Elektromagnetischer Schwingkreis

Bezug zum Bildungsplan

4. Spezifisches Methodenrepertoire der Physik

1. Die SuS können Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen untersuchen.
2. Die SuS können Experimente unter Anleitung planen, durchführen, auswerten, grafisch veranschaulichen und einfache Fehlerbetrachtungen vornehmen.
3. Die SuS können computerunterstützte Messwerterfassungs- und Auswertungssysteme im Praktikum selbstständig einsetzen.

9. Strukturen und Analogien

1. Die SuS können das magnetische und elektrische Feld als physikalisches System beschreiben und die Grundlagen der Maxwelltheorie verstehen, in der die Elektrodynamik auf vier Aussagen zurückgeführt wird.
2. Die SuS können ihre Vorstellungen und Ausdrucksweisen über Schwingungen und Wellen in eine angemessene Fachsprache und mathematische Beschreibung überführen.

Grundkenntnisse werden bei folgenden Themen erwartet:
Inhalte:
Elektromagnetische Schwingung
Energiespeicher und Energietransport auch in Feldern

8. Grundlegende physikalische Größen

Die SuS können mit weiteren grundlegenden physikalischen Größen umgehen: elektrische Stromstärke, elektrische Spannung, elektrische Feldstärke, magnetische Flussdichte.

Unterrichtlicher Zusammenhang

Einsatz im Praktikum der Kursstufe oder als Einstiegsexperiment zum elektromagnetischen Schwingkreis

Problemstellung

Wie verhalten sich eine Spule und ein Kondensator in ein- und demselben Stromkreis?

Ziel

Sie werden entdecken, wie sich Spule und Kondensator im Stromkreis verhalten. Dadurch vertiefen Sie Ihre Kenntnisse zu elektrischen und magnetischen Feldern. Sie gewinnen zunehmend Sicherheit beim Experimentieren mit dem Messwerterfassungssystem CASSY.

Aufgabenstellung

Eine Spule und ein Kondensator werden in einem Stromkreis geschaltet. Durch Umlegen eines Schalters wird der Kondensator geladen und entlädt sich nach dem Umlegen über die Spule. Was geschieht? Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf der Spannung am Kondensator und der Stromstärke im Stromkreis auf.

Geräte

Aufbau

Bauen Sie die Schaltung auf.

Die Verwendung des Triggers würde sich hier anbieten, hat jedoch beim Testen nicht funktioniert. Daher folgende Einstellungen vornehmen und Schalter kurz nach Start der Messung umlegen.

Aufgabe zur Vorbereitung

Stellen Sie Vermutungen über das Verhalten von Kondensator und Spule in einem elektrischen Stromkreis auf!

Durchführung

Laden Sie den Kondensator durch Umlegen des Schalters mit einer Spannung von ca. 10 V. Starten Sie die Messung und entladen Sie den Kondensator über die Spule wiederum durch Umlegen des Schalters.

Auswertung

1. Beschreiben Sie die erhaltenen Schaubilder. Welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede fallen auf? Wie kommen diese Schaubilder zustande?
2. Welche Analogien zu mechanischen Vorgängen erkennen Sie?
3. Diskutieren Sie die Phasenbeziehungen zwischen Spannung und Stromstärke.

Versuchsbeispiel

Aufbau:

Diagramm:

Download

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