Elektromagnetismus
RLC neben Resonanz
Dieses Preset arbeitet unterhalb der Resonanz: Die kapazitive Reaktanz dominiert, daher eilt der Strom der Spannung voraus (φ < 0).
RLC neben Resonanz — interaktive Elektromagnetismus-Simulation. Dieses Preset arbeitet unterhalb der Resonanz: Die kapazitive Reaktanz dominiert, daher eilt der Strom der Spannung voraus (φ < 0). Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Impedanz außerhalb der Resonanz
Unterhalb der Resonanz eilt kapazitiver Strom voraus (φ < 0).
Dieses Preset arbeitet unterhalb der Resonanz: Die kapazitive Reaktanz dominiert, daher eilt der Strom der Spannung voraus (φ < 0).
- Z > R außerhalb der Resonanz
- φ ≠ 0
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Fahrfrage
Dieser RLC-Schaltkreis wird außerhalb der Resonanz betrieben (mit der Hälfte seiner Resonanzfrequenz), sodass sein Strom der Ansteuerspannung um einen festen Phasenwinkel nacheilt oder dieser vorauseilt. Schwingt der Momentanstrom immer noch sinusförmig mit der gleichen Frequenz wie der Antrieb?
Vorhersagen zum Abwägen
- Nein – der Strom schwingt mit einer anderen Frequenz als der Antrieb.
- Ja – der Strom schwingt mit der exakten Antriebsfrequenz, nur phasenverschoben relativ zur Spannung.
- Der Strom ist im stationären Zustand überhaupt nicht sinusförmig.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Zeit t (s)
Was Sie messen:
- Momentanstrom i(t) (A)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie die Preset „RLC unterhalb der Resonanz“ und drücken Sie Zurücksetzen. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, Antrieb ω = 5 rad/s (halbe Resonanzfrequenz ω₀ = 10 rad/s), V₀ = 10 V.
- Aktivieren Sie die Anzeige des Momentanstroms.
- Lesen Sie den Momentanstrom zu jedem aufgeführten Zeitpunkt ab.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie zunächst Z = √(R² + X²) und φ = atan2(X, R) mit X = ωL − 1/(ωC), wobei R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F und ω = 5 rad/s (das ergibt Z = 25 Ω, φ ≈ −0.64 rad). Berechnen Sie dann i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) mit V₀ = 10 V. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Der Phasenwinkel ist hier negativ, was bedeutet, dass die Schaltung bei dieser Frequenz (unterhalb der Resonanz) kondensatordominiert ist. Erklären Sie, was ein negatives φ dafür bedeutet, ob der Strom der Antriebsspannung voreilt oder nacheilt.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Die aktuelle Amplitude ist hier (V₀/Z = 10/25 = 0.4 A) kleiner als sie genau bei Resonanz wäre (V₀/R = 10/20 = 0.5 A). Erklären Sie, warum das Ansteuern einer RLC-Schaltung außerhalb der Resonanz immer zu einer kleineren Stromamplitude führt als das Ansteuern in Resonanz.
- Da Frequenzen außerhalb der Resonanz kleinere Stromamplituden erzeugen, fungiert eine RLC-Schaltung als Eigenfrequenzfilter. Erklären Sie, warum dieser Schaltkreis schwach auf ein sehr hochfrequentes oder sehr niederfrequentes Signal reagieren würde, das mit seiner Resonanzfrequenz vermischt ist.
- AP Physics 2 — Unit 12: Magnetism and Electromagnetism
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 13: Electromagnetic Induction
- IB Physics — D.4 Induction
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields
- Willkommen bei RLC außerhalb der Resonanz
- RLC-Schaltung auswählen
- Abspielen drücken
- Ober- oder unterhalb der Resonanz
- Inspektor öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.