpassung den Kehrwert der Zerfallskonstanten A Damit ist die Halbwertszeit t In2 B 0 693 B Aus dem Parameter A einer Geradenanpassung der logarithmierten Darstellung rechte Maustaste auf y Achse und logaritnmieren w hlen ergibt sich die Halbwertszeit zu t log2 A 0 301 A Im Beispiel ergibt sich der Literaturwert t 55 6 s A CASSY Lab 139 a Spektroskopie an radioaktiven Proben Am 241 E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrISchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe sind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsregeln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr par
101. ches nicht vollst ndig entfernen l sst In den unteren 100 Kan len entsteht so eine recht hohe Z hlrate Durch die automatische Skalierung des Spektrums ist die eigentliche Linie dann nur schlecht zu sehen Hier sollte im Diagramm ein Zoom verwendet werden Aufgrund der in ternen Architektur der VKA Box bietet es sich in diesem Fall an mit Verst rkungen unter 4 6 zu ar beiten Bedingt durch die Abdeckung der Pr parate ergibt sich ein hoher Offset der Energie Das gemessene Spektrum beginnt erst bei einer Energie von 1 2 MeV Teilchen mit geringerer Energie werden bereits vor dem Detektor gestoppt 144 CASSY Lab m Bestimmung des Energieverlustes von a Strahlung in Aluminium und in Gold E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrISchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe sind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsregeln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr parate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments
102. cken Messung mit F9 starten Messwertaufnahme beginnt bei steigender Flanke der Induktionsspan nung UB1 evtl Trigger abschalten Nach einigen Stromperioden wieder mit F9 stoppen Messung mit N1 200 und N1 300 der Spule 1 wiederholen A CASSY Lab 105 c Messung der Induktionsspannung U in Abh ngigkeit von der Erregerfeldfrequenz Z Einstellungen laden e Spule 1 N1 300 Windungen in der gro en Feldspule an uV Box anschlie en e Spannungsstellknopf des Dreieckstrom Netzger ts auf Rechtsanschlag drehen Stromstellknopf soweit aufdrehen dass Leistungsbegrenzung LED Pmax gerade noch nicht aktiv ist e di dt 0 2 A s w hlen und Taster zum Einschalten des Dreieckstrommodus dr cken e Messung mit F9 starten Messwertaufnahme beginnt bei steigender Flanke der Induktionsspan nung UB1 evtl Trigger abschalten e W hrend der Messung dl dt in Schritten von etwa 0 4 A s erh hen e Messung wieder mit F9 stoppen Auswertung Je nach Versuchsteil kann nach der Messung in die passenden Darstellung Fl che Windungszahl oder dl dt mit der Maus anklicken gewechselt werden Hier wird eine weitere Tabelle gef llt indem zum jeweiligen Parameter A N1 oder dl dt ber Tastatur in Tabelle eingeben dl dt kann durch eine Geradenanpassung bestimmt werden die Induktionsspannung U ermittelt wird Die Induktionsspan nung U ergibt sich z B aus einer Mittelwertbildung Sie kann danach mit der Maus aus der Status zeile in die Tabelle gezogen wer
103. d ca 2 3 cm oberhalb der Ellenbeuge abschlie t Achten Sie darauf dass der Manschetten schlauch auf der Innenseite des Oberarmes im Bereich der Arterie in Richtung der Hand aus der Manschette austritt Der Metallb gel darf nicht ber der Arterie liegen da sonst die Blutdruckkurve verf lscht werden kann Nachdem das freie Manschettenende nach au en ber den Arm geschlagen 208 CASSY Lab m wurde wird die Manschette mit dem Klettverschluss fixiert Die Manschette sollte straff um den Ober arm liegen darf jedoch vor dem Aufpumpen keinen Druck auf die Arterie aus ben Der Arm sollte w hrend der Messung entspannt und leicht abgewinkelt auf dem Tisch liegen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Evtl Nullpunkt des angezeigten Drucks korrigieren Dazu Einstellungen Blutdruck pA1 aufrufen und 0 w hlen e Manschette mit dem Pumpball bis ca 180 mmHg je nach vermutetem systolischen Wert aufpum pen Der ansteigende Manschettendruck wird angezeigt e Messung mit F9 starten e W hrend der Messung Arm nicht bewegen Die Amplitude der Oszillationen nimmt im Laufe der Messung zu nach Unterschreiten der Systole und wieder ab nach Unterschreiten der Diastole e Bleibt die Amplitude der Oszillation danach mehrmals konstant Messung mit F9 stoppen e Durch Dr cken des roten Knopfes am Handventil Manschette nun vollst ndig bel ften e Zwischen aufeinanderfolgenden Messungen am gleichen Probanden eine Pause von mindestens
104. das Spektrum mit dem kalibrierten Detektor messen das Koinzidenzfenster des anderen Detektors wird auf die 511 keV Linie eingestellt e Den beweglichen Detektor so stellen dass das Pr parat zwischen den Detektoren steht Koinzi denzspektrum aufnehmen e Den beweglichen Detektor so stellen dass er senkrecht zur Verbindungslinie Pr parat anderer Detektor steht Koinzidenzspektrum aufnehmen e Eventuell Koinzidenzspektren bei Zwischenwinkeln aufnehmen e Cs 137 Pr parat gemeinsam mit dem Na 22 Pr parat zwischen den Detektoren befestigen den beweglichen Detektor so stellen dass die Pr parate zwischen den Detektoren stehen Koinzidenz spektrum aufnehmen e normales VKA Spektrum in dieser Anordnung aufnehmen e Das Cs 137 Pr parat wieder entfernen das Koinzidenzfenster auf die 1275 keV Linie einstellen und ein Koinzidenzspektrum unter 180 und unter 90 aufnehmen Auswertung Das normale Na 22 Spektrum besteht aus einer Linie bei 1275 keV und der Paarvernichtungs Strahlung bei 511 keV Die beiden 511 keV Quanten sind zeitlich und r umlich Emission unter 180 korreliert die 1275 keV Quanten sind zeitlich mit den 511 keV Quanten korreliert da die Verz gerung von 3 7 ps in diesem Aufbau nicht detektiert werden kann R umlich ist die Emission nicht korreliert Im normalen VKA Spektrum sind beide Linien sichtbar unter 180 Koinzidenz ist die 511 keV Linie deutlich hervorgehoben da die anderen Bestandteile des Spektrums 1275 keV Li
105. den Versuchsbeschreibung Es wird die Schwerpunktbewegung w hrend des elastischen oder inelastischen Sto es zweier Wagen beobachtet und damit in beiden F llen gezeigt dass die Geschwindigkeit des Schwerpunkts w hrend des gesamten Sto prozesses konstant ist Daraus folgt dann unmittelbar die Impulserhaltung w h rend des gesamten Sto prozesses Messprinzip Auf einer Fahrbahn l sst sich die Bewegung des Massenschwerpunkts s zweier sto ender Wagen der Massen m1 und m2 einfach durch die Auflagekraft F auf einen Kraftsensor bestimmen Betrachtet man n mlich die Summe der Drehmomente M um den linken Auflagepunkt dann muss da die Fahrbahn in Ruhe ist diese Summe 0 sein also m1 9 Ss1 mM2 g s2 F d 0 wobei d der Abstand der beiden Auflagepunkte ist Der Massenschwerpunkt s ist nun gegeben durch S m1 s1 M2 s2 m1 m2 Damit ergibt sich s g mi m2 F d 0 oder s F d m1 m2 g Es reicht also die Messung der Auflagekraft F aus um eine Aussage ber die Schwerpunktbewegung w hrend eines Sto es zu treffen Ist s t eine Gerade dann bedeutet dies dass sich der Schwerpunkt mit einer konstanten Geschwindigkeit v bewegt also v m1 v1 m2 v2 m1 m2 p m1 m2 konstant und damit der Gesamtimpuls p erhalten ist 58 CASSY Lab m Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Kraftsensor S 50 N 524 042 1 Fahrbahn 337 130 2 Fahrbahnwagen 337 110 1 Paar Zusatzmassen 337 1
106. den Drag amp Drop Bereits w hrend der Tabelleneingabe entsteht das gew nschte Diagramm Alle drei Diagramme best tigen die Proportionalit ten zwischen Induktionsspannung U und Fl che A Windungszahl N1 sowie dI dt Im Beispiel ergibt sich als Proportionalit tsfaktor U A 101 mV m bzw 129 mV m ohne Power CASSY zwischen der Induktionsspannung U und dem Spulenquerschnitt A Die Theorie fordert den Proportionalit tsfaktor U dI N 8 Ho A dt L Zum Vergleich folgt aus den Windungszahlen N1 300 der Induktionsspule und N2 120 der Luft spule aus der L nge L 0 41 m der Luftspule aus dem ermittelten Anstieg des Stroms dlI dt 1 00 Als bzw 1 19 A s und der magnetischen Feldkonstante u0 4 10 7 Vs Am der Proportionalit ts faktor U A 110 mV m bzw 131 mV m was sich mit dem experimentellen Ergebnis deckt Das Vorzeichen h ngt von den beiden Wicklungssinnen und dem Anschluss an die uV Box ab N Anmerkungen Die uV Box kann einen kleinen Offset haben der in den Einstellungen UB durch Korrigieren Sollwert 0 mV Offset korrigieren behoben werden kann dazu jedoch vorher den Stromkreis der Luftspule unterbrechen Das Power CASSY kann auch eine deutlich h here Frequenz ausgeben und damit die uV Box ber fl ssig machen Dabei ist jedoch zu beachten dass die Stromregelung des Power CASSYs bei h he ren Frequenzen und induktiven Lasten zu kleinen berschwingern neigt die sich jedoch in der ind
107. den Spulen e Wenn w hrend der Messung das Anzeigeinstrument UB bersteuert wird blinkende Anzeige in Einstellungen UB den Messbereich vergr ern Auswertung Da die Fl che einer Hystereseschleife B H E je 7 gerade dem Energieverlust E bei einer Ummagnetisierung pro Volumen V des ummagnetisierten Stoffes entspricht ergibt die umschlossene Fl che im Diagramm amp L sa MAaB H Na Na Mm p 4a E 1 f r Ni N2 genau den Energieverlust E bei der Ummagnetisierung In Diagramm kann dieser Energieverlust durch die Peakintegration einer Hystereseschleife berech net werden 174 CASSY Lab m Versuchsbeispiele Chemie Die Versuchsbeispiele helfen Ihnen beim Einsatz von CASSY Lab Gegebenenfalls ist die entspre chende Kennzahl des Hauptkatalogs Chemieversuche mit angegeben Die Messdaten oder Einstel lungen der Beispiele k nnen direkt in CASSY Lab geladen werden Klicken Sie einfach auf die El Zeichen in den Beschreibungen Neue Beispiele sind mit einem roten e gekennzeichnet Reaktion von Marmor mit Salzs ure Titration von Salzs ure mit Natronlauge Schmelz und Erstarrungspunkt von Palmitins ure Hydrolyse von terti rem Butylchlorid Reaktionskinetik C3 4 4 1 G aschromatographie Trennung von Alkanen aus Feuerzeuggas c3 4 4 2 _Gaschromatographie Trennung von Alkoholen c3 4 4 3 Gaschromatographie Trennung von Luft Gasgesetze Auftrennung eines Zweikomponentengemisches in der Rektifikationsap
108. der Demoger t auch im CPS TPS Experimentierrahmen Spannungsversorgung 12 V AC DC ber Hohlstecker oder ein benachbartes CASSY Modul E Developer Information f r eigene Softwareentwicklung im Internet verf gbar Sicherheitshinweise Zu Ihrer eigenen Sicherheit Sensor CASSY nicht mit Spannungen ber 100 V beschalten Transport mehrerer kaskadierter CASSY Module nur im Experimentierrahmen oder einzeln die mechanische Stabilit t der Kopplung ohne Experimentierrahmen reicht nur zum Experimentieren und nicht zum Transport aus Zur Spannungsversorgung der CASSY Module m glichst nur mitgeliefertes Steckernetzger t 12 V 1 6 A verwenden Ein Sensor CASSY kann auch ein benachbartes Modul mit Spannung versorgen solange die Ge samtstromaufnahme kleiner 1 6 A bleibt reicht f r max 2 Module schaltet bei Uberlast ab Erfor derlichenfalls weitere Sensor CASSYs separat mit Spannung versorgen Z Siehe auch A CASSY Lab 31 Technische Daten 5 4 12 4 Analoge Eing nge jeweils 2 beliebige Eing nge A und B gleichzeitig nutzbar 2 Analoge Spannungseing nge A und B auf 4 mm Sicherheitsbuchsen Aufl sung 12 Bit Messbereiche 0 3 1 3 10 30 100 V Messfehler 1 zuz glich 0 5 vom Bereichsendwert Eingangswiderstand 1MQ Abtastrate max 200 000 Werte s 100 000 Werte s pro Eingang Anzahl Messwerte praktisch unbegrenzt PC abh ngig bis 100 Werte s bei h herer Messrate max 32 000 Werte 16 000 Werte pro Eing
109. der Maus eine Markierung gesetzt werden der entsprechende Kanal wird in der Dialogbox eingetragen Alternativ kann man nach einem Klick in das Dialogfenster auch die Kan le von Hand eintragen Als dritte M glichkeit bietet sich die Anpassung einer Gau funktion an deren Ergebnis man dann mittels Drag amp Drop aus der Statuszeile in der Dialogbox ablegt Beide Auswahlboxen f r die Energien enthalten bereits Vorgaben f r die blichen radioaktiven Pr parate Wenn die Option globale Energiekalibrierung gew hlt ist gelten die eingetragenen Werte f r alle bisher aufgenommenen und zuk nftigen Spektren dieser Messreihe Wenn diese Option nicht gew hlt ist so gilt die Kalibrierung f r das eingetragene Spektrum und zuk nftige Spektren dieser Reihe Die Kalibrierung wird verworfen wenn das Programm beendet wird die VKA Box gewechselt oder die 18 CASSY Lab m Verst rkung der Box ver ndert wird Wenn schon kalibrierte Spektren vorliegen kann deren Kalibrie rung bernommen werden Abk rzung Tastatur Alt E Markierung setzen Es stehen vier verschiedene Markierungsfunktionen zur Verf gung Die Markierungen k nnen durch Doppelklick mit der linken Maustaste auf die jeweilige Markierung editiert bzw verschoben und wieder aus dem Diagramm gel scht werden Alt T Text Mit der Textfunktion kann das Diagramm an beliebigen Stellen mit frei w hlbarem Text beschriftet werden Nach der Texteingabe ist der Text nur noch an die gew nsch
110. der den Wert 0 falsch f r x gt 5 oder den Wert 1 wahr f r x lt 5 haben x1 lt 5andx2 gt 0 hat den Wert 1 wahr wenn gleichzeitig x1 lt 5 und x2 gt 0 ist und sonst den Wert 0 Es m ssen keine Klammern gesetzt werden da der Operator and eine geringere Priorit t hat als lt und gt 5 T lt 20 hat in der Klammer nur die Werte O falsch und 1 wahr Diese Werte werden jedoch noch mit 5 mul tipliziert Eine solche Formel ist daher nur bei Analogausg ngen sinnvoll In diesem Fall w rde am Analogausgang eine Spannung von 5 V ausgegeben werden wenn T kleiner als 20 wird z B eine Temperatur time gt 12 30 hat ab der Uhrzeit 12 30 den Wert 1 vorher den Wert 0 Es muss der Operator gt verwendet werden da exakte Gleichheit nur f r 1 100 s gilt und damit praktisch nicht erreicht wird sec time 11 45 07 and date 18 3 1997 ist nur w hrend der einen Sekunde am 18 3 1997 um 11 45 07 wahr Wert 1 und sonst falsch Wert 0 day date 1 ist jeden Montag wahr Wert 1 und sonst falsch Wert 0 A CASSY Lab 29 Formelbeispiele Einfacher Regler 9A11 lt 25 8 als amp J eingeben ist 1 wenn die Temperatur kleiner als 25 C ist und O sonst z B zur Steuerung einer Heizung Zweipunkt Regler A11 lt 25 or 0A11 lt 27 and old 8 als amp J eingeben ist 1 wenn die Temperatur kleiner als 25 C ist oder f r den Fall dass der Wert vorher auch schon 1 war sogar bis 27 C und 0 sonst z B zu
111. durchf hrung E Einstellungen laden e Messung mit F9 starten e Standard Darstellung w hlen und Signalst rke mit Einsteller am Mikrofon optimieren e Verschiedene T ne aufnehmen und vergleichen Standard Darstellung zeigt Signalform und Fre quenzspektrum zeigt Fourieranalyse 82 CASSY Lab m e Zum Stoppen der Messung die wiederholende Messung im Messparameterfenster ausschalten oder sofort nach Ende einer Aufnahme F9 dr cken e Zum Vergleich verschiedener Frequenzspektren neue Messreihe anh ngen im Messparameter fenster w hlen und Messung erneut mit F9 starten Auswertung Die Grundfrequenz sowie die Frequenzen der Oberwellen lassen sich leicht mit der Koordinatenan zeige oder auch als Peakschwerpunkte im Frequenzspektrum mit der Maus anklicken bestimmen Die Amplituden der Oberwellen machen die Klangfarbe des aufgenommenen Klangs aus Da das menschliche Ohr Schallintensit ten logaritnmisch wahrnimmt ist die logaritnmische Darstel lung des Frequenzspektrums dem H rempfinden des menschlichen Ohr besser angepasst als die lineare Darstellung Die logaritnmische Darstellung kann durch Klick mit der rechten Maustaste auf die y Achse des Frequenzspektrums gew hlt werden Minimum dabei etwas hochsetzen z B auf 3 A CASSY Lab 83 Tonsynthese E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es werden Kl nge unterschiedlicher Klangfarbe und h he erzeugt indem die Grundfrequenz fo so wie das Amplitudenverh ltnis zwischen
112. e Belegung der x Spalte und der bis zu 8 y Spalten der Tabelle ge ndert werden Auch eine Umrechnung der Spalten ist dort m glich Alternativ kann die Spaltenbelegung durch Drag amp Drop zwischen den Kanal Buttons und dem Tabel lenkopf ge ndert werden Schriftgr e w hlen Die Schriftgr e der Tabelle ist einstellbar Zur Auswahl steht eine kleine mittlere und eine gro e Schrift Die aktuelle Einstellung kann als Vorgabe f r weitere Starts des Programms in den Allgemeinen Ein stellungen abgespeichert werden Letzte Tabellenzeile l schen L scht die jeweils letzte Zeile in der Tabelle Dabei werden auch die nicht sichtbaren Werte anderer Kan le gel scht die gleichzeitig aufgenommen worden sind Alternativ k nnen ganze Messreihen gel scht werden Dies ist daf r gedacht eine Fehlmessung bei manueller Aufnahme zu l schen Abk rzung Tastatur Alt L Letzte Messreihe l schen L scht die jeweils letzte Messreihe in der Tabelle Dabei werden auch die nicht sichtbaren Werte an derer Kan le gel scht die gleichzeitig aufgenommen worden sind Alternativ k nnen auch letzte Ta bellenzeilen gel scht werden Dies ist daf r gedacht eine Fehlmessung bei automatischer Aufnahme zu l schen Zwischenablage Mit Tabelle kopieren und Fenster kopieren kann die Tabelle als Text und das Hauptfenster als Bit map in die Zwischenablage von Windows kopiert werden Dort stehen sie dann zur Weiterverarbei tung anderen Windows Pr
113. e Br cken Box auf den Eingang A des Sensor CASSYs angeschlossen Eine der Kugeln aus dem Satz Ladungstr ger wird ber das isolierende Zwischenst ck auf den Kraft sensor aufgesteckt Die zweite Kugel wird auf den Messwagen gesteckt der sich bis zum Klemmreiter frei auf der Pr zisions Metallschiene bewegen kann Die Abstandsmessung der Kugeln geschieht ber den Wegaufnehmer an der Stromquellen Box auf Eingang B des Sensor CASSYs Dazu wird ein Faden vom Messwagen ber die Umlenkrolle des Wegaufnehmers mit einem Massest ck gespannt Dabei muss die Weganzeige sB1 bei zunehmen dem Abstand ebenfalls zunehmen und bei Ber hrung etwa 0 cm anzeigen Aus Sicherheitsgr nden muss die Stromquellenbox und der Kraftsensor geerdet werden Dazu ist mit Hilfe eines Federsteckers und eines Experimentierkabels der Kraftsensor mit der Erdbuchse des Hochspannungsnetzger ts zu verbinden Experimentierhinweise F r den Experimentiererfolg ist es entscheidend dass genug Ladung auf die Kugeln aufgebracht wer den kann und die Ladung auch dort bleibt wenigstens w hrend der kurzen Zeit des Experiments Nach der Aufladung beider Kugeln sollte bei einem Abstand von 0 5 cm eine Kraft von mindestens 5 mN gemessen werden und auch einige Sekunden unver ndert bleiben Falls nicht e Isolatoren und Kugeln s ubern z B mit Wasser und Sp lmittel mit destilliertem Wasser nach sp len e Isolatoren und Kugeln trocknen z B vorsichtig mit der nichtleuchtenden Fl
114. e Luftspule gilt B yu0 N Ic L mit der magnetischen Feldkonstanten u0 4r 10 7 Vs Am der Windungszahl N der Luftspule dem Spulenstrom Ic und der L nge L der Luftspule Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Br cken Box 524 041 1 30 A Box 524 043 1 Kraftsensor 314 261 1 Verbindungskabel 6polig 1 5m 501 16 1 Leiterschleifenhalter 314 265 1 Leiterschleifen f r Kraftmessung 516 34 1 Feldspule d 120 mm 516 244 1 St nder f r Rohre und Spulen 516 249 1 Hochstrom Netzger t 521 55 1 AC DC Netzger t 0 15 V 521 50 1 Kleiner Stativfu V f rmig 300 02 1 Stativstange 47 cm 300 42 1 Leybold Muffe 301 01 1 Experimentierkabel 50 cm blau 501 26 2 Experimentierkabel 100 cm rot 501 30 2 Experimentierkabel 100 cm blau 501 31 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Der Kraftsensor h lt die 8 cm lange Leiterschleife mit dem Leiterschleifenhalter und wird so positio niert dass die Leiterschleife in den Schlitz der Luftspule eintaucht Die Leiterschleife darf die Luftspule hierbei nicht ber hren Die beiden 4 mm Buchsen auf der Unterseite des Kraftsensors sind als Ein speisepunkte f r den Leiterschleifenhalter gedacht Sie sind intern nicht beschaltet Der Kraftsensor wird ber die Br ckenbox an Eingang A des Sensor CASSYs angeschlossen Der Strom flie t vom 20 A Netzger t ber die 30 A Box auf Eingang B des Sensor CASSYs durch die Leiterschleife und wieder zur ck zum Netzger
115. e mit F9 aufnehmen Eine Fehlmessung kann durch Letzte Tabellenzeile l schen rechte Maustaste auf Tabelle wieder aus der Tabelle entfernt werden e Falls nur negative Kr fte gemessen werden Anschl sse am Leiterschleifenhalter vertauschen e Z gig experimentieren da Leiterschleife und Leiterschleifenhalter nur kurzzeitig mit 20 A belastet werden d rfen e Leiterschleifenstrom am Ende wieder auf 0 A stellen e Weitere Messkurven mit anderer Leiterschleifenl nge s aufnehmen Dazu im Messparameterfens ter neue Messreihe anh ngen w hlen Auswertung F r jede Messreihe F l wird eine Ausgleichsgerade bestimmt Nach jeder Ausgleichsgeraden wird in die Darstellung Magnetfeld mit der Maus anklicken gewechselt Hier wird eine weitere Tabelle ge f llt indem zu der jeweiligen Leiterschleifenl nge s die gerade ermittelte Steigung F I mit der Maus aus der Statuszeile in die Tabelle gezogen wird Drag amp Drop Der Leiterschleifenl nge s in m wird direkt ber die Tastatur in die Tabelle eingetragen Bereits w hrend der Tabelleneingabe entsteht das gew nschte Diagramm In dieser Darstellung ergibt sich aus der Steigung der Ausgleichsgeraden die magnetische Feldst rke B zwischen den Polschuhen da F I B s im Beispiel ergibt sich B 164 mN A m 164 mT 96 CASSY Lab m Kraft zwischen stromdurchflossenen Leitern Amperedefinition E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Die Kraft F auf einen Leiter der L nge s der
116. ebrauchsanweisung zur Rektifikationsanlage Die Sicherheitshinweise in der Gebrauchsanweisung sind unbedingt zu beachten Beide Sensor CASSY s in die obere Schiene des CPS Rahmens einsetzen und kaskadieren Auf die Analogeing nge A1 B1 A2 und B2 werden Temperatur Boxen aufgesteckt Die Tempera tur Boxen werden mit jeweils 2 NiCr Ni Temperaturf hlern verbunden Die Temperaturf hler belegen in der Rektifikationsapparatur vom Sumpf der Kolonne aufsteigend bis zum Kolonnenkopf folgende Reihenfolge dA11 Sumpf A12 8811 B12 A21 A22 0821 0822 Kolonnenkopf Der Spannungsausgang S1 wird mit der CPS Spannungsversorgung verbunden und der Drehknopf am CASSY ungef hr auf Mittelstellung gebracht Die CPS Spannungsversorgung dient als Anschluss des Heizpilzes Dieser sollte so angesteuert werden dass er bei einer bestimmten Temperatur BA11 im Kolonnensumpf und nach einer gewissen Zeitt abschaltet Diese Parameter k nnen ber eine Formeleingabe eingestellt werden Dazu in den Einstellungen Relais Spannungsquelle rechte Maus taste auf S1 das Formeleingabefeld benutzen Die voreingestellte Bedingung f r Aktivierung lautet amp JA11 lt 120 and t gt 0 and t lt 2 00 00 Dieses bedeutet dass solange die Temperatur A11 amp JA11 kleiner als 120 C ist mit der Messung begon nen wurde und die Zeit von 2 h noch nicht berschritten wurde der Heizpilz eingeschaltet bleibt Die Vorgaben k nnen je nach Applikation korrigiert werden E
117. ef hrt werden Hinweis Der Halbleiterdetektor ist lichtempfindlich deshalb direkte Beleuchtung der Vakuumkammer vermei den um die Messergebnisse nicht zu verf lschen Bedingt durch die Abdeckung der Pr parate ergibt sich ein hoher Offset der Energie Das gemessene Spektrum beginnt erst bei einer Energie von 1 2 MeV Teilchen mit geringerer Energie werden bereits vor dem Detektor gestoppt A CASSY Lab 141 Bestimmung des Energieverlustes von a Strahlung in Luft E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrIlSchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe sind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsregeln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr parate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments aus dem Schutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur am oberen Ende des Me tallhalters anfassen 142 CASSY Lab m Versuchsbeschreibung Der Energieverlust der a Strahlu
118. eigt mehr Details zwischen diesen beiden Linien die aufgrund der Compton Streuung in Pr parat und Detektor entstehen Nach der Messung ist das Spektrum noch nicht kalibriert Um das Spektrum ber der Energie darzu stellen muss eine Energiekalibrierung durchgef hrt werden dabei werden die bekannten Energien der zwei Linien im Spektrum 59 5 und 662 keV verwendet Hinweis Das Pr parat sollte bei der Messung nicht auf dem Detektor stehen sondern einige Zentimeter ent fernt sein Wenn das Pr parat direkt aufliegt ergibt sich eine so hohe Z hlrate dass sich die einzel nen Pulse aufaddieren Durch diese Addition mit dem Rest des Vorg ngerpulses erscheinen die Li nien bei zu hoher Energie Der Nal Tl Einkristall in der Spitze des Szintillationsz hlers ist empfindlich gegen mechanische Be sch digung Ebenso ist der Nal TI Kristall empfindlich gegen schnelle Temperaturwechsel wie sie z B beim Auspacken nach Transporten auftreten k nnen In beiden F llen entstehen Risse im Ein kristall die aufgrund der Streuung zu verminderter Empfindlichkeit f hren und vor allem die Energie aufl sung verschlechtern 150 CASSY Lab m Aufnahme und Kalibrierung eines y Spektrums E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrISchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe
119. ein Experiment einfach wiederholt werden kann Au erdem steht ein ASCII Export Filter Dateityp txt zur Verf gung Aber auch die CASSY Lab Dateien Dateityp lab sind mit jedem Texteditor lesbar A Druckt die aktuelle Tabelle oder das aktuelle Diagramm aus Bl Startet und stoppt eine neue Messung Alternativ kann die Messung durch die Vorgabe einer Messzeit gestoppt werden Sl ndert die aktuellen Einstellungen z B CASSY Parameter Formel FFT Darstellung Kommentar Serielle Schnittstelle F r die Messparameter muss diese Funktion doppelt bet tigt werden EJ Fe Stellt den Inhalt der Statuszeile gro dar oder blendet ihn wieder aus Bl Ruft diese Hilfe auf o Gibt Auskunft ber die Version der Software und erm glicht die Eingabe des Freischaltcodes ka Schlie t alle ge ffneten Anzeigeinstrumente oder ffnet sie wieder m CASSY Lab 11 ASCII Export und Import W hlt man im Dateiauswahlfenster als Dateityp txt dann ist bequem der Export und Import von ASCII Dateien m glich Das Datenformat beginnt mit einem Header in dem alle Zeilen wiederum mit einem Schl sselwort beginnen Dadurch werden Messbereiche MIN MAX Skalierungen SCALE Anzahl signifikanter Nachkommastellen DEC und die eigentliche Definition der Messgr en DEF festgelegt Bis auf die DEF Zeile sind alle Zeilen optional Nach dem Header folgt die eigentliche Messwerttabelle Die genaue Syntax ist z B der Da
120. einer Zusatzmasse 0 5 kg e In Einstellungen aA1 und aB1 die Beschleunigungen auf gt 0 setzen e Messung mit F9 starten e Elastischen Sto durchf hren Messung stoppt automatisch nach 5 s Auswertung Die Darstellung Standard zeigt die beiden a t Diagramme und die Darstellung Kraft die dazugeh renden F t Diagramme siehe Messprinzip In den F t Diagrammen sieht man leicht dass F t F2 t Actio Reactio Damit kann nun auch der Impulserhaltungssatz gefolgert werden da die Integrale ber beide Kurven Impuls bertr ge zwischen zwei beliebigen Zeiten t1 und t2 immer vom Betrag gleich gro sind und ein entgegengesetztes Vorzeichen haben A CASSY Lab 61 Freier Fall mit g Leiter E Beispiel laden Versuchsbeschreibung W hrend eine Leiter durch eine Lichtschranke f llt werden die Zeitpunkte der Verdunkelungen der Lichtschranke durch die Sprossen der Leiter registriert Der bekannte Sprossenabstand zusammen mit der Zeitinformation liefert das s t Diagramm des Falls Daraus wird dann ein v t und ein a t Diagramm errechnet Aus jedem der drei Diagramme kann die Erdbeschleunigung g ermittelt werden Ben tigte Ger te Satz Lastst cke 50 g optional 342 61 PC ab Windows 95 98 NT 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Timer Box 524 034 1 g Leiter 529 034 1 Gabellichtschranke 337 46 1 Verbindungskabel 6 polig 501 16 4 4 Versuchsaufbau siehe Skizze Die g Leiter wird so ber die
121. ektrum aufnehmen F9 dabei die Verst rkung so variieren dass die Linie des Am 241 ungef hr in der Mitte des Spektrums erscheint e Energie kalibrieren siehe Hinweis e Dosierventil ffnen bis der Druck in der Vakuumkammer ca 300 mbar betr gt Neues Spektrum aufnehmen e Druck in der Vakuumkammer erh hen und zun chst in Schritten von etwa 100 mbar ab 800 mbar in kleineren Schritten jeweils ein Spektrum aufnehmen F9 Auswertung Aus den einzelnen Spektren wird die Energie der Linie bestimmt Der Luftdruck wird in die effektive Luftstrecke bei Normaldruck umgerechnet Aus der Darstellung der Energie ber der effektiven Luft strecke wird die Reichweite der a Strahlung abgelesen Hinweise Eine direkte Messung der Reichweite in Luft ohne die Streukammer zu verwenden ist nat rlich auch m glich Durch Variation des Abstands kann die Reichweite bestimmt werden Der Aufbau erfordert aber etwas Improvisation bei der Befestigung des Pr parates Der Detektor kann direkt auf den Dis kriminator Vorverst rker gesteckt werden Er liefert dann deutlich h here Pulse als in der Streukam mer da die Belastung durch die Kapazit t des HF Kabels entf llt A CASSY Lab 143 Der Halbleiterdetektor ist lichtempfindlich deshalb direkte Beleuchtung der Vakuumkammer vermei den um die Messergebnisse nicht zu verf lschen Bei Messungen mit dem Halbleiterdetektor entsteht ein relativ hoher Rauschpegel der sich auch durch Erdung des Versu
