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Begleitete Tour - Handheld-Technologie


1. Messsysteme

Mit "Handheldtechnologie" sind kompakte, bewegliche Geräte mit Sensoren gemeint, die mit Taschenrechnern oder Computern genutzt werden. Es handelt sich bei diesen Geräten um vollständige Messsysteme. Das Handheld-Equipment stellt einen guten Kompromiss zwischen Laborinstrumenten und pädagogischen Bedarf da. Da die Lernenden die Analysegeräte (Taschenrechner, Computer) nicht nur zum Messen einsetzen, bieten selbige weitere vielfältige Möglichkeiten (Programmierung, eigene Simulationen oder Messprogramme erstellen, …).

Sensor

Interface

grafischer
Taschenrechner

Apparatur:

  1. Sensor - stellt den Kontakt mit der Außenwelt her.
  2. Interface - Sammelt und speichert Daten.
  3. (grafischer) Taschenrechner – zeigt und analysiert die Messdaten
  4. Weitere Hard and und Software - z.B. zur Analyse oder dauerhaften Speicherung

Die Sensoren nehmen Signale auf, die vom Interface digitalisiert und gespeichert werden. Gemessen werden kann z.B. Spannung, Stärke eines Magnetfeldes, Beschleunigung, … Gemein haben die Sonsoren, dass sie elektrische Signale (in Form von variierender Spannung oder Stromstärke) an das Interface schicken. Wie viele und wie häufig das Interface Daten registriert kann eingestellt werden. Im Anschluss können die gesammelten Messwerte mit Hilfe integrierter oder selbst entwickelter Analysefunktionen bearbeitet werden.


2. Wie man Messdaten aufnimmt:

  1. Die Software oder Anwendung muss auf dem Rechner installiert sein und gestartet werden.
  2. Wählen Sie einen oder mehrere Sensoren aus und verbinden sie selbige mit dem Interface.
  3. Legen Sie fest wie die Messung ablaufen soll (Anzahl Messwerte etc…)
  4. Führen Sie das Experiment durch und Speichern Sie die Daten.

Manchmal ist es notwendig oder sinnvoll vor der Durchführung eines Experimentes spezielle Software zu laden. Dafür kann z.B. das GraphLink Kabel in Verbindung mit der Software TI Connect genutzt werden. Die Analyse der Daten kann sofort nach Beendigung des Experiments – oder auch später - beginnen. Dieses Vorgehen ist für alle in LEPLA beschriebenen Experimente identisch.



Grafische Taschenrechner.
Bei den in LEPLA verwendeten Taschenrechnern handelt es sich um reine Grafikrechner:

  1. TI84 oder TI84 Plus,TI-83plus oder TI-83SE, TI83
  2. bzw. um Grafikrechner mit integrierten CAS: TI89 Titanium or TI89,Voyager2000, TI-92plus.

Diese Rechnertypen haben verschiedene Betriebssysteme, ihre Grundfunktionen sind aber weitgehend identisch. Eine ausführliche Einleitung zur Verwendung dieser Rechner finden Sie in jedem LEPLA-Modul.

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Taschenrechnerzubehör.
Es gibt verschiedenes Zubehör, um die Daten des Taschenrechners auf einen Rechner zu übertragen:

  1. silver GraphLink Kabel - USB Port.
  2. gray GraphLink Kabel – für den seriellen Port
    (PC und Macintosh).
  3. black GraphLink Kabel - für den seriellen Port
    (Nur PC).
  4. Die neuen Taschenrechner erlauben auch direkte USB-Verbindung zwischen Gerät und Computer.

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Interfaces (CBL, CBL2, LabPro oder CBR).
Das Interface übersetzt die analogen Signale der Sensoren in digitale Informationen. In den meisten Fällen arbeiten die Sensoren vergleichbar. Sie unterscheiden sich in einigen Features und auch im Preis.

  1. Das CBL (Calculator Based Laboratory) ist das erste Messinterface von Texas Instruments. Es ist seit einigen Jahren nicht mehr erhältlich. Da es recht robust ist, findet man es aber immer noch in vielen naturwissenschaftlichen Sammlungen.
  2. Das CBL2 ist der Nachfolger des CBL (1). Es hat eine Auflösung von 10 bit, 3 analoge und einen digitalen Eingang. Im Gegensatz zum CBL hat es kein Display.
  3. Das LabPro wird von Vernier hergestellt. Es hat eine Auflösung von 12 bit, 4 analoge und 2 digitale Eingänge.
  4. Das CBR oder CBR 2 (Calculator Based Ranger) ist ein spezielles Interface, das auch als Sensor eingesetzt werden kann. Mit ihm misst man Abstände, Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen.

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Sensoren.
Es sind zahlreiche analoge Sensoren für die unterschiedlichsten Anwendungen und Experimente verfügbar. Alle Sensoren sind vorkalibriert; können aber durch einfache 2 Punkt Messung auch nachkalibriert werden. Die meisten bei LEPLA verwendeten Sensoren sind als spezielles Zubehör im Handel erhältlich. Jedoch können auch andere Sensoren genutzt werden. Digitale Sensoren sind ebenfalls verfügbar (z.B. das CBR). Einige Sensoren haben keine lineare Charakterstik. Beachten Sie vor dem Kalibrieren also die mitgelieferte Bedienungsanleitung.

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Zusätzliche Taschenrechner
und Computersoftware.


Es gibt drei Arten von Software für die Taschenrechner:

  1. Einzelanwendungen von Anwendern (Frei im Internet verfügbar).
  2. Standardsoftware (Kostenlos mitgeliefert oder im Internet verfügbar): Vernier Physics, DataMate, Ranger, Science.
  3. Kommerzielle Software (z.B. LoggerPro für das LabPro).

Zum Überspielen von Daten können verschiedene Programme wie GraphLink, TI-Connect, TI-Interactive, ... genutzt werden.

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