Amontons‘sches Gesetz - Revision history

Nefft0n at 15:08, 25 September 2023

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Nefft0n at 13:14, 21 September 2023

2023-09-21T13:14:16Z

Nefft0n: Optische Verbesserungen

2023-09-21T08:18:40Z

Optische Verbesserungen

Nabla at 06:38, 1 September 2023

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Nabla at 06:30, 1 September 2023

2023-09-01T06:30:13Z

Nabla at 06:27, 1 September 2023

2023-09-01T06:27:51Z

Nabla at 06:26, 1 September 2023

2023-09-01T06:26:17Z

Nabla at 08:52, 31 August 2023

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Nabla at 08:41, 31 August 2023

2023-08-31T08:41:50Z

Nabla at 08:40, 31 August 2023

2023-08-31T08:40:38Z

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 ==Aufbau==
-Der Drucksensor MPRLS ist über den I2C-Bus mit dem ESP32 verbunden. Die Verdrahtung ist wie üblich bei I2C-Sensoren trivial: 3V3 – Vin, Gnd – Gnd, SCL – 22, SDA –21
+Der Drucksensor MPRLS ist über den I2C-Bus mit dem ESP32 verbunden. Die Verdrahtung ist wie üblich bei I2C-Sensoren trivial: 3V3 – Vin, GND – GND, SCL – GPIO22, SDA – GPIO21. Der Temperatursensor liefert seine Daten über den OneWire-Bus: 3V3 – Vin, GND – GND, Datenbus - GPIO4. Der Pin des Datenbus sollte noch mit einem Pullup-Widerstand (z. B. 4k7) von 3V3 hochgezogen werden.
 Die Stromversorgung liefert ein 3,7 LiPo-Akku mit 1,2 Wh. Hier ist darauf zu achten, dass der Akku möglichst klein geweählt wird (störende Wärmekapazität), aber über ausreichend Kapazität verfügt.

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   | Sensors = MPRLS, DS18B20
 }}
 Amontons‘sches Gesetz: Gleichzeitige Messung von Druck und Temperatur in einem Gas.
-Die Notwendigkeit der Einführung der Kelvinskala erschließt sich, wenn man den Druck eines idealen Gases in Abhängigkeit der Temperatur bei konstantem Volumen misst. Bei einer ordentlichen Messung sollte p(Theta) einen linearen Zusammenhang zeigen, wobei der Wert p = 0 extrapoliert bei Theta ≈ -273 °C erreicht werden sollte.
+Die Notwendigkeit der Einführung der Kelvinskala erschließt sich, wenn man den Druck eines idealen Gases in Abhängigkeit der Temperatur bei konstantem Volumen misst. Bei einer ordentlichen Messung sollte p(Theta) einen linearen Zusammenhang zeigen, wobei der Wert p = 0 extrapoliert bei Theta ≈ -273 °C erreicht werden sollte. Experimentell lässt sich dies im Physikunterricht nur sehr schwer zeigen, weshalb meist auf Filme oder Simulationen zurückgegriffen wird. Um so interessanter ist es, die bereits verwendeten Temperatur- und Drucksensoren für diesen Zweck auszuprobieren. Hierfür werden beide Sensoren gemeinsam, wie bereits einzeln beschrieben, mit einem ESP32 verbunden.
 Hier wurde das Glas mit den Sensoren zuerst offen bei Theta = 60 °C im Backofen temperiert. Hier ist es natürlich ganz wichtig einen Akku zu verwenden, der für diese Temperatur spezifiziert ist.
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 Die Nullstelle liegt demnach bei - 834,4: 2,972 °C = - 281 °C. Dies liegt für so einen primitiven Versuchsaufbau erstaunlich nahe beim echten Wert von - 273 °C.
 <gallery widths=500px heights=300px>

