Wichtiger Hinweis zum Verständnis

Sperrkreis und Schwingkreis sind eigentlich gleiche Schaltungen!

Jedsmal ist eine Spule mit einem Kondensator parallel geschaltet.

Diese Parallelschaltung sperrt Wechselstrom einer bestimmten Frequenz. Deshalb nennt man sie Sperrkreis.

Man kann es auch als erzwungene Schwingung ansehen: Nur wenn der Sinusgenerator genau die Frequenz der Parallelschaltung trifft, regt er die Schwingung an und der Widerstand der Parallelschaltung wächst, sie sperrt diese Frequenz..

Deshalb ist die Parallelschaltung für sich allein ein Schwingkreis.
Spricht man vom Schwingkreis, dann regt man diese Schwingung nicht durch einen Wechselstrom an, sondern durch Aufladen des Kondensators. Das haben wir im letzten Post gemacht.

Vergleicht das mal mit der Schwingung eines Pendels. Ein Pendel kann ich durch Anschubsen oder "Aufladen" mit potenzieller Energie (hochheben...)  zum Schwingen bringen (>>> Schwingkreis)

Ich kann aber auch eine erzwungene Schwingung über einen anderen Oszillator zur Anregung nehmen. Dann schwingt das Pendel nur bei der Resonanzfrequenz richtig mit. (>>> Sperrkreis).

Das schwingende Pendel ist aber in beiden Fällen das Gleiche, es wird nur anders zum Schwingen gebracht.
(Wir hatten in E2 mal eine Lernstation: Wie bringe ich ein Pendel zum Schwingen?)

Der Schwingkreis Teil 2: Versuche zur Entladung eines Kondensators über eine Spule, aktualisiert

Schauen wir uns erst einmal nur die Experimente an:

Bitte Schaltung und Beobachtungen  ins Heft übertragen!

Die Schaltung kennt ihr noch vom letzten Post:

De rerste Film erläutert den Versuchsaufbau, der zweite Film zeigt den Entladevorgang

Im dritten Film iast die Kapazität des Kondensators etwa halbiert.

Im vierten Film halbieren wir noch die Induktivität zusätzlich(ist jetzt neu eingefügt).

Der letzte Film erinnert euch noch mal daran, dass ein Kondensator nie "voll" wird. Sobald man die angelegte Spannung erhöht, fließt wieder Strom, die gespeicherte Ladung steigt.
Und dann lassen wir es noch mal swingen...

Im nächsten Post beginnen wir dann mit der Erklärung. Ihr könnt ja schon mal drüber nachdenken....

Einen sehr schönen Übergang zwischen den eben gesehenen Versuchen und den Erklärungsposts, die bald kommen, ist dieses You Tube Video. Hier seht ihr auch die gedämpfte Schwingung auf dem Oszilloskop. Ihr solltet die 3 Minuten unbedingt investieren.

Wiederholung: Ein- und Ausschalten eines Kondensdatorstromkreises

Falls ihr euch nicht mehr sicher seid, hier auf dieser Leifiseite könnte ihr noch einmal alles wiederholen, was wir im Winter über das Auf- und Entladen eines Kondensators (über einen ohmschen Widerstand) gelernt haben. Auch die Exponentialfunktion sowie die Zeitkonstanten werden erklärt.

Ihr könnt diesen Post auch erst einmal überspringen und später bearbeiten.

Auf- und Entladen eines Kondensators, Wiederholung.

Der Schwingkreis Teil 1: Entladen eines Kondensators

Wir werden die Wechselstromtechnik (Generator, Drehstrom) mit Teil 8 nach dieser Unterrichtseinheit über den Schwingkreis fortsetzen.
Ich denke, jetzt passt der Schwingkreis gut. Wir werden ihn so ausführlich behandeln, wie er im Abitur wichtig ist, d.g. auch mit Differenzialgleichung. 

Entladen eines Kondensators über einen ohmschen Widerstand:

Zuerst wiederholt bitte, was wir vor einigen Monaten über das Entladen eines Kondensators über einen ohmschen Widerstand gelernt haben.

1) Was passiert, wenn man nach dem Aufladen des Kondensators (Schalter links) die Entladung über den ohmschen Widerstand (Schalter rechts) ermöglicht?

2) Beschreibe das Typische einer Exponentialkurve. Warum tritt sie als Entladekurve auf?

 Bitte sucht in euren alten Aufzeichnungen und überlegt eine Weile selbst, bevor ihr weiterlest.

Nun die Antworten:

Ich fang mal mit der zweiten Frage an:

2) Eine Exponantialfunktion entsteht, wenn die Änderung einer Größe proportional zu dieser Größe ist: Die Menge der abfließenden Elektronen ist proportional zur Menge der Elektronen, die noch auf einer Platte sind.
Immer nach einer festen Zeit hat sich der Wert halbiert, sind also nur noch halb soviel Elektronen auf einer Platte bzw. ist die Stromstärke nur noch halb so groß.

Hier könnt ihr alles noch mal in Ruhe wiederholen:

Entladung eines Kondensators


1) Am Anfang wirkt die volle Kondensatorspannung und es fließt ein starker Entladestrom. Die Stromstärke fällt aber exponentiell ab.
Kapazität C und Widerstand R bestimmen die e-tel-Wertszeit, d.h. die Geschwindigkeit, mit der der Strom abklingt: Sie ist proportional zum Produkt C*R.
Je größer der Widerstand bzw. je größer die Kapazität, desto langsamer entlädt sich der Kondensator.

uni bremen

wikimedia

 

Im zweiten Bild sieht man die Aufladekurven und die Entladekurven. (Da der Strom beim Aufladen in eine andere Richtung als beim Entladen fließt, wird hier das Vorzeichen berücksichtigt).

Für alle diese Kurven haben wir die Differenzialgleichungen und deren Lösungsfunktionen hergeleitet.
Das braucht ihr im Moment nicht! Ist aber für das Abitur wichtig!

Ganz wichtig: Vergessen wir mal den Vorzeichenunterschied, dann gilt:

Spannung und Stromstärke sind bei der Entladung eines Kondensators über einen ohmschen Widerstand zueinander proportional (U = R*I) und zeigen beide einen exponentiellen Abfall.

Warum wiederholen wir das?

Damit ihr euch das alte Wissen aktiviert und ihr nicht durcheinander kommt (Lerninterferenzen), wenn jetzt was gaaaanz anderes passiert...

Entladen eines Kondensators über eine Spule:

Nun ersetzen wir den ohmschen Widerstand durch eine (reale) Spule mit einem induktiven Widerstand.
Was wird passieren?

 Nach Abschluss der Dreharbeiten gibt es die Auflösung. später am Tag...

(falls euch langweilig wird, habe die Ergänzungsseiten zu Kapazitäten und Induktivitäten fertiggestellt, würde jetzt passen...schaut damal rein, könnte bald helfen)