LabsLand ist ein globales Netzwerk realer Labore, die online verfügbar sind. Schüler (in Schulen, Universitäten und Plattformen für lebenslanges Lernen) können über das Internet auf die echten Labore zugreifen, indem sie ihren Laptop, ihr Tablet oder ihr Telefon verwenden.

Die Labore sind entweder in Echtzeit (Arduino, FPGAs...) zugänglich und befinden sich in verschiedenen Universitäten auf der ganzen Welt. In bestimmten Bereichen (Physik, Biologie, Chemie) sind die Labore LabsLand Ultrakonkurrierende Labore, sodass die Universität alle potenziellen Kombinationen dessen, was im Labor getan werden kann (in einigen Fällen mehrere Tausend), aufgezeichnet hat und interaktiv verfügbar macht.

In jedem Fall ist das Labor immer real (nicht simuliert) und über das Web zugänglich (Sie müssen keine Hardware anschaffen, sich um Versand kümmern usw.).

Sehen Sie sich im folgenden Video an, wie eine typische Benutzersitzung funktioniert:

Im 3D-Drucker-Labor können Sie aus mehreren verschiedenen 3D-Druckeinstellungen wählen, wie Temperatur und Ausrichtung, und den Druckprozess und die Ergebnisse aus verschiedenen Blickwinkeln beobachten. Sie können die Wiedergabegeschwindigkeit steuern, um schneller experimentieren zu können, als dies manuell möglich wäre, und Sie können die Ultimaker Cura-Projektdatei herunterladen, um weiter zu experimentieren.

Untersuchen Sie, wie Wechselstrom (AC) funktioniert, indem Sie mit mehreren in Reihe und/oder parallel geschalteten Glühbirnen experimentieren. Durch Öffnen oder Schließen der gewünschten Schalter können Sie den Effekt auf die Lichtintensität jeder einzelnen Glühbirne im erzeugten Stromkreis sehen.

Zusammenfassung

Führen Sie eine Säure-Base-Titration durch, um die Konzentration einer unbekannten Essigsäurelösung mithilfe eines Natriumhydroxid-Titranten zu bestimmen. Dieses Labor betont visuelle Messungen im Umgang mit dem Meniskus der Bürette und unterstützt zwei verschiedene Konfigurationen.

Die erste ist für einen potentiometrischen Ansatz: Sie haben Zugang zu einem digitalen pH-Sensor und können diesen verwenden, um den Neutralisationspunkt der unbekannten Lösung zu bestimmen.

Die zweite ist für einen kolorimetrischen Ansatz: Sie können sich auf die Farbänderung aufgrund des Vorhandenseins eines Phenolphthalein-Indikators verlassen, ohne dass ein digitaler pH-Sensor verfügbar ist.

 

Säure-Base-Titration

Titrationen sind eine volumetrische Methode, die auf der Messung der Menge eines Reaktanten bekannter Konzentration basiert (bekannt als Primärstandard), der von einer Probe unbekannter Konzentration, dem sogenannten Analyten, verbraucht wird.

Die Titration wird durchgeführt, indem der Titrant dem Analyten unter Verwendung einer Bürette zugegeben wird, um eine chemisch äquivalente Substanz zwischen dem Titranten und dem Analyten zu erhalten. Dies wird als "Äquivalenzpunkt" bezeichnet und ist ein theoretischer Wert, der experimentell nicht bestimmt werden kann.

Die experimentelle Schätzung dieses Punktes wird durch eine Annäherung bekannt als "Endpunkt" erreicht. Dies wird durch eine physikalische Änderung bestimmt. In diesem Fall wird die Farbänderung der Lösung durch Zugabe einer Indikatorsubstanz erreicht: eine Substanz, die bei bestimmten pH-Bereichen die Farben ändert.

Für die Säure-Base-Titration verwenden wir einen Phenolphthalein-Indikator, der bei einem pH-Wert von etwa 8,4 eine hellrosa Färbung annimmt, ein Wert, der dem Äquivalenzpunkt in den häufigsten Säure-Base-Titrationen sehr nahekommt.

Alternativ kann in der potentiometrischen Konfiguration ein digitaler pH-Sensor verwendet werden, um den "Äquivalenzpunkt" zu bestimmen.

 

Kolorimetrischer vs Potentiometrischer Ansatz

Der kolorimetrische Ansatz basiert auf der Farbänderung, die durch den Phenolphthalein-Indikator durchgeführt wird. Der potentiometrische Ansatz basiert stattdessen auf der pH-Erhöhung, gemessen durch den digitalen Sensor. In dieser Version des Labors sind zwei verschiedene Konfigurationen verfügbar, eine für jeden Ansatz. In der kolorimetrischen Konfiguration können die Schüler möglicherweise den digitalen pH-Sensor nicht sehen.

 

Unterschiede zum Säure-Base-Titration II Labor

In dieser Version des Labors (Säure-Base-Titration II) können Sie die Säure-Base-Titration für eine unbekannte Essigsäurelösung durchführen. In der anderen Version des Labors (siehe Säure-Base-Titration I) können Sie stattdessen die Säure-Base-Titration für eine Zitronensäurelösung durchführen.

Diese Version des Labors betont visuelle Bürettenmessungen, einschließlich der richtigen Ablesung des Meniskus in der Bürette. Die andere Version des Labors (siehe Säure-Base-Titration I) betont dies nicht und konzentriert sich stattdessen auf die Berechnungen.

Auch in dieser Version können Sie zwischen zwei verschiedenen Konfigurationen wählen: eine für den potentiometrischen Ansatz und eine für den kolorimetrischen Ansatz. Die Konfiguration für den kolorimetrischen Ansatz zeigt den pH-Sensor nicht an. In der anderen Version des Labors (siehe Säure-Base-Titration I) gibt es eine einzige Konfiguration und der Sensor wird immer angezeigt.

Zusammenfassung

Führen Sie eine Säure-Base-Titration durch, um die Konzentration einer unbekannten Zitronensäurelösung mit einem Natriumhydroxidtitranten zu bestimmen. Ein digitaler pH-Sensor steht immer zur Verfügung und ein Phenolphthalein-Indikator wurde in die unbekannte Lösung gegeben, sodass sowohl ein potentiometrischer als auch ein kolorimetrischer Ansatz verwendet werden können. Ein Echtzeit-Diagramm ist ebenfalls verfügbar.

Säure-Base-Titration

Titrationen sind eine volumetrische Methode, die auf der Messung der Menge eines Reagenzes bekannter Konzentration (als Primärstandard bekannt) beruht, das von einer Probe unbekannter Konzentration, dem Analyt, verbraucht wird.

Die Titration wird durchgeführt, indem der Titrant mit einer Bürette dem Analyt hinzugefügt wird, um eine chemisch äquivalente Substanz zwischen dem Titranten und dem Analyt zu erhalten. Dies wird als "Äquivalenzpunkt" bezeichnet und ist ein theoretischer Wert, der experimentell nicht bestimmt werden kann.

Die experimentelle Schätzung dieses Punktes erfolgt durch eine Näherung, die als "Endpunkt" bekannt ist. Dieser wird durch eine physikalische Veränderung bestimmt. In diesem Fall wird die Farbänderung der Lösung nach Zugabe eines Indikators erreicht: einer Substanz, die ihre Farbe in bestimmten pH-Bereichen ändert.

Für die Säure-Base-Titration verwenden wir einen Phenolphthalein-Indikator, der nach einem pH-Wert von etwa 8,4 zu einem hellen Rosa wird, was einem Wert entspricht, der dem Äquivalenzpunkt bei den häufigsten Säure-Base-Titrationen sehr nahe kommt.

Kolorimetrische vs. potentiometrische Ansätze

Der kolorimetrische Ansatz beruht auf der Farbänderung durch den Phenolphthalein-Indikator. Der potentiometrische Ansatz beruht stattdessen auf dem pH-Anstieg, wie er vom digitalen Sensor gemessen wird. In dieser Version des Säure-Base-Titrationslabors können beide Ansätze verwendet werden. Der digitale Sensor ist immer verfügbar und kann nicht verborgen werden.

Unterschiede zum Säure-Base-Titrationslabor II

In dieser Version des Labors (Säure-Base-Titration I) können Sie die Säure-Base-Titration für eine unbekannte Zitronensäurelösung durchführen. In der anderen Version des Labors (siehe Säure-Base-Titration II) können Sie die Säure-Base-Titration für eine Essigsäurelösung durchführen.

