PhysProf - Wechselstromkreise

PhysProf  - Physik interaktiv

 

Wechselstromkreise


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.

PhysProf - Wechselstromkreis - Widerstand

Wechselstromkreis mit Widerstand

PhysProf - Wechselstrom - Kondensator

Wechselstromkreis mit Kondensator

PhysProf - Wechselstrom - Spule

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]

Imax: Maximale Stromstärke [A]

φ: Aktuelle Winkelposition in °

Δ φ : Phasenverschiebung in °

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

w: Kreisfrequenz (ω = 2πf) [1/s]

XR: Ohmscher Widerstand (Wirkwiderstand) [Ω]

XL: Induktiver Widerstand (bei Spule) [Ω]

XC: 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 XR, den induktiven Widerstand XL bzw. den kapazitiven Widerstand XC 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.
 

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