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Photoeffekt / Fotozelle

Akustik At 1.1

1. Zweck Die Experimentierleuchte III (Abb.1) - ausgerüstet mit einer Quecksilberdampf-Höchstdrucklampe CS 150W - ist eine Lichtquelle hoher Leuchtdichte. Sie ist universell verwendbar für Versuche aus dem Gebiet der Optik; darüber hinaus wird sie mit Vorteil überall dort eingesetzt, wo eine lichtstarke Projektion vorgenommen werden soll. Außer der CS 150 W lassen sich - nach Auswechseln des Lampeneinsatzes - im Gehäuse noch Glühlampen (bis 200W) sowie die Spektrallampen (s. Abschn. 6) betreiben. 2. Beschreibung Die Experimentierleuchte III besteht im wesentlichen aus folgenden Teilen (vgl. Abb. 2):

Abb. 1

1 Lampengehäuse Das Gehäuse (ca.230mm x l30mm x 230mm) ist so konstruiert, dass beim Betrieb mit den vorgesehenen Lichtquellen keine unzulässig hohe Erwärmung auftritt.                       Abb. 2: Schemazeichnung der Experimentierleuchte III Der Stiel des Gehäuses dient zum Aufstellen der Leuchte in einem Stativfuß oder dem Reiter einer optischen Bank. Seine Länge ist so gewählt, dass sich für die eingesetzte CS 150W eine Höhe von 180 mm über Stielende einstellen lässt, wie es für den Gebrauch auf der optischen Bank zweckmäßig ist. Der an der Stirnseite des Gehäuses verschiebbar angeordnete Kondensorhalter 1.1 lässt sich in der Höhe um ca. 2 cm verstellen. Dadurch kann die Lichtaustrittsöffnung an die Höhe (d. h. Höhe der Wendel bzw. des Lichtbogens über dem Lampensockel) der jeweils verwendeten Lampe angepasst werden (vgl. auch Abschn. 4). Die mitgelieferten Kondensoren 5 bzw. 6 oder auch das Verlängerungsrohr lassen sich auf den Kondensorhalter aufstecken.                      Abb. 3: Experimentierleuchte III, Seitenwand aufgeklappt Durch Ziehen am Verschlussknopf 1.2 kann man die eine Seitenwand aufklappen, wonach das Gehäuseinnere zugänglich ist (vgl. Abb. 3).

2 Einsatz für CS150W Der Lampeneinsatz für CS 150 W (Abb. 4) ist auf einen Schlitten aufgesteckt und mit einer Rändelschraube an diesem befestigt. Der Schlitten gleitet zwischen zwei horizontalen Führungsschienen in der (nicht aufklappbaren) seitlichen Gehäusewand. Er lässt sich um etwa 12 cm in Richtung der optischen Achse verschieben, so dass der Öffnungswinkel des austretenden Lichtbündels variiert bzw. in Verbindung mit einem aufgesetzten Kondensor paralleles oder konvergentes Licht erzeugt werden kann.                      Abb. 4: Einsatz für CS 150 W Zum Betätigen des Schlittens dient der mit einer Kunststoffkappe verkleidete Griff; seine Stellung und damit die der eingesetzten Lampe - lässt sich an der 2/1-cm-Teilung ablesen. Bei Lieferung der Experimentierleuchte III mit CS 150 W ist der Einsatz so justiert, dass sich der Lichtbogen in der optischen Achse befindet. Diese Zentrierung bleibt beim Verschieben des Schlittens erhalten. Nach einem Auswechseln der Lampe oder des Einsatzes ist jedoch meist eine Nachjustierung erforderlich (siehe Abschn. 5). 3 Abblendrohr Das Abblendrohr ist mit zwei 4-mm-Steckern auf den Einsatz 2 aufgesteckt (siehe Abb. 5).                      Abb. 5: Abblendrohr, aufgesteckt auf Einsatz für CS 150W Es dient zur Verringerung des Streulichtes im Lampengehäuse und zur Verbesserung der Wärmeableitung.