Diese Version des Labors betont die Berechnungen, hat jedoch keine visuellen Bürettenmessungen unter ihren Lernzielen. Die andere Version des Labors (siehe Säure-Base-Titration II) betont visuelle Messungen, und die Studierenden müssen lernen, den Meniskus der Bürette richtig abzulesen.

Außerdem gibt es in dieser Version eine einzige Erfahrung, die sowohl für den kolorimetrischen als auch den potentiometrischen Ansatz verwendet werden kann. In der anderen Version des Labors (siehe Säure-Base-Titration II) gibt es zwei verschiedene Konfigurationen, bei denen in einer der digitale Sensor verborgen ist, sodass die Studierenden sich nur auf die Farbänderung verlassen können.

Experimentieren Sie mit dem Auftrieb, dem Archimedischen Prinzip und ähnlichen physikalischen Gesetzen. Nehmen Sie verwandte Messungen vor, führen Sie Experimente durch und beginnen Sie mit relativ fortgeschrittenen Berechnungen, um Schlussfolgerungen zu ziehen.

Die Experimente der fortgeschrittenen Version des Auftriebslabors zeigen normalerweise mehr Daten (wie Daten von Flüssigkeitsstandsensoren und Objektsgewichtsensoren) an, und die vorgeschlagenen Aktivitäten beinhalten numerische Berechnungen mit unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden.

Experimentieren Sie mit dem Prinzip des Archimedes: Heben und senken Sie Kugeln aus verschiedenen Materialien, Größen und Gewichten und beobachten Sie, was passiert, wenn sie in eine Flüssigkeit eingeführt werden. Sinken sie? Schwimmen sie? Warum? Könnten Sie ihr Gewicht bestimmen? Und das Volumen der verdrängten Flüssigkeit? Die Auftriebskraft? Versuchen Sie, all diese Fragen durch Beobachtung des Experiments und mit Hilfe der von den verfügbaren Sensoren bereitgestellten Werte zu beantworten.

Zusammenfassung

Das Boyle'sche Gesetz Labor ermöglicht es den Schülern, die Beziehung zwischen dem Druck und dem Volumen eines Gases bei Umgebungstemperatur und konstanter Temperatur zu bestimmen. Die Schüler können zwischen zwei verschiedenen Volumenspritzen wählen und den Druck des Gases messen, während sie das Volumen reduzieren. Das Experiment wird in einer grafischen Analyse in Form eines Isothermen dargestellt. Auf diese Weise können sie das Boyle'sche Gesetz überprüfen und das Verhalten von Gasen auf praktische und zugängliche Weise kennenlernen.

Boyle'sches Gesetz

Das Boyle'sche Gesetz besagt, dass bei konstanter Temperatur das Volumen eines Gases umgekehrt proportional zu seinem Druck ist. Das bedeutet, dass, wenn der Druck eines Gases zunimmt, sein Volumen abnimmt und umgekehrt. Das Boyle'sche Gesetz kann mathematisch ausgedrückt werden als:

V ∝ 1/P

Dabei ist V das Volumen des Gases und P der Druck des Gases.

Das Boyle'sche Gesetz Labor ermöglicht es den Schülern, dieses Gesetz in die Praxis umzusetzen und es in einem experimentellen Kontext zu überprüfen. Indem sie das Volumen und den Druck des Gases zu verschiedenen Zeiten messen, können sie ein Isothermendiagramm zeichnen, das zeigt, wie sich das Volumen des Gases in Abhängigkeit von seinem Druck ändert. Wenn das Isothermendiagramm dem Boyle'schen Gesetz entspricht, haben die Schüler das Gesetz experimentell überprüft.

Experimente wie dieses durchzuführen, ist eine ausgezeichnete Möglichkeit, das Verhalten von Gasen zu lernen und zu verstehen, wie verschiedene Variablen miteinander verbunden sind. Darüber hinaus können praktische Experimente zugänglicher und einprägsamer für die Schüler sein, als einfach nur über das Gesetz in einem Lehrbuch zu lesen. Das Isothermendiagramm visualisiert deutlich das Verhalten des Gases und überprüft, ob die Vorhersagen des Boyle'schen Gesetzes erfüllt sind.

Anwendung in der Sekundar- und Universitätserziehung

Das Boyle'sche Gesetz Labor wird typischerweise in naturwissenschaftlichen Kursen auf Gymnasialniveau und in Chemiekursen auf Universitätsniveau angewendet. Auf Gymnasialniveau kann das Labor in einem naturwissenschaftlichen Kurs angewendet werden, in dem die grundlegenden Konzepte der Chemie und Physik, wie der Druck und das Volumen von Gasen, studiert werden. An der Universität kann das Boyle'sche Gesetz Labor in einem fortgeschritteneren Chemiekurs angewendet werden, in dem das Studium der Gase und ihres Verhaltens vertieft wird.

Ziele

Ein Boyle'sches Gesetz Labor kann unterschiedliche Bildungsziele haben, je nach dem Bildungsniveau, auf dem es angewendet wird. Hier sind einige Beispiele für Ziele, die ein Boyle'sches Gesetz Labor auf Gymnasial- und Universitätsniveau haben kann:

Auf Gymnasialniveau:

• Die Schüler verstehen das Boyle'sche Gesetz und seine Bedeutung in der Gasphysik.
• Die Schüler üben experimentelle und Beobachtungsfähigkeiten.
• Die Schüler entwickeln Fähigkeiten zur Datenanalyse und -darstellung.
• Die Schüler verstehen die Beziehung zwischen Temperatur, Druck und Volumen von Gasen.

Auf Universitätsniveau:

• Die Schüler kennen das Boyle'sche Gesetz und seine Bedeutung in der Gasphysik.
• Die Schüler demonstrieren experimentelle und Beobachtungsfähigkeiten im Labor.
• Die Schüler wenden theoretische Konzepte der Gasphysik in praktischen Situationen an.
• Die Schüler entwickeln Fähigkeiten zur Datenanalyse und -darstellung im wissenschaftlichen Kontext.
• Die Schüler verstehen, wie Temperatur, Druck und Volumen von Gasen in unterschiedlichen Situationen zusammenhängen.

Zusammenfassung

Dieses Laboraufbau ermöglicht es den Studierenden, die Konzentration von Kohlendioxid in einer versiegelten Kammer zu messen, die Samen ähnlicher Größe enthält. Die Studierenden können zwischen verschiedenen experimentellen Bedingungen wählen: Samen, die zuvor in destilliertem Wasser oder in einer Essigsäurelösung bei Raumtemperatur (24 1 1)°C eingeweicht wurden, oder nicht eingeweichte Samen (nicht aktiviert).

 

Versionen dieses Labors

In dieser Version des Labors müssen die Studierenden, ähnlich wie bei einem traditionellen Experiment, Daten von den Sensorwerten erfassen und ihre eigenen Diagramme erstellen oder ihre eigenen Tabellenkalkulationen erstellen, um die Daten zu analysieren und Schlussfolgerungen zu ziehen, da es keine Diagramme enthält und den Studierenden nicht ermöglicht, Daten herunterzuladen.

Es gibt eine alternative Version des Labors (Zellatmung mit Diagramm), bei der am Ende jedes Experiments ein Diagramm angezeigt wird und die Studierenden die Daten in eine Tabellenkalkulation herunterladen können.

 

Kohlendioxidfreisetzung bei der Pflanzenatmung

Zellatmung ist eine der lebenswichtigen Funktionen, die von allen Zellen durchgeführt werden, bei der verschiedene organische Verbindungen abgebaut und die für andere Prozesse notwendige Energie freigesetzt wird.

Der Gasaustausch auf makroskopischer Ebene ist ein Beweis für die Energieumwandlungsprozesse, die in den Zellen stattfinden. In Gegenwart von Sauerstoff wird Kohlendioxid als Nebenprodukt der Zellatmung freigesetzt. Diese Kohlendioxidemission ist wesentlich, um den Stoffwechsel von Lebewesen und dessen Konsequenzen in Ökosystemen zu verstehen.

 

Samenaktivierung

Die Imbibition oder Aufnahme von Wasser durch Samen ist ein wesentlicher Prozess zur Aktivierung ihres Stoffwechsels und zum Durchbrechen der Dormanzie, wodurch der Samen auf die Keimung vorbereitet wird. Dieses Phänomen tritt auf, wenn die Samen für einen bestimmten Zeitraum in Wasser oder wässrigen Lösungen eingeweicht werden, z. B. in destilliertem Wasser oder Essigsäure. Die Dauer und die Bedingungen der Imbibition beeinflussen direkt die metabolische Aktivierung des Samens, die sich in der Rate der Kohlendioxidfreisetzung während der Zellatmung widerspiegelt. Die Stoffwechselrate kann je nach Art und den gewählten Imbibitionsbedingungen variieren.

