Grundlagen des Versuchsprotokollschreibens Torben Karrock 25.10.2016

Ohne eine schlüssige Beweisführung sind Ihre Aussagen nicht viel mehr als heiße Luft.  Jede Behauptung/Aussage, die Sie in Ihrem Protokoll treffen, muss mit Messdaten und logischen Schlussfolgerungen begründet sein!

Warum sollen Sie Protokolle schreiben? Das Vorgehen und die Ergebnisse sollen auch mit etwas zeitlichem Abstand von Ihnen nachvollzogen werden können. Sie sollen lernen, einen Text zu verfassen, in dem Sie einer außenstehenden Person vermitteln, was Ihr Ziel war, wie Sie vorgegangen sind, welche Ergebnisse Sie erzielt haben und wie Sie diese interpretieren. Praktikumsprotokolle sind in Ihrem Studium eine der sehr wenigen Gelegenheiten, bei denen Sie das Verfassen solcher Texte üben können, bevor Sie diese Fähigkeiten für Ihre Bachelor- und auch Masterarbeit dringend brauchen!

Beispielversuch

Strom-Spannungs-Kennlinie eines ohmschen Widerstandes Beispielversuch Strom-Spannungs-Kennlinie eines ohmschen Widerstandes Ziel: Im folgenden Versuch soll die Strom-Spannungs-Kennlinie eines ohmschen Widerstandes vermessen werden und die Gültigkeit des ohmschen Gesetzes überprüft werden. Materialien: Widerstand 10 Ω Einstellbare Stromquelle Multimeter Kabel

Beispielversuch Durchführung: Schließen Sie den Widerstand und das Multimeter mit Hilfe der Kabel entsprechend Abb. 1 an die Stromquelle an, um die Spannung über dem Widerstand zu messen. Bevor Sie die Stromquelle einschalten, lassen Sie Ihren Betreuer die Schaltung überprüfen. Messen Sie für einen Stromfluss von 0 bis 1 A die Spannung über dem Widerstand. Nehmen Sie zehn gleichmäßig verteilte, sinnvolle Messwerte im angegebenen Intervall auf und notieren Sie die entsprechenden Strom- und Spannungswerte. Erstellen Sie ein Protokoll für diesen Versuch. Abb.1: Schaltung zum Vermessen der Strom-/Spannungskennline eines Widerstandes

Messung: (Abweichend zur Anleitung: hier 3 Messdurchgänge) Beispielversuch Messung: (Abweichend zur Anleitung: hier 3 Messdurchgänge) Messung Strom [A] Spannung (1) [V] Spannung (2) [V] Spannung (3) [V] 1 0,1 1,179 1,128 1,159 2 0,2 2,247 2,180 2,204 3 0,3 3,292 3,123 3,392 4 0,4 4,049 4,003 4,448 5 0,5 5,438 5,427 4,983 6 0,6 6,017 6,086 6,514 7 0,7 7,068 7,128 7,641 8 0,8 8,915 8,170 8,237 9 0,9 9,555 9,778 8,932 10 9,795 10,024 10,892

Beispielprotokoll

Protokoll erstellen - Allgemein Ein Protokoll muss nicht lang sein! Es muss alle nötigen Informationen, Erklärungen, Analysen und Schlussfolgerungen enthalten, sollte aber nicht künstlich gestreckt werden.  Dokumentlänge ist kein Qualitätsmerkmal! Ein Unbeteiligter mit gleichem Ausbildungsstand wie Sie, der nichts über diesen Versuch weiß, muss ihn vollständig nachvollziehen und Ihre Diskussion und Schlussfolgerung verstehen können. Betrachten Sie das, was Sie geschrieben haben, immer unter diesem Blickwinkel, sowohl was den Detailgrad Ihrer Beschreibung als auch die Reihenfolge/„den roten Faden“ Ihres Protokolls angeht.