4 Quecksilberdampf-Höchstdrucklampe CS 150 W Diese Lampe (Abb. 6) mit annähernd punktförmiger Lichtquelle besitzt eine besonders hohe Leuchtdichte. Ihr Spektrum besteht aus Linien (verbreiterte Hg-Linien), denen ein Kontinuum überlagert ist, das sich vom ultraroten bis ultravioletten Spektralgebiet erstreckt.                      Abb. 6: Quecksilberdampf-Höchstdrucklampe CS 150 W Die Lampe ermöglicht z.B. die Demonstration von Interferenz- und Beugungserscheinungen. In Verbindung mit geeigneten Filtern (z. B. den Interferenzfiltern, die auf die Linien des Hg-Spektrums abgestimmt sind) steht monochromatisches Licht zur Verfügung. Technische Daten für CS 150 W Betriebsart Lampenbrennspannung Zündspannung Lampenstrom Lampen-Nennleistung Lichtstrom Lichtstärke Leuchtdichte Lichtbogen (Breite x Höhe) Mittl. Lebensdauer* Brennstellung Sockel Kolben Betriebsdruck Wechselspannung 66 V 520 V 2,7 A 150 W 7000 Im 700 cd 25000 sb 1 x 2 mm 200 h senkrecht ±15°C (Sockel unten) P 28 Quarzgefäß mit Schutzkolben aus Spezialglas ca. 25 atü *Nach ca. 200 Betriebsstunden empfiehlt es sich, die Lampe durch eine neue zu ersetzen, da sonst große Gefahr eines Kolbenbruchs besteht. Aus Sicherheitsgründen darf die Lampe CS 150 W nicht außerhalb des Gehäuses betrieben werden. (Ein evtl. Öffnen des Gehäuses darf erst 10 Minuten nach dem Abschalten erfolgen.) Der Anschluss an das Wechselstromnetz muss stets über das Vorschaltgerät erfolgen.     5 Einfachkondensor (f = 10 cm) zum Aufstecken auf den Kondensorhalter 1.1 an der Stirnseite des Gehäuses.

6 Doppelkondensor (f = 6 cm) zum Aufstecken auf den Kondensorhalter 1.1 an der Stirnseite des Gehäuses. 7 Spezialkabel mit unverwechselbarem Stecker bzw. Buchse (Abb. 7) zum Anschluss der Leuchte an das Vorschaltgerät.                      Abb. 7: Spezialkabel Zum Betrieb der Experimentierleuchte 111 mit Lampe CS 150 W ist das Vorschaltgerät (Abb. 8) erforderlich. Es besteht im wesentlichen aus einer Drossel und einer Zündvorrichtung, die in einem Stahlblechgehäuse 220mm x 200mm x l40mm untergebracht sind. Das Gerät wird über seine Anschlussschnur mit Schukostecker an das Wechselstromnetz angeschlossen. Auf seiner Frontseite befinden sich der Netzschalter zum Ein- oder Ausschalten des Gerätes, die Spezialsteckdose zum Anschluss des Spezialkabels 7 und der (rote) Zündknopf zum Zünden der Lampe CS 150 W. Im Netzschalter befindet sich eine Kontrolllampe, die nach Einschalten des Gerätes leuchtet.                      Abb. 8: Vorschaltgerät für CS 150 W Der zum Lieferumfang der Experimentierleuchte III gehörende Einsatz ist - in Verbindung mit dem zugehörigen Spezialkabel ausschließlich zum Betrieb der Lampe CS 150 W bestimmt. Zum Betrieb der Spektrallampen oder Projektionslampen (bis 200W) mit Sockel P28 ist der Einsatz mit Fassung P28, in Verbindung mit dem hierzu mitgelieferten Spezialkabel erforderlich (Austausch des Einsatzes siehe Abschn. 4). Das Spezialkabel wird dann entweder an die Drossel für Spektrallampen oder - bei Verwendung von Glühlampen - direkt an eine geeignete Spannungsquelle angeschlossen (siehe Abschn. 6).

3. Inbetriebnahme

Da für den Betrieb der CS 150 W die senkrechte Gebrauchslage vorgeschrieben ist, muss die Experimentierleuchte III vor Inbetriebnahme mit ihrem Stiel senkrecht in einem Stativfuß bzw. auf dem Reiter einer optischen Bank gehalten werden. Der Anschluss der Leuchte an das Vorschaltgerät wird mit Hilfe des Spezialkabels 7 vorgenommen.