 

Experimente & Apparatur

Das experimentelle Gerät ist mit einem Gassensor für Kohlendioxid und einer hermetischen Kammer ausgestattet. Die Studierenden haben die Möglichkeit, aus den drei zuvor beschriebenen experimentellen Bedingungen zur Samenaktivierung zu wählen.

In allen Experimenten werden Samen derselben Art mit ähnlichen Größen verwendet, was den Vergleich der Ergebnisse erleichtert.

 

Lernziele

• Das wissenschaftliche Vorhaben durch die Entwicklung eines kontrollierten Experiments und die Interpretation von Daten zu biologischen Prozessen verstehen.
• Die Freisetzung von Kohlendioxid unter verschiedenen experimentellen Bedingungen mit der Zellatmung in Beziehung setzen und die Organisationsebenen der Materie differenzieren.
• Die Zellatmung als wesentliche Eigenschaft von Lebewesen identifizieren und die Bedeutung der damit verbundenen Energieumwandlungen verstehen.

Zusammenfassung

Dieses Laboraufbau ermöglicht es den Schülern, die Konzentration von Kohlendioxid in einer geschlossenen Kammer zu messen, die Samen ähnlicher Größe enthält. Die Schüler können zwischen verschiedenen experimentellen Bedingungen wählen: Samen, die zuvor in destilliertem Wasser oder in einer Essigsäurelösung bei Raumtemperatur (24 ± 1)°C eingeweicht wurden, oder nicht eingeweichte Samen (nicht aktiviert).

 

Versionen dieses Labors

Diese Version des Labors zeigt am Ende jedes Experiments ein Diagramm an und ermöglicht es den Schülern, die Daten in einer Tabelle herunterzuladen. Dies ermöglicht es den Schülern, die Ergebnisse zu analysieren, ohne die Daten selbst zu sammeln und zu zeichnen.

Es gibt eine alternative Version des Labors (Zellatmung), in der das Diagramm und die Daten nicht verfügbar sind. Auf diese Weise müssen die Schüler, um die Ergebnisse zu analysieren und zu richtigen Schlussfolgerungen zu gelangen, die Daten selbst aus den diskreten Sensordaten sammeln und plotten, ähnlich wie sie dies in einem traditionellen Praxislabor tun würden.

 

Freisetzung von Kohlendioxid bei der Pflanzenatmung

Die Zellatmung ist eine der vitalen Funktionen, die von allen Zellen durchgeführt wird, bei der verschiedene organische Verbindungen abgebaut und die für andere Prozesse benötigte Energie freigesetzt wird.

Der Gasaustausch auf makroskopischer Ebene ist ein Beweis für die Energieumwandlungsprozesse, die in den Zellen ablaufen. In Anwesenheit von Sauerstoff wird Kohlendioxid als Nebenprodukt der Zellatmung freigesetzt. Diese Kohlendioxidemission ist wesentlich für das Verständnis des Metabolismus von Lebewesen und seiner Folgen in Ökosystemen.

 

Aktivierung von Samen

Die Quellung oder Wasseraufnahme durch Samen ist ein wesentlicher Prozess zur Aktivierung ihres Stoffwechsels und zum Durchbrechen der Keimruhe, wodurch der Samen für die Keimung vorbereitet wird. Dieses Phänomen tritt auf, wenn die Samen für einen bestimmten Zeitraum in Wasser oder wässrige Lösungen getaucht werden, wie z. B. das Einweichen in destilliertem Wasser oder Essigsäure. Dauer und Bedingungen der Quellung beeinflussen direkt die Stoffwechselaktivierung des Samens, die sich in der Freisetzungsrate von Kohlendioxid während der Zellatmung widerspiegelt. Die Stoffwechselrate kann je nach Art und gewählten Quellungsbedingungen variieren.

 

Experimente & Aufbau

Das Experimentalgerät ist mit einem Gas-Kohlendioxidsensor und einer hermetischen Kammer ausgestattet. Die Schüler haben die Möglichkeit, aus den drei zuvor beschriebenen Samenaktivierungsbedingungen zu wählen.

In allen Experimenten werden Samen derselben Art mit ähnlichen Größen verwendet, was den Vergleich der Ergebnisse erleichtert.

 

Lernziele

• Verstehen des wissenschaftlichen Unterfangens durch die Entwicklung eines kontrollierten Experiments und die Interpretation von Daten zu biologischen Prozessen.
• Die Freisetzung von Kohlendioxid unter verschiedenen experimentellen Bedingungen mit der Zellatmung in Beziehung setzen und die Organisationsebenen der Materie unterscheiden.
• Die Zellatmung als wesentliche Eigenschaft von Lebewesen identifizieren und die Bedeutung der damit verbundenen Energieumwandlungen erkennen.

Zusammenfassung

Das Digital Trainer Labor ist für Studenten konzipiert, die mit digitaler Logik, Wahrheitstabellen und Bool'scher Algebra beginnen.

Während der Aktivität sieht der Student ein Intel FPGA, das eine Reihe einfacher Wahrheitstabellen implementiert. Der Student kann mit den FPGA-Geräten interagieren, um die Eingaben des Systems über Schalter zu variieren und die Ausgaben über LEDs zu beobachten. Die Herausforderung besteht darin, zu bestimmen, welchen logischen Operator das FPGA in jedem Fall implementiert (z.B. UND, NAND...).

 

Weitere Details

Die Aktivität ist so gestaltet, dass sie relativ einfach und unkompliziert ist, gleichzeitig aber auch ansprechend für die Studenten. Sie ist spielerisch gestaltet und basiert auf echter Hardware (FPGA). Auf diese Weise ist sie nicht nur nützlich, um in die digitale Logik einzuführen und Vertrautheit damit zu erlangen, sondern sie ermöglicht es den Studenten auch, erste Einblicke in die zukünftige Nutzung dieses Wissens zu bekommen, indem sie auf oberflächliche Weise mit FPGA-Geräten interagieren, wie sie auch in der Industrie verwendet werden.

Die Interaktion mit den FPGA-Geräten fügt keine Komplexität hinzu, da die Studenten sie nicht programmieren müssen; sie implementieren bereits eine Black-Box-Logik (was genau der Punkt der Aktivität ist).

Das Labor basiert ursprünglich auf einer Aktivität, die die Intel Corporation häufig in ihren Seminaren durchführt, sowohl praktisch als auch remote, unter Verwendung ihrer Intel DE1-SoC, Intel DE2-115 oder anderer Typen von FPGAs.

Die Säuregehalt der Böden kann durch verschiedene Prozesse auftreten, die eine pH-Absenkung fördern. Diese Prozesse treten natürlich oder durch menschliches Handeln auf. Die Hauptquellen der Bodensäure sind mit Wasserstoffionen (H+) und Aluminiumionen (Al+3) in der Bodenlösung verbunden. Austauschbare Säure wird durch die Verwendung von neutralen Salzlösungen wie Kaliumchlorid (KCl) bestimmt. Die Säureionen (Aluminium und Hydronium), die in der kolloidalen Fraktion des Bodens gehalten werden, treten in Gegenwart eines verdrängenden Ions (K+) in die Bodenlösung ein. Anschließend wird diese Lösung mit einer Natriumhydroxidlösung der genauen Konzentration titriert, um den letzten Punkt der Neutralisationsreaktion mit Phenolphthalein als Indikator zu erreichen.

Zusammenfassung

Das Remote-Labor bietet eine bequeme Möglichkeit für Schulen und Universitäten, Experimente zur Schwerkraft und Energieerhaltung durchzuführen. Die Schüler können aus einer Vielzahl von Objekten mit unterschiedlichen Massen wählen und sie mit einem elektrischen Schalter freigeben. Ein Empfangsgerät misst die Zeit, die das Objekt zum Fallen benötigt, wodurch die Schüler die Schwerkraft experimentell berechnen und andere Experimente im Zusammenhang mit frei fallenden Objekten durchführen können. Das Labor bietet Aktivitäten für unterschiedliche Niveaus an, sodass es für Schüler aller Fähigkeiten geeignet ist. Durch die Nutzung des Remote-Labors können die Schüler ein tieferes Verständnis dieser grundlegenden Konzepte in der Physik gewinnen.

