Elektrodynamik

Elektrische Feldlinien

Material

• Gerätesatz elektrische Feldlinien
• Hochspannungsnetzteil (10 kV)
• Overheadprojektor

Beschreibung

Durch das Ausrichten von kleinen Teilchen wird der Feldlinienverlauf sichtbar; dazu wird die geschlossene Küvette mit Öl und Grießkörnern (vorher schütteln) auf die Platten mit den verschiedenen Elektrodenanordnungen gestellt  und mittels Overheadprojektor gezeigt.

Elektromagnetischer Tonabnehmer

Material

• Spule, n = 10000 Wdg. mit Eisenkern und Neodym Magnet
• Stahlsaite, d = 0,6 mm
• Saitenspanner, Schaller
• AC Verstärker, Ley 522 61
• Oszilloskop
• BNC Kabel
• Stativmaterial

Beschreibung

Die schwingende Saite, mit der Hand angezupft, ändert das Magnetfeld vor der Spule periodisch. Dieses sich ändernde Magnetfeld induziert in der Spule eine Wechselspannung gleicher Frequenz, die am Oszilloskop beobachtet werden kann.

Zur Simulation der elektrischen Gitarre kann das Signal über einen Anschluss an AC Verstärker und Lautsprecher hörbar gemacht werden.

Halleffekt mit Wasser

Material

• Küvette für Halleffekt
• Demo-Multimeter 1 V
• Stromquelle 2,5 A
• Messverstärker
• 2 Spulen (500 Wdg.), U-Kern, 2 Polschuhe
• Wasserpumpe

Beschreibung

Durch einen schmalen Kanal (ca. 35*1 mm), der sich in einem Magnetfeld befindet, fließt Wasser. Oben und unten im Kanal befinden sich Abgriffe für die Hallspannung. Die Durchflussrichtung und -menge des Wasser sowie die Stärke und Richtung des Magnetfeldes können verändert werden.

Induktion 2

Material

• Stabmagnet
• Demo-Voltmeter (100 mV)
• Leybold Spule (1000 Wdg.)

Beschreibung

Nullpunkt des Demo-Voltmeter auf Mittelstellung bringen. Die induzierte Spannung ändert ihr Vorzeichen je nachdem, ob man den Stabmagneten in die Spule hinein- oder hinauszieht.

Induktion im Magnetfeld eines Helmholtzspulenpaares bei veränderlichem Magnetfeld

Material

• 3 Helmholtz Spulen, n = 320 Wdg.
• 1 Funktionsgenerator FG 100 (3B Scientific)
• 1 Oszilloskop
• 1 Potentiometer 10 Ohm
• Stativmaterial

Beschreibung

Durch Anlegen eines sinusförmigen (ca. 30 Hz) oder rechteckförmigen (ca. 4 Hz) Signals an das Helmholtz-Spulenpaar, wird in der mittleren Spule eine Spannung induziert, deren Betrag durch Drehen oder Hinein- oder Herausschieben der mittleren Spule aus dem Feld verändert werden kann. Beide Signale werden am Oszilloskop beobachtet.

Influenzmaschine

Material

• Influenzmaschine (Wimshurst)

Beschreibung

Zur gefahrlosen Erzeugung hoher Gleichspannungen. Antrieb über Handkurbel und Riemen; einschließlich 2 Leidener Flaschen.

• Funkenlänge: max. 12 cm
• Durchmesser: 31 cm
• Abmessungen: 29 cm· 36 cm · 45 cm
• Kurzschlussstrom max.: <= 30 µA

Kondensator (Laden und Entladen)

Material

• Elektrolytkondensator (0,22 F, 10 V)
• Widerstandsdekade
• Netzteil (Gossen, 2 x 20 V)
• Morsetaster
• Demo-Voltmeter (10 V)
• Speicheroszilloskop (Hameg)

Beschreibung

Der Kondensator 0,22 F wird über einen 10 Ohm Widerstand aus der Widerstandsdekade ge- und entladen. Der Strom- und Spannungsverlauf wird am Speicheroszilloskop dargestellt.

Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld 2

Material

• Netzgerät EA-PS 9032
• 2 Leiterschaukeln mit Halter
• Overhead Projektor
• Stativmaterial

Beschreibung

Die Leiterschaukeln werden einmal parallel (Anziehung) und einmal in Reihe (Abstoßung) beschaltet. Die Projektion erfolgt mit Hilfe des Overhead Projektors.

Lorentzkraft mit flexiblem Aluminiumband

Material

• 4 Hufeisenmagnete
• 1 Sinusgenerator
• 1 Spule 500 Wdg.
• Aluminiumband (Länge: 2 m, Breite: 4 cm)
• Stativmaterial

Beschreibung

Auf einen Leiter (Aluminiumband), der lotrecht zu einem Magnetfeld steht, wirkt die Lorentzkraft. Bei einem angelegten sinusförmigen Wechselstrom ändert die Lorentzkraft ihre Richtung und ihre Stärke, was zur Bildung einer sich verändernden Welle führt.

