Elektrizitätslehre
Der Versuch beinhaltet Rechnungen und Messungen zum Biot-Savartschen Gesetz.
Für eine einzelne Kreisspule und eine Anordnung aus zwei Kreisspulen in unterschiedlichen Abständen ist die magnetische Feldstärke unter verschiedenen Bedingungen zu berechnen und mittels Hallsonde auszumessen.
Die Bedeutung der Helmhotz-Anordung zweier Spulen wird vermittelt und die Anordnung benutzt, um die Stärke der Horizontalkomponente des Erdmagnetfeldes zu bestimmen.
Im ersten Versuchsteil rotiert ein diametral magnetisierter Permanantmagnet in der Nähe einer Spule, die induzierte Spannung wird als Funktion der Winkelgeschwindigkeit des Antriebsmotors bestimmt und mit einem Oszilloskop angezeigt.
Anschließend wird ein ballistisches Galvanometer kalibriert und damit der magnetische Fluss eines Dauermagneten bestimmt. Hierfür wird jeweils ein an in Luftspulen unterschiedlicher Windungszahl induzierter Spannungsstoß vermessen.
Stehende elektromagnetische Wellen werden qualitativ und quantitativ auf einer Lecherleitung untersucht, wobei schwerpunktmäßig zwischen Strom- und Spannungsverlauf unterschieden wird.
Ergänzende Experimente zur Ausbreitung Hertzscher Wellen in Luft und anderen Stoffen werden, zum Teil qualitativ, zu folgenden Teilfragen durchgeführt:
- Stehende Welle in der Nähe der Reflexionsstelle
- Kopplung an einen passiven Dipol
- Polarisationsverhalten
- Ausbreitung in Wasser
Die Existenz einer Elementarladung wird in einem Experiment nach Millikan an mehreren geladenen Öltröpfchen nachgewiesen.
Hierfür kommen die statische Schwebemethode, die dynamische Einfeld- und die Zweifeldmethode zur Anwendung.
Die temperaturabhängige Viskosität der im Messkondensator vorhandenen Luft muss dabei entsprechend der berechneten Tröpfchenradien angepasst und das Versuchsergebnis korrigiert werden.
Der Versuch vermittelt Grundlagen zum Ladungstransport in Halbleitern ohne und unter Einfluss eines magnetischen Feldes.
Von einer Germaniumprobe werden nach Voruntersuchungen die Hallspannung unter verschiedenen Bedingungen sowie Halbleiterparameter wie Leitfähigkeit, Ladungsträgerdichte usw. bestimmt.
Die temperaturabhängige Ladungsträgerkonzentration wird gemessen und daraus der Bandabstand des Materials bestimmt.
Im Versuch werden physikalische Grundlagen zur Wirkungsweise von pn-Übergängen in Halbleitern vermittelt sowie charakteristische Daten einer Solarzelle bestimmt:
- Strom-Spannungs-Kennlinie
- Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung
- Füllfaktor, Wirkungsgrad und optimaler Lastwiderstand
Im Versuch werden Kraftwirkungen geladener Körper aufeinander untersucht. Ziel ist es, das gut bekannte Coulomsche Gesetz quantitativ zu überprüfen. Hierfür kommen ein Faradayscher Becher zur Bestimmung von elektrischer Ladung und eine Torsionswaage nach Coulomb für die Messung der Kräfte zum Einsatz.
Das Verständnis für Grundbegriffe der Elektrostatik wie Ladung, Feldstärke, Potential und Influenz wird vertieft.