PhysProf - Resonanz - Resonanzkurve - Resonanzfall - Resonanzschwingung

Fachthema: Resonanz

PhysProf - Elektrotechnik - Ein Programm zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte mittels Simulationen und 2D-Animationen für die Schule, das Abitur, das Studium sowie für Lehrer, Ingenieure und alle die sich für Physik interessieren.

Online-Hilfe für das Modul
zur grafischen Darstellung und Auswertung der Resonanzkurven von RLC-Kreisen.

Dieses Unterprogramm ermöglicht die Durchführung der Steuerung entsprechender Abläufe zur Echtzeit und bietet die Möglichkeit, die Einflüsse relevanter Größen interaktiv zu untersuchen.

Es unterstützt dabei ein tiefergehendes Verständnis zu diesem Themengebiet zu erlangen und kann zum Lösen vieler diesbezüglich relevanter Aufgaben eingesetzt werden.

 

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Modul Resonanz

 
Das Programmmodul [Elektrotechnik] - [Resonanz] erlaubt es, die Resonanzkurve eines RLC-Stromkreises darstellen zu lassen und auszuwerten.
 

Resonanz - Abbildung 1
 

Resonanz - Abbildung 2
 

Unter Resonanz versteht man das Mitschwingen eines schwingungssfähigen Systems, wenn dies durch eine Erregerfrequenz in der Nähe seiner Eigenfrequenz angeregt wird. Als Erregerfrequenz wird die Frequenz bezeichnet, mit der das System (bei einer erzwungenen Schwingung) angeregt wird. Schwingende Systeme (Körper) können durch externe Energiezufuhr zum Ausführen erzwungener Schwingungen angeregt werden. Entspricht die Eigenfrequenz des schwingenden Systems der Erregerfrequenz, so erreicht die Amplitude des Systems ein Maximum.
 

Eine Resonanzkurve gibt die Schwingungsamplitude eines solchen Systems in Abhängigkeit von der Erregerfrequenz an. Eine hohe, steile Resonanzkurve entspricht einer geringen Dämpfung.
 

Bei ungedämpften, schwingfähigen Systemen kann die Resonanz bis zum grenzenlosen Anstieg der Amplitude führen. Eine flache Resonanzkurve entspricht einer starken Dämpfung. Bei elektrischen Schwingkreisen stellen Resonanzkurven den Gesamtwiderstand des Schwingkreises in Abhängigkeit von der Frequenz dar. Hierbei gilt:
 

ω₀: Resonanzfrequenz [1/s]

ω: Kreisfrequenz (ω = 2πf) [1/s]

R: Ohmscher Widerstand (Wirkwiderstand) [Ω]

L: Induktivität [H]

C: Kapazität [F]

X_L: Induktiver Widerstand [Ω]

X_C: Kapazitiver Widerstand [Ω]

Resonanz bedeutet in der Technik und im Alltag viel. Meist sind Systeme schwingungsfähig und können durch äußere Einflüsse entsprechend angeregt werden. Liegt ein Resonanzfall vor, so kann es zum Hochschaukeln kommen, welches bis zur Resonanzkatastrophe und somit zur Zerstörung des gesamten Systems führen kann. Bei Drehbewegungen wird die Resonanzfrequenz als kritische Drehzahl bezeichnet.

Durch die folgenden Maßnahmen können zu große Amplituden eines Schwingungssystems und somit dessen Zerstörung verhindert werden:

 - Einsatz geeigneter Dämpfungselemente
 - Resonanzfrequenz lediglich in Zeiträumen zulassen, in denen diese kleiner sind als die Einschwingzeit des Systems
 - Einwirken periodisch wirkender Kräfte vermeiden (bei mechanischen Schwingungssystemen)
 - Sorge dafür tragen, dass die Erregerfrequenz und die Eigenfrequenz große Unterschiede aufweisen
 

Programmbedienung

 
Die Nutzung dieses Unterprogramms erlaubt es, Untersuchungen hierzu am RLC-Kreis durchzuführen. Das Diagramm zeigt hierbei das Verhältnis U_c/U in Relation zur Schwingkreisfrequenz. Durch die Positionierung der entsprechenden Rollbalken R, L, C und ω können der Widerstand R, die Kapazität C des Kondensators, der Wert für die Induktion der Spule L sowie die Frequenz ω einer externen Quelle eingestellt werden. Bei jeder Änderung der Parameter werden die Resonanzkurve und das Zeigerdiagramm aktualisiert, sowie die Eigenfrequenz ω₀ des Systems ausgegeben.
 

Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Schwingkreis und unter Wikipedia - Erzwungene Schwingung zu finden.
 

