Bachelor + Master Publishing
811 Bachelorarbeiten, 533 Masterarbeiten, 10.103 Diplomarbeiten

Die Untersuchungen der täglichen Veränderungen des Erdmagnetfeldes durch Coulomb und Cassini

Nachbau eines Deklinationskompasses, Nachvollzug und physikalische Diskussion der Messungen

Die Untersuchungen der täglichen Veränderungen des Erdmagnetfeldes durch Coulomb und Cassini
Über dieses Buch
  • Art: Staatsexamensarbeit
  • Autor: Daniel Osewold
  • Abgabedatum: Januar 2002
  • Umfang: 138 Seiten
  • Dateigröße: 3,7 MB
  • Note: 1,0
  • Institution / Hochschule: Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg Deutschland
  • ISBN (eBook): 978-3-8324-9731-6
  • ISBN (Paperback) :
    978-3-8324-9731-6 P
  • ISBN (CD) :978-3-8324-9731-6 CD
  • Sprache: Deutsch
  • Prämierung:
  • Arbeit zitieren: Osewold, Daniel Januar 2002: Die Untersuchungen der täglichen Veränderungen des Erdmagnetfeldes durch Coulomb und Cassini, Hamburg: Diplomica Verlag
  • Schlagworte: Magnet, Apparatur, Messgerät, Replikation, Physik

Staatsexamensarbeit von Daniel Osewold

Problemstellung:

In der vorliegenden Examensarbeit befasse ich mich mit den Untersuchungen von Coulomb und Cassini zur täglichen Veränderung des Erdmagnetfelds. Hierzu habe ich einen Deklinationskompass nachgebaut und mit diesem die Messungen aus dem Jahr 1782 nachvollzogen.

Diese „boussole“ beschreibt Coulomb in „Description d'une boussole, dont l'aiguille est suspendue par un fil de soie“ (Coulomb (1788). Diese Arbeit stellt die Grundlage für den Nachbau dar. Wie aus dem Wort „boussole“ bereits ersichtlich, handelt es sich hierbei um die Veränderung der Deklination. Unter der Deklination wird im Allgemeinen die Missweisung des Kompass von der geographischen Nord-Süd-Richtung verstanden. Das erdmagnetische Feld ist ein Vektorfeld mit drei Komponenten X (nach Norden), Y (nach Osten) und Z (nach unten).

Aus den aufgenommenen Intensitäten der jeweiligen Richtungen werden heute die Totalintensität und die Horizontalintensität bestimmt. Aus diesen Größen lässt sich auch die Deklination berechnen. Bei der vorliegenden Examensarbeit wird die Deklination hingegen direkt durch Ablesen der „boussole“ an mehreren verschiedenen Zeitpunkten bestimmt, beziehungsweise aufgenommen.

Die dieser Examensarbeit zugrunde liegenden Originalmessungen entstanden im Frühjahr 1782. Zu dieser Zeit herrschte in Frankreich eine politische Aufbruchstimmung, die in der französischen Revolution 1789 gipfelte. Auf diese politischen Ereignisse kann ich im Rahmen der Examensarbeit nicht näher eingehen, da dies den Rahmen einer Examensarbeit sprengen würde.

Im Folgenden werden zunächst die Hauptdarsteller der Originalmessungen aus dem Jahre 1782 - Coulomb und Cassini - vorgestellt. Anschließend wird ein kurzer Einblick in die Geschichte des Magnetismus und des Erdmagnetismus gegeben. In diesem Abschnitt habe ich den Schwerpunkt auf die Darstellung von Arbeiten gesetzt, die Coulomb beeinflusst haben könnten.

Hieran schließt sich ein theoretischer Teil. In einem ersten Abschnitt dieses theoretischen Teils wird die Theorie vorgestellt, auf die Coulomb sich in „Description d'une boussole, dont l'aiguille est suspendue par un fil de soie“ bezieht, und in einem zweiten Abschnitt wird eine aktuelle Theorie beschrieben. Diese aktuelle Theorie beinhaltet die Theorie der Magnetostatik, sowie eine Darstellung über die Entstehung des Erdmagnetfelds.

