Versuch Kohlepulver Stromkreis ber Kohlepulverwiderstand Der Stromkreis ist

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. • Dadurch verändert sich der elektrische Widerstand der Kohlestückchen und das Lämpchen leuchtet.

Druckabhängiger Widerstand nach Versuchsbeschreibung • Das Prinzip des Kohlemikrofons ist ein druckabhängiger Übergangswiderstand, der mit Hilfe von Kohlepulver erreicht wird. Lampe Oben offene Pappschachtel (evt. mit Alufolie am Boden ausgelegt) Metallbleche, (in unser Versuch: ohne Metallbleche) Kohlepulver

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.

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 • http: //schulen. eduhi. at/riedgym/physik/11/elektromagnetis/oersted/oers ted_1. htm#oersted

Stromdurchflossener Leiter B ist ein Wirbelfeld • 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.

Magnetfeld von stromdurchflossener Spule Nordpol Südpol

Elektromagnet • 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 • 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 • 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 • (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 • 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 • 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 • 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 • 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 • 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 1. Tauchspulen. Mikrofon 2. Bändchen. Mikrofon

Tauchspulenmikrophon • An Membran ist sehr kleine, leichte Spule befestigt. • Schallenergie bewegt Membran und Spule.

Tauchspulenmikrofon • 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

Bändchenmikrofon • 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.

Bändchenmikrofon • 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)

Bädchenmikrophone

Kondensatoren • 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)

Vereinfachter Aufbau. Kondensatormikrophon

Kondensatormikrophon Bewegliche Platte

Kondensatormikrophone • 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.

Beispiele: Kondensatormikrophone

Kondensatormikrophone • • 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 • 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.

Einsatz von Elektretmikrophonen

Elektretmikrofone • 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 k. Hz • Wesentlicher Vorteil zu Kondensatormikrofon: keine Hochspannung als Vorspannung nötig.

Piezzoelektrischer Effekt • 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 • 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.

Piezo-Tonabnehmer • 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 • • Vorteile: Sehr einfache Mikrofone möglich, preiswert Nachteile: Keine besonders guten Übertragungseigenschaften. • Einsatz: • Höhepunkt in den 30 er bis 50 er Jahren des letzten Jahrhunderts. Auch unter dem Namen "Kristall-Mikrofone" bekannt. Heute nur noch selten im Einsatz.

Lautsprecher • 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 Süddpol Nordpol • 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

Beispiel • Lautsprecher aus Kopfhörer

Vom Mikro zum Lautsprecher • 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 Telefonelemente. . .