Bauelemente in Wechselstromkreisen.
Mit diesem Applet kann man die Eigenschaften von Bauelementen (Widerstand,
Kondensator, Spule) im Wechselstromkreis erforschen und simulieren.
Beobachte die Phasenlage von Spannung und Stromstärke.
Finde heraus, wie sich der Scheitelwert der Stromstärke Î
verändert, wenn du die Kenngröße der Bauteile (Widerstand,
Kapazität, Eigeninduktivität) oder die Frequenz veränderst.
Wenn die Bauelemente überlastet werden, gibt es "virtuelle Rauchwolken" - etwa so, wie man das auch von Crocodile-Clips her kennt!
Bitte warten, bis die Animation vollständig geladen
ist.
Der Schaltplan muss vollkommen sichtbar sein.
Man kann im Diagramm Werte "messen", indem man im Diagramm mit
der linken Maustaste an den entsprechenden Punkt klickt. |
Fragen und Aufgaben:
1.) Phasenlage.
Erreichen Spannung und Stromstärke gleichzeitig ihre Scheitelwerte ist
die Phasenverschiebung 0.
Erreichen sie ihre Scheitelwerte zu verschiedenen Zeiten, sagt man, Spannung
und Stromstärke sind phasenverschoben.
Schau dir zunächst die Phasenlage bei den drei Bauelementen an.
- Sind Spannung und Stromstärke phasengleich oder phasenverschoben?
- Erreicht die Spannung oder die Stromstärke ihren Scheitelwert zeitlich früher (weiter links)?
2.) Widerstand.
Aktiviere in der Darstellung "Widerstand". Verändere die Frequenz.
- Ändert sich dabei die Stromstärke?
- Wie groß ist die Stromstärke, wenn die Widerstand 2 Ohm beträgt?
- Wie groß ist die Stromstärke, wenn der Widerstand 5 Ohm beträgt?
3) Kondensator.
Belasse zunächst die voreingestellten Werte und gehe auf Darstellung "Kondensator".
- Wie groß ist der Scheitelwert der Stromstärke Î bei den voreingestellten Werten?
- Berechne den Wechselstromwiderstand für die vorgegebenen Werte (Xc = 1 / w*C).
- Berechne damit den Scheitelwert der Stromstärke. (Û beträgt 10 V).
Verändere nun die Frequenz. Die Kapazität bleibt bei 1000 Mikrofarad.
- Wie verändert sich der Scheitelwert der Stromstärke Î, wenn man die Frequenz verdoppelt (200 Hz) oder halbiert (50 Hz)?
- Wie verändert sich der Wechselstromwiderstand dabei?
Verändere die Kapzität C. Die Frequenz wird wieder auf 100 Hz gesetzt.
- Wie verändert sich der Scheitelwert der Stromstärke Î, wenn man die Kapazität verdoppelt (2000 Mikrofarad) oder halbiert (500 Mikrofarad)?
- Wie verändert sich der Wechselstromwiderstand dabei?
- Ab welcher Kapazität gelingt es dir die Bauelemente zu "zerstören"? (Frequenz bleibt bei 100 Hz).
4.) Spule.
Belasse zunächst die voreingestellten Werte (Frequenz 100 Hz und Eigeninduktivität 5 mH) und gehe auf Darstellung "Spule".
- Wie groß ist der Scheitelwert der Stromstärke Î bei den voreingestellten Werten?
- Berechne den Wechselstromwiderstand für die vorgegebenen Werte (XL = w* L).
- Berechne damit den Scheitelwert der Stromstärke. (Û beträgt 10 V).
Verändere nun die Frequenz. Die Eigeninduktivität bleibt bei 5 mH.
- Wie ändert sich der Scheitelwert der Stromstärke Î, wenn man die Frequenz verdoppelt (200 Hz) ?
- Wie ändert sich der Wechselstromwiderstand dabei?
- Erkläre, warum bei 50 Hz die Bauelemente "in Flammen aufgehen".
 |
Die Simulationen entstanden mit Hilfe von Physlets von Wolfgang
Christian und Mario Belloni vom Davidson College, USA (Copyright
Hinweise) |