Elektrische_Bauelemente/Datenblatt.md

+# Technische Daten und Inventar für den Versuch **Elektrische Bauelemente**
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+Für die verschiedenen Aufgaben des Versuchs **Elektrische Bauelemente** stehen Ihnen die folgenden Geräte zur Verfügung:
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+- Zwei Versuchsboxen, zur Widerstandsmessung mit Hife der [Wheatstoneschen Brückenschaltung](https://de.wikipedia.org/wiki/Wheatstonesche_Messbr%C3%BCcke) und zur Kennlinienaufnahme mit dem Oszilloskop.
+ - Ein Tisch-Multimeter ([Keithley, Modell 2100, 6-1/2-Digit](https://gitlab.kit.edu/kit/etp-lehre/p2-praktikum/students/-/blob/main/Elektrische_Bauelemente/doc/Keithley_2100_6p5_Manual.pdf)).
+ - Ein USB-Oszilloskop (PicoScope 2000) mit Computer.
+ - Ein Ofen mit Leistungsregelung, bestückt mit einem eingebauten $\mathrm{NiCr}$-$\mathrm{Ni}$-Thermoelement mit passendem Messinstrument. Im Ofen fest verbaut sind: 
+   - Eine Kupferspule; 
+   - eine Konstantandrahtspule; 
+   - der zu vermessende NTC; und 
+   - der zu vermessende PT100.
+ - Ein Frequenzgenerator ([GW-Instek SFG-2104](https://gitlab.kit.edu/kit/etp-lehre/p2-praktikum/students/-/blob/main/Elektrische_Bauelemente/doc/Instek_SFG_2104_Manual.pdf)). 
+ - Ein Trenntransformator zur Verwendung mit dem Frequenzgenerator.
+ - Verschiedene Bauelemente als Steckeinheiten: Widerstände $1,\,33,\,51,\,100\,(2\times),\,680,\,1200\,\Omega$, je 1% Toleranz, $\mathrm{Si}$-Diode, $\mathrm{Ge}$-Diode, Z-Diode, Varistor, Photodiode, Photowiderstand, Leuchtdioden LED in den Farben grün, gelb, orange und rot.
+ - Eine Taschenlampe zur Beleuchtung.
+ - Eine Experimentierleuchte mit Photodioden-Aufsatz und Netzgerät (EA-PS-2016).
+ - Ein Piezoelement (mit der Resonanzfrequenz $2.9\ \mathrm{kHz}$) in einem Gehäuse, ein Piezolautsprecher.
+ - Ein Supraleiter in einem Gehäuse mit Absenkvorrichtung, ein Dewargefäß, eine Vierleitermessschaltung mit Konstantstromquelle ($I_{\mathrm{const}}=63\ \mathrm{mA}$) und Steckernetzgerät.
+ - Flüssigstickstoff.

Elektrische_Bauelemente/README.md

-# Hinweise für den Versuch "Elektrische Bauelemente"
 
-Die Grundlagen für diesen Versuch sind in der [Vorbereitungshilfe](https://git.scc.kit.edu/etp-lehre/p2-for-students/-/blob/main/Elektrische_Bauelemente/ElektrischeBauelemente-Vorbereitungshilfe.pdf) zu finden.
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+<img src="/home/rwolf/Data/Vorlesungen/2025/P2/students/figures/Logo_KIT.svg" width="200" style="float:right;" />
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+# Fakultät für Physik
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+## Physikalisches Praktikum P2 für Studierende der Physik
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+Versuch P2-181, 182, 183 (Stand: **März 2025**)
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+[Raum F1-17](https://labs.physik.kit.edu/img/Klassische-Praktika/Lageplan_P1P2.png)
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+# Elektrische Bauelemente
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+## Motivation
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+Im Rahmen dieses Versuchs untersuchen Sie eine Reihe passiver elektrischer Bauelemente jenseits des einfachen ohmschen Widerstands, der Spule oder des Kondensators. Viele dieser Bauelemente besitzen für technische Anwendungen maßgeschneiderte Eigenschaften: 
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+- [Dioden](https://de.wikipedia.org/wiki/Diode) besitzen eine bestimmte Durchlassrichtung mit niedrigem elektrischem Widerstand. In der Gegenrichtung, der sog. Sperrrichtung haben einen sehr hohen Widerstand und leiten einen nur sehr geringen Sperrstrom. 