Freier Fall

Freier Fall ist ein Phänomen, das auftritt, wenn ein Objekt nur unter dem Einfluss der Schwerkraft fällt. Dies kann beobachtet werden, indem man ein Objekt aus einer bestimmten Höhe fallen lässt und es mit konstanter Geschwindigkeit zum Boden beschleunigen sieht. In Schulen und Universitäten werden Experimente zum freien Fall häufig verwendet, um den Schülern zu helfen, die grundlegenden Konzepte der Schwerkraft und der Energieerhaltung zu verstehen und zu erforschen. Diese Experimente beinhalten typischerweise das Freigeben eines Objekts aus einer bekannten Höhe und die Messung der Fallzeit mit einem Empfangsgerät, sodass die Schüler die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft berechnen und andere Experimente im Zusammenhang mit frei fallenden Objekten durchführen können. Durch die Durchführung dieser Experimente können die Schüler ein tieferes Verständnis der physikalischen Prinzipien gewinnen, die den freien Fall bestimmen und wie sie auf reale Situationen angewendet werden.

In einem Experiment zum freien Fall können die Schüler die anfängliche Höhe des fallenden Objekts und die Zeit, die es benötigt, um den Boden zu erreichen, genau messen und berechnen so die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft. Die Schüler können auch mit verschiedenen Objekten unterschiedlicher Massen experimentieren, um zu sehen, wie sich die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft in Abhängigkeit von der Masse des Objekts ändert. Zusätzlich zu dem Verständnis der grundlegenden Prinzipien der Schwerkraft und Energieerhaltung können Experimente zum freien Fall auch verwendet werden, um fortgeschrittenere Konzepte in der Physik zu erkunden. Zum Beispiel können die Schüler mit Objekten experimentieren, die unterschiedliche Formen und Dichten haben, um zu sehen, wie diese Faktoren die Fallgeschwindigkeit beeinflussen. Sie können auch die Ergebnisse ihrer Experimente nutzen, um Vorhersagen über die Bewegung von Objekten in realen Situationen zu machen, wie etwa die Bewegung eines Fallschirmspringers oder eines Satelliten, der die Erde umkreist. Insgesamt sind Experimente zum freien Fall eine ansprechende und effektive Möglichkeit für Schüler, die grundlegenden Prinzipien der Physik zu lernen.

Integration in physikalische und naturwissenschaftliche Kurse

Experimente zum freien Fall sind typischerweise in Kursen auf Universitäts- und Schulebene enthalten, die sich auf Physik und Naturwissenschaften konzentrieren. Auf Universitätsniveau sind Experimente zum freien Fall oft in Einführungskurse in der Physik sowie in fortgeschrittenere Kurse enthalten, die sich auf Mechanik, Gravitation und andere verwandte Themen konzentrieren. Auf Schulebene sind Experimente zum freien Fall häufig in naturwissenschaftlichen Kursen der Mittel- und Oberstufe enthalten, wo sie den Schülern helfen können, ein Verständnis für zentrale Konzepte und Prinzipien der Naturwissenschaften wie Kräfte, Bewegung, Energie und Impuls zu entwickeln. Diese Experimente können auch in fortgeschrittenere Kurse wie Physik an der Oberstufe oder Physikkurse auf College-Niveau für Nicht-Physik-Majors integriert werden.

Typische Lernziele

Die typischen Lernziele eines Labors zum freien Fall auf Schul- und Universitätsniveau sind wie folgt:

1. Ein Verständnis für zentrale Konzepte und Prinzipien der Naturwissenschaften wie Kräfte, Bewegung, Energie und Impuls entwickeln. Freier Fall ist ein Schlüsselkonzept im Studium der Bewegung und der Auswirkungen der Schwerkraft und steht in Zusammenhang mit diesen Konzepten und Prinzipien der Naturwissenschaften.
2. Naturwissenschaftliche Konzepte und Prinzipien auf reale Situationen anwenden, unter Nutzung von Laborausrüstung und -einrichtungen. Das Konzept des freien Falls ist in einer Vielzahl von realen Situationen relevant und kann mit Laborausrüstung und -einrichtungen untersucht werden.
3. Praxiserfahrung im Durchführen von Experimenten und Analysieren von Daten gewinnen, unter Nutzung spezieller Ausrüstung und Einrichtungen. Experimente zum freien Fall können den Schülern praktische Erfahrung im Durchführen von Experimenten und Analysieren von Daten bieten.
4. Lernen, wie man Experimente mit Laborausrüstung und -einrichtungen plant und durchführt. Experimente zum freien Fall können Schülern helfen, zu lernen, wie man Experimente plant und durchführt.
5. Lernen, wie man Variablen kontrolliert und Daten sammelt, unter Nutzung spezieller Ausrüstung und Einrichtungen. In Experimenten zum freien Fall können die Schüler lernen, wie man Variablen kontrolliert und Daten sammelt.
6. Gesammelte Daten nutzen, um Schlussfolgerungen zu ziehen und Vorhersagen zu machen. Daten, die bei Experimenten zum freien Fall gesammelt wurden, können verwendet werden, um Schlussfolgerungen zu den Auswirkungen der Schwerkraft auf die Bewegung von Objekten zu ziehen und Vorhersagen zu treffen.
7. Kritisches Denken und Problemlösungsfähigkeiten durch die Nutzung von Laborausrüstung und -einrichtungen entwickeln. Experimente zum freien Fall können den Schülern helfen, kritisches Denken und Problemlösungsfähigkeiten zu entwickeln.
8. Die Bedeutung wissenschaftlicher Untersuchungen und der wissenschaftlichen Methode sowie die Rolle der Technologie bei der Förderung wissenschaftlicher Erkenntnisse zu schätzen. Experimente zum freien Fall können den Schülern helfen, die Bedeutung wissenschaftlicher Untersuchungen und die Rolle der Technologie bei der Förderung wissenschaftlicher Erkenntnisse zu schätzen.

Das Gesetz von Gay-Lussac ermöglicht es uns, das Verhalten von Gasen zu untersuchen und wird häufig in der Physik und Chemie untersucht. Es stellt einen Zusammenhang zwischen dem Druck eines Gases und seiner Temperatur her, während andere Parameter wie Volumen und Menge konstant bleiben.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das Gesetz von Gay-Lussac zu überprüfen. In diesem Experiment werden wir bestätigen, dass für eine gegebene Menge Gas der Druck direkt proportional zur Temperatur ist.

Durch dieses Fernlabor können Sie mit dem zweiten Newtonschen Gesetz in einem System experimentieren, das es Ihnen ermöglicht, das Verhalten einer Kugel zu beobachten und zu analysieren, die sich entlang einer geneigten Ebene oder im freien Fall bewegt. Die zu analysierenden Parameter sind: Zeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Kugel während des Falls. Der Neigungswinkel ist vom Benutzer konfigurierbar und kann 90° erreichen, wodurch ein Szenario des freien Falls ermöglicht wird. Prüfen Sie, ob die Kugel beim Bewegen auf der geneigten Ebene rollt oder nur entlang der Ebene nach unten bewegt. Wird es von der definierten Neigung abhängen? Testen Sie es!

Zusammenfassung

Dieses Labor erleichtert Magnetfeldexperimente mit einem konstanten Strom in einem geraden Leiter, dessen Intensität angepasst werden kann. Ein beweglicher Hall-Sensor misst die Stärke des Feldes in verschiedenen Abständen. In dieser Version des Labors erfassen die Schüler die Daten manuell.

Versionen des Labors

In dieser Version des Labors sind keine Graphen enthalten und der Datenexport durch die Schüler ist nicht erlaubt. Stattdessen müssen die Schüler die Daten von den Sensorwerten und dem Abstand zum Leiter sammeln, ähnlich einem traditionellen praktischen Experiment. Dies ermöglicht es ihnen, ihre eigenen Graphen zu erstellen und benutzerdefinierte Tabellenkalkulationen zur Datenanalyse und Schlussfolgerungserstellung anzufertigen.

Es gibt eine alternative Version des Labors (Magnetfeld mit Graph), in der am Ende jedes Experiments ein Graph bereitgestellt wird und die Schüler die Daten auf eine Tabelle herunterladen dürfen. Diese Version kann insbesondere für diejenigen Schüler nützlich sein, die einen direkteren Zugang zu den während des Experiments gesammelten Daten bevorzugen.

Magnetfeld

Bewegte geladene Teilchen haben die Fähigkeit, ein Magnetfeld um sich herum zu erzeugen, das mit anderen bewegten geladenen Teilchen interagieren kann. In diesem Zusammenhang erzeugt ein Leiter, durch den ein elektrischer Strom fließt, ein Magnetfeld in seiner Umgebung. Dieses physikalische Phänomen ist grundlegend für zahlreiche technologische Fortschritte, die wir in unserem täglichen Leben finden, wie Elektromotoren und verschiedene elektronische Geräte.