122. en Die Vorgaben k nnen durch Schieben der Zeiger mit der Maus oder durch An dern des Parameterwertes nach Anklicken mit der rechten Maustaste ge ndert werden Die Messbedingung f lt 5 f1 and f lt 5000 and delta t gt 2 f 2 erlaubt die Messwertaufnahme bis 5 kHz oder der 5 fachen Resonanzfrequenz aber fr hestens nach 2 f 2 s nach einer Frequenz erh hung Einschwingzeit e Messung mit F9 bei Erreichen der gew nschten Frequenz stoppen e Messung bei Bedarf mit anderen D mpfungswiderst nden wiederholen Auswertung Zur exakten Bestimmung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises eignet sich beispielsweise die Bestimmung des Peakschwerpunkts in der Darstellung Resonanz In weiteren Darstellungen werden auch die Leistung und die Phase ber der Frequenz dargestellt Da vom CASSY nur der cos gemessen wird muss f r die Darstellung der Phase zus tzlich zum arccos auch noch das Vorzeichen von ermittelt werden Normalerweise geschieht dies automatisch durch eine interne Monotoniebetrachtung von In wenigen F llen kann dies jedoch fehlschlagen Dann hilft i A ein Verkleinern der vorgegebenen Anzahl no gefolgt von einer neuen Messung Die beiden letzten Darstellungen zeigen die Ortskurven f r den komplexen Widerstand Z des Schwingkreises sowie f r den komplexen Leitwert Y In der Z Darstellung l sst sich sehr sch n die Addition komplexer Widerst nde in der Serienschaltung ablesen Z R ioL 1 i C Da im Beispiel f r
123. en bestimmt werden Durch Erw rmen der S ule in einem Wasserbad k nnen auch l ngerkettige Alkohole getrennt wer den A CASSY Lab 189 Gaschromatographie Trennung von Luft E Beispiel laden Versuchsbeschreibung In diesem Versuch zur Trennung der Gase in Luft wird die vom W rmeleitf higkeitsdetektor gelieferte am Schreiberausgang des Gaschromatographen anliegende Spannung gegen die Zeit gemessen Als Tr gergas dient hier Wasserstoff der einem Hydridspeicher entnommen wird Die Bestimmung der Peakfl chen durch Integration erlaubt die quantitative Untersuchung der Probe Zur qualitativen Analyse lassen sich die Retentionszeiten der einzelnen Peaks ermitteln und mit denen von Referenzsubstanzen vergleichen Bitte beachten Sie auch die Gebrauchsanweisung des verwendeten Gaschromatographen Ben tigte Ger te Paar Kabel 50 cm rot undblau 501 45 PC ab Windows 95 98 NT 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Gaschromatograph LD1 665 580 1 Trenns ule mit Molekularsieb 665 585 1 W rmeleitf higkeitsdetektor 665 581 1 Metallhydridspeicher 661 005 1 Regulierventil 666 4792 1 Blasenz hler 309 06 475 1 Dosierspritze 5 ml 665 955 1 Kan len 10 St ck 665 960 4 4 Versuchsaufbau siehe Skizze e Gaschromatograph GC mit Trenns ule Molekularsieb und W rmeleitf higkeitsdetektor WLD aufbauen e Eingang des GCs mit Metallhydridspeicher und Reqgulierventil verbinden Ausgang mit Blasenz h ler e D
124. en nach der Installation von CASSY Lab Nutzung der Software mit CASSY S Sensor CASSY Power CASSY und CASSY Display Beim ersten Start von CASSY Lab sollten Sie Ihren Freischaltcode angeben wie Sie ihn auf Ihrem Lieferschein und Ihrer Rechnung auf einem separaten Blatt unter der Nummer 524 200 finden Dann unterst tzt die Software das CASSY S uneingeschr nkt sonst nur max 20 mal Nutzung der Software mit seriellen Messger ten CASSY Lab unterst tzt andere serielle Messger te ohne Freischaltcode Handbuch Zu CASSY Lab gibt es ein umfangreiches Handbuch Zur optimalen Nutzung von CASSY Lab ist es unerl sslich sich ausgiebig mit diesem Handbuch zu befassen Dazu gibt es verschiedene M glich keiten e Handbuch von CD ROM laden autorun exe starten e Gedrucktes Handbuch 524 201 bestellen E Handbuch aus dem Internet laden im Adobe PDF Format e Hilfe im Programm nutzen textidentisch mit gedrucktem Handbuch kontextbezogen und mit vielen Verweisen und erweiterten Suchm glichkeiten Erste Schritte E Einf hrung anzeigen E Versuchsbeispiele anzeigen Die mitgelieferten Versuchsbeispiele k nnen auch ohne CASSY gelesen und f r weitere Auswertun gen genutzt werden Die bei den Beispielen gew hlten Programmeinstellungen k nnen f r neue Mes sungen genutzt bzw an diese angepasst werden Updates CASSY Lab wird zuk nftig erweitert nicht zuletzt aufgrund von Erfahrungen und R ckmeldungen der Anwender E Upda
125. ent des vollen Messbe reiches oder ber den Abstand zweier Messpunkte angegeben werden Die Verst rkung wird wie im Vielkanal Modus eingestellt Koinzidenz Messung Hier werden zwei VKA Boxen auf einem CASSY eingesetzt Eine davon nimmt ein Vielkanal Spektrum auf aber nur wenn gleichzeitig Impulse im Koinzidenz Fenster der anderen Box registriert werden Koinzidenz oder wenn keine Impulse registriert werden Anti Koinzidenz Der prinzipielle Messmodus entspricht der Vielkanal Messung die Einstellungen f r die Anzahl der Kan le und die Verst rkung in der Mitte des Fensters gelten f r die Box welche das Spektrum auf nimmt Rechts davon werden die Parameter f r die Koinzidenz eingestellt Die minimale und maximale Im pulsh he des Fensters werden in Prozent des Messbereiches angegeben Uber den Knopf Zeigen kann ein Bereich in einem zuvor mit dieser Box gemessenen Spektrum markiert und als Fenster bernommen werden A CASSY Lab 15 Tabellendarstellung ndern Die Darstellung der Tabelle l sst sind nach einem Klick mit der rechten Maustaste in der Tabelle n dern Einzelne Messwerte lassen sich nach dem Anklicken mit der linken Maustaste ndern oder auf andere Messwertzellen ziehen Drag amp Drop Z Spaltenbelegung ndern E Schriftgr e w hlen E Letzte Tabellenzeile l schen Ej Letzte Messreihe l schen E Tabelle Fenster kopieren Spaltenbelegung ndern Ruft das Darstellungsfenster auf Dort kann di
126. er d 110 mm 100 St 661 034 1 Seesand gereinigt 250 g 674 820 1 Aceton 250 ml 670 040 Gefahrenhinweis EN ist leicht entz ndlich Von Z ndquellen fernhalten Versuchsvorbereitung e Getrocknete Brennnesselbl tter Tee alternativ frisches Gras oder andere Bl tter grob zerklei nern und in den M rser geben e Etwas Seesand und zun chst nur wenig Aceton zugeben so dass alles zu einer Art Brei zerrieben werden kann e Nach 1 2 Minuten Zerreiben zus tzlich ca 10 bis 20 ml Aceton zugeben und umr hren e Die jetzt deutlich gr n gef rbte L sung mit Hilfe des Trichters und eines gefalteten Rundfilters in den Erlenmeyerkolben filtrieren Falls der Versuch nicht sofort durchgef hrt wird den Erlenmeyerkolben mit der Rohchlorophylll sung verschlossen an einem dunklen Ort aufbewahren e F r den Versuch muss ein Teil der L sung soweit verd nnt werden dass die Transmission bei 605 nm ber 0 liegt 198 CASSY Lab m e Das Digitale Spektralphotometer mit dem seriellen Kabel an den Computer anschlie en und ein schalten Bedienungsanleitung des Ger tes beachten e Am Rechner das Programm CASSY Lab starten Die verwendete serielle Schnittstelle und als an geschlossenes Ger t Digitales Spektralphotometer 667 3491 ausw hlen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Je eine Rundk vette zu etwa mit der Rohchlorophylil sung Probenl sung und der Referenzl sung das reine L sungsmittel hier Aceton
127. er Faktoren ver ndert Die durchschnittliche Hautleitwert kann durch die Bildung des Mittelwertes aus der Messkurve be stimmt werden Dazu mit rechter Maustaste auf das Diagramm klicken Mittelwert einzeichnen ankli cken und den gew nschten Kurvenbereich markieren Der Wert erscheint in der Statuszeile links un ten und kann als Text an eine beliebige Stelle im Diagramm eingetragen werden A CASSY Lab 203 Elektrokardiogramm EKG E Beispiel laden Sicherheitshinweis Die ermittelten Werte und Diagramme haben keine medizinische Aussagekraft und dienen nicht zur Kontrolle des Gesundheitszustandes des Menschen Die EKG EMG Box darf nur in bereinstimmung mit der Gebrauchsanweisung betrieben werden Versuchsbeschreibung Bei jeder Erregung des Herzmuskels entstehen elektrische Spannungs nderungen die sich von Herzmuskelzelle zu Herzmuskelzelle ausbreiten Aufgrund der gro en Zahl von Zellen kann man die entstehenden Spannungen durch am K rper angelegte Elektroden abgreifen und nach Verst rkung in Form von Diagrammen sichtbar machen kann Bei dem Elektrokardiogramm werden die Extremit te nableitung nach Einthoven verwendet I Il HI Die Elektroden messen die Potential nderungen Spannungs nderungen wenn die verschiedenen Kammern des Herzens kontrahieren Die Herzmuskelzellen sind in Ruhe polarisiert d h es gibt einen sehr kleinen Potentialunterschied zwischen der inneren Seite der Zellmembran und der u eren Die Her
128. er Kan le nach Markieren von Auswertungsbereichen Verschieben der Skala Umschalten der y Skala Drag amp Drop nach Verschieben der Trennlinie Tabelle zu Diagramm Rechte Maustaste Anschalten und ndern eines Kanals Einstellungen des Kanals Einstellungen des Kanals Darstellung der Tabelle z B Schrift gr e L schen von Zeilen und Mess reihen Einstellungen und Auswertungen im Diagramm Minimum Maximum und Umrechnung der Skala festlegen Einstellungen des Kanals 10 CASSY Lab m Auch die Tastenbelegung der Speed Buttons D erleichtert oft die Arbeit Df L scht entweder die aktuelle Messung unter Beibehaltung ihrer Einstellungen oder wenn keine Mes sung vorhanden ist die aktuellen Einstellungen Eine zweimalige Anwendung l scht eine Messung mit ihren Einstellungen Sl L dt eine Messreihe mit ihren Einstellungen und ihren Auswertungen Dabei kann die Messreihe auch an eine vorhandene Messreihe angeh ngt werden ohne ihre Ein stellungen und Auswertungen mit zu laden Dies ist m glich wenn die Messreihen die gleichen Messgr en besitzen Alternativ kann eine weitere Messreihe auch nachtr glich gemessen und ange h ngt werden Au erdem steht ein ASCII Import Filter Dateityp txt zur Verf gung Bi Speichert die aktuellen Messreihen mit ihren Einstellungen und ihren Auswertungen ab Es lassen sich auch reine Einstellungen ohne Messdaten abspeichern mit denen dann sp ter
129. er Mess genauigkeit gut berein 94 CASSY Lab m Kraft im magnetischen Feld eines Elektromagneten E Beispiel laden Versuchsbeschreibung In diesem Versuch wird ein homogenes Magnetfeld B durch einen Elektromagneten mit U Kern und Polschuhaufsatz erzeugt Gemessen wird die Kraft F auf eine stromdurchflossene Leiterschleife in Abh ngigkeit von der Stromst rke F proportional I Die Messergebnisse f r verschiedene Leiterl n gen s werden in einer bersichtsgrafik zusammengestellt und ausgewertet F I proportional s Insge samt wird F I s B best tigt Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Br cken Box 524 041 1 30 A Box 524 043 1 Kraftsensor 314 261 1 Verbindungskabel 6polig 1 5m 501 16 1 Leiterschleifenhalter 314 265 A CASSY Lab 95 1 Leiterschleifen f r Kraftmessung 516 34 1 U Kern mit Joch 562 11 2 Spulen mit 500 Windungen 562 14 1 Polschuhaufsatz 562 25 1 Hochstrom Netzger t 521 55 1 AC DC Netzger t 0 15 V 521 50 1 Kleiner Stativfu V f rmig 300 02 1 Stativstange 47 cm 300 42 1 Leybold Muffe 301 01 2 Experimentierkabel 50 cm blau 501 26 2 Experimentierkabel 100 cm rot 501 30 2 Experimentierkabel 100 cm blau 501 31 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die beiden Spulen werden auf den U Kern geschoben Die beiden schweren Polschuhe werden quer dar ber gesetzt Die seitlichen St nder lassen sich hierzu in ihrer H he ver ndern Der Spa
130. ere L sung dieses Problems w re die Angabe der Amplitude A generell in Z hlrate pro Energieintervall aber dies ist in der Praxis un blich 22 CASSY Lab m Einstellungen Sl ber dieses Dialogfenster lassen sich alle Einstellungen au er der Messparameter vornehmen Diese Einstellungen sind in f nf Gruppen gegliedert E CASSY Definition der Ein und Ausg nge der CASSYSs Parameter Formel FFT Definition zus tzlicher Gr en als Parameter durch Formel FFT Z Darstellung Anderung der Spaltenbelegung der Tabelle und Achsenbelegung des Diagramms E Kommentar Platz f r eigenen Text E Allgemein Wahl des seriellen Ger ts der seriellen Schnittstelle und Abspeichern der Vorgaben Einstellungen CASSY Sl Hier wird die aktuelle Anordnung von CASSY Modulen und Sensorboxen angezeigt Wenn sich die aktuelle Anordnung ndert z B neues Modul oder neue Sensorbox wird diese Anderung auch in der Anzeige durchgef hrt Einstellungen CASSY Parameter Formel FFT Darstellung Kommentar Allgemein r AD a U 10 LD 524 010 LD 524 011 Durch Anklicken eines Kanals D l sst sich dieser aktivieren und einstellen Die einstellbaren Gr en h ngen vom CASSY Modul und der aufgesteckten Sensorbox ab F r jeden aktivierten Kanal werden w hrend einer Messung Messwerte in die Tabelle und das Diagramm aufgenommen Deren Darstel lung Spalten und Achsenbelegung kann ge ndert werden
131. erstand und Spule RL oder einem Widerstand und einem LC Parallelschwingkreis RLC wird eine Sinusschwingung der Fre quenz f mit konstanter Amplitude aufgepr gt Dabei stellt sich nach einer kurzen Einschwingzeit am Ausgang des Filters ebenfalls eine Schwingung der Frequenz f ein Untersucht werden die Effektivwerte der Ausgangsspannung U und des flie enden Stroms I die Wechselstromwiderst nde Z1 1 1 ioaC i L nur LC und Z R 1 1 iaC i L R mit LC und die Phasenlage zwischen Strom und aufgepr gter Spannung in Abh ngigkeit von der Frequenz f Dabei l sst sich sehr sch n die Wirkung eines Tiefpasses RC Hochpasses RL und Bandpasses RLC zeigen sowie die Wechselstromwiderst nde Phasenverschiebungen und die Parallelresonanz am RLC Filter diskutieren Die Ortskurven veranschaulichen die Addition komplexer Widerst nde Ben tigte Ger te Sensor CASSY Power CASSY CASSY Lab Rastersteckplatte DIN A4 STE Widerstand 100 Q STE Spule 500 Windungen STE Kondensator 4 7 uF 5 Paar Kabel 50 cm rot und blau PC ab Windows 95 98 NT N a a oo oo 524 010 524 011 524 200 576 74 577 32 590 83 578 16 501 45 A CASSY Lab 119 Versuchsaufbau siehe Skizze Das elektrische Filter wird entsprechend der Skizze an das Power CASSY und das Sensor CASSY angeschlossen W hrend des Versuchs kann die Art des Filters RC RL oder RLC durch Ausstecken oder Einstecken der Spule L oder des Kondensators C varii
132. ert Neue Vorgaben abspeichern diese Belegung ab e Wenn notwendig in den Einstellungen A die Einstellungen des Antennendrehtischs ndern Bei Verwendung der Dipolantenne muss dort der Biasstrom eingeschaltet sein Falls kein PIN Modulator vorhanden ist muss auf Gunn Modulation geschaltet werden e Messung durch F9 Stoppuhr starten Nach kurzer Pause l uft der Drehtisch in Vorw rtsrichtung an wobei jetzt die eigentliche Messung des Richtdiagramms stattfindet Der Drehtisch beginnt un mittelbar nach Erreichen des eingestellten Endwinkels den R cklauf in die Startposition e In den Einstellungen A durch Pegel normieren A auf 1 normieren Auswertung Die Beispielmessung zeigt das horizontale Richtdiagramm eines 2 Dipols In den Einstellungen A wurde das Maximum der Messkurve auf 0 ausgerichtet Die schwarze Kurve zeigt die Messkurve und die rote Kurve das theoretische Richtdiagramm Die theoretische Kurve wurde durch die Formel cos 2 berechnet Anmerkungen e Die Symmetrieachse der Testantenne und der Mittelpunkt des Drehtellers m ssen fluchten Bei Antennen die in die Zentralaufnahme des Drehtellers gesteckt werden ist das i A erf llt Es gibt jedoch auch Testantennen die mit Hilfe von Stativmaterial montiert werden Die Antenne muss dann sorgf ltig ber dem Mittelpunkt des Drehtellers ausgerichtet werden damit beim Drehen kei ne exzentrischen Bewegungen auftreten ergibt Asymmetrien der Richtdiagramme e Wenn die Haupt
133. ert werden Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e RC Filter durch Herausnehmen der Spule realisieren e Messung mit F9 starten Es wird die Frequenz f automatisch in kleinen Schritten erh ht Nach einer kurzen Einschwingzeit werden jeweils die Effektivwerte der Ausgangsspannung U und des Stroms gemessen und dargestellt Die Schrittweite ist variabel und richtet sich nach den Vorgaben f r die Anzahl no die Startfre quenz fo und die ungef hre Resonanzfrequenz f1 Zwischen den beiden Frequenzen fo und f1 wer den no Messwerte aufgenommen Danach wird die Frequenz f noch weiter erh ht und zwar so dass um f f1 also in der N he der Resonanzfrequenz die Werte besonders dicht aufgenommen werden Dadurch reduziert sich die erforderliche Messzeit erheblich im Vergleich zu quidistanten Frequenzschritten Die Vorgaben k nnen durch Schieben der Zeiger mit der Maus oder durch An dern des Parameterwertes nach Anklicken mit der rechten Maustaste ge ndert werden Die Messbedingung f lt 5 f1 and f lt 5000 and delta t gt 2 f 3 erlaubt die Messwertaufnahme bis 5 kHz oder der 5 fachen Resonanzfrequenz aber fr hestens nach 2 f 3 s nach einer Frequenz erh hung Einschwingzeit e Messung mit F9 bei Erreichen der gew nschten Frequenz stoppen e Messung mit RL und RLC Filter wiederholen Auswertung Die Darstellungen Ausgangsspannung und Strom mit der Maus anklicken zeigen die Verl ufe der Ausgangsspannung und des flie ende
134. ezeigt werden k nnen diese durch 0 gel scht werden und darauf achten dass keine berz hligen Impulse von den Licht schranken registriert werden z B durch Reflexion eines Wagens am Ende der Fahrbahn e Messung durch Sto Ende beenden nach vier gemessenen Geschwindigkeiten beendet sich die Messung von selbst e Messwerte mit F9 in die Tabelle f r die Auswertung bernehmen oder mit 0 n chste Messung initialisieren Auswertung F r die Impulse vor und nach dem Sto die Gesamtimpulse Energien Gesamtenergien sowie den Energieverlust sind eigene Tabellenseiten vorbereitet in die die Messwerte mit F9 bernommen wer den Zur Anzeige sind die Tabellenseiten anzuklicken Sollen diese Gr en bereits unmittelbar nach dem Sto sichtbar sein k nnen die entsprechenden Anzeigeinstrumente ge ffnet werden Au erdem k nnen zus tzliche Formeln f r einen Vergleich mit der Theorie definiert werden F r den elastischen Sto gilt v1 2 m2 v2 m1 m2 v1 m1 m2 v2 2 m1 v1 m2 m1 v2 m1 m2 und f r den unelastischen Sto gilt v1 v2 m1 v1 m2 v2 m1 m2 Tabelle zum Umrechnen zwischen angegebenen Einheiten und SI Einheiten Gr e SI Einheit Faktor angegebene Einheit Masse m kg 1 kg Geschwindigkeit v m s 1 m s Impuls p N s kg m s 1000 mN s Energie E J kg m s2 1000 mJ A CASSY Lab 57 Impulserhaltung durch Messung der Schwerpunktbewegung Sto E Beispiel la
135. f2 0 986 Hz fn 0 93 Hz fs 0 11 Hz und best tigt damit gut die Theorie fn f1 f2 0 93 Hz und fs f1 f2 0 11 Hz Im Frequenzspektrum lassen sich die Frequenzen und Amplituden von U1 U2 und UA miteinander vergleichen Die Frequenzen lassen sich dort am einfachsten als Peakschwerpunkte bestimmen Theorie Die Bewegungsgleichungen der Pendelk rper lauten unter Verwendung geeigneter N herungen klei ne Auslenkungen vernachl ssigbare Masse der Kopplungsfeder und des Pendelstabes keine D mpfung F1 mai Dx1 C x2 x1 F2 ma2 Dx2 C x2 x1 Dxi mit D mg l beschreibt die R ckstellkraft eines einzelnen Pendels und C x2 x1 beschreibt die Kraft durch die Kopplung zwischen beiden Pendeln Als L sung ergibt sich die Superposition x t A cos wt1 t B cos 2 t mit den Fundamentalfrequenzen i und a2 Die speziellen Anfangsbedingungen liefern die Werte f r AundB Gleichphasige Anregung liefert A xo B 0 harmonische Schwingung mit 1 Gegenphasige Anregung liefert A 0 B xo harmonische Schwingung mit 2 Auslenkung nur eines Pendels liefert A B 1 2 x0 Im letzten Fall gilt x t 2 xo cos w1 t cos 2 t xo cos 2 ws t cos an t mit s 1 2 und on 1 2 1 2 oder fs f1 f2 und fn f1 f2 Wenn die Abweichung der beiden Frequenzen f1 und f2 klein ist beschreibt diese Gleichung eine Schwingung der Frequenz fn die mit der langsamen F
136. fungswiderstand R Die Ortskurven veranschaulichen die Addition komplexer Widerst nde Ben tigte Ger te Paar Kabel 50 cm rot und blau 501 45 PC ab Windows 95 98 NT 1 Power CASSY 524 011 1 CASSY Lab 524 200 1 Rastersteckplatte DIN A4 576 74 1 STE Spule 500 Windungen 590 83 1 STE Kondensator 4 7 uF 5 57816 2 STE Widerst nde 1 Q 57719 1 STE Widerstand 5 1 Q 577 21 1 STE Widerstand 10 Q 57720 1 STE Widerstand 20 Q 57723 1 STE Widerstand 47 Q 57728 4 4 Versuchsaufbau siehe Skizze Der Schwingkreis wird entsprechend der Skizze an das Power CASSY angeschlossen Bei Bedarf werden zus tzliche D mpfungswiderst nde in Serie geschaltet Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Messung mit F9 starten Es wird die Frequenz f automatisch in kleinen Schritten erh ht Nach einer kurzen Einschwingzeit werden jeweils der Effektivwert des Stroms sowie die Phasenlage cos zwischen Spannung und Strom gemessen und dargestellt Die Schrittweite ist variabel und richtet sich nach den Vorgaben f r die Anzahl no die Startfre quenz fo und die ungef hre Resonanzfrequenz f1 Zwischen den beiden Frequenzen fo und f1 wer den no Messwerte aufgenommen Danach wird die Frequenz f noch weiter erh ht und zwar so dass um f f1 also in der N he der Resonanzfrequenz die Werte besonders dicht aufgenommen A CASSY Lab 117 werden Dadurch reduziert sich die erforderliche Messzeit erheblich im Vergleich zu quidistanten Frequenzschritt
137. g in das Becherglas geben e Die Messung nach ca 8 min durch erneutes Anklicken des Uhrensymbols oder F9 beenden wenn sich die Leitf higkeit kaum noch ver ndert Wenn n tig kann der Messbereich in den Ein stellungen CA1 vergr ert werden Auswertung F r die Auswertung sind drei M glichkeiten bereits vorbereitet Darstellung der Konzentrationsver nderung Dazu die Darstellung Konzentration anklicken Die Ver nderung der Konzentration c an terti rem ButylIchlorid kann nun verfolgt werden Die Berechnung der Konzentration in mmol l erfolgt aus der eingesetzten Menge 0 8 ml 0 1 molare L sung der aktuellen Leitf higkeit CA1 und der Endleitf hig keit hier 198 9 uS cm dieser Wert kann entsprechend der in der Tabelle abgelesenen Leitf higkeit ge ndert werden Die Umrechnungsformel 1 CA1 198 9 0 8 kann in den Einstellungen c eingesehen und ggf ange passt werden ebenso der Anzeigebereich Test auf Reaktion 1 Ordnung Dazu die Darstellung Test auf 1 Ordnung anklicken Es erfolgt die Darstellung von In cA c gegen t cA Anfangskonzentration c eingesetzte Menge an terti rem Butylchlorid Zur Bestimmung der Geschwindigkeitskonstanten k der Reaktion wird ber den linearen Anfangsbereich der Kurve eine Ausgleichsgerade Anpassung nach rechtem Mausklick auf Diagramm durchf hren berechnet und deren Steigung ermittelt Durch Markierung setzen kann die Gerade mit dem Wert f r die Steigung A beschriftet werden Test
138. gaufnehmer 666 475 192 CASSY Lab m CPS P U Wandler 734 83 Grundeinheit Gasgesetze 666 474 Kolbenprober f r Gasgesetze 666 473 Stabilisiertes Netzger t 15 V 726 86 Magnetr hrer heizbar 666 847 R hrst bchen 666 854 Laborboy 300 76 Becherglas 1000 ml nF 664 107 Schraubkappe GL 18 667 305 Satz 10 Silikondichtungen 667 306 Satz 10 Verbindungsstecker 501 511 Profilranmen C100 zweizeilig 666 428 Kabel 100 cm schwarz 500 444 Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 PC ab Windows 95 98 NT Do oo oo oo oo Versuchsaufbau siehe Skizze Den elektronischen Wegaufnehmer den Kolbenprober f r die Gasgesetze die Grundeinheit Gasge setze und das Netzger t in die untere Schiene des Profilrahmens einsetzen und die einzelnen Platten mit den Verbindungssteckern aneinanderf gen An der Grundeinheit werden der Kolbenprober das Thermoelement und der Drucksensor mit den entsprechenden GL 18 Verschraubungen angebracht Die GL 45 Verschraubung wird mit dem beiliegenden Schraubverschluss abgedichtet Das Lastst ck mit Hilfe der Angelschnur an der Klemme f r den Kolbenprober festbinden Die Klemme auf das Ende des Stempels pressen und die Schnur zwei mal ber die Rolle des elektronischen Wegaufnehmers legen Das Lastst ck muss bei eingeschobenem Stempel ca 30 bis 40 cm hoch ber der Experimen tierfl che schweben Die Angelschnur entsprechend k rzen Die beiden Sensor CASSYs in die obere Schiene des CPS Rahmens einsetzen und k
139. geben Insbesondere zeigte er dass diese induzierte Spannung proportional zur zeitlichen Ablei tung des magnetischen Flusses ist und damit der Spannungssto 2 va 9 9 4 nur von der nderung des magnetischen Flusses abh ngt Er entdeckte schlie lich das Faradaysche Induktionsgesetz d dt Es wird die induzierte Spannung U t f r unterschiedliche magnetische Flussdichten B und Windungs zahlen N verschiedener Spulen gemessen und in der Auswertung einer aufgenommenen Kurve das Zeitintegral und damit der Spannungssto bestimmt um letztendlich das Faradaysche Induktionsge setz zu best tigen Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 2 Rundstabmagnete 510 11 1 Spule mit 250 Windungen 562 13 4 Spule mit 500 Windungen 562 14 100 CASSY Lab m 1 Spule mit 1000 Windungen 562 15 1 Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Eine Spule wird an Eingang A des Sensor CASSYs angeschlossen Versuchsdurchf hrung a Messung in Abh ngigkeit vom magnetischen Fluss E Einstellungen laden e Spule mit 250 Windungen an Eingang A anschlie en Messung mit F9 starten 1 Magnet bis zur Mitte eintauchen und wieder herausziehen Messung mit F9 stoppen oder nach 10 s automatisch Messung mit F9 starten und warten bis die neue Messung soweit fortgeschritten ist dass sie die alte Messung nicht mehr berdeckt 2 Magnete bis zur Mitte eintauchen und wieder
140. geschrieben werden Durch Doppelklick auf eine Anpas sung kann diese wieder aus dem Diagramm gel scht werden Integral berechnen Der Wert des Integrals ergibt sich aus der Fl che die der mit der linken Maustaste gew hlte Kurven bereich mit der x Achse einschlie t bzw aus der Peakfl che Der Wert des Integrals wird in der Sta tuszeile eingetragen Eine eventuell dort platzierte Koordinatenanzeige wird dabei ausgeschaltet Die aktuelle Wert des berechneten Integrals kann auch als Text in das Diagramm geschrieben wer den Weitere Auswertungen Poissonverteilung berechnen nur sinnvoll bei H ufigkeitsverteilungen Aus dem markierten Bereich des Histogramms wird die Gesamtanzahl n der Ereignisse der Mittel wert u und die Standardabweichung o berechnet in die Statuszeile eingetragen sowie die daraus errechnete Poissonverteilung eingezeichnet y n u x x exp u Weitere Auswertungen Gau verteilung berechnen nur sinnvoll bei H ufigkeitsverteilungen Aus dem markierten Bereich des Histogramms wird die Gesamtanzahl n der Ereignisse der Mittelwert u und die Standardabweichung o berechnet in die Statuszeile eingetragen sowie die daraus errech nete Gau verteilung eingezeichnet y n o Sqrt 2r exp x u 202 Weitere Auswertungen Peakschwerpunkt berechnen Es wird der Schwerpunkt des markierten Peaks berechnet und in die Statuszeile eingetragen Durch Doppelklick auf die Schwerpunktslinie kann diese wieder aus dem
141. gneten ist f r H 0 A m auch die magnetische Feldst rke B 0 T Normalerweise beh lt ein Fer romagnet bei H 0 A m aber noch eine restliche magnetische Flussdichte B ungleich 0 T Rema nenz Es ist daher blich die magnetische Induktion B in einer Hysteresekurve als Funktion steigender und fallender Feldst rke H darzustellen Die Hysteresekurve unterscheidet sich von der sogenannten Neukurve die im Ursprung des Koordinatensystems beginnt und nur bei vollst ndig entmagnetisier tem Material zu messen ist H 0 A m B 0 T Im vorliegenden Beispiel werden H und B nicht direkt gemessen sondern es werden statt dessen die dazu proportionalen Gr en Prim rstrom L N1 H und magnetischer Fluss N2 A B durch die Sekund rspule N2 Windungszahl der Sekund rspule A Querschnitt des Ferromagneten verwen det Der magnetische Fluss wird als Integral der in der Sekund rspule induzierten Spannung U berechnet Ben tigte Ger te 1 Power CASSY 524 011 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 U Kern mit Joch 562 11 1 Spannvorrichtung 562 12 2 Spulen mit 500 Windungen 562 14 4 Kabel 100 cm schwarz 500 444 4 PC ab Windows 95 98 NT Alternativ ohne Power CASSY 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 U Kern mit Joch 562 11 1 Spannvorrichtung 562 12 2 Spulen mit 500 Windungen 562 14 1 Funktionsgenerator S12 522 62 1 Transformator 12 V 562 73 1 STE Widerstand 1 Q 2 W 57719 1 Steckplattensegment 576 71 1
142. gs automatisch in der Tabelle 6 und im Diagramm Do 4 F3 F2 aa Lab DBH e CASSY Lab F9 F5 F6 ol saj Sol a nu Ugi lal Upi 10 y Ioj x 10 5 0 5 10 lo s al snalensalannnd Us 0 01 V Die grunds tzlichen Funktionen lassen sich gezielt mit den Speed Buttons D in der oberen Zeile ausf hren Die wichtigsten Speed Buttons lassen sich auch mit den Funktionstasten bedienen Darunter l sst sich durch Anklicken einer der Darstellungsseiten D die Darstellung der Tabelle 5 und des Diagrams umschalten wenn unterschiedliche Darstellungsarten definiert wurden hier Standard und Kennlinie Tabelle und Diagramm k nnen gegeneinander durch Verschieben der Trennlinie mit der Maus vergr ert oder verkleinert werden An vielen Stellen haben beide Maustasten links und rechts eine entscheidende Funktion Bedienelement D CASSY Anordnung D Kanal Button Anzeigeinstrument D Name der Darstel lung 6 Tabelle Diagramm D Skala Achsensymbole Trennlinie Linke Maustaste Anschalten und ndern eines Kanals ffnen und Schlie en des Anzeigein struments Drag amp Drop nach bis Verschieben der Trennlinie Analog zu Digitalanzeige Drag amp Drop der Werte nach Umschalten in eine andere definierte Darstellung Editieren von Messwerten Drag amp Drop der Werte innerhalb der Tabelle oder d