+- Bei [Photodioden](https://de.wikipedia.org/wiki/Photodiode) verändert sich dieser Sperrstrom abhängig von der Lichtintensität, der sie ausgesetzt werden. 
+- [Leuchtdioden](https://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode) senden Licht aus, wenn sie in Durchlassrichtung betreiben werden. 
+- Andere Werkstoffe aus der Halbleiterindustrie ändern ihre Widerstände als Funktion der Temperatur, der anliegenden Spannung, des Drucks oder der Intensität des auf sie einfallenden Lichts. 
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+All diesen Bauelementen ist **gemeinsam, dass man ihre Eigenschaften im Rahmen der [Festkörperphysik](https://de.wikipedia.org/wiki/Festk%C3%B6rperphysik) verstehen muss**. Im Gegenzug erwächst aus dem grundlegenden Verständnis die technische Anwendung. Im Speziellen gibt im Rahmen dieses Versuchs das **Bändermodell** eine Erklärung für die Existenz von Isolatoren, Halbleitern und Leitern. Aus diesem Verständnis erwächst die technische Anwendung der Dotierung von Halbleitern, sowie verschiedener Dioden- und Widerstandstypen. 
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+- Die Anwendung des [Piezoeffekts](https://de.wikipedia.org/wiki/Piezoelektrizit%C3%A4t) begleitet den Alltag vieler beim Blick auf die Quarzuhr. Er kommt aber auch in Druckfeuerzeugen zur Anwendung. 
+- Das Verständnis von Heiss- und Kaltleitung findet seine Fortsetzung in der experimentellen Untersuchung und der theoretischen Erklärung der [Supraleitung](https://de.wikipedia.org/wiki/Supraleiter). 
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+## Lehrziele
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+Wir listen im Folgenden die wichtigsten **Lehrziele** auf, die wir Ihnen mit dem Versuch **Elektrische Bauelemente** vermitteln möchten: 
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+- Sie nehmen die $UI$-Kennlinien verschiedener Dioden und verwandter Widerstände mit dem Oszilloskop auf und lernen dabei die Eigenschaften dieser Bauelemente im Experiment kennen.
+- Sie vertiefen Ihre Kenntnisse im Umgang mit den Oszilloskop.
+- Sie untersuchen verschiedene Widerstände als Funktion äußerer Zustandsgrößen, wie Druck und Temperatur.
+- Sie bestimmen im Experiment die Sprungtemperatur eines Hochtemperatursupraleiters (HTSL).
+- Mit Hilfe der Vorbereitungshilfe ordnen Sie alle untersuchten Effekte, im Rahmen theoretischer Modelle rund um das Bändermodell qualitativ ein. 
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+## Versuchsaufbau
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+Ein typischer Arbeitsplatz für den Versuch **Elektrische Bauelemente** ist in **Abbildung 1** gezeigt:
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+<img src="./figures/Elektrische_Bauelemente.png" width="1000" style="zoom:100%;" />
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+**Abbildung 1**: (Ein typischer Arbeitsplatz für den Versuch **Elektrische Bauelemente**)
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+Für die Untersuchung der verschiedenen Bauelemente verwenden Sie mehrere unabhängige Aufbauten, von denen einige im **Abbildung 1** hervorgehoben sind: 
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+- Das Schaltbrett unten rechts dient zur Charakterisierung der Diodenkennlinien auf dem Oszilloskop, für die **Aufgaben 1.1 und 1.2** und des Photowiderstands für **Aufgabe 1.3**. 
+- Rechts im Bild ist der Kasten mit Experimentierlampe und Photodiode für **Aufgabe 1.3** zu sehen. Dieser wird über das schwarze Spannungsgerät (EA-PS-2016) betrieben, das im Bild darüber zu sehen ist. 
+- Oben links sind das Piezoelement mit Gehäuse und der Piezo-Lautsprecher gezeigt, die Sie in **Aufgabe 2.1** qualitativ untersuchen.  
+- Links im Bild ist der Heizofen für die Messungen mit den Heiss- und Kaltwiderständen für **Aufgabe 2.2** gezeigt. Die zu vermessenden Widerstände sind fest im Ofen verbaut. Die Temperatur des kalibrierten Thermoelements zur Messung der Temperatur im Ofen kann auf der gelben Anzeige in den drei Bildern in der Mitte von **Abbildung 1** abgelesen werden. 
