Christoph Hoyer Messung Visualisierung und Analyse des Feldes

Christoph Hoyer Messung, Visualisierung und Analyse des Feldes eines Permanentmagneten im Onlineexperiment

Magnetische Felder im Alltag Folie 2 von 48

Magnetische Felder in der Schule Folie 3 von 48

Probleme beim Umgang mit Magnetfeldern • Verwirrung über den Unterschied zwischen magnetischem und elektrischem Feld Nord Süd Plus Minus Folie 4 von 48

Probleme beim Umgang mit Magnetfeldern • Verwirrung über den Unterschied zwischen magnetischem und elektrischem Feld • Vektorfeldbeschreibung ist nicht intuitiv Folie 5 von 48

Probleme beim Umgang mit Magnetfeldern • Verwirrung über den Unterschied zwischen magnetischem und elektrischem Feld • Vektorfeldbeschreibung ist nicht intuitiv • Messwerte anhand von Feldlinienbildern darzustellen ist nicht problemlos möglich Quantitative Feldlinienbilder zu zeichnen ist nicht so einfach! Folie 6 von 48

Magnetische Felder in Schulbüchern Folie 7 von 48

Was ist hier falsch? a) b) c) d) Die farbliche Kennzeichnung Das Feldlinienbild ist unvollständig Die Symmetrie des Feldlinienbildes nichts Folie 8 von 48

Was ist hier falsch? a) b) c) d) Die Symmetrie des Feldlinienbildes Im Inneren gibt es keine Feldlinien Die Richtung der Feldlinien nichts Folie 9 von 48

Was ist hier falsch? a) b) c) d) Die Feldlinien verlaufen verkehrt herum Die Symmetrie des Feldlinienbildes Die Austritts-/Eintrittsrichtung der Feldlinien nichts Folie 10 von 48

Qualitative Darstellungen sind fehleranfällig Lösung: Darstellung quantitativer Daten Folie 11 von 48

Darstellung quantitativer Daten liefern: Mathematische Modelle Problem: Berechnung von Magnetfelder sehr aufwendig Oder: Experimente Erfordert: • Präzise Messung der magnetischen Flussdichte • Exakte Positionierung des Sensors • Versuchsaufbau sollte das Magnetfeld möglichst nicht verändern Im Onlineexperiment können diese Punkte erfüllt werden! Folie 12 von 48

Experimenteller Aufbau Folie 13 von 48

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Und jetzt: Folie 15 von 48

Zielsetzung: • Messung des Feldes eines Permanentmagneten • Unterschiedliche Visualisierungen der Messwerte • Analysemöglichkeiten • Zugang zum Experiment für jeden, von überall und zu jederzeit • Ferngesteuertes und Virtuelles Experiment Folie 16 von 48

Spezielle Herausforderung: Aufbau sollte Magnetfeld nicht verändern Aufbau: Zahnriemen 2 -D Hall Sensor Schneckengetriebe Neodym Stabmagnet Folie 17 von 48

2 D Hall Sensor: • 2 x Analoger Hall Sensors KSY 44 • Großer Messbereich (m. T - 10 T) • Positionierung in T-Form • Kalibrierung notwendig! Folie 18 von 48

2 D Hall Sensor: • Prüfstand kalibriert durch NMR Magnetometer Fehler kleiner als 0, 1 % Folie 19 von 48

Benutzeroberfläche Folie 20 von 48

Messwertdarstellung Bedienelemente Folie 21 von 48

Lernen mit Multiple Representationen (Ainsworth, 1999) Verwendung Multiple Darstellungen kann hilfreich sein für: • Betonung verschiedener Facetten eines Sachverhaltes • Interpretation fremder Darstellungen • Förderung eines tieferen Verständnisses Folie 22 von 48

Darstellung 1 Darstellung 2 Folie 23 von 48

Verschiedene Darstellungen Folie 24 von 48

Verschiedene Darstellungen Folie 25 von 48

Verschiedene Darstellungen Download möglich Folie 26 von 48

Verschiedene Darstellungen Folie 27 von 48

Verschiedene Darstellungen Folie 28 von 48

Verschiedene Darstellungen Folie 29 von 48

Verschiedene Darstellungen Folie 30 von 48

Verschiedene Darstellungen Folie 31 von 48

Verschiedene Darstellungen Folie 32 von 48

Verschiedene Darstellungen Folie 33 von 48

Verschiedene Darstellungen Folie 34 von 48

Verschiedene Darstellungen Folie 35 von 48

https: //www. didaktik. physik. uni-muenchen. de/ Folie 36 von 48

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Direkter Link: https: //www. didaktik. physik. uni-muenchen. de/sims/magneticfield/index_de. html Folie 38 von 48

Direkter Link: https: //www. didaktik. physik. uni-muenchen. de/sims/magneticfield_virtual/magnetfeldmessung. html Freie Experimentierzeit Leitfragen: • Bei welchen Darstellungen kann man die Richtung des Magnetfeldes besonders gut erkennen? • Wo sind Nord- und Südpol des Magneten? Welche Darstellung hilft bei der Entscheidung? • Wo ist das Magnetfeld am stärksten/schwächsten? Aus welcher Darstellung ist die Information ersichtlich? Folie 39 von 48

Vergleich Theorie und Experiment Theoretisches Modell Experimentelle Resultate Folie 40 von 48

Theoretisches Model Folie 41 von 48

Theoretisches Model Folie 42 von 48

Theoretisches Model Folie 43 von 48

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Direkter Link: https: //www. didaktik. physik. uni-muenchen. de/sims/magneticfield/index_de. html Freie Experimentierzeit Folie 47 von 48

Worüber dieser Workshop handelte: Ferngesteuertes und virtuelles Labor… … mit dem das Feld eines Permanentmagneten präzise vermessen werden kann. … das verschiedene Möglichkeiten zur Messwertdarstellung bietet. … das Analyseoptionen bereitstellt. … das sowohl in der Schule als auch von zu Hause aus verwendet werden kann. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Bei Fragen und Anmerkungen: E-mail: christoph. hoyer@physik. uni-muenchen. de Folie 48 von 48