Protokoll erstellen - Format Ein guter Anfang ist es, sich einen Rahmen zu schaffen: Entweder ein Dokument selbst entsprechend der Formatierungs-bedingungen, die vorgegeben wurden (zum Beispiel durch die Praktikumsordnung oder den Betreuer), erstellen und schon einmal in Abschnitte wie Inhaltsverzeichnis, Einleitung, Versuch etc. unterteilen. Eine andere Möglichkeit ist es, sich z.B. die Formatvorlage für die Praktikumsversuche herunterzuladen und diese zu verwenden (das Beispielprotokoll). Dieser Rahmen kann dann nach und nach mit Inhalt gefüllt werden und man steht nicht mit einer Schreibblockade vor einem leeren Dokument.

Protokoll erstellen - Grundlegender Aufbau Einleitung Die Motivation, warum diese Arbeit durchgeführt wird, und Hintergrund-informationen Der Versuch / die Arbeit Versuchsaufbau und Durchführung Auswertung Notwendige Messergebnisse, Aufbereitung und Diskussion der Ergebnisse Anhang Alles, was zur Vollständigkeit der Arbeit gehört, aber für deren Verständnis nicht zwingend notwendig ist (z.B. weitere Messungen, Nebenrechnungen) Verzeichnisse Vor allem das Literaturverzeichnis für die Quellenangaben

Protokoll erstellen - Format Minimale Formatvorschriften für die Protokolle dieses Praktikums: Schriftgröße 12 1,5-facher Zeilenabstand Schriftart: Times New Roman oder vergleichbare Serifenschrift Seitenrand min. 3 cm (zwecks Korrekturplatz) Seitenzahl entweder in Kopf oder Fußzeile Deckblatt mit Versuchsbezeichnung, Gruppenmitgliedern, Betreuer und Datum

E000 Ohmscher Widerstand Beispielprotokoll Beispielprotokoll: Versuchsbezeichnung Beteiligte Personen Datum Inhaltsverzeichnis (kann hier beginnen oder auf der nächsten Seite) E000 Ohmscher Widerstand Gruppe A: Collin Bo Urbon, Klara Fall, Karlo Rien Betreut von Elektromaster Am 02.11.2112 Inhalt Einleitung Widerstand und ohmsches Gesetz Aufgabenstellung II. Versuch: Strom-Spannungs-Kennline …

Beispielprotokoll Einleitung Widerstand und ohmsches Gesetz Der ohmsche Widerstand gehört zu den Grundzweipolen der Elektrotechnik. Der Strom und die Spannung sind hier proportional zu einander. Dieser Zusammenhang wird durch das ohmsche Gesetz beschrieben. Ohmsche Widerstände gibt es in den unterschiedlichsten Bauformen. Zudem besitzt jeder elektrische Leiter einen Widerstand. Aufgabenstellung Bei angelegtem Strom soll die jeweilige Spannung an einem bekannten Widerstand gemessen werden, um den theoretisch linearen Zusammenhang zwischen beiden Größen an diesem Bauteil nachzuweisen.

Versuch: Strom-Spannungs-Kennlinie Beispielprotokoll Versuch: Strom-Spannungs-Kennlinie Versuchsaufbau Eingesetzte Geräte: Für den Versuch wurden ein 10-Ω-Widerstand [1], eine einstellbare Stromquelle [2], ein Multimeter [3] und einige Kabel verwendet. Versuchsaufbau: Der Versuch wurde entsprechend der Versuchsanleitung [4] aufgebaut. Hierfür wurde die Stromquelle an die Pole des Widerstandes angeschlossen und das Multimeter als Spannungsmessgerät parallel zu diesem.

Beispielprotokoll B. Durchführung Der Versuch wurde entsprechend der Versuchsanleitung [4] durchgeführt. Der Strom wurde mit der regelbaren Stromquelle schrittweise erhöht und die Spannung auf dem Multimeter abgelesen. Zu jeder Stufe wurden sowohl Strom als auch Spannung festgehalten. Um für die Auswertung eine Mittelung und damit einhergehende Minderung des Ablesefehlers zu ermöglichen, wurde die Messung – abweichend von der Versuchsanleitung – dreimal durchgeführt. Die Messergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1: Messwerte für die Spannungsmessung am 10 Ω Widerstand bei variiertem Strom für alle drei durchgeführten Messungen Messung Strom [A] Spannung (1) [V] Spannung (2) [V] Spannung (3) [V] 1 0,1 1,179 1,128 1,159

