Beobachtungen          Observations:

Kühlwasser-eins         part one

Elektrischer Strom parallel zum Wasser hat Einfluß auf "Beugungmuster"
Electrical current parallel to the water flow influences the "interference fringes"

1.1 elektrischer Strom hat Einfluß

Ein Kupferdraht (Litze) mit 1,5 mm² wird parallel zu den Rohren verlegt und bildet somit eine Leiterschleife.
Durch den Draht wird ein Gleichstrom von bis zu 500 mA geschickt.

Das "Beugungsbild" wird mit der natürlichen Methode durch Spüren untersucht.
Zusätzlich wurde mit einem Ultraschallmikrofon nach weiteren Auswirkungen gesucht.

Der bei ausgeschaltetem Strom ermittelte Abstand rund 0,4 Meter zwischen dem nullten und minus-ersten Maximum konnte durch die Beobachtung einer Kollegin Ulrike W. bestätigt werden.
Auch sie konnte die Maxima ohne Hilfsmittel spüren. Nach ihrer Aussage verwendete sie dabei den Bereich oberhalb ihrer Nase in der Mitte zwischen den Augen.


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Ergebnisse           Results

Das zusätzliche inhomogene Magnetfeld verändert die Intensität.
The additional inhomogeneous magnetic field changes the perceivable intensity.

Der anfänglich benutzte Gleichstrom von 500 mA war von der Wirkung her verhältnismäßig sehr stark.
Spürbare Änderungen in der Position der Maxima treten bereits ab einigen μA auf.

Das zusätzliche Magnetfeld ist also vergleichsweise sehr klein im Verhältnis zum Erdfeld.
Im Abstand von 1 cm beträgt es bei 10 mA  lediglich 200 nT. magnetfeld  
Bei 1 cm Abstand und 500 mA sind es 10.000 nT.
Das Erdfeld ist erheblich stärker, es hat etwa 44.000 nT.      erdmagnetfeld

Das Magnetfeld ändert die Winkelverteilung des "Beugungsbildes".
The magnetic field can change the angular distribution of the "interference fringes".

Das "Beugungsbild" besteht sowohl aus einem groben als auch feinen Muster.
Für das feine Muster gilt ein stetiger Zusammenhang zwischen der Linienlage und dem Magnetfeld.
Das Verhalten ähnelt dem eines Doppelspaltes mit Grob- und Feinstruktur, bei dem der Abstand der Spalte verstellt wird.  (Näherungsweise auch dem eines einfachen Spaltes bei Verstellung der Breite.  gitterbeugung#spalt  )
Beim Doppelspalt haben sowohl die Wellenlänge der Strahlung als auch der Abstand der Spalte sowie die Spaltbreite einen Einfluß auf die Form des Beugungsbildes.      doppelspalt
Veränderungen im Bereich von Ultraschall waren nicht zu beobachten.
           Changes within the range of ultrasonic were not to be observed.

