Experimentelle Verfahren - Vorbereitung

Wie bereite ich ein Experiment vor? Die Vorbereitung umfasst Beschreibung des Problems, das zur Untersuchung kommt, die Vorhersage der Ergebnisse des Experiments und den Umgang mit Variablen (Messwerte)

Experimentelle Verfahren - Vorbereitung

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Diese Seite soll dir helfen, ein Experiment zu planen. Die handschriftlichen Notizen sollen die Kommentare eines Schülers zu seinem Vorgehen zeigen.

Das Problem beschreiben

Beginne mit der Beschreibung des Problems, das du untersuchen willst, und den Hauptmerkmalen der Methode, mit der du dieses Problem untersuchen wirst.


Ich werde untersuchen, wie der Widerstand eines Nickel-Chrom-Drahts (NiCr) von seiner Länge abhängt. Ich weiß, dass der elektrische Widerstand mit dieser Gleichung berechnet werden kann:

$\mathrm {Spannung \ (in \ \Omega) \ = \ \frac{Widerstand \ (in \ V)}{Strom \ (in \ A)}}$

Schaltplan

Um den Widerstand eines Nickel-Chrom-Drahts mit einer bestimmten Länge zu finden, muss ich den Draht in einen Stromkreis bringen, dann die Spannung über ihn und den Strom durch ihn messen. Ich werde dies für verschieden lange Drahtstücke tun


Eine Vorhersage machen

Ich denke, ich kann vorhersagen, wie sich der Widerstand mit der Drahtlänge ändern wird. Wenn die Länge des Drahtes verdoppelt wird, muss der Strom (Elektronenfluss) zwischen doppelt so vielen Atomen fließen. Ich würde also erwarten, dass sich auch der Widerstand verdoppelt.

Du hast vielleicht schon eine Vorstellung davon, was bei deiner Untersuchung herauskommt. So eine Vorhersage wird Hypothese genannt. Du solltest sie aufschreiben. Du könntest mit deiner Hypothese falsch liegen! Sie ist nur eine Idee. Das Ziel deines Verfahrens ist es, deine Hypothese zu testen.


Umgang mit Variablen

In meinem Experiment gibt es drei Schlüsselvariablen:

  • Länge des Drahts - gemessen mit einem Lineal in mm
  • Spannung - gemessen mit einem Voltmeter
  • Stromstärke - gemessen mit einem Amperemeter

Ich werde mit einem 50 cm langen, dünnen Draht beginnen, eine Spannung von 6 V anlegen und den Strom messen, der hindurch fließt. Aus den Werten des Voltmeters und des Amperemeters kann ich den Widerstand berechnen.

Ich führe weitere Messreihen durch und kürze den Draht jedes Mal um 5 cm, bis er nur noch 10 cm lang ist.

Weil es bequemer ist werde ich wahrscheinlich die Spannung während des Experiments bei 6 V halten.

Größen wie Länge, Strom und Spannung werden Variablen genannt. Sie können sich von einer Situation zur anderen verändern.

Schlüsselvariablen

Dies sind die Variablen, die beeinflussen können, was bei einem Experiment passiert. Du musst entscheiden, welche das sind. Zum Beispiel ist die Länge beim Nickel-Chrom-Drahtexperiment eine der Schlüsselvariablen, da die Änderung der Länge des Drahtes den Widerstand verändert.

Du musst auch entscheiden, wie die Variablen gemessen werden sollen und über welchen Bereich. Zum Beispiel müsstest Du bei der Planung des Nickel-Chrom-Drahtexperiments:

  • entscheiden, was die höchsten Spannungs- und Stromwerte sein sollen (Sicherheit muss hier berücksichtigt werden)
  • entscheiden, welche Drahtlängen verwendet werden sollen.

Variablen steuern

Es gibt zwei weitere Variablen, die ich steuern muss:

  • Temperatur - ich weiß aus dem Physikunterricht, dass sich der Widerstand von Nickel-Chromdraht mit der Temperatur ändert. Also werde ich einen großen Becher mit kaltem Wasser benutzen, um die Temperatur des Drahts konstant zu halten.
  • Durchmesser (Dicke) des Drahts - diese Variable könnte den Widerstand beeinflussen. Um sicher zu gehen, dass ich immer den gleichen Durchmesser habe, benutze ich Drahtlängen von der gleichen Rolle und prüfe jedes Stück mit einem Messgerät, bevor ich es benutze.

Einige Variablen müssen nicht gemessen werden, aber sie müssen kontrolliert werden. Zum Beispiel könntest Du bei deinem Experiment den Draht bei einer konstanten Temperatur halten, falls die Temperatur den Widerstand beeinflusst.

Einige Variablen könnten schwer zu kontrollieren sein. Für dein Experiment möchtest du vielleicht jedes Mal Draht mit gleicher Dicke verwenden, aber dies hängt davon ab, wie genau der Draht hergestellt wurde. Du musst Faktoren wie diese berücksichtigen, wenn du hinterher entscheidest, wie zuverlässig deine Ergebnisse sind.

Ein ordentlicher Test

Wenn du ein Experiment durchführst, solltest Du immer nur eine Variable verändern, um herauszufinden, wie die Änderung eine andere Variable beeinflusst. Wenn sich viele Variablen gleichzeitig ändern, ist dies kein gutes Experiment. Wenn du zum Beispiel herausfinden willst, wie die Länge eines Drahtes den Widerstand beeinflusst, wäre es nicht besonders wissenschaftlich, einen langen, dicken Draht mit einem kurzen, dünnen Draht zu vergleichen.

Letzte Vorbereitungen

Entscheide, welche Geräte du benötigst, wie du sie einrichtest und wie du sie einsetzen wirst.

Um dir die Planung zu erleichtern, musst du möglicherweise einen Testlauf vor dem eigentlichen Experiment durchführen. Bevor du das tust, vergewissere dich, dass alle Abläufe sicher sind.

Equipment:

  • Voltmeter (0-6V)
  • Amperemeter (0-3A)
  • 50 cm langer Nickel-Chromdraht mit einem Durchmesser von 0,28 mm, ...

Bereite Tabellen für deine Messwerte vor, bevor du mit den Experimenten beginnst.

Ich werde diese Schaltung aufbauen:

Stromkreis

Ich bin mir nicht sicher, wie hoch die maximale Stromstärke sein wird, also werde ich zuerst einen Probelauf des Experiments machen. Ich fange mit einem Amperemeter an, das mehrere Ampere messen kann, werde aber möglicherweise für das Hauptexperiment zu einem empfindlicheren Messgerät greifen.

Sicherheit:
Ich muss sicherstellen, dass die Stromzufuhr unterbrochen ist, bevor ich den Draht entferne, um ihn zu kürzen.


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