Beispielprotokoll Messung Strom [A] Spannung (1) [V] Spannung (2) [V] Tabelle 1: Messwerte für die Spannungsmessung am 10-Ω-Widerstand bei variiertem Strom für alle drei durchgeführten Messungen Messung Strom [A] Spannung (1) [V] Spannung (2) [V] Spannung (3) [V] 1 0,1 1,179 1,128 1,159 2 0,2 2,247 2,180 2,204 3 0,3 3,292 3,123 3,392 4 0,4 4,049 4,003 4,448 5 0,5 5,438 5,427 4,983 6 0,6 6,017 6,086 6,514 7 0,7 7,068 7,128 7,641 8 0,8 8,915 8,170 8,237 9 0,9 9,555 9,778 8,932 10 9,795 10,024 10,892

Beispielprotokoll III. Auswertung Es folgen eine Auswertung der Messwerte und die Bestimmung des Widerstandes R für jeden einzelnen Messpunkt aus Tabelle 1 sowie eine Diskussion der Ergebnisse. Der Widerstand R wird dabei über die Formel (1) bestimmt. (1) Die berechneten Widerstandswerte R für jeden einzelnen angelegten Strom und die dazugehörige gemittelte Spannung über die drei Messdurchgänge sind der Tabelle 2 im Anhang zu entnehmen. Im nächsten Schritt erfolgt eine Bestimmung des mittleren Widerstandes mit Hilfe des arithmetischen Mittels mit Gleichung (2), N entspricht hierbei der Anzahl der Messungen. Für I werden die angelegten Ströme und für U die gemittelten Spannungen über die jeweils drei Messdurchgänge verwendet.   (2)

Beispielprotokoll Für das arithmetische Mittel des Widerstandes ergibt sich für die drei Messdurchgänge jeweils ein Wert von: Und aus diesen ein Gesamtdurchschnitt von :  

Beispielprotokoll Grafische Auswertung Der Widerstand kann außerdem über die Steigung der I-U-Kennlinie ermittelt werden. Abbildung 1 zeigt die mit Hilfe der automatischen Trendlinie von Excel interpolierte I-U-Kennlinie, welche zum Mindern der Ablesefehler aus den gemittelten Messpunkten der drei Einzelmessungen erstellt wurde. Der Widerstand wird über das Steigungsdreieck an der Ausgleichsgeraden in Abbildung 1 mit Gleichung 3 bestimmt. (3) Somit ergibt sich ein grafisch ermittelter Wert für den Widerstand von:

Beispielprotokoll   Abbildung 1: Versuchsgraph zu den Messwerten der durchgeführten Strom-Spannungs-Kennlinienermittlung gemittelt über die drei Einzelmessungen und eine Ausgleichsgerade der Messwerte inklusive der Geradenfunktion für die Ausgleichsgerade (für diese entspricht x dem angelegten Strom und y der gemessenen Spannung).

Beispielprotokoll B. Diskussion der Ergebnisse Der Vergleich der rechnerischen und der grafischen Auswertung der Daten zeigt einen Unterschied zwischen den Werten für den Widerstand. Dieser Unterschied kommt durch die Ausgleichsgerade des Graphen zustande, welche ohne die Randbedingung erstellt wurde, dass sie durch den Nullpunkt gehen müsste. Zudem liegen beide Werte über dem vom Hersteller angegebenen Wert für den 10-Ω-Widerstand. Für diese Abweichung gibt es verschiedene Erklärungsmöglichkeiten. Zum einen ist eine wirkliche Abweichung des Widerstandswertes möglich, da bei der Herstellung die Werte der Bauteile nur in gewissen Toleranzgrenzen garantiert werden [1]. Eine zweite Fehlerquelle könnte die Einstellgenauigkeit der Stromquelle sein. Diese musste per Hand mittels eines Drehknopfes auf den gewünschten Wert gestellt werden, wie exakt dieser erreicht wurde, konnte beim gegebenen Messaufbau nicht geprüft werden. Hier wäre eine Erweiterung des Messaufbaus um ein zusätzliches Strommessgerät sinnvoll.