143. gsfrequenz Im ungekoppelten Fall zeigt das Frequenzspektrum nur einen Peak dessen Frequenz sich durch die Berechnung des Peakschwerpunkts ermitteln l sst Im gekoppelten Fall spaltet die Frequenz symmetrisch in zwei Frequenzen auf Die Amplituden sind nur halb so gro wie im ungekoppelten Fall und der Abstand h ngt von der Kopplung ab Ausgehend von den Differenzialgleichungen der gekoppelten Schwingkreise Ih kIb Nh C 0 Ih kLh h cC 0 mit Kopplung k 0 lt k lt 1 folgen die beiden Eigenfrequenzen w1 und a2 zu wo wo Te NT TE Insbesondere ist die Schwingungsfrequenz des gekoppelten Systems gleich agtw t0 2 AR und damit praktisch unver ndert gegen ber dem ungekoppelten System f r kleine k Hinweis Die Aufspaltung in zwei exakt gleich gro e Peaks gelingt nur bei genau gleichen Schwingkreisen Durch Toleranzen der Induktivit ten L und der Kapazit ten C ist das nicht immer genau gegeben 116 CASSY Lab m Erzwungene Schwingungen Resonanz E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Einem elektrischen RLC Serienschwingkreis wird eine Sinusschwingung der Frequenz f mit konstan ter Amplitude aufgepr gt Dabei stellt sich nach einer kurzen Einschwingzeit im Schwingkreis eben falls eine Schwingung der Frequenz f ein Untersucht wird der Effektivwert des flie enden Stroms und die Phasenlage des Stroms zur aufge pr gten Spannung in Abh ngigkeit von der Frequenz f und dem ohmschen D mp
144. h hung bei steigender Temperatur Der Temperaturkoeffizient u des Widerstands l sst sich leicht aus einer Gera denanpassung bestimmen Im Beispiel ergibt sich eine Widerstandserh hung von 0 407 Q K und ein Widerstand von 100 Q bei 0 C also 0 00407 K Dies deckt sich gut mit dem Literaturwert 0 00392 K f r Platin Der Halbleiterwiderstand nimmt bei steigender Temperatur nicht linear ab Eine Exponentialanpas sung in der 1 T Darstellung mit der Maus anklicken best tigt den oben angegebenen Zusammen hang R e AE 2KT f r h here Temperaturen T Im Beispiel ergibt sich dort f r den verwendeten Halbleiter 2K AE 0 000368 K also AE 7 5 10 20 J 0 47 eV 1 eV 1 602 10 19 J A CASSY Lab 171 Hysterese von Trafoeisen Z Beispiel laden mit Power CASSY E Beispiel laden ohne Power CASSY 172 CASSY Lab m Versuchsbeschreibung In einem Transformatorkern Ferromagnet ist das magnetische Feld H NIW L I proportional zum Spulenstrom und der effektiven Windungsdichte N1 L der Prim rspule Die er zeugte magnetische Flussdichte oder magnetische Induktion B yr uO H mit u0 4n 10 7 Vs Am ist aber nicht proportional zu H Vielmehr erreicht sie bei steigendem Magnetfeld H einen S ttigungs wert Bs Die Permeabilit tszahl ur des Ferromagneten h ngt von der Magnetfeldst rke H und au er dem von der magnetischen Vorbehandlung des Ferromagneten ab Bei einem entmagnetisierten Fer roma
145. h dort ebenfalls einstellen Das Ergebnis ist sofort h rbar sowie nach dem Start einer Messung mit F9 auch sichtbar e Zur angen herten Synthese eines Dreiecks kann synth 1 0 1 3X2 0 1 5X2 0 1 7X2 0 1 9X2 0 1 11X2 0 1 13X2 verwendet werden Die Formel muss nicht eingetippt werden sondern kann auch ber Kopieren aus dem Hilfesystem und Einf gen in das Formeleingabefeld rechte Maustaste bertragen wer den 84 CASSY Lab m Auswertung Nach einer Aufzeichnung mit F9 l sst sich in der Darstellung Frequenzspektrum mit der Maus ankli cken leicht eine Anderung der Verh ltnisse der Oberwellenamplituden verfolgen A CASSY Lab 85 pV Diagramm eines Hei luftmotors Zi El 2 a N eich NS Sgekler BL Mar kgn IT UYJDERT RA AHA FRT AT SL LIE E JEI SIEH ET LEGE m gt TA A jogg Hi N OBBEEBEBEBBEBEEHBE popapo OODOOSOODUTDDOTO OOOOSOOSOOTOOOTD OODOSOODOSOOTDDO E Beispiel laden Sicherheitshinweise e Vor jedem Versuch sicherstellen dass die Heizplatte entsprechend der Kerben aufgesetzt ist und die Heizwendel den Verdr ngerkolben nicht ber hrt e Der Heizkopf des Hei luftmotors kann sehr hei werden und die Pleuel des Antriebs und Verdr ngerkolbens k nnen bei laufendem Motor zu Verletzungen f hren Deshalb m ssen die Be r hrungsschutzk rbe im Betrieb immer verwendet werden e Motor nicht ohne K hlwasserdurchfluss benutzen Der Motor kann sowohl an der Wasserleit
146. halten bis er auch dort ver ndert wird Die unterschiedlichen MetraHits messen unterschiedlich viele signifikante Nachkommastellen Um eine identische Anzeige zu erhalten kann die Software eine Nachkommastelle unterdr cken Probleml sungen Werden keine Messwerte angezeigt kann dies unterschiedliche Gr nde haben e Serielle Schnittstelle falsch angegeben e Verbindungskabel falsch Verwenden Sie das ungekreuzte Kabel 1 1 Kabel welches zum Schnittstellenadapter 531 31 geh rt e Messgr e falsch Stellen Sie am Ger t und in der Software die richtige Messgr e ein e LED am Schnittstellenadapter blinkt nicht Aktivieren Sie die Daten bertragung am MetraHit gleichzeitig DATA und ON dr cken Temperaturmessger t Es wird das Temperaturmessger t 666 209 oder 666 454 unterst tzt Alle vier Temperaturen erhal ten jeweils ein Anzeigeinstrument welches im Hauptfenster bei den Speed Buttons einsortiert wird Der angegebene Anzeigebereich kann jederzeit ver ndert werden und hat mit dem eigentlichen Messbereich im Temperaturmessger t nichts zu tun Das Temperaturmessger t verf gt ber einen Messwertspeicher der ausgelesen werden kann Dazu muss lediglich Speicher auslesen bet tigt werden Probleml sungen Werden keine Messwerte angezeigt kann dies unterschiedliche Gr nde haben e Serielle Schnittstelle falsch angegeben e Verbindungskabel falsch Verwenden Sie ein ungekreuztes Kabel 1 1 Kabel e Falsches Ger
147. ht den Momentangeschwindigkeiten zum gleichen Zeitpunkt t Die Momentangeschwindigkeiten v ergeben sich in guter N herung aus den Dunkelzeiten At der Lichtschranke die durch die Fahne der Breite As unterbrochen wird Beide zeitlichen Verl ufe der Dunkelzeiten und der Momentangeschwindigkeiten lassen sich in den entsprechenden Darstellungen mit der Maus anklicken ablesen Es zeigt sich dass das v t Diagramm einer gleichm ig beschleunigten Bewegung eine Gerade ist Die Steigung der Geraden entspricht der konstanten Beschleunigung a Sie l sst sich z B aus einer Geradenanpassung bestimmen A CASSY Lab 51 Bewegungen mit Speichenrad Newtondefinition DZ O E a C 7 f Gh I E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es werden Bewegungsabl ufe untersucht die ber einen d nnen Faden auf ein Speichenrad bertra gen werden k nnen Das Speichenrad dient als leichtlaufende Umlenkrolle und gleichzeitig zur Weg messung Die Speichenradsignale der Lichtschranke werden aufgenommen und in ein Weg Zeit Diagramm umgerechnet Da dieses Diagramm gleichzeitig mit dem Ablauf des Experiments entsteht wird eine anschauliche Verkn pfung zwischen Bewegungsablauf und Diagramm hergestellt Mit dem gleichen Versuchsablauf kann auch die Wirkung der Beschleunigung einer Masse m 1 kg mit einer Kraft F 1 N veranschaulicht werden Die resultierende Beschleunigung a wird dann erwar tungsgem zu a 1 m s ermittelt Newtondefinition
148. htig f r die analoge und grafische Darstellung sowie die Anzahl der signifikanten Nachkommastellen wichtig f r die digitale und tabellarische Darstellung den indivi duellen Erfordernissen anzupassen Es gibt sechs verschiedene Typen neuer Gr en Parameter F r einen Parameter wird lediglich eine Tabellenspalte reserviert Alle Zahlenwerte die in dieser Ta bellenspalte stehen sollen k nnen dort ber die Tastatur eingetragen werden Das kann vor oder nach der Aufnahme der anderen Messwerte durch Anklicken der Tabellenzelle mit der Maus erfolgen Es ist sinnvoll den Parameter vorher einzugeben damit bei der manuellen Messwertaufnahme direkt die richtigen Messpunkte im Diagramm erscheinen und nicht noch einmal der alte Parameterwert ver wendet wird Alternativ kann der Parameterwert auch in den Einstellungen des Parameters vorgegeben oder mit der linken Maustaste im Anzeigeinstrument verschoben werden Formel Abh ngig von bereits bekannten Gr en l sst sich ber eine mathematische Formel eine neue Mess gr e definieren Die bekannten Gr en werden dabei ber Ihre Symbole angesprochen die in der angezeigten Liste aufgef hrt sind Die eigentliche Formel wird unter Beachtung der korrekten Formel schreibweise eingegeben siehe auch Beispiele Ableitung Integral Mittelwert FFT Fourier Transformation F r die zeitliche Ableitung das zeitliche Integral und die FFT Fourier Transformation muss lediglich der zu tran
149. htungsst rke O2 S ttigung O2 Konzentration Temperatur Spannung Spannung Volumenfluss rel Luftfeuchte Temperatur Temperatur Luftdruck Beleuchtungsst rke Impulsh henverteilung Spannung Frequenz Laufzeit Pegel Kraft Relativdruck Absolutdruck Relativdruck CASSY Lab Sensor Temperaturf hler NTC 666 212 oder NiCr Ni 666 193 2 NiCr Ni 666 193 Handtaster 662 148 oder Fu taster 662 149 Luxsensor 666 243 IR Sensor 666 247 UV A Sensor 666 244 UV B Sensor 666 245 UV C Sensor 666 246 Sauerstoffelektrode 667 458 Feuchtesensor 529 057 Feuchtesensor 529 057 Temperaturf hler NTC 666 212 integriert Luxsensor 666 243 Szintillationsz hler 559 901 mit Detektor Ausgangsstufe 559 912 oder Halbleiter Detektor 559 92 mit Diskriminator Vorverst rker 559 93 integriert integriert integriert integriert integriert o Bemerkung zum Start vorher Taste dr cken zur Reaktion wieder entsprechend der Farbe des Zeigers zum Einpegeln der Box mind 10 s warten Durchblutungskurve Messbereich individuell anpassen Achse mit Maus verschieben oder mit rechter Maustaste anklicken spezielle Auswertung f r Systole und Diastole nur Blutdruckschwankungen mit aufgedrucktem Faktor F des Sensors korrigieren in O2 Gas auf 100 korrigieren mit gleichem Faktor wie bei S tti gung korrigieren extrem hochohmiger Eingang z B f r Elektrostatik
150. hutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur am oberen Ende des Me tallhalters anfassen Versuchsbeschreibung Die Nachweiswahrscheinlichkeit des Szintillationsz hlers wird mittels Kalibrierpr paraten bei ver schiedenen y Energien bestimmt Das y Spektrums einer schwach radioaktiven Probe wird aufge nommen und die radioaktiven Bestandteile in der Probe ermittelt A CASSY Lab 155 Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 VKA Box 524 058 2 Marinelli Becher 559 88 1 Kalibrierpr parat Cs 137 5kBq 559 885 4 Kaliumchlorid 250 g 672 521 1 Szintillationsz hler 559 901 1 Detektor Ausgangsstufe 559 912 1 Hochspannungsnetzger t 1 5 kV 521 68 1 Szintillationsz hler Abschirmung 559 89 1 Sockel zum Szintillationsz hler 559 891 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die Ausgangsstufe des Szintillationsz hlers wird mit der VKA Box und dem Hochspannungsnetzger t verbunden und in den Sockel gestellt Der Szintillationsz hler wird von oben in den Sockel mit Bleiab schirmung eingebaut Das Pr parat wird im Marinellibecher ber dem Szintillationsz hler platziert Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Ein Marinellibecher wird mit 1 kg Kaliumchlorid gef llt und ber dem Szintillationsz hler platziert e Spektrum aufnehmen F9 dabei durch Variation der Hochspannung den Messbereich gut ausnut zen e Marinellibecher entnehmen und Kal
151. hwindigkeiten gegen die Temperatur dargestellt Mit einer Gera denanpassung l sst sich die Literaturangabe c 331 3 0 6 C m s best tigen A CASSY Lab 77 Schallgeschwindigkeit in Luft mit 2 Mikrofonen E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Im Versuch wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Schallimpulses bestimmt und damit da Gruppen und Phasengeschwindigkeit bereinstimmen die Schallgeschwindigkeit Der Schallimpuls wird erzeugt indem zwei Stativstangen aneinander geschlagen werden Dies bewirkt die Druck schwankung in der Luft Der Schallimpuls wird nacheinander von zwei Mikrofonen registriert die einen Abstand As voneinander haben Zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit c wird die Zeit At zwischen den beiden Registrierungen an den Mikrofonen gemessen Die Schallgeschwindigkeit ergibt sich aus der Wegdifferenz As und der zugeh rigen Laufzeitdifferenz At zu c As At Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Mikrofon S 524 059 1 Holzma stab 311 03 2 Stativstangen 47 cm 300 42 4 Kondensatormikrofon mit 3 5 mm Klinkenstecker z B aus dem Computerfachhandel 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Das externe Mikrofon wird in einem Abstand As 0 50 m vor dem internen Mikrofon aufgebaut Bei der Schallerzeugung durch die Stativstangen ist darauf zu achten dass die Schallquelle in direkter Verl ngerung der Strecke zwischen den beiden Mikrofonen l
152. i F hler oder NTC einge setzt werden Dazu in den Einstellungen A1 die Temperatur zun chst l schen dann in den Einstel lungen CASSY F5 die Temperatur Box auf Eingang A anklicken sowie auf gemittelte Werte und Nullpunkt links stellen Es muss dann nur noch in den Einstellungen w der Messbereich auf 0 C bis 120 C und in den Einstellungen w x die Formel auf w amp JA11 50 ver ndert werden 130 CASSY Lab m Helligkeitsregelung E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es wird eine Helligkeitsregelung einer Gl hlampe unter ver nderten Vorwiderst nden realisiert Dabei kommt ein Pl Regler zum Einsatz Ein Pl Regler ermittelt aus dem Messwert x RA1 Widerstand eines LDR und der F hrungsgr e w Sollwert des Widerstands des LDR die Regelabweichung w x Zusammen mit der Grundlast yo ergibt sich beim PI Regler die Stellgr e y yo KP w x K l w x dt Der Proportionalbeiwert KP und Integrierbeiwert K k nnen als Parameter der Regelung so opti miert werden dass sich nach einer St rung z B zus tzlicher Vorwiderstand Anderung der F h rungsgr e w oder der Grundlast yo m glichst rasch wieder eine Regelabweichung w x von etwa 0 einstellt Verwendet man nur einen P Regler K 0 stellt sich eine bleibende Regelabweichung w x ein die erst beim Einsatz eines I Anteils verschwindet Ben tigte Ger te Sensor CASSY 524 010 CASSY Lab 524 200 Stromquellen
153. ibrierpr parat Cs 137 einsetzen e Spektrum aufnehmen e Anhand der Linien in den beiden Spektren bei 1460 keV und 662 keV kann eine Energiekalibrie rung durchgef hrt werden e Pr parat entfernen e Probensubstanz gleichm ig in einem Marinellibecher verteilen diesen ber dem Szintillations z hler platzieren und das Spektrum der Probe aufnehmen e Nullmessung Untergrundmessung durchf hren ohne Pr parat mit der gleichen Messzeit wie bei der Probe Auswertung F r das Kaliumchlorid 17 kBa kg und das Cs 137 Kalibrierpr parat ca 5 kBq siehe Kalibrierzertifi kat Halbwertszeit beachten sind die Aktivit ten bekannt Aus der integralen Z hlrate unter der Linie im jeweiligen Spektrum l sst sich so die Nachweiswahrscheinlichkeit des Szintillationsz hlers bei 1460 keV und 662 keV in dieser Geometrie bestimmen Das Untergrundspektrum wird vom Spektrum der Probe subtrahiert Aus dem resultierenden Spekt rum und der vorher bestimmten Nachweiswahrscheinlichkeit l sst sich die radioaktive Belastung der Probe ermitteln Anhand der beobachteten Energien kann das strahlende Isotop in der Probe ermittelt werden und mit den soeben bestimmten Nachweiswahrscheinlichkeiten auch die Menge abgesch tzt werden Hinweise Der Nal TI Einkristall in der Spitze des Szintillationsz hlers ist empfindlich gegen mechanische Be sch digung Vorsicht beim Einsetzen der Marinelli Becher Bei Messungen an stark strahlenden Proben die Anzeige der
154. iden Sollwerte 3 und 9 rechts eingeben Wenn die pH Elektrode in der pH 3 L sung eingetaucht ist muss der Taster neben dem Sollwert 3 z B Offset korrigieren und bei pH 9 L sung der andere Taster z B Faktor korrigieren bet tigt werden Eine Leitf higkeitselektrode mit dem K Faktor 1 07 soll an die Software angepasst werden Dazu ist lediglich der Faktor 1 07 in die zweite Zeile als Faktor einzugeben und Faktor korrigieren zu w hlen Besonderheit bei der Klima Box 524 057 Bei der Klima Box muss vor der ersten Messung mit dem Feuchtesensor 529 057 dieser kalibriert werden Dazu sind auf dem Feuchtesensor vier Werte C1 bis C4 angegeben Wenn diese einmal ein gegeben worden sind werden sie im Sensor CASSY gespeichert Sie brauchen dann nicht noch ein mal angegeben werden und stehen auch f r eine sp tere Messung mit dem CASSY Display zur Ver f gung Z Siehe auch 36 CASSY Lab m Einstellungen Relais Spannungsquelle Sensor CASSY bietet ein Relais R und eine ber einen Drehknopf einstellbare Spannungsquelle S Beide k nnen von der Software geschaltet werden Dazu m ssen sie erst in der CASSY Anordnung durch Anklicken aktiviert werden Am einfachsten ist die Synchronisation mit dem Start einer Messung z B f r einen Haltemagneten an der Spannungsquelle S Dazu muss lediglich Umschalten w hrend automatischer Aufnahme aktiviert werden Es l sst sich aber auch der Schaltzustand des Relais oder der Spannungsquelle
155. iderstand bei 9 0 C best tigt F r den Halbleiter ergibt die Auswertung eine Abh ngigkeit der Form R e AE 2KT k 1 38 10 23 J K Boltzmann Konstante mit dem Bandabstand AE Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Stromquellen Box 524 031 1 Temperatur Box 524 045 1 Temperaturf hler NiCr Ni 666 193 1 Edelmetallwiderstand 586 80 1 Halbleiterwiderstand 586 82 1 Elektrischer Rohrofen 230 V 555 81 170 CASSY Lab m 1 Sicherheitsanschlussdose 502 061 2 Kabel 100 cm schwarz 500 444 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die Temperatur des F hlers im Rohrofen wird von der Temperatur Box auf Eingang A des Sensor CASSYs gemessen Dabei die Messspitze so in die r ckw rtige Bohrung des Ofens einf hren dass sich die Messspitze in unmittelbarer N he des Widerstandselements befindet Der elektrische Wider stand wird von der Stromquellen Box auf Eingang B erfasst Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Messung mit F9 starten alle 5 K Temperaturerh hung wird ein Messwertpaar aufgenommen e Heizung des Rohrofens einschalten e Nach Erreichen einer Temperatur von max 470 K ca 200 C Messung mit F9 stoppen e Rohrofen wieder ausschalten und Widerstand herausnehmen e Nach Abk hlung des Rohrofens kann die Messung mit einem anderen Widerstand wiederholt wer den Auswertung Bei Verwendung des Edelmetallwiderstands Platin ergibt sich eine lineare Widerstandser
156. ie entspricht der F hrungsgr e w Sollwert Die rote Kurve ent spricht der die Regelgr e x Messwert und sollte sich nach einer St rung schnell wieder der schwarzen Kurve ann hern Die blaue Kurve gibt die Stellgr e y wieder und entspricht daher der Heizspannung Empirische Optimierung des PI Temperaturreglers Die Temperaturregelstrecke ist sehr langsam Daher sind die Auswirkungen der nderungen von KP und KI erst sehr sp t zu sehen Die empirische Optimierung wird also einige Zeit in Anspruch nehmen e K auf O setzen KP in sinnvollen Stufen erh hen z B um 1 bis Regelkreis oszilliert e Kp wieder verringern bis die Oszillationen abklingen Dabei entsteht eine bleibende Regelabwei chung e Kiin sinnvollen Stufen erh hen z B um KP 200 bis wieder Oszillationen einsetzen e K wieder verringern bis die Oszillationen abklingen Der Regler wird allerdings langsamer je klei ner K wird Im Beispiel wurde KP 5 und K 0 05 s verwendet Automatische Variation der F hrungsgr e Die F hrungsgr e w Sollwert kann nicht nur manuell ver ndert werden sondern auch automatisch Dazu beispielsweise in den Einstellungen w als Formel 30 sin 360 t 1000 eingeben Damit wird ein sinusf rmiger Temperaturverlauf zwischen 29 C und 31 C mit einer Periodendauer von 1000 s gere gelt A CASSY Lab 129 Verwendung der Temperatur Box 524 045 Alternativ zur KTY Box kann auch die Temperatur Box 524 045 mit NiCr N
157. ie gemessene H ufigkeitsverteilung mit einer Poissonver teilung zur vergleichen Bei h heren Mittelwerten u geht die Poissonverteilung in eine Gau verteilung ber A CASSY Lab 137 Halbwertszeit von Radon Z Beispiel laden Versuchsbeschreibung Aus der Tatsache dass alle radioaktiven Atomkerne eines Isotops mit der gleichen Wahrscheinlichkeit zerfallen folgt dass w hrend des folgenden Zeitintervalls dt die Zahl N dieser radioaktiven Kerne um dN A N d abnehmen wird X Zerfallskonstante F r die Anzahl N folgt daraus das Zerfallsgesetz N t N t 0 e t Es besagt u a dass nach der Halbwertszeit t In2 A die Anzahl der radioaktiven Kerne halbiert ist Zur Bestimmung der Halbwertszeit von Radon 220 Rn 220 wird eine Plastikflasche mit Thoriumsalz an eine lonisationskammer angeschlossen und das in der Zerfallskette des Thorium auftretende Edel gas Radon in die Kammer gepumpt Das Gas enth lt u a das Isotop Rn 220 dessen Halbwertszeit ca 55 s betr gt Die Halbwertszeiten anderer Radon Isotope sind von dieser Zeit wesentlich ver schieden und brauchen nicht ber cksichtigt zu werden Es wird nun der zeitliche Verlauf des lonisationsstroms gemessen der proportional zur Radioaktivit t des Gases ist Dabei dient die hochohmig beschaltete Elektrometer Box als hochempfindliches Strommessger t Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Elektrometer Box 524 054 1 lonisationskamme
158. iegt Au erdem sollte die Schallkopplung ber den Tisch m glichst gering sein da sonst zu hohe Geschwindigkeiten gemessen werden k n nen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Messung mit F9 starten e Einige Messungen durch Aneinanderschlagen der Stativstangen ausl sen Dabei sollten Umge bungsger usche m glichst vermieden werden um die Messung nicht zu beeinflussen e Messung mit F9 stoppen e Abstand As zwischen den beiden Mikrofonen vergr ern e Messung wiederholen 78 CASSY Lab m Auswertung W hrend der Messung k nnen Umgebungsger usche Fehlmessungen erzeugen Diese Fehlmessun gen k nnen leicht gel scht werden Dazu im Diagramm den falschen Wert anklicken und l schen Backspace Anschlie end die Mittelwerte der Laufzeiten im Diagramm durch Mittelwert einzeichnen bestimmen Jeder Mittelwert kann bequem direkt nach seiner Berechnung in die Darstellung Schallgeschwindig keit mit der Maus anklicken bernommen werden indem er aus der Statuszeile in die neue Tabelle gezogen wird Drag amp Drop Zus tzlich wird der dazugeh rende Abstand As der beiden Mikrofone in die entsprechende Spalte eingetragen Dabei entsteht dann ein As At Diagramm dessen Gerade die Steigung c As At hat Bei Raumtemperatur ergibt sich eine Schallgeschwindigkeit von etwa c 346 m s A CASSY Lab 79 Schallgeschwindigkeit in Festk rpern E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es werden die Schallgeschwind
159. ier Lichtschranken ermitteln Auf diese Weise lassen sich der Impulserhaltungssatz f r den elastischen und unelastischen Sto sowie der Energieerhaltungssatz f r den elastischen Sto best tigen Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Timer Box 524 034 1 Luftkissenfahrbahn 337 50 1 Fahrbahngestell 337 45 1 Luftversorgung 337 53 1 Leistungsstellger t 667 823 2 Gabellichtschranken 337 46 2 Verbindungskabel 6 polig 501 16 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Zun chst wird die Luftkissenfahrbahn in Betrieb genommen und die beiden Lichtschranken an den Eing ngen E und F der Timer Box so positioniert dass der Sto der beiden Wagen zwischen den Lichtschranken stattfinden wird Die Fahnen der beiden Wagen m ssen beim Durchfahren der Licht schranken diese unterbrechen 56 CASSY Lab m Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Massen m1 und m2 in die Tabelle eintragen Feld unter m1 und m2 anklicken e Wagenanordnung vor dem Sto in Relation zu den Lichtschranken E und F angeben Einstellun gen v1 v2 v1 oder v2 Es gibt vier verschiedene Anordnungen beide Wagen au erhalb der Lichtschranken linker Wagen dazwischen und rechter Wagen au erhalb linker Wagen au erhalb und rechter Wagen dazwischen beide Wagen dazwischen Explosion e Fahnenbreite angeben auch Einstellungen v1 v2 v1 oder v2 e Sto durchf hren falls bereits vor dem Sto Geschwindigkeiten ang
160. ierenden K rper beim Drehsto zwi schen den beiden Lichtschranken befinden werden Die Fahnen der beiden K rper m ssen beim Durchfahren der Lichtschranken diese unterbrechen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Tr gheitsmomente J1 und J2 in die Tabelle eintragen Feld unter J1 und J2 anklicken e Anordnung der Fahnen vor dem Sto in Relation zu den Lichtschranken E und F angeben Ein stellungen 1 2 1 oder a2 Es gibt vier verschiedene Anordnungen CASSY Lab m beide Fahnen au erhalb der Lichtschranken linke Fahne dazwischen und rechte Fahne au erhalb linke Fahne au erhalb und rechte Fahne dazwischen beide Fahnen dazwischen Explosion Fahnenbreite und Radius angeben auch Einstellungen 1 2 1 oder 2 Sto durchf hren falls bereits vor dem Sto Winkelgeschwindigkeiten angezeigt werden k nnen diese durch gt 0 gel scht werden und darauf achten dass keine berz hligen Impulse von den Lichtschranken registriert werden z B durch Reflexion eines rotierenden K rpers Messung durch Sto Ende beenden nach vier gemessenen Winkelgeschwindigkeiten beendet sich die Messung von selbst Messwerte mit F9 in die Tabelle f r die Auswertung bernehmen oder mit 0 lt n chste Messung initialisieren Auswertung F r die Drehimpulse vor und nach dem Sto die Gesamtdrehimpulse Energien Gesamtenergien sowie den Energieverlust sind eigene Tabellenseiten vorbereitet in welche die Mes
161. igkeiten in Aluminium Kupfer Messing und Stahlst ben bestimmt Zur Messung wird die Mehrfachreflexion eines kurzen Schallimpulses an den Stabenden ausgenutzt Der Impuls wird durch Anticken des oberen Stabendes mit einem kleinen Hammer erzeugt und l uft zun chst nach unten An beiden Stabenden wird er nacheinander mehrfach reflektiert wobei die an einem Stabende ankommenden Impulse gegeneinander um At verz gert sind Da At die Summe aus Hin und R cklaufzeit ist ergibt sich die Schallgeschwindigkeit c zusammen mit der Stabl nge s zu c 2S At Ben tigte Ger te Kleiner Hammer PC ab Windows 95 98 NT 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Satz 3 Metallstangen 41365 1 Stativstange 150 cm 300 46 1 Piezoelektrischer K rper 587 25 1 Tischklemme einfach 301 07 2 Kabel 200 cm schwarz 501 38 4 4 Versuchsaufbau siehe Skizze Die Metallst be ruhen auf dem piezoelektrischen K rper der die Druckschwingungen des Schallim pulses in elektrische Schwingungen umwandelt Diese werden an Eingang B des Sensor CASSYs aufgezeichnet 80 CASSY Lab m Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Messung mit F9 starten wartet auf Triggersignal e Oberes Ende des ersten Metallstabs mit kleinem Hammer anticken erzeugt Triggersignal e Experiment mit anderem Metallstab wiederholen oder Fehlmessung durch Letzte Messreihe l schen rechte Maustaste auf Tabelle eliminieren Auswertung Die zeitlichen Abst nde At der M
162. ignisse Frequenz Rate Periodendauer Laufzeit Verdunkelungen Dunkelzeit Weg As 1 cm Winkel As 1 cm Linearer Sto v Drehsto pH Wert Spannung Temperatur Widerstand Leitf higkeit magnetische Flussdichte Relativdruck 2000 hPa Relativdruck 70 hPa Absolutdruck Spannung Spannung Kraft Kraft Beschleunigung Strom Temperatur Sensor Wegaufnehmer 529 031 Bewegungsaufnehmer 337 631 dto Paar Registrierrollen 337 16 dto Fensterz hlrohr z B 559 01 dto Gabellichtschranke 337 46 dto Speichenrad z B 337 461 oder g Leiter 529 034 jeweils mit Gabellichtschranke 337 46 dto 2 Gabellichtschranken 337 46 dto pH Elektrode z B 667 424 dto KTY Sensor 529 036 dto Leitf higkeits Messzelle 667 426 Tangentiale B Sonde 516 60 Axiale B Sonde 516 61 Drucksensor 529 038 Drucksensor 70 hPa 529 040 Absolutdrucksensor 529 042 Kraftsensor 314 261 integriert integriert Bemerkung nur Eingang A und nur f r Str me kleiner 3 A Potentiometer zur Wegmessung obere Buchse auf BMW Box mit Bewegungsrichtung dto zus tzlich Radius angeben untere Buchse auf BMW Box nur erstes Rad verwenden dto zus tzlich Radius angeben Torzeit angeben mit H ufigkeitsverteilung als alternative Darstellung Torzeit angeben dto mit H ufigkeitsverteilung als alternative Darstellung von Ereignis a
163. im Diagramm das Auswertungsmen El Gibt die M glichkeit zur nderung der Einstellungen und der Messparameter bei doppelter Bet ti gung durch welche die Messung selbst gesteuert wird Messparameter X Spektrum Box l Anzahl Kan le Verst rkung Box A1 Vielkanal Messung C 26 G 512 C Einkanal Messung Neues Spektrum F 1024 2 C Koinzidenz Messung Hochspannung x1 x20 Messd P akustisches Signal 770 i SS a H gt Totzeit a Hilfe 0 Restzeit Messzeit 2500 my 0 08 1s IV Negative Pulse P wiederholende Messung eoo s Pulsh he Dies ist die zentrale Steuerstelle einer Messung mit der VKA Box Allgemeine Einstellungen wie die Messzeit werden im linken Teil des Fensters vorgenommen Je nach gew hlten Messmodus Vielka nal Einkanal Koinzidenz k nnen im rechten Teil des Fensters andere Optionen eingestellt werden Vielkanal Messung VKA Die Anzahl der Kan le die Messzeit und die Verst rkung der Box werden im rechten Teil des Fens ters eingestellt Das beste Ergebnis wird bei Verst rkungseinstellungen von 1 2 5 oder 10 erreicht oder leicht dar ber Eine rote Schrift bedeutet eine falsche Vorgabe Einkanal Messung Die Anzahl der Kan le wird durch die Anzahl der Messpunkte ersetzt die nacheinander gemessen werden Die Messdauer und die Messzeit pro Punkt beeinflussen sich gegenseitig ber die Anzahl der Mess punkte Die Breite des Messfensters f r jede Einzelmessung kann wahlweise in Proz
