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Jane_H
Anmeldungsdatum: 24.04.2022
Beiträge: 1
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 Jane_H Verfasst am: 24. Apr 2022 08:36 Titel: Anregung elektrischer Schwingkreise |
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Meine Frage:
Hallo,
ich musste im Rahmen des Physikunterrichtes als Hausaufgabe eine Aufgabe zur Anregung elektrischer Schwingkreise bearbeiten (Fokus Physik SII, Kapitel 8.10 A2), mit der ich relativ große Probleme hatte. Wir haben diese Aufgabe dann auch im Unterricht besprochen, mein Lehrer fand diese Aufgabe aber selbst nicht so super und hat das auch nicht wirklich erklären können. Wir haben dann zusammen ins Lösungsbuch geguckt, aber da wurde die Aufgabe auch nicht wirklich zufriedenstellend gelöst. Deshalb wollte ich mich hier mal umgucken, ob jemand das hier erklären kann.
Die Aufgabe: Bei folgender Schaltung wird die Wechselspannung zunächst so groß gewählt, dass die Glühlampen a und c aufleuchten. Danach wird der Eisenkern der Spule verschoben, bis a und b gleich hell leuchten. - Die Lampe c leuchtet dann nicht mehr. Erläutern Sie dies.
Ich weiß leider nicht, wie man hier Bilder einfügt, deswegen versuche ich den Schaltkreis zu beschreiben. Links ist eine Wechselspannungsquelle an der steht: 0...40 V. Parallel zu dieser findet sich rechts der Schwingkreis. Oben links ein Kondensator mit C = 4,7 ?F, darunter die Lampe a und oben rechts eine Spule mit L = 0,2 H und darunter die Lampe b. Außerhalb des Schwingkreises befindet sich noch die Lampe c.
Wofür man die verschiedenen Werte für U, C und L eigentlich braucht, erschließt sich mir leider auch erstmal nicht.
Hier ist die Lösung des Lösungsbuches (die das mit dem Lampen meiner Meinung nach aber nicht verständlich erklärt): "Im Experiment ist zu erkennen, dass bei Resonanz mit einer kleinen zugeführten Energie Schwingungen mit großer Amplitude erzeugt werden können. Während die Glühlampen a und b hell leuchten, erlischt die Lampe c. In diesem Fall werden dem Schwingkreis zur Aufrechterhaltung der Schwingung nur kleine Energieportionen zugeführt. Diese ersetzen den Teil der Energie, der in Wärme umgewandelt wurde. Die Phasenverschiebung zwischen der angelegten Wechselspannung und der Stromstärke im Schwingkreis beträgt dabei ?/2. In allen anderen Fällen muss zu jedem Zeitpunkt viel mehr Energie zugeführt werden, um die Schwingung aufrechtzuerhalten".
Meine Ideen:
Dass Lampe a leuchtet, habe ich mir damit erklärt, dass der Kondensator bei einer Wechselspannung von außen ja eigentlich durchlässig wird. C leuchtet einfach, weil da ein Strom durchfließt und b wird im Text irgendwie oben nicht erwähnt. Ich denke aber Mal, dass die eigentlich auch leuchten sollte. Durch das Verschieben des Eisenkerns wird dann eine Induktionsspannung bewirkt, die b heller als zuvor leuchten lässt. Wieso c jetzt nicht mehr leuchtet, weiß ich nicht, denn da sollte ja immer noch von außen der Strom durchfließen. Ich hatte erst überlegt, dass c vielleicht nicht leuchtet, weil, wenn beispielsweise Elektronen von oben kommen würden, diese sich nachdem sie b durchquert haben zur positiv geladenen Kondensatorplatte bewegen. Aber trotzdem weiß ich nicht, wieso denn wirklich gar keine Elektronen den Kreis verlassen um zur positiven Seite der Spannungsquelle zu kommen.
Ich bedanke mich schon Mal für nette Lösungsvorschläge im Voraus.
LG
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3398
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| ML Verfasst am: 24. Apr 2022 09:25 Titel: Re: Anregung elektrischer Schwingkreise |
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Hallo,
| Jane_H hat Folgendes geschrieben: |
Die Aufgabe: Bei folgender Schaltung wird die Wechselspannung zunächst so groß gewählt, dass die Glühlampen a und c aufleuchten. Danach wird der Eisenkern der Spule verschoben, bis a und b gleich hell leuchten. - Die Lampe c leuchtet dann nicht mehr. Erläutern Sie dies.
