Erd­ma­gnet­feld mit Phyphox

Phy­phox ist eine App, die von der RWTH Aachen ent­wi­ckelt wurde, um jedes moderne Smart­phone in ein klei­nes Phy­sik­la­bor ver­wan­delt. Die App ist kos­ten­los für Android und IOS ver­füg­bar und belegt nur wenig Spei­cher­platz im Handy. Tippe auf das Logo oben zum Download.

Wir wol­len die App nut­zen, um das Magnet­feld der Erde zu ver­mes­sen. Wie der Magnet­feld-Sen­sor dei­nes Smart­pho­nes funk­tio­niert, behan­deln wir spä­ter mit dem Hall-Effekt.

App star­ten

Das Smart­phone misst das Magnet­feld in den drei Raum­rich­tun­gen. Bild­quelle: phyphox.org.

Ver­mes­sung des Erdmagnetfeldes

  1. Lege dein Smart­phone auf einen waa­ge­rech­ten Tisch und starte die Mag­ent­feld­mes­sung mit der Option MULTI, wie oben in der Gale­rie gezeigt.
  2. Richte dein Smart­phone mit der Ober­seite genau nach Nor­den aus. Beschreibe, woran du die genaue Aus­rich­tung erkennst. Notiere die Feld­stärke in y‑Richtung in der Ein­heit µT (Mikro­tesla).
  3. Wie­der­hole die Aus­rich­tung auch für Süd, Ost, West und notiere die zuge­hö­ri­gen Feldstärken. 
  4. Erläu­tere, was deine Mess­werte mit den Begrif­fen Ver­ti­kale und hori­zon­tale Kom­po­nente des Erd­ma­gnet­felds zu tun haben kön­nen. Erstelle auch eine Skizze.
  5. Berechne aus der ver­ti­ka­len und hori­zon­ta­len Kom­po­nente den Inklinationswinkel.
  6. Richte dein Smart­phone erneut in Süd­rich­tung aus und kippe es nun über die kurze Seite nach oben (in z‑Richtung) bis die Feld­stärke in z‑Richtung gleich Null ist. Begründe, dass dass Smart­phone mit der Tisch­platte nun den Inkli­na­ti­ons­win­kel einschließt.

War­nung: Setze dein Smart­phone kei­nen star­ken Magnet­fel­dern aus. Du darfst z.B. kei­nen Power-Magne­ten oder Neo­dym-Magne­ten direkt auf dein Phone set­zen. Es besteht die Gefahr, dass du die Kali­brie­rung dei­nes Magnet­feld­sen­sors dau­er­haft beschä­digst. Das liegt daran, dass Bau­teile im Inne­ren dei­nes Smart­pho­nes per­ma­nent magne­ti­siert wer­den können.

Mess­werte des Magnet­feld­sen­sors kalibrieren

Falls der Betrag der Feld­stärke in Nord-Rich­tung von dem in Süd-Rich­tung deut­lich abweicht muss dein Smart­phone kali­briert wer­den. Ent­spre­chen­des gilt für Abwei­chun­gen in Os-West-Richtung.

Das Smart­phone ver­sucht den sehr emp­find­li­chen Magnet­feld-Sen­sor stän­dig selbst zu kali­brie­ren, um eine mög­lichst genaue Aus­rich­tung des Kom­pass’ zu ermög­li­chen. Was bedeu­tet eigent­lich kali­brie­ren?

Der Magnet­feld­sen­sor sollte eine Feld­stärke von 0 T (die Maß­ein­heit für die magne­ti­sche Feld­stärke ist Tesla) anzei­gen, wenn kein Magnet­feld in der Nähe ist. Da das Smart­phone aber selbst magne­tisch sein kann, besteht die Gefahr, dass der Null­punkt des Magnet­feld­sen­sors nicht rich­tig ange­zeigt wird. Im Fol­gende wol­len wir sicher­stel­len, dass das Smart­phone in allen drei Raum­rich­tun­gen kali­briert wird:

  1. Richte dein Smart­phone nach Nor­den aus. Notiere, woran du das erkennst. Notiere die Feld­stärke in y‑Richtung. Richte es nach Süden aus und notiere erneut die Feld­stärke in y‑Richtung. Addiere beide y‑Werte und notiere die Abwei­chung Δy. Man nennt die­sen ver­scho­be­nen Null­punkt auch Off­set
  2. Wie­der­hole den Vor­gang in x- und z‑Richtung und notiere die Off­sets Δx und Δz.

Merke: Wenn du sehr genaue Feld­stär­ken benö­tigst, muss du die Off­sets Δx, Δy und Δz von dei­nen Mess­wer­ten Subtrahieren.

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