+- Das Schaltbrett mit dem Drehpotentiometer dient zur Widerstandsmessung mit Hilfe der [Wheatstoneschen Brückenschaltung](https://de.wikipedia.org/wiki/Wheatstonesche_Messbr%C3%BCcke). 
+- Das Dewargefäß und das Stativ in der Mitte von **Abbildung 1** gehören zur Messung der Sprungtemperatur des Hochtemperatursupraleiters für **Aufgabe 2.3**. 
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+## Was macht diesen Versuch aus?
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+Mit diesem Versuch untersuchen Sie die Eigenschaften einer Reihe außergewöhnlicher, elektrischer Bauelemente. Der erste Aufgabenteil beschäftigt sich überwiegend mit der Charakterisierung verschiedener Dioden- und verwandter spezieller Widerstandstypen. Im zweiten Aufgabenteil untersuchen Sie die Abhängigkeit besonderer Materialien von äußeren Zustandsgrößen, wie Druck und Temperatur. Ein gutes qualitatives Verständnis des Verhaltens all dieser Bauteile erlangt man mit Hilfe des [Bändermodells](https://de.wikipedia.org/wiki/B%C3%A4ndermodell) der Festkörperphysik: Es liefert eine Erklärung für die Koexistenz von Leitern und Isolatoren, für die Funktionsweise aller untersuchten Dioden und Widerstände, sowie für das zunächst undurchsichtig erscheinende Phänomen der Kalt- und Heissleitung. Auch für ein grundlegendes Verständnis der Supraleitung sind eine klare Vorstellung der Gitterstruktur von Festkörpern, sowie der Bewegung von Leitungselektronen im Bändermodell eine wichtige Voraussetzung. **Auf diese Weise zieht sich mit dem Bändermodell ein einfaches Modell der Festkörperphysik als roter Faden durch diesen Versuch**, mit dessen Hilfe sich verschiedenste, wie im Fall der Kalt- und Heissleitung sogar entgegengesetzte, elektrische Effekte und Eigenschaften in einem gemeinsamen Bild erklären lassen. Die HTSL gibt einen Ausblick in ein stark vom Experiment getriebenes Gebiet der Physik, in dem zahlreiche Phänomene bisher noch nicht vollständig verstanden sind. 
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+## Wichtige Hinweise
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+- Sie benötigen einen USB-Stick zur Datensicherung.
+- Das Gehäuse des Ofens für **Aufgabe 2.2** erhitzt sich auch äußerlich stark! Vermeiden Sie daher jeglichen Kontakt mit der Oberfläche.
+- [Flüssigstickstoff](https://de.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%BCssigstickstoff), wie Sie ihn für **Aufgabe 2.3** verwenden, kann schwere Kälteverbrennungen verursachen! Tragen Sie daher stets Handschuhe und Schutzbrille, wenn Sie damit umgehen.
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+# Navigation
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+- [Elektrische_Bauelemente.iypnb](https://gitlab.kit.edu/kit/etp-lehre/p2-praktikum/students/-/blob/main/Elektrische_Bauelemente/Elektrische_Bauelemente.ipynb): Aufgabenstellung und Vorlage fürs Protokoll.
+- [Elektrische_Bauelemente_Hinweise.ipynb](https://gitlab.kit.edu/kit/etp-lehre/p2-praktikum/students/-/blob/main/Elektrische_Bauelemente/Elektrische_Bauelemente_Hinweise.ipynb): Kommentare zu den Aufgaben.
+- [Datenblatt.md](https://gitlab.kit.edu/kit/etp-lehre/p2-praktikum/students/-/blob/main/Elektrische_Bauelemente/Datenblatt.md): Technische Details zu den Versuchsaufbauten.
+- [doc](https://gitlab.kit.edu/kit/etp-lehre/p2-praktikum/students/-/tree/main/Elektrische_Bauelemente/doc): Dokumente zur Vorbereitung auf den Versuch.
+- [figures](https://gitlab.kit.edu/kit/etp-lehre/p2-praktikum/students/-/tree/main/Elektrische_Bauelemente/figures): Bilder, die für die Dokumentation des Versuchs verwendet wurden.