PhysProf - Wechselstromkreise - Phasenverschiebung - Frequenz - Rechner

Fachthema: Wechselstromkreise

PhysProf - Eine Shareware zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte aus der Naturwissenschaft mittels Simulationen und 2D-Animationen für die Schule, das Abitur, das Studium sowie für Lehrer, Ingenieure und alle die sich für Physik interessieren. Es hilft dabei, sich viele Grundlagen der Elektrotechnik verständlich zu machen.

Online-Hilfe für das Modul
zur Untersuchung des Verhaltens von Strom, Spannung und Widerstand in Wechselstromkreisen.

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

 

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Durch die Benutzung des Unterprogramms [Elektrotechnik] - [Wechselstromkreise] können Untersuchungen bezüglich des Verhaltens von Strom und Spannung in Wechselstromkreisen unter der Verwendung von Widerständen, Kondensatoren oder Spulen durchgeführt werden.

Wechselstromkreis mit Widerstand

Wechselstromkreis mit Kondensator

Wechselstromkreis mit Spule

Ein Wechselstromkreis unterscheidet sich vom Gleichstromkreis vor allem dadurch, dass Spannung und Stromstärke Funktionen der Zeit sind und sich periodisch ändern. Befinden sich in einem Wechselstromkreis außer ohmschen Widerständen auch Spulen oder Kondensatoren, so erreichen Spannung und Strom nicht gleichzeitig ihre Amplitudenwerte.

Wird ein Kondensator an eine sinusförmige Wechselspannung gelegt, so erreicht der Strom sein Maximum stets früher als die Spannung. Auch der Stromverlauf ist sinusförmig und er eilt der Spannung um 90° (π/2) in der Phase voraus. Wird eine sinusförmige Wechselspannung an eine Spule gelegt, so hinkt der Strom der Spannung um 90° (π/2) nach und der Stromverlauf ist ebenfalls sinusförmig. Liegt lediglich ein Ohmscher Widerstand im Wechselstromkreis, so sind Strom und Spannung phasengleich.

Das Programm ermöglicht hierbei die grafische Analyse dieser Sachverhalte. Verwendete Kurzzeichen haben hierbei folgende Bedeutung:

t: Zeit [s]

T: Schwingungsdauer [s]

I: Stromstärke [A]

U: Spannung [V]

I_max: Maximale Stromstärke [A]

φ: Aktuelle Winkelposition in °

Δ φ : Phasenverschiebung in °

f: Frequenz (f = 1/T) [1/s]

w: Kreisfrequenz (ω = 2πf) [1/s]

X_R: Ohmscher Widerstand (Wirkwiderstand) [Ω]

X_L: Induktiver Widerstand (bei Spule) [Ω]

X_C: Kapazitiver Widerstand (bei Kondensator) [Ω]
 

Programmbedienung

Obig beschriebene Zusammenhänge können Sie in diesem Modul untersuchen. Das Programm animiert diese Gegebenheiten hierbei mit Hilfe eines Zeigerbilds. Wählen Sie zunächst durch die Auswahl des entsprechenden Kontrollschalters Widerstand, Kondensator oder Spule für welchen Fall Sie die Zusammenhänge dargestellt bekommen möchten. Stellen Sie hierauf die Werte für Widerstand X_R, den induktiven Widerstand X_L bzw. den kapazitiven Widerstand X_C sowie für die Schwingungsdauer T und die maximale Spannung U mit Hilfe der dafür vorgesehenen Rollbalken ein. Bedienen Sie hierauf den Schalter Start, so wird der Stromkreis geschlossen und die Animation der Zeiger- und Kurvenbilder wird gestartet.
 

Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Wechselstrom 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 - Resonanz - Wechselstromkreis
 

   

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
   

Videos zu einigen mit diesem Programm erzeugten Animationen finden Sie unter Videos, oder einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche ausführen.
 

 

 

 

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.

 

Videos zu einigen mit diesem Programm erzeugten Animationen finden Sie unter Videos, oder einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche ausführen.
 

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