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 }}
-Amontons‘sches Gesetz: Druck und Temperatur messen
+Amontons‘sches Gesetz: Gleichzeitige Messung von Druck und Temperatur in einem Gas.
-Die Notwendigkeit der Einführung der Kelvinskala erschließt sich, wenn man den Druck
+Experimentell lässt sich dies im Physikunterricht nur sehr schwer zeigen, weshalb meist auf Filme oder Simulationen zurückgegriffen wird. Um so interessanter ist es, die bereits verwendeten Temperatur- und Drucksensoren für diesen Zweck auszuprobieren. Hierfür werden beide Sensoren gemeinsam, wie bereits einzeln beschrieben, mit einem ESP32 verbunden.
 Hier wurde das Glas mit den Sensoren zuerst offen bei Theta = 60 °C im Backofen temperiert. Hier ist es natürlich ganz wichtig einen Akku zu verwenden, der für diese Temperatur spezifiziert ist.
 Anschließend wurde das Glas geschlossen, aus dem Backofen genommen und die Messung gestartet. Aufgenommen werden jetzt drei Diagramme: p (t), Theta (t) und p (Theta).
 Schon nach kurzer Zeit zeigt sich der zu erwartende lineare Zusammenhang zwischen dem Druck im Glas und der Temperatur (3. Graph). Den absoluten Temperaturnullpunkt erhält man hier mithilfe einer Ausgleichsgeraden. Hier lautet das Ergebnis der Regression:
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 Die Nullstelle liegt demnach bei - 834,4: 2,972 °C = - 281 °C. Dies liegt für so einen primitiven Versuchsaufbau erstaunlich nahe beim echten Wert von - 273 °C.
-[[File:IMG_0033.PNG|500px]]
 ==Aufbau==
 Der Drucksensor MPRLS ist über den I2C-Bus mit dem ESP32 verbunden. Die Verdrahtung ist wie üblich bei I2C-Sensoren trivial: 3V3 – Vin, Gnd – Gnd, SCL – 22, SDA –21
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 <pre>
 #include <Wire.h>
 #include "Adafruit_MPRLS.h"
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 #define EOC_PIN -1
 Adafruit_MPRLS mpr = Adafruit_MPRLS(RESET_PIN, EOC_PIN);
 void setup() {
-PhyphoxBLE::start("Baro_Therm_01");
+  PhyphoxBLE::start("Baro_Therm_01");
-//Experiment
+  //Experiment
-PhyphoxBleExperiment experiment;
+  PhyphoxBleExperiment experiment;
-experiment.setTitle("Baro_Therm_01");
+  experiment.setTitle("Baro_Therm_01");
-experiment.setCategory("Arduino Experiments");
+  experiment.setCategory("Arduino Experiments");
-experiment.setDescription("Plot the pressure over time.");
+  experiment.setDescription("Plot the pressure over time.");
 //View
-PhyphoxBleExperiment::View view;
+  //View
-//Value
+  PhyphoxBleExperiment::View view;
 PhyphoxBleExperiment::Value Value1;
-Value1.setLabel("p = ");
+  //Value
-Value1.setUnit("hPa");
+  PhyphoxBleExperiment::Value Value1;
-Value1.setChannel(1);
+  Value1.setLabel("p = ");
-PhyphoxBleExperiment::Value Value2;
+  Value1.setUnit("hPa");
-Value2.setLabel("Theta = ");
+  Value1.setChannel(1);
-Value2.setUnit("°C");
+  PhyphoxBleExperiment::Value Value2;
-Value2.setChannel(2);
+  Value2.setLabel("Theta = ");
-//Graph
+  Value2.setUnit("°C");
-PhyphoxBleExperiment::Graph graph1;
+  Value2.setChannel(2);
 graph1.setLabel("Druck");
-graph1.setUnitX("s");
+  //Graph
-graph1.setUnitY("hPa");
+  PhyphoxBleExperiment::Graph graph1;
-graph1.setLabelX("time");
+  graph1.setLabel("Druck");
-graph1.setLabelY("p");
+  graph1.setUnitX("s");
-graph1.setChannel(0,1);
+  graph1.setUnitY("hPa");
-PhyphoxBleExperiment::Graph graph2;
+  graph1.setLabelX("time");
-graph2.setLabel("Temperatur");
+  graph1.setLabelY("p");
-graph2.setUnitX("s");
+  graph1.setChannel(0,1);
-graph2.setUnitY("°C");
+  PhyphoxBleExperiment::Graph graph2;
-graph2.setLabelX("time");
+  graph2.setLabel("Temperatur");
-graph2.setLabelY("Theta");
+  graph2.setUnitX("s");
-graph2.setChannel(0,2);
+  graph2.setUnitY("°C");
-PhyphoxBleExperiment::Graph graph3;
+  graph2.setLabelX("time");
-graph3.setLabel("p over Theta");
+  graph2.setLabelY("Theta");
-graph3.setUnitX("°C");
+  graph2.setChannel(0,2);
-graph3.setUnitY("hPa");
+  PhyphoxBleExperiment::Graph graph3;
-graph3.setLabelX("Theta");
+  graph3.setLabel("p over Theta");
-graph3.setLabelY("p");
+  graph3.setUnitX("°C");
-graph3.setStyle("dots");
+  graph3.setUnitY("hPa");
-graph3.setChannel(2,1);
+  graph3.setLabelX("Theta");
-view.addElement(graph1);
+  graph3.setLabelY("p");
-view.addElement(Value1);
+  graph3.setStyle("dots");
-view.addElement(graph2);
+  graph3.setChannel(2,1);
-view.addElement(Value2);
+  view.addElement(graph1);
-view.addElement(graph3);
+  view.addElement(Value1);
-experiment.addView(view);
+  view.addElement(graph2);
-PhyphoxBLE::addExperiment(experiment);
+  view.addElement(Value2);
-Serial.begin(38400);
+  view.addElement(graph3);
-sensors.begin();
+  experiment.addView(view);
-mpr.begin();
+  PhyphoxBLE::addExperiment(experiment);
+}
 void loop() {
-p=0;
+  p = 0;
-for(int i=0;i<37;i++){
+  for(int i = 0; i < 37; i++) {
-p+=mpr.readPressure();
+    p+=mpr.readPressure();
-delay(10);
+    delay(10);
-−
+  }
-p=p/37;
+  p=p/37;
-sensors.requestTemperatures();
+  sensors.requestTemperatures();
-float T = sensors.getTempCByIndex(0);
+  float T = sensors.getTempCByIndex(0);
-PhyphoxBLE::write(p,T);
+  PhyphoxBLE::write(p,T);
-Serial.print(p);
+  Serial.print(p);
-Serial.print(" ");
+  Serial.print(" ");
-Serial.println(T);
+  Serial.println(T);
-delay(10);
+  delay(10);
+}
 </pre>
 ==Arbeitsmaterialien==
 [[Category:Arduino library experiments]]