Ich weiß leider nicht, wie man hier Bilder einfügt, deswegen versuche ich den Schaltkreis zu beschreiben. Links ist eine Wechselspannungsquelle an der steht: 0...40 V. Parallel zu dieser findet sich rechts der Schwingkreis. Oben links ein Kondensator mit C = 4,7 ?F, darunter die Lampe a und oben rechts eine Spule mit L = 0,2 H und darunter die Lampe b. Außerhalb des Schwingkreises befindet sich noch die Lampe c.
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Offenbar habt Ihr einen Parallelschwingkreis mit einer Spule mit 0,2H aufgebaut. Wenn dieser seine Resonanzfrequenz bei 50 Hz haben soll, darf die Kapazität nicht 4,7µF sein, sondern 47µF. Hier ist offenbar ein Rechenfehler passiert.
Grund: Für die Reihenresonanz gilt im ungedämpften Fall
Bei vorhandener Dämpfung gilt die Gleichung nur näherungsweise.
Beim Parallelschwingkreis wird Energie genau im richtigen Takt zwischen Spule und Kondensator hin- und hertransportiert. Das führt letztlich dazu, dass der Strom dort nur im Kreis fließt (immer von Spule zu Kondensator und wieder zurück), aber kein Strom durch den restlichen Stromkreis fließt. Im idealen Fall lässt der Parallelschwingkreis also gar keinen Strom fließen. In Eurem Fall ist der Schwingkreis jedoch gedämpft, so dass er den Stromkreis nicht komplett unterbricht.
In LT-Spice habe ich das einmal nachvollzogen. Als Lampen habe ich normale Fahrradglühlampen 6V/3W angenommen. Über die Gleichung  kommt man auf  .
Du siehst, dass die Stromstärke durch den Widerstand R3 (blaue Linie) viel kleiner ist als die Stromstärke durch Spule und Kondensator (grüne bzw. rote Linie).
Im Anhang findest Du die Bilder und das Simulationsprogramm. Das Simulationstool findest Du hier:
https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
Viele Grüße
Michael
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Schwingkreis.zip |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3398
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| ML Verfasst am: 24. Apr 2022 09:31 Titel: Re: Anregung elektrischer Schwingkreise |
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Hallo,
| Jane_H hat Folgendes geschrieben: |
Durch das Verschieben des Eisenkerns wird dann eine Induktionsspannung bewirkt,
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Induktion ist hier nicht das Thema. Das Verschieben des Eisenkerns bewirkt, dass sich die Induktivität verändert und der Parallelschwingkreis nicht mehr in Resonanz arbeitet.
Viele Grüße
Michael
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Kurt
Anmeldungsdatum: 20.06.2021
Beiträge: 750
Wohnort: Bayern
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| Kurt Verfasst am: 25. Apr 2022 14:08 Titel: Re: Anregung elektrischer Schwingkreise |
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| Jane_H hat Folgendes geschrieben: |
Die Aufgabe: Bei folgender Schaltung wird die Wechselspannung zunächst so groß gewählt, dass die Glühlampen a und c aufleuchten. Danach wird der Eisenkern der Spule verschoben, bis a und b gleich hell leuchten. - Die Lampe c leuchtet dann nicht mehr. Erläutern Sie dies.
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Leuchten a und c auf dann heisst das, dass vom Generator kommend Strom durch den Kondesator fliesst und wieder zurück in den Generatoer (wechselseitig weil Wechselstrom.
Da über die Spule nichts fliesst ist davon auszugehen das deren Scheinwiderstand (bei gegebener Frequenz des Generators) höher ist als der des Kondensators.
Wird nun der Scheinwiderstand der Spule in den Bereich gebracht bei dem die Kombi: C und L in Resonanz gerät dann fliesst auch Strom durch die Spule.
Ist der Strom der beiden gleich dann hat sich ein Resonanzkörper gebildet der das was ihm angeboten wird akkumuliert und in Form von "hinundherwabbern" gespeichert.
