Messdatenerfassung und Auswertung

Messdatenerfassung und Auswertung
1. Einleitung
Die Erfassung und Auswertung von Messdaten stellt einen zentralen Punkt der
Physikalischen Chemie dar. Während für einfache Darstellungen und Auswertung
Standardprogramme wie Microsoft Excel in der Regel ausreichen, stößt man doch schnell
an die Grenzen dieser Programme. Zum einen findet man schnell eine Limitierung der
Grafischen Darstellungsmöglichkeiten, zum anderen sind die Mathematischen
Fähigkeiten von Excel doch sehr beschränkt, auf Standardanwendungen bzw. auf
Anwendungen der Finanzmathematik fokusiert, und eine Erweiterung durch
selbstgeschriebene Funktionen bzw. Programmteile ist nicht immer mit einfachen Mitteln
möglich.
Ziel des vorliegenden Versuches ist es, mit dem Programm Origin vertraut zu werden,
welches zuerst als eine sehr gute Alternative zu Excel angesehen werden kann, da Origin
sich primär auf den wissenschaftlich-technischen Bereich konzentriert. Dabei soll Origin
explizit als nur ein Beispiel für wissenschaftlich-technische Software angesehen werden.
2. Einführung in Origin
Der vorliegende Versuch kann lediglich eine kurze, knappe Einführung in die
Grundlegenden Funktionen von Origin darstellen. Für weiterführende Informationen sei
an dieser Stelle auf die ausführliche Online-Hilfe sowie auf die Manuals hingewiesen, die
man auch auf der Webseite des Herstellers finden:
www.originlab.com
Der Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie der Freien Universität Berlin ist
zusammen mit dem Fachbereich Physik in Besitz einer Fachbereichslizenz, welche allen
Mitarbeitern und Studenden des Fachbereichs die kostenlose Nutzung der Software
ermöglicht. Um die Software auf einem Rechner installieren und nutzen zu können, muss
dabei die gültige Lizenz in Form eines Lizenzfiles vorliegen. Dabei sind zweierlei
Lizenztypen zu unterscheiden:
- Netzwerklizenz: Empfohlen für alle Rechner, welche sich permanent im Netz der
Freien Universität Berlin befinden. Hierbei wird bei der Installation der Name des
Lizenzservers mitgeteilt, der die Gültigkeit der Lizenz bestätigen kann. Für
Installationen im Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie ist hierbei zur Zeit als
Lizenzserver anzugeben: origin.bcp.fu-berlin.de
- Home-Use-License: Für Rechner, welche nicht dauerhaft eine
Netzwerkverbindung aufweisen bzw. Rechner, auf welchen Origin auch
außerhalb des Netzwerkes der Freien Universität verwendet werden soll,
empfiehlt sich die Verwendung der Home-Use-Lizenz. Hierzu muss man nach
erfolgter Installation mit Hilfe des entsprechend Lizenz-Keys (bei den ITVerantwortlichen des Fachebereichs zu erfragen) für den jeweiligen Rechner bei
Originlab.com ein spezielles License-File erzeugt werden, welches den Betrieb
der Software auf diesem einen Rechner ermöglicht. Dabei muss dieser Rechner
später nicht permant auf Netzwerkresourcen zugreifen. Der Nachteil dieser
Variante ist, dass das speziell generierte Lizenzfile nur eine begrenzte
Lebensdauer hat.
3. Erste Schritte mit Origin
Folgende erste Schritte werden im Rahmen des Praktikums besprochen.
-
Einlesen von Daten aus Ascii-Files
Darstellung der eingegebenen Daten
Elementare Manipulation der Daten: Achsenbeschriftung, anpassen der
Farblichen Darstellung, Legende, Einfügung von Text und Kommentaren
Triviale Manipulation der Daten
Kurvenanpassungen: Fit mit vorgegebenen Funktionen
Nicht-triviale Kurvenanpassungen: Fit an nicht-vorgegebene Funktionen
(Programmierung eigenener Fitfunktionen)
4. Aufgabe
Als Aufgabe ist folgendes Problem zu lösen:
Gegeben sind eine Reihe von Meßpunkten welche die Konzentration eines
Zwischenproduktes einer Folgereaktion darstellt (analog z.b. der Zwischenprodukte X
und Y der Lotka-Volterra-Reaktion ohne kontinuierliche Zugabe von A der MatlabÜbung).
Die Konzentration des Zwischenprodukts lässt sich dabei durch folgende Gleichung
beschreiben (nach Moore/Hummel, 4. Auflagen, S. 404):
( k 2 − k1 ) t
⎛
k
A
e
k1 A0 ⎞
− k 2t
1 0
⎟
−
b(t ) = e ⎜⎜
⎟
−
−
k
k
k
k
2
1
2
1 ⎠
⎝
Aufgabe:
- Lesen Sie die Daten aus dem vorgegebenen Datenfile ein
- Stellen Sie die Messwerte grafisch dar, inklusive der richtigen
Achsenbeschriftungen (t, b(t))
- Fitten Sie die vorgegeben Messpunkte an die oben angegebene Funktion.
Bestimmen Sie hierdurch die Parameter A0, k1, k2.
- Bestimmen Sie durch Bildung der Differenz zwischen der vorgegebenen Funktion
sowie der Messdaten die Funktion, welche die Messwerte verrauscht.

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