Nach Einschalten des an das Wechselstromnetz angeschlossenen Vorschaltgerätes ist die Lampe CS150W zu zünden, indem man einige Sekunden lang (nicht mehr als l0 sec) den (roten) Zündknopf am Vorschaltgerät drückt und ihn anschließend rasch wieder freigibt. Zündet die Lampe nicht sofort bzw. geht sie nicht in den Betriebszustand über, wiederhole man nach einer Pause von 1-2 Minuten diesen Vorgang. Sollte die Lampe wider Erwarten auch dann nicht zünden (bedingt durch ungünstige Kondensation von Quecksilber im Innern des Quarzkolbens), so kann durch leichtes Klopfen am Gehäuse oder durch Einschalten des Vorschaltgerätes bei gedrücktem Zündknopf der gewünschte Erfolg erzielt werden.

Abb. 9: Einsatz mit Fassung P 28; Best.-Nr. 08143.01 mit Spezialkabel und einer Spektrallampe

Die maximale Leuchtdichte erreicht die Lampe nach etwa 5 Minuten Betriebsdauer. Zündung und Betrieb der Lampe CS 150 W sind nur bei geschlossenem Gehäuse zulässig. Vor dem Wiederzünden einer gerade in Betrieb gewesenen, abgeschalteten Lampe muss gewartet werden, bis diese ausreichend abgekühlt ist.

4. Austausch von Lampe bzw. Einsatz

Nach dem Aufklappen der Seitenwand des Lampengehäuses und nach Lösen der am Einsatz befindlichen Rändelschraube ziehe man den Einsatz mit Lampe und Abblendrohr vorsichtig in Richtung auf die geöffnete Seitenwand heraus. Das Abblendrohr kann dann nach oben abgezogen und die Lampe bzw. der Einsatz ausgewechselt werden. Man achte darauf, dass sich auf dem Lampenkolben keine Fingerabdrücke befinden, da diese bei Betrieb einbrennen. Eine Entfernung ist mit Alkohol und destilliertem Wasser möglich; anschließend ist der Kolben mit einem sauberen Tuch abzutrocknen.

Schiebt man den Einsatz mit Lampe und Abblendrohr wieder in das Lampengehäuse, so achte man darauf, dass die Rändelschraube am Einsatz gelöst ist. Die Steckerleiste des Einsatzes muss bis zum Anschlag in die Buchsenleiste im Lampengehäuse eingedrückt werden. Erst dann darf die Rändelschraube angezogen werden. Bei Nichtbeachten dieser Vorschrift können Schwierigkeiten beim Justieren der Lampe auftreten. Da die Lage des Lichtbogens bzw. der Lampenwendel über Unterkante Lampensockel nicht einheitlich ist, muss der Kondensorhalter den verschiedenen Höhen angepasst werden. Bei Verwendung der CS 150 W soll sich der Kondensorhalter stets in der untersten Stellung befinden, während bei Gebrauch der Spektrallampen und der Glühlampe die oberste Stellung zu benutzen ist.

Hinweis:
Um zu hohe Übergangswiderstände und unzulässiges Heißwerden der Lampe zu vermeiden, überprüfe man gelegentlich die Kontakte und reinige sie gegebenenfalls.

5. Nachjustieren der Experimentierleuchte III mit CS 150 W

5.1 Justieranordnung

Sollte nach dem Auswechseln einer Lampe oder eines Einsatzes eine Nachjustierung der Lichtquelle erforderlich sein, so ist diese auf folgende Weise durchzufahren:

Auf einer optischen Bank mit Zeissprofil von mindestens 150cm Länge werden eine Irisblende, ein Metallschirm 300 mm x 300 mm und eine Linse (f = 15 cm oder f = 20 cm) angeordnet. Am Metallschirm wird ein Stück Millimeterpapier angebracht und darauf in einer Höhe von 180 mm senkrecht über der Oberkante der optischen Bank ein Achsenkreuz gezeichnet. Die Irisblende soll so aufgestellt sein, dass sich ihr Mittelpunkt ebenfalls genau 180 mm über der Oberkante der optischen Bank befindet. Es wird eine möglichst enge Blendenöffnung eingestellt und diese mit einer beliebigen Lampe beleuchtet.