Potentielle Experimente

Zahlreiche Experimente können mit unserem Laboreinrichtungen durchgeführt werden. Benutzer können beobachten, wie die Stärke des Magnetfeldes mit dem Strom variiert, der es erzeugt. Sie können die grundlegenden Prinzipien der elektromagnetischen Induktion erforschen und die Verbindung zwischen einem wechselnden Magnetfeld und dem induzierten elektrischen Strom visualisieren. Durch Justierung des Abstands der Sonde vom Feld können sie experimentell das Inverse-Quadrat-Gesetz der Magnetismus überprüfen und die komplizierte Beziehung zwischen Feldstärke und Abstand vertiefen.

Lernziele

Das Labor kann die folgenden Lernziele abdecken:

• Verstehen, was ein Magnetfeld ist und wie es erzeugt und gemessen werden kann.

• Erkennen des Zusammenhangs zwischen Magnetfeldstärke und dem Strom, der es erzeugt.

• Das Prinzip der elektromagnetischen Induktion verstehen.

• Das inverse Quadratgesetz für Magnetfelder verstehen und überprüfen.

• Fähigkeiten zur Datenerfassung, -analyse und -interpretation im physikalischen Kontext entwickeln.

• Ihr Verständnis der physikalischen Prinzipien und deren Anwendungen in der realen Welt verbessern.

Zusammenfassung

Dieses Labor ermöglicht Experimente mit dem Magnetfeld bei einem gleichmäßigen Strom in einem geraden Leiter, dessen Intensität eingestellt werden kann. Ein beweglicher Hall-Sensor misst die Feldstärke in verschiedenen Abständen. In dieser Version des Labors wird den Studierenden ein Diagramm mit den Daten angezeigt und sie können diese zur weiteren Verarbeitung herunterladen.

Versionen des Labors

In dieser Version des Labors wird am Ende jedes Experiments ein Diagramm angezeigt und die Studierenden können die Daten in einer Tabellenkalkulation herunterladen. Dies ermöglicht es den Studierenden, die Ergebnisse zu analysieren, ohne die Daten selbst sammeln und aufzeichnen zu müssen.

Es gibt eine alternative Version des Labors (Magnetfeld), in der das Diagramm und die Daten nicht verfügbar sind. Auf diese Weise müssen die Studierenden, um die Ergebnisse zu analysieren und zu ordnungsgemäßen Schlussfolgerungen zu gelangen, die Daten selbst aus den diskreten Sensormessungen sammeln und aufzeichnen, ähnlich wie sie dies in einem traditionellen praktischen Labor tun würden.

Magnetfeld

Bewegte geladene Teilchen haben die Fähigkeit, ein Magnetfeld um sich herum zu erzeugen, das mit anderen bewegten geladenen Teilchen interagieren kann. In diesem Zusammenhang erzeugt ein Leiter, durch den ein elektrischer Strom fließt, ein Magnetfeld in seiner Umgebung. Dieses physikalische Phänomen ist grundlegend für zahlreiche technologische Fortschritte, die wir in unserem täglichen Leben finden, wie Elektromotoren und verschiedene elektronische Geräte.

Potenzielle Experimente

In unserem Laboraufbau können zahlreiche Experimente durchgeführt werden. Nutzer können beobachten, wie die Stärke des Magnetfeldes mit dem Strom variiert, der es erzeugt. Sie können die grundlegenden Prinzipien der elektromagnetischen Induktion erkunden und die Verbindung zwischen einem sich ändernden Magnetfeld und dem induzierten elektrischen Strom visualisieren. Durch das Verstellen der Entfernung der Sonde von dem Feld können sie experimentell das Umgekehrt-Quadrat-Gesetz der Magnetismus überprüfen und in die komplexe Beziehung zwischen Feldstärke und Entfernung eintauchen.

Lernziele

Das Labor kann die folgenden Lernziele abdecken:

• Verstehen einiger Prozesse wissenschaftlichen Bestrebens durch die Entwicklung eines kontrollierten Experiments und die Sammlung und Interpretation von Daten, die mit einem physikalischen Phänomen verbunden sind.

• Erkennen, dass elektrischer Strom eine Quelle eines Magnetfeldes ist.

• Die Beziehung zwischen dem Wert des Magnetfeldes in einer bestimmten Richtung und der Stromstärke durch einen geraden Leiter finden.

• Die Beziehung zwischen dem Wert des Magnetfeldes in einer bestimmten Richtung und der Entfernung zum Leiter finden.

Durch dieses ferngesteuerte Labor können Sie die Proben unter der Beobachtung eines Mikroskops steuern. Die verfügbaren Proben ermöglichen es, 6 verschiedene Blattproben zu analysieren und ihre unterschiedlichen Pigmente und Färbungen zu vergleichen.

Durch dieses Fernlabor können Sie experimentieren, was mit zwei Lichtstrahlen passiert, die durch eine bikonvexe, bikonkave oder konvexe Linse verlaufen. Sie können die Linse jederzeit steuern.

Mit diesem Experiment kannst du den Anfangswinkel der Last steuern und das Verhalten eines echten einfachen Pendels beobachten. Dieses Experiment liefert dir eine Reihe von realen Daten, die du verwenden kannst, um das Verhalten des Pendels in Abhängigkeit von der bestimmten Millisekunde, Geschwindigkeit, Schwingungslänge usw. zu analysieren. Du kannst auch Gewichte am Pendel befestigen.

Planarien sind Plattwürmer, die verwendet werden können, um die Wirkung verschiedener Substanzen auf das Nervensystem zu untersuchen. In diesem Remote-Labor können Sie die Lösung auswählen, in die die Planarien gelegt werden sollen. Die Lösungen sind wässrig und enthalten verschiedene erregende oder hemmende Substanzen in unterschiedlichen Konzentrationen, die in ihnen gelöst sind.

In dieser Version des Planarien-Labors gibt es einen manuellen Zählzähler, den Schüler verwenden können, um die Anzahl der Male zu zählen, die die Planarien eine Linie überqueren (um ihr Aktivitätsniveau zu schätzen).

Planarien sind Plattwürmer, die verwendet werden können, um die Wirkung verschiedener Substanzen auf das Nervensystem zu untersuchen. In diesem Fernlabor können Sie die Lösung auswählen, in die die Plattwürmer (Planarien) gelegt werden. Die Lösungen sind wässrig und enthalten unterschiedliche erregende oder hemmende Substanzen in verschiedenen Konzentrationen.

In dieser Version des Planarien-Labors wird die Anzahl der Linienüberquerungen der Plattwürmer (Planarien) automatisch gezählt.

Planarien sind Plattwürmer, die verwendet werden können, um die Wirkung verschiedener Substanzen auf das Nervensystem zu untersuchen. In diesem Fernlabor können Sie die Lösung auswählen, in die Sie die Planarienwürmer legen möchten. Die Lösungen sind wässrig und enthalten verschiedene stimulierende oder hemmende Substanzen in unterschiedlichen Konzentrationen.

In dieser Version des Labors werden die Namen der Substanzen nicht angezeigt. Die Herausforderung besteht also darin, anhand der Aktivitätslevel der Planarien in jeder unbekannten Substanz zu bestimmen, welche Substanz welche ist.

Zusammenfassung

Das Setup, nützlich für Schulen und Universitäten, umfasst einen Geigerzähler, der die Anzahl der detektierten Teilchenkollisionen messen kann. Der Benutzer kann zwischen verschiedenen radioaktiven Quellen sowie einem Absorber wählen, der zwischen die radioaktive Quelle und die Sonde gestellt wird. Zusätzlich können die Benutzer andere Parameter wie den Abstand und die Anzahl der Tests variieren. Dies ermöglicht eine Vielzahl von Experimenten und Lernmöglichkeiten.

 

Radioaktivität

Radioaktivität ist der Prozess, bei dem ein Atomkern durch das Aussenden von Teilchen und Strahlung Energie verliert. Dies kann in bestimmten Elementen natürlich auftreten oder künstlich durch den Einsatz von Kernreaktionen herbeigeführt werden. Im Kontext der Physik an Schulen und Universitäten kann das Studium der Radioaktivität wertvolle Einblicke in die grundlegende Natur der Materie und die Gesetze der Physik bieten.

Ein häufiges Experiment in diesem Bereich ist die Messung der Radioaktivität mit einem Geigerzähler. Dieses Gerät kann die Emission von Teilchen aus einer radioaktiven Quelle detektieren und ermöglicht es den Schülern, die grundlegenden Prinzipien der Strahlung und ihre Auswirkungen auf die Materie zu verstehen. Durch das Variieren der Art der radioaktiven Quelle, des Abstands zwischen Quelle und Detektor sowie des Absorbermaterials, das dazwischengelegt wird, können Schüler eine Vielzahl von Phänomenen erkunden und ein tieferes Verständnis für die zugrunde liegenden Prinzipien gewinnen.

