Eure Meinung zu meiner Idee für die Facharbeit!

Taribu · Anmeldungsdatum: 04.11.2013 Beiträge: 4

Hallo Leute!

Ich bin neu im Forum, ebenso im Physik-LK (11. Klasse/Q1). smile

Nun stehen für das nächste Halbjahr für uns die Facharbeiten an (Abgabe ist im nächsten Halbjahr, anfangen können wir jederzeit), wir dürfen zwar aussuchen in welchem Fach wir eine Facharbeit schreiben, für mich ist Physik als Wahl jedoch absolut sicher.

Nun, unser Physik-Lehrer setzt für Facharbeiten immer einen praktischen Teil voraus, eine Herausforderung die ich gerne annehme.

Unser Thema in Physik war bis zur letzten Klausur (und ist nun nach den Ferien für 2 Wochen immer noch) die Elektrizitätslehre, genauer Elektrische Felder. Und eben dazu würde ich gerne eine Facharbeit schreiben.

Ich habe zwei Ideen, eine einfache, und eine die wesentlich mehr Aufwand erfordert.

Die erste soll die Einfache sein, und wurde als Reaktion auf eine meiner Fragen von meinem Physiklehrer vorgeschlagen. Anfangs als wir gerade erst die Influenz genauer kennengelernt hatten, fragte ich, ob man in einem undotierten Halbleiter (während dieser bei höheren Temperaturen leitfähig ist) durch ein Elektrisches Feld eine Ladungsverschiebung erzeugen kann, welche nach dem Abkühlen (und damit nahezu nichtleitend-werden) erhalten bleibt, sodass man einen möglicherweise dauerhaften, großen, elektr. Dipol erhält. Mein Lehrer war sich nicht ganz sicher, und hat mir dies als Experiment für die Facharbeit vorgeschlagen.

Alles für das Experiment haben wir in der Schule, und als Halbleiter würde ich Silizium bevorzugen was es günstig bei Ebay zu kaufen gibt.

Ehrlich gesagt finde ich dieses Experiment relativ langweilig, auch wenn die Vorstellung eines dauerhaften elektr. "Makrodipols", welcher seine Ladung abgibt sobald man ihn erhitzt(und man unter Umständen eine gewischt bekommt) für mich recht cool ist (Mal abgesehen davon, dass ich sowas in der Art auch mit einem geladenem Kondensator schon hätte).
Über den theoretischen Wert dieses Experimentes Rätsel ich noch, ich könnte nur das bereits gelernte Wiederholen und etwas über Halbleiter hinzufügen.

Zum zweiten Vorschlag:

Wir haben im Unterricht als Übung häufig Eigenschaften von Ionenantrieben berechnet, zb. Schub u. die Austrittsgeschwindigkeit der Teilchen. Als Raumfahrtfan kannte ich diese Antriebe schon vorher, und besonders komplex aufgebaut sind diese Antriebe wirklich nicht. Und nun nachdem wir im Unterricht mit elektrischen Feldern vertraut geworden sind, ist auch die genaue Funktionsweise kein großes Geheimnis mehr für mich.

Also ich rede davon ein kleines, funktionierendes MODELL zu bauen, und mit "Modell" meine ich, wirklich klein. Also im vergleich zu echten Antrieben wäre mein Modell nicht sehr sehr viel kleiner, ich rede von Maßen zwischen 5 und 15cm. Und auch der Schub und der Spezifische Impuls muss nichts bemerkenswertes sein, es würde für mich schon reichen wenn man die Ausstrittssgase irgendwie nachweisen kann, bestenfalls auch so, dass man davon ausgehen kann, dass die Ionen auch wirklich elektrisch beschleunigt wurden.

Mir ist bewusst, dass ich dafür eine Vakuumkammer brauche. Diese wird sehr klein sein, und ich kann sie einfach aus ein wenig Plexiglas, irgendeine Kunststoffdichtmasse, und diversen anderen Teilen bauen. Das wird nicht das Problem sein. Eine kleine Vakuumpumpe haben wir in der Schule.

Ich habe hier 2 Dinge über die ich noch nachdenke grübelnd

:

1. Welche Stützmasse werde ich nutzen?
Sie muss folgende Kriterien erfüllen:
-Sie muss verfügbar sein.
-Sie sollte soviel Masse wie möglich haben, sodass ich den Schub leichter nachweisen kann. Effizienz Spielt keine Rolle.
-Die Ionisierungsenergie sollte nicht zu groß sein, obwohl ich mir hier noch nicht so sicher bin ob das ganz so wichtig ist, immerhin geht es mir nicht um Effizienz. Allerdings habe ich vor die Teilchen mit einem Lichtbogen zu Ionisieren, das wäre die "verfügbarste" Methode die ich kenne, und dieser Lichtbogen sollte mir lieber nicht mein Modell rösten (ich verzichte auf eine Kühlung, ist ja nicht für den Dauerbetrieb gedacht). Und ich dachte mir: Kleine Ionisierungsenergie und große Masse = Kleiner Lichtbogen und mehr Schub.

