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Versuche

Elektromagnetischer Schwingkreis (Simulation)

  
  
  
  
©  W. Fendt 1999
HTML5-Canvas nicht unterstützt!
Abb. 1 Simulation eines elektromagnetischen Schwingkreises

Diese Simulation zeigt einen elektromagnetischen Schwingkreis, bestehend aus einem Kondensator (Mitte) und einer Spule (rechts). Nach Betätigung des Schaltknopfs "Zurück" werden die Platten des Kondensators aufgeladen, und zwar die obere Platte positiv, die untere negativ. Sobald man mit der Maus auf den Startknopf klickt, wird durch Umlegen des Schalters die Schwingung in Gang gesetzt. Derselbe Button gestattet es, die Simulation zu unterbrechen und wieder fortzusetzen. In den zwei Optionsfeldern darunter kann man zwischen 10- und 100-facher Zeitlupe wählen. Mit Hilfe der vier Eingabefelder lassen sich die Werte für die Kapazität des Kondensators (\(100{\rm{\mu F}}\) bis \(1000{\rm{\mu F}}\)), die Induktivität (\(1{\rm{H}}\) bis \(10{\rm{H}}\)) und den Widerstand (\(0\Omega \) bis \(1000\Omega \)) der Spule sowie für die Batteriespannung variieren ("Enter"-Taste nicht vergessen!).

Im Schaltbild sind das elektrische Feld des Kondensators und das magnetische Feld der Spuledurch Feldlinien angedeutet. Dabei ist die Dichte der Feldlinien ein Maß für die Stärke des jeweiligen Feldes. Zusätzlich sind die Ladungsvorzeichen der beiden Kondensatorplatten und Pfeile für die (technische) Stromrichtung zu sehen.

Links unten zeigt eine Digitaluhr die seit Beginn der Schwingung vergangene Zeit an; darunter ist die Schwingungsdauer angegeben. Rechts unten ist - abhängig von den beiden Radiobuttons im unteren Teil der Schaltfläche - entweder ein Diagramm zum zeitlichen Verlauf von Spannung \(U\) und Stromstärke \(I\) zu sehen oder ein Balkendiagramm, das die Energieumwandlungen darstellt.

Wir danken Herrn Walter Fendt für die Erlaubnis, diese HTML5/Javascript-Animation auf LEIFIphysik zu nutzen.

Aufgabe

Setze zunächst \(R = 0\) und beobachte das Hin- und Herpendeln der Energie zwischen Kondensator und Spule anhand der Feldlinienbilder. Beobachte für jeden Zeitpunkt den dazugehörigen Spannungs- und Stromwert.

Variiere \(C\) und \(L\) und studiere den Einfluss auf die Schwingungsdauer.

Wähle jetzt \(R\) verschieden von Null. Untersuche, welchen Einfluss dies auf den Verlauf von Strom- und Spannung hat.

Wähle \(R\) auch einmal so, dass der aperiodische Grenzfall bzw. der Kriechfall eintritt (vgl. Lehrbuch).

Schalte in den "Energie-Modus" und studiere das Balkendiagramm.

Lösung

Eigene Lösung.