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 ==Aufbau==
 Der Drucksensor MPRLS ist über den I2C-Bus mit dem ESP32 verbunden. Die Verdrahtung ist wie üblich bei I2C-Sensoren trivial: 3V3 – Vin, Gnd – Gnd, SCL – 22, SDA –21
-Der Temperatursensor liefert seine Daten über den OneWire-Bus: 3V3 – Vin, Gnd – Gnd, 4 - Datenbus.
+Der Temperatursensor liefert seine Daten über den OneWire-Bus: 3V3 – Vin, Gnd – Gnd, 4 - Datenbus. Der Pin des Datenbus sollte noch mit einem Pullup-Widerstand (z. B. 4k7) von 3V3 hochgezogen werden.
 Die Stromversorgung liefert ein 3,7 LiPo-Akku mit 1,2 Wh. Hier ist darauf zu achten, dass der Akku möglichst klein geweählt wird (störende Wärmekapazität), aber über ausreichend Kapazität verfügt.

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 Die Nullstelle liegt demnach bei - 834,4: 2,972 °C = - 281 °C. Dies liegt für so einen primitiven Versuchsaufbau erstaunlich nahe beim echten Wert von - 273 °C.
-[[File:IMG_0033.PNG]]
+[[File:IMG_0033.PNG|500px]]
 ==Aufbau==
 Der Drucksensor MPRLS ist über den I2C-Bus mit dem ESP32 verbunden. Die Verdrahtung ist wie üblich bei I2C-Sensoren trivial: 3V3 – Vin, Gnd – Gnd, SCL – 22, SDA –21

← Older revision		Revision as of 06:26, 1 September 2023
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	==Arbeitsmaterialien==		==Arbeitsmaterialien==
−	~~Ein mögliches Schülerarbeitsblatt (aktuelle Sicherheitsrichtlinien nach RISU beachten!): [[file:AB_Magnetfeldsensor_Spule.pdf]]~~
	[[Category:Arduino library experiments]]		[[Category:Arduino library experiments]]