Im Anschluss daran widme ich mich der Replikation von Cassinis Messungen mit der boussole nach Coulomb. Den Schluss dieser Examensarbeit bildet ein persönliches Fazit. Zu Beginn eines jeden Kapitels habe ich eine kurze Einführung gegeben, damit der Leser einen Einblick von dem darauffolgenden bekommt.

Inhaltsverzeichnis:

I. EINLEITUNG 4
II. DIE PROTAGONISTEN 6
II.1 Die Biografien der Protagonisten 6
II.1.1 Charles Augustin Coulomb 6
II.1.2 Jean-Dominique Cassini de Thury 11
II.2 Zusammenarbeit der beiden Protagonisten 17
II.2.1 Wie kam es zu dieser Zusammenarbeit? 18
II.2.2 Die Zusammenarbeit 19
II.2.3 Das Verhältnis der beiden Protagonisten zueinander 21
III. EINE GESCHICHTE DES MAGNETISMUS UND DES ERDMAGNETISMUS 23
III.1 Geschichte des Magnetismus und des Erdmagnetismus vor C. A. Coulomb 23
III.1.1 Im klassischen Altertum 23
III.1.2 Von 500 bis 1500 n. Chr. 25
III.1.3 Nach Kolumbus Entdeckung 28
III.1.4 Aepinus, Musschenbroek und Nollet 31
III.2 Geschichte des Magnetismus und des Erdmagnetismus nach C. A. Coulomb 33
III.2.1 Mit Oersted in eine neue Dimension 33
IV. DER THEORETISCHE TEIL 36
IV.1 Theorie - Coulomb 37
IV.1.1 Die Theorie des Magnetismus nach C. A. Coulomb 37
IV.1.1.1 Grundlegende Definitionen und Prinzipien 37
IV.1.1.2 Formalien, die die wirkenden Kräfte auf die Magnetnadel in der horizontalen Ebene beschreiben 38
IV.1.1.3 Das Coulombsche Gesetz für Magnetpole 46
IV.1.2 Coulomb und der Erdmagnetismus 46
IV.2 Theorie - aktuell 47
IV.2.1 Eine allgemeine Theorie der Magnetostatik 47
IV.2.1.1 Beobachtungen und Grunderscheinungen 47
IV.2.1.2 Grundlegendes Denkmodell und Definitionen 48
IV.2.1.3 Folgerungen 50
IV.2.1.4 Maßeinheiten 52
IV.2.2 Die Elektrodynamik 53
IV.2.2.1 Die Maxwell'schen Gleichungen 53
IV.2.3 Das Erdmagnetfeld 55
IV.2.3.1 Der „Aufbau“ der Erde 55
IV.2.3.2 Die Quellen des Erdmagnetfelds 55
IV.2.3.3 Die tagesperiodischen Variationen des Erdmagnetfelds 58
V. REPLIKATIONSMETHODE 61
V.1 Die Apparatur 62
V.1.1 Die Entscheidung 62
V.1.1.1 Evolution eines Messgeräts 62
V.1.1.2 Begründung für den Nachbau der boussole der dritten Generation 68
V.1.2 Das Original 71
V.1.2.1 Das Messgerät 71
V.1.2.2 Apparative Ergänzungen 74
V.1.3 Der Nachbau 74
V.1.3.1 Das Messgerät 74
V.1.3.2 Apparative Ergänzungen 80
V.2 Die Messungen 83
V.2.1 Cassinis Messungen aus dem Jahre 1782 83
V.2.1.1 Vorbemerkung 83
V.2.1.2 Messreihe vom 18. März 1782 bis zum 3. April 1782 und vom 30. April bis zum 11. Mai 1782 84
V.2.1.3 Messreihe vom 15. Mai 1782 bis zum 26. Mai 1782 85
V.2.1.4 Weitere Messreihen aus dem Jahre 1782 86
V.2.2 Nachvollzug von Cassinis Messungen 87
V.2.2.1 Vorarbeiten 87
V.2.2.2 Ort der Messungen und erste Erfahrungen 89
V.2.2.3 Das Messverfahren 91
V.2.2.4 Messungen in Meppen/Rühle 92
V.2.2.5 Messungen mit elektrostatischen Ladungen 98
V.2.2.6 Messungen im Laborbetrieb 99
V.2.3 Erklärung, Vergleich der Messungen und der Versuch einer physikalischen Diskussion der Beobachtungen 101
V.2.4 Fehlerbetrachtung 105
V.2.4.1 Systematische Fehler 105
V.2.4.2 Zufällige Fehler 108
V.3 Resümee 109
V.3.1 Fazit 109
V.3.2 Reflexion 111
VI. FAZIT 116
VII. ABBILDUNGSVERZEICHNIS 118
VIII. LITERATURVERZEICHNIS 120
IX. ANHANG 126
IX.1 Messreihe vom 26. Oktober 2001 bis zum 31. Oktober 2001 126
IX.1.1 Messungen am 28. Oktober 2001 127
IX.1.2 Messungen am 29. Oktober 2001 128
IX.1.3 Messungen am 30. Oktober 2001 129
IX.1.4 Messungen am 31. Oktober 2001 130
IX.2 Messreihe vom 9. November 2001 bis zum 12. November 2001 131
IX.2.1 Messungen am 9. November 2001 132
IX.2.2 Messungen am 10. November 2001 133
IX.2.3 Messungen am 12. November 2001 134
IX.3 Erklärungen 135

