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Versuch: Kohlepulver

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Versuch: Kohlepulver. Stromkreis über Kohlepulverwiderstand. Der Stromkreis ist so dimensioniert, dass zunächst das Lämpchen nicht leuchtet. Übt man nun eine Kraft auf die Kohleschicht aus, so bekommen die Kohlekörner einen intensiveren Kontakt.

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Presentation Transcript
stromkreis ber kohlepulverwiderstand
Stromkreis über Kohlepulverwiderstand
  • Der Stromkreis ist so dimensioniert, dass zunächst das Lämpchen nicht leuchtet.
  • Übt man nun eine Kraft auf die Kohleschicht aus, so bekommen die Kohlekörner einen intensiveren Kontakt.
  • Dadurch verändert sich der elektrische Widerstand der Kohlestückchen und das Lämpchen leuchtet.
druckabh ngiger widerstand nach versuchsbeschreibung
Druckabhängiger Widerstand nach Versuchsbeschreibung
  • Das Prinzip des Kohlemikrofons ist ein druckabhängiger Übergangswiderstand, der mit Hilfe von Kohlepulver erreicht wird.

Metallbleche, (in unser Versuch: ohne Metallbleche)

Lampe

Oben offene Pappschachtel (evt. mit Alufolie am Boden ausgelegt)

Kohlepulver

kohlemikrofon
Kohlemikrofon
  • Die Erfindung des Kohlekörner-Mikrophons durch David Hughes (1878)
  • Die damit verbundene Steigerung der Übertragungsqualität ermöglichte am 1. April 1881 die Eröffnung des ersten öffentlichen Fernsprechamtes in Berlin.
kohlek rner mikrophon
Kohlekörner-Mikrophon
  • Beim realen Kohlekörner-Mikrophon versetzten Schallwellen eine Metallmembran in Schwingung.
  • -> Kohlekörner im Mikrophon werden zusammengedrückt.
  • -> Größere Anzahl von Kontaktstellen zwischen den Kohlekörnern
  • -> dadurch: Änderung des elektrischen Widerstandes im Rhythmus des Sprechens
  • Bis vor Kurzem waren Kohlekörner-Mikrophone in Telefonhörern eingebaut.
  • Nachteile: voluminös, schlechte Übertragungsqualität.
1819 oersted entdeckt magnetfeld bei stromdurchflossenen leiter
1819: Oersted entdeckt Magnetfeld bei stromdurchflossenen Leiter
  • http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/11/elektromagnetis/oersted/oersted_1.htm#oersted
stromdurchflossener leiter
Stromdurchflossener Leiter
  • Ein Strom I, der durch einen geradlinigen Leiter fließt, erzeugt ein Magnetfeld B,
  • dessen Feldlinien kreisförmig um den Leiter herum verlaufen.
  • Man kann sich dies mit der Rechte-Faust-Regel merken: der Daumen zeigt in Richtung von I(technische Stromrichtung), die übrigen Finger deuten ringförmige Magnetfeldlinien an.

B ist ein Wirbelfeld

elektromagnet
Elektromagnet
  • Entferne zunächst die Isolierung an den beiden Enden des Kupferdrahts.
  • Wickle den Kupferdraht wie gezeichnet möglichst oft um den Nagel.
  • Befestige an den beiden abisolierten Drahtenden zwei blanke Büroklammern für den Anschluss an die Batterie.

Problem: Nagel schon vorher magnetisch? Dann muss er über Curie-Temperatur erhitzt werden, damit der Versuch funktioniert.

versuch stromdurchflossener leiter
Versuch: Stromdurchflossener Leiter
  • Allgemein: Fließt durch einen Leiter ein Strom (bewegte Ladung), wird um den Leiter ein Magnetfeld aufgebaut. Die Richtung des Magnetfeldes ist von der Richtung des Stromflusses abhängig.
  • Allgemein: Magnetfelder entstehen durch bewegte Ladung.
ablenkung von elektronen lorenzkraft
Ablenkung von Elektronen - Lorenzkraft
  • Versuchsergebnis: Elektron erfahren im Magnetfeld eine Kraft, die sie ablenkt.
  • Diese Kraft wird Lorenzkraft genannt.
  • Grund für die Lorenzkraft: Überlagerung beider Magnetfelder
dreifingerregel und lorenzkraft
Dreifingerregel und Lorenzkraft
  • (B-Finger zeigt nach Süden. Bei Elektronen linke Hand verwenden.)
  • Lorenzkraft steht senkrecht auf Bewegungsrichtung der Elektronen.
  • Lorenzkraft: FL=B*v*sinα
  • (B: Magnetf.; v: Geschw. der Ladungen, α: Von B und Geschwindigkeitsrichtung eingeschlossene Winkel.)
  • -> FL ist maximal, wenn B senkrecht zu v.