164. in der gro en Feldspule an uV Box anschlie en e Messung mit F9 durchf hren e Messung mit verkleinertem maximalen Strom Imax bzw di dt wiederholen dazu den Zeiger des Anzeigeinstruments mit der Maus auf die gew nschte Position verschieben Alternativ ohne Power CASSY a E E O Messung der Induktionsspannung U in Abh ngigkeit von der Fl che A der Induktionsspulen Einstellungen laden Spule 1 A 0 0025 m N1 300 Windungen in gro e Feldspule legen und an uV Box anschlie Ben Spannungsstellknopf des Dreieckstrom Netzger ts auf Rechtsanschlag drehen Stromstellknopf soweit aufdrehen dass Leistungsbegrenzung LED Pmax gerade noch nicht aktiv ist Mittlere dl dt Einstellung w hlen und Taster zum Einschalten des Dreieckstrommodus dr cken Messung mit F9 starten Messwertaufnahme beginnt bei steigender Flanke der Induktionsspan nung UB1 evtl Trigger abschalten Nach einigen Stromperioden wieder mit F9 stoppen Messung mit den Spulen 2 A 0 0015 m und 3 A 0 0010 m wiederholen Messung der Induktionsspannung U in Abh ngigkeit von der Anzahl Ni der Spulenwindungen Einstellungen laden Spule 1 N1 100 Windungen in der gro en Feldspule an uV Box anschlie en Spannungsstellknopf des Dreieckstrom Netzger ts auf Rechtsanschlag drehen Stromstellknopf soweit aufdrehen dass Leistungsbegrenzung LED Pmax gerade noch nicht aktiv ist Mittlere dl dt Einstellung w hlen und Taster zum Einschalten des Dreieckstrommodus dr
165. ind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsregeln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr parate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments aus dem Schutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur am oberen Ende des Me tallhalters anfassen Versuchsbeschreibung Um den Zeitvorteil bei Messungen mit einem Vielkanal Analysator zu demonstrieren wird eine Mes sung im VKA Modus durchgef hrt und zum Vergleich eine im Einkanal Modus Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 VKA Box 524 058 1 Mischpr parat a B y 559 84 oder aus 559 83 168 CASSY Lab m Szintillationsz hler 559 901 Detektor Ausgangsstufe 559 912 Hochspannungsnetzger t 1 5 kV 521 68 Sockel zum Szintillationsz hler 559 891 Stativstange 47 cm 300 42 Leybold Muffe 301 01 Universalklemme 0 80 mm 666 555 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die Ausgangsstufe des Szintillationsz hlers wird mit der VKA Box und dem Hochspannungsnetzger t verbunden Das Pr parat wird mittels Stativmaterial ber dem Szintillationsz hler
166. inima oder Maxima lassen sich z B durch senkrechte Markierungsli nien Peakschwerpunkte oder direkte Differenzmessung bestimmen Da At die Summe aus Hin und R cklaufzeit ist ergibt sich die Schallgeschwindigkeit c zusammen mit der Stabl nge s zu c 2S At Im Beispiel ergeben sich folgende Schallgeschwindigkeiten Metall Messung Literaturwert Messing 3500 m s 3300 m s Kupfer 3900 m s 3710 m s Aluminium 5000 m s 5040 m s A CASSY Lab 81 Tonanalyse E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es werden Kl nge unterschiedlicher Klangfarbe und h he z B Vokale der menschlichen Stimme oder Kl nge von Musikinstrumenten durch eine Fourieranalyse untersucht Das entstehende Fre quenzspektrum zeigt die Grundfrequenz fo mit den angeregten Oberwellen Die verschiedenen Vokale unterscheiden sich vor allem in den Oberwellenamplituden Die Grundfre quenz fo h ngt von der Stimmh he ab Sie betr gt bei hohen Stimmen ca 200 Hz und bei tiefen Stimmen ca 80 Hz Die Stimmfarbe wird durch die etwas unterschiedliche Anregung der Oberwellen bestimmt Das gleiche gilt f r die Klangfarbe von Musikinstrumenten Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Universalmikrofon 586 26 1 Sockel 300 11 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Das Universalmikrofon Funktionsschalter auf Betriebsart Signal und Einschalten nicht vergessen wird an Eingang A des Sensor CASSYs angeschlossen Versuchs
167. instrumente T F min und F max der oberen Zeile ge ffnet werden Direkt nach einer ein zelnen Messung k nnen dann die dort berechneten Werte direkt mit der Maus in die Darstellung Ein gabe verschoben werden Drag amp Drop Solange sich der Dreharm noch dreht und die gemessenen Kraft noch gr er als etwa 1N ist wird dies dann f r die abnehmenden Winkelgeschwindigkeiten z gig wiederholt A CASSY Lab 69 Harmonische Schwingungen eines Federpendels E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es werden die harmonischen Schwingungen eines Federpendels als Funktion der Zeit t aufgenom men Zur Auswertung werden Weg s Geschwindigkeit v und Beschleunigung a miteinander vergli chen Sie k nnen wahlweise als Funktion der Zeit t oder in Form eines Phasendiagramms dargestellt werden Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 BMW Box 524 032 1 Bewegungsaufnehmer 337 631 1 Verbindungskabel 6 polig 501 16 1 Schraubenfeder 3 N m 352 10 1 Satz Lastst cke 50 g 342 61 1 Haltemagnet 336 21 1 Gro er Stativfu V f rmig 300 01 4 Stativstange 25 cm 300 41 70 CASSY Lab m 1 Stativstange 150 cm 300 46 2 Leybold Muffen 301 01 1 Muffe mit Haken 301 08 1 Angelschnur 10 m 309 43 1 Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Der Faden des Federpendels wird so um die Umlenkrolle des Bewegungsaufnehmers gef hrt dass die Schwingung des Pendels sch
168. ist durch uV Box ersetzt mit aufgedruckten Werten C1 bis C4 kalibrieren mit aufgedrucktem Faktor F des Sensors korrigieren Messung radioaktiver Spektren externes Mikrofon anschlie bar f r Kr fte bis 1 N Mit bezeichnete Sensoren brauchen zum Anschluss an die Sensorbox ein 6 poliges Verbindungska bel 501 16 Z Siehe auch A CASSY Lab 35 Korrigieren Sensoreingang Zur Korrektur von Messwerten gibt es verschiedene M glichkeiten die sich alle einfach aus dem Dia logfenster ergeben Links vom Gleichheitszeichen k nnen ein Offset Verschiebung und oder ein Faktor eingegeben wer den mit denen die Software aus den links angezeigten Messwerten Istwerte die Anzeigewerte rechts vom Gleichheitszeichen Sollwerte berechnet Zur Berechnung der Korrektur muss jeweils Offset korrigieren oder Faktor korrigieren bet tigt werden Alternativ k nnen auch die beiden Sollwerte oder jeweils ein Sollwert und ein Rechenwert vorgegeben werden Korrektur l schen verwirft die Korrektur Abspeichern Eine Korrektur wird zusammen mit den anderen Einstellungen des Programms abgespeichert Damit die Korrektur nach einem erneuten Laden noch der Realit t entspricht ist darauf zu achten dass die selben Elektroden und Sensorboxen am selben Sensor CASSY wieder verwendet werden evtl Elekt roden Sensorboxen und CASSYs markieren Beispiele Zwei Pufferl sungen mit pH 3 und pH 9 sollen zur Korrektur verwendet werden Dann sind die be
169. itude Offset Tastverh ltnis im Power CASSY ein paar 100 ms dauern Die Parameter k nnen daher nur schrittweise und nicht kontinuierlich erh ht werden Z Siehe auch 40 CASSY Lab m CASSY Display Einf hrung CASSY Display USB bzw seriell ist eine 2 kanalige Anzeige f r die Messwertanzeige ohne Com puter e mikrocontrollergesteuert mit CASSY Betriebssystem jederzeit bequem ber Software f r Leis tungserweiterungen aktualisierbar e variabel aufstellbar als Tisch Pult oder Demoger t auch im CPS TPS Experimentierrahmen e unterst tzt bis zu 8 Sensor CASSYs entspricht 16 Messkan le e Messung geschieht im Sensor CASSY oder einer dort aufgesteckten Sensorbox Messgr en und bereiche siehe dort e Messwerte einzeln umschaltbar und kalibrierbar Messgr e und Einheit werden bei auf oder um gesteckter Sensorbox automatisch umgeschaltet e mit integrierter Echtzeituhr und Datenlogger Datenspeicher f r bis zu 32 000 Messwerte bleibt beim Ausschalten erhalten und kann so sp ter ber den USB Port ab Windows 98 2000 bzw ber die serielle Schnittstelle von einem Computer ausgelesen werden e Spannungsversorgung 12 V AC DC ber Hohlstecker Sicherheitshinweise e Transport mehrerer kaskadierter CASSY Module nur im Experimentierranmen oder einzeln die mechanische Stabilit t der Kopplung ohne Experimentierrahmen reicht nur zum Experimentieren und nicht zum Transport aus e Zur Spannungsversorgung der CASSY
170. keit von u eren Faktoren Es kann z B der Ein fluss von autogenem Training oder einem schreckhaften Ereignis untersucht werden Dargestellt wird immer der Hautleitwert G 1 R gr ere Werte entsprechen einem kleineren Widerstand Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Hautwiderstands Box 524 048 4 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsvorbereitung siehe Skizze Die Hautwiderstands Box wird an Eingang A des Sensor CASSYs aufgesteckt und ihre Elektroden fest an die Unterseite der Fingerkuppen des Zeige und Miittelfingers des Probanden mit den Klettb n dern befestigt Die Hand sollte hierbei ruhig auf einer Unterlage liegen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Messbereich in den Einstellungen Hautleitwert GA1 oder y Achse des Diagramms mit der Maus so verschieben dass der angezeigte Hautleitwert GA1 etwa in der Mitte liegt notfalls nach rechtem Mausklick auf y Achse Werte ber Tastatur eingeben e Messung mit F9 starten e Evtl Abh ngigkeiten der Hautleitwertkurve von autogenem Training oder einem schreckhaften Ereignis z B durch Klatschen in die H nde mit anschlie ender bewusster Beruhigung untersu chen e Messung mit F9 beenden e Messung kann mit ver nderten Faktoren oder anderen Probanden wiederholt werden Dazu wieder y Achse anpassen und Messung erneut mit F9 starten 202 CASSY Lab m Auswertung Im Diagramm ist ersichtlich wie sich der Hautleitwert unter Einwirkung u er
171. keule der Testantenne im Richtdiagramm bei 0 liegen soll dann muss die Test antenne mit ihrer Hauptstrahlrichtung auf 0 ausgerichtet werden und in die gleiche Richtung wie die Sendeantenne weisen Sie blickt dann mit ihrer R ckseite zur anregenden Quellenantenne hin ber Der Grund ist verfahrenstechnischer Natur Die Hauptstrahlrichtung wird so in einem Durchlauf gemessen und nicht in 2 H lften zerlegt Umweltbedingte Systemver nderungen st ren so die wichtige Region der Hauptkeule weniger e Je nach Testantenne kann die Messung mit unterschiedlich hoher Winkelaufl sung durchgef hrt werden Grunds tzlich gilt Komplizierte Antennen mit vielen oder engen Keulen m ssen mit hoher Aufl sung gemessen werden e Sie k nnen den Messvorgang gleichzeitig auf den ein ausblendbaren Messinstrumenten z B f r Winkel Spannung und Pegel und in der grafischen Darstellung beobachten In der grafischen Darstellung baut sich das Richtdiagramm schrittweise auf kartesische Koordinaten oder Polardia gramm mit frei w hlbaren Achsen Die Skalierung kann mit der linken Maustaste verschoben und mit der rechten Maustaste ver ndert werden 218 CASSY Lab m e Das eigentliche Antennensignal A vor dem Detektor kann nicht direkt gemessen werden sondern nur der Spannungsabfall U den der Detektorstrom am Messverst rker erzeugt Im Allgemeinen ist U nicht proportional zu A sondern U A Der Exponent m beschreibt die Detektorcharakteristik Wi
172. kizze e Magnetr hrer mit Stativ aufbauen e Im Messzylinder 90 ml dest Wasser und 10 ml Aceton abmessen und in das Becherglas geben e Ein Magnet R hrst bchen hinzuf gen und das Becherglas auf den Magnetr hrer setzen Die Leit f higkeits Messzelle so am Stativ einspannen das sie bis knapp unter die Luftaustritts ffnung ein taucht Magnetr hrer einschalten e Die Leitf higkeits Box auf Eingang A des Sensor CASSYs stecken die Leitf higkeits Messzelle ber die Bananenstecker mit der Leitf higkeits Box verbinden Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden Hinweis zum angezeigten Leitf higkeitswert Der Anfangswert der Leitf higkeit sollte f r den Versuch 10 uS cm nicht berschreiten Ist dies dennoch der Fall muss die Messzelle durch Sp len mit dest Wasser gr ndlich gereinigt werden Als Alternative kann ber Einstellungen Leitf higkeit Aufruf durch rechten Mausklick auf Anzeige durch Korrigieren der Offset so angepasst werden dass der Anfangswert Null ist e Messzelle kalibrieren Dazu in den Einstellungen Leitf higkeit Aufruf durch rechten Mausklick auf Anzeige Korrigieren w hlen den aufgedruckten Faktor eingeben und Faktor korrigieren w hlen e Mit der Messpipette 0 8 ml der terti ren Butylchloridl sung c 0 1 mol l abmessen e Im Programm durch Anklicken der Uhr auf der Symbolleiste oder Dr cken von F9 die Messwert aufnahme starten e Die abgemessene Menge terti res Butylchlorid z gig zur L sun
173. klammer PC ab Windows 95 98 NT 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 BMW Box 524 032 1 Drehsystem 347 23 1 Bewegungsaufnehmer 337 631 1 Verbindungskabel 6 polig 501 16 1 Haltemagnet 336 21 1 Stativstange 25 cm 300 41 1 Sockel 300 11 1 Tischklemme einfach 301 07 1 Laborboy II 300 76 4 4 4 64 CASSY Lab m Versuchsaufbau siehe Skizze Der bertragungsfaden wird an der Fahne des Drehsystems r 10 cm oder an einem der Stifte der Zusatzscheibe r 5 cm 2 5 cm befestigt und l uft ber den Bewegungsaufnehmer ab der ber die obere Buchse der BMW Box am Sensor CASSY angeschlossen ist Der Haltemagnet verhindert den Start der Rotation indem er in die N he der B roklammer gestellt wird die auf die Fahne des Dreh systems geklemmt ist Als beschleunigende Kraft dienen z B 3 kleine angeh ngte Massest cke 1 g F 0 0294 N Die unterschiedlichen Drehmomente bei konstantem Tr gheitsmoment werden durch die unterschiedli chen Abrollradien erzielt M r F 2 94 mNm 1 47 mNm 0 73 mNm Alternativ werden die unter schiedlichen Tr gheitsmomente bei konstantem Drehmoment durch Zusatzscheiben realisiert Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden J konstant oder E Einstellungen laden M konstant e Maximal abrollbaren Winkel BA1 in Messbedingung des Messparameterfensters erscheint mit F5 anpassen aktuell amp bA1 lt 6 f r 6 Radien amp b steht f r e Eventuell Zeitintervall aktuell
174. kte Hineinschauen in die strahlende Sendeantenne ist unbedingt zu vermeiden Das gilt auch f r freie Hohlleiterenden und Hornantennen e Bei Ver nderungen am Versuchsaufbau bei denen Hohlleiterkomponenten ausgetauscht werden ist die Versorgungsspannung des Gunn Oszillators abzuklemmen Versuchsbeschreibung Antennen dienen der Ausstrahlung oder dem Empfang elektromagnetischer Wellen Sie m ssen dazu die leitungsgef hrte Welle der Speiseleitung in eine Freiraumwelle umsetzen Antennen sind daher U bergangsstrukturen die Leitungen und den freien Raum miteinander verbinden Von gro em Inte resse sind die Strahlungseigenschaften einer Antenne die je nach Einsatzzweck in Rundfunk Richt funk oder Radar sehr unterschiedlich sein k nnen Weit verbreitet sind z B Antennen mit starker Richtwirkung Es wird die Benutzung des Antennenmessplatzes MTS 7 6 1 mit dem Antennendrehtisch 737 405 erl utert Am Beispiel einer A 2 Dipolantenne wird die Aufnahme von Richtdiagrammen gezeigt F r die Messungen an allen anderen Testantennen Ausstattungen MTS 7 6 2 bis MTS 7 6 5 wird auf das Versuchshandbuch MTS 7 6 Antennentechnik 568 701 verwiesen Zus tzliche Hinweise sind der Gebrauchsanweisung zu 737 405 zu entnehmen Ben tigte Ger te 1 Antennendrehtisch 737 405 1 Gunn Oszillator 737 01 1 Einwegleitung empfehlenswert 737 06 1 PIN Modulator empfehlenswert 737 05 1 Gro e Hornantenne 737 21 A CASSY Lab 217 2 Stativf e MF 301 2
175. llung gebracht Dann werden auf dem Uhrglas etwa 5 g Marmorst cke eingewogen 176 CASSY Lab m Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Waage als Messger t in den Allgemeinen Einstellungen z B ber F5 erreichbar der gew nsch ten seriellen Schnittstelle zuordnen z B COM2 e Evtl in Einstellungen Masse m Baudrate und Mode der Waage und Anzeigebereich 0 5 g an passen Zur Einstellung der brigen Waagenparameter das Waagen Handbuch zu Rate ziehen Es muss eingestellt sein kein Handshake Autoprint ohne Stillstand Intervallprint nach 1 Anzeigenwechsel Ausgabe ohne Datenkennzeichnung e Alle gesendeten Massewerte werden angezeigt Problembehebung e Masse der Marmorst cke in Berechnung des Massenanteils eintragen Dazu in den Einstellungen w den Beispielwert 4 96 durch den aktuell angezeigten Wert ersetzen e Messung mit F9 starten e Sofort die Reaktion einleiten indem die Marmorst ckchen durch Kippen des Uhrglases in das Be cherglas gegeben werden Das Uhrglas schr ggestellt auf dem Becherglas belassen e Reaktion bis zur v lligen Aufl sung des Marmors aufnehmen und verfolgen e Messung der mit F9 stoppen Auswertung Die st renden Gewichtsschwankungen die durch das Hineinkippen des Marmors hervorgerufen wurden k nnen korrigiert werden indem die Ausrei er in der Tabelle mit der Maus angeklickt und auf den Anfangswert im Beispiel 4 96 g gesetzt werden Aus den Kurvenverl ufen der Masse
176. ln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr parate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments aus dem Schutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur am oberen Ende des Me tallhalters anfassen Versuchsbeschreibung Das komplexe Spektrum von Ra 226 und seinen Folgeprodukten wird aufgenommen A CASSY Lab 161 Ben tigte Ger te Sensor CASSY 524 010 CASSY Lab 524 200 VKA Box 524 058 Mischpr parat a B y 559 84 oder aus 559 83 Ra 226 Pr parat 559 430 Szintillationsz hler 559 901 Detektor Ausgangsstufe 559 912 Hochspannungsnetzger t 1 5 kV 521 68 Szintillationsz hler Abschirmung 559 89 Sockel zum Szintillationsz hler 559 891 Stativstange 47 cm 300 42 Leybold Muffe 301 01 Universalklemme 0 80 mm 666 555 oo oo 22 0 oo 0220 oo PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die Ausgangsstufe des Szintillationsz hlers wird mit der VKA Box und dem Hochspannungsnetzger t verbunden Das Pr parat wird mittels Stativmaterial ber dem Szintillationsz hler platziert so dass es sich einige Zentimeter oberhalb des Detektors befindet Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Zur Energiekalibrierung das Mischpr pa
177. lt kann durch Verschieben eines der beiden Polschuhe ver ndert und mit nichtmagnetischen Abstandshaltern justiert werden Der Kraftsensor h lt eine der Leiterschleifen mit dem Leiterschleifenhalter und wird so positioniert dass die Leiterschleife in den Schlitz zwischen den Polschuhen des Elektromagneten eintaucht Die Leiterschleife darf die Polschuhe hierbei nicht ber hren Die beiden 4 mm Buchsen auf der Unterseite des Kraftsensors sind als Einspeisepunkte f r den Leiterschleifenhalter gedacht Sie sind intern nicht beschaltet Der Kraftsensor wird ber die Br ckenbox an Eingang A des Sensor CASSYs ange schlossen Der Strom flie t vom 20 A Netzger t ber die 30 A Box auf Eingang B des Sensor CASSYs durch die Leiterschleife und wieder zur ck zum Netzger t Der Strom des zweiten 5 A Netzger tes flie t nach einander durch die beiden Spulen Dabei beachten dass sich die Magnetfelder der beiden Spulen addieren A mit A verbinden beide E zum Netzger t siehe Skizze Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e In Einstellungen Kraft FA1 Kraftsensor durch gt 0 auf Null setzen und falls erforderlich durch LED an aus die Smooth LED auf der Br cken Box einschalten e Evtl in Einstellungen Strom IB1 den Stromwert zu O A korrigieren dazu ersten Sollwert auf OA setzen und Offset korrigieren e Am Netzteil der Spulen etwa 2 5 A einstellen e Leiterschleifenstrom von 0 20 A in 2 bis 5A Schritten durchfahren und jeweils Messwert
178. lt werden A CASSY Lab 213 Langzeitmessung von Klimadaten E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es werden ber l ngere Zeit die Klimamesswerte Feuchte rHA1 und Lufttemperatur TA11 im Feuchte sensor integriert Luftdruck pA1 in der Klima Box integriert und Beleuchtungsst rke EA1 Helligkeit mit CASSY Display und Sensor CASSY also ohne Computer gemessen Die Messwerttabelle kann zwischendurch oder am Ende der Messung mit einem Computer und dem Programm CASSY Lab ausgelesen und ausgewertet werden Ben tigte Ger te 1 CASSY Display 524 020 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Klima Box 524 057 1 Feuchtesensor 529 057 1 Lux Sensor 666 243 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsvorbereitung siehe Skizze Die Ger te werden an einem gesch tzten Ort aufgestellt an dem eine Spannungsversorgung vorhan den ist Alternativ kann auch ein 12 V Akkumulator ausreichender Kapazit t gt 6 Ah zur Spannungs versorgung benutzt werden Versuchsdurchf hrung e Feuchtesensor kalibrieren nur das erste Mal erforderlich Dazu Sensor CASSY mit Klima Box direkt an den PC anschlie en in CASSY Lab die Klima Box aktivieren Korrigieren w hlen die vier aufgedruckten Zahlen C1 bis C4 eingeben und mit OK best tigen Danach Sensor CASSY wieder an das CASSY Display anschlie en e Einstellung und Start des Datenloggers Dr ckt man die Taste START STOP erscheint in der oberen Anzeige CLR Anh ngen neuer Werte m glich oder
179. lt wird Energiekalibrierung auf den u eren Linien des Spektrums 4785 keV 7687 keV durchf hren Goldfolie in den Strahlengang schwenken Spektrum aufnehmen F9 Kammer bel ften Aluminiumfolie 8 um dick einbauen Kammer evakuieren Spektrum aufnehmen Kammer bel ften Am 241 Pr parat einbauen und Messungen mit Gold und Aluminiumfolie wie derholen ohne die Energiekalibrierung zu ver ndern Auswertung Aus den Spektren wird jeweils die Energie der Linien bestimmt Der Energieverlust pro Wegstrecke in Aluminium und Gold wird ber der Energie aufgetragen und mit den Ergebnissen der Bethe Bloch Formel verglichen Hinweis Der Halbleiterdetektor ist lichtempfindlich deshalb direkte Beleuchtung der Vakuumkammer vermei den um die Messergebnisse nicht zu verf lschen Bedingt durch die Abdeckung der Pr parate ergibt sich bei der Energiekalibrierung nach Literatur werten ein hoher Offset der Energie Das gemessene Spektrum beginnt erst bei einer Energie von 1 2 MeV Teilchen mit geringerer Energie werden bereits vor dem Detektor gestoppt 146 CASSY Lab m Altersbestimmung an einer Ra 226 Probe E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrIlSchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe sind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie
180. lupffrei auf den Bewegungsaufnehmer bertragen werden der an die obere Buchse der BMW Box angeschlossen ist Der Haltemagnet sorgt f r einen definierten Start der Schwingung indem er das Massest ck des Pendels vor dem Start der Messwertaufnahme im unteren Umkehrpunkt der Schwingung festh lt Weiterf hrend k nnen die Luftreibung z B durch ein St ck Pappe am Massest ck oder die Masse des Pendels ver ndert werden Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Eventuell Zeitintervall im Messparameterfenster erscheint mit F5 anpassen k rzeres Zeitintervall erm glicht mehr Messwerte und ein gl tteres s t und v s Diagramm l ngeres Intervall hat weni ger Messwerte und weniger Streuungen in a t zur Folge Gegebenenfalls Vorzeichen der Wegmessung invertieren s lt gt s in Einstellungen sA1 Wegnullpunkt in Gleichgewichtslage des Pendels definieren gt 0 lt in Einstellungen sA1 Pendel etwa 10 cm auslenken und vom Haltemagneten festhalten lassen Messung mit F9 starten und am Ende wieder mit F9 stoppen Beim Wiederholen der Messung vorher wieder Wegnullpunkt in Gleichgewichtslage berpr fen Auswertung Neben der Wegdarstellung sind bereits eine bersichtsdarstellung mit s t v t und a t und ein Pha sendiagramm v s vorbereitet Die verschiedenen Darstellungen k nnen durch Anklicken ausgew hlt werden Sehr sch n lassen sich die Phasenbeziehungen und die D mpfung erkennen Anmerkung Die gezeichneten
181. m in g bzw des Massenanteil w in ist zun chst eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit zu erkennen die dann immer mehr exponentiell abnimmt weil die Kon zentration der Reaktanden bzw die Anzahl der reagierenden Molek le bzw lonen geringer wird Aus dem Massen Endwert der sich am besten der Tabelle entnehmen l sst kann der Anteil des bei der Reaktion entwichenen CO2 im Marmor CaCO3 ermittelt werden CaCO3 2 HCI CaCl2 CO2 H2O Der experimentell bestimmte Anteil des CO2 nach der Beispiel Messreihe ist mCaO 2 85 9 4 96 g 57 5 mCO2 100 57 5 42 5 Der theoretische Wert betr gt mCO2 CO2 CaCO3 44 0 g 100 0 g 44 0 A CASSY Lab 177 Titration von Salzs ure mit Natronlauge E Beispiel laden Gefahrenhinweis S uren und Laugen wirken tzend Schutzbrille aufsetzen Versuchsbeschreibung W hrend der Titration werden pH Wert und Leitf higkeit parallel erfasst und in der Auswertung der Aquivalenzpunkt und pks Wert der Titration bestimmt Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 pH Box 524 035 1 pH Einstabmesskette 667 424 1 Leitf higkeits Box 524 037 1 Leitf higkeits Messzelle 667 426 1 Magnetr hrer 666 845 1 Becherglas 250 ml hF 664 113 1 Stativrohr 666 607 3 Doppelmuffen 666 542 3 Uhniversalklemmen 666 555 1 B rette 50 ml 665 847 1 B rettentrichter 665 816 178 CASSY Lab m 1 Pipette 10 ml 665 975 1 Pipettierball 666 003 1 PC ab Windows 95
182. magnetischen Feld eines Elektromagneten P3 3 3 4 Kraft zwischen stromdurchflossenen Leitern Amperedefinition P3 4 1 1 Spannungssto Faradaysches Induktionsgesetz P3 4 3 1 Induktion durch ein ver nderliches Magnetfeld P3 4 5 3 Zeitabh ngige Aufzeichnung von Spannung und Strom eines Transformators P3 4 5 4 Leistungs bertragung eines Transformators Auf und Entladung eines Kondensators Ged mpfter Schwingkreis P1 7 7 3 Gekoppelte Schwingkreise Erzwungene Schwingungen Resonanz RLC Filter Tiefpass Hochpass Bandpass P4 1 2 1 Kennlinie einer Gl hlampe Kennlinie einer Diode Kennlinie eines Transistors Temperaturregelung P4 3 2 2 Helligkeitsregelung P4 3 23 Spannungsregelung P5 5 1 2 Quadratisches Abstandsgesetz f r Licht P6 4 2 1 Poissonverteilung P6 4 3 2 Halbwertszeit von Radon P6 5 4 1 a Spektroskopie an radioaktiven Proben Am 241 P6 5 4 2 Bestimmung des Energieverlustes von a Strahlung in Luft P6 5 4 3 Bestimmung des Energieverlustes von Strahlung in Aluminium und in Gold P6 5 4 4 Altersbestimmung an einer Ra 226 Probe P6 5 5 1 Nachweis von y Strahlung mit einem Szintillationsz hler Cs 137 P6 5 5 2 Aufnahme und Kalibrierung eines y Spektrums P6 5 5 3 Absorption von y Strahlung P6 5 5 4 Identifizierung und Aktivit tsbestimmung von schwach radioaktiven Proben P6 5 5 5 Aufnahme eines Spektrums mit einem Szintillationsz hler 46 CASSY Lab e P6 5 6 1 Quantitative Beobachtung des Compton Effekts Aufnahme des kom
183. mit einem Mikrofon registriert Zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit c wird die Zeit t zwischen der Impulserzeugung am Laut sprecher und der Registrierung am Mikrofon gemessen Da der genaue Startort des Schallimpulses am Lautsprecher nicht direkt bestimmt werden kann werden zwei Messungen durchgef hrt wobei sich das Mikrofon einmal am Ort s1 und einmal bei s2 befindet Die Schallgeschwindigkeit ergibt sich aus der Wegdifferenz As s1 s2 und der zugeh rigen Laufzeitdifferenz At t1 t2 zu c As At In dem Ger t zur Schallgeschwindigkeit kann mit Hilfe eines Heizk rpers die Lufttemperatur erh ht werden gleichzeitig sind st rende Umgebungseinfl sse wie Temperaturunterschiede sowie Luftkon vektionen minimiert In diesem System bleibt der Druck p konstant tats chlicher Umgebungsluft druck Mit steigender Temperatur T sinkt die Dichte p die Schallgeschwindigkeit c nimmt zu Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Timer Box 524 034 1 Temperatur Box 524 045 1 Ger t zur Schallgeschwindigkeit 413 60 1 St nder f r Rohre und Spulen 516 249 1 Breitbandlautsprecher 587 08 1 Universalmikrofon 586 26 1 Temperaturf hler NiCr Ni 666 193 4 Transformator 12 V 3 5 A z B 521 25 76 CASSY Lab m 1 Gileichspannungsauelle ca 5 V z B Batteriekasten 2x 4 5 V 576 89 mit Satz Monozellen 1 5 V 503 11 Ma stabschiene 0 5 m 460 97 Sockel 300 11 Experimentierkabel 50 cm blau 500 422 Paar Kabel 25 cm
184. mpfangssignals und einen entsprechend verringerten Signal Rauschabstand E Wendelantenne linksdrehend Z Yagiantenne mit 4 Direktoren und 1 Reflektor Do Stichwortverzeichnis A Ableitung 23 Absorption 141 144 152 153 Abstandsgesetz 134 Achsen 17 Achsenbelegung 16 24 Addition 21 Akustik 73 81 83 Allgemein 24 alpha 139 Altersbestimmung 146 Aluminium 152 Americium 139 Amontons 191 Amperedefinition 96 Anh ngen 12 Anpassung 18 Antennendrehtisch 43 Antennentechnik 216 quivalenzpunkt 19 ASCII 41 Aufladung 110 Ausgang 36 Auswertungen 16 Automatische Aufnahme 12 B Balken 17 24 Bandpass 118 Beta Spektrum 156 Bewegungen 47 49 51 53 63 Bewegungsgleichung 53 63 Biologie 199 Blei 152 Blutdruck 207 Boyle Mariotte 191 CASSY 22 CASSY Lab 8 CASSY Display 40 213 CE2 194 Chemie 174 Chlorophyll 197 Compton Effekt 158 Coulombsches Gesetz 88 D Darstellung 24 Data Logger 43 Datenlogger 40 Delphi 7 Diastole 20 Differenz 18 CASSY Lab 219 Digitales Spektralphotometer 42 Diode 122 Drehimpuls 65 E Eichung 17 Eingang 35 Einh llende 18 Einkanal Analysator 167 Einstellungen 22 23 24 32 35 36 39 EKG 203 Elektrokardiogramm 203 Elektromyogramm 206 EMG 206 Energie 17 55 65 Energiekalibrierung 150 Energieverlust 144 Energieverlust in Materie 156 Entfernung 18 Entladung 110 Erstarrungspunkt 180 Exponentialanpassung 18 F Faraday 99 102 Fes
