Ziel des Experiments war die Messung der übrigbleibenden Wärmestrahlung von einer Infrarotlampe, bei verschiedenen vorgehaltenen Materialien.
Material
Folgendes Material wurde für dieses Experiment benötigt:
Adruino-Messgerät mit UV/ IR Sensor SI1145
Wärmelampe
Diverse Gegenstände (IKEA-Tasche, Alufolie, Glasplatte, …)
Messgeräte zur Abmessung der Dicke / Größe der einzelnen Gegenstände
Durchführung
Zu Beginn des Experiments wurde die Wärmelampe eingschaltet und aus mehreren, verschiedenen Distanzen zunächst ohne irgendein Material der Infrarot-Wert (IR-Wert) abgelesen, da das Messgerät keine Einheiten angeben konnte, mussten wir die Ergebnisse zueinander relativ deuten, der gleiche Prozess wurde 3 Mal ohne 3 Mal mit vorgehaltener Alufolie, einmal mit vorgehaltenem Plexiglas und einmal mit vorgehaltenem Kunststoff wiederholt.
Das Messgerät wurde auf die nicht beleuchtete Fläche zeigen in einem bestimmten Abstand ausgerichtet und dessen Werte ausgelesen. Wichtig war vor allem beim Kunststoff einen Mindestabstand einzuhalten, da er sonst beginnen würde zu schmelzen.
Ergebnisse
Welche Materialien vor die Wärmelampe gegeben wurden und welchen Abstand und IR-Wert sie haben ist in der folgenden Tabelle zu sehen:
Tabelle 1
Diskussion
Mit Hilfe der Tabelle, kann man sehen, dass die IR-Werte ohne Hindernis sehr hoch sind. Den niedrigsten Wert hat der IR-Wert bei der Alufolie, woraus sich schließen lässt, dass diese die Wärmestrahlung am besten dämmt. Das Material mit dem höchsten IR-Wert ist das Plexiglas, das anscheinend nur sehr wenig Strahlung dämmen kann.
2. LED Abstrahlwinkel
Einleitung
Ziel des Experiments war die Beobachtung und Messung des nicht beleuchteten Bereiches bei einer LED.
Materialien
Verschiedene LEDs mit passendem Vorwiderstand - jeweils mit Schrumpfschlauch (halbwegs) wasserdicht gemacht
Gläser
4,5V-Batterien
Durchführung
Man schloss eine LED an eine Batterie an und hielt sie einem Zentimeter vom Tisch entfernt, senkrecht über den Tisch, sodass man den Abstrahlwinkel gut erkennen konnte.
Anschließend wurde die Projektion der LED betrachtet und der nicht angeleuchtete Bereich zwischen den angeleuchteten Bereichen gemessen, es wurde ebenfalls der Einfallswinkel gemessen.
Der gleiche Vorgang wurde wiederholt, mit dem Unterschied, dass man die LED in ein Glas Wasser hielt.
Ergebnisse
Die folgenden Berechnungen ergeben den sogenannten Abstrahlwinkel in der Luft bzw. im Wasser.
Berechnung des Abstrahlwinkels ( in der Luft )
Durchmesser : 2,5 cm
Höhe: 1 cm
α = 2 • [arctan ( d / l*2 ) ]
α = 2 • [arctan ( 2,5 / 1 • 2 ) ]
α = 102,680°
Berechnung des Abstrahlwinkels ( im Wasser )
Durchmesser : 5 cm
Höhe : 1 cm
α = 2 • [arctan ( d / l • 2 ) ]
α = 2 • [arctan ( 5 / 1 • 2 ) ]
α = 136,397°
Diskussion
In den Abbildungen auf dem Infoblatt, das wir bekommen haben (siehe letzten beiden Seiten dieses Protokolls) kann man erkennen, dass die Vertiefung (Reflektor) der LED, in welcher der Halbkristall ist, kegelförmig ist und somit auch einen sogenannten Lichtkegel erzeugt. Je tiefer dieser Reflektor ist, desto kleiner ist der Abstrahlwinkel.