α

lorenzkraft
Lorenzkraft
  • Versuchsergebnis: Ein stromdurchflossener Leiter, (der nicht parallel zu den Magnetlinien eines Magnetfeldes steht), erfährt in diesem Magnetfeld eine Kraft, die ihn ablenkt.
  • Diese Kraft ist wie beim Elektronenstrahl die sogenannte Lorenzkraft.
zusammenfassung lorenzkraft
Zusammenfassung: Lorenzkraft
  • Bewegte Ladungen haben ein Magnetfeld.
  • Bewegte Ladungen erfahren in einem äußeren Magnetfeld eine Kraft - die Lorenzkraft. Befinden sich die Ladungen in einem Leiter, erfährt der Leiter diese Kraft.
induktionsstrom
Induktionsstrom
  • 1. Leiter bewegt sich in Magnetfeld von Dauermagneten
  • 2. Magnet bewegt sich in der Nähe von Leiter
  • Versuchsergebnisse: In beiden Versuchen wird eine Strom und eine Spannung induziert – der Induktionsstrom und die Induktionsspannung.
elektromagnetische induktion
Elektromagnetische Induktion
  • Grund für Induktionsstrom und -spannung:
  • Auf Ladungen im Leiter wirkt die Lorenzkraft. Warum!
  • -> Ladungen beginnen im Leiter aufgrund der Lorenzkraft zu fließen.
  • -> Es entsteht ein Induktionsstrom und eine entsprechende Induktionsspannung.
lenzsche regel
Lenzsche Regel
  • Lenzsche Regel: Der Induktionsstrom bzw. die Induktionsspannung sind immer so gerichtet, dass sie der Ursache des Induktionsvorganges entgegen wirken.
  • Versuche hierzu: siehe Schulbücher
dynamische mikrofone
Dynamische Mikrofone
  • Tauchspulen- 2. Bändchen-Mikrofon Mikrofon
tauchspulenmikrophon
Tauchspulenmikrophon
  • An Membran ist sehr kleine, leichte Spule befestigt.
  • Schallenergie bewegt Membran und Spule.
tauchspulenmikrofon
Tauchspulenmikrofon
  • Vorteile: Robust, preiswert, verträgt hohe Schalldrücke, keine externe Spannungsversorgung nötig, durch langen Draht der Spule, ist hohe Ausgangsspannung möglich (= kein Verstärker nötig)
  • Nachteile: Hohe Masse der Membran führt zu erhöhter Trägheit und so zu ungünstigerem Ansprechverhalten, Klang nicht sehr präzise, hohe Frequenzen werden nur begrenzt gut übertragen – Warum!
  • Einsatz: Aufnahme von Musik und Sprache im Studio, bei Reportern, Heimstudioanwendungen (Homerecording), Bühnenbetrieb
b ndchenmikrofon
Bändchenmikrofon
  • Membran des Mikros: ein elektrisch leitendes Bändchen (zumeist Aluminium).
  • Membran: wenige Millimeter breit, ca. 1,5 cm lang
  • Bändchen zwischen Polen von Dauermagneten gespannt
  • Schallenergie versetzt Bändchen in Bewegung.
  • Auslenkung um wenige µm
  • Durch Bewegung des Leiters (Bändchen) im Magnetfeld wird in ihm Spannung induziert, die im Rhythmus der Bewegungsänderung die Richtung wechselt. Wechselspannung wird mit Drähten abgegriffen.
b ndchenmikrofon22
Bändchenmikrofon
  • Vorteile:
  • Wegen leichter Membran hervorragendes Impulsverhalten -> übertragen hoher Frequenzen sehr gut.
  • Membran schwingt kaum nach.
  • Keine externe Spannungsversorgung nötig.
  • Nachteile:
  • Membran des Bändchenmikrofons ist sehr kurz. Daher: Wechselspannung sehr klein und muss aufwändig hochtransformiert werden.
  • Bei hohen Schalldrücken reißt Bändchen
  • Einsatz:
  • Früher weit verbreitet, heute selten (nicht robust)
kondensatoren
Kondensatoren
  • Plattenkondensator kann bei einer angelegten Spannung Ladungen speichern. Er kann um so mehr Ladungen speichern,
  • - je größer die Platten des Kondensators sind,
  • - je kleiner der Abstand zwischen den Platten ist und
  • - je größer die Spannung der angelegten Spannungsquelle ist.
  • - Kapazität: C = Q/U, C = ε(A/d)
kondensatormikrophon
Kondensatormikrophon