185. n Blattoberfl che oder in der Durchsicht L sung st rker hervor Dieser Teil um ca 550 nm ent spricht dem gr nen Anteil des Lichtes was der Grund ist warum eine Chlorophylil sung gr n er scheint und Bl tter ebenfalls gr n sind Durch Einstrahlung in den Absorptionsmaxima erh lt man auch die h chste Photosyntheseleistung d h der Kurvenverlauf der Absorption bzw Extinktion stellt das Wirkungsspektrum der Photosynthese dar Genauer betrachtet ist dieses Spektrum eine berlagerung dreier Einzelspektren dem von Chloro phyll a Chlorophyll b und Carotin Eine Auftrennung der einzelnen Blattfarbstoffe ist z B d nn schichtchromatographisch m glich Weitere Versuchsm glichkeiten e Neben Chlorophyll k nnen auch Spektren von beliebigen anderen farbigen L sungen untersucht werden e Zur schnelleren Durchf hrung der Messung kann auch eine etwas gr bere Aufl sung z B in 10 nm Schritten und ein anderer Wellenl ngenbereich gew hlt werden e Eine wesentlich schnellere und komfortablere Aufnahme von Spektren erm glicht das Diodenar ray Photometer 667 347 e Die Abh ngigkeit der Transmission und Extinktion von der Konzentration l sst sich durch Messung einer Konzentrationsreihe von z B einer Kupfersulfat L sung im Absorptionsmaximum zeigen e F r kinetische Untersuchen z B der Entf rbung von Kristallviolett wird im Absorptionsmaximum gegen die Zeit gemessen ber die M glichkeiten der Formeleingabe und
186. n Da er Kr fte nahezu nur in einer Richtung misst ergibt sich ein sinusf rmiger Kraftverlauf dessen Minima und Maxima der radial gerichteten Zentrifugalkraft entsprechen Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Kraftsensor S 50 N 524 042 1 Fliehkraft Dreharm 347 211 1 Gro e Stativfu V f rmig 300 01 1 Stativstange 10 cm 300 40 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Der Kraftsensor wird horizontal liegend mit der Stativstange m glichst kurz in dem Stativfu befestigt Alle Schrauben fest anziehen Anschlie end wird der Stativfu mit seinen Stellschrauben horizontal ausgerichtet sodass der Fliehkraft Dreharm m glichst wenig pendelt und auch bei geringer Drehfre quenz mit konstanter Geschwindigkeit dreht Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Massest cke im definierten Abstand r wird zwischen der Drehachse und der Mitte des Massest ckes bestimmt auf dem Dreharm festschrauben e In Einstellungen Kraft Fa1 den Kraftsensor auf gt 0 setzen e Dreharm nahe der Drehachse mit dem Finger in Rotation versetzen und bei Erreichen der Kraft von etwa 5 N Messaufzeichnung mit F9 starten und alle 5 bis 10 s wiederholen bis die gemessene Kraft etwa 1 N betr gt Man erh lt eine Schar von Sinuskurven deren Amplituden kleiner und de ren Perioden l nger werden Durch die Triggereinstellung des Beispiels beginnen alle Kurven im Koordinatenursprung 68 CASSY Lab m Auswer
187. n E nach F Nummer der Verdunkelung Dauer der Verdunkelung Radius angeben Fahnenbreite angeben Fahnenbreite und Radius angeben mit zwei Pufferl sungen korrigieren Temperaturkompensation ber Formel m glich X spezielle Auswertung f r Aquiva lenzpunkt mit aufgedrucktem Faktor k der Messzelle korrigieren Temperaturkompensation ber Formel m glich zum Offsetabgleich mit gt 0 muss LED auf der Box mit Box LED angeschaltet sein wegen galvanischer Trennung nicht mehr erforderlich hochempfindlicher Eingang Aufl sung bis 0 5 uV Box LED schaltet zwischen ge gl ttet SMOOTH und ungegl ttet um ist durch Kraftsensor S 1 N er setzt f r gro e Kr fte bis 50 N nur f r Str me gr er 3 A verwen den sonst ohne Box auf A 34 Nr 524 045 524 046 524 047 524 048 524 049 524 050 524 051 524 052 524 054 524 055 524 056 524 057 524 058 524 059 524 060 524 064 524 065 524 066 Sensorbox Temperatur Box Reaktionstest Box Puls Box Hautwider stands Box EKG EMG Box Blutdruck Box Lux Box Sauerstoff Box Elektrometer Box Amplifier Box Spirometer Box Klima Box VKA Box Mikrofon S Kraftsensor S 1 N Drucksensor S 2000 hPa Absolutdruck sensor S Drucksensor S 70 hPa Messgr e Temperatur Differenztemperatur Reaktionszeit Puls Spannung Hautwiderstand 3 EKG Ableitungen EMG Blutdruck Puls Beleuc
188. n Stroms in Abh ngigkeit von der Frequenz Das RC Filter d mpft die Ausgangsspannung bei hohen Frequenzen pro Oktave Frequenzverdopplung um etwa die H lfte Tiefpass Das RL Filter dagegen d mpft die niedrigen Frequenzen pro Oktave Frequenz halbierung um etwa die H lfte Hochpass Das RLC Filter d mpft au erhalb der Resonanzfrequenz des LC Parallelschwingkreises entsprechend der einzelnen Filter Im Resonanzbereich hat die Aus gangsspannung aber ein ausgepr gtes Maximum Bandpass Die Resonanzfrequenz in von R unab h ngig Au erdem werden die beiden Wechselstromwiderst nde Z1 nur LC sowie Z R mit LC berechnet und dargestellt Der Widerstand des LC Parallelschwingkreises ist bei seiner Resonanzfrequenz ma ximal im Idealfall w re er sogar unendlich Der flie ende Strom wird daher minimal und damit auch der Spannungsabfall am Widerstand Deshalb ist die Ausgangsspannung im Resonanzfall maximal Die Darstellung Phase zeigt dann die Phasenverschiebung zwischen aufgepr gter Spannung und flie endem Strom Da vom CASSY nur der cos gemessen wird muss f r die Darstellung der Pha se zus tzlich zum arccos auch noch das Vorzeichen von ermittelt werden Normalerweise ge schieht dies automatisch durch eine interne Monotoniebetrachtung von In wenigen F llen kann dies jedoch fehlschlagen Dann hilft i A ein Verkleinern der vorgegebenen Anzahl no gefolgt von einer neuen Messung Die beiden letzten Darstellungen zeigen die
189. n Thorium mehr sondern Yttrium Im Laufe der ersten Jahre nach Herstellung ndert sich die Intensit t einzelner Linien da sich das radioaktive Gleichgewicht neu einstellen muss Insbesondere verh lt sich die Intensit t der Linien bei 338 und 911 keV Zerfall von Ac 228 zu Th 228 anders als die restlichen Linien Auch die Ka Linien werden dadurch beeinflusst Aufgrund der Staubentwicklung m glichst keine bereits in einer Lampe entz ndeten Gl hstr mpfe verwenden 164 CASSY Lab m Koinzidenz und y y Winkelkorrelation beim Zerfall von Positronen 7 TA A Jan 0 1 5 KV E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrISchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe sind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsregeln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr parate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments aus dem Schutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur
190. n der Absorberdicke dargestellt Daraus ergibt sich der lineare Schw chungskoeffizient u und die Halbwertsdicke d1 2 I Typische Werte f r u sind E 60 keV 662 keV 1253 keV Al 0 51 1 cm 0 16 1 cm 0 13 1 cm Fe 7 4 1 cm 0 43 1 cm 0 36 1 cm Pb 0 86 1 cm 0 55 1 cm Hinweis Der Nal TI Einkristall in der Spitze des Szintillationsz hlers ist empfindlich gegen mechanische Be sch digung Vorsicht beim Auflegen der Absorber Es entstehen sonst Risse im Einkristall die aufgrund der Streuung zu verminderter Empfindlichkeit f hren und vor allem die Energieaufl sung verschlechtern 154 CASSY Lab m Identifizierung und Aktivit tsbestimmung von schwach radioaktiven Proben E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrISchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe sind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsregeln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr parate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments aus dem Sc
191. nau eine Messwertzeile aufgenommen d h die aktuellen Anzeigewerte der In strumente in die Tabelle und in das Diagramm bernommen F r eine komplette Messreihe ist daher eine wiederholte manuelle Aufnahme erforderlich Neue Messreihe anh ngen Erm glicht die aufeinanderfolgende Aufnahme mehrerer Messreihen Alle Messreihen werden gleich zeitig in der Tabelle und im Diagramm dargestellt Dabei wird f r die Darstellung einer weiteren Mess reihen jeweils eine andere Farbe verwendet Alternativ k nnen die einzelnen Messreihen auch erst nacheinander aufgenommen und einzeln abge speichert werden Beim Laden mehrerer vergleichbarer Messreihen mit gleichen Messgr en k n nen Messreihen auch nachtr glich noch angeh ngt werden A CASSY Lab 13 Messwerte ndern und l schen Parametereingabe Alle Messwerte au er Zeit und Formeln k nnen in der Tabelle editiert werden Dazu wird die Mess wertzelle angeklickt und mit der Tastatur der Zahlenwert editiert Das ist auch die einzige M glichkeit einen Parameter in die Tabelle einzugeben Zum L schen von Messwerten gibt es zwei M glichkeiten Im Kontextmen rechte Maustaste der Tabelle k nnen die jeweils letzten Tabellenzeilen oder ganze angeh ngte Messreihen gel scht wer den 14 CASSY Lab m Messung VKA Box Bl Startet und stoppt eine neue Messung W hrend oder nach einer Messung ffnet die rechte Maus taste in der Tabelle das Tabellendarstellungsmen und
192. ne Volumen V berechnet wird Die Mess werte werden auf dem Bildschirm direkt in einem pV Diagramm dargestellt Zur weiteren Auswertung wird die als Kolbenreibung verrichtete mechanische Arbeit W fe dV pro Umlauf berechnet Ben tigte Ger te Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 Wasserbeh lter 10 I PC ab Windows 95 98 NT 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Stromquellen Box 524 031 1 Wegaufnehmer 529 031 1 B Box 524 038 1 Drucksensor 529 038 1 Verbindungskabel 6 polig 501 16 1 Hei luftmotor 388 182 1 Angelschnur 309 43 1 Schraubenfeder 352 08 1 U Kern mit Joch 562 11 1 Spannvorrichtung 562 12 1 Netzspule 500 Windungen 562 21 1 Kleinspannungsspule 50 Wnd 562 18 2 PVC Schlauch 8 mm 307 70 1 Tauchpumpe 12 V 388 181 1 DC Netzger t 0 20 V 521 54 2 Kabel 100 cm schwarz 501 33 4 4 4 Versuchsaufbau siehe Skizze Der zerlegbare Transformator wird montiert und das Joch fest aufgespannt Die Heizplatte wird entsprechend Gebrauchsanleitung montiert und die Heizung mit den beiden Expe rimentierkabeln an die beiden u ersten Buchsen der Kleinspannungsspule angeschlossen Der Schlauch des Drucksensors wird an den Druckstutzen des Arbeitskolben Pleuels angeschlossen Der Drucksensor wird ber die B Box an Eingang B des Sensor CASSYs angeschlossen Der Weg aufnehmer wird mit zwei Kupplungssteckern auf der Grundplatte befestigt und ein Faden entspre chend Skizze geschlungen und ber die Stromquellen B
193. ng Der hochspannungsf hrende Steckerstift darf weder den Experimentator noch Teile der Versuchsan ordnung ber hren Insbesondere ist weder der Kraftsensor noch das Sensor CASSY gegen Hoch spannung gesch tzt Au erdem den Abstand zwischen Hochspannungskabel und den anderen isolierten Kabel w hrend des gesamten Experiments maximal halten Versuchsbeschreibung Zwei gleichnamig oder ungleichnamig aufgeladene Kugeln ben eine Kraft aufeinander aus Diese Kraft ist proportional zu der Ladung Q einer jeden Kugel und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes x der Kugeln voneinander Die Proportionalit t F 1 x2 wird best tigt Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Br cken Box 524 041 1 Stromquellen Box 524 031 1 Kraftsensor 314 261 1 Verbindungskabel 6polig 1 5m 501 16 1 Wegaufnehmer 529 031 1 Hochspannungsnetzger t 25 kV 521 721 1 Hochspannungskabel 501 05 1 Satz Ladungsk rper 314 263 A CASSY Lab 89 1 Pr zisions Metallschiene 460 82 1 Messwagen 1 337 00 1 Klemmreiter 460 95 1 Federstecker 590 02 1 Anschlussstab 532 16 1 Stativstange 25 cm 300 41 1 Kleiner Stativfu V f rmig 300 02 1 Leybold Muffe 301 01 1 W gesatz 1 50g 590 27 1 Tischklemme einfach 301 07 1 Angelschnur 309 43 1 Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 1 Kabel 25 cm schwarz 500 414 3 Kabel 100 cm schwarz 500 444 4 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Der Kraftsensor wird ber di
194. ng einer Am 241 Probe wird in Abh ngigkeit vom Luftdruck in der Streukammer gemessen Daraus wird der Energieverlust bei Normaldruck in Abh ngigkeit vom Ab stand berechnet Es ergibt sich die Reichweite der a Strahlung in Luft Ben tigte Ger te Vakuummeter Messr hre TR 211 378 501 Vakuummeter Messkabel 3 m 378 502 Vakuummeter Anzeige TM 21 378 500 Zentrierring DN 16 KF 378 045 Spannring DN 10 16 KF 378 050 PC ab Windows 95 98 NT zus tzlich empfohlen 1 Auspuff Filter AF 1 8 378 764 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 VKA Box 524 058 1 Am 241 Pr parat 559 82 1 Streukammer nach Rutherford 559 56 1 Diskriminator Vorverst rker 559 93 1 Verbindungskabel 6polig 1 5m 501 16 1 HF Kabel 1 m 501 02 1 HF Kabel 0 25 m 501 01 1 Drehschieber Vakuumpumpe 378 752 1 Kleinflansch DN 16 KF 378 031 1 Vakuumschlauch d 8 mm 307 68 1 Kreuzst ck DN 16 KF 378 015 1 Dosierventil mit DN 16 KF 378 776 4 4 4 4 4 4 Versuchsaufbau siehe Skizze Das Pr parat und der Detektor werden in der Rutherford Streukammer platziert Der Detektor wird ber das kurze HF Kabel mit dem Diskriminator Vorverst rker verbunden Der Diskriminator Vorverst rker wird mit der VKA Box verbunden Die Pumpe und das Vakuummeter werden an die Rutherford Streukammer angeschlossen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Nach Einbau von Pr parat und Detektor Rutherford Streukammer vorsichtig evakuieren e Nach Erreichen des Vakuums Sp
195. ngeben z B 180 e Bereich bis Zielwinkel in Grad angeben z B 180 e Winkelschritt Auswahlmen f r die Winkelaufl sung Drehintervalle sind zwischen 0 5 1 2 ausw hlbar e Biasstrom ein ausschaltbar Die in der Dipolantenne 737 411 verwendete Schottky Detektor Diode ben tigt einen kleinen DC Vorstrom Bias in der Gr enordnung von 15 uA Ohne diesen Vorstrom sinkt die Empfindlichkeit des Detektors deutlich ab e Gunn Modulation berlagert der DC Versorgung f r den Gunn Oszillator eine Rechteckspannung von ca 1 kHz 1 Vpp Nur einschalten falls kein PIN Modulator 737 05 vorhanden ist e Detektorcharakteristik Die Testantennen m ssen immer mit einem Detektor verbunden werden z B Koax Detektor 737 03 bzw sie besitzen eine fest eingebaute Detektordiode Das eigentliche Antennensignal A vor dem Detektor kann nicht direkt gemessen werden sondern nur der Spannungsabfall U den der Detektorstrom am Messverst rker erzeugt Im Allgemeinen ist A nicht proportional zu U 44 CASSY Lab m Ausw hlbar sind Quadratischer Detektor A U 1 2 gute N herung f r kleine Empfangsspannungen U lt 5 mV Linearer Detektor A U N herung f r gro e Empfangsspannungen U gt 5 mV Frei A U 1 m hier muss die Detektorcharakteristik m selbst eingeben werden z B nach Kontrollmessung mit einem kalibrierten D mpfungsglied 737 09 e Fernfeld Rechner Eingabe von DT gr te Querabmessung der Testantenne in mm
196. ngsquelle S aufgeladen Zum Start der Schwingung wird der Taster gedr ckt welcher dabei die Spannungsquelle S kurzschlie t Hinweis Anstelle des Tasters k nnte auch das Relais R verwendet werden Dieses kann jedoch beim Schalten so stark prellen dass in den ersten Millisekunden der Schwingung diese noch gest rt wird Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Ladespannung UB1 am Kondensator auf etwa 9 5 V einstellen dazu Spannungsquelle S entspre chend einstellen e Messung mit F9 starten wartet dann auf Triggersignal e Schwingkreis mit Taster schlie en erzeugt Triggersignal A CASSY Lab 113 Auswertung Die Frequenz f der Schwingung l sst sich am leichtesten im Frequenzspektrum ermitteln Darstel lung anklicken und Peakschwerpunkt berechnen Die Anfangsamplitude und die Zeitkonstante der D mpfung ergibt sich aus den Parametern A und B der Anpassung einer Einh llenden Mit diesen Parametern l sst sich eindrucksvoll bereinstimmung von U t mit y t A exp v B sin f t 360 zeigen Dazu m ssen die Parameter A B und f in den Einstellungen der Formel y ge ndert und die Darstellung Anpassung gew hlt werden Beispiel Das Versuchsbeispiel liefert aus der U t Einh llenden die Anfangsamplitude A 6 64 V und die Zeit konstante B 1 77 ms Die Schwingungsfrequenz wird zu 1235 Hz ermittelt Die Funktion der Schwingung lautet daher y t 6 64 exp t 0 00177 sin 1235 t 360 und ist als Funktion der Anpa
197. nie Compton Verteilung zwar zeitlich aber nicht r umlich korreliert sind und so gegen ber der r umlich korrelierten 511 keV Linie um den Raumwinkel des zweiten Detektors abgeschw cht werden Die absolute Z hl rate der 511 keV Linie sinkt dabei entsprechend der Nachweiswahrscheinlichkeit des zweiten Detek tors Dreht man den Detektor nun aus der 180 Richtung heraus so verschwindet die 511 keV Linie w h rend die r umlich unkorrelierten Bestandteile erhalten bleiben Um die Unterdr ckung zeitlich nicht korrelierter Quanten zu demonstrieren werden zwei Pr parate gleichzeitig verwendet Das Cs 137 liefert dabei einen nicht korrelierten Untergrund der in Koinzidenz nur aufgrund zuf lliger Koinzidenzen sichtbar ist onne Koinzidenz Messung aber deutlich sichtbar ist 166 CASSY Lab m Bei Messungen in Koinzidenz zur 1275 keV Linie entf llt die r umliche Koinzidenz die Spektren zu verschiedenen Winkeln sehen gleich aus Da es nur ein 1275 keV y Quant pro Zerfall gibt ist in Koin zidenz auch keine 1275 keV Linie zu beobachten Hinweis Das Zeitfenster f r Koinzidenzen ist fest vorgegeben und betr gt 4 us A CASSY Lab 167 Messungen mit dem Einkanal Analysator E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrISchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe s
198. nien einblenden Verbindungslinien zwischen den Messpunkten Balken einblenden Messwertbalken Achsen einblenden Nulllinie der x und y Achse Die aktuelle Einstellung kann als Vorgabe f r weitere Starts des Programms in den Allgemeinen Ein stellungen abgespeichert werden Skalierung w hlen Im Diagramm kann die Skalierung aus und links oben oder links unten eingeblendet werden Die aktuelle Einstellung kann als Vorgabe f r weitere Starts des Programms in den Allgemeinen Ein stellungen abgespeichert werden Raster einblenden Im Diagramm kann ein Raster aus und wieder eingeblendet werden Die aktuelle Einstellung kann als Vorgabe f r weitere Starts des Programms in den Allgemeinen Ein stellungen abgespeichert werden Zoomen Nach Aktivierung dieses Men punkts muss der Bereich definiert werden der vergr ert werden soll Das geschieht mit der linken Maustaste Eine bereits gezoomte Darstellung l sst sich auch weiter zoomen Ein Zoom kann anschlie end durch Zoom ausschalten wieder zur ckgesetzt werden Abk rzung Tastatur Alt Z Zoom ausschalten Setzt den aktuell gew hlten Ausschnitt des Diagramms wieder in seine Ausgangsgr e zur ck Abk rzung Tastatur Alt A Energiekalibrierung VKA Box Aufgenommene Spektren sind zun chst in Kan le eingeteilt Ordnet man einem oder zwei Kan len eine Energie zu so kann auch eine Darstellung ber der Energie gew hlt werden Nach Aufruf der Energiekalibrierung kann mit
199. noch der pH Wert gemessen Verwendung einer Gleichlauf oder Motorkolbenb rette automatische Titration Im Messparameterfenster zweimal F5 automatische Aufnahme w hlen und als Intervall z B 1 s einstellen In den Einstellungen V f r das Volumen die Formel t 20 eingeben hier wird angenommen dass in 20 s 1 ml zudosiert wird Dieser Wert wie auch das maximale Volumen muss ggf angepasst wer den Verwenden einer Waage zur Volumenerfassung automatische Titration In den Allgemeinen Einstellungen nach F5 an der seriellen Schnittstelle der Waage die Einstel lung Waage vorgeben z B COM2 auf Waage stellen wenn die Waage an COM2 angeschlossen ist Die Einstellungen der Waage Baudrate Mode etc der Waagenprogrammierung anpassen ggf Handbuch zur Waage zu Rate ziehen In den Einstellungen V f r das Volumen die Formel m 1 05 eingeben hier wird angenommen dass die Dichte des Titrationsmittels 1 05 g ml ist Dieser Wert wie auch das maximale Volumen muss ggf angepasst werden 180 Schmelz und Erstarrungspunkt von Palmitins ure E Beispiel laden Versuchsbeschreibung CASSY Lab Durch Aufnahme des Temperaturverlaufs beim Erhitzen einer Substanz kann deren Schmelz und Erstarrungspunkt ermittelt werden Ben tigte Ger te a a a DN ala a aa N Ml 0 0 Sensor CASSY CASSY Lab Temperatur Box Temperaturf hler NTC Bechergl ser 250 ml hF Bunsenstativ Stativrohr 13 mm Universalmuffe Doppelm
200. nsoren S 50 N 524 042 4 Kupplungsstecker 340 89 1 Fahrbahn 337 130 2 Fahrbahnwagen 337 110 1 Paar Zusatzmassen 337 114 1 Gro e Sto feder 337 473 1 Kleiner Stativfu V f rmig 300 02 60 CASSY Lab m 1 Stativstange 1m 300 44 1 Muffe mit Ring 301 10 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die beiden Kraftsensoren werden mit jeweils 2 Kupplungssteckern so an den Au enseiten der Wagen befestigen dass die Zuleitungen starr am Wagen und nicht an der beweglichen H lfte des Kraftsen sors herausgef hrt sind Dabei die Zuleitungen so sichern dass sie sich beim Sto nicht im Kraftsen sor bewegen z B mit Tesafilm am Wagen sichern Au erdem die Zuleitungen so f hren dass sie beim Sto die Wagen nicht behindern Der Sto wird mit der gro en Sto feder abgefangen die an einem der beiden Wagen auf der Innen seite befestigt ist Es wurde bewusst die gro e Sto feder vorgeschlagen da damit der Sto vorgang etwas l nger dauert und deshalb w hrend des Sto es mehr Messwerte aufgenommen werden k n nen Die Feder ist aber relativ weich und sollte beim Sto vorgang nicht berlastet werden Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Massen m1 und m2 in die Anzeigeinstrumente eintragen mit rechter Maustaste anklicken und als Parameter eingeben Die Gesamtmasse eines Wagens ergibt sich aus der Summe der Wagen masse 0 5 kg der Masse des Kraftsensors 0 1 kg sowie gegebenenfalls der Feder 0 01 kg und
201. nt J wird direkt ber die Tastatur in die Tabelle eingetragen Be reits w hrend der Tabelleneingabe entsteht das gew nschte Diagramm Die Achsen k nnen nach Anklicken mit der rechten Maustaste leicht umgerechnet oder umskaliert werden z B a 1 0 Als weitere Auswertung ist es m glich durch zus tzliche Formeln z B die Rotationsenergie mit der geleisteten Arbeit zu vergleichen Die Rotationseneragie ist E 0 5 J amp w 2 J als Zahlenwert eintippen amp w steht f r und die geleistete Arbeit berechnet sich zu W M amp bA1 M als Zahlenwert eintippen amp b steht f r m CASSY Lab 65 Drehimpuls und Energieerhaltung Drehsto Ej Beispiel laden Versuchsbeschreibung Mit dem Drehsystem lassen sich die Winkelgeschwindigkeiten zweier K rper vor und nach ihrem Sto aus den Verdunkelungszeiten zweier Lichtschranken ermitteln Auf diese Weise lassen sich der Drehimpulserhaltungssatz f r den elastischen und unelastischen Drehsto sowie der Energieerhal tungssatz f r den elastischen Drehsto best tigen Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Timer Box 524 034 1 Drehsystem 347 23 2 Gabellichtschranken 337 46 2 Verbindungskabel 6 polig 501 16 1 Laborboy II 300 76 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Zun chst werden das Drehsystem und die beiden Lichtschranken an den Eing ngen E und F der Timer Box so positioniert dass sich die Fahnen der beiden rot
202. nts mit der Maus verschieben oder in den Einstellungen w rechte Maustaste den Wert des Pa rameters entsprechend setzen e Regelung mit F9 starten und sp ter auch wieder mit F9 beenden e W hrend der Regelung kann eine St rung aufgepr gt werden z B die Generatorlast variiert oder F hrungsgr e oder Grundlast ver ndert werden e Zur Optimierung des Reglers k nnen Proportionalbeiwert KP und Integrierbeiwert K variiert wer den dazu in den Einstellungen KP oder KI rechte Maustaste die Werte entsprechend setzen Auswertung An den aufgenommenen Kurven sieht man sch n die G te des Reglers Die schwarze Linie entspricht der F hrungsgr e w Sollwert Die rote Kurve entspricht der die Regelgr e x Messwert und sollte sich nach einer St rung schnell wieder der schwarzen Kurve ann hern Die blaue Kurve gibt die Stell gr e y wieder und entspricht daher der Motorspannung Empirische Optimierung des PI Spannungsreglers e K auf 0 setzen KP in sinnvollen Stufen erh hen z B um 0 1 bis Regelkreis oszilliert e Kp wieder verringern bis die Oszillationen abklingen Dabei entsteht eine bleibende Regelabwei chung e K in sinnvollen Stufen erh hen z B um 10 KP bis wieder Oszillationen einsetzen e K wieder verringern bis die Oszillationen abklingen Der Regler wird allerdings langsamer je klei ner K wird Im Beispiel wurde KP 0 5 und KI 4 s verwendet Automatische Variation der F hrungsgr e Die F h
203. nur einmal angeschlossen werden Soll ein Handmessger t gleich zeitig mehrmals verwendet werden z B zwei pH Meter so m ssen diese Ger te ber den Data Logger angeschlossen werden Der angegebene Anzeigebereich kann jederzeit ver ndert werden und hat mit dem eigentlichen Messbereich im Handmessger t nichts zu tun Wenn der Messbereich im Ger t umgestellt wird bleibt der Anzeigebereich in der Software erhalten bis er auch dort ver ndert wird Zu jeder Messgr e wird ein Anzeigeinstrument erzeugt welches im Hauptfenster bei den Speed Buttons einsortiert wird Der Data Logger sowie das Sound Level Meter verf gt ber einen Messwertspeicher der ausgelesen werden kann Dazu muss Speicher auslesen bet tigt sowie am Ger t das Senden der Werte initiiert werden Probleml sungen Werden keine Messwerte angezeigt kann dies unterschiedliche Gr nde haben e Serielle Schnittstelle falsch angegeben e Verbindungskabel falsch Verwenden Sie nur das spezielle Computeranschlusskabel 666 251 e Falsches Ger t ausgew hlt berpr fen Sie die Katalognummer des Ger ts mit der Angabe im Dialogfenster e Messgr e falsch Stellen Sie am Ger t die richtige Messgr e ein Antennendrehtisch Es wird der Antennendrehtisch 737 405 unterst tzt Neben zahlreichen vordefinierten Versuchsbei spielen k nnen f r den optimalen Einsatz folgende Parameter manuell ver ndert werden e Bereich von Startwinkel in Grad f r die Messung a
204. nzierung wird daraus das Faradaysche Induktionsgesetz U dt best tigt Der magnetische Fluss durch eine Spule h ngt auch von deren Windungszahl N ab da jede einzelne Windung die Flussdifferenz Abo sieht und der Gesamtfluss durch AB N Afo gegeben ist Betrachtet man nun in Versuchsteil b die Abh ngigkeit eines Spannungsto es von der Windungszahl D CASSY Lab 101 N der verwendeten Spule so l sst dieser Zusammenhang auch best tigen Dazu werden z B alle positiven Fl chen bestimmt und zusammen mit der Windungszahl N in der Darstellung Windungszahl eingetragen Tabellenzellen anklicken Aus der Proportionalit t folgt dann wieder via N Ad A Die Steigung der Geraden in der Darstellung der Spannungsst e gegen die Windungszahl entspricht dem magnetischen Fluss o der durch den Magneten in einer einzelnen Spulenwindung erzeugt wird Tipp zur Integration Zur Integration muss der Bereichsanfang gefunden werden was nicht immer sofort gelingt wenn mehrere Messkurven bereinander liegen Einfacher geht es wenn die Messung sofort nach dem Spannungssto mit F9 gestoppt wird nicht bis zum Ablauf der 10 s warten und Integrale sofort nach der Messung berechnet werden Wird dann bei der n chsten Messung mit dem Spannungssto bis nach Ende der vorherigen Messkurven gewartet dann liegt keine Kurve w hrend der Integration ber einer anderen 102 CASSY Lab m Induktion durch ein ver nderliches Magnetfeld
205. nzt PC abh ngig bis 100 Werte s bei h herer Messrate max 32 000 Werte 16 000 Werte f r Spannung und Strom 1 Programmierbare Stromquelle mit gleichzeitiger Spannungsmessung alternativ zur Spannungsquelle w hlbar Aussteuerbereich 1 A Messbereich 1 3 10 V weitere Daten siehe Spannungsquelle 1 USB Port USB Version bzw serielle Schnittstelle RS232 SubD 9 zum Anschluss eines Com puters 1 CASSY Bus zum Anschluss weiterer CASSY Module oder des CASSY Displays Abmessungen BxHxT 115 mm x 295 mm x 45 mm Masse 1 0 kg Lieferumfang 1 Power CASSY 1 Software CASSY Lab ohne Freischaltcode f r Windows 95 98 NT oder h her mit ausf hrlicher Hilfe 20 Nutzungen frei dann als Demoversion nutzbar 1 Installationsanleitung 1 USB Kabel bzw serielles Kabel SubD 9 1 Steckernetzger t 12 V 1 6 A Hinweise zur Leistungsgrenze Das Power CASSY kann bedingt durch die Leistungsf higkeit des mitgelieferten Steckernetzger ts nicht in allen F llen einen Gleichstrom von 1 A bei 10 V garantieren Erst wenn ein zweites Stecker netzger t nicht im Lieferumfang enthalten eingesteckt ist hat das Power CASSY auch in solchen Grenzf llen noch ausreichend Leistungsreserven Die Abtastrate von 100 kHz f r den Ausgabekanal begrenzt die ausgegebene Frequenz auf maximal 10 kHz Dabei ist die Signalform mit 10 us aufgel st besteht also aus mindestens 10 Punkten pro Periode jeweils im Abstand von 10 us L sst sich damit die eingestell
206. oCom 41 W Waage 41 Waagerechte Linie 18 Werte 17 Widerstand 169 Winkelabh ngigkeit 158 Winkelkorrelation 164 zZ Z hlrate VKA Box 21 Zeitintervall 12 Zentrifugalkraft 67 Zerfallskette 146 Zoom 17 Zweipunktregler 127 Zwischenablage 15 20 222 CASSY Lab