Mein Favorit wäre Xenon, da es alle Kriterien erfüllt, außer das wichtigste: Die Verfügbarkeit.
Die nächste Alternative wäre Wasserstoff, große Verfügbarkeit, niedrige Ioni.E., extrem kleine Masse. Sonst bleibt Helium - Mehr Masse, relativ gigantische Ionisierungsenergie. Ich muss mich nochmal erkunden welche Substanzen in der Schule gegeben sind.

2. Wie weise ich den Schub nach?
Meine größere Sorge.
Ich dachte an eine sehr kleine, extrem leichte, platte "Pfanne" (stiel mit einer Scheibe dran), welche ich in der mini-Vakuumkammer vor der Düse des mini-Antriebs befestige, anhand der Auslenkung des "Hebels" und seiner Masse könnte man Leicht den Schub berechnen, daraus die Austrittsgeschwindigkeit der Teilchen, den Spezifischen Impuls, den Wirkungsgrad, alles mögliche. Viel Theorie und viel zum Schreiben in der Facharbeit.
Nur haben "echte" Ionenantriebe schon nur einen Schub von wenigen Millinewton, und ich erwarte jetzt nicht, dass mein Antrieb noch mehr schafft. Ich frage mich, ob man da überhaupt groß eine Ablenkung ablesen könnte. Könnte man berechen, doch es gibt bei dem enorm kleinen Schub aber zu viele Faktoren die mitspielen, vor allem die Befestigung des "Hebels"(ich dachte an zwei kurze, doch möglichst lange, Schnüre).

Nun hmm, ich hatte noch mehr Fragen die ich alle nun aber vergessen habe Hammer

. Ich denke das wichtigste steht nun hier.

Meine Frage:
Was denkt ihr davon? Traue ich mir bei dem Ionenantrieb zu viel zu? Ah da fällt mir die dritte Frage ein, wie sieht es mit dem Neutralisator aus? Ich dachte an ein geerdetes Metallgitter (Würden die Ionen vom Gitter abprallen, oder gar zurückprallen?).
Gut, weiter: Wäre der erste Versuch (Silizium-Dipol) ein zu banales Thema für den Physik LK? Ich frage mich nämlich immer noch, was ich dazu groß schreiben könnte...
Hat einer sogar Erfahrungen mit einer der beiden Ideen?
Was empfehlt ihr mir?
Einfach eure Meinung smile

Liebe Grüße,
Taribu

Taribu · Anmeldungsdatum: 04.11.2013 Beiträge: 4

Keine Antworten?

Vielleicht sollte ich eine einzige präzise Frage stellen.

(Siehe Ende des Beitrags, dort steht nur die Frage. Zur Beantwortung könnte dennoch der Kontext hilfreich sein)

Die Idee der Ionisation mithilfe eines Lichtbogens habe ich fallen gelassen, ich habe kaum Zugang zu Spannungsquellen die Stark genug sind, und abgesehen davon führte es zu diversen anderen Problemen im Bezug zum elektrischen Feld welche ich nicht lösen konnte.

Stattdessen will ich mithilfe des Edsion-Effektes Elektronen erzeugen(nahe der "Düse", also weit "hinten") welche dann entgegen der Feldlinien beschleunigen und das entgegenkommende Gas ionisieren, ich habe mithilfe von diesen( http://www.physi.uni-heidelberg.de/Einrichtungen/FP/anleitungen/F22.pdf) Informationen einen Einblick gewonnen, mithilfe weiterer Quellen grob gerechnet; es ist äußerst wahrscheinlich, dass trotz niedriger Spannungen zwischen Glühkathode und Anode(hintere "Kondensator"-Platte) einen Lawineneffekt entsteht (was gut ist).

Und die notwendige kin. Energie der Elektronen wird problemlos erreicht, und im Zuge des Lawineneffektes sozusagen mehrfach, ehe die Elektronen die Anode erreichen.

Was will ich berechnen?
Anzahl an Mol Argon (Argon kann ich beschaffen, mithilfe eines Verwandten) welche ich unter bestimmten bestimmten Bedingungen Ionisieren kann.
Für eine grobe Rechnung muss ich folgendes wissen:
Nachdem ein Elektron mit einem Atom "kollidiert" und dieses Ionisiert, wie berechne ich die kinetische Energie der beiden herauskommenden Elektronen?
Desweiteren muss ich die Wahrscheinlichkeit ermitteln, dass ein Elektron überhaupt ein Atom(pro Zeit) trifft(wichtigster Punkt!). Ich nehme an das ist unter anderem abhängig vom Element, dessen derzeitige momentane Dichte, und vermutlich auch von der Geschwindigkeit des Elektrons.