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Abb. 13b: Anordnung der Rohre und der Kabel, links kaltes Wasser (fließt aufwärts), rechts warmes Wasser (fließt abwärts), links Pluspol, rechts Minuspol, 1,5 mm² Kabelquerschnitt Arrangement of the pipes and wires, left cold water (flowing upward) right warm water (flowing downward), left plus and right minus pole, wire 1,5 mm² cross section (FB)
Abb. 13c: Das Magnetfeld zwischen beiden Drähten (Leiterschleife), gerechnet für 10 mA und für die Maße dieser Rohrgeometrie.     magnetfeld Bei anderen Strömen verändert sich lediglich der Maßstab, die Form der Feldverteilung bleibt erhalten. Calculated magnetic field between the two wires with 10 mA current and the given geometry. With other currents only the scale will change but the shape will be the same. (FB)
Abb. 13d: Das Magnetfeld zwischen beiden Drähten für unterschiedliche Ströme, gerechnet. Der Bereich in der Mitte, bei dem das Feld beispielsweise unterhalb 1200 nT bleibt, wird mit zunehmendem Strom schmaler.  2 mA: 0,146 m  5 mA: 0,142 m  9 mA: 0,136 m 13 mA: 0,126 m 20 mA: 0,110 m 30 mA: 0,096 m Calculated magnetic field. The range in the center, with which the field remains for example below 1200 nT, becomes narrower with increasing current. (FB)
Abb. 14a:Im Erdgeschoss, Ultraschallmikrofon, die beiden roten Kabel führen zum Netzgerät. On the ground floor, ultrasonic microphone, the two red cables lead to the power supply unit. (FB)	Abb. 14b: Jeweils an der Außenseite der beiden Rohre wurde ein Kabel befestigt. On each exterior of both pipes a wire is fastened. (FB)
Abb. 15: Im zweiten Obergeschoss wechselt das Kabel die Rohrseiten In the second upper floor the wire changes the sides.  (FB)	Abb. 16:Großes schweres Netzteil. Es fließt ein Gleichstrom von 0,52 A Heavy power supply. A DC current flows with 0,52 A. (FB)
Abb. 17:Ultraschallmikrofon: Frequenzanalyse von 0 kHz bis 50 kHz,   5kHz pro Teilstrich, Strom eingeschaltet keine signifikanten Frequenzen, keine Änderung bei ausgeschaltetem Strom zu messen Ultrasonic microphone: Frequency analysis  0kHz to 50 kHz,  5 kHz per division, electrical current off no significant frequencies,  no influence after current switched on  (FB)
Abb. 17: Ultraschall, Frequenzanalyse   15 kHz bis etwa 200 kHz (Mikrofon-Grenzfrequenz), 50 kHz pro Teilstrich, Strom eingeschaltet, es sind keine signifikanten Frequenzen sichtbar, keine Änderung bei ausgeschaltetem Strom zu messen Ultrasonic frequency analysis  15 kHz to about 200 kHz, (cut off frequency of the microphone)  electrical current on no significant frequencies,  no influence after current switched on or off (FB)
Abb. 19:Erdgeschoss. Etwas links von der Bildmitte befindet sich hinter der Kalksandsteinwand der Installationsschacht mit den Kühlwasserrohren. Zugang durch die rote Tür. Davor liegen Meßgeräte. Zwischen der weißen Wand links und dem Betonschacht befindet sich noch ein weiterer Raum. Aufzeichnung der Positionen eines feineren "Beugungsmusters". Im Vordergrund ist die Meßlinie mit den markierten Positionen der einzelnen "Beugungsordnungen" bei unterschiedlichen Strömen. Der Abstand von den Rohren bis zur Messlinie beträgt 5,5 Meter. Ground floor. Something to the left of the picture center there is behind the lime sandstone wall the service shaft with the cooling water pipes. Entrance is by the red door. Before it an measuring instruments lie. Between the white wall left and the concrete shaft is still another room. Recording of the positions of the finer "interference fringes". Different colours or numbers mean different currents. In the foreground there are marked on a staight line the positions of the particular " diffraction maxima" with different currents. The distance from the pipes up to this line amounts to 5.5 meters. (FB)
Abb. 20: Einspeisung mit Gleichstrom von einigen Milliampere. Eine kleine Batterie 1,5 Volt in Reihe mit einem Vorwiderstand 10 Ohm und einem Potentiometer 1KOhm speisen die Drahtschleife an den Rohren. Feeding DC with some milliamps. A small battery 1,5 Volt in serie with a resistor of 10 Ohm and a potentiometer 1kOhm gives the current for the circuit.  (FB)
Abb. 21:Erdgeschoss,  "Beugungsmuster" bei unterschiedlichen Stromstärken, südliche Seite, rechts ist die Nullmarke = Mittelsenkrechte auf beide Rohre. Die Meßlatte hat zu den Rohren einen Abstand von 5,5 Meter, sie ist 3 Meter lang. Ground floor, "interference fringes" with different currents, southern part. The zero-position is on the right side. The distance between the folding ruler and the tubes is 5,5 meter. The ruler is 3 meter long. (FB)
Abb. 22: Erdgeschoss, die nördliche Seite des "Beugungsmusters" Ground floor, northern part of the "interference fringes".  (FB)