3. Transmission von UV-Strahlen
Einleitung
Ziel dieses Experiments war die Ermittlung der Absorption (Transmission) von UV-Strahlen, beim Durchschreiten verschiedener Materialien.
Material
UV-sensitive Perlen
Arduino-Messgerät mit UV-Sensor
Diverse Materialien (Sonnenbrille, Plexiglas, UV-sensitive Perlen, Alufolie,
Schwarzlichtlampe bzw. Sonnenlicht
Durchführung
Bei diesem Experiment wurden die oben vermerkten “Diverse Materialien” über den UV-Sensor gehalten und mit einer UV-Lampe bestrahlt, die resultierenden Werte wurden vermerkt. Ein Ausnahmefall waren die UV-sensitiven Perlen, die ihre Farbe bei Kontakt mit UV-Licht von durchsichtig und farblos zu verschiedenen Violett-Tönen veränderten.
Ergebnisse
In der folgenden Tabelle sind die Materialien mit den gemessenen UV-Werten gelistet.
In der Abbildung danach, wird das Ergebnis der UV-sensitiven Perlen visuell dargestellt.
Tabelle 2
Abb. 1 Abb. 2
Diskussion
Da die Sonnenbrille und die Alufolie scheinbar alle UV-Strahlen absorbieren, sind sie sehr hilfreich, um, zum Beispiel bei der Sonnenbrille, Augenkrankheiten vorzubeugen.
Einleitung
Ziel des Experiments ist die Untersuchung, von der Farbmischung von LEDs die verschiedene Spannungen aufweisen.
Materialien
Rote LED + Widerstand 180 Ω
Grüne LED + Widerstand 180 Ω
Blaue LED + Widerstand 56 Ω
Strohhalm
4,5V-Batterie mit div. Kabeln
Durchführung
Zu Beginn wurden zwei verschieden farbige LEDs in die beiden Öffnungen des zurechtgeschnittenen Strohhalmes gesteckt, danach wurde eine mit Hilfe von Kabeln und einer Batterie an den Stromkreislauf geschlossen und zum Leuchten gebracht. Die daraus resultierenden Spannungen nach mehreren Versuchen mit unterschiedlichen Farben wurden notiert.
Der Widerstand betrug ca. 220 Ohm.
Ergebnisse
Die Ergebnisse wurden in der folgenden Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3
Diskussion
In der Tabelle sind die Werte grundsätzlich sehr nahe beieinander, dennoch gibt es Ausreißer, das wäre zunächst die Kombination rot auf blau, hier gibt es nämlich keine Spannung. Der zweite Ausreißer ist die Kombination grün auf blau, hier ist lediglich eine sehr geringe Spannung zu messen.
Einleitung
Ziel des Experiments war die Bestimmung der Wellenlänge sowie der Frequenz eines Laserpointers.
Material
Laserdiode
Gitter
Maßbänder
Physikbuch der 6. Klasse - S. 88 / 89
Durchführung
Zunächst wurde das Gitter in einem bestimmten Abstand zur Wand platziert. Der Abstand zwischen Laserpointer und Gitter musste ebenfalls konstant bleiben. Der Laser wurde eingeschalten und der Strahl durch das Gitter gerichtet, das Resultat waren mehrere Punkte an der Wand, deren Abstand zueinander gemessen und notiert wurde.
Ergebnisse
sinα= D / L
D = Abstand zwischen den Punkten = 0,265 m
L = Abstand vom Gitter zur Wand = 1,25 m
arcsin = 0,265 / 1,25
arcsin = 12,54°
Der Winkel beträgt 12,54°.
2. Winkel:
λ = D / L • d
λ =0,265 / 1,25 • 1/ 300 = 636nm
d = 1 / 300
Die Wellenlänge beträgt 636nm.
Frequenz:
f = c/ λ
f= 4,72 * 10^14
c = Lichtgeschwindigkeit
In der folgenden Tabelle 4 sind die Ergebnisse gelistet.
Tabelle 4
Diskussion
Verglichen mit der Website (Seite 14) könnten die Ergebnisse Durchaus stimmen.