207. oder in den Einstellungen w rechte Maustaste den Wert des Parameters entsprechend setzen e Regelung mit F9 starten und sp ter auch wieder mit F9 beenden e W hrend der Regelung kann eine St rung aufgepr gt werden z B ein Vorwiderstand zugeschal tet oder F hrungsgr e oder Grundlast ver ndert werden e Zur Optimierung des Reglers k nnen Proportionalbeiwert KP und Integrierbeiwert K variiert wer den dazu in den Einstellungen KP oder KI rechte Maustaste die Werte entsprechend setzen Auswertung An den aufgenommenen Kurven sieht man sch n die G te des Reglers Die schwarze Linie entspricht der F hrungsgr e w Sollwert Die rote Kurve entspricht der die Regelgr e x Messwert und sollte sich nach einer St rung schnell wieder der schwarzen Kurve ann hern Die blaue Kurve gibt die Stell gr e y wieder und entspricht daher der Lampenspannung Empirische Optimierung des PI Helligkeitsreglers Die Werte f r KP und KI m ssen negativ gew hlt werden da der Widerstandsmesswert der Sensorbox kleiner wird je gr er die Spannung an der Spannungsauelle S ist e K auf 0 setzen KP in sinnvollen Stufen erh hen z B um 0 1 bis Regelkreis oszilliert e Kp wieder verringern bis die Oszillationen abklingen Dabei entsteht eine bleibende Regelabwei chung e K in sinnvollen Stufen erh hen z B um 10 KP bis wieder Oszillationen einsetzen e K wieder verringern bis die Oszillationen abklingen Der Regler wird alle
208. ogrammen zur Verf gung 16 CASSY Lab m Grafische Auswertungen Die zahlreichen grafischen Auswertungen sind nach einem Klick mit der rechten Maustaste im Dia gramm zug nglich E Achsenbelegung ndern E Koordinaten anzeigen E Linienbreite w hlen E Werteanzeige w hlen E Skalierung w hlen Ej Raster einblenden E Zoomen E Zoom ausschalten E Markierung setzen E Text E Senkrechte Linie E Waagerechte Linie E Differenz messen E Mittelwert einzeichnen E Anpassung durchf hren E Integral berechnen E Poissonverteilung berechnen E Gau verteilung berechnen E Peakschwerpunkt berechnen E Gau kurven anpassen Z Aquivalenzpunkt bestimmen E Systole und Diastole bestimmen E Diagramm Fenster kopieren Markieren eines Kurvenbereiches F r einige Auswertungen ist es erforderlich einen Kurvenbereich zu markieren f r den die Auswer tung berechnet werden soll Dazu bewegt man den Mauszeiger bei gedr ckter linker Maustaste vom Anfang bis zum Ende des Kurvenbereichs Alternativ kann auch der Anfangs und der Endpunkt angeklickt werden W hrend der Markierung des Kurvenbereichs erscheint der markierte Bereich gr n Achsenbelegung ndern Ruft das Darstellungsfenster auf Dort kann die Belegung der x Achse und der bis zu 8 y Achsen ge ndert werden Auch eine Umrechnung der Achsen ist dort m glich Alternativ kann die Achsenbelegung durch Drag amp Drop zwischen den Kanal Buttons und dem Di
209. ox an Eingang A angeschlossen Der Arbeits kolben hat nach unten einen Stift mit Ose zum Befestigen des Fadens Die R ckholfeder wird in das Loch am Gestellkopf eingeh ngt Sie muss im unteren Totpunkt bereits Spannung aufweisen Faden zweimal um die Rolle des Wegaufnehmers schlingen damit kein Schlupf auftritt Die Stellung des Potentiometers muss so eingestellt werden dass im oberen Totpunkt des Arbeitszylinders ein Volu men von ca 50 cm angezeigt wird Versuchsdurchsf hrung E Einstellungen laden e Test der richtigen Einstellung des Wegaufnehmers Der Motor wird einmal von Hand durchgedreht und beobachtet ob die Volumenanzeige innerhalb des Messbereiches ist Ist das nicht der Fall wird der Faden leicht entspannt und das Rad des Wegaufnehmers bis zur korrekten Anzeige ver dreht A CASSY Lab 87 e Heizung mittels Schalter an der Netzspule einschalten Beim ersten Start ist es sinnvoll ca 1 Minute zu warten bevor man den Motor anwirft damit das Gas f r einen leichten Anlauf hei ge nug wird Bei weiteren Versuchen kann man den Motor starten wenn die Heizwendel zu gl hen beginnt e Messung mit F9 starten Es werden die voreingestellte Anzahl Messpunkte automatisch gemessen und dargestellt die Messung ist auf wenige Uml ufe eingestellt damit das folgende Integrieren einfacher wird Auswertung Volumenbestimmung bereits im Beispiel durchgef hrt Der Innendurchmesser des Arbeitszylinders betr gt 60 mm womit sich eine
210. paratur CE2 Aufnahme des Spektrums einer Rohchlorophyll L sung mit dem Spektralphotometer 667 3491 A CASSY Lab 175 Reaktion von Marmor mit Salzs ure E Beispiel laden Gefahrenhinweis Salzs ure wirkt tzend Schutzbrille aufsetzen Versuchsbeschreibung Durch die Entwicklung von CO2 w hrend der Reaktion von Marmor mit Salzs ure kommt es zu einer Massenabnahme die mit einer Waage registriert wird es ist kein CASSY erforderlich Ben tigte Ger te 1 CASSY Lab 524 200 1 Elektronische Waage mit Datenausgang z B 667 795 oder 667 7780 667 7791 1 Becherglas 250 ml nF 664 130 1 Uhrglas 80 mm 664 154 1 PC ab Windows 95 98 NT Ben tigte Chemikalien Marmor St cke 250 g 673 250 Salzs ure c 2 mol l 500 ml ca 6 7 ig 674 692 Versuchsvorbereitung siehe Skizze Es werden vom Programm die von LEYBOLD DIDACTIC vertriebenen Waagen der Firmen Sartorius Mettler und Ohaus mit seriellem Datenausgang unterst tzt An der Waage m ssen folgende Ubertra gungsparameter eingestellt sein 2400 Baud w hlbar 7 Datenbits 1 Stoppbit gerade Parit t w hl bar Die Waage wird ber ein Nullmodemkabel 25 polig 728 088 9 polig 729 769 an eine serielle Schnittstelle des Computers z B COM2 angeschlossen Das Becherglas wird mit ca 100 ml etwa 6 iger Salzs ure gef llt und auf die Waage gestellt Auf das Becherglas wird das Uhrglas gesetzt Die Waage wird durch Dr cken der Tara Taste auf Nullste
211. platziert so dass es sich einige Zentimeter oberhalb des Detektors befindet Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Messung im VKA Modus starten F9 e Messung im Einkanal Modus starten dabei beispielsweise mit gleicher Gesamtmesszeit arbeiten oder mit gleicher Messzeit pro Punkt Auswertung Die parallele Messung aller Kan le zeigt deutliche Zeitvorteile gegen ber der sequentiellen Messung einzelner Kan le Dieser Zeitvorteil wandelt sich bei gleicher Messzeit in einen Gewinn an Aufl sung oder Signal Rausch Verh ltnis A CASSY Lab 169 Elektrische Leitung in Festk rpern Ej Beispiel laden Versuchsbeschreibung Ein einfacher Test f r Modelle zur elektrischen Leitf higkeit von Leitern und Halbleitern ist die Unter suchung der Temperaturabh ngigkeit des Widerstands R In elektrischen Leitern nimmt R bei stei gender Temperatur zu da die St e der quasi freien Elektronen aus dem Leitungsband mit den Atom r mpfen des Leiters eine immer gr ere Rolle spielen In Halbleitern dagegen nimmt der Widerstand mit steigender Temperatur ab weil immer mehr Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband gelangen und zur Leitf higkeit beitragen Im Versuch werden die Widerstandswerte eines Edelmetallwiderstands und eines Halbleiterwider stands in Abh ngigkeit von der Temperatur gemessen F r den Edelmetallwiderstand wird im unter suchten Temperaturbereich in guter N herung der Zusammenhang R Ro 1 0 Ro W
212. plexen y Spektrums von Ra 226 und seinen Zerfallsprodukten Aufnahme des komplexen y Spektrums eines Gl hstrumpfes Koinzidenz und y y Winkelkorrelation beim Zerfall von Positronen Messungen mit dem Einkanal Analysator e P7 2 2 1 2 Elektrische Leitung in Festk rpern e P7 3 2 1 Hysterese von Trafoeisen A CASSY Lab 47 Gleichf rmige Bewegungen zwischen zwei Lichtschranken Ej Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es werden die Zeiten t gemessen die ein Fahrbahnwagen braucht um verschiedene Wege s zwi schen zwei Lichtschranken mit konstanter Geschwindigkeit v zur ckzulegen Dabei wird der Weg s auf einem Ma stab unmittelbar an der Fahrbahn abgelesen und das s t Diagramm der Bewegung gezeichnet Zus tzlich k nnen die Durchschnittsgeschwindigkeiten vm s t berechnet und in einem vm t Diagramm dargestellt werden Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Timer Box 524 034 1 Fahrbahn 337 130 1 Fahrbahnwagen 337 110 1 Satz Antriebsmassen 337 113 2 Kombi Lichtschranken 337 462 1 Halter f r Kombi Speichenrad 337 463 1 Kombi Speichenrad 337 464 1 Angelschnur 309 48 2 Verbindungskabel 6 polig 501 16 4 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die beiden Lichtschranken werden so an der Fahrbahn montiert dass sie von der Unterbrecherfahne des Fahrbahnwagens unterbrochen werden Die Lichtschranken werden an die Eing nge E und F der Timer Box auf Eingang A des Sensor CASSYs ange
213. plitude multipliziert werden saw t 5 erzeugt ein Dreieck mit einer Periodendauer von 5 Sekunden square t 5 erzeugt analog zum vorigen Beispiel ein Rechteck mit einer Periodendauer von 5 Sekunden Nach jeweils 2 5 Sekunden wird zwischen 0 und 1 und umgekehrt gewechselt 10 ramp t 10 lt 0 4 erzeugt wieder ein Rechteck Diesmal jedoch mit der Amplitude 10 und einem Tastverh ltnis von 40 40 der Zeit ist der Klammerausdruck 1 wahr und die restlichen 60 der Zeit ist er 0 falsch 28 CASSY Lab m shift time 12 30 100 erzeugt eine einmalige Rampe ab der Uhrzeit 12 30 f r die Dauer von 100 Sekunden In dieser Zeit w chst der Wert der Formel kontinuierlich von 0 auf 1 sin 360 t 7 erzeugt eine Sinusschwingung mit der Periodendauer 7 Sekunden und der Amplitude 1 Beispiele f r die Rangfolge der Auswertung arithmetischer Ausdr cke x yNz 2 besitzt die Operator Rangfolge und Das hat zur Folge dass zuerst y z ausgewertet wird das Ergebnis anschlie end mit zwei multipliziert und erst zum Schluss x addiert wird Soll die vorgegebe ne Operator Rangfolge unterdr ckt werden so m ssen die betreffenden Ausdr cke in Klammern ge setzt werden x y z 2 im Gegensatz zum vorigen Beispiel werden hier zun chst die Addition x y sowie die Multiplikation z 2 ausgef hrt Erst zum Schluss werden die beiden Einzelergebnisse miteinander potenziert Beispiele f r die Auswertung Boolescher Ausdr cke x lt 5 kann entwe
214. ppen Messreihe abspeichern e Zur Identifizierung einzelner Komponenten den Versuch mit einer Referenzsubstanz z B n Butan wiederholen Messreihe ebenfalls abspeichern Auswertung Durch Zoomen Auswertemen ber rechten Mausklick auf Diagramm kann der entscheidende Kur venausschnitt bildschirmf llend dargestellt werden Zur Bestimmung der Retentionszeiten kann eine senkrechte Markierungslinie durch den Maximalwert eines Peaks gelegt oder der Peakschwerpunkt berechnet werden Die Retentionszeit kann als Text in das Diagramm geschrieben werden Der Vergleich der Retentionszeit des Referenzpeaks n Butan mit denen der Komponenten in der Probe zeigt dass es sich bei der 4 Substanz um n Butan handelt Alternativ k nnen die Kurven von Probe und Referenzsubstanz berlagert werden Dazu beide Kurven hintereinander laden und die Abfrage Soll die neue Messreihe zus tzlich zur vorhandenen Messreihe geladen werden bejahen Hinweis Abweichungen der Retentionszeiten k nnen durch Ver nderung der Raumtemperatur w h rend der Messungen entstehen Erweiterung Variationen Wie am Beispiel des n Butans beschrieben lassen sich mit den entsprechenden Referenzsubstanzen Ethan Propan i Butan auch die anderen Bestandteile des Feuerzeuggases identifizieren Durch die Aufnahme von Chromatogrammen der Gase aus verschiedenen Feuerzeugen l sst sich deren unterschiedliche Zusammensetzung nachweisen A CASSY Lab 187 Gaschromatographie
215. r 546 25 1 Gef mit Thoriumsalz 546 36 1 Netzger t 450 V 522 27 1 STE Widerstand 10 GQ 577 03 1 STE Kondensator 100 pF 578 22 2 Klemmstecker 590 011 1 Kupplungsstecker 340 89 2 Anschlussst be 532 16 138 CASSY Lab m 1 Satz Br ckenstecker 501 48 1 Experimentierkabel 50 cm blau 500 422 1 Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Der Versuch wird direkt auf der Elektrometer Box auf Eingang A des Sensor CASSYs aufgebaut Die lonisationskammer wird mit dem Kupplungsstecker und dem Anschlussstab auf die obere rechte Buchse der Box gesteckt die beiden oberen linken Buchsen werden mit einem Br ckenstecker ver bunden und die beiden unteren linken Buchsen nehmen den Messwiderstand von 10 GQ sowie den Gl ttungskondensator von 100 pF auf Klemmstecker zur Aufnahme beider Bauteile verwenden Die verbleibende Massebuchse der Elektrometer Box dient der Erdung des Experimentators er h lt w hrend des Experiments einen mit Masse verbundenen Anschlussstab in der Hand um seinen Ein fluss auf die empfindliche Messung zu minimieren Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Eventuell Offset der Elektrometer Box korrigieren dazu Anschlussstab der lonisationskammer erden in Einstellungen Ua1 Korrigieren w hlen als ersten Sollwert O V eingeben und Offset kor rigieren e Spannung von 450 V zwischen Masse der Elektrometer Box und Zylinder der lonisationskammer anlegen e Dur
216. r Messung den Wert 1 und danach den Wert 0 Diese Formel kann z B f r das Zeitfenster verwendet werden um die Messung nach 100 s zu stoppen time gt 12 30 35 hat ab der Uhrzeit 12 30 35 den Wert 1 vorher den Wert 0 Es muss der Operator gt verwendet wer den da exakte Gleichheit nur f r 1 100 s gilt und damit praktisch nicht erreicht wird min time 11 45 and date 18 3 1997 ist nur w hrend der einen Minute am 18 3 1997 um 11 45 wahr Wert 1 und sonst falsch Wert 0 T lt 25 or T lt 27 and old realisiert einen Zweipunkt Regler Ist die Temperatur T kleiner 25 C so ist das Funktionsergebnis 1 hier z B Heizung eingeschaltet Ist die Temperatur T kleiner 27 C und war die Heizung vorher bereit eingeschaltet dann bleibt sie auch eingeschaltet Erst wenn die Temperatur ber 27 C steigt schaltet sich die Heizung aus und bleibt auch solange aus bis die Temperatur wieder unter 25 C sinkt 0 5 n 1 errechnet aus der Nummer der laufenden Messung z B ein Volumen In diesem Fall werden alle 0 5 ml ein Messwert aufgenommen und so aus n das Volumen berechnet F r die erste Tabellenzeile hat n den Wert 1 Beispiele f r die Erzeugung von Frequenzen ramp t 10 erzeugt eine Rampe mit einer Periodendauer von 10 Sekunden t ist die Messzeit in Sekunden und startet mit Start der Messung bei 0 Die Rampe startet mit O und endet mit 1 Werden andere Ampli tuden ben tigt so muss zus tzlich mit der gew nschten Am
217. r Zweipunkt Steuerung einer Heizung Der Regler schaltet also unter 25 C ein und ber 27 C wieder aus Rampe 8 ramp t 10 erzeugt eine Rampe von 0 bis 8 mit der Periodendauer 10 s 0 1 Hz Rechteck mit freiem Tastverh ltnis ramp t 10 lt 0 8 erzeugt ein Rechteck mit der Periodendauer 10 s 0 1 Hz 80 der Periodendauer ist das Rechteck 1 und sonst 0 Temperaturkompensation pH pHA1 1 B1 25 273 8 als amp J eingeben korrigiert den bei 25 C kalibrierten pH Wert pHA1 f r die neue Temperatur B1 Temperaturkompensation Leitf higkeit CA1 1 0B1 25 45 als amp J eingeben korrigiert die bei 25 C kalibrierte Leitf higkeit CA1 f r die neue Temperatur B1 30 CASSY Lab m Sensor CASSY Einf hrung Sensor CASSY USB bzw seriell ist ein kaskadierbares Interface zur Messdatenaufnahme zum Anschluss an den USB Port eines Computers ab Windows 98 2000 bzw die serielle Schnitt stelle RS232 an ein weiteres CASSY Modul oder an das CASSY Display 4 fach galvanisch getrennt Eing nge A und B Relais R Spannungsquelle S bis zu 8 CASSY Module kaskadierbar dadurch Vervielfachung der Ein und Ausg nge bis zu 8 Analogeing nge pro Sensor CASSY ber Sensorbox nachr stbar automatische Sensorboxerkennung durch CASSY Lab plug amp play mikrocontrollergesteuert mit CASSY Betriebssystem jederzeit bequem ber Software f r Leis tungserweiterungen aktualisierbar variabel aufstellbar als Tisch Pult o
218. ranschaulichung k nnen aber z B die t und s Achse mit der Maus so verschoben werden dass nach einer Parabelanpassung auch deren Scheitelpunkt sichtbar wird Anmerkung Die einzelnen Geschwindigkeitswerte v i werden als v i s i 1 s i 1 t i 1 t i 1 errechnet Dies ist die Durchschnittsgeschwindigkeit im Zeitintervall t i 1 t i 1 und in erster N he rung die Momentangeschwindigkeit zum Zeitpunkt t i 1 t i 1 also nicht zum Zeitpunkt t i Gleiches gilt f r die Beschleunigungswerte a i v i 1 v i 1 2 t i 2 t i 2 Dies wurde aber bei der v t und a t Darstellung bereits durch eine geeignet umgerechnete Zeitach se ber cksichtigt A CASSY Lab 63 Drehbewegungen Newtonsche Bewegungsgleichung Z Beispiel laden J konstant E Beispiel laden M konstant Versuchsbeschreibung Ein rotierender K rper mit konstantem Tr gheitsmoment J wird mit unterschiedlichen Drehmomenten M beschleunigt Die ermittelten Winkelbeschleunigungen a in Abh ngigkeit von den beschleunigen den Drehmomenten M aufgetragen ergibt M proportional mit J als Proportionalit tsfaktor und bes t tigt damit die Newtonsche Bewegungsgleichung M J 0 Alternativ kann auch das beschleunigende Drehmoment M konstant gehalten und die Tr gheitsmo ment J variiert werden Dies ergibt J proportional 1 a mit M als Proportionalit tsfaktor Ben tigte Ger te Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 B ro
219. rat ber dem Detektor anbringen Spektrum aufnehmen F9 und anhand der Linien bei 662 keV und 59 5 keV kalibrieren e Das Mischpr parat entfernen und das Ra 226 Pr parat anbringen Spektrum aufnehmen Auswertung Anhand der Literaturwerte oder auch von Internetadressen wie http nucleardata nuclear lu se nucleardata toi werden die gemessenen Linien den einzelnen Isoto pen der Radium Zerfalsskette zugeordnet 162 CASSY Lab m Aufnahme des komplexen y Spektrums eines Gl hstrumpfes E Beispiel laden Sicherheitshinweis Beim Umgang mit radioaktiven Pr paraten sind l nderspezifische Auflagen zu beachten in der Bun desrepublik Deutschland z B die Strahlenschutzverordnung StrISchV Die im Versuch verwandten radioaktiven Stoffe sind nach StrISchV f r den Unterricht an Schulen bauartzugelassen Da sie ionisie rende Strahlung erzeugen m ssen beim Umgang dennoch folgende Sicherheitsregeln befolgt wer den Pr parate vor dem Zugriff Unbefugter sch tzen Vor Benutzung Pr parate auf Unversehrtheit berpr fen Zur Abschirmung Pr parate im Schutzbeh lter aufbewahren Zur Gew hrleistung einer m glichst kurzen Expositionszeit und einer m glichst geringen Ak tivit t Pr parate nur zur Durchf hrung des Experiments aus dem Schutzbeh lter nehmen e Zur Sicherstellung eines m glichst gro en Abstandes Pr parate nur am oberen Ende des Me tallhalters anfassen Versuchsbeschreibung Das komplexe y Spektrum von Th
220. rd das Antennensignal A in den Einstel lungen A durch Pegel normieren A auf 1 normiert dann gilt i ja al Umax a 20 log A wobei Umax die maximal gemessene Spannung U ist Der Exponent m ist von der Leistung der einfallenden Mikrowellen abh ngig Im Bereich kleiner Leistungen ist m 2 Damit gilt dann Ux A Die Annahme des Quadratgesetzes f r den Detektor gilt erfahrungsgem ss nur bei sehr kleinen Mikrowellenleistungen bzw Empfangsspannungen U lt 5 mV Das Antennenmesssystem erlaubt jedoch auch die Eingabe anderer Detektorcharakteristiken Streng genommen muss die G ltigkeit der Kennlinienauswahl berpr ft werden Das setzt ein einstellbares D mpfungsglied 737 09 vor aus mit dem das Antennensignal vor dem Detektor definiert abgeschw cht werden kann Weitere Messbeispiele Messungen mit PIN Modulator und Einwegleitung E 1 2 Dipol gute bereinstimung mit dem theoretisch zu erwartenden Ergebnis A cos 8 2 E 2 2 Dipol E 3 2 Dipol E 4 2 Dipol E Wendelantenne rechtsdrehend E Yagiantenne mit 4 Direktoren und 1 Reflektor Z Yagiantenne mit 1 Direktor und 1 Reflektor E Yagiantenne mit 1 Direktor E Yagiantenne mit 1 Reflektor E Darstellung der elektronischen Strahlschwenkung Phase Array an der Hohlleiterschlitzantenne 737 424 Messungen ohne PIN Modulator mit direkter Gunn Modulation Ej 1 2 Dipol der kleinere Modulationsgrad bei direkter Modulation f hrt auf deutlich schw chere E
221. rdings langsamer je klei ner K wird Im Beispiel wurde KP 0 5 und K 5 s verwendet Automatische Variation der F hrungsgr e Die F hrungsgr e w Sollwert kann nicht nur manuell ver ndert werden sondern auch automatisch Dazu beispielsweise in den Einstellungen w als Formel 1 0 5 sin 360 t 20 eingeben Damit wird ein sinusf rmiger Widerstandsverlauf des LDR zwischen 0 5 kQ und 1 5 KQ mit einer Periodendauer von 20 s geregelt 132 CASSY Lab m Spannungsregelung pi a EI u 09 E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es wird die Spannungsregelung eines Generators unter einer ver nderlichen Last realisiert Dabei kommt ein PI Regler zum Einsatz Ein Pl Regler ermittelt aus dem Messwert x UB2 Spannung des Generators und der F hrungsgr e w Sollwert des Generators die Regelabweichung w x Zusammen mit der Grundlast yo ergibt sich beim PI Regler die Stellgr e y yo KP w x K l w x dt Der Proportionalbeiwert KP und Integrierbeiwert K k nnen als Parameter der Regelung so opti miert werden dass sich nach einer St rung z B zus tzliche Belastung Anderung der F hrungsgr Be w oder der Grundlast yo m glichst rasch wieder eine Regelabweichung w x von etwa 0 V einstellt Verwendet man nur einen P Regler K 0 stellt sich eine bleibende Regelabweichung w x ein die
222. requenz fs moduliert wird also eine Schwe bung A CASSY Lab 73 Akustische Schwebungen E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es wird die Schwebung aufgezeichnet die durch zwei geringf gig gegeneinander verstimmte Stimm gabeln erzeugt wird Die Einzelfrequenzen f und f2 die neue Schwingungsfrequenz fn und die Schwebungsfrequenz fs werden ermittelt und k nnen mit den theoretischen Werten fn f1 f2 und fs f1 f2 verglichen werden Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Paar Resonanzstimmgabeln 414 72 1 Universalmikrofon 586 26 1 Sockel 300 11 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Das Universalmikrofon Funktionsschalter auf Betriebsart Signal und Einschalten nicht vergessen wird zwischen beiden Stimmgabeln positioniert und an Eingang A des Sensor CASSYs angeschlos sen Eine der Stimmgabeln wird durch eine Zusatzmasse geringf gig verstimmt Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Erste Stimmgabel ansto en und Messung mit F9 ausl sen e Signalst rke mit Einsteller am Mikrofon optimieren e Frequenz f ermitteln z B durch senkrechte Markierungslinien in der Standard Darstellung oder als Peakschwerpunkt im Frequenzspektrum 74 CASSY Lab m Messung mit F4 l schen Zweite Stimmgabel ansto en und Messung mit F9 ausl sen Frequenz f2 ermitteln Messung mit F4 l schen Beide Stimmgabeln m glichst gleich stark ansto en und
223. rtung Zus tzlich zu den s t Diagrammen werden die v t und a t Diagramme berechnet Sie stehen auf den weiteren Darstellungsseiten zur Verf gung und brauchen nur angeklickt zu werden Als Auswer tungen bieten sich Parabel und Geradenanpassung sowie Mittelwertberechnung an Zur Best tigung der Newtonschen Bewegungsgleichung muss eine weitere Tabelle gef llt werden die auf der Newton Seite der Darstellung schon vorbereitet ist Nach der Bestimmung eines Beschleuni gungswertes als Mittelwert eines a t oder als Steigung eines v t Diagramms kann dieser mit der Maus aus der Statuszeile in die Tabelle gezogen werden Drag amp Drop Der Parameter Kraft F bzw Masse m wird direkt ber die Tastatur in die Tabelle eingetragen Bereits w hrend der Tabelleneinga be entsteht das gew nschte Diagramm Die Achsen k nnen nach Anklicken mit der rechten Maus taste leicht umgerechnet oder umskaliert werden z B a 1 a Als weitere Auswertung ist es m glich durch zus tzliche Formeln z B die kinetische Energie mit der geleisteten Arbeit zu vergleichen Die kinetische Energie ist E 0 5 m v 2 m als Zahlenwert eintippen und die geleistete Arbeit berechnet sich zu W F sA1 F als Zahlenwert eintippen A CASSY Lab 55 Impuls und Energieerhaltung Sto E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Auf einer Luftkissenfahrbahn lassen sich die Geschwindigkeiten v zweier Wagen vor und nach ihrem Sto aus den Verdunkelungszeiten zwe
224. rung p 1 V Hyperbel 1 x b Isochore Versuchsdurchf hrung p T Ausgleichs oder Ursprungsgerade c Isobare Versuchsdurchf hrung T V Ausgleichs oder Ursprungsgerade Anmerkung Die Skalierung in der Darstellung Regression beginnt jeweils mit dem Nullpunkt und ist auf einen gro en Bereich gespreizt Dadurch k nnen markante Verl ufe und Schnittpunkte besser erkannt und erl utert werden 194 CASSY Lab m Auftrennung eines Zweikomponentengemisches in der Rektifikationsapparatur CE2 IB MaE JAE E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Die Rektifikationsapparatur gestattet die Trennung organischer Stoffsysteme z B eines Gemisches aus Methanol und Ethanol im Verh ltnis 1 1 und die Ermittlung der theoretischen Trennstufen bei totalem Stoffr ckfluss Bei dem Versuch k nnen 8 Temperaturen gemessen und vom Computer aufgezeichnet werden gleichzeitig erfolgt eine Steuerung der Heizung Ben tigte Ger te 2 Sensor CASSYs 524 010 1 CASSY Lab 524 200 4 Temperatur Boxen 524 045 8 Temperaturf hler NiCr Ni 666 193 1 CPS Spannungsversorgung schaltbar 666 471 1 Rektifikationsapparatur CE2 661 311 1 Rahmen CE2 661 301 1 CPS Netzverteiler 665 497 A CASSY Lab 195 1 Profilrahmen 666 425 1 Paar Kabel 50 cm rot und blau 501 45 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Informationen zum Versuchsaufbau der Apparatur siehe Skizze finden Sie in der Literatur 668 921 und in der G
225. rungsgr e w Sollwert kann nicht nur manuell ver ndert werden sondern auch automatisch Dazu beispielsweise in den Einstellungen w als Formel 4 sin 360 t 20 eingeben Damit wird ein si nusf rmiger Spannungsverlauf zwischen 3 V und 5 V mit einer Periodendauer von 20 s geregelt Andere Regelstrecken Dieses Beispiel l sst sich auch an andere Regelstrecken anpassen Sofern die Regelgr e eine Spannung ist reicht die Anpassung des Stellbereichs und Messbereichs sowie der Regelparameter KP und Kl aus Wenn die Regelgr e von einer Sensorbox geliefert wird muss zun chst der Kanal UB2 durch Aus wahl von L schen in den Einstellungen UB2 gel scht werden damit die Sensorbox auf dem Eingang B des Sensor CASSYs erkannt wird In den Einstellungen CASSY F5 kann die Sensorbox dann mit der Maus aktiviert und wieder gemittelte Werte eingestellt werden Einheit und Symbol der F h rungsgr e w und Regelabweichung w x m ssen ebenso angepasst werden wie die Berechnungs formel der Regelabweichung z B w RB2 statt w UB2 Die Einstellungen k nnen wie blich nach Anklicken des Kanals w oder w x mit der rechten Maustaste ver ndert werden 134 CASSY Lab m Quadratisches Abstandsgesetz f r Licht E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es wird die Beleuchtungsst rke E in Abh ngigkeit vom Abstand d zwischen einer Gl hwendel und einem Luxsensor gemessen Dabei stellt sich heraus dass E proportional zu 1 d ist Ben tigte Ger
226. rve ballt die Versuchsperson die Hand zur Faust und ffnet sie anschlie end wieder Diesen Vorgang mehrfach wiederholen e Messung mit F9 stoppen A CASSY Lab 207 Blutdruck E Beispiel laden Sicherheitshinweis Die ermittelten Werte und Kurven haben keine medizinische Aussagekraft und dienen nicht zur Kon trolle des Gesundheitszustandes des Menschen Die Blutdruck Box darf nur in bereinstimmung mit der Gebrauchsanweisung betrieben werden Versuchsbeschreibung Der Druck an der Manschette sowie die Druckschwankungen an der Manschette werden mit der Blut druck Box gemessen oszillometrische Blutdruckmessung Hieraus lassen sich Diastole und Systole ermitteln Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Blutdruck Box 524 050 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsvorbereitung siehe Skizze Die Manschette mit Ventil und Pumpball wird an die Blutdruck Box auf Eingang A des Sensor CASSYs angeschlossen Das Ventil an dem Pumpball sollte etwa halb ge ffnet sein Mitte zwischen den beiden Anschl gen der Ventilschraube Die mit dem Ventil einstellbare Ablassrate sollte bei 2 3 mm Hg pro Pulsschlag liegen H here Ablassraten verschlechtern die Auswertung da weniger signifi kante Maxima aufgezeichnet werden Eine Messung mit vollst ndig ge ffnetem Ventil wird diese m g liche Fehlbedienung verdeutlichen Die Manschette wird ber den unbekleideten linken Oberarm gestreift bis der untere Manschetten ran
227. rvenbereich markieren Der Wert erscheint in der Statuszeile links un ten und kann als Text an eine beliebige Stelle im Diagramm eingetragen werden 210 CASSY Lab m Zur Ermittlung der Nervenleitungsgeschwindigkeit muss die L ngendifferenz der zuleitenden Nerven bahnen bestimmt werden indem man zun chst von der Wirbels ule in H he des Schultergelenks die L nge bis zur Mitte des Oberarms misst Danach wird vom selben Ausgangspunkt die L nge bis zur Mitte des Oberschenkels gemessen Die mittlere Leitungsgeschwindigkeit v errechnet sich als Quotient aus L ngendifferenz Fu Hand und der Zeitdifferenz Reaktionszeit Fu Reaktionszeit Hand zu v I Fu I Hand t Fu t Hand A CASSY Lab 211 Lungenvolumen Spirometrie O F E Beispiel laden Sicherheitshinweis Die ermittelten Werte und Kurven haben keine medizinische Aussagekraft und dienen nicht zur Kon trolle des Gesundheitszustandes des Menschen Die Spirometer Box darf nur in bereinstimmung mit der Gebrauchsanweisung betrieben werden Versuchsbeschreibung Das Spirometer wird zur Bestimmung des Atemvolumens eingesetzt Das Ger t arbeitet nach dem pneumotachographischen Prinzip und misst den Volumenfluss Das Atemvolumen wird dann von CASSY Lab durch Integration ermittelt Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Spirometer Box 524 056 1 Verbrauchsmaterial zum Spirometer 662 381 1 PC ab Windows 95 98 NT
