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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 l.jpg
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 l.jpg
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 l.jpg
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 l.jpg
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 l.jpg
1819: Oersted entdeckt Magnetfeld bei stromdurchflossenen Leiter

  • http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/11/elektromagnetis/oersted/oersted_1.htm#oersted


Stromdurchflossener leiter l.jpg
Stromdurchflossener Leiter 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 l.jpg
Elektromagnet Leiter

  • 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 l.jpg
Versuch: Stromdurchflossener Leiter 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 l.jpg
Ablenkung von Elektronen - Lorenzkraft Leiter

  • 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 l.jpg
Dreifingerregel und Lorenzkraft Leiter

  • (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 l.jpg
Lorenzkraft Leiter

  • 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 l.jpg
Zusammenfassung: Lorenzkraft Leiter

  • 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 l.jpg
Induktionsstrom Leiter

  • 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 l.jpg
Elektromagnetische Induktion Leiter

  • 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 l.jpg
Lenzsche Regel Leiter

  • 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 l.jpg
Dynamische Mikrofone Leiter

  • Tauchspulen- 2. Bändchen-Mikrofon Mikrofon


Tauchspulenmikrophon l.jpg
Tauchspulenmikrophon Leiter

  • An Membran ist sehr kleine, leichte Spule befestigt.

  • Schallenergie bewegt Membran und Spule.


Tauchspulenmikrofon l.jpg
Tauchspulenmikrofon Leiter

  • 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


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Bändchenmikrofon Leiter

  • 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.


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Bändchenmikrofon Leiter

  • 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 l.jpg
Kondensatoren Leiter

  • 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 l.jpg
Kondensatormikrophon Leiter

Bewegliche Platte


Kondensatormikrophone l.jpg
Kondensatormikrophone Leiter

  • 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.



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Kondensatormikrophone Leiter

  • 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 l.jpg
Elektretmikrofon LeiterElektrete: 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 l.jpg
Elektretmikrofone Leiter

  • 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.


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Piezzoelektrischer Effekt Leiter

  • 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 l.jpg
Piezzo-Effekt Leiter

  • 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.


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Piezo-Tonabnehmer Leiter

  • 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 l.jpg
Piezomikrofon Leiter

  • 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.


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Lautsprecher Leiter

  • 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 l.jpg
Dynamischer Lautsprecher Leiter

  • 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 l.jpg
Beispiel Leiter

  • Lautsprecher aus Kopfhörer


Vom mikro zum lautsprecher l.jpg
Vom Mikro zum Lautsprecher Leiter

  • 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.


Telefon mit lautsprecher und mikrofon l.jpg
Telefon mit Lautsprecher und Mikrofon Leiter

Telefonelemente ...