Automatisiert erstellter Textauszug:

Der Windschutz wurde in zwei Teilen konstruiert, damit man ihn einfach „... rétablir, la démonter & remonter,...“ (Coulomb (1788), S. 564) konnte. Ein Teil war der untere Kasten, ein ’Karton’, der die Magnetnadel vor Windeinflüssen schützen sollte und der andere Teil war ein ’Schornstein’, der die Aufhängung schützte. Der ’Karton’ war an der einen Seite offen, damit man ihn über die Magnetnadel schieben konnte. An der anderen Seite hatte er im Deckel eine Glasplatte, damit die Magnetnadel beobachtet werden konnte. Er hatte insgesamt eine Länge von 22 pouce [59,554 cm], eine Breite von 5,5 pouce [14,8885 cm] und eine Höhe von 4 pouce [10,828 cm]. Der zweite Teil, der ’Schornstein’, hatte eine quadratische Grundfläche die eine Seitenlänge von 3,5 pouce [9,4745 cm] besaß. Die Höhe war 18-20 pouce [48,726–54,14 cm]. Er wurde auf dem ’Karton’ mit Hilfe von vier Schrauben befestigt. V.1.2.2.b Der Tisch [...]

Zur Beobachtung der Veränderungen der Magnetnadel beschreibt Coulomb nun ein Mikroskop mit einem Messtisch, mit dem das Silberplättchen am Ende der Magnetnadel beobachten werden sollte. Der Messtisch wird in Abbildung U1, Fig. 1 durch lmnpq dargestellt. Durch lp wird die ’Sohle’ des Messtischs und durch lm und pn werden die Seitenteile beschrieben. mn ist das chassis. In der chassis sei der curseur s, in dessen Mitte das Mikroskop gehalten wird. Die eben beschriebenen Teile des Messtischs sind alle aus Kupfer. Das chassis ist im Detail in der Fig. 4 zu erkennen (Abbildung U1). Die Seite ab des chassis wurde auf jeder Seite von der Nullstellung ausgehend in acht gleich große Teile geteilt. Die ersten zwei bis drei Einteilungen waren Gradeinteilungen, da „... l’arc, le sinus & la tangente se confondent dans les premiers degrés.“ (Coulomb (1788), S. 562). Zusätzlich wurde jeder dieser Grade in vier Teile zerlegt, die jeweils 15‘ entsprachen. Der curseur war ebenfalls eingeteilt. Die Seiten sind 0d und 0q jeweils 3,5° Grad lang und in 15 Teile unterteilt, so dass ein Nonius entsteht, mit dem minutengenau gemessen werden konnte. Der curseur wurde in der chassis mit Hilfe einer Schraube eg in Rillen auf den Innenseiten der chassis bewegt. Um nun das Silberplättchen an der Magnetnadel, wie eingangs erwähnt, beobachten zu können, beschreibt Coulomb ein Mikroskop. Dieses Mikroskop rt (in Abbildung U1, Fig. 1) hatte zwei Linsen und im Brennpunkt ein Fadenkreuz aus zwei Seidenfäden „très-fins“ (Coulomb (1788), S. 563). Der Brennpunkt des Mikroskops hatte einen Abstand von 12 pouce [32,484 cm] zur Aufhängung. [...]