228. s ist darauf zu achten dass diese Formel eingabe die Sicherheit des Experimentators erh ht Der Relaisausgang R1 steht noch zur Verf gung Er kann z B f r die Vakuumrektifikation CE 4 1 661 332 eingesetzt werden um dort die Steuerung zu verfeinern Kalibrierung F r genaue Messungen sollte das erste Mal und sp ter in gr eren Zeitabst nden eine Kalibrierung der Temperaturf hler erfolgen E Einstellungen laden e In Einstellungen 8A11 Korrigieren w hlen Temperaturf hler A11 in Eiswasser 0 C eintauchen Als ersten Sollwert 0 eintragen und Offset korrigieren Temperaturf hler in kochendes Wasser 100 C eintauchen Als zweiten Sollwert 100 eintragen und Faktor korrigieren Auch die anderen 7 Temperaturf hler auf diese Weise kalibrieren F r eine sp tere Verwendung kalibrierte Einstellungen mit F2 unter einem neuen Namen abspei chern e Sensor CASSYs Temperaturf hler und Temperatur Boxen so markieren dass sie sp ter am glei chen Eingang wieder verwendet werden k nnen nur dann passt die gespeicherte Kalibrierung Versuchsdurchf hrung e K hlwasser anschalten Kryostat o a e Spannungsschalter des Heizpilzes einschalten e Dichtigkeit pr fen e Automatische Messung mit F9 starten Heizpilz wird automatisch zugeschaltet e Temperaturkonstanz abwarten e Automatische Messung mit F9 beenden e Spannungsschalter des Heizpilzes ausschalten und Heizpilz absenken e Nach Abk hlung des Kolonnensumpfes K hlwas
229. samtz hlrate als Integral in einem Bereich z B unter einem Peak bestimmt werden Bei VKA Messungen ist das Ergebnis aber kein echtes Integral ber die x Achse Energie oder Kan le sondern nur die Summe ber die Kan le und hat die Einheit Ereignis se Die Gesamtz hlrate einer Linie kann auch aus der Anpassung einer Gau kurve bestimmt werden Das Ergebnis der Gau Anpassung ist eine Formel aus mehreren Summanden der Art A Fa 20 wobei durch die Anpassung die Parameter A u und o bestimmt werden Die Fl che unter einer Gau kurve kann berechnet werden und betr gt A ee KA ON2T oo Dieses echte Integral ber die Gau kurve besitzt nun aber die Einheit Ereignisse Energie da die Linienbreite o die Einheit Energie besitzt Zur Umrechnung auf die Z hlrate als Summe ber alle Kan le muss dieses Ergebnis der Anpassung noch durch die Energiebreite eines einzelnen Kanals geteilt werden Die Breite eines Energiekanals wird aus der Energiedifferenz AE zweier Kan le in der Tabelle abgelesen oder aus den Eigenschaf ten eines gemessenen Spektrums entnommen mit rechter Maustaste auf das Symbol eines Spekt rums klicken Die Gesamtz hlrate einer Gau kurve betr gt damit A ON2T AE Die Parameter A und o werden beim Anpassen der Gau kurve als Ergebnis ausgegeben die Breite AE eines Kanals kann aus der Energiedifferenz zweier Kan le in der Tabelle abgelesen werden Die mathematisch saub
230. schlossen Die Bewegungsrichtung geht immer von der Lichtschranke an E zur Lichtschranke an F Um eine konstante Geschwindigkeit zwischen den beiden Lichtschranken zu erreichen muss ein Rei bungsausgleich durch geringf giges Neigen der Fahrbahn erfolgen Vor jeder Messung muss der Fahrbahnwagen auf eine konstante reproduzierbare Geschwindigkeit beschleunigt werden Dazu wird er von einer fixen Position aus von einer Antriebsmasse beschleunigt die aber nach einem konstanten Beschleunigungsweg abgefangen wird z B auf einer Unterlage aufliegt Danach rollt der Wagen mit konstanter Geschwindigkeit weiter 48 CASSY Lab m Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Wagen durch wie oben beschrieben auf konstante Geschwindigkeit beschleunigen und danach durch beide Lichtschranken fahren lassen e Messwert mit F9 abspeichern e Weg s zwischen beiden Lichtschranken ablesen und in Tabelle eintragen dazu Tabellenzelle mit der Maus anklicken e Messung f r andere Wege s wiederholen dazu Wagen wieder auf die gleiche Geschwindigkeit beschleunigen durch beide Lichtschranken fahren lassen und Messwert mit F9 abspeichern Auswertung Das s t Diagramm einer gleichf rmigen Bewegung ist eine Gerade Die Steigung der Geraden ent spricht der Geschwindigkeit v und l sst sich z B aus einer Geradenanpassung ermitteln In der Dar stellung Durchschnittsgeschwindigkeit mit der Maus anklicken lassen sich die jeweiligen Quo tienten vm s
231. schnittsgeschwindigkeit im Zeitintervall t i 1 t i 1 und in erster N he rung die Momentangeschwindigkeit zum Zeitpunkt t i 1 t i 1 also nicht zum Zeitpunkt t i Dies wurde aber bei der v t Darstellung bereits durch eine geeignet umgerechnete Zeitachse ber ck sichtigt A CASSY Lab 53 Bewegungen auf der Luftkissenfahrbahn Newtonsche Bewegungsgleichung E Beispiel laden m konstant E Beispiel laden F konstant Versuchsbeschreibung Ein Wagen konstanter Masse m wird mit unterschiedlichen Kr ften F beschleunigt Die ermittelten Beschleunigungen a in Abh ngigkeit von den beschleunigenden Kr ften F aufgetragen ergibt F pro portional a mit m als Proportionalit tsfaktor und best tigt damit die Newtonsche Bewegungsglei chung F m a Alternativ kann auch die beschleunigende Kraft F konstant gehalten und die Masse m variiert werden Dies ergibt m proportional 1 a mit F als Proportionalit tsfaktor Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 BMW Box 524 032 1 Luftkissenfahrbahn 337 50 1 Fahrbahngestell 337 45 1 Luftversorgung 337 53 1 Leistungsstellger t 667 823 1 Bewegungsaufnehmer 337 631 1 Verbindungskabel 6 polig 501 16 1 Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Zun chst wird die Luftkissenfahrbahn in Betrieb genommen und die Versorgungsspannung des Hal temagneten so eingestellt dass der Wagen gerade noch festgehalten
232. sen werden Auf der Sekund rseite bernimmt ein Sensor CASSY die erforderlichen Messungen von Spannung Strom und Phasenlage cos 9 Der Transformator wird durch den Schiebewiderstand ohmsch cos 1 belastet Bei Verf gbarkeit kann der Transformator aber auch induktiv oder kapazitiv cos lt 1 belastet werden Die H rte des Transformators kann durch Parallelschaltung jeweils zwei er Spulen auf Prim r und Sekundarseite des bungstransformators erh ht werden Anstelle des bungstransformators kann auch der zerlegbare Transformator verwendet werden Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden mit Power CASSY E Einstellungen laden ohne Power CASSY e Messung mit F9 starten e Last variieren z B auch induktiv oder kapazitiv und R ckwirkung auf Sekundarkreis und Prim r kreis beobachten H rte variieren und Verhalten unter Last beobachten e Evtl Kurvenform oder Frequenz der Prim rspannung in Einstellungen U1 des Power CASSYs ver ndern und Ergebnis beobachten e Messung mit F9 beenden Auswertung W hrend oder nach der Messung kann in die Darstellung Leistung mit der Maus anklicken gewech selt werden Dort werden auch die beiden zeitabh ngigen Leistungen dargestellt Tipp Die Messinstrumente lassen sich mit F7 gleichzeitig ausblenden und wieder einblenden 108 CASSY Lab Leistungs bertragung eines Transformators Ej Beispiel laden mit Power CASSY E Beispiel laden ohne Power CASSY A C
233. ser abschalten Probennahme und Auswertung sind in dem Buch Thermische Trennverfahren Teil 2 Rektifikation 668 921 beschrieben 196 CASSY Lab m Versuchsergebnis Wichtig f r den Experimentator ist das Erreichen der Temperaturkonstanz in der gesamten Kolonne Ist diese erreicht herrscht in der Apparatur der Gleichgewichtszustand und es k nnen Proben ent nommen werden Beobachtet werden kann dass auf den einzelnen B den auf Grund der unter schiedlichen Zusammensetzung der Phasengemische unterschiedliche Temperaturen gemessen werden Wie im Beispiel ersichtlich wird nimmt die Temperatur vom unteren Boden zu den dar ber befindlichen B den ab Da im obersten Boden die Dampfphase gemessen wird liegt diese Tempera tur erwartungsgem h her als im Boden darunter A CASSY Lab 197 Aufnahme des Spektrums einer Rohchlorophyll L sung mit dem Spektralpho tometer 667 3491 E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Zur Aufnahme des Spektrums wird die Transmission der Chlorophylll sung im Wellenl ngenbereich von 360 bis 800 nm aufgenommen Aus dem Spektrum lassen sich anschlie end die Absorptionsma xima der Blattfarbstoffe das Wirkungsspektrum der Photosynthese ermitteln Ben tigte Ger te 1 Digitales Spektralphotometer 667 3491 Zur Herstellung der Rohchlorophylll sung erforderlich 1 M rser 667 094 1 Pistill 667 095 1 Erlenmeyer 100 ml SB 19 664 241 1 Gummistopfen SB 19 667 255 1 Trichter 602 670 1 Rundfilt
234. sformierende Kanal ausgew hlt werden Beim Mittelwert muss zus tzlich das Zeitintervall vorgegeben werden in dem gemittelt werden soll F r sinnvolle Mittelungen muss das Zeitintervall der Mittelung gr er als das Zeitintervall der Messung sein F r die FFT wird automatisch das Frequenz spektrum als weitere Darstellung erzeugt auf die ber die Darstellungsseiten umgeschaltet werden kann Anmerkungen Bei einer Ableitung verschlechtert sich die Aufl sung mit kleinerem Zeitintervall At Ist beispielsweise die Aufl sung einer Wegmessung As 1 mm und mit einem Zeitintervall von At 100 ms gemessen so hat die erste Ableitung v i s i 1 s i 1 2At eine Aufl sung von Av 0 005 m s und die zweite Ableitung eine Aufl sung Aa 0 025 m s Bei einem Zeitintervall von At 50 ms erh hen sich diese Fehler auf Av 0 01 m s und Aa 0 1 m s Daher sollte At m glichst gro gew hlt werden z B 200 ms f r Bewegungen auf einer Fahrbahn oder 50 ms f r schwingende Federn Die maximale Frequenz einer FFT betr gt die H lfte der Abtastrate Wird also mit einem Zeitintervall At 10 us f 100 kHz gemessen so geht der Frequenzbereich der FFT bis 50 kHz Die Aufl sung in diesem Frequenzbereich h ngt dagegen von der Anzahl der Messwerte ab Je mehr Originalmess werte aufgenommen worden sind um so besser ist auch die Frequenzaufl sung im Frequenzspekt rum 24 CASSY Lab m Einstellungen Darstellung S Eine Darstellung besteht
235. ssung an U t eingegeben F r I t gelten die gleiche Zeitkonstante und Frequenz aber eine andere Anfangsamplitude und Phasenlage Aus den ermittelten Parametern lassen sich auch R ckschl sse auf die Parameter R L und C des Schwingkreises schlie en da im ged mpften Schwingkreis gilt U t UO exp t sin ot mit 1 amp 00 85 2 0 1 LC und 3 amp R 2L 1 B der Einh llenden Die ermittelten Werte eingesetzt liefert dann 2nf 7760 s 565 s a0 7781 s aus 1 Aus 2 l sst sich nun die Induktivit t L der Spule berechnen wenn die Kapazit t C bekannt ist Im Beispiel folgt L 0 0165 H mit C 1 uF Aus 3 folgt nun der D mpfungswiderstand R 18 6 Q Dies deckt sich gut mit der Spezifikation der verwendeten Spule R 18 Q 114 CASSY Lab m Gekoppelte Schwingkreise E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es wird das Frequenzspektrum gekoppelter elektrischer Schwingkreise mit dem Spektrum eines un gekoppelten Schwingkreises verglichen Das fouriertransformierte Signal der gekoppelten Schwing kreise zeigt die Aufspaltung in zwei symmetrisch um das ungekoppelte Signal liegende Verteilungen deren Abstand von der Kopplung der Schwingkreise abh ngt Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Rastersteckplatte DIN A4 576 74 1 Taster 579 10 2 STE Kondensatoren 1 uF 5 578 15 2 Sp
236. swerte mit F9 bernommen werden Zur Anzeige sind die Tabellenseiten anzuklicken Sollen diese Gr en bereits unmittelbar nach dem Sto sichtbar sein k nnen die entsprechenden Anzeigeinstrumente ge ffnet werden Au erdem k nnen zus tzliche Formeln f r einen Vergleich mit der Theorie definiert werden F r den elastischen Drehsto gilt amp w1 2 J2 amp w2 J1 J2 amp w1 J1 J2 amp w2 2 J1 amp w1 J2 J1 amp w2 J1 J2 und f r den unelastischen Drehsto gilt amp w1 amp w2 J1 amp w1 J2 amp w2 J1 J2 In allen Formeln ist statt dem griechischen das lateinische w mit vorangestelltem amp einzugeben Tabelle zum Umrechnen zwischen angegebenen Einheiten und SI Einheiten Gr e SI Einheit Faktor angegebene Einheit Tr gheitsmoment J kg m 1000 g m Winkelgeschwindigkeit rad s 1 rad s Drehimpuls L N s m kgm s 1000 muJ s Energie E J kg m s2 1000 mJ A CASSY Lab 67 Zentrifugalkraft E Beispiel laden einzelne Messung E Beispiel laden r 190 mm m und o variabel Z Beispiel laden m 200 g r und o variabel Versuchsbeschreibung Die auf eine rotierende Masse m wirkende Zentrifugalkraft F wird beschrieben durch F m r w Winkelgeschwindigkeit r Abstand des Masseschwerpunkts von der Drehachse Dieses Gesetz wird durch Variation der drei Parameter m und r best tigt Die Zentrifugalkraft F kann durch den Kraftsensor S 50 N gemessen werde
237. t des Kollektorstroms Ic vom Basisstrom IB bei konstanter Kollektor Emitter Spannung sowie die Ab h ngigkeit des Kollektorstroms Ic von der Kollektor Emitter Spannung Uce bei verschiedenen kon stanten Basisstr men IB untersucht Ben tigte Ger te Paar Kabel 25 cm rot undblau 501 44 Paar Kabel 50 cm rot undblau 501 45 PC ab Windows 95 98 NT 1 Sensor CASSY 524 010 1 Power CASSY 524 011 1 CASSY Lab 524 200 1 Rastersteckplatte DIN A4 576 74 1 STE Transistor BD 137 57867 1 STE Widerstand 10 kQ 0 5 W 57756 1 STE Kondensator 0 1 uF 578 31 4 2 4 Versuchsaufbau siehe Skizze Das Power CASSY stellt die Kollektor Emitter Spannung UCE zur Verf gung und misst gleichzeitig den flie enden Kollektorstrom Ic Das kaskadierte Sensor CASSY direkt rechts vom Power CASSY anstecken sorgt f r einen einstellbaren Basisstrom IB und misst ihn gleichzeitig als Spannungsabfall am 10 kQ Widerstand Der kleine Kondensator von 0 1 uF zwischen Basis und Emitter unterdr ckt st rende Rauschsignale w hrend der Messung Im Experiment werden Basisstr me bis etwa 1 mA sowie Kollektorstr me bis etwa 100 mA verwendet Bitte nur geeignete Transistoren verwenden z B BD 137 126 CASSY Lab m Versuchsdurchf hrung a Steuerkennlinie Kollektorstrom Ic gegen Basisstrom IB E Einstellungen laden HE Kollektor Emitter Spannung wird vom Power CASSY konstant bei UCE 2 V gehalten und der Kollektorstrom Ic kontinuierlich gemessen
238. t auch direkt ablesen A CASSY Lab 49 Beschleunigte Bewegungen zwischen Haltemagnet und Lichtschranke E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Es werden die Zeiten t gemessen die ein gleichm ig beschleunigter Fahrbahnwagen braucht um verschiedene Wege s zwischen einem Haltemagneten und einer Lichtschranke zur ckzulegen Dabei wird der Wegs auf einem Ma stab unmittelbar an der Fahrbahn abgelesen und das s t Diagramm der Bewegung gezeichnet Zus tzlich k nnen die Durchschnittsgeschwindigkeiten vm s t berechnet und in einem vmft Diagramm dargestellt werden Au erdem werden die Dunkelzeiten At der Lichtschranke ermittelt die entstehen weil die Licht schranke durch eine Fahne der Breite As unterbrochen wird Daraus k nnen dann in guter N herung die Momentangeschwindigkeiten v As At am Ort der Lichtschranke ermittelt und in einem v t Diagramm dargestellt werden Dabei wird der Unterschied zwischen Durchschnittsgeschwindigkeit und Momentangeschwindigkeit deutlich Ben tigte Ger te Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 PC ab Windows 95 98 NT 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Timer Box 524 034 1 Fahrbahn 337 130 1 Fahrbahnwagen 337 110 1 Satz Antriebsmassen 337 113 1 Haltemagnet 684 41 1 Kombi Lichtschranke 337 462 1 Halter f r Kombi Speichenrad 337 463 1 Kombi Speichenrad 337 464 1 Angelschnur 309 48 1 Verbindungskabel 6 polig 501 16 4 4 50 CASSY Lab m Versuchsaufbau siehe Skizze
239. t ausgew hlt berpr fen Sie die Katalognummer des Ger ts mit der Angabe im Dialogfenster Alte Versionen des Temperaturmessger ts lassen sich als ASCII einstellbar betreiben e Kein Temperaturf hler eingesteckt Digitales Spektralphotometer Es wird das Digitale Spektralphotometer 667 3491 unterst tzt Sowohl die aktuelle Wellenl nge A als auch die aktuell gemessene Transmission T in Prozent erhalten jeweils ein Anzeigeinstrument wel ches im Hauptfenster bei den Speed Buttons einsortiert wird Sollen zus tzlich auch die Werte der Absorption 100 T oder der Extinktion log T 100 angezeigt werden k nnen diese Werte durch Formeln berechnet werden oder die Einstellungen des entspre chenden Versuchsbeispiels geladen werden Probleml sungen Werden keine Messwerte angezeigt kann dies unterschiedliche Gr nde haben e Serielle Schnittstelle falsch angegeben e Verbindungskabel falsch Verwenden Sie nur das mitgelieferte Kabel e Falsches Ger t ausgew hlt berpr fen Sie die Katalognummer des Ger ts mit der Angabe im Dialogfenster A CASSY Lab 43 Handmessger te und Data Logger Es werden alle Ger te aus der Handmessger teserie sowie der dazugeh rende Data Logger unter st tzt Data Logger 666 252 pH Meter 666 221 Conductivity Meter 666 222 Lux Meter 666 223 666 230 O2 Meter 666 224 Photo Meter 666 225 Sound Level Meter 666 231 Optical Power Meter 736 435 Jedes Handmessger t kann aber
240. t der Maus in die Tabelle gezogen wird Drag amp Drop Der Leiterschleifenabstand r wird direkt ber die Tastatur in die Tabelle eingetragen Bereits w hrend der Tabelleneingabe entsteht das gew nschte Diagramm In dieser Darstellung ergibt sich aus dem Parameter F l r einer Hyperbelanpassung 1 x die Konstante der Amperedefinition zu u0 2n F l2 r s F l2r 0 3 m F r das Beispiel bedeutet dies 0 27 0 000062 mN m A 0 3 m 2 1 10 7 N A 2 1 10 7 Vs Am Alternativ kann in der Darstellung Amperedefinition auf die x Achse von r in 1 r umgerechnet werden Achse mit der rechten Maustaste anklicken In dieser Darstellung ergibt sich 0 27 durch eine Gera denanpassung Anmerkung Die Messung enth lt systematische Fehler Zum einen hat der Leiter eine endliche L nge Dies be deutet dass am Leiterende nicht mehr das angenommene Magnetfeld herrscht und hier die Kr fte kleiner werden Au erdem wirkt auf den h ngende Leiter eine kleine entgegengesetzte Kraftkompo nente begr ndet im oberen zur cklaufenden Leiterteil A CASSY Lab 99 Spannungssto Faradaysches Induktionsgesetz E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Faraday fand im Jahre 1831 dass jede nderung des magnetischen Flusses durch eine geschlos sene Leiterschleife in dieser eine elektrische Spannung induziert Der magnetische Fluss ist dabei durch das Leiterschleifenfl chenintegral der magnetischen Flussdichte bzw Induktion B B dA ge
241. taster 662 148 und oder 1 Fu taster 662 149 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsvorbereitung siehe Skizze Der Handtaster oder Fu taster wird an die Reaktionstest Box auf Eingang A des Sensor CASSYs angeschlossen Der Proband soll ruhig und entspannt sein Zur Bestimmung der Reaktionszeit mit der Hand soll die Hand des Probanden neben dem Handtaster auf dem Tisch liegen Zur Bestimmung der Reaktionszeit mit dem Fu soll der Fu neben dem Fu taster auf Boden stehen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Messreihe mit F9 starten e Nach einer zuf lligen Zeit nach Druck einer beliebigen Taste des Handtasters oder Fu tasters erscheint der Zeiger in der Farbe rot gr n oder gelb Fu taster immer rot Zur Reaktion muss jetzt m glichst schnell der Taster entsprechend der Zeigerfarbe bet tigt werden Die gemessene Reak tionszeit erscheint im Anzeigeinstrument der Tabelle und im Diagramm e Gew nschte Anzahl von Reaktionszeiten 10 bis 20 auf gleiche Weise aufnehmen e Messreihe mit F9 beenden e Weitere Messreihen k nnen mit anderen Probanden oder Reaktionen z B mit Hand auf Fu taster statt Fu auf Fu taster zur Ermittlung der Nervenleitungsgeschwindigkeit mit F9 gestartet werden Auswertung Die durchschnittliche Reaktionszeit kann durch die Bildung des Mittelwertes aus der Messkurve be stimmt werden Dazu mit rechter Maustaste auf das Diagramm klicken Mittelwert einzeichnen ankli cken und den gew nschten Ku
242. te Frequenz oder das Tastver h ltnis nicht exakt erreichen dann wird versucht beide Vorgaben ber eine l ngere Zeit gemittelt m glichst genau zu erreichen Wird Power CASSY als Stromquelle betrieben wird die maximale Frequenz zus tzlich durch eine virtuelle Ausgangskapazit t von bis zu 10 uF verringert Bei einer onmschen Last von R 100 Q er gibt die Ausgangskapazit t eine Zeitkonstante von R C 1 ms und damit eine Grenzfrequenz von etwa 1000 Hz Bei induktiven Lasten liegt die Grenzfrequenz noch deutlich darunter ein Widerstand in Se rie mit der Induktivit t kann helfen Bei kapazitiven Lasten liegt die wirksame Kapazit t um bis zu 10 uF h her E Siehe auch A CASSY Lab 39 Einstellungen Funktionsgenerator Das Power CASSY ist ein computergesteuerter Leistungsfunktionsgenerator Die Stellgr e des Funktionsgenerators ist wahlweise die Spannung U Spannungsquelle oder der Strom I Stromquel le Beim Betrieb als Spannungsquelle wird gleichzeitig der flie ende Strom und im Betrieb als Stromquelle die anliegende Spannung U gemessen Stellbereich und Messbereich sind dabei w hl bar Die Ausgabe des Funktionsgenerators kann durch nur w hrend einer Messung aktiv single shot auf die eigentliche Messzeit beschr nkt werden Zwischen zwei Messungen ist der Funktionsgenera tor dann aus und es ist dann auch keine Bestimmung von Mittelwerten oder Effektivwerten m glich Die ausgegebene Kurvenform Frequenz f in Hz oder k
243. te Stelle zu verschieben und mit der linken Maustaste zu platzieren Nach allen Auswertungen die in der Statuszeile Zahlenwerte als Ergebnis geliefert haben werden diese Zahlenwerte als Textvorschlag angegeben der bernommen editiert oder verworfen werden kann Alt S Senkrechte Linie Mit dieser Funktion lassen sich beliebig positionierbare senkrechte Linien in das Diagramm einzeich nen Die Position wird in der Statuszeile eingetragen Eine eventuell dort platzierte Koordinatenanzei ge wird dabei ausgeschaltet Alt W Waagerechte Linie Mit dieser Funktion lassen sich beliebig positionierbare waagerechte Linien in das Diagramm ein zeichnen Die Position wird in der Statuszeile eingetragen Eine eventuell dort platzierte Koordinaten anzeige wird dabei ausgeschaltet Alt D Differenz messen Nach Anklicken eines Bezugspunktes k nnen beliebige Linien in das Diagramm eingezeichnet wer den Die Koordinatendifferenz zwischen Start und Endpunkt der jeweiligen Linie wird in der Status zeile eingetragen Eine eventuell dort platzierte Koordinatenanzeige wird dabei ausgeschaltet Mittelwert einzeichnen Nach Wahl der Mittelwertberechnung muss noch mit der linken Maustaste der Kurvenbereich gew hlt werden f r den der Mittelwert berechnet werden soll Der Mittelwert wird zusammen mit seinem sta tistischen Fehler in der Statuszeile eingetragen Eine eventuell dort platzierte Koordinatenanzeige wird dabei ausgeschaltet Der aktuelle
244. te aus dem Internet laden A CASSY Lab 7 Eigene Software f r CASSY S Sie k nnen CASSY S auch selbst programmieren Dazu haben wir im Internet die Beschreibung des Protokolls der Schnittstelle sowie eine Delphi Komponente mit Source Code zum kostenlosen Download bereitgestellt E Developer Information aus dem Internet laden 8 CASSY Lab m CASSY Lab Einf hrung CASSY Lab unterst tzt ein oder mehrere CASSY S Module Sensor CASSY Power CASSY und CASSY Display am USB Port ab Windows 98 2000 oder an der seriellen Schnittstelle ab Windows 95 NT des Computers Au erdem werden diverse andere serielle Messger te unterst tzt Bei der ersten Verwendung von CASSY oder eines anderen Ger ts fragt CASSY Lab nach der seriellen Schnittstelle COM1 bis COM4 Sie muss angegeben und sollte als Vorgabe abgespeichert werden F r CASSYs am USB Port ab Windows 98 2000 muss keine serielle Schnittstelle angegeben wer den sie werden automatisch gefunden Wenn CASSY verwendet wird wird nach einem Freischalt code gefragt Freischaltcode Soll CASSY Lab zusammen mit CASSY eingesetzt werden so ist daf r ein 24 stelliger Freischaltcode erforderlich Dieser Freischaltcode ist auf der Rechnung und dem Lieferschein auf einem separaten Blatt unter der Nummer 524 200 zu finden und muss zusammen mit dem dort angegebenen Namen einmal eingegeben werden Danach ist die Software f r CASSY freigeschaltet Bitte beachten Sie unser Copyright Soll d
245. tegrierter Strom oder Spannungsmes sung zum Anschluss an den USB Port eines Computers ab Windows 98 2000 bzw die serielle Schnitt stelle RS232 an ein weiteres CASSY Modul oder an das CASSY Display galvanisch getrennt bis zu 8 CASSY Module kaskadierbar dadurch Vervielfachung der Ein und Ausg nge mikrocontrollergesteuert mit CASSY Betriebssystem jederzeit bequem ber Software f r Leis tungserweiterungen aktualisierbar variabel aufstellbar als Tisch Pult oder Demoger t auch im CPS TPS Experimentierrahmen Spannungsversorgung 12 V nur Wechselspannung ber Hohlstecker E Developer Information f r eigene Softwareentwicklung im Internet verf gbar Sicherheitshinweise Transport mehrerer kaskadierter CASSY Module nur im Experimentierrahmen oder einzeln die mechanische Stabilit t der Kopplung ohne Experimentierrahmen reicht nur zum Experimentieren und nicht zum Transport aus Zur Spannungsversorgung der CASSY Module m glichst nur mitgeliefertes Steckernetzger t 12 V 1 6 A verwenden Z Siehe auch 38 CASSY Lab m Technische Daten 1 Programmierbare Spannungsquelle mit gleichzeitiger Strommessung z B f r Kennlinienaufnahme Aufl sung 12 Bit Aussteuerbereich 10 V Messbereich 0 1 0 3 1 A Spannungsfehler 1 zuz glich 0 5 vom Bereichsendwert Stromfehler Spannungsfehler zuz glich 1 Abtastrate 200 000 Werte s 100 000 Werte s Spannung und Strom Anzahl Messwerte praktisch unbegre
246. tehen die Symbole aus einem amp Zeichen gefolgt von einem Buchstaben In diesem Fall wird der entsprechende griechische Buchstabe angezeigt sonst der lateinische Bei der Formelein gabe ist das amp Zeichen mit einzugeben Funktionen in einer Formel Innerhalb einer Formel d rfen die folgenden Funktionen auftreten Die Funktionsargumente m ssen nur dann in Klammern stehen wenn sie zusammengesetzt sind z B bei square t 10 ramp Rampe S gezahn zwischen 0 und 1 ramp x frac x square Rechteck zwischen 0 und 1 square x ramp x lt 0 5 saw Dreieck zwischen 0 und 1 shift Einmalige Rampe ist 0 wenn Argument lt 0 1 wenn Argument gt 1 sonst gleich dem Ar gument sin Sinus im Gradma Periode 360 cos Cosinus im Gradma Periode 360 tan Tangens im Gradma Periode 360 arcsin Arcus Sinus im Gradma arccos Arcus Cosinus im Gradma arctan Arcus Tangens im Gradma last Argument zum Zeitpunkt der letzten Messwertaufnahme letzte Tabellenzeile delta Anderung gegen ber der letzten Messwertaufnahme delta x x last x next Argument zum Zeitpunkt der n chsten Messwertaufnahme n chste Tabellenzeile new ist 1 wenn sich das Argument ge ndert hat 0 sonst random Zufallszahl 0 lt random x lt x sqr Quadratwurzel exp Exponentialfunktion In nat rlicher Logarithmus log dekadischer Logarithmus int Integer Funktion die n chst kleinere ganze Zahl frac Nachkomma Funktion Abstand zur n
247. tei anzusehen die bei einem Datenexport entsteht Statuszeile In die Statuszeile am unteren Bildschirmrand werden Auswertungsergebnisse eingetragen Diese Ergebnisse lassen sich durch Dr cken von bzw wieder ausblenden oder F6 auch in einem gr eren Fenster darstellen Drag amp Drop Die Auswertungsergebnisse der Statuszeile lassen sich mit der Maus in die Tabelle ziehen Drag amp Drop Auf diese Weise lassen sich Diagramme erstellen die von Auswertungsergebnissen abh ngen 12 CASSY Lab m Messung l Startet und stoppt eine neue Messung W hrend oder nach einer Messung ffnet die rechte Maus taste in der Tabelle das Tabellendarstellungsmen und im Diagramm das Auswertungsmen El Gibt die M glichkeit zur nderung der Einstellungen und der Messparameter bei doppelter Bet ti gung durch welche die Messung selbst gesteuert wird Messparameter X automatische Aufnahme Interval 100 ms E Trigger C manuelle Aufnahme neue Messreihe anh ngen las bl P Messbedingung fi 1 Hilfe Messzeit 100 s P wiederholende Messung T akustisches Signal Die Vorgaben in diesem Fenster h ngen von den aufgesteckten Sensorboxen ab Das vereinfacht die Anpassung an eine spezielle Messaufgabe weil sensorboxtypische Einstellungen bereits durchgef hrt worden sind Bei Messungen mit der VKA Box sieht dieses Fenster anders aus Automatische Aufnahme Die Software entscheidet ber den e
248. thmen Beim Zweipunktregler wird beim Unterschreiten einer Temperaturschwelle 1 ein Heizelement einge schaltet und beim berschreiten einer zweiten Temperaturschwelle 92 das Heizelement wieder aus geschaltet Alternativ kann die Temperaturreglung als Pl Regelung realisiert werden Ein PlI Regler ermittelt aus dem Messwert x A1 Temperatur und der F hrungsgr e w Sollwert der Temperatur die Re gelabweichung w x Zusammen mit der Grundlast yo ergibt sich beim PI Regler die Stellgr e y yo KP w x K l w x dt Der Proportionalbeiwert KP und Integrierbeiwert K k nnen als Parameter der Regelung so opti miert werden dass sich nach einer St rung z B nderung der F hrungsgr e w m glichst rasch wieder eine Regelabweichung w x von etwa 0 einstellt Die Grundlast yo kann hier konstant 0 gesetzt werden Verwendet man nur einen P Regler K 0 stellt sich eine bleibende Regelabweichung w x ein die erst beim Einsatz eines I Anteils verschwindet Ben tigte Ger te Paar Kabel 100 cm rot und blau 501 46 PC ab Windows 95 98 NT 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 KTY Box 524 036 1 KTY Sensor 529 036 1 Steckplattensegment 576 71 1 Heizelement 100 Q 2 W 579 38 4 4 128 CASSY Lab m Versuchsaufbau siehe Skizze Die Spannungsquelle S versorgt das Heizelement Die Temperatur des Heizelements wird durch ei nen KTY Sensor mit der KTY Box auf Steckplatz A des CASSY gemessen Dazu sollten ein
249. tion der CASSY Module Wenn die Versionen der in den CASSY Modulen implementierten Software neuer oder lter als die hier vorliegende Software ist erfolgt eine entsprechende Mitteilung Durch CASSY Module aktualisieren berschreibt die hier vorliegende Software die Software die in den CASSY Modulen implementiert ist egal ob neuer oder lter Tipp Wenn die hier vorliegende Software lter ist als die CASSY Module oder die Software aktualisiert werden soll kann vom Internetserver http www leybold didactic de die aktuelle Version geladen wer den E Update aus dem Internet laden 26 CASSY Lab m Formelschreibweise Variablen einer Formel f time date n t old Die Formel f darf von allen unten aufgef hrten Kan len abh ngen Dazu ist das Symbol des Ka nals als Variablenname zu verwenden Z B ist das Ergebnis der Formel UA1 gt 5 gleich 1 wenn die Spannung gr er ist als 5 V und sonst gleich 0 Formel f r darf abh ngen von Messbedingung allen Kan len Formel Eing ngen seriellen Messger ten und fr her definierten Formeln Relais Spannungsquelle Eing ngen seriellen Messger ten Formeln Zus tzlich darf die Formel noch von der Uhrzeit time in Sekunden dem Datum date der Messzeit t in Sekunden der Anzahl n der aufgenommenen Messwerte und dem letzten Wert der Formel old ab h ngen Am Ende einer Formel darf ein Kommentar stehen wenn dieser durch ein Semikolon von der Formel getrennt ist Mitunter bes
250. tisch eingetragen Das Beispiel zeigt eine Messreihe des Klimas von Hannover in der Zeit vom 15 12 2000 bis zum 23 2 2001 bei halbst ndigem Messintervall Die maximale Anzahl der Messwerte ist abh ngig von der Anzahl der gemessenen Gr en Im vorlie genden Beispiel sind insgesamt etwa 5000 Messwertzeilen m glich Das entspricht einer maximalen Messdauer von etwa 100 Tagen Hinweis Zum st rungsfreien Betrieb des CASSY Displays sollte dieses eine Firmware ab Version 1 08 haben Erforderlichenfalls l sst sich das CASSY Display von CASSY Lab auf den aktuellen Stand bringen Dabei werden alle eventuell bereits gespeicherten Messdaten im CASSY Display gel scht A CASSY Lab 215 Versuchsbeispiele Technik Die Versuchsbeispiele helfen Ihnen beim Einsatz von CASSY Lab Gegebenenfalls ist die entspre chende Kennzeichnung mit angegeben Die Messdaten oder Einstellungen der Beispiele k nnen di rekt in CASSY Lab geladen werden Klicken Sie einfach auf die JJ Zeichen in den Beschreibungen e MTS7 6 Antennentechnik 216 CASSY Lab m Antennentechnik ROMATECAREFULLY t ME LOAD 2 Mich E Beispiel laden horizontales Richtdiagramm eines A 2 Dipols Sicherheitshinweise Bedingt durch die geringe Leistung des Gunn Oszillators ca 10 mW ist eine Gef hrdung f r die Ex perimentierenden bei Antennenversuchen ausgeschlossen Im Hinblick auf den Umgang mit st rkeren HF Quellen sollen aber folgende Regeln beachtet werden e Das dire
251. tk rper 79 169 FFT 23 71 Filter 118 Formel 12 23 26 29 Fourier Transformation 23 Freie Anpassung 18 Freier Fall 61 Freischaltcode 8 Funktionsgenerator 39 G Gamma Spektrum 150 160 Gaschromatographie 185 187 189 Gasgesetze 191 Gau kurve 21 Gau kurven 19 Gau verteilung 19 Gay Lussac 191 Ged mpfter Schwingkreis 112 Gekoppelte Pendel 71 Gekoppelte Schwingkreise 114 Geradenanpassung 18 g Leiter 61 Gl hlampe 121 Gl hstrumpf 162 H Halbwertszeit 137 Handmessger te 43 Hautwiderstand 201 220 Hei luftmotor 85 Helligkeit 130 Hochpass 118 Hydrolyse 182 Hyperbelanpassung 18 Hysterese 171 zj Impuls 55 57 59 Induktion 99 102 Installation 6 Integral 19 23 IRPD 41 K Kalibrieren 35 Kalibrierung 17 Kalium 40 154 Kennlinie 121 122 125 Klima 213 Koinzidenz 164 Kommentar 24 Kondensator 110 Koordinaten 16 Kopieren 15 20 Korrigieren 35 Kraft 88 91 94 96 Leistung 108 Leitung 169 Licht 134 Lichtschranke 47 49 Lineale 17 Linien 17 Linienbreite 17 L schen 13 15 20 Luft 75 77 Luftdruck 141 Lungenvolumen 211 M Magnetfeld 91 94 102 Manuelle Aufnahme 12 Marinelli Becher 154 Markierung 18 Marmor 175 Messbedingung 12 Messbereich 32 Messgr en 32 33 Messparameter 12 14 Messreihe 15 Messung 12 14 Messzeit 12 14 MetraHit 42 Mischpr parat 148 Mittelwert 18 23 Multigrafik 12 CASSY Lab N Natronlauge 177 Newton 53 63
252. tsensor wegbewegen e Beietwa 15 cm Abstand Messung wieder mit F9 stoppen Auswertung Bereits w hrend der Messung erscheint das F x Diagramm Das Coulombsche Gesetz kann nun durch eine Hyperbelanpassung 1 x oder durch Umrechnen der x Achse in 1 x Achse mit rechter Maustaste anklicken mit anschlie ender Geradenanpassung best tigt werden Dabei stellt sich heraus dass F 1 x erst ab einem Abstand von etwa 6 cm der beiden Kugelmittel punkte gilt Bei k rzeren Entfernungen m sste die Abstand korrigiert werden da es sich nicht um punktf rmige Ladungen handelt A CASSY Lab 91 Kraft im magnetischen Feld einer Luftspule a a N Y VE E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Die magnetische Flussdichte oder einfacher das Magnetfeld B ist eine vektorielle Gr e Auf eine Ladung q die sich mit der Geschwindigkeit v im Magnetfeld B bewegt wirkt eine Kraft F die von Gr Be und Richtung der Geschwindigkeit und von St rke und Richtung des Magnetfeldes abh ngt Es gilt F q vxB Diese sog Lorentz Kraft F ist ebenfalls eine vektorielle Gr e und steht senkrecht auf der Ebene die durch v und B aufgespannt wird Die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld kann man auffassen als die Summe der Einzelkr fte auf die bewegten Ladungstr ger die den Strom bilden Auf jeden einzelnen Ladungstr ger q der sich mit der Driftgeschwindigkeit v bewegt wirkt die Lorentzkraft F Bei
253. ttels Stativmaterial ber dem Szintillationsz hler platziert so dass es sich einige Zentimeter oberhalb des Detektors befindet Zum Schutz des Szintillationsz h lers gegen Umkippen empfiehlt es sich den Sockel 559 891 beim Aufbau zu verwenden Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Nacheinander die Spektren von Co 60 Na 22 und Cs 137 aufnehmen F9 Es bietet sich an mit dem Co 60 Pr parat zu beginnen da dieses die energiereichste Strahlung aussendet so dass die Hochspannung und die Verst rkung zu Beginn passend eingeregelt werden k nnen e Um die Spektren ber der Energie darzustellen muss eine Energiekalibrierung durchgef hrt wer den Hierzu k nnen beispielsweise die Linien des Na 22 bei 511 keV und 1275 keV verwendet werden Auswertung Die Energien der einzelnen Linien werden bestimmt Hierzu kann die Funktion Gausskurven anpassen verwendet werden Ein Vergleich mit Literaturwerten erlaubt die Identifizierung der strahlenden Isoto pe Hinweise Es gibt im Internet einige Datenbanken mit den bekannten Energien aller radioaktiven Stoffe bei spielsweise unter http nucleardata nuclear lu se nucleardata toi die zur Identifikation der Strahler verwendet werden k nnen Das Pr parat sollte bei der Messung nicht auf dem Detektor stehen sondern einige Zentimeter ent fernt sein Wenn das Pr parat direkt aufliegt ergibt sich eine so hohe Z hlrate dass sich die einzel nen Pulse berlappen Durch diese
254. tung F r jede Sinuskurve werden die Periodendauer T und die minimale und maximale Kraft Fmin und Fmax der ersten Periode durch Anklicken mit der Maus und Ablesen des Tabellenwertes bestimmt und in die Darstellung Eingabe mit der Maus anklicken bertragen Die Ber cksichtigung von Fmin und Fmax gleicht eventuelle Ungenauigkeiten bei der Aufstellung oder der Nullpunkteinstellung des Kraft sensors aus In der Darstellung Zentrifugalkraft wird das Ergebnis dieser Auswertung automatisch aufgetragen Die dort dargestellte Zentrifugalkraft F Fmax Fmin 2 und die Winkelgeschwindigkeit 27 T ist aus den angegebenen Werten berechnet Sehr sch n ist die Proportionalit t F zu sehen F r die Best tigung der Proportionalit ten F m und F r m ssen die Messungen mit anderen Mas sen und Radien wiederholt und dann gemeinsam ausgewertet werden Dabei ist es sinnvoll jede Messung einzeln auszuwerten und in einer separaten Datei abzuspeichern da mehrere Messungen in einer grafischen Darstellung zur Auswertung un bersichtlich werden Mehrere ausgewertete Messun gen k nnen anschlie end zusammen in eine gemeinsame Darstellung geladen werden Tipp Da f r eine vollst ndige Auswertung das Experiment mit anderen Massen m und Radien r wiederholt werden muss ist die manuelle Auswertung aller Messungen sehr m hsam Die Periodendauer T und die beiden Kr fte Fmin und Fmax k nnen aber auch automatisch bestimmt werden Dazu m ssen nur die Anzeige
255. u zierten Spannung 1 Ableitung des Stroms unsch n bemerkbar machen Abhilfe schafft ein in Reihe geschalteter onhmscher Widerstand von etwa 10 Q 106 CASSY Lab m Zeitabh ngige Aufzeichnung von Spannung und Strom eines Transformators Ej Beispiel laden mit Power CASSY Ej Beispiel laden ohne Power CASSY A CASSY Lab 107 Versuchsbeschreibung Es werden Prim r und Sekund rspannung sowie Prim r und Sekund rstrom eines belasteten Transformators als zeitabh ngige Gr en erfasst CASSY Lab ermittelt daraus unmittelbar die zeitab h ngigen Leistungen im Prim r und Sekund rkreis sowie die Effektivwerte von Spannung und Strom die Phasenbeziehungen und die Wirkleistungen Ben tigte Ger te 1 Power CASSY 524 011 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Ubungstransformator 562 801 1 Schiebewiderstand 110 Q 537 24 1 Kabel 25 cm schwarz 500 414 5 Kabel 100 cm schwarz 500 444 4 PC ab Windows 95 98 NT Alternativ ohne Power CASSY 2 Sensor CASSYs 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Kleinspannungs Stelltrafo S 521 35 1 Ubungstransformator 562 801 1 Schiebewiderstand 110 Q 537 24 2 Kabel 25 cm schwarz 500 414 8 Kabel 100 cm schwarz 500 444 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Die Prim rseite des Transformators wird vom Power CASSY bzw vom Stelltrafo ca 6 V gespeist Im zweiten Fall muss Prim rspannung Prim rstrom und Phasenlage cos noch von einem zweiten Sensor CASSY gemes
256. uch ver ndert werden Weitere Versuchsm glichkeiten Aufnahme des Temperaturverlaufs anderer Stoffe z B von Natriumthiosulfat 5 hydrat Vergleich der Temperaturkurven verschiedener Stoffe durch berlagerung Vergleich der Temperaturkurven eines Stoffes mit unterschiedlicher Reinheit Untersuchung des Schmelz und Erstarrungsverhaltens von Gemischen mit unterschiedlicher Zu sammensetzung Bestimmung des eutektischen Gemisches Erstellen eines Phasendiagramms 182 CASSY Lab m Hydrolyse von terti rem Butylchlorid Reaktionskinetik E Beispiel laden Versuchsbeschreibung Bei der Hydrolyse von terti rem Butylchlorid 2 Chlor 2 Methylpropan entsteht terti res Butanol und Chlorwasserstoff der durch Protolyse Oxonium und Chloridionen bildet die zu einem starken Leitf higkeitsanstieg f hren CH3 3C CI 2H20 gt CH3 3C OH H3O CI Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Leitf higkeits Box 524 037 1 Leitf higkeits Messzelle 667 426 1 Magnetr hrer 666 845 1 Becherglas 250 ml hF 664 113 1 Stativrohr 666 607 1 Doppelmuffe 301 09 1 Kleinklemme 666 551 1 Messzylinder 100 mi 665 754 1 Messpipette 1 ml 665 994 1 Pipettierball 666 003 1 PC ab Windows 95 98 NT Ben tigte Chemikalien 0 8 ml L sung von terti rem Butylchlorid c 0 1 mol l in Aceton A CASSY Lab 183 Gefahrenhinweis Ey ist leicht entz ndlich Von Z ndquellen fernhalten Versuchsvorbereitung siehe S
257. uffen Universalklemmen Reagenzglas aus Doppelspatel Heizplatte z B PC ab Windows 95 98 NT 524 010 524 200 524 045 666 212 664 113 666 504 666 607 666 615 301 09 666 555 664 043 666 962 666 767 D CASSY Lab 181 Ben tigte Chemikalien 4 Palmitins ure 50 g 674 050 Versuchsvorbereitung siehe Skizze Ein Becherglas zu etwa mit Wasser f llen und auf der Heizplatte auf 80 bis 90 C erhitzen Das Reagenzglas 3 bis 4cm hoch mit Palmitins ure f llen und im Wasserbad zum Schmelzen bringen Das 13 mm Rohr mit Hilfe der Universalmuffe so ber das 10 mm Rohr schieben dass es tele skopartig bewegbar ist An das 13 mm Rohr das Reagenzglas mit der Palmitins ure und den NTC Temperaturf hler so einspannen dass sich der F hler ca 1 cm ber dem Boden und in der Mitte des Reagenzglases befindet nicht an der Wandung Den Temperaturf hler mit dem Eingang T1 der Temperatur Box verbinden Die Box auf den Ein gang A des Sensor CASSYs stecken Die Probe auf mindestens 40 C abk hlen Dazu das zweite Becherglas mit kaltem Wasser ver wenden Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden Hinweis zum Kalibrieren Falls erforderlich kann der angeschlossene Temperaturf hler kalibriert werden Dazu in den Ein stellungen BA11 rechte Maustaste nach Korrigieren die beiden Sollwerte 0 C und 100 C einge ben und Offset korrigieren Temperaturf hler dabei in Eis Wassergemisch sowie Faktor korri gieren Temper
258. ulen mit 500 Windungen 562 14 4 Paar Kabel 50 cm rot undblau 501 45 1 PC ab Windows 95 98 NT Versuchsaufbau siehe Skizze Der erste Schwingkreis wird gem Skizze aufgebaut Die Kondensatorspannung wird an Eingang B des Sensor CASSYs gemessen Zu Beginn der Experiments wird der Kondensator aus der Span nungsquelle S aufgeladen Zum Start der Schwingung wird der Taster gedr ckt welcher dabei die Spannungsquelle S kurzschlie t Der zweite Schwingkreis wird separat aufgebaut Seine Spule wird f r die Kopplung der Schwingkrei se direkt neben die erste Spule gestellt Hinweis Anstelle des Tasters k nnte auch das Relais R verwendet werden Dieses kann jedoch beim Schalten so stark prellen dass in den ersten Millisekunden der Schwingung diese noch gest rt wird A CASSY Lab 115 Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Ladespannung UB1 am Kondensator auf etwa 9 5 V einstellen dazu Spannungsquelle S entspre chend einstellen Messung mit F9 starten wartet dann auf Triggersignal Schwingkreis mit Taster schlie en erzeugt Triggersignal Spule des zweiten Schwingkreises zur Kopplung direkt neben die erste Spule stellen Messung mit F9 starten wartet dann auf Triggersignal Schwingkreis mit Taster schlie en erzeugt Triggersignal Auswertung Im ungekoppelten Fall ergibt sich eine ged mpfte harmonische Schwingung Die gekoppelte Schwin gung ist eine Schwebung mit der gleichen Einh llenden und der gleichen Schwingun
259. ung als auch mit einer Umw lzpumpe und einem Wasserreservoir benutzt werden das zweckm i gerweise mit destilliertem oder abgekochten Wasser kalkfrei gef llt wird Sollte sich bei Betrieb mit Leitungswasser der Durchfluss verringern gesamtes System mit warmer Entkalkungsl sung sp len e Beide Kolben des Hei luftmotors m ssen regelm ig mit Silikon l geschmiert werden Am ein fachsten geht das wenn man die Heizplatte abnimmt den Verdr ngerkolben in seine untere Stel lung f hrt und mit einem Trinkhalm Silikon l mit einer Spritzflasche so einbringt dass es an der Wand des Kolbens auf den oberen Dichtring nach unten l uft Da die Dichtung nicht v llig dicht ist gelangt nach kurzer Zeit auch gen gend Ol auf den unteren Dichtring Bei ungen gender Schmierung wird der Motor laut und l uft nur noch mit verringerter Drehzahl e Netzspule 562 21 nicht ohne Transformatorkern anschlie en 86 CASSY Lab m Versuchsbeschreibung Thermodynamische Kreisprozesse werden h ufig als geschlossene Kurven in einem pV Diagramm p Druck V Volumen beschrieben Die dem System je nach Umlaufsinn entnommene oder zugef hrte Arbeit entspricht dann der durch die Kurve eingeschlossenen Fl che Im Versuch wird das pV Diagramm des Hei luftmotors als W rmekraftmaschine aufgezeichnet In Abh ngigkeit von der Zeit t misst ein Drucksensor den Druck p im Zylinder und ein Wegaufnehmer die Position s des Arbeitskolbens aus der das eingeschlosse
260. ung des verwendeten Gaschromatographen Ben tigte Ger te Paar Kabel 50 cm rot undblau 501 45 PC ab Windows 95 98 NT 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Gaschromatograph LD1 665 580 1 Trenns ule mit Dinonylphthalat 665 583 1 Kohlenwasserstoff Sensor 665 582 1 Luftpumpe 662 286 1 Blasenz hler 309 064 75 1 Dosierspritze 1 ml 665 957 1 Kan len 10 St ck 665 960 4 4 Ben tigte Chemikalien Feuerzeuggas Probe n Butan Druckgasdose Referenz 666 989 Feinregulierventil 660 980 186 CASSY Lab m Versuchsaufbau siehe Skizze e Gaschromatograph GC mit Trenns ule Dinolylphthalat und Kohlenwasserstoff Sensor Detek tor aufbauen e Eingang des GCs mit Luftpumpe verbinden Ausgang mit Blasenz hler e Luftpumpe einschalten e GC mit Steckernetzger t verbinden LED am GC leuchtet Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Mit den Nullpunktsreglern am GC die Nulllinie bei ca UA1 0 05 V einstellen e Probemessung mit F9 starten e Sobald eine stabile Nulllinie aufgezeichnet wird die Probemessung wieder mit F9 stoppen e Mit der Dosierspritze zun chst ohne Kan le vom Feuerzeug ca 1 ml Gas mehrmals aufziehen Dann Kan le aufsetzen und das Gas bis auf 0 05 ml aussto en Die verbliebenen 0 05 ml Gas in den Einspritzkopf des GCs injizieren e Aufzeichnung des Spannungsverlaufs erneut mit F9 starten und solange fortsetzen bis alle zu erwartenden Peaks erschienen sind und Messung wieder mit F9 sto
261. unktion vergr ert werden Ein typischer Teil eines EKG ist eine flache Linie die isoelektrische Linie Abweichungen hiervon be ruhen auf der elektrischen Aktivit t des Herzmuskels Die erste Abweichung von dieser Linie in einem typischen EKG ist ein kleiner Ausschlag nach oben Die P Welle dauert ca 0 05 Sekunden Zur Auswertung k nnen jeweils eine senkrechte Linie zu Be ginn und eine am Ende der P Welle gesetzt werden Die Dauer kann durch eine Differenzmessung zwischen beiden Linien ermittelt werden Die P Welle basiert auf der Depolarisation und Kontraktion der Vorkammern Im Anschluss kehrt das EKG zur isoelektrischen Linie zur ck In dieser Zeit bertr gt der Atrioventri kularknoten die Erregung ber das His B ndel und die Purkinje Fasern auf die Ventrikel Die Depola risation des AV Knotens f hrt zu einem kleinen Abw rtspuls der Q Welle Direkt danach erfolgt ein schneller Anstieg R Welle mit anschlie endem Abfall unter die isoelektrische Linie S Welle und der R ckkehr auf den Ausgangswert Diese drei Wellen nennt man den QRS Komplex der durch die De polarisation und Kontraktion der Hauptkammern zustande kommt Nach einer weiteren Pause repolarisieren die Zellen wieder Der hierbei auftretende Stromfluss be wirkt eine aufw rts gerichtete Welle die T Welle Die Sequenz von P ber QRS zu T stellt einen Zyklus des Herzens dar Die Anzahl der Zyklen pro Minute entspricht dem Pulsschlag A CASSY Lab 205 Weitere
262. urch ffnen des Regulierventils Wasserstoff durch den GC str men lassen 190 CASSY Lab m e GC mit Steckernetzger t verbinden LED am GC leuchtet e Um ein positives Signal zu erhalten muss bei den Verbindungskabeln zum CASSY die Polarit t vertauscht werden Die W rmeleitf higkeit der zu trennenden Substanzen ist geringer als die des Wasserstoff Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Mit den Nullpunktsreglern am GC die Nulllinie bei ca UA1 0 05 V einstellen Probemessung mit F9 starten Sobald eine stabile Nulllinie aufgezeichnet wird die Probemessung wieder mit F9 stoppen Mit der Dosierspritze 2 ml Luft in den Einspritzkopf des GCs injizieren Aufzeichnung des Spannungsverlaufs erneut mit F9 starten und solange fortsetzen bis alle zu erwartenden Peaks erschienen sind und Messung wieder mit F9 stoppen Auswertung Durch Zoomen Auswertemen ber rechten Mausklick auf Diagramm kann der entscheidende Kur venausschnitt bildschirmf llend dargestellt werden Zur quantitativen Analyse des Gemisches werden die Peakfl chen durch Integration bestimmt Dann ermittelt man den Fl chenanteil eines Peaks bezogen auf die Gesamtfl che aller Peaks Im Beispiel betr gt die Gesamtfl che aller Peaks 37 85 Vs Der Fl chenanteil der ersten Komponente Sauerstoff ist somit 8 12 Vs 37 85 Vs 21 Die zweite Substanz Stickstoff ist zu 29 73 Vs 37 85 Vs 79 enthalten Durch eine hnliche W rmekapazit t beider Gase er
263. verbunden Die Pumpe wird an die Rutherford Streukammer an geschlossen Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Das Ra 226 Pr parat wird in der Streukammer montiert e Nach Evakuieren der Kammer wird ein Spektrum aufgenommen F9 e Verst rkung der VKA Box dabei so ver ndern dass das Spektrum die verf gbaren Kan le ausf llt Dies ist typischerweise bei Verst rkungen um 5 der Fall e Energiekalibrierung auf den u eren Linien des Spektrums 4785 keV 7687 keV durchf hren Auswertung Aus den Z hlraten der beobachteten Linien wird das Alter des Pr parates berechnet Die Auswertung wird dadurch erschwert dass sich die a Energien von Po 210 und Rn 222 nur wenig unterscheiden und beide Nuklide daher zu einem gemeinsamen Peak beitragen dem mittleren der Dreiergruppe Daher wird die Z hlrate des Rn 222 durch eine Geradenanpassung aus den Z hlraten von Ra 226 Po 218 und Po 214 ermittelt Aus dem Verh ltnis der Z hlraten von Po 210 und Ra 226 l sst sich das Alter des Pr parates berechnen Hinweis Der Halbleiterdetektor ist lichtempfindlich deshalb direkte Beleuchtung der Vakuumkammer vermei den um die Messergebnisse nicht zu verf lschen Bedingt durch die Abdeckung der Pr parate ergibt sich bei der Energiekalibrierung nach Literatur werten ein hoher Offset der Energie Das gemessene Spektrum beginnt erst bei einer Energie von 1 2 MeV Teilchen mit geringerer Energie werden bereits vor dem Detektor gestoppt 1
264. vom Strom I durchflossen wird ist in einem Feld der magnetischen Flussdichte B gleich F 1 s B Wird die Flussdichte B durch einen langen Leiter im Abstand r hervorgerufen dann gilt B const I r Damit ist die Kraft F die zwischen zwei parallelen Leitern wirkt die vom gleichen Strom I durchflossen werden gegeben durch F const 1 s r Man definiert nun die elektrische Stromst rke folgenderma en Amperedefinition Die Stromst rke I hat den Wert 1 A wenn zwischen zwei im Abstand r 1 m parallel angeordneten geradlinigen unend lich lang gedachten und vom gleichen elektrischen Strom durchflossenen Leitern mit gegen Null ge hendem Durchmesser der Betrag der Kraft F pro L nge s F s 2 10 7 N m betr gt Man legt also fest const 2 10 7 N A blicherweise wird const mit 10 2 bezeichnet und man erh lt F yu0 2r 1 s r mit O 4n 10 7 N A 4n 10 7 Vs Am Im Experiment wird ein Leiter der L nge s 0 30 m in einem Abstand r von wenigen Millimetern ber A CASSY Lab 97 einen etwas l ngeren Leiter geh ngt Gemessen wird die Kraft F die f r verschiedene Stromst rken und Abst nde r auf den h ngenden Leiter wirkt Das Ergebnis best tigt die Amperedefinition Ben tigte Ger te 1 Sensor CASSY 524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Br cken Box 524 041 1 30 A Box 524 043 1 Kraftsensor 314 261 1 Verbindungskabel 6polig 1 5m 501 16 1 Leiterschleifenhalter 314 265 1 Leiterschleifen zur elektrodyn
265. x Erkennung verwendet Digitale Ausg nge TTL auf Sensorbox Steckpl tzen A und B z Zt nur f r automatische Messbereichsumschaltung einer Sensorbox verwendet USB Port USB Version bzw serielle Schnittstelle RS232 SubD 9 zum Anschluss eines Com puters CASSY Bus zum Anschluss weiterer CASSY Module oder des CASSY Displays Abmessungen BxHxT 115 mm x 295 mm x 45 mm Masse 1 0 kg Lieferumfang Sensor CASSY Software CASSY Lab ohne Freischaltcode f r Windows 95 98 NT oder h her mit ausf hrlicher Hilfe 20 Nutzungen frei dann als Demoversion nutzbar Installationsanleitung USB Kabel bzw serielles Kabel SubD 9 Steckernetzger t 12 V 1 6 A 32 CASSY Lab m Einstellungen Sensoreingang Sensor CASSY bietet zwei galvanisch getrennte Sensoreing nge A und B die sowohl Spannung bzw Eingang A auch Stromst rke als auch andere Messgr en bestimmt durch die aufgesteckte Sensorbox erfassen k nnen Die Erkennung der Sensorbox und damit der Messm glichkeiten ge schieht automatisch d h in der Darstellung der CASSY Anordnung werden die Eing nge mit e ventuell aufgesteckten Sensorboxen skizziert Dort werden sie zur Vorbereitung einer Messung auch durch Anklicken aktiviert Die angezeigte Auswahl der Messgr en und Messbereiche h ngt also davon ab ob und welche Sensorbox aufgesteckt ist Andere Messgr en erfordern eine andere Sensorbox siehe auch Pro duktkatalog Die ausgew hlte Messgr e kann als
266. x an Eingang A des Sensor CASSYs wird an einer stark durchbluteten Stelle des K rpers angebracht wie z B an der Nagelwurzel des kleinen Fingers Der Sensor soll w hrend der Messung nicht mehr bewegt werden da es sonst zu Fehlmessungen kommen kann Versuchsdurchf hrung E Einstellungen laden e Stabile Pulswerte im Fenster PA1 abwarten Box passt sich der Signalst rke an Messung mit F9 starten Evtl Abh ngigkeiten der Pulskurve von k rperlicher Anstrengung Kniebeugen untersuchen Messung mit F9 beenden Messung kann mit ver nderten Faktoren oder anderen Versuchspersonen wiederholt werden Da zu wieder stabile Pulswerte abwarten und Messung erneut mit F9 starten Auswertung Die durchschnittliche Pulsfrequenz kann durch die Bildung des Mittelwertes aus der Messkurve be stimmt werden Dazu mit rechter Maustaste auf das Diagramm klicken Mittelwert einzeichnen ankli cken und den gew nschten Kurvenbereich markieren Der Wert erscheint in der Statuszeile links un ten und kann als Text an eine beliebige Stelle im Diagramm eingetragen werden A CASSY Lab 201 Hautwiderstand E Beispiel laden Sicherheitshinweis Die ermittelten Werte und Kurven haben keine medizinische Aussagekraft und dienen nicht zur Kon trolle des Gesundheitszustandes des Menschen Die Hautwiderstands Box darf nur in bereinstimmung mit der Gebrauchsanweisung betrieben wer den Versuchsbeschreibung Der Hautwiderstand R ver ndert sich in Abh ngig
267. xakten Zeitpunkt einer Messwertaufnahme Nach dem Start der Messung z B mit F9 wird zun chst auf einen eventuell eingestellten Trigger gewartet und danach jeweils nach Ablauf des angegebenen Zeitintervalls eine Messwertzeile aufgenommen Das Intervall die Anzahl der Messpunkte pro Messung sowie die gesamte Messzeit k nnen vorher den Erforder nissen angepasst werden Dabei kann mit wiederholende Messung eine fortlaufende Anzeige er reicht werden Bei Zeitintervallen ab 100 ms wird zus tzlich zum Trigger auch die Messbedingung ausgewertet und eventuell ein akustisches Signal bei Messwertaufnahme abgegeben Die Messbedingung ist eine Formel Ein Formelergebnis ungleich 0 bedeutet AN Messwertaufnahme m glich ein Formelergeb nis gleich 0 bedeutet AUS Messwertaufnahme blockiert Der Messvorgang l uft dann solange die Messung gestartet ist und das Ergebnis der Formel AN ist Wird z B die Messung am 21 4 1999 zwischen 13 00 Uhr und 14 00 Uhr erw nscht so kann die Formel lauten date 21 4 1999 and time gt 13 00 and time lt 14 00 Bei einigen Messgr en z B Rate Frequenz Laufzeit Dunkelzeit Weg bei Verwendung der GM Box oder der Timer Box wertet die Software das angegebene Zeitintervall nicht aus In diesem Fall wird die Messung von der Torzeit oder den Messimpulsen selbst gesteuert Manuelle Aufnahme Der Anwender entscheidet ber den exakten Zeitpunkt einer Messwertaufnahme Bei jedem Start z B mit F9 wird ge
268. zmuskelzellen k nnen ohne einen Einfluss von au en depolarisieren d h spontan Die Gruppe von Zellen die als erste depolarisieren stellen den sogenannten Schrittmacher Sinusknoten dar Dieser Knoten liegt im rechten Vorhof Atrium des Herzens Die beiden Vorkammern kontrahieren durch eine hohe Geschwindigkeit der Reizleitung zwischen den Zellen fast gleichzeitig Die Hauptkammern Ventrikel des Herzens sind von den Atrien elektrisch isoliert Nur an einer Stelle sitzt eine Gruppe von Zellen Atrioventrikularknoten die das elektrische Signal der Atriumkontraktion an die Hauptkammern weiterleitet Durch eine geringf gige Verz gerung der Erregungs bertragung wird sichergestellt dass die Hauptkammern nicht zusammen mit den Vorkammern kontrahieren und das Blut genug Zeit hat aus den Atrien in die Ventrikel zu flie en Der Atrioventrikularknoten bertr gt die Depolarisation ber spezielle Fasern His B ndel auf die Ventrikel In der muskul sen Wand der Ventrikel finden sich andere Fasern Purkinje Fasern die f r eine sehr schnelle Reizleitung sorgen So wird sichergestellt dass sich die Ventrikel gleichzeitig und vollst ndig kontrahieren 204 CASSY Lab m Die Depolarisation Kontraktion und anschlie ende Repolarisation der Herzmuskelzellen ist ein sich stetig wiederholender Prozess der durch die unmittelbare Nachbarschaft von polarisierten und nicht polarisierten Zellen kleine Str me flie en l sst Die Anderung der Str me k

CASSY Lab Handbuch (524 201)

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