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Transkript Elektrischer Schwingkreis – Aufbau und Ablauf

Hallo und herzlich willkommen zu Physik mit Kalle. Heute gibt es aus dem Gebiet Schwingungen und Wellen den 1. Teil der Reihe zum elektrischen Schwingkreis, in dem wir uns mit seinem Aufbau und dem Ablauf der Schwingung beschäftigen wollen. Für dieses Video solltet ihr euch bereits gut mit Kondensator und Spule auskennen, also z.B. wissen, was Kapazität und Induktivität sind. Außerdem solltet ihr über Selbstinduktion und die Lenzsche Regel bescheid wissen. Wir lernen heute, was ein elektrischer Schwingkreis ist, wie der genaue Ablauf der Schwingung ist und wovon seine Schwingungsdauer abhängt. Dann wollen wir mal. Eine Schaltung aus einem Kondensator mit der Kapazität C und einer Spule mit der Induktivität L nennt man einen elektrischen Schwingkreis, da in ihr elektrische Schwingungen möglich sind. Da C und L gängige Abkürzungen für Kondensator und Spule sind, sagt man auch ein LC-Schwingkreis. Sein Schaltzeichen sieht so aus.  Im nächsten Kapitel wollen wir uns jetzt mal genau ansehen, was da eigentlich schwingen kann. Hier seht ihr einen parallel geschalteten Schwingkreis, der an eine Spannungsquelle angeschlossen ist. Die Spannungsquelle lädt den Kondensator und dann wird der Schwingkreis von der Spannungsquelle getrennt. Nun fließt in unserem Schwingkreis kein Strom mehr, allerdings herrscht im Kondensator immer noch die Spannung U. Zu diesem Zeitpunkt ist also, da der Strom gleich 0 ist, in der Spule keine Energie gespeichert und die gesamte Energie des Schwingkreises steckt im Kondensator und ist ½×C×U2. Da die Spannung im Kondensator nun aber nicht mehr von der Spannungsquelle aufrechterhalten wird, beginnt er sich durch einen Stromfluss durch die Spule zu entladen. Dadurch baut sich, ein wenig gehemmt durch ihre Selbstinduktion, in der Spule ein Magnetfeld auf. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kondensator vollständig entladen ist, also die Spannung in ihm gleich 0 ist, ist der Stromfluss maximal. Die gesamte Energie des Schwingkreises steckt nun in der Spule. Die elektrische Energie ist 0 und die magnetische ist ½×L×I2. Nachdem der Kondensator vollständig entladen ist, kommt der Strom zum Erliegen. Aufgrund ihrer Selbstinduktion jedoch und der Lenzschen Regel, wehrt sich unsere Spule dagegen, indem sie eine Gegenspannung induziert, die den Strom noch ein wenig am Laufen hält. Und so sorgt sie dafür, dass der Kondensator in die entgegengesetzte Richtung wieder aufgeladen wird. Nun steckt also wieder die gesamte Energie des Schwingkreises im Kondensator, der dieses Mal nur andersherum geladen ist. Ihr könnt euch den 4. Schritt wahrscheinlich schon denken. Der Kondensator entlädt sich wieder über die Spule, sodass sich ein Magnetfeld bildet, das diesmal ebenfalls in die andere Richtung zeigt. Der Strom fließt also zurück in die Spule und es ist wieder die gesamte Energie des Schwingkreises im magnetischen Feld gespeichert. Und nun, ihr habt es wahrscheinlich schon erraten, wehrt sich die Spule nach der Lenzschen Regel wieder dagegen, dass sich das in ihr befindliche Magnetfeld abgebaut wird. Sie sorgt also dafür, dass der Strom auch nach dem Entladen des Kondensators weiterfließt, wodurch er in die andere Richtung aufgeladen wird. Genau in die Richtung, die wir in Schritt 1 schon hatten. Es geht also nun alles von vorne los. Wie lange unser Schwingkreis nun dafür braucht, eine solche elektrische Schwingung auszuführen, das wollen wir uns im letzten Kapitel noch mal kurz ansehen. Wir haben gerade gesehen: Innerhalb einer Periodendauer wird im elektrischen Schwingkreis die Energie zweimal von Kondensator zu Spule und zurück transferiert. Wir wissen, je größer die Kapazität C eines Kondensators ist, desto mehr Ladung kann er bei gleicher Spannung speichern, das heißt, wenn er von der Spannungsquelle getrennt wird, desto mehr Strom wird fließen. Wir wissen auch, je größer die Induktivität L einer Spule ist, desto stärker wehrt sie sich gegen eine Änderung des magnetischen Flusses. Wir können also vermuten und auch mit Experimenten bestätigen: Je größer die Kapazität C und die Induktivität L, desto länger ist die Periodendauer des Schwingkreises. Wie genau aber der Zusammenhang zwischen Kapazität, Induktivität und der Periodendauer des Schwingkreises ist, das wollen wir uns im nächsten Video ansehen, in dem wir die Thomson'sche Schwingungsgleichung herleiten.  Wir wollen noch mal wiederholen, was wir heute gelernt haben. Ein elektrischer Schwingkreis ist eine Schaltung aus einem Kondensator und einer Spule. Der Ablauf der Schwingung ist folgender: Nach der Trennung von der Spannungsquelle ist der Kondensator geladen. Er entlädt sich nun und dabei fließt Strom durch unsere Spule. Dadurch baut sich in der Spule ein Magnetfeld auf. Durch die Selbstinduktion, die den Abbau des Magnetfelds hemmt, fließt der Strom auch noch weiter, wenn der Kondensator bereits entladen ist. Dadurch wird unser Kondensator nun in die entgegengesetzte Richtung geladen. Sobald der Strom aufgehört hat zu fließen, sorgt die durch die Ladungen im Kondensator entstehende Spannung dafür, dass er sich erneut entlädt, wobei wieder Strom durch die Spule fließt. Es baut sich also erneut ein Magnetfeld in der Spule auf, das die entgegengesetzte Richtung wie das von vorhin hat. Durch die Selbstinduktion fließt auch diesmal der Strom weiter, bis der Kondensator wieder so geladen ist, wie er es am Anfang war. Damit ist der Kreis komplett. Außerdem hatten wir schon mal vermutet, je größer Induktivität und Kapazität, desto länger ist die Periodendauer. Den genauen Zusammenhang erfahrt ihr allerdings im nächsten Video.  So, das war's schon wieder für heute. Ich hoffe, ich konnte euch helfen. Vielen Dank fürs Zuschauen. Vielleicht bis zum nächsten Mal. Euer Kalle

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2 Kommentare
  1. Default

    nein, so lange die Gleichspannungsquelle angeschlossen ist wird der Kondensator aufgeladen, und sobald er so weit wie möglich aufgeladen ist tut sich nichts mehr .... der Schwingkreis schwingt erst richtig los, wenn man die Gleichspannungsquelle entfernt.

    Von Jakob Köbner, vor mehr als 4 Jahren
  2. Default

    Hallo :-)
    Was passiert wenn der Schwingkreis nicht von der Gleichsspannungsquelle getrennt wird? Läuft der Schwingkreis dann trotzdem noch weiter?

    Liebe Grüße

    Von Manuel Bertels, vor mehr als 4 Jahren