Zusätzlich zu seinem pädagogischen Wert hat das Studium der Radioaktivität auch praktische Anwendungen in Bereichen wie Medizin, Energieerzeugung und Umweltschutz. Daher ist es ein wichtiges Thema, über das Schüler lernen sollten, sowohl wegen des inneren Interesses als auch der vielen realweltlichen Anwendungen.

 

Realweltliche Anwendungen der Radioaktivität

Eine der häufigsten Anwendungen der Radioaktivität ist im Bereich der Medizin. Radioaktive Isotope werden in medizinischen Bildgebungsverfahren wie PET- und SPECT-Scans verwendet, die es Ärzten ermöglichen, in den Körper zu schauen und Krankheiten zu diagnostizieren. Radioaktive Isotope werden auch in Krebstherapien wie der Strahlentherapie verwendet, bei der sie zur Abtötung von Krebszellen eingesetzt werden.

Radioaktivität wird auch in Industrien wie der Öl- und Gasexploration verwendet, wo sie zur Messung der Durchlässigkeit von Gesteinsformationen und des Flüssigkeitsflusses durch diese verwendet wird. Radioaktive Isotope werden auch in Rauchmeldern und in der Herstellung von leuchtenden Uhren und Instrumenten verwendet.

Insgesamt hat die Radioaktivität eine breite Palette von Anwendungen in Bereichen wie Medizin, Industrie und sogar in alltäglichen Konsumgütern. Sie bleibt ein wichtiges Studiengebiet in der Physik und anderen Wissenschaften, und ihre Anwendungen erweitern sich weiter, da neue Technologien entwickelt werden.

 

Radioaktivitätsexperimente an Schulen und Universitäten

Der Einsatz eines Geigerzählers in einem Radioaktivitätsexperiment ermöglicht eine Vielzahl von Möglichkeiten. Durch das Variieren der Strahlungsquellen und Absorber können Schüler die Auswirkungen verschiedener Quellen und Materialien auf die detektierten Teilchenkollisionen beobachten. Dies kann den Schülern helfen, die Eigenschaften der Radioaktivität und das Verhalten verschiedener Teilchen zu verstehen.

Darüber hinaus können Experimente zur Bestimmung der Art der ausgestrahlten Teilchen durchgeführt werden, indem beobachtet wird, ob das Teilchen absorbiert wird oder nicht. Durch das Platzieren verschiedener Absorber zwischen der Quelle und der Sonde können Schüler die Eigenschaften der emittierten Teilchen bestimmen und ein tieferes Verständnis der Radioaktivität erlangen.

Schließlich können auch Experimente zur Bestimmung der geometrischen Form der Strahlungsemission mit einem Geigerzähler durchgeführt werden. Durch sorgfältige Messung der detektierten Teilchenkollisionen in verschiedenen Entfernungen können Schüler Einblicke in die räumliche Verteilung der Radioaktivität gewinnen. Dies kann den Schülern helfen, die grundlegenden Prinzipien der Radioaktivität und ihre Anwendungen in der realen Welt zu verstehen.

 

Mögliche Lernziele

Mögliche Ziele der im Labor durchgeführten Aktivitäten sind die folgenden:

1. Verstehen der Eigenschaften und des Verhaltens radioaktiver Emissionen.
2. Durchführung von Experimenten zur Messung der Auswirkungen von Strahlung auf verschiedene Materialien.
3. Bestimmung der Art der von einer radioaktiven Quelle emittierten Strahlung.
4. Verstehen der Prinzipien der Strahlensicherheit und des Umgangs mit Strahlung.
5. Erforschung der Anwendungen der Radioaktivität in Bereichen wie Medizin, Industrie und Forschung.
6. Verstehen der Prinzipien von Geigerzählern und ihrer Verwendung bei der Messung von Radioaktivität.
7. Verstehen der historischen Entwicklung des Konzepts der Radioaktivität und ihrer Entdeckung.
8. Erkundung der ethischen Implikationen der Verwendung radioaktiver Materialien.

Das rollende Autolabor ermöglicht es Ihnen, grundlegende Kinematik zu studieren, indem ein kleines Auto eine Rampe hinunter rollt. Dies führt zu einer linear beschleunigten Bewegung. Sie können den eingebauten Timer verwenden, um selbst zu messen, wie lange das Auto zum Rollen braucht. Alternativ zeigt Ihnen die Software nach jedem Experiment die benötigte Zeit an.

Das Snell'sche Gesetz (das Gesetz der Brechung) ist eine Formel, die verwendet wird, um das Verhältnis zwischen den Einfalls- und Brechungswinkeln zu beschreiben, wenn Licht oder andere Wellen eine Grenze zwischen zwei verschiedenen isotropen Medien wie Wasser, Glas oder Luft durchqueren.

In diesem Labor können Sie mit verschiedenen Linsen experimentieren, um die Brechungsindizes verschiedener Materialien mithilfe dieses Gesetzes zu finden.

In dieser Version des Labors müssen die Studierenden selbst mit Hilfe des Quadratrasters messen. Der Brechungswinkel wird ihnen nicht vorgegeben. Eine alternative Version des Labors ist verfügbar, bei der in einer Überprüfungsphase der resultierende Brechungswinkel angegeben wird. Für diese Version siehe "Snell'sches Gesetz mit Überprüfung".

Das Snelliussche Gesetz (das Brechungsgesetz) ist eine Formel, die verwendet wird, um das Verhältnis zwischen den Einfalls- und Brechungswinkeln zu beschreiben, wenn Licht oder andere Wellen durch eine Grenze zwischen zwei verschiedenen isotropen Medien wie Wasser, Glas oder Luft gehen. In diesem Labor können Sie mit verschiedenen Linsen experimentieren, um die Brechungsindizes verschiedener Materialien anhand dieses Gesetzes zu ermitteln. In dieser Version des Labors müssen die Studierenden selbst mit Hilfe des Gitters die Winkel messen. Der Brechungswinkel wird ihnen nicht vorgegeben. Eine alternative Version des Labors ist verfügbar, in der eine Überprüfungsphase mit dem resultierenden Brechungswinkel angeboten wird. Siehe "Snelliussches Gesetz mit Überprüfung" für diese Version.

Das Snell'sche Gesetz (das Brechungsgesetz) ist eine Formel, die verwendet wird, um die Beziehung zwischen den Einfalls- und Brechungswinkeln zu beschreiben, wenn von Licht oder anderen Wellen die Rede ist, die eine Grenze zwischen zwei verschiedenen isotropen Medien durchdringen, wie z. B. Wasser, Glas oder Luft. In diesem Labor können Sie mit verschiedenen Linsen experimentieren, um die Brechungsindizes verschiedener Materialien mithilfe dieses Gesetzes zu finden. In dieser Version des Labors gibt es eine Überprüfungsphase, in der die Studenten die Lösung mit den Messungen für einen gegebenen Versuchsaufbau sehen können. Wenn die Studenten die Lösung nicht sehen sollten, verwenden Sie stattdessen die alternative Laborversion „Snell'sches Gesetz“ (ohne Überprüfung).

Das Snellsche Gesetz (das Brechungsgesetz) ist eine Formel, die verwendet wird, um die Beziehung zwischen Einfalls- und Brechungswinkeln zu beschreiben, wenn Licht oder andere Wellen eine Grenze zwischen zwei verschiedenen isotropischen Medien wie Wasser, Glas oder Luft durchdringen.

In diesem Labor können Sie mit verschiedenen Linsen experimentieren, um die Brechungsindizes verschiedener Materialien unter Verwendung dieses Gesetzes zu ermitteln.

In dieser Version des Labors gibt es eine Verifizierungsstufe, in der Studierende die Lösung mit den Messungen für ein gegebenes experimentelles Setup sehen können. Wenn Studierende die Lösung nicht sehen dürfen, sehen Sie sich stattdessen die alternative Version des Labors "Snellsches Gesetz" (ohne Verifizierung) an.

Mit diesem Gerät erhalten Sie Echtzeitdaten zur Bewertung der akustischen Komfortbedingungen und der Grenzwerte, die mit verschiedenen beruflichen Aktivitäten verbunden sind.

Erfahren Sie im Detail, wie Sie dieses Gerät professionell nutzen können!