Ist der Schwingkreis angeregt und "geladen", der hohe "Anlaufstrom" durch a, dann flacht die nachzuschiebende Leistung in den Schwingkreis ab und es bewegen sich Elektronen nur mehr zwischen dem C und dem L.
Das ist der Zustand wenn der Schwingkreis sich eingeschwungen hat.
Es müssen dann nur noch die Verluste im Schwingkreis vom Generator nachgeliefert werden, die Verluste die die beiden Lampen bei L und C verursachen.
Die "Nachlieferungslampe" bleibt dann, bei richtiger Einstellung der Generatorspannung, dunkel.
Kurt
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masterpie
Anmeldungsdatum: 13.11.2019
Beiträge: 408
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| masterpie Verfasst am: 25. Apr 2022 16:35 Titel: |
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Ufff, @Kurt den ganzen Unfug von Dir haben wir doch schon ausführlich diskutiert - leider erfolglos. Du meinst ein neus Opfer zum Trollen gefunden zu haben. Also @Jane_H , der Kurt ist ein seit über 10 Jahren in verschiedenen Foren bekannter Troll . Seit einigen Monaten trollt er auch hier immer wieder herum. Du mußt seine Antworten nicht ernst nehmen, ist physikalischer Unsinn und wird in unregelmäßigen Abständen vom Admin gelöscht.
Gruß, Masterpie
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Kurt
Anmeldungsdatum: 20.06.2021
Beiträge: 750
Wohnort: Bayern
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| Kurt Verfasst am: 25. Apr 2022 17:53 Titel: |
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| masterpie hat Folgendes geschrieben: | Ufff, @Kurt den ganzen Unfug von Dir haben wir doch schon ausführlich diskutiert - leider erfolglos. Du meinst ein neus Opfer zum Trollen gefunden zu haben. Also @Jane_H , der Kurt ist ein seit über 10 Jahren in verschiedenen Foren bekannter Troll . Seit einigen Monaten trollt er auch hier immer wieder herum. Du mußt seine Antworten nicht ernst nehmen, ist physikalischer Unsinn und wird in unregelmäßigen Abständen vom Admin gelöscht.
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Es wäre sicherlich für so manchen Leser interessant zu erfahren worin der physikalische Unsinn, den du hier zu meinem Beitrag behauptest, besteht.
Kurt
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masterpie
Anmeldungsdatum: 13.11.2019
Beiträge: 408
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| masterpie Verfasst am: 25. Apr 2022 18:06 Titel: |
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Wäre nicht interessant. Unfug ist Unfug und kann nur als solcher bezeichnet werden. Zu erklären gibt es da nichts.
Michael hat bereits eine richtige und vollständige Antwort gegeben. Kein Mensch dieser Welt braucht da noch Dein unphysikalisches Dazugeschwurble. Begreife und akzeptiere endlich mal, das Du bestenfalls Halbwissen hast und das ist schon eine Belobigung. 
Masterpie
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Kurt
Anmeldungsdatum: 20.06.2021
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| Kurt Verfasst am: 25. Apr 2022 18:50 Titel: |
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| masterpie hat Folgendes geschrieben: | Wäre nicht interessant. Unfug ist Unfug und kann nur als solcher bezeichnet werden. Zu erklären gibt es da nichts.
Michael hat bereits eine richtige und vollständige Antwort gegeben. Kein Mensch dieser Welt braucht da noch Dein unphysikalisches Dazugeschwurble. Begreife und akzeptiere endlich mal, das Du bestenfalls Halbwissen hast und das ist schon eine Belobigung.
Masterpie |
So kann man sich natürlich auch aus der Verantwortung stehlen.
Heisst also: du kannst nichts dagegen sagen was ich oben eingestellt habe.
Kurt
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masterpie
Anmeldungsdatum: 13.11.2019
Beiträge: 408
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| masterpie Verfasst am: 25. Apr 2022 19:36 Titel: |
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| Kurt hat Folgendes geschrieben: | So kann man sich natürlich auch aus der Verantwortung stehlen.
Heisst also: du kannst nichts dagegen sagen was ich oben eingestellt habe.
Kurt |
Na klar, wenn sich doch endlich die Welt nach Deiner Auffassung richten würde. Aber sinnlos, geh lesen ...
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