Ich erwarte keine ausführlichen allgemeinen Lösungswege, das bereichert mich nicht und macht euch, falls ihr so hilfsbereit seid, unnötige Umstände Augenzwinkern

Stattdessen möchte ich euch viel eher darum bitten mir vielleicht ein paar Quellen zu nennen die mich in dieser Hinsicht (letzter Absatz) weiter bilden (egal ob Link, Lehrfilm oder Buch), ich habe etwas recherchiert, habe aber keine sinnvollen Einstiege in dieses spezielle Thema gefunden.

Liebste Grüße,
Tarinob smile

Ps:
Diese Frage bezieht sich vielleicht nicht mehr ganz auf Elektrik. Ich versuche es in einem anderen, sich nur auf diese Frage beziehenden Thread, in der richtigen Rubrik nochmal falls dieser Post hier zwischen all den anderen Themen untergeht.

jmd2 · Gast

Hallo

Ich würde Luft ionisieren alles ohne Vakuum
und dann die Luftionen mit einem Elektrometer nachweisen
Einen Schub wirst du nicht zeigen können
Du solltest auch für die Beschleunigung der Ionen nur kleine Spannungen (12V)
einsetzen
Hohe Spannungen sind viel zu gefährlich
Mach das bloß nicht

Taribu · Anmeldungsdatum: 04.11.2013 Beiträge: 4

Meine Idee mit der Glühkathode funktioniert an der Luft nicht, da die Glühkathode an der Luft sofort oxidiert.

Ansonsten? Hmm, ich könnte eine Kerzenflamme in einem elektrischen Feld verzerren, daran hatte ich auch schon gedacht, halte ich aber für zu banal. Ich habe viel Zeit, und die Zeit will ich nutzen.

Deine Warnung nehme ich jedoch dankend zur Kenntnis. Bevor ich starte möchte ich natürlich erstmal meine Pläne vervollständigen, mein Physiklehrer hat in dieser Hinsicht eine gewisse Verantwortung und bevor ich mit irgendwelchen Spannungen arbeite möchte ich vorerst seine Meinung zu dem Thema einholen. Er wird mir dann entweder davon abraten, oder eben nicht.

planck1858 · Anmeldungsdatum: 06.09.2008 Beiträge: 4542 Wohnort: Nrw

Hi Taribu,

in meinem Physik Lk hatte ich mal einen Kollegen, der seine Facharbeit über den Millikan-Versuch geschrieben hat. Ich selbst habe damals insgesamt zwei Facharbeiten geschrieben, die erste über die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit nach Foucoult (Drehspiegelmethode) im Vergleich zu anderen ausgewählten Methoden. In der zweiten Facharbeit ging es darum die Gravitationskonstante nach Cavendish zu bestimmen (Gravitationswaage). Mir stand es damals frei ein Themengebiet der Physik zu wählen, die einzige Bedingung vom Lehrer war es, dass das Experiment zu verwirklichen sei.

Wenn du umbedingt etwas aus dem Bereich des "Elektrischen Feldes/ Ladungen etc." machen möchtest, so kann ich dir den Millikan-Versuch nur wärmstens empfehlen, er ist zwar nicht ganz einfach, jedoch soll es laut Aussage meines damaligen Lk Kollegen sher viel Spaß gemacht haben.

Taribu · Anmeldungsdatum: 04.11.2013 Beiträge: 4

Hallo Planck, danke für die Antwort.

Über den Millikan-Versuch haben wir schon etwas im Unterricht gemacht, die letzte Klausur behandelte in der umfangreichsten Aufgabe den Millikan-Versuch. Es ist also eine sinnvolle Wahl als Experiment für die Facharbeit (und offenbar leichter zu realisieren als meine Idee, und stellt gleichzeitig eine interessante Herausforderung dar).

Eine wirklich gute Idee, danke dafür.

Ich habe ja noch eine Menge Zeit, und sollte mir mehr Optionen bereithalten ehe ich mit einer zu schwierigen Aufgabe meine Zeit verschwende.

Ich habe auch schon an ein anderes, leichteres, beliebtes Experiment gedacht, das wohl häufigste Experiment wenn es darum geht das Prinzip von Ionenantrieben zu präsentieren.
Es geht um diese ultraleichten "Lifter"(Ionocraft) ->

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/2/28/Simpleionocraft.gif

Das wäre auch eine gute Idee, und dazu finde ich mit sicher mehr Material im Internet womit ich arbeiten kann.

Was die Wahl des Themas angeht ist es bei mir nun dasselbe, freies Thema, Hauptsache die Facharbeit beinhaltet einen praktischen Teil(Experiment).

Vielleicht sollte ich mir den Ionenantrieb vorerst auf eine zweite Facharbeit aufschieben und mit etwas leichterem beginnen. Wenn ich etwas darüber nachdenke scheint mir der Millikanversuch bisher wirklich am sinnvollsten zu sein, realisierbar und Unterrichtsnah. Ich halte mal ausschau nach weiteren Ideen, und freue mich weiterhin auf eure Meinungen und Denkanstöße.