Bau eines Kelvingenerators - Physikalisches Projektpraktikum ...

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Bau eines Kelvingenerator 8/20 ppg7 Zu guter Letzt, wollten wir noch testen, ob auch mit Salatöl eine Spannung erzeugt werden kann, da sich Salatöl im Gegensatz zu Wasser kaum polarisieren lässt und vor allem keine Ionen enthält. ££�¡ ¢ � � � �� ¡ Als erstes mussten wir die Skala der Elektroskope kalibrieren, nachdem sich diese bei einer ersten Messung als sehr unzuverlässig erwies. Dazu benutzten wir ein Hochspannungsnetzgerät. Wir legten an das Elektroskop genau die Spannung an, die nötig war, um einen Ausschlag von einem Skalenteil zu erreichen. Diesen Vorgang wiederholten wir in Schritten von jeweils einem Skalenteil. Leider hatten wir kein digitales hochspannungsgeeignetes Spannungsmessgerät, sodass wir uns beim Bestimmen der nötigen Spannung auf die unpräzise Anzeige (0.1 kV) der Spannungsquelle verlassen mussten. Immerhin ließ sich bis 1.0 kV mit den vorhandenen Multimetern nachprüfen, dass die Anzeige richtig kalibriert war. Wir nahmen für jedes Elektroskop vier Messreihen auf und konnten dann mit den Mittelwerten einen Zusammenhang zwischen Zeigerausschlag der Elektroskope und anliegender Spannung ermitteln. Sicherheitshalber prüften wir noch nach, dass die Polarität der Spannungsquelle keinen Einfluss auf den angezeigten Wert hat. Nach dem Kalibrieren der Elektroskope konnten wir zu den Messungen am Kelvingenerator selbst übergehen. Um über alle Messungen hinweg vergleichbare Messwerte zu bekommen, musste man immer mit dem gleichen Wasserfluss arbeiten, sodass sich der Wasserstrahl auch immer an der gleichen Stelle in Tropfen zersetzt. Das realisierten wir dadurch, dass wir die Auslassventile einmal zu Beginn einstellten und dann nicht mehr veränderten. Statt die Ventile zuzudrehen, steckten wir Gummistopfen auf die Auslassdüsen. Auch auf gleichen Wasserdruck an den Auslässen war zu achten, weshalb wir vor jeder einzelnen Messung das Wasserreservoir immer wieder bis zu gleichen Markierung auffüllten. Wie man in Abbildung 5 gut erkennen kann, hatten wir die Düsen so eingestellt, dass zuerst ein durchgehender Wasserstrahl austrat, der dann oberhalb der Ringe in einzelne Tropfen zerfiel. Es zeigte sich, dass der Spannungsanstieg sehr schnell (innerhalb von etwa 20 Sekunden) abläuft, sobald der Kelvingenerator eine messbare Spannung aufgebaut hat. Da es schwer war, in so kurzen Zeitintervallen ausreichend viele Messwerte abzulesen, nahmen wir die Messungen mit einer Videokamera auf und extrahierten anschließend die Messwerte in Ruhe aus den Kamerabildern am Computer. Mit einer Framerate von 25 fps ergibt sich eine Zeitauflösung von 0.04 s. Im Vergleich zur Messgenauigkeit der Elektrometer ist eine solche Auflösung aber unverhältnismäßig, weshalb wir nur alle 0.4 s einen Messwert aufnahmen. Weiterhin wäre es interessant, die erzeugte Maximalspannung zu bestimmen. Leider sind die benutzten Elektroskope für diese Spannungsbereiche nicht mehr geeignet, sodass wir auf diese Messwerte leider verzichten mussten. Wir nahmen nach der beschriebenen Vorgehensweise insgesamt 36 Messreihen auf: • 5 Messungen mit den großen Ringen (� 80 mm)
Bau eines Kelvingenerator 9/20 ppg7 Abbildung 5: Auffächerung des Wasserstrahls und Weg durch die Ringe in die Becher • 5 Messungen mit den mittleren Ringen (� 60 mm) • 5 Messungen mit den kleinen Ringen (� 40 mm) • Referenzmessung (mittlere Ringe, normale Position, nicht verdreht) • 3 Messungen, mittlere Ringe, um ca. 30 ◦ gedreht • Referenzmessung (mittlere Ringe, normale Position, nicht verdreht) • 3 Messungen, mittlere Ringe, um 180 ◦ gedreht (abgeflachte Seite nach unten) • Referenzmessung (mittlere Ringe, normale Position, nicht verdreht) • 3 Messungen, mittlere Ringe, um ca. 2 cm nach oben verschoben • Referenzmessung (mittlere Ringe, normale Position, nicht verdreht) • 3 Messungen, mittlere Ringe, um ca. 2 cm nach unten verschoben • Referenzmessung (mittlere Ringe, normale Position, nicht verdreht) • 4 Messungen, mittlere Ringe, mit gesättigtem Salzwasser Zum Abschluss wurde der Kelvingenerator noch mit Salatöl betrieben, es zeigte sich keinerlei Spannungsaufbau, weshalb wir hier keine Messdaten aufnehmen konnten. ¡ ¢��£¢ �� ¨£¢¤¡¥¤ �� ¤ �� ¡ � � �¦¥ �� ¦ � � ¨ � ¦ ¨¨§�� Für jedes der beiden Elektroskope trugen wir die Messwerte unserer Kalibriermessungen in einem Diagramm U(N) - N in Skalenteilen st - auf (Abb. 6 und 7). Dabei fiel auf,
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