Abb. 22a und 22b: Die Positionen der gespürten Muster wurden mit Papiermarken gekennzeichnet, auf denen die Stromstärke in Milliampere notiert ist. Für  Strom= Null handelt es sich etwa bei -0,5 Meter um das Maximum vermutlich mit der Ordnungszahl -1. The positions of the perceived patterns were marked by coloured paper, the amount of the current is written on it. With current=zero at the position -0.5 meter it should be the maximum with order -1. Mit zunehmender Stromstärke wandern die Positionen weiter nach links. With increasing currents the positions move left.  0 mA   gelbe Marke (0)  rechts  2 mA   lila Marke(2)       links davon  5 mA   gelbe Marke (5)   weiter links  9 mA   orange Marke (9) Bildmitte 13 mA  gelbe Marke (13)  links davon 20 mA  lila Marke (20)      nächstes Bild rechts von der Mitte 30 mA  orange Marke (30) Mitte nächstes Bild zum Ablauf der Datenaufnahme Beginnend mit Strom Null wurden die Markierungen in der Reihenfolge von Mitte nach Süd und von Mitte nach Nord geklebt. Erst nachdem alle Marken angebracht waren, erfolgte die Übertragung der zugehörigen Längen in das Meßprotokoll. Execution of data acquisition Beginning with current zero the paper marks were stuck in the order from center to south and from center to north. Only after all marks were attached, the readings of the associated lengths were taken and written down into a book. (FB)
Index Position/m Strom/mA   0 2 5 9 13 20 30 current                                 -7 -2,95             -6 -2,52 -2,70         -5 -2,12 -2,30 -2,72         -4 -1,75 -1,88 -2,15 -2,85       -3 -1,35 -1,45 -1,69 -2,15 -2,79     -2 -0,95 -1,05 -1,18 -1,50 -1,92 -2,80 -3,00 -1 -0,55 -0,52 -0,73 -0,90 -1,02 -1,47 -1,68 0 0,00 0,22 0,01 -0,05 -0,17 -0,19 -0,22 1 0,60 0,80 0,83 0,49 0,49 0,82 0,36 2 1,18 1,38 1,37 1,31 1,63   1,73 3 1,69 1,91 2,01 2,21 2,62 2,58 3,55 4 2,21 2,55 2,63 3,02         5 2,80 2,95 3,23         mittlerer Abstand /m average 0,42 0,49 0,55 0,70 0,87 1,31 1,39
Tabelle 02: Positionen der Maxima als Funktion des Stromes. Aus dem Abstand von 5,5 Metern zwischen der Beobachtungslinie mit dem Maßstab und den Rohren läßt sich aus der Position der Beugungswinkel errechnen. indizierung The maximums' position as function of the current. From the distance between the pipes of 5.5 meter and the observation line the diffraction angle can be calculated.  indizierung (FB)
Abb. 23: Grundriß: Geometrische Position der "Beugunsmaxima" mit Verbindungslinien zur "Strahlquelle". Zur besseren Übersichtlichkeit wurden die Positionen mit höheren Strömen etwas nach Osten (unten in dieser Darstellung) versetzt wie in Abb. 22. Offensichtlich wandern die Maxima mit zunehmendem Strom nach außen. In der Optik kennt man diesen Effekt bei Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen und nutzt ihn mit optischen Gittern zur spektralen Analyse von Licht.    lichtzerlegung  Groundplan: The geometrical positions of the "diffraction maxima" are connected by lines to the "radian source". To the better clarity the positions with higher currents were shifted somewhat eastward (down in this plot) as in fig. 22. Obviously the maxima walk outward with increasing current. In the optics this effect with light is known for different wavelengths and is used with optical lattices to the spectral analysis of light.   lichtzerlegung (FB)
Abb. 24: Positionen der Maxima in Nord-Südrichtung als Funktion des Stromes Die Zahlen an den Kurven entsprechen einem fortlaufenden Index bzw. einer Ordnung. indizierung Offensichtlich wandern die Maxima mit zunehmendem Strom nach außen. Positions of the maxima in north-south direction as function of the current. The numbers correspond to an consecutivly index resp. order.  indizierung Obviously the maxima go outwards with increasing current.    (FB)
Abb. 25:Position der "Beugunsordnungen" als Funktion des Stromes. Mit zunehmendem Strom werden die Kurven steiler. In der Nähe der Nullten Ordnung ist die Indizierung problematisch.  indizierung Die Kurven scheinen jeweils im Außenbereich eine fast konstante Steigung zu haben. doppelspalt-rechnung Positon of the diffraction orders as a function of current. With increasing current the gradient increases. In the center (order= zero) it is difficult to allocate the correct index. indizierung In the outer parts the curves seem to have a constant gradient.  doppelspalt-rechnung (FB)
Abb. 26: Der mittlere Abstand der Positionen der Ordnungen nimmt mit dem Strom zu. Wegen der problematischen Indizierung bei der Nullten Ordnung wurden hier nur Punkte verwendet, die südlich der nullten Ordnung lagen. Mittelung über mehrere Punkte ist zulässig, da eine konstante Steigung im Außenbereich (vorheriges Bild) vorliegt. Zum Vergleich: Beugungsbild eines Spaltes mit unterschiedlicher Breite gitterbeugung#spalt The average distance between next orders increases with current. According to the problematic indexing only positions from the southern region were used Averaging is allowed because of the constant gradient in the outer regions. For comparison: Diffraction pattern of a slit with different width.  gitterbeugung#spalt (FB)

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