Mit Hilfe der Linse wird die Öffnung auf den am Schirm markierten Schnittpunkt des Achsenkreuzes abgebildet. Um dies zu erreichen, muss ggf. die Höhe der Linse über der optischen Bank variiert oder die auf den Linsenhalter aufgesteckte Linse um ihre optische Achse gedreht werden. Die sich ergebende Stellung muss bei der folgenden Justierung beibehalten werden; die Linse darf mit ihrem Reiter nur längs der optischen Bank zum Zwecke einer neuen Scharfeinstellung verschoben werden. Um zu prüfen, ob die Irisblende in der optischen Achse sitzt, ist sie 180o um ihre Stielachse zu drehen.

5.2 Anordnung der Experimentierleuchte

Anstelle der Irisblende wird nun die zu justierende Experimentierleuchte III ohne Kondensor im Reiter befestigt. Hierbei muss darauf geachtet werden, dass der Stiel der Leuchte auf der Oberkante der optischen Bank aufsitzt. Zum Ausrichten des Gehäuses wird eine 10-cm-Stativstange auf einen Reiter gesetzt und mit diesem auf der optischen Bank von hinten an die Experimentierleuchte geschoben, bis sie fest in der V-Nut (siehe Abb. 10) liegt. Dabei muss ggf. das Gehäuse etwas gedreht werden. Danach sind die Rändelschrauben der zur Befestigung von Leuchte und Stativstange verwendeten Reiter fest anzuziehen.

Abb. 10: Anordnung der Experimentierleuchte zum Justieren

5.3 Justieren

Die CS 150 W in der Experimentierleuchte III wird nun gezündet und durch Verschieben des Schlittens im Lampengehäuse so angeordnet, dass der Lichtbogen etwa über der Stielmitte liegt. Dann ist nur ein geringfügiges Verschieben der Linse auf der optischen Bank notwendig, um den Lichtbogen scharf auf den Metallschirm abzubilden. Durch Ausüben eines leichten Druckes auf die Längsseiten der Kunststoffkappe kann diese vom Griff der Verschiebeeinrichtung abgezogen werden. Es werden dann die Justierschrauben zugänglich.

Die Drehung der blau gekennzeichneten Schraube bewirkt eine vertikale, die Drehung der rot gekennzeichneten Schraube eine horizontale Verschiebung der Lampe im Innern des Gehäuses. Durch geeignete Einstellung dieser Justierschrauben wird erreicht, dass der Lichtbogen genau auf den Schnittpunkt des markierten Achsenkreuzes abgebildet wird. Nach dieser Justierung befindet sich der Lichtbogen in der optischen Achse der Leuchte. Nach Aufsetzen der Kunststoffkappe auf den Griff ist die Leuchte wieder betriebsbereit.

6. Material / Zubehör

Experimentierleuchte III bestehend aus:

Lampengehäuse
Einsatz für CS 150 W
CS 150 W
Einfachkondensor
Doppelkondensor
Spezialkabel
Quecksilberdampf-Höchstdrucklampe CS 150 W
Vorschaltgerät für CS 150W
   Anschlussspannung 110 V~ /50 Hz
   Anschlussspannung 220 V~ /50 Hz
   Anschlussspannung 110 V~/60 Hz
   Anschlussspannung 220 V~/60 Hz

Dreifuß mit Stellschraube

Zusätzlich zu verwenden:
Einsatz mit Fassung P 28 mit Spezialkabel
Glühlampe 12V/l00W P28
Stelltrafo mit Gleichrichter 36 V~/26 V-
   Anschlussspannung 110 V~/60 Hz
   Anschlussspannung 220 V~/60 Hz oder
Stelltrafo mit Gleichrichter 25V~/20V-
   Anschlussspannung 110V~
   Anschlussspannung 220V~
Spektrallampe Cd
Spektrallampe He
Spektrallampe Hg
Spektrallampe Na
Spektrallampe Ne
Spektrallampe Zn
Universal-Drossel für Spektrallampen Anschlussspannung 220 V~/50Hz
   Anschlussspannung 220 V~/60Hz

Zum Justieren:
Optische Bank 150 cm, Zeissprofil oder
Optische Bank 200 cm, Zeissprofil
Reiter für Zeissbank, 60/46mm
Irisblende
Linsenhalter
Linse in Fassung, f = +20cm oder
Linse in Fassung, f = +15cm
Metallschirm 300mm x 300mm
Stativstange 10 cm