Ka­pa­zi­ti­ve Sen­so­ren

In den Phy­sik­bil­dungs­stan­dards ste­hen fol­gen­de Kom­pe­ten­zen:

Kom­pe­tenz Nr. 3: For­ma­li­sie­rung und Ma­the­ma­ti­sie­rung in der Phy­sik

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler kön­nen den funk­tio­na­len Zu­sam­men­hang zwi­schen phy­si­ka­li­schen Grö­ßen er­ken­nen, gra­fisch dar­stel­len und Dia­gram­me in­ter­pre­tie­ren und sie kön­nen funk­tio­na­le Zu­sam­men­hän­ge selbst­stän­dig fin­den

Kom­pe­tenz Nr. 4: Spe­zi­fi­sches Me­tho­den­re­per­toire der Phy­sik

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler kön­nen Zu­sam­men­hän­ge zwi­schen phy­si­ka­li­schen Grö­ßen un­ter­su­chen, Ex­pe­ri­men­te selbst­stän­dig pla­nen, durch­füh­ren, aus­wer­ten, gra­fisch ver­an­schau­li­chen und ein­fa­che Feh­ler­be­trach­tun­gen vor­neh­men. Sie kön­nen com­pu­ter­un­ter­stütz­te Mess­wert­er­fas­sungs- und Aus­wer­tungs­sys­te­me im Prak­ti­kum selbst­stän­dig ein­set­zen.

Der E-Leh­rer in der Kurs­stu­fe be­han­delt u.a. den Kon­den­sa­tor und Ma­te­rie im elek­tri­schen Feld. Das heißt, die Dielek­tri­zi­täts­kon­stan­te spielt hier­bei ein we­sent­li­che Rolle. Will man den An­wen­dungs­be­zug der Phy­sik, der in den Bil­dungs­stan­dards sinn­vol­ler Weise ge­for­dert wird, in die­sem The­men­kom­plex ein­füh­ren, könn­te die fol­gen­de Team­ar­beit, in der so ge­nann­te Ka­pa­zi­ti­ve Sen­so­ren der Firma FESTO ein­ge­setzt wer­den, eine Rolle spie­len.

...​tol­les Dielek­tri­kum

Ver­suchs-Ma­te­ri­al

• Note­book, Daten-Log­ger-Soft­ware, Da­ten­log­ger, Netz­teil, La­dungs­sen­sor; USB-Ver­bin­dungs­ka­bel, U-I-Sen­sor, Span­nungs­sen­sor
• Ka­pa­zi­täts­sen­sor, In­duk­ti­ons­sen­sor, Ma­gnet­sen­sor ... und an­de­re Sen­so­ren.

Ex­pe­ri­men­te A

Schlie­ßen Sie den La­dungs­sen­sor an den Da­ten­log­ger an ... ver­bin­den Sie den Da­ten­log­ger mit dem Note­book. Stel­len Sie in der Daten-Log­ger-Soft­ware die elek­tri­sche La­dung über der Zeit­ach­se in einem Dia­gramm dar. Neh­men Sie den La­dungs­sen­sor (ohne Be­rüh­rung der Mas­se­lei­tung) zwi­schen die Fin­ger und heben Sie einen Schuh vom Boden ab. Was stel­len Sie fest, wenn Sie den Ab­stand des Schuhs zum Boden ver­än­dern?

Wel­che Elek­tro­sta­tik-Ex­pe­ri­men­te könn­te man mit die­ser An­la­ge noch auf­bau­en ... Dis­ku­tie­ren Sie mit Ihrem Team Ex­pe­ri­men­tier­vor­schlä­ge ... for­mu­lie­ren Sie vor­her Ver­mu­tun­gen über den ex­pe­ri­men­tel­len Aus­gang ... ve­ri­fi­zie­ren oder fal­si­fi­zie­ren Sie dann Ihre Vor­her­sa­gen im Ex­pe­ri­ment ... do­ku­men­tie­ren Sie eine Feh­ler­dis­kus­si­on.

Vor­her­sa­ge ... Ex­pe­ri­men­te B

[V.01]

Wie könn­te man sich den Auf­bau eines Ka­pa­zi­täts­sen­sors vor­stel­len?

[V.02]

Wel­che Reich­wei­te - An­spre­ch­emp­find­lich­keit - er­war­ten Sie bei solch einem Sen­sor?

[V.03]

Wel­che Ma­te­ria­li­en kann man mit solch einem Sen­sor un­ter­schei­den - was er­war­ten Sie?

[V.04]

Wie könn­te ein Mo­del­l­ex­pe­ri­ment zu die­ser The­ma­tik aus­se­hen?

Schlie­ßen Sie den FESTO-Sen­sor an die Be­triebs­span­nung von 9V an. Mes­sen Sie die Sen­sor­span­nung zwi­schen dem Sen­sor­ka­bel und der Masse mit dem U-Sen­sor des Da­ten­log­ger. Stel­len Sie in der Daten-Log­ger-Soft­ware die Span­nung über der Zeit in einem Dia­gramm dar. Be­ant­wor­ten Sie oben­ste­hen­de Fra­gen vor dem Ex­pe­ri­ment!

Theo­rie → Ex­pe­ri­ment

• In­stal­lie­ren Sie das Note­book, den Da­ten­log­ger und die Daten-Log­ger-Soft­ware
• Über­prü­fen Sie Ihre Vor­her­sa­gen, Ver­mu­tun­gen im Ex­pe­ri­ment.

Re­fle­xi­on

• Un­ter­su­chen Sie die an­de­ren Sen­so­ren auf ihre Funk­ti­ons­wei­se.
• Wel­che Ein­satz­mög­lich­kei­ten könn­te man mit sol­chen Sen­so­ren in In­dus­trie­an­la­gen fin­den?

Down­load des ge­sam­ten Work­shops 2

Work­shop 2: Ex­pe­ri­ment - Mes­ser­fas­sung: Her­un­ter­la­den [pdf] [1,2 MB]

Wei­ter mit Kom­pres­sor