Akustische Bedingungen sind entscheidend, um in jedem gebauten Raum die richtigen Komfortbedingungen zu gewährleisten. Um Lärm zu messen, verwenden wir das Schallpegelmessgerät PEAKTECH 8500 als Messwerkzeug.

Dieses kompakte Gerät bietet viel Vielseitigkeit bei der Durchführung von Messungen im Innen- und Außenbereich und ermöglicht es, sofort die durch verschiedene Quellen in einem Raum, einem Bereich oder am Arbeitsplatz erzeugten Schallbedingungen zu erkennen.

Anhand der beschriebenen Szenarien können Sie beobachten, wie sich das akustische Verhalten in einem Raum je nach Lärmquelle, Position des Messgeräts und den Frequenzen der erhaltenen Geräusche ändert.

Aus diesen Messungen lassen sich Verbesserungsvorschläge im Rahmen einer Energieaudit machen.

Dieses ultrakonkurrierende Labor basiert auf einer experimentellen Praxis zur Röntgenspektroskopie unter Verwendung eines Geräts der Marke LEYBOLD, das in einem radiologischen Instrumentierungslabor an der Nationalen Universität von Costa Rica (Universidad Nacional de Costa Rica) installiert ist, das sich im Gebäude für Angewandte Medizinphysik befindet.

Der Aufbau besteht aus einer Röntgenröhre mit einer Anode aus Gold (Au) zusammen mit einem Szintillationsdetektor, der mit einem Vorverstärker und einem Digitalisierer konfiguriert ist, der die Verarbeitung der vom Detektor durchgeführten Messungen über Software ermöglicht.

Die Prüfung zielt darauf ab, den Strahl der Strahlungsquelle durch die experimentelle Berechnung des Spektrums des in der Röhre erzeugten Röntgenstrahls zu charakterisieren und zudem grundlegende Vorstellungen über die radiologische Instrumentierung und die Verwendung der Variation ihrer Parameter in industriellen und medizinischen Anwendungen zu vermitteln.

Mit diesem Labor können Sie die Entfernung kontrollieren, auf die Sie eine Feder bewegen, und ihr Verhalten beobachten und messen, sobald sie losgelassen wird. Dieses Experiment liefert Ihnen eine Reihe von realen Daten, die Sie verwenden können, um das Verhalten der Feder in Abhängigkeit von der Entfernung, der Zeit und anderen Variablen zu analysieren.

In diesem Labor können Sie mit einem Texturanalysator (einem Texturometer) arbeiten, um die rheologischen Eigenschaften zu bestimmen, die mit dem Reifungsprozess von Obst und Gemüse verbunden sind. Sie können diese Laborinstrumente verwenden, um die Textur von frischen und verarbeiteten Lebensmitteln sowie von Industrieprodukten zu analysieren. Es ermöglicht die Messung verschiedener physikalischer Parameter.

Die Texturprofilanalyse (TPA) basiert auf sensorischen Bewertungen, um Fehler zu erkennen und zu beseitigen. Außerdem wird sie als Forschungsmethode und zum Erlernen von Wissenschaft, Technologie und Lebensmitteln verwendet.

Ein Roboterarm des Texturanalysators übt die für die Analyse notwendige Kraft aus. Der Roboterarm ist je nach erforderlicher Analyse mit einer Eindring- oder Kompressionssonde ausgestattet. Eine Plattform hält die Probe und unterstützt die Interaktion der Sonde mit dem ausgewählten Obst oder Gemüse. Auf diese Weise wird das analytische Signal gewonnen. Das Signal wird als kraftabhängig von der Zeit ausgedrückt. So ist es möglich, die Grafiken mit verschiedenen Reifungszuständen zu korrelieren und Rückschlüsse auf die chemischen Umwandlungen zu ziehen, die das Obst oder Gemüse nach der Ernte betreffen.

This device allows you to conduct real-time measurements from surface temperature conditions, to detect potential construction issues or to detect functionality issues in the premises."

Access to know in more detail how to make use of this equipment at a professional level!

Discover the measurements taken with a HTI HANDHELD 35200 thermographic camera.

This compact device offers much versatility for taking surface measurements and for instantly knowing the thermal conditions of a build element, a window, a device...

Observe through the proposed scenarios how the thermal behavior of a building is critical for drawing conclusions, and to propose improvement measures in the Energy Auditing area.

Zusammenfassung

Führen Sie eine Säure-Base-Titration durch, um die Konzentration einer unbekannten Salzsäurelösung mit einem Natriumhydroxititrant zu bestimmen. Dieses Labor betont visuelle Messungen im Umgang mit dem Meniskus der Bürette und unterstützt zwei verschiedene Konfigurationen.

Die erste ist ein potentiometrischer Ansatz: Sie haben Zugriff auf einen digitalen pH-Sensor und können diesen verwenden, um zu bestimmen, wann die unbekannte Lösung neutralisiert wurde.

Die zweite ist ein kolorimetrischer Ansatz: Sie können sich auf die Farbänderung aufgrund des Vorhandenseins eines Phenolphthaleinindikators verlassen, ohne einen digitalen pH-Sensor zur Verfügung zu haben.

Säure-Base-Titration

Titrationen sind eine volumetrische Methode, die auf der Messung der Menge eines Reagens bekannter Konzentration (bekannt als Primärstandard) basiert, die von einer Probe unbekannter Konzentration, dem Analyten, verbraucht wird.

Die Titration wird durchgeführt, indem der Titrant mittels einer Bürette zum Analyten hinzugefügt wird, um eine chemisch äquivalente Substanz zwischen dem Titranten und dem Analyten zu erhalten. Dies wird als "Äquivalenzpunkt" bezeichnet und ist ein theoretischer Wert, der experimentell nicht bestimmt werden kann.

Die experimentelle Schätzung dieses Punktes wird durch eine Annäherung, die als "Endpunkt" bekannt ist, erreicht. Dies wird durch eine physikalische Veränderung bestimmt. In diesem Fall wird die Farbänderung der Lösung erzielt, nachdem eine Indikatorsubstanz hinzugefügt wurde: eine Substanz, die ihre Farbe in bestimmten pH-Bereichen ändert.

Für die Säure-Base-Titration verwenden wir einen Phenolphthaleinindikator, der nach einem pH von etwa 8,4 hellrosa wird, was einem Wert entspricht, der dem Äquivalenzpunkt in den häufigsten Säure-Base-Titrationen sehr nahe kommt.

Alternativ kann in der potentiometrischen Konfiguration ein digitaler pH-Sensor verwendet werden, um den "Äquivalenzpunkt" zu bestimmen.

Kolorimetrischer vs. potentiometrischer Ansatz

Der kolorimetrische Ansatz stützt sich auf die Farbänderung, die der Phenolphthaleinindikator bietet. Der potentiometrische Ansatz verlässt sich stattdessen auf den pH-Anstieg, wie er vom digitalen Sensor gemessen wird. In dieser Version des Labors stehen zwei verschiedene Konfigurationen zur Verfügung, eine für jeden Ansatz. In der kolorimetrischen Konfiguration können die Schüler den digitalen pH-Sensor möglicherweise nicht sehen.

Unterschiede zu den anderen Titrationslaboratorien

In dieser Version des Labors (Säure-Base-Titration II) können Sie die Säure-Base-Titration für eine unbekannte Salzsäurelösung durchführen. In anderen Versionen des Labors können Sie die Säure-Base-Titration stattdessen für eine Zitronensäurelösung (Säure-Base-Titration I) und Essigsäure (Säure-Base-Titration II) durchführen.

Sowohl diese Version des Labors (Säure-Base-Titration III) als auch Säure-Base-Titration II betonen visuelle Büretten-Messungen, einschließlich des richtigen Ablesens des Meniskus in der Bürette. Die andere Version des Labors (siehe Säure-Base-Titration I) betont dies nicht und konzentriert sich stattdessen auf die Berechnungen.

Auch in diesen Versionen können Sie zwischen zwei verschiedenen Konfigurationen wählen: einer für den potentiometrischen Ansatz und einer für den kolorimetrischen Ansatz. Die Konfiguration für den kolorimetrischen Ansatz zeigt den pH-Sensor nicht an. In einer anderen Version des Labors (siehe Säure-Base-Titration I) gibt es nur eine Konfiguration und der Sensor wird immer angezeigt.

Zentrifugalpumpen werden in vielen Bereichen eingesetzt, um Flüssigkeiten zu transportieren. Ihre Rotationsenergie stammt typischerweise von einem Motor oder einem Elektromotor.