Beispielprotokoll Als dritte Fehlerquelle kommen die Mess- und Ablesegenauigkeit des Multimeters als Spannungsmessgerät in Frage. Auch hier können Fehler direkt durch das Gerät, aber auch durch die Ablesegenauigkeit entstehen. Es wurde versucht, einen Teil des Ablesefehlers durch wiederholtes Messen und Mitteln über die Messdaten auszugleichen. Trotz der Abweichungen konnte durch den Versuch die Annahme eines linearen Zusammenhangs bei einem ohmschen Widerstand zwischen Strom und Spannung im Rahmen der Messgenauigkeit bestätigt und der Wert des Widerstandes ausreichend genau ermittelt werden.

Beispielprotokoll IV. Anhang Messdaten und Widerstandswerte Messung Tabelle 2: Aufgenommene Messdaten und punktweise errechneter Widerstandswert über die Mittelung der drei Messreihen. Messung Strom [A] Spannung (1) [V] Spannung (2) [V] Spannung (3) [V] Widerstand Ø1-3 [Ohm] 1 0,1 1,179 1,128 1,159 11,557 2 0,2 2,247 2,180 2,204 11,053 3 0,3 3,292 3,123 3,392 10,896 4 0,4 4,049 4,003 4,448 10,417 5 0,5 5,438 5,427 4,983 10,565 6 0,6 6,017 6,086 6,514 10,343 7 0,7 7,068 7,128 7,641 10,399

V. Literaturverzeichnis Beispielprotokoll V. Literaturverzeichnis [1] Musterdatenblatt 10Ω Widerstand, www.Widerstand-und-co-kg.de/Datenblaetter/10.pdf , Widerstand und Co. KG, Bielefeld, Aug. 2013 [2] Musterdatenblatt einstellbare Stromquelle X1000ZOOM, www.BuD.com/X1000.pdf der Firma Blitz und Donner, Athen Griechenland, Jan. 1980 [3] Musterdatenblatt Multimeter U12345, www.hp.tb/U12345.pdf, Hans und Peter, Timbuktu Mali, Jun. 1995 [4] R. Marsens, "Strom-Spannungs-Kennlinie eines ohmschen Widerstandes ," CAU Kiel, Tächnische Fakultät, Lehrstuhl für Datenfreiheit, 2013.

Hinweise zur Protokollerstellung

Anmerkungen Bedenken Sie: Sie haben genug Zeit, Ihr Protokoll vor der Abgabe mehrfach in Ruhe durchzulesen und zu korrigieren.  Es gibt keinen plausiblen Grund, Protokolle mit Ausdrucks-, Rechtschreib- oder anderen Formfehlern abzugeben! Tipp: Drucken Sie Ihr Protokoll zum Korrigieren aus und korrigieren Sie es auf Papier. Man findet deutlich mehr Fehler als am Bildschirm – egal, ob am PC, Tablet oder gar auf dem Smartphone!

So geht‘s nicht: So ist‘s besser: Diagramme So geht‘s nicht: So ist‘s besser: Unvollständige Beschriftungen führen zu Fehlinterpretationen Abbildung 1: Messwerte Abbildung 1: Gemittelte Strom-/ Spannungsmesswerte an einem Widerstand mit Ausgleichsgerade.

Diagramme Alle Parameter müssen so gewählt werden, dass die Informationen gut erkennbar sind (hierzu gehören: Gesamtgröße, Schriftgrößen, Achsenaufteilungen, Liniendicken, Linienfarben) Vollständige Achsenbeschriftung (Größe, Einheit, Skalierung) Vollständige Legende Eine Bildunterschrift mit ausreichender Erklärung, um den Inhalt des Diagramms zu erfassen Nicht zu viele Informationen (Graphen) in einem Diagramm darstellen

Tabellen Auch Tabellen bekommen eine Beschriftung! Nach Möglichkeit kommt die Beschriftung einer Tabelle im Gegensatz zur Beschriftung von Diagrammen über die Tabelle anstatt darunter. Weniger Linien sind mehr! (häufig sind senkrechte Linien nicht erforderlich und auch horizontale Linien sparsam verwenden)

Diagramme, Formeln, Bilder, Schemazeichnungen etc. Sowohl Diagramme als auch Tabellen, Bilder und Schemazeichnungen bekommen die schon erwähnte Beschriftung und auch immer eine Nummer passend zu ihrer Kategorie. Mit Hilfe der Nummer und Kategorie kann dann im Fließtext auf das jeweilige Element verwiesen werden. Jedes Element, das im Protokoll gezeigt wird, muss zusätzlich zu seiner Beschriftung auch einen Textbezug haben! Es muss also einen informativen Zweck bei der Beschreibung, Erklärung oder der Argumentation erfüllen und an geeigneter Stelle im Fließtext erwähnt und ggf. beschrieben und erklärt werden.