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 Die Nullstelle liegt demnach bei - 834,4: 2,972 °C = - 281 °C. Dies liegt für so einen primitiven Versuchsaufbau erstaunlich nahe beim echten Wert von - 273 °C.
 [[File:Amontons_Glas_Messwerte.jpg]]
 ==Aufbau==
-Bei B = 0 beträgt die vom Halsensor (49e) ausgegebene Spannung die Hälfte der dort angelegten Spannung. Somit ist die Differenz zwischen Ausgegebener Spannung und halber angelegter Spannung Proportional zum Magnetfeld:
+Der Drucksensor MPRLS ist über den I2C-Bus mit dem ESP32 verbunden. Die Verdrahtung ist wie üblich bei I2C-Sensoren trivial: 3V3 – Vin, Gnd – Gnd, SCL – 22, SDA –21
+Der Temperatursensor liefert seine Daten über den OneWire-Bus: 3V3 – Vin, Gnd – Gnd, 4 - Datenbus.
-Das grüne Kabel unten im Bild ist ein Relikt eines anderen Versuchs und hat hier keine Bewandtnis.
+Die Stromversorgung liefert ein 3,7 LiPo-Akku mit 1,2 Wh. Hier ist darauf zu achten, dass der Akku möglichst klein geweählt wird (störende Wärmekapazität), aber über ausreichend Kapazität verfügt.
 ==Programmierung==
 Der ESP32 wird über die Arduino IDE programmiert. Es müssen die Definitionen für den ESP32 und die phyphox-Bibliothek installiert sein. Siehe dazu das Video unter [[:Category: Arduino library experiments]].
-Es ist darauf zu achten, dass jeder ESP32 eine eigene Kennung hat (diese wird in ''PhyphoxBLE::start("Magnetfeldsensor_01")'' festgelegt). Anschließend kann über das Plus-Symbol in phyphox ein Bluetooth-Experiment hinzugefügt werden, das Experiment wird dann automatisch geladen.
+Es ist darauf zu achten, dass jeder ESP32 eine eigene Kennung hat (diese wird in ''PhyphoxBLE::start("Baro_Therm_01")'' festgelegt). Anschließend kann über das Plus-Symbol in phyphox ein Bluetooth-Experiment hinzugefügt werden, das Experiment wird dann automatisch geladen.
 <pre>

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	Die Nullstelle liegt demnach bei - 834,4: 2,972 °C = - 281 °C. Dies liegt für so einen primitiven Versuchsaufbau erstaunlich nahe beim echten Wert von - 273 °C.		Die Nullstelle liegt demnach bei - 834,4: 2,972 °C = - 281 °C. Dies liegt für so einen primitiven Versuchsaufbau erstaunlich nahe beim echten Wert von - 273 °C.
−
−
	[[File:Amontons_Glas_Messwerte.jpg]]		[[File:Amontons_Glas_Messwerte.jpg]]

← Older revision		Revision as of 08:40, 31 August 2023
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	[[File:Amontons_Glas_mess.jpg]]		[[File:Amontons_Glas_mess.jpg]]

−	Schon nach kurzer Zeit zeigt sich der zu erwartende lineare Zusammenhang zwischen dem Druck im Glas und der Temperatur (3. Graph). Den absoluten Temperaturnullpunkt erhält man hier mithilfe einer Ausgleichsgeraden:	+	Schon nach kurzer Zeit zeigt sich der zu erwartende lineare Zusammenhang zwischen dem Druck im Glas und der Temperatur (3. Graph). Den absoluten Temperaturnullpunkt erhält man hier mithilfe einer Ausgleichsgeraden. Hier lautet das Ergebnis der Regression:
		+
		+	p(Theta) = 2,972 hPa/°C Theta +834,4 hPa.
		+
		+	Die Nullstelle liegt demnach bei - 834,4: 2,972 °C = - 281 °C. Dies liegt für so einen primitiven Versuchsaufbau erstaunlich nahe beim echten Wert von - 273 °C.