lassen sich dann Fäden von den Kokons abziehen. Für die Aufhängung benötigte man mehrere Seidenfäden im Bündel, da die Kraft des einzelnen Fadens sehr variiert. Coulomb war zu der Zeit bekannt, dass ein Seidenfaden eine Masse von bis zu 80 grain [4,248 g] tragen konnte, allgemein ging man jedoch damals davon aus, dass jeder Seidenfaden lediglich eine Masse von ca. 50 grain [2,655 g] im Bündel halten könnte. Dementsprechend braucht man mehrere Fäden. Diese Bündel konnten mit kochendem Wasser zu einem Faden zusammengefügt werden. Coulomb erwähnt eine weitere Möglichkeit des Zusammenfügens, nämlich mit einem „eau gommé“ (Coulomb (1788), S. 563). Diese Vorgehensweise hätte den Nachteil gehabt, dass der Seidenfaden härter und damit möglicherweise starrer werden würde als bei der ersten Methode. V.1.2.1.e Der Messtisch und das Mikroskop [...]

Arbeit zitieren:
Osewold, Daniel Januar 2002: Die Untersuchungen der täglichen Veränderungen des Erdmagnetfeldes durch Coulomb und Cassini, Hamburg: Diplomica Verlag

Schlagworte:
Magnet, Apparatur, Messgerät, Replikation, Physik

Entdecken Sie mehr zum Thema

diplom.de
Bachelor + Master Publishing

Hermannstal 119 k
22119 Hamburg

Fon: +49 (0) 40 655992-0
Fax: +49 (0) 40 655992-22

Service-Telefon

Rufen Sie uns an:
+49 (0) 40 655992-0

Mo-Fr
09.00-16.00 Uhr

diplom.de in den Medien

Folgen Sie uns bei Twitter & werden Sie diplom.de-Fan bei Facebook!
Schreibtipps unserer Lektoren, Neuigkeiten aus dem Verlagsalltag und das Expertenwissen unserer Autoren als Tweet & Post!
Wir freuen uns auf Sie!

diplom.de BACHELOR + MASTER PUBLISHING

Bachelorarbeiten, Masterarbeiten, Diplomarbeiten, Magisterarbeiten, Dissertationen und andere Abschlussarbeiten aus allen Fachbereichen und Hochschulen können Sie bei uns als eBook sofort per Download beziehen oder sich auf CD oder als Buch zusenden lassen. Seit mehr als 15 Jahren ist diplom.de der seriöse, professionelle und erfolgreiche Partner für die Veröffentlichung wissenschaftlicher Abschlussarbeiten.

© Diplomica Verlag GmbH 1996-2011, AG Hamburg HRB 80293 - GF Björn Bedey, USt-IdNr.: DE214910002 - Verkehrsnummer: 12285 - Impressum
Index der Arbeiten - Index der Autoren