6. RGB-LED und Messung mittels Arduino-Messgerät
Einleitung
Ziel des Experiments war die Farbmischung von drei LEDs zu notieren und deren Spannung einzustellen und zu notieren.
Material
Aufbau RGB-LED und Anschluss an Arduino und PC
Arduino-Messgerät mit RGB-Sensor
Schirm zur genauen Positionierung des Sensors
Durchführung
Die Leuchtkraft der LEDs wurde so verändert, dass verschiedene Farbmischungen entstanden, die notiert wurden. Durchgeführt wurde dies mit dem Computersoftwareprogramm “Scratch for Arduino”.
Ergebnisse
Folgende Ergebnisse in der Tabelle 5 enstanden durch die Veränderung des Schiebereglers.
Tabelle 5
Diskussion
Dieses Experiment bestand aus sogenannten additiven Farbmischungen. Das sind Farben, die durch eine Überlagerung der Grundfarben entsteht. Werden alle Grundfarben in der gleichen Intensität additiv gemischt, so entsteht die “Farbe” Weiß.
7. Farbmischungen mit Taschenlampen
Einleitung
Ziel dieses Experiments war es, verschiedene Farbeindrücke durch Vorhalten von Farbfolien über die Taschenlampe zu beobachten.
Material
3 Taschenlampen
Farbfilter ich den Farben rot, grün und blau
Durchführung
Es wurde mit den Taschenlampen auf eine weiße Fläche geleuchtet, die Farbfolien hinzugefügt und der Abstand variiert, anschließend notierte man die Ergebnisse.
Ergebnisse
Wegen der Überlagerung der Farben, die die Taschenlampen ausstrahlten, wurden neue Farbmischungen erzeugt, wie zum Beispiel Weiß, Violett, Gelb, etc.
Es handelte sich bei diesem Experiment um eine additive Farbmischung.
8. Farbeindruck von farbigen Flächen, die mit farbigem Licht beleuchtet werden
Einleitung
Ziel dieses Experimentes war die Beobachtung von Farbpapier, während es mit farbigem Licht erhellt wurde.
Material
1 Taschenlampe
Farbfilter in den Farben rot, grün und blau
Buntes Papier
Durchführung
Man nahm die Taschenlampe zur Hand und fügte nacheinander und abwechselnd einen blauen, roten und grünen Farbfilter hinzu. Die Beobachtung wurde notiert. Das Experiment erfolgte in einem abgedunkelten Raum.
Ergebnisse
Die Farbfilter ließen bestimmte Farben “verschwinden” bzw. unsichtbar werden, beim roten Filter zum Beispiel konnte man Rot garnicht bis schwer erkennen, das gleiche Geschah auch bei den anderen Filtern.
Die jeweiligen Farben erschienen deswegen als unsichtbar, weil alle Lichtwellen die die Taschenlampe abgab reflektierte, das heißt, dass zum Beispiel der rote Filter nur rotes Licht abgab und die Farbe Rot alle anderen Farben des weißen Lichtes außer Rot absorbiert, erscheint es als weiß, da es keine anderen Farben absorbieren kann und somit alles reflektiert.
9. Ermittlung der Leistung eines elektronischen Bauteils
Einleitung
Ziel des experimentes war es, die Leistung einer Glühbirne durch geeignete Messung zu ermitteln.
Material
Phet Animation: Circuit Construction Kit
Durchführung
Das Programm wurde geöffnet und die benötigten Werte recherchiert. Danach wurde in dem Programm ein Stromkreislauf erzeugt, der eine Glühbirne zum leuchten brachte. Mit HIlfe der Messgeräte wurde die Leistung letztendlich gemessen und notiert.
Die letzte Abb. 3 zeigt den Stromkreislauf mit der funktionierenden Glühlampe.
P = Spannung mal Stromstärke = 0,02390 • 4,65 = 0,111135 W
Abb. 3
Diskussion
Die Leistung der Glühbirne ist erstaunlich gering, andererseits aber auch sehr vorhersehbar, da sie viel mehr Wärme als Licht erzeugt.