Zitieren Kopieren und Zitieren sind zwei völlig unterschiedliche Dinge! Kopieren und Übernehmen von Informationen, Messdaten oder Textpassagen aus jeglichen anderen Quellen (alte Protokolle, Bücher, Internet) ist verboten! Zitieren oder Referenzieren hingegen ist erlaubt und sinnvoll. Zitieren bzw. Referenzieren bedeutet, Informationen aus anderen Quellen wiederzugeben, welche die eigenen Aussagen und Schlussfolgerungen untermauern, belegen oder anderweitig zum Verständnis beitragen und die Zitate und Referenzen auch als solche zu kennzeichnen!  Die Herkunft jeder Information (Bild, Daten, Text), die nicht aus Ihren eigenen Messungen stammt oder von Ihnen entwickelt wurde, muss angegeben werden.

Variablen und physikalische Größen: kursiv Formelsatz Variablen und physikalische Größen: kursiv Fläche A, die Unbekannte x, Masse m Mathematische Konstanten: aufrecht Kreiszahl: π, eulersche Zahl: e, imaginäre Einheit: j Einheiten: aufrecht 1 V, 1 kg, 1 Ω, 1 µA ,1 m Vektoren: kursiv und fett oder mit Vektorpfeil Geschwindigkeit v oder v , elektrisches Feld E oder E Indizes: aufrecht, wenn sie Abkürzungen für Wörter sind, kursiv, wenn sie für Formelzeichen stehen Gesamtlänge lges, das Folgenglied an

Was tun, wenn Messdaten offensichtlich falsch sind? Was macht man, wenn man dies hier misst, aber dies hier erwartet? In diesem Fall wurden Messdaten aufgenommen, die sehr offensichtlich nicht dem linearen Verlauf einer Strom-Spannungs-Kennlinie eines ohmschen Widerstandes entsprechen.

Was tun, wenn Messdaten offensichtlich falsch sind? Falls der Versuch nicht erneut durchgeführt werden kann, um neue Messdaten zu ermitteln, müssen die vorhandenen Messdaten im Protokoll gezeigt werden. Es wird beschrieben, wie sie aufgenommen wurden, und dann kann darauf eingegangen werden: Warum Ihnen auffällt, dass die Messdaten offensichtlich falsch sind (Referenzen zu anderen Quellen, Erwartungen aus Formeln oder Angaben in der Versuchsdurchführung) Erklärungsversuche, weshalb die Messdaten so aussehen wie sie aussehen, ebenfalls logisch begründet und ggf. mit Referenzen belegt

Was tun, wenn Messdaten offensichtlich falsch sind? Hierdurch wird ein Protokoll nicht automatisch schlechter, es kommt vielmehr darauf an, dass was vorhanden ist zu zeigen und schlüssig zu erklären. Hierdurch zeigen Sie, dass Sie den Sachverhalt verstanden haben und in der Lage sind, auch Ihre eigenen Messergebnisse kritisch zu beurteilen und Fehler zu entdecken.

Ein Rat zum Schluss Die Fähigkeit gut mit mindestens einem Schreibprogramm umzugehen (z.B. Word, OpenOffice, LaTeX), ist nicht nur für das Verfassen dieses Protokolls nützlich, sondern kommt Ihnen auch im restlichen Studium, bei Ihren Abschlussarbeiten und im Berufsleben zugute. Nutzen Sie das Protokollschreiben also auch, um den Umgang mit einem solchen Programm zu üben. Arbeiten Sie sich in die einzelnen Funktionen, die Ihr Programm bietet, ein und googlen Sie ggf. Lösungen und Kniffe für Dinge, die Sie damit erreichen wollen. Es gibt für die meisten Anwendungsprobleme gute Lösungen im Internet.