Energieumwandlung beim Schwingkreis.
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Bei den Feldlinien des elektrischen Feldes E
und des magnetischen Feldes B ist die Zahl der
Feldlinien ein Maß für die Stärke des Feldes.
Der grüne Pfeil zeigt an, in welcher Richtung
sich die Elektronen bewegen.
Die Länge des Pfeils ist ein Maß für die Stromstärke im
entsprechenden Augenblick.
Im Diagramm rechts ist die Spannung am Kondensator (Q = C*U) sowie die Stromstärke in der Spule aufgetragen.
Damit man leicht beobachten kann, was geschieht, läuft die Animation sehr langsam ab. Man kann sie auch jederzeit stoppen und im Einzelschrittmodus weiter- oder zurückschalten.
Die Felder ändern sich natürlich nicht "sprunghaft" sondern kontinuierlich, das lässt sich hier aber nicht darstellen.
Fragen / Aufgaben:
1.) Die Situation zu Beginn.
Sieh Dir zunächst das Bild in der Simulation an, ohne auf
"Start" zu drücken.
Der Kondensator ist zu Beginn (t = 0 s) maximal aufgeladen -
symbolisiert durch die 8 Ladungsvorzeichen auf den Platten.
Verhältnisse im Kondensator:
- Was kann man über elektrische Feldstärke zwischen den Platten aussagen?
- Was kann man über die Spannung am Kondensator aussagen?
Verhältnisse in der Spule:
- Wie groß ist die Stromstärke im Stromkreis und in der Spule zum Zeitpunkt t = 0 s?
Energieverhältnisse:
- Wo ist zum Zeitpunkt t = 0 s Energie im Schwingkreis gespeichert?
2.) Die Elektronen wandern - die Energie wird verlagert.
Klicke nun auf "Start / Weiter" und stoppe die Animation zum Zeitpunkt t = 4 s.
Verhältnisse im Kondensator:
- Was hat sich im Kondensator verändert?
- Was bedeutet dies für
- das elektrische Feld?
- die Spannung an den Kondensatorplatten?
- die im Kondensator gespeicherte Energie?
Verhältnisse in der Spule:
- Was hat sich in der Spule verändert?
- Was bedeutet dies für
- das magnetische Feld?
- die Stromstärke in der Spule?
- die in der Spule gespeicherte Energie?
3.) Der Kondensator wird umgeladen - die Energie bleibt erhalten.
Klicke nun wieder auf "Start / Weiter" und stoppe die Animation bei t = 8 s.
- Zum Zeitpunkt t = 4 s ist der Kondensator ganz entladen, die
antreibende Spannung für die Verschiebung der Elektronen fehlt nun
also.
Warum "bricht" die Stromstärke in der Spule in diesem Augenblick nicht "zusammen"? - Was geschieht nun im Kondensator?
- Was geschieht in der Spule?
- Was kann man über die Stärke der beiden Felder aussagen?
- Was geschieht mit der Energie, die zum Zeitpunkt t = 4 s ganz in der Spule gespeichert war?
4.) Zurück zum Ausgangspunkt.
Klicke wieder "Start /Weiter" und sieh Dir die Animation bis zum Ende einer Periode (bei t = 16 s) an.
- Was geschieht im Kondensator?
- Wie ändern sich elektrische Feldstärke, Spannung, Polung und Energie im Kondensator?
- Wie ändern sich Stromstärke, magnetische Flussdichte, Feldrichtung und Energie in der Spule?
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Die Simulationen entstanden mit Hilfe von Physlets von Wolfgang
Christian und Mario Belloni vom Davidson College, USA
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