Bewegliche Platte

kondensatormikrophone
Kondensatormikrophone
  • Der Kondensator wird mit gleichbleibender Vorspannung, der Phantomspeisung, geladen.
  • Eine Platte des K. ist eine bewegliche Membran; sie besteht aus metallbedampften Folie oder Metallfolie.
  • Schallwellen lenken bewegliche Membran aus.
  • -> Der Abstand zwischen den Elektroden des Plattenkondensators ändert sich
  • -> Es fließen Ladungen von oder auf den Kondensator. Der Ladungsfluss wird durch spezielle Schaltungen in nutzbare Wechselspannung umgewandelt.
kondensatormikrophone29
Kondensatormikrophone
  • Vorteile:
  • Gute Qualität
  • Nachteile:
  • Mechanisch lang nicht so robust wie dynamische Mikros
  • Externe Phantomspannung nötig
  • Einsatz:
  • Häufig verwendet
  • Kondensatormikrophone werden in Studios häufig für kritische Aufnahmen wie Gesang oder Streicher bzw. im Nahbereich von Instrumenten eingesetzt.
elektretmikrofon elektrete dauerhaft elektrisch geladene stoffe
ElektretmikrofonElektrete: dauerhaft elektrisch geladene Stoffe
  • Elektretmikrofone sind besondere Kondensatormikrofone.
  • Sie arbeiten nach dem Prinzip des Plattenkondensators.
  • Aber: Die Gegenelektrode des Kondensators (nicht die schwingende Membranplatte) besteht aus Kunststoff.
  • Auf diesem sind elektrische Ladungen „eingefroren“.
  • Daher wird keine Phantomspannung zum Laden des Kondensators benötigt.
  • Dennoch Spannungsversorgung nötig: Die nachfolgende Verstärkerschaltung benötigt eine kleine Spannung, die aus einer Batterie bezogen werden kann.
elektretmikrofone
Elektretmikrofone
  • 1962 erfunden von Gerhard Sessler und James E. West.
  • 90% Marktanteil, weltweit am häufigsten hergestellten Mikrofone.
  • Einsatzgebiet: u. a. Mobiltelefone, Kasettenrekorder, Kopfhörer …
  • Größe der Mikrofonkapsel: ein Millimeter bis ein Zentimeter.
  • Frequenzgang bei guten Elektretmikrofonen: 20 Hz bis 20 kHz
  • Wesentlicher Vorteil zu Kondensatormikrofon: keine Hochspannung als Vorspannung nötig.
piezzoelektrischer effekt
Piezzoelektrischer Effekt
  • Einige Kristalle (zum Beispiel Quarz) und spezielle Keramiken sind piezoelektrisch.
  • Das heißt, sie reagieren auf eine mechanische Verformung (Druck, Zug, Torsion) mit einer Verschiebung von Ladungen und können so eine Spannung abgeben.
  • Umgekehrt verformen sich diese Materialien wenn an sie eine elektrische Spannung angelegt wird.
  • http://de.wikipedia.org/wiki/Piezomikrofon
piezzo effekt
Piezzo-Effekt
  • Durch die gerichtete Verformung einer Materialprobe bilden sich mikroskopische Dipole innerhalb der Elementarzelle (Verschiebung der Ladungs-Schwerpunkte).
  • Die Aufsummierung über alle Elementarzellen des Kristalls führt zu einer makroskopisch messbaren elektrischen Spannung.
  • Gerichtete Verformung bedeutet, dass der angelegte Druck nicht von allen Seiten auf die Probe wirkt.
  • Der Piezo-Effekt kann nur in nicht-leitdenden Materialien auftreten.
piezo tonabnehmer
Piezo-Tonabnehmer
  • Zur Verstärkung von Klängen akustischer Instrumente:
  • Um Bewegungsfreiheit der Musiker nicht einzuschränken: Tonabnehmer direkt am Instrument
  • Durch die Schwingungen des Instrumentenkorpus wird der Tonabnehmer verformt und gibt eine Spannung ab. Diese elektrische Schwingung wird verstärkt und weiterverarbeitet.
piezomikrofon
Piezomikrofon
  • Vorteile:
  • Sehr einfache Mikrofone möglich, preiswert
  • Nachteile:
  • Keine besonders guten Übertragungseigenschaften.
  • Einsatz:
  • Höhepunkt in den 30er bis 50er Jahren des letzten Jahrhunderts. Auch unter dem Namen "Kristall-Mikrofone" bekannt.

Heute nur noch selten im Einsatz.

lautsprecher
Lautsprecher
  • in Lautsprecher ist ein Gerät, das elektrische Impulse in Schallimpulse umwandelt.
  • Verschiedene Lautsprecherarten:
  • Elektrodynamischer Lautsprecher
  • Magnetostatischer Lautsprecher
  • Elektrostatischer Lautsprecher
  • Ferroelektrischer Lautsprecher
  • Elektromagnetischer Lautsprecher
dynamischer lautsprecher
Dynamischer Lautsprecher
  • Spule ist an starrer Membran befestigt.
  • Bei Stromdurchfluss entsteht Magnetfeld der Spule, das sich mit Strom ändert.
  • In Folge bewegt sich Spule mit Membran im Magnetfeld des Dauermagneten -> wahrnehmbaren Luftschall

Süddpol

Nordpol

beispiel
Beispiel
  • Lautsprecher aus Kopfhörer
vom mikro zum lautsprecher
Vom Mikro zum Lautsprecher
  • Widerstandsänderungen der Kohlekörner bewirkt Stromänderung.
  • Dieser "Wechselstrom" durchfließt leichte Spule im Lautsprecher.
  • Hinter der Spule im L. befindet sich ein Permanentmagnet, der die Spule anzieht bzw. abstößt.
  • Mit der schwingenden Spule ist eine Kunststoffmembran verbunden, die Luftdruckschwankungen hervorruft, welche unsere Ohr wahrnimmt.
ad