In diesem Labor können Sie auf eine solche Pumpe zugreifen und diese steuern, die in einem Kreislauf installiert ist, der durch mehrere Ventile konfiguriert werden kann. Die Ventile können es in einer seriellen oder parallelen Konfiguration einstellen. Es ist auch möglich, unter bestimmten Konfigurationen die Auswirkungen der Kavitation zu beobachten.

Die Impulserhaltung ist ein physikalisches Gesetz, das beschreibt, wie der Impuls, der die Bewegung charakterisiert, in einer isolierten Sammlung von Objekten nicht verändert wird und insgesamt konstant bleibt.

In diesem Fernlabor können Sie zwei Wagen in einem elastischen oder unelastischen Zusammenstoß kollidieren lassen und dabei bestimmte experimentelle Variablen wie die Masse der Wagen variieren. Sie können somit experimentell testen, ob sich der Gesamtimpuls nach dem Zusammenstoß ändert oder nicht.

Dieses Gerät ermöglicht es Ihnen, Echtzeitmessungen der Lichtverhältnisse in einem gebauten und betrieblich genutzten Raum zu erhalten und dank seiner Ergebnisse verschiedene Alternativen vorzuschlagen.

Zugang, um im Detail zu erfahren, wie man dieses Gerät professionell nutzt!

Experimentieren Sie damit, indem Sie grundlegende Parameter wie die Öffnung und die Drehzahl variieren und die Ausgabe beobachten, dabei Strom erzeugen und messen.

Zusammenfassung

Das Mehrphasen-Flowloop-Labor ermöglicht es Ihnen, Experimente durchzuführen, um Strömungsmuster von Mehrphasen-Systemen zu visualisieren, die sich in Produktionsrohren in möglichen realen Szenarien entwickeln. Durch Variation der Wasserflussrate und des Winkels des Rohrs selbst können Sie die Bildung verschiedener Strömungsmuster oder „Schnitte“ je nach den gewählten Werten erkennen.

 

Weitere Details

Mehrphasensysteme finden sich in verschiedenen industriellen Szenarien, wobei die Öl- und Gasindustrie keine Ausnahme darstellt. Die Vorhersage und Bestimmung des Strömungsmusters in den Produktionsrohren ist von großer Bedeutung, da dies direkt mit der Optimierung der Produktion selbst zusammenhängt.

Mischungen aus Kohlenwasserstoffen, Wasser, Sedimenten und Gasen, die in Reservoiren gefunden werden, zeigen während ihres Transports zur Erdoberfläche unterschiedliche Verhaltensweisen. Das Vorhersagen solcher Verhaltensweisen ermöglicht ein besseres Verständnis für die angemessene Wahl von Pumpmaschinen und Pipelinekonfigurationen für einen reibungslosen Transport zu ihrer endgültigen Verarbeitungsanlage. Die Mehrphasen-Flowloop-Testeinheit hilft dabei, eine bessere Vorhersagbarkeit darüber zu erzielen, wie sich Mehrphasen-Systeme in der Praxis verhalten, um weitere Untersuchungen durchzuführen. Dies ermöglicht dem Benutzer ein besseres Verständnis und eine bessere Visualisierung, wie sich Mehrphasenstransporte bei variablen Produktionsraten und Mischungsverhältnissen verhalten.

 

 

• Der Testabschnitt ist eine transparente, 0,04 m innendurchmessende gerade Plexiglasröhre (1) mit einer Länge von 6 m.
• Dieses Rohr wird von einem hydraulischen Stützbock (2) und einem Träger aus Kohlenstoffstahl unterstützt, das System kann bis zu einem Winkel von 90 Grad von seiner horizontalen Bodenniveau geneigt werden.
• Eine Edelstahl-Zentrifugalpumpe (3), die mit dem Haupttank (4) verbunden ist, versorgt das System mit Wasser. Ausgestattet mit einem elektromagnetischen Induktions-Durchflussmesser und durch die Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe kann die Wasserflussrate auf die gewünschten Werte eingestellt werden.
• Um verschiedene Phasenströmungsmuster zu entwickeln, kann Luft über einen Luft-Wasser-Mischer (5) in den Wasserstrom eingespritzt werden.
• Ein Trichter (6), der oben auf dem Wassertank angebracht ist, dient dazu, eine weitere Phase zuzuführen, die das feste Sediment darstellt.
• Eine Hochgeschwindigkeitskamera (7), die an der Plexiglasröhre montiert ist, zeichnet den Fluss auf.

Das Mehrphasen-Flowloop-Labor ermöglicht es Ihnen, Experimente durchzuführen, um Strömungsmuster von Mehrphasen-Systemen zu visualisieren, die sich in Produktionsrohren in möglichen realen Szenarien entwickeln. Durch Variation der Wasserflussrate und des Winkels des Rohrs selbst können Sie die Bildung verschiedener Strömungsmuster oder „Schnitte“ je nach den gewählten Werten erkennen.

The Materials remote laboratory offers students the opportunity to explore the behavior and properties of different materials under various treatments and testing conditions—all from anywhere in the world. This lab is designed to provide hands-on experience with real materials and advanced testing equipment, enabling deep learning of material science concepts.

 

Materials and Treatments

Students can select from a range of materials, including:

• Steel
• Aluminum
• Copper
• Titanium

Each material supports multiple treatments, allowing students to experiment with heat treatment, surface finishing, and other processes to study how treatments affect material properties.

 

Testing Capabilities

Once materials and treatments are selected, students can perform a variety of industry-standard tests:

• Tensile Test: Evaluate the material's strength and ductility under tension.
• Notched Bar Impact Test: Measure material toughness and resistance to impact.
• Hardness Measurement: Determine the material's resistance to deformation or scratching.
• Microstructure Analysis: Analyze the internal structure of the material to understand grain size, phase distribution, and more.

 

Educational Benefits

This lab provides an ultraconcurrent experience, enabling multiple students to perform experiments simultaneously without compromising access or results. It integrates seamlessly into material science and engineering courses, offering hands-on experimentation that enhances theoretical learning.

With its advanced features and broad material selection, the Materials remote laboratory equips students with the skills and knowledge needed for modern materials engineering.

Im Mikroskoplabor können Sie verschiedene Proben mit grundlegenden Mikroskopietechniken untersuchen. Lernen Sie, wie man das Mikroskop bedient, einschließlich der Einstellung des Fokus, der Beleuchtung und des Objektivwechsels zur Steuerung der Zoomstufen. Beobachten Sie verschiedene Pflanzen- und Tiergewebeproben, sammeln Sie praktische Erfahrungen mit wichtigen Mikroskopiefunktionen und vertiefen Sie Ihr Verständnis dafür, wie Mikroskope funktionieren.

In the Microscope Laboratory, you can explore a variety of samples using basic microscopy techniques. Learn how to operate the microscope, including adjusting focus, managing lighting, and changing lenses to control zoom levels. Observe different plant and animal tissue samples, gain hands-on experience with essential microscopy features, and deepen your understanding of how microscopes work. In this version of the Microscope lab, successfully preparing the sample is mandatory before controlling the microscope itself.

In diesem Fernlabor können die Schüler zwischen drei verschiedenen Materialien wählen – Kupfer, Messing oder Aluminium. Sie können dann Wärme auf das ausgewählte Material anwenden und die resultierende thermische Ausdehnung beobachten. Dieses interaktive Labor ermöglicht es den Schülern, die Prinzipien der thermischen Ausdehnung in Echtzeit zu erforschen und ihr Verständnis dafür zu vertiefen, wie verschiedene Materialien auf Wärme reagieren. Mit präziser Kontrolle und detaillierten Messungen bietet dieses Labor ein praktisches Lernerlebnis, das von überall zugänglich ist und tiefere Einblicke in die Materialwissenschaft und Thermodynamik fördert.

Machen Sie sich mit den Konzepten des Auftriebs, des Volumens und der Dichte vertraut. Experimentieren Sie mit verschiedenen Objekten unterschiedlicher Dichte und verstehen Sie intuitiv, warum sie schwimmen oder nicht, ohne sich vorerst auf komplexe numerische Berechnungen einzulassen.

Newtons Wiege ist ein Gerät, das die Erhaltung von Impuls und Energie mit einer Reihe von schwingenden Kugeln demonstriert.

Das Labor für Wasserheiz- und Kühlkurven von Wasser ermöglicht es den Schülern, eine Wassermasse mit verschiedenen Intensitäten zu erhitzen oder zu kühlen und die Temperatur kontinuierlich zu messen. Es ist somit möglich, ein Diagramm mit den resultierenden Temperatur-Zeit-Kurven zu erstellen und daraus Schlussfolgerungen bezüglich des Energietransfers und der Zustandsänderungen von Materie zu ziehen.