Mikrowellen

Material

• Mikrowellensender (434 MHz, 69 cm)
• Leiter mit offenem und geschlossenem Ende
• Empfänger mit Glühlampe (U-Form)
• Spannungsversorgung (Leybold 0-25 V, 0-300 V, 380 V)

Beschreibung

Zum Einschalten des Senders:

1. Wechselschalter auf 0-25 Vbzw. 0-300 V Stellung

2. Hauptschalter an

3. Wechselschalter auf 380 V Stellung

Leiter direkt auf den Mikrowellensender legen. Mit dem Empfänger den Leiter abfahren, beim Wellenberg der stehenden Welle leuchtet die Glühlampe.

Spitzenrad

Material

• Influenzmaschine (Wimshurst)
• Spitzenrad

Beschreibung

Mittels der Influenzmaschine kann Hochspannung durch Funkenüberschlag (bis 12 cm) und durch die Drehung eines Spitzenrades gezeigt werden.

Stromwaage (Kraft auf stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld)

Material

• 2 Spulen, n = 1000 Wdg.
• 1 Netzteil 2 x 20 V, Voltcraft
• 2 Demo Multimeter, Messbereich 1 A und 3 A
• 1 Sensor Cassy, Ley 524010
• 1 Cassy Display, Ley 524020
• 1 Kraftsensor S, Ley 524 042
• 1 Drahtrahmen mit 100 Wdg.
• 1 Drahtrahmen mit 500 Wdg.
• Stativmaterial

Beschreibung

Die Kraft, die auf einen stromführenden Leiter (Drahtrahmen) in einem gleichförmigen magnetischen Feld wirkt, wird mit Hilfe des Kraftsensors bestimmt. Das Magnetfeld durch die Spulen und den Drahtrahmen kann variiert werden.

Transformator

Material

• Kleinspannungsstelltrafo
• 2 Demo Multimeter, 10 V
• 1 Aufbautransformator
• 4 Spulen, n = 300, 600, 600 u. 1200 Wdg.

Beschreibung

An die Primärspule wird eine Wechselspannung angelegt. Durch Austausch der Spulen auf der Sekundärseite verändert sich dort die Spannung in Abhängigkeit von der Windungszahl.

Ein- und Ausschaltstrom von Spule u. Kondensator

Material

• Spannungsquelle 15 V kurzschlussfest
• Phywe Steckbrett mit Zubehör
• Schalter
• Kondensator 470 µF, Widerstand 1 kOhm
• Spule 630 Hy, Widerstand 10 kOhm
• Oszilloskop

Beschreibung

Der Ein- und Ausschaltstrom wird mittels eines Oszilloskops indirekt über den Spannungsabfall eines Widerstandes aufgezeichnet. Die Dauer des Vorganges liegt im Sekundenbereich.

Elektrolyse

Material

• Wasserzersetzungsapparat (Leybold 55233) mit Platinelektroden, (Betriebsspannung 20 V)
• Konstanter 25 V
• Amperemeter 300 mA
• Reagenzglas, Feuerzeug
• 0,5%ige Schwefelsäure

Beschreibung

Am Wasserzersetzungsapparat kann sehr gut gezeigt werden, dass H2 und O2 im Verhältnis 2:1 erzeugt werden. Wenn genügend H2 erzeugt wurde, wird dieses in einem Reagenzglas am Ventil des Wasserzersetzungsapparates aufgefangen. Der Wasserstoff kann mittels einer Flamme entzündet werden. Es gibt einen lauten Pfeifton. Reagenzglas dabei leicht schräg halten.

Erzwungene gedämpfte Schwingung

Material

• Kondensator 0,1 µF
• Spule 3600 Wdg.
• Widerstand 10 Ohm
• Potentiometer 2,5 kOhm
• Steckbrett
• Funktionsgenerator
• Speicheroszilloskop

Beschreibung

Der Reihenschwingkreis wird mit einer periodischen Rechteckschwingung angeregt. Die Dämpfung lässt sich mittels des 2,5 kOhm Potentiometers einstellen. Die gedämpfte Schwingung lässt sich am Oszilloskopschirm beobachten.

Induktion 1

Material

• Spule, n= 10000 Wdg.
• 3 superstarke Magnete im Halter
• Schaltbrett mit grüner und roter Leuchtdiode

Stativmaterial

Beschreibung

Die rote und die grüne Leuchtdiode sind parallel mit entgengesetzter Polungsrichtung  geschaltet,
Beim schnellen Bewegen des Magneten in die Spule oder aus der Spule heraus, leuchtet jeweils nur eine LED auf.

Induktion im Magnetfeld eines Helmholtzspulenpaares bei konstantem Magnetfeld

Material

• 3 Helmholtz Spulen, n=320 Wdg.
• 1 Netzteil 30 V / 2 A
• 1 Mikrovoltverstärker, Ley 532 13
• 1 Demo-Multimeter (Messbereich:+,- 15 mV)
• 1 Demo-Multimeter (Messbereich: 3 A)
• Stativmaterial

Beschreibung

Durch die beiden äußeren Spulen fließt ein Strom von ca. 1,5 A. Die mittlere Spule ist drehbar gehaltert. Durch Ein-, Ausschalten des Magnefeldes oder durch Drehen der mittleren Spule oder deren Hinein- oder Herausschieben aus dem Feld, wird eine Spannung induziert.

Influenz im Feld eines Plattenkondensators

Material

• Hochspannungsgerät 5 kV
• Plattenkondensator
• statisches Voltmeter 7 kV
• 2 Ladungslöffel
• Elektrometer

Beschreibung

Zwei sich berührende Ladungslöffel werden in das elektrische Feld eines Plattenkondensators gebracht und dort auseinander bewegt. Ein Ladungslöffel wird positiv der andere negativ geladen. Dieses kann am Elektrometer demonstriert werden.

Kondensator

Material

• Elektrolytkondensator (0,22 F, 10 V)
• Demo-Amperemeter (1 A)
• Demo-Voltmeter (10 V)
• Netzteil (Konstanter 2*20 V)
• Glühlampe (12 V)
• Wechselschalter

Beschreibung

Nullpunkt des Demo-Amperemeters auf Mittelstellung bringen. Die Glühlampe wird in Reihe zum Kondensator geschaltet. Beim Betätigen des Wechselschalters wird der Kondensator ge- bzw. entladen. Beim Aufladen des Kondensators brennt die Glühlampe zunächst hell und wird dann langsam dunkler. Die Spannung am Kondensator nimmt exponentiell zu, der Strom exponentiell ab.

Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld 1

Material

• Demo-Gerät
• Netzteil 33 V /5 A
• Stativmaterial

Beschreibung

Die Spannungsquelle wird mit den beiden Messingschienen verbunden. Legt man die Achse auf die Schienen wird der Stromkreis geschlossen, sodass sie sich je nach Polungsrichtung in Richtung des Magneten hinein oder heraus bewegt.

Ladungstrennung

Material

• Plattenkondensator mit veränderbarem Plattenabstand
• Statisches Voltmeter 7 kV
• Hochspannungsquelle 5 kV

Beschreibung

Der Plattenkondensator wird bei geringem Abstand der Platten aufgeladen (<2 kV). Beim Erhöhen des Plattenabstandes zeigt das Voltmeter eine Erhöhung der Spannung an.

Maschen- und Knotensatz

Material

• Schaltbrett
• Netzteil, 20 V
• Demo-Voltmeter 10 V
• 3 Demo-Amperemeter, 10 mA
• Widerstände 2 x 120 Ohm, 1 kOhm, 3,3 kOhm
• Stativmaterial

Beschreibung

Es wird eine Betriebsspannung von 8 V angelegt und zur Beobachtung der Knotenregel I1, I2 und I3 gemessen.
Zur Beobachtung der Maschenregel wird die abfallende Spannung über den 3 Widerständen gemessen.

Monopolar-Motor

 Material

• Batterie 1,5 V, Mignon AA
• Neodym Rundmagnet
• Schraube
• Kabel

Beschreibung

Beim Berühren des Kabels mit dem Magneten wird die Schraube in Rotation versetzt, verursacht durch die Kraftwirkung (Lorentzkraft) der sich im Magnetfeld bewegenden Elektronen.

Strommessgeräte: Hitzdraht-Instrument

Material

• Modell eines Hitzdraht-Instrumentes (Ley 531 20)
• Netzteil, z.B. 30 V / 5 A
• Overheadprojektor

Beschreibung

Der Hitzdraht aus Konstantan (d = 0,35 mm) wird bei Stromdurchgang erwärmt und dehnt sich aus. Der Zeigerausschlag ist proportional zur Dehnung des Drahtes. Die Projektion des transparentes Modells erfolgt mit Hilfe des Overheadprojektors.

Thomsonscher Ringversuch

Material

• Netzspule (500 Wdg.)
• 1 U-Kern, 6 Joche
• 1 Aluring geschlossen, 1 Aluring offen
• Regel-Trenn-Trafo (RT 5A Grundig)
• flüssiger Stickstoff, Schutzbrille, Handschuh, Zange

Beschreibung

Die Aluringe werden nacheinander über das Joch auf die Netzspule gelegt. Beim Einschalten des Transformators springt der geschlossene Ring ca. 3 m hoch, wird er vorher im flüssigen Stickstoff gekühlt ca. 4-5 m. Der offene Ring bleibt liegen.

Aufgrund des Wechselstromes in der Spule, kann man den geschlossen Ring auch schweben lassen.

Wirbelströme (Waltenhofsches Pendel)

Material

• Waltenhofsches Pendel
• Hufeisenmagnet
• Stativmaterial

Beschreibung

Schwingt das Pendel mit der vollen Aluminiumfläche zwischen den Polen des Hufeisenmagneten, werden Wirbelströme induziert und es erfährt eine starke Dämpfung.
Bei Verwendung des geschlitzen Bereichs ergibt sich nur eine schwach gedämpfte Pendelschwingung.