Nachfolgend finden Sie ein Video zu diesem Fachthema, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks
auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Lissajousche Figuren - Reihen- und Parallelschaltung - Widerstände im Wechselstromkreis - Messbrücke - Widerstandsgesetz - Kondensator Ladung - Entladung - Kondensator - Kapazitäten - Plattenkondensator - Transformator - Schwingungsüberlagerung - RC-Kreis - RL-Kreis - RLC-Kreis - Wechselstromkreis
 

Unterprogramm Resonanz
 

PhysProf 1.1 - Unterprogramm RLC-Kreis
 

MathProf 5.0 - Unterprogramm Kurven in Parameterform
 

SimPlot 1.0 - Grafik-  und Animationsprogramm für unterschiedlichste Anwendungszwecke

Nachfolgend finden Sie ein Video zu einem in PhysProf 1.1 unter dem Themenbereich Mechanik eingebundenen Unterprogramm,welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Nachfolgend finden Sie ein Video zu einem in PhysProf 1.1 unter dem Themenbereich Elektrotechnik eingebundenen Unterprogramm, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Nachfolgend finden Sie ein Video zu einem in PhysProf 1.1 unter dem Themenbereich Thermodynamik eingebundenen Unterprogramm, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

   
 

II - MathProf 5.0
Mathematik interaktiv
 

MathProf 5.0 ist ein Programm für alle, die die Aufgabe oder das Ziel haben, sich mathematische Sachverhalte auf einfache Weise zu verdeutlichen. Zudem spricht es diejenigen an, die sich für Mathematik interessieren, oder mathematische Probleme verschiedenster Art zu lösen haben und von grafischen 2D- und 3D-Echtzeitdarstellungen sowie Animationen beeindruckt sind.
 

 

Es eignet sich insbesondere dafür, um interaktive grafische Untersuchungen sowie numerische Berechnungen zu entsprechenden Fachthemen durchführen zu lassen. Mehr als 300 verschiedene Unterprogramme decken die mathematischen Themenbereiche Analysis, Geometrie, Trigonometrie, Algebra, Stochastik, 3D-Mathematik und Vektoralgebra großflächig ab.

Durch die Nutzbarkeit vieler implementierter grafischer Features bestehen vielseitige gestaltungstechnische Möglichkeiten, ausgegebene Grafiken in entsprechenden Unterprogrammen auf individuelle Anforderungen anzupassen. Durch die freie Veränderbarkeit von Parametern und Koordinatenwerten bei der Ausgabe grafischer Darstellungen, besteht in vielen Modulen zudem die Möglichkeit, Veränderungen an dargestellten Gebilden und Zusammenhängen manuell oder durch die Verwendung automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren.
 
Es verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 1600 Seiten.

Eine Übersicht aller in MathProf 5.0 zur Verfügung stehender Programmteile finden Sie im MathProf - Inhaltsverzeichnis, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.
 

 

Kurzinfos zu Inhalten einiger in MathProf 5.0 eingebundnener Unterprogramme erhalten Sie unter:
 

• Kurzinfos zum Themengebiet Analysis
• Kurzinfos zum Themengebiet Geometrie
• Kurzinfos zum Themengebiet Algebra
• Kurzinfos zum Themengebiet 3D-Mathematik
• Kurzinfos zum Themengebiet Stochastik
• Kurzinfos zum Themengebiet Vektoralgebra
• Kurzinfos zum Themengebiet Trigonometrie
• Kurzinfos zu sonstigen Themengebieten

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 Nachfolgend finden Sie ein Video zu einem in MathProf 5.0 unter dem Themenbereich 3D-Mathematik eingebundenen Unterprogramm, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

 Nachfolgend finden Sie ein Video zu einem in MathProf 5.0 unter dem Themenbereich Analysis eingebundenen Unterprogramm,, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Nachfolgend finden Sie ein Video zu einem in MathProf 5.0 unter dem Themenbereich Vektoralgebra eingebundenen Unterprogramm, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Weitere Videos zu einigen in MathProf implementierten Modulen finden Sie, indem Sie den Reiter MathProf-Videos wählen, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.
 

 
 

 

 
 

III - SimPlot 1.0

Visualisierung und Simulation interaktiv
 

SimPlot 1.0 ist eine Anwendung, welche es unter anderem durch interaktiv erstellbare Präsentationen ermöglicht, sich Sachverhalte aus vielen technischen, wissenschaftlichen und anderen Bereichen grafisch darstellen und diese multifunktional sowohl statisch, wie auch in Form bewegter Grafiken ausgeben zu lassen. Das Programm erlaubt die Erstellung von Gebilden mit zweidimensionalen grafischen Objekten, welche als geometrische Figuren und Bilder zur Verfügung stehen.
 
Es bietet zudem die Möglichkeit, Zusammenhänge im Bereich der Planimetrie auf einfache Weise interaktiv zu analysieren. Unter anderem wird es ermöglicht, mit erzeugten Gebilden geometrische Transformationen durchzuführen und diesen automatisch ablaufende Bewegungs- und Verformungsprozesse zuzuweisen.

 

 
SimPlot kann sowohl zur Erstellung von Infografiken, zur dynamischen Datenvisualisierung, zur Auswertung technisch-wissenschaftlicher Zusammenhänge sowie zur Erzeugung bewegter Bilder für verschiedenste Anwendungsbereiche eingesetzt werden. Neben der Bereitstellung vieler mathematischer Hilfsmittel und zusätzlicher Unterprogramme erlaubt es auch die Einblendung von Hilfslinien zur Echtzeit, welche dienlich sind, um sich relevante Sachverhalte und Zusammenhänge unmittelbar begreiflich zu machen.

Dieses Programm verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 900 Seiten.
 

Eine Inhaltsübersicht dessen finden Sie unter SimPlot - Inhaltsverzeichnis, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.

 

Beispiele einiger mit Simplot 1.0 erzeugter Grafiken finden Sie unter Beispiele, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.

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Nachfolgend finden Sie ein Video zu einer mit SimPlot 1